激光制备仿生耦合制动毂的摩擦磨损性能

为提高汽车用灰铸铁制动毂的耐磨性和使用寿命,运用仿生耦合原理,采用激光雕刻技术在灰铸铁表面加工出点状、条纹状和网格状的非光滑单元体。研究了单元体的显微组织,不同激光加工能量、不同单元体形态的仿生非光滑试样的摩擦磨损性能,以及仿生耦合制动毂在实际工况条件下的使用情况。试验结果表明:仿生耦合制动毂具有优良的耐磨性和较高的摩擦系数,在实际工况下比普通制动毂寿命提高50%以上。     

形态/柔性材料二元仿生耦合增效减阻功能表面的设计与试验

通过研究水生生物在流体介质运动中,皮肤可随着流体载荷的变化而发生动态变化,并与皮下组织特有的非光滑结构形成动态耦合,形成具有特定功能的表面的现象,并依据仿生学相似原理,提出一种形态/柔性材料二元耦合功能表面设计的新思想,称之为仿生耦合功能表面(BCFS),该功能表面由不同属性的双层材料构成,利用面层材料的弹性变形以及面层材料与基底材料表面上仿生非光滑结构的耦合,对流体进行主动控制,实现增效减阻功能。探索了将这种仿生耦合功能表面(BCFS)在典型流体机械-泵上面的实现方法,并以效率为目标,进行了仿生耦合功能表面增效减阻功能的试验,试验结果表明,采用这种耦合功能表面的仿生耦合水泵,效率提高了5%以上。     

激光制备仿生非光滑表面蠕墨铸铁的耐磨性

模仿自然界中典型土壤动物的体表形态,运用激光加工的方法在蠕墨铸铁试样表面雕刻出不同形态、不同分布间距、不同倾斜角度的仿生非光滑单元体,研究了仿生非光滑表面试样的耐磨性,探讨了磨损机制。结果表明:仿生非光滑表面试样的耐磨性均优于未处理试样;非光滑单元体形态、分布间距、倾斜角度对试样的耐磨性均有影响;其中具有网格状非光滑单元体的试样耐磨性最好,条纹状次之,点状最差;单元体分布间距减小时,可进一步提高耐磨性;非光滑单元体倾斜角度为45°时,试样的耐磨性优于0°和90°;磨损机制以黏着磨损为主。     

仿生非光滑表面材料与铝合金制件间的减黏

根据工程仿生学原理,用45#钢和高速钢材料通过激光加工的方式制备出具有网格状结构表面的仿生非光滑试样,并与光滑表面试样在电子万能试验机上进行了脱附对比试验。结果表明,仿生非光滑表面试样的抗黏附性能明显优于光滑表面试样,其与制件间的黏附力比光滑表面降低4.7%~20.9%。观察发现,非光滑单元体的凹坑结构与制件接触界面间形成的空隙降低了试样与制件间的实际接触面积,是使仿生非光滑表面试样具有良好抗黏附性能的主要原因。仿生非光滑结构为提高材料表面的抗黏附性能开辟了一条新途径。     

仿生非光滑表面对车用柴油机螺旋进气道流通特性的影响

为了使半开式燃烧室柴油机具有较强的进气涡流,将凹坑、凸包、U形沟槽和V形沟槽4种仿生非光滑单元体应用到柴油机螺旋进气道内表面。使用CATIA、Hypermesh和Fluent软件对仿生非光滑表面进气道进行了CFD数值模拟分析。通过对4种非光滑表面以及光滑表面进气道的流量系数和涡流比进行对比分析发现:在流量系数变化程度较小的情况下,仿生非光滑表面进气道可以显著提高涡流强度。     

仿生射流表面孔径与射流速度耦合减阻特性数值模拟

针对仿生射流表面流场问题,基于非光滑表面减阻的仿生学理论,对鲨鱼鳃裂部位射流特征进行分析研究,建立具有类似于鲨鱼腮裂部位射流特征的仿生射流表面模型及可拓模型.利用SST k-ω湍流模型对仿生射流表面模型进行数值模拟,在主流场速度为20 m/s时,分析了不同射流孔径与不同射流速度耦合情况对壁面摩擦阻力、压差阻力及减阻率的影响,并对仿生射流表面减阻机理进行分析.研究表明在射流孔为5 mm时与射流速度耦合情况下的平均减阻率最大,为11.566%,同时为仿生射流表面多因素耦合情况下的减阻特性研究奠定基础.     

仿生凹坑与纳米碳化硅/镍基复合镀层耦合表面的磨损性能

为了探讨凹坑形态与纳米碳化硅/镍基复合镀层耦合表面的磨损性能,采用激光技术和电沉积技术制备了由凹坑形态和纳米碳化硅/镍基复合镀层构成的仿生耦合表面,并进行了摩擦和磨损试验。结果表明,仿生耦合表面的磨损性能高于单纯复合镀层的磨损性能;随着磨损载荷的增加和磨损时间的延长,试样表面磨损机制由以塑性磨损为主逐渐转变成以粘着磨损、磨粒磨损为主的磨损机制。     

仿生非光滑表面材料与铝合金制件间的减黏

根据工程仿生学原理,用45^#钢和高速钢材料通过激光加工的方式制备出具有网格状结构表面的仿生非光滑试样,并与光滑表面试样在电子万能试验机上进行了脱附对比试验。结果表明,仿生非光滑表面试样的抗黏附性能明显优于光滑表面试样,其与制件间的黏附力比光滑表面降低4．7％～20．9％。观察发现,非光滑单元体的凹坑结构与制件接触界面间形成的空隙降低了试样与制件间的实际接触面积,是使仿生非光滑表面试样具有良好抗黏附性能的主要原因。仿生非光滑结构为提高材料表面的抗黏附性能开辟了一条新途径。     

仿生耦合功能表面应力-应变本构关系

采用试验优化设计方法对相同试验条件下凹坑形仿生光滑试样以及具有仿生耦合表面的非光滑试样进行了干摩擦磨损试验对比研究。在相同试验条件下,凹坑形仿生非光滑试样磨损率小于光滑试样,即前者耐磨性较高。在此基础上,作者进行了受压状态下试样表面应力的试验测试和ANSYS有限元计算分析,探讨了非光滑凹坑对试样表面应力-应变分布的影响。结果表明:在受力状态下,仿生非光滑凹坑改善了试样表面的应力分布,使非光滑试样表面凹坑间的区域局部应力明显小于光滑试样表面的应力,即产生了局部低应力区。本文初步提出了非光滑结构的力矩效应和应力缓释效应。     

植物表面非光滑形态与润湿性的关系

从工程角度出发,应用多项对比试验与典型分析相结合的方法,选取吉林省长春地区的部分植物,应用体视显微镜、扫描电镜和静滴接触角测量仪等进行了植物功能叶表面的非光滑形态及与水的表面润湿性和粘附性的试验研究。试验结果表明,植物表面具有的非光滑形态与表面润湿能力的强弱有极大的关系,非光滑单元体的形状和分布是影响植物表面憎水性强弱的决定性因素;规律分布凸包形非光滑单元体的植物表面的憎水性强,脱附效果好;规律密布表皮毛形非光滑单元体次之。上述结果为生物表面仿生工程和复合材料表面设计提供了借鉴。     

凹坑形貌对线接触摩擦副耐磨性的影响

在线接触摩擦副中,非光滑结构单元的凹坑、凸包、波纹、鳞片形态等表面凹坑形貌对其耐磨性有一定的影响,其中凹坑的直径、深度对耐磨性的影响十分显著。以圆形凹坑非光滑形貌为例,采用有限元仿真分析的方法,对非光滑表面凹坑不同直径和深度的磨损过程进行了分析,研究了仿生非光滑表面对摩擦副耐磨性影响的程度。研究结果表明:线性摩擦副工作过程中,凹坑间距为1 000 m的条件下,摩擦副表面的等效应力和摩擦力随着圆形凹坑直径的增大而增大,随其深度的增大而呈抛物线增长;且在凹坑直径为100 m、深度为300 m时,矩形块的耐磨性最优。     

模拟活塞缸套摩擦副的仿生非光滑表面的摩擦学研究

根据仿生学原理,利用铝合金活塞和铸铁汽缸套的材料设计了普通结构和几种仿生结构的摩擦副,并在摩擦磨损试验机上进行了对比试验。结果表明,在干摩擦时,非光滑结构与普通结构的摩擦副的摩擦性能差异不大。在沾油润滑条件下,仿生非光滑结构的摩擦副的抗黏着磨损性能明显优于普通结构。其原因是在有润滑条件时,仿生非光滑结构具有较强的贮存润滑油及形成油膜的能力。     

钛合金材料防微动磨损涂层性能研究

采用超音速火焰喷涂工艺在TC4钛合金基体材料表面制备碳化铬系耐磨涂层,通过自制微动磨损试验设备测试不同对磨副、不同位移副值试验条件下带涂层的TC4钛合金材料的摩擦因数、磨损量等微动磨损性能,利用SEM、EDS、XRD等分析手段,对比分析微动磨损表面形貌、成分和相组成的差异.结果表明:不同摩擦副和位移副值条件下的摩擦因数...     

缓粘结预应力钢筋摩擦系数试验

为了探明张拉时缓粘结剂固化程度对预应力钢筋摩擦损失的影响规律,制作6根预应力梁,每根梁直线布置3根缓粘结预应力钢筋,进行张拉试验.按照缓粘结剂的固化程度,对预应力钢筋分批进行张拉,并测得钢筋应力的摩擦损失.结果表明,在缓粘结剂固化程度相同的条件下,随着张拉力的增加,缓粘结剂的粘结作用失效,钢筋应力的摩擦损失逐渐变小;预应力钢筋达到控制应力时,随着缓粘结剂硬度的增加,粘结作用增强,摩擦损失增大;当缓粘结剂邵氏硬度达到80以上时,摩擦系数k达到了0.538 m~(-1).     

Erosion wear experiments and simulation analysis on bionic anti-erosion sample

The dorsal surface of a desert lizard has excellent particle erosion resistance.In this paper,a bio-inspired sample was designed and fabricated based on the biological characteristics of the dorsal skin of the desert lizard(Laudakin stoliczkana).The bionic sample consists of two materials with different characteristics,which form a two-layer composite structure.The particle erosion property and erosion wear mechanism of the bionic sample was studied by means of sandblast experiment and numerical simulation,respectively.The experimental results show that,in the stage with steady abrasion rate,the weight loss per unit time of the bionic sample is about 10%lesser than the control sample.The numerical simulation indicated that the two-layer structure of the bionic sample can efficiently absorb the normal stress,and dissipate the stress in the horizontal direction.Thus,the stress concentration on the sample surface is suppressed.The two-layer structure is contributed to the decentralizing of the stress distribution,and thus the occurrence probability of erosion damage can be decreased.     

Bionic surface design of cemented carbide drill bit

The development of a high-performance cemented carbide drill bit is of great significance to the reduction of rock drilling-cost. The non-smooth features of a biological surface provide an insight into how they can obtain low friction and good wear resistance with evolving surface morphology. By analyzing the mechanism of the surface of a dung beetle for reducing soil wear and adherence, we design a cemented carbide drill bit with a bionic surface, which is expected to have superior anti-wearing and anti-sticking properties for drilling the soft coal seam. Inspired from the characteristics of the head and pronotum surface of the dung beetle, optimized non-smooth surface of the drill bit was constructed. The working performance of this innovative drill was experimentally tested. With comparative experiments under the identical drilling conditions, the wear rates, drilling times of conventional drills and bionic drills were measured. Compared with the conventional counterpart, the drill designed exhibits better performance in reducing wear and sticking drilling-breaks, therefore achieving higher levels of efficiency. The diameter of the dome and pit on the bit surface is in the range of 0.8–1.2 mm, and the bionic drill bits could get better performance with preferable drilling speeds and wear rates.     

The Wear Process of PTFE Coatings Under Vacuum Conditions

The wear process of PTFE coatings sliding against GCrlS-bearing steel ball under vacuum conditions was investigated, and the hardness of the PTFE coatings on both sides of wear track was measured. The experimental results showed that the friction coefficient of the PTFE coatings increases with the increase of sliding distance under different sliding velocities. And the friction coefficient of the PTFE coatings increases with the increase of sliding distance under different sliding loads. The wear rate of PTFE coatings decreases with the increase of sliding distance. And the majority of the wear produced during the whole wear process of PTFE coatings sliding against GCr-15 steel ball comes from the early period of friction. The hardness of PTFE coatings on both sides of wear track increases as the distance increases and distributes symmetrically around the wear track. Scanning electron microscope （SEM） was utilized to investigate the worn surface of PTFE coating, h was found that the worn surface of PTFE coating is characterized by sever plastic deformation and spalling of the PTFE coating. The edge of wear track is characterized by micro cracking.