微通道纳米结构的润湿接触状态对滑移减阻影响的分子动力学研究

针对流体在纳米通道的微尺度流效应,采用分子动力学方法以SPC/E水分子为纳米流动介质,分别计算模拟其在不同纳米结构的微通道内的润湿接触状态和Poiseuille流动行为,研究通过微通道壁面微纳结构改变而导致的不同润湿状态起到的滑移减阻效应.结果表明:纳米结构的周期性增加,会使得壁面的亲疏水性呈现马太效应,从而达到润湿性控制的目的.增加壁面亲水性,会使主流区密度、流体速度和滑移速度都减小;在增加壁面疏水性的过程中,主流区的密度增加;并且流体的状态由Wenzel向Cassie转变,流体速度和滑移长度先减小后增加;而亲疏水转变过程中,随着表征接触角的增加,当动静态流体与壁面的接触状态相同时,流体流动的壁面摩擦因数值呈现单调递减趋势;而当动静态流体与壁面的接触状态存在差异时,摩擦因数会出现轻度无规律波动.     

基于结构光的微细管孔内表面三维重建

介绍了一种适于空间曲线型微细管孔内表面三维重建的系统。该系统主要由管道机器人、形貌检测器和曲率检测器等部分组成。形貌检测器在管道机器人的带动下潜入管孔内部进行内壁截面图像采集，曲率检测器负责测量管孔中心轴线在检测器采样位置处的局部几何性质。对管道内壁截面图像进行适当的处理，结合形貌传感器的标定参数和结构参数，可以计算出在检测器局部坐标系下的管道截面三维轮廓；同时，根据传感器采样位置处的管道中轴线局部几何性质、管道机器人的前进步长，建立局部坐标系与全局坐标系的关系，从而将被测全部截面的局部坐标转化为全局坐标，实现管道内表面的三维重建。实验结果表明，利用该技术检测的管道内表面三维形貌与实际情况是一致的。     

仿生油管螺纹表面结构的优化研究

针对油管螺纹粘扣问题,结合仿生技术通过有限元方法模拟API油管螺纹和仿生油管螺纹与接箍的拧接过程,结果表明,加入非光滑结构的仿生油管螺纹在标准工况下的最大接触应力明显低于API油管螺纹,并且应力分布较为平均。为了寻找最佳的仿生结构采用试验优化设计,对非光滑结构的直径、直径深度比、密度和分布牙数进行了优化,得出当在螺纹中部五个齿面上,每个齿上分布8个直径和深度均为150μm的仿生单元体时,油管螺纹的粘扣现象改善最佳。     

面向磁流体增强的骨架结构微成型设计及回弹特性研究

为提高磁流体密封液膜的刚度和抗压力性能,设计一种应用于磁流体密封的翻边Z型增强骨架,该骨架由软磁金属薄板微成型冲压而成。对软磁金属电工纯铁和无取向硅钢进行单向拉伸试验,得到2种材料的应力应变曲线。利用幂硬化准则对Z型骨架成型回弹特性进行理论分析,确定影响回弹的主要因素为材料参数、厚度、弯曲半径、开孔宽度等。利用有限元软件对成型回弹过程进行仿真,应用因素水平分析,以残余应变和最大回弹量为指标,分析板胚厚度、弯曲半径、开孔宽度对回弹的影响。仿真结果表明：在研究的范围内通过增大板胚厚度、减小弯曲半径、减小翅片宽度能有效降低骨架回弹;当厚度为0.3 mm,弯曲半径0.3 mm,翅片尺寸为2 mm×1 mm时骨架成型回弹量最小,运用硅钢材料比纯铁具有更小的回弹量。研究结果对软磁金属的微成型冲压及磁流体密封复合材料设计提供了参考。     

全自动注肩机合模成型保压机构的设计

论述了全自动注肩机舍模成型保压机构的工作原理及设计方法。对模具的结构、合模加压系统的机理和结构作了介绍，讨论了压力调整的可行性。介绍了一种动态过程无后续动力源的模具保压机构。     

微注射压缩成型多层次结构的设计、调控和功能化

<正>随着精密光学制品、微系统和新型功能表面需求的日益增长,高分子微制品的质量要求在不断提高,制品结构趋向于复杂化和微型化。然而,聚合物微成型中不少理论和技术问题亟待解决,严重阻碍相关领域的发展。微注射压缩成型(μ-ICM)技术具有微注射技术生产效率高和微热压技术复制精度高的优点,已成为制备精密光学制品的重要手段。然而,目前μ-ICM     

纳米坡缕石的表面修饰及摩擦学性能研究

通过球磨改性的方法,使用油酸、硅烷、季铵盐、钛酸酯4种修饰剂对纳米坡缕石颗粒进行表面修饰,使用沉降法及TEM进行修饰效果评价。将经过修饰的纳米坡缕石颗粒作为润滑添加剂,在MMU-10G型高速高温摩擦磨损试验机上考察其摩擦学特性。结果表明:油酸对纳米坡缕石具有优异的表面修饰效果,且其在润滑油中具有良好的分散稳定性;经表面修饰的纳米坡缕石具有优异的减摩作用和良好的抗磨效果,与基础油相比,摩擦因数降低43.1%,磨损失重减少10.1%。     

基于贝壳表面结构疏浚铰刀刀齿的仿生设计

疏浚铰刀在水下作业时,泥沙对疏浚铰刀的黏附降低了其工作效率。从仿生学的角度出发,研究具有减黏减阻作用的疏浚铰刀其原理是可行的。利用逆向工程技术,建立了仿河蚌壳外表面结构的数学模型,并依据此数学模型,用三维设计软件SolidWorks设计了3种不同分布间距的棱纹形仿生疏浚铰刀刀齿。     

纳米固体润滑颗粒对微织构表面摩擦学性能的影响研究

基于RTEC-MFT-5000型多功能磨损试验机,研究了纳米固体润滑颗粒作为润滑油添加剂对微凹坑织构表面摩擦学性能的影响。在研究中,应用NanoFocus共聚焦显微镜观测试样表面微织构形貌,获取磨痕处二维截面轮廓图。借助扫描电子显微镜和能谱仪,对磨损区域微凹坑形貌及磨痕部位微凹坑内外的元素成分进行分析。研究结果表明,添加纳米固体润滑颗粒的润滑油,在不同工况条件下均具有较优的减摩特性,固体润滑颗粒作为添加剂有助于在磨损区域形成一层固体润滑膜,减小摩擦副之间的摩擦因数,提高耐磨性能。含有纳米二硫化钼固体颗粒添加剂的润滑油,其减摩抗磨效果优于含有纳米石墨固体颗粒添加剂的润滑油。表面微织构技术与纳米固体润滑颗粒添加剂相结合,可以表现出更为优异的协同润滑效果。     

Ni-ZrO2纳米复合电铸层表面形貌、组织结构及性能研究

通过复合电铸工艺制备Ni-ZrO2纳米复合电铸层,探讨了镀液中纳米ZrO2颗粒悬浮量和电流密度对Ni-ZrO2纳米复合电铸层表面形貌的影响,用SEM、TEM和显微硬度仪对纳米复合电铸层的表面形貌、组织结构和显微硬度进行了分析。结果表明,镀液中纳米ZrO2颗粒悬浮量和电流密度对纳米复合电铸层表面形貌有较大程度的影响。纳米ZrO2颗粒细化了复合电铸层中基质金属的晶粒,使复合电铸层的表面光滑平整,组织均匀、致密,显微硬度大幅度提高。     

气缸套表面微造型与微纳米颗粒填充对摩擦学性能的影响

研究气缸套试样表面微造型技术和微纳米颗粒填充技术对缸套-活塞环摩擦副摩擦学性能的影响。在富油和贫油2种工况下,探究表面微造型和微纳米颗粒填充技术对摩擦副的摩擦因数和抗黏着磨损时间的影响。试验结果表明:在富油工况下,表面两端微造型和蛇纹石二硫化钼微纳米颗粒复合填充气缸套试样的摩擦因数最小,比机械珩磨气缸套试样的摩擦因数降低了13.99%;在贫油工况下,表面全部微造型和蛇纹石二硫化钼微纳米颗粒复合填充气缸套试样的抗黏着磨损时间最长,比机械珩磨气缸套试样的抗黏着磨损时间延长了85.79%;在试验过程中,表面微坑中的微纳米颗粒的溢出率会随着时间的延长而逐渐下降,最后趋近于0。     

仿生非光滑表面管道的设计及有限元分析

仿生非光滑表面的减阻作用由于其在工程中的应用价值而被广泛关注。为了减小油气管道运输摩擦阻力损失，将蚯蚓体表的生物学特征引入管道中，设计了凸包型、凹包型2种非光滑壁面管道。结合理论分析、仿真模拟两种手段研究了仿生管道的高性能机理。通过对比仿生管道与普通管道内流体的流动特性，得到了性能最高的非光滑结构：凸包非光滑内壁管道。该管道相对于普通光滑管道，具有更高的减阻率，运输能量更强，流速更高，可为运输管道仿生减阻的深入分析提供参考。     

镁合金覆盖件功能表面的仿生设计及关键技术

正项目负责人:刘燕(E-mail:lyyw@jlu.edu.cn)依托单位:吉林大学项目批准号:509050711.项目简介镁合金作为最轻的金属结构材料,具有优异的特性,在航空航天、汽车工业和电子通讯等领域已经得到广泛应用。但其表面面耐蚀性差是制约其应用的主要原因。本项目运用仿生学原理,选用AZ91D镁合金作为基体,构筑形态、结构、材料多因素协同作用的复合表面,以提高镁合金表面自清洁性,进而改善镁合金表面耐蚀等性能,通过化学刻蚀法、模板法等制备具有自清洁性、耐腐蚀、耐磨性能的仿生功能表面。探讨仿生表面材料、形态、结构等因素对性能的影响机理,系统总结     

成型轧辊表面的脉冲电化学光整加工技术研究

针对成型轧辊表面光整加工的需要,将脉冲电化学光整加工技术与数控技术相结合,开发了成型轧辊脉冲电化学光整加工工艺及设备.介绍了装置的构成,以及影响光整效果的主要工艺因素.     

1kPa 微机械结构微压传感器的研究

本文报道一种量程为１ｋＰａ的扩散硅微机械结构微压传感器。实现了高灵敏度微压传感器的非线性内补偿和强过载保护以及高共振频率,分析研究了最佳条件。微压传感器的非线性为０．１％ＦＳ,其过载保护能力已超过５００倍满程压力,共振频率为９ｋＨｚ。     

仿生吸能结构的设计及耐撞性研究

通过观察东方龙虱鞘翅结构特征,设计了一种仿甲虫鞘翅轻质吸能结构。为了降低吸能结构在碰撞过程中的峰值载荷,对吸能结构提出三种改进方案。利用显式有限元技术,以结构的总吸能、峰值载荷和屈曲变形形式为评价指标,对三种改进的吸能结构进行了对比分析,最终得出填加凹槽改进吸能结构缓冲吸能性最好。     

炭黑/硅橡胶纳米复合材料的结构和压阻特性研究

炭黑/硅橡胶复合材料,具有良好的导电性和柔韧性,可用于机器人传感器领域。在炭黑/硅橡胶复合材料中分别添加纳米二氧化硅和纳米三氧化二铝,用扫描电镜考察纳米粒子对导电炭黑在橡胶基体中的分散作用。测量其导电特性、压阻特性,考察了纳米粒子对该复合材料导电特性和压阻特性的影响。结果显示,适量添加纳米粒子,对炭黑具有分散作用和解离作用,可以得到具有导电性好、压阻特性线性好的导电橡胶复合材料,且添加二氧化硅效果优于三氧化二铝。     

生物体承力结构的仿生设计研究概况

介绍了仿生设计的由来及发展过程,并对生物体承力结构从力学特征上进行了分类,综述了在机械工业、建筑行业上关于生物体承力结构的仿生设计研究概况、存在的问题和应用前景。     

纳米结构碳基薄膜的制备及性能研究

利用单极脉冲等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅衬底上沉积含氢碳薄膜,用高分辨透射电子显微镜和激光拉曼光谱仪研究薄膜的微观结构,用X射线光电子能谱分析薄膜的化学键状态,并用纳米压痕仪测定薄膜的硬度和弹性模量,在CSM往复式摩擦磨损试验机上考察薄膜的摩擦学性能。结果表明:在单极脉冲等离子体增强化学气相沉积系统上成功制备出在非晶基体上镶嵌弯曲类富勒烯纳米结构的含氢碳薄膜,其独特的类富勒烯纳米结构赋予薄膜良好的力学性能,其弹性恢复系数和硬度分别高达86%和26.37 GPa;与非晶结构薄膜相比,制备的纳米结构含氢碳薄膜在室温环境下摩擦学性能更为优异,在机械摩擦表面具有广阔的应用前景。     

表面微造型技术改善物体表面摩擦性能的研究

物体表面的微细形貌深刻影响和改变着物体表面的摩擦性能,这就促使人们利用各种加工手段在物体表面进行微细造型改变表面状况以达到所需要的表面摩擦性能。本文首先论述了微造型的几何参数及其对摩擦性能的影响,接着阐述了近年来物体表面微细形貌加工方法以及表面微造型技术的应用领域,最后提出了表面微造型技术的可能发展方向。