四环素牙摩擦磨损行为的研究

在往复滑动摩擦磨损试验台上以钛合金为对磨材料,考察了不同染色程度四环素牙的摩擦学性能,并与正 常恒牙进行了比较。结果表明:轻度四环素牙的摩擦磨损行为接近正常恒牙,磨损以擦伤和轻微犁削为主;重度 四环素牙的摩擦系数变化波动较大,稳态值较高,磨斑表面呈现显著犁沟和剥落,摩擦学特性逊于正常恒牙。四 环素牙的耐磨性随其染色程度加深而降低。     

人股骨皮质骨轴面微动摩擦磨损特性研究

采用高精密微动试验台外加体液恒温循环装置,在一定法向载荷和不同位移幅值条件下,研究了天然活性人股骨皮质骨对纯钛的微动摩擦磨损行为。试验结果显示：随位移幅值的增加,股骨皮质骨的微动运行状态从部分滑移向完全滑移状态转变,详细讨论了不同位移幅值下摩擦因数随循环次数的演变规律。微观观察表明：接触表面处于部分滑移状态时损伤轻微,而在完全滑移状态下磨损较严重。人股骨皮质骨的磨损机理主要表现为磨粒磨损和微骨折导致的剥层剥落。微动磨痕的深度随位移幅值的增加而增加,而且磨痕深度与摩擦因数有很好的对应关系。研究认为控制植入体/骨界面的微动幅度有利于提高皮质骨抗微动损伤的能力。     

预塑性应变对纳米压痕硬度尺寸效应的影响

试验研究了不同预塑性应变条件下纯铁纳米压痕硬度的尺寸效应,发现统计存储位错对应的硬度HM0随预塑性应变的变化与材料拉伸应力－应变曲线有很好的对应关系。纯铁预拉伸应变为0～10%时,透射电镜表明样品内位错组态呈等轴状位错胞。随应变的增加,位错密度急剧增加,导致拉伸应力从150 Mpa快速增至320 Mpa,统计存储位错对应的硬度HM0从1.13 Gpa迅速增至2.05 Gpa。然而,随着应变的进一步增加,纯铁样品内位错组态转变为细条状的变形胞,对应的拉伸应力和硬度HM0增长缓慢。研究有助于揭示纳米压痕硬度尺寸效应的起源。     

60Si2Mn钢复合微动磨损行为的研究

采用球／平面接触,研究了60Si2Mn钢在两种倾斜角(45°和60°)、三种载荷(Fmax=200 N、400 N、800 N)和恒定加载速度(6 mm／min)下的复合微动磨损行为。在详细分析该微动接触条件下的动力学特性的基础上,结合光学显微镜和激光共焦扫描显微镜对磨痕的分析,探讨了不同阶段的微动过程和机制。根据F-D曲线的三种形状,60Si2Mn钢的复合微动运行过程划可划分为三个阶段。第1阶段的磨损以滑移为主,第Ⅱ、Ⅲ阶段的颗粒剥落均按剥层机制进行,但损伤程度明显不同。     

微动图在抗微动失效中的应用

本文详细介绍了微动运行机制和破坏特性的二类微动图;运行工况微动图由部分滑移区、混合区和滑移区组成;材料响应微动图可分为轻微损伤医、裂纹区和表面磨损区。进一步研究证明微动破坏与微动区域有密切关系。其次,从微动图的角度出发,结合实际经验和文献研究,作者试图在改变微动区域、增加表面强度、利用润滑、合理选择材料及匹配等四方面对减缓微动破坏提出指导性意见。     

阴极极化对滑移区微动腐蚀行为的影响

研究了45^#、GCr15和0Cr18Ni9钢在水、酸雨和海水介质中的微动腐蚀特性,以及阴极极化作用的影响．结果表明：与干态和水介质的情况相比,在酸雨和海水中这3种钢的摩擦因数降低,阴极极化使摩擦因数升高．在酸雨和海水介质中3种钢的微动腐蚀材料流失量均小于干态,阴极极化显著降低了微动腐蚀损伤和材料流失．在微动腐蚀条件下材料的流失小于干态,微动与腐蚀之间表现出“负”交互作用,是介质及其产生的腐蚀产物膜参与微动过程的原因,从而改变了摩擦副接触区表面状态,减少了摩擦副直接接触．     

摩擦振动的时频特性

采用短时傅里叶变换(Short-time Fourier transform,STFT)和Zhao-Atlas-Marks分布(ZAMD)这两种时频分析技术对往复滑动条件下的摩擦振动时频特性进行研究。用例子探讨了这两种时频分析技术的特点,联合采用STFT 和ZAMD方法可得到较高的时频分辨率。对摩擦振动信号的时频特性研究表明,摩擦振动的频率从其初始形成到消失的全过程中基本没有发生变化,这个特性显示在摩擦振动的形成和消失过程中没有遇到结构非线性因素。还讨论了时频不变特性的物理意义,指出用模态耦合理论不能满意地解释摩擦振动有限和消失现象。     

低周次单向与往复滑动磨损性能对比研究

研究了45#钢与氮化硅陶瓷摩擦副低周单向(球盘)与往复滑动磨损过程,简要对比分析了相同摩擦循环次数条件下2种滑动方式的磨损行为差异.试验结果表明,往复磨损与单向磨损均要经历前期表面膜破坏和后期磨屑的产生和溢出保持相对平衡这2个过程,不过出现时间和程度有所差异;在进入稳定磨损阶段后,单向磨损比往复磨损摩擦因数更小,表面更加光滑,这主要是由两者磨屑的演变特性差异所致.     

新型TBM螺旋槽滚刀破岩性能及接触行为研究

全断面隧道掘进机(TBM)是用于长大隧道建设的关键装备,在川藏铁路等国家重大战略工程中发挥着重要作用。但TBM在硬岩地层施工中仍然面临所需推力大、掘进速度慢、滚刀损耗严重等问题,亟待解决。尝试探索基于滚刀表面结构设计调控刀-岩接触的可行性,设计了一种新型螺旋槽盘形滚刀。使用直线切割破岩实验研究不同贯入度和岩石种类下新型滚刀的破岩性能,并利用颗粒流离散元数值仿真对其破岩机理进行阐释。结果表明,滚刀表面的螺旋槽设计可以显著地降低破岩时切削力,而对生成的岩石碎片总体积无明显影响,因此可以显著减小滚刀做功,降低破岩比能,提高破岩过程的能量利用效率。其机理在于螺旋槽有效地优化了岩石内应力分布,使得同一滚刀前后相邻的刃齿在沟槽下方岩石中形成拉应力区,该部分岩石未与滚刀直接接触形成岩石粉末,而是由拉裂纹互相贯通形成岩石碎片,即减少了岩石粉末数量、缓解了岩石过度破碎程度,最终达到了降低切削载荷和破岩能耗的效果。     

抗微动损伤的表面工程设计

针对内燃机车16V280ZJ型柴油机连杆的微动损伤，在失效分析和接触力学分析的基础上，进行了表面工程技术可行性方案的比较，确定了固体润滑涂层的表面处理方案。研究采用了极图法，对粘接MoS2、粘接石墨、粘接PTFE和电刷镀Pb／Ni等4种涂层的性能和微动特性进行了定量比较，结果表明，粘接MoS2涂层具有最佳的抗微动损伤特性。实际应用表明，经表面工程设计选择的涂层显著提高了连杆部件的使用寿命。