振动载荷频率对螺栓法兰连接结构松动行为仿真分析北大核心

为探究振动载荷频率对螺栓法兰连接结构松动行为的影响规律仿真分析,首先建立了带螺旋升角螺纹的螺栓法兰连接结构精细有限元模型,进行了全六面体网格划分,采用了施加力矩法施加初始预紧力,运用Yamamoto方法和Spowith方法验证了模型的有效性,然后进行了螺栓松动条件理论分析,最后进行了振动载荷下螺栓法兰连接结构松动行为仿真计算,基于螺栓预紧力变化和螺纹接触面、螺栓头接触面黏着-滑移接触状态变化情况分析了振动载荷频率对螺栓松动行为的影响规律。结果表明,存在一振动载荷频率临界值,使得螺栓松动最不容易发生;一定范围内,低振动载荷频率较高振动载荷频率振更容易引起螺栓松动;当达到一定值后,振动载荷频率将对螺栓松动影响较小。     

连接螺栓的失效分析

某构件进行疲劳性能试验时,连接螺栓发生断裂。通过断口宏微观观察、金相组织检查、硬度及化学成分检测,确定了连接螺栓的断裂性质和原因。结果表明：连接螺栓的断裂性质为微动疲劳;断裂原因是球轴承上由于某种偶然因素形成缺口,导致球轴承上裂纹的萌生和扩展,球轴承裂纹的产生使得连接螺栓与球轴承之间的预紧力减小,局部松动而产生不均匀接触,在径向有规律的往复载荷作用下,导致连接螺栓产生微动磨损,进而发生微动疲劳断裂。     

7075铝合金在VG46油润滑工况下的扭转复合微动磨损特性

采用球/平面接触方式,考察7075铝合金在VG46油润滑工况下不同倾斜角度和角位移幅值对扭转复合微动磨损特性的影响。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)分析7075铝合金的磨痕表面及剖面形貌、磨损机制,用双模式表面轮廓仪分析磨损体积。结果表明:润滑油对扭转复合微动运行和损伤机制存在显著影响,润滑油明显改变微动运行区域,随着倾斜角度的增加,微动的混合区逐渐缩小甚至完全消失。微动运行区域对润滑油的润滑性能也有重要影响,在部分滑移区,微滑仅发生在接触边缘,润滑油对微动的影响甚微;在混合区,润滑油渗入表面微裂纹加速了疲劳裂纹的扩展;在滑移区,接触界面间形成了润滑油膜,显著地减缓了微动损伤。     

圆弧螺纹与普通螺纹锚栓防松性能研究

针对圆弧螺纹和普通螺纹的锚栓组件,分析了螺纹结构差异,并对螺纹连接松动机理进行了分析。基于有限元方法,计算了不同预紧力载荷、横向位移载荷条件下,圆弧螺纹锚栓和普通螺纹锚栓残余预紧力变化情况。结果表明,螺纹连接副在承受横向位移循环载荷螺母发生松动时,圆弧螺纹锚栓残余预紧力下降可分为快速下降和平稳阶段,且在平稳阶段预紧力下降速度极为缓慢,而普通螺纹锚栓残余预紧力的变化趋势呈线性变化,没有明显的阶梯性,而且圆弧螺纹锚栓残余预紧力下降速度始终低于普通螺纹锚栓,故圆弧螺纹锚栓的综合防松效果要优于普遍螺纹锚栓。     

基于HHT的法兰螺栓连接松动实验研究

通过对随机激励下法兰螺栓连接结构的响应信号进行HHT分析,得到了各固有模态函数(IMF)的能量分布规律和不同预紧力下响应信号的时频谱。结果表明:IMF能量分布百分比在不同预紧力下有较强的规律,能较好地反映螺栓连接结构的松动情况;HHT三维时频谱图直观地反映了能量分布随着预紧力的变化情况,说明选用具有自适应性的HHT对振动环境下法兰螺栓连接结构进行分析较合适。     

基于HHT的法兰螺栓连接松动实验研究

通过对随机激励下法兰螺栓连接结构的响应信号进行HHT分析,得到了各固有模态函数（IMF）的能量分布规律和不同预紧力下响应信号的时频谱。结果表明：IMF能量分布百分比在不同预紧力下有较强的规律,能较好地反映螺栓连接结构的松动情况;HHT三维时频谱图直观地反映了能量分布随着预紧力的变化情况,说明选用具有自适应性的HHT对振动环境下法兰螺栓连接结构进行分析较合适。     

接头螺纹磨损分析

螺纹连接是航空装备的常用结构形式,常发生损伤失效,磨损失效是接头螺纹一种不常见的失效形式。通过对一起接头螺纹磨损故障进行宏观观察、微观观察、金相组织检查、硬度检测和尺寸计量,分析螺纹磨损机理和磨损原因。结果表明:螺纹磨损性质为微动磨损,接头旋紧预紧力相对较小以及螺纹的工作高度较小,引起螺纹接触压力和位移幅值的增大,是螺纹发生微动磨损的原因。     

接触载荷对7075铝合金扭转复合微动摩擦学行为的影响

在新型扭转复合微动试验机上,以7075铝合金平面/GCr15钢球配副为研究对象,研究不同接触载荷对7075铝合金扭转复合微动磨损行为的影响。在动力学特性分析的基础上结合磨痕形貌微观观察,研究7075铝合金扭转复合微动的磨损机理。结果表明:接触载荷明显地改变微动运行区域,随着接触载荷的增加,微动推迟进入混合区和滑移区,且混合区逐渐扩大;在相同的微动运行区域内,Ft/Fn系数随循环次数增加的变化趋势受接触载荷的影响不大,但Ft/Fn系数随着法向接触载荷的增加依次降低;在其它参量不变的情况下,接触载荷越大,微动更趋向于受扭动微动分量控制,表面损伤伴随着明显的剥落。扭转复合微动的磨损机制主要为磨粒磨损、氧化磨损和剥层。     

双粗糙表面的微动磨损行为研究

目的 建立符合实际情况的粗糙表面微动磨损模型,准确揭示连接结构的磨损机理.方法 利用ABAQUS有限元软件中的UMESHMOTION子程序和能量耗散模型,建立粗糙表面的微动磨损模型,并探究不同表面粗糙度、材料和振动频率对粗糙表面微动磨损的影响.结果 在外部载荷、振动频率和材料相同的情况下,下试件表面粗糙度为0.2μm的...     

干态及脂润滑条件下微动磨损白层的对比研究

对比研究了GCr15钢在干态、脂润滑条件下的微动磨损行为,分析了白层对摩擦因数和磨损的影响.结果表明:微动白层在干态下快速形成,而润滑条件下略微滞后且白层不易被破坏;在润滑脂及白层的共同作用下,摩擦因数和磨损得到明显的降低,表面切应力仍是白层形成的主要控制因素.     

KH550修饰纳米莫来石对聚脲润滑脂摩擦学性能的影响

目的 研究硅烷偶联剂表面修饰纳米莫来石(Mullite)(Al2O3-SiO2体系)作为添加剂,对聚脲润滑脂摩擦学性能的影响。方法 用硅烷偶联剂(KH550)对纳米Mullite表面进行修饰,分别制备质量分数为0.03%的纳米Mullite和KH-mullite的聚脲润滑脂。采用四球摩擦试验机测试纳米Mullite和KH-mullite作为添加剂对聚脲润滑脂摩擦学性能的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)和三维表面形貌仪观察磨损表面形貌,通过X射线能量色散能谱仪(EDS)分析磨损表面的元素分布,使用X射线光电子能谱(XPS)分析磨损表面润滑膜的元素价态,探究添加剂在聚脲润滑脂中的作用机理。结果 经过修饰后,纳米KH-mullite在聚脲润滑脂中的减摩抗磨性能较优,摩擦因数和磨斑直径分别降低了22.4%、15.6%。通过SEM和三维表面轮廓仪观察磨损表面发现,KH-mullite添加剂能够有效降低磨损表面的粗糙度,修复磨损表面。KH-mullite聚脲润滑脂优良的摩擦学性能归功于两点,首先KH-mullite能够沉积并吸附在磨损表面,在起到修复作用的同时促进了润滑膜的形成;其次,KH-mullite能够进入润滑膜中,将摩擦副之间的摩擦方式变为滚动摩擦。结论 Mullite和KH-mullite都具有提升聚脲润滑脂润滑性能的作用,经硅烷偶联剂修饰后的KH-mullite在减摩抗磨性能方面表现更优越。     

基于单片机的双线式集中润滑控制系统设计

以实现润滑脂在125 MN挤压机上自动润滑为目标,根据125 MN挤压机润滑点性质及分布的特征,研究开发了以单片机为技术核心的集中润滑系统,包括定时启/停、时间调节、油位与压力报警、油箱自动补脂等控制过程,满足了自动润滑、自动补脂的需求,为125 MN挤压机集中润滑系统的实施、提高挤压机运行效率、减少其磨损奠定了基础.     

Tribological behavior of TSP reinforced WC matrix composites sliding against N80 casing steel lubricated by water-based drilling fluid

The friction and casing wear behavior of TSP composites sliding against N80 casing steels and lubricated by drilling fluids were investigated. It was found that the water-based drilling fluid reduced friction coefficient and casing wear effectively. The surface lubricating films with iron oxide grains formed on the surface of casings are all observed for the three hardbandings, while the discontinuous lubrication film of N3 alloy might account for the higher casing wear therewith. The lowest friction coefficient and casing wear was recorded for TSP composite under load of 10–130 N. This is dependent on the adsorbed lubricating liquid on the rubbing surface and the formation of height difference between the TSP part and the WC matrix part.     

Influence of oil and water media on fretting behaviour of AISI 52100 steel rubbing against AISI 1045 steel

A series of fretting test were carried out using a DELTA PLINT testing system to study the influence of hydraulic oil and water on fretting behaviour of AISI 52100 steel rubbing against AISI 1045 steel. The test result shows that media hydraulic oil and water have a distinct influence on fretting behaviour of the tested materials. Medium water can lead to shifting of the partial slip regime in the fretting map from a larger displacement amplitude toward a smaller one and enlargement of the mixed slip regime, in comparison with that in ambient atmosphere. While medium hydraulic oil can result in shifting of the partial slip regime from a smaller displacement amplitude toward a larger one. In the gross slip regime, hydraulic oil and water play a positive role as lubrication media. They can clearly decrease the fretting friction coefficient between AISI 52100 and AISI 1045. The test result also demonstrates that this lubrication effect will get better with increasing displacement amplitude and that hydraulic oil is better than water for lubrication. SEM observation of the wear scars displays that the fretting wear mainly results from abrasive wear and delamination of the fretted materials when using these two kinds of substances as lubrication media.     

石灰炉螺锥出灰机集中自动润滑系统的设计

在对螺锥出灰机的关键点润滑状况进行了分析的培础上,以集中自动润滑为目标,研制设计了一套以PLC控制为基础,对不同点实现干、稀油润滑的螺锥出灰机自动润滑系统。该系统可定时、定量、定点对各出灰机进行自动润滑,保障了出灰机的良好润滑．提高了设备的运转率,在设计中不仅对原有的润滑点进行了自动润滑,还对空芯轴与空芯轴套座及空芯轴套座与滚轮盘之间的摩擦面进行自动润滑。使用证明,系统设计合理,运行平稳,实现了自动控制定时定量供脂,提高了润滑效果,延长了设备使用寿命。     

氧化石墨烯对锂基润滑脂摩擦学性能的影响

目的 研究氧化石墨烯(GO)作为添加剂对润滑脂摩擦性能的影响.方法 将鳞片石墨利用经典的Hummers氧化法氧化得到GO,并表征了GO,再分别以不同的质量分数(0.1％、0.3％、0.5％、1.0％、1.5％)与润滑脂复配.同时增加了空白润滑脂与石墨粉复配的润滑脂作为对比.利用Optimol SRV型摩擦磨损试验机评价其摩擦学性能.利用非接触三维表面轮廓仪、扫描电子显微镜(SEM)观察磨斑表面和深度.通过特征X射线能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS),对磨斑表面的元素化学状态分布进行分析.结果 与空白锂基润滑脂相比,添加了石墨粉的锂基润滑脂在经过钢/钢摩擦副的摩擦后,其摩擦因数均有降低,但随着试验的进行,其摩擦因数均逐渐提高,摩擦副表面出现了润滑失效的现象,而添加GO的锂基润滑脂其摩擦因数迅速降低至0.13左右,降低了35％,且在试验时间内没有出现润滑失效的现象.SEM及三维轮廓图显示,在添加GO的润滑脂润滑后,其钢块磨斑最低,磨痕最浅;EDS显示其润滑后的磨痕有较多的氧元素,说明具有含氧官能团的GO能够牢固地吸附在基体表面,形成润滑层.XPS证实了分别添加有石墨和GO的润滑脂在摩擦试验过程中均与基体发生了摩擦化学反应,由铁的氧化物形成了一层润滑薄膜.结论 GO作为润滑脂添加剂可以有效降低摩擦因数,减少磨损量,延长润滑时间,提高润滑性能.     

钛合金在海水中的微动磨损特性

采用SRV磨损实验机对TC11钛合金在海水环境下的微动磨损特性进行了研究，分析了载荷大小、振幅以及润滑介质等对摩擦系数和磨损量的影响。结果表明，钛合金的摩擦系数随着振幅的增加而越来越稳定，磨损量则随着载荷或振幅的增加而增加：当振幅较小时，微动磨损机制主要为疲劳脱层伴随着磨粒磨损；当振幅较大时，磨损机制则为磨粒磨损：与水介质相比，海水中的摩擦系数明显降低，最低可降到50％，但在海水中的磨损量却总是小于在水中的磨损量，腐蚀磨损呈“负交互”规律。     

接触载荷对TC4钛合金微动磨损行为的影响

目的在不同的载荷和位移幅值下,结合微动图研究微动接触状态、滑移状态、损伤体积三者对微动摩擦磨损的影响以及不同微动接触状态和滑移状态下材料的损伤机理,为机械构件的微动磨损防护设计提供一定的理论支持。方法在相对湿度为50%、干摩擦条件下,运用SRV-V摩擦实验机,采用球/平面接触形式研究了TC4钛合金/GCr15钢球摩擦副的微动摩擦磨损行为。实验后,用原子力显微镜、纳米压痕仪、三维光学轮廓仪、场发射扫描电子显微镜及其自带的EDS,测试TC4试样的表面形貌及粗糙度、弹性模量与硬度、磨损体积与截面形貌和显微结构及磨斑、磨屑形貌成分等。结果在较低法向载荷下,完全滑移(GSR)占主导地位。磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损以及疲劳脱层是主要的损伤机理。另一方面,在较高法向载荷下,混合滑移(MSR)、部分滑移(PSR)占主导地位。损伤机制是由于高的应力集中,导致疲劳裂纹。此外,不同的微动运行条件下和材料损伤区域也不相同。完全滑移条件下,损伤主要集中在磨斑中心,而部分滑移条件下,损伤主要集中在磨斑边缘。结论切向摩擦力、微动振幅是影响微动磨损的重要因素。小位移幅值下,磨屑可以减缓接触面钛合金基体材料的微动磨损;而大位移幅值下,磨屑会加剧接触面基体材料的微动磨损。     

钛合金表面MoS2-Ti/Cu-Ni-In多层固体润滑膜的制备及其抗微动磨损性能

目的改善钛合金表面抗微动磨损性能。方法利用非平衡磁控溅射技术在钛合金表面沉积MoS_2-Ti/Cu-Ni-In多层固体润滑膜,并与MoS_2-Ti与Cu-Ni-In单层固体润滑膜进行对比。利用扫描电镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机、表面轮廓仪对固体润滑薄膜的形貌、硬度、抗微动磨损性能、磨痕形貌进行分析测试。结果所制备的Cu-Ni-In单层膜与MoS_2-Ti单层膜结构致密,与基体结合良好,MoS_2-Ti/Cu-Ni-In多层膜交替结构清晰,结构致密。MoS_2-Ti/Cu-Ni-In多层膜的硬度大于MoS_2-Ti及Cu-Ni-In单层膜,多层膜的平均微动系数为0.06,MoS_2-Ti单层膜的平均微动系数为0.102,Cu-Ni-In单层膜的平均微动系数大于1.0。在12 000个微动循环周期后,测得MoS_2-Ti/Cu-Ni-In多层膜的最终磨损总量为0.045 mm~3,Cu-Ni-In单层膜的最终磨损总量为37.79 mm~3,MoS_2-Ti单层膜的最终磨损总量为0.296 mm~3,即多层膜的抗微动磨损性能较Cu-Ni-In单层膜改善了2个数量级,较MoS_2-Ti单层膜改善了5倍以上。结论 MoS_2-Ti/Cu-Ni-In多层膜中的多个界面对单层晶粒生长起到了阻挡作用,从而致使交替结构中的单层晶粒得到细化,Cu-Ni-In膜的引入延缓了MoS_2-Ti膜的剥落及其转移,增加了不锈钢球与多层膜间第三体的润滑及减磨效果,多层膜表现出了优异的抗微动磨损性能。