TBM的刀具改性与辅助破岩技术研究现状

硬岩掘进机(TBM)主要依赖滚刀-岩石界面的滚压作用进行隧道掘进作业,滚刀刀圈磨损严重、更换频繁,严重影响TBM掘进效率.本文介绍了TBM滚刀破岩原理与典型失效形式;从滚刀材料改性和结构优化角度归纳总结了TBM刀具改性的研究现状,指出单纯的滚刀改性优化对TBM掘进效率的提升作用有限;进而介绍了水射流、超声、激光和微波等外加物理场辅助破岩技术的研究进展;最后,从岩石力学性能化学弱化角度探讨了辅助破岩技术的新思路.     

世界铁路发展状况及其关键力学问题 全国结构工程学术会议特邀报告

论述了世界部分发达国家和我国铁路发展情况、铁路运输的优点及其在经济建设中所发挥的作用。介绍了世界发达国家和我国铁路发展历史和未来轨道交通发展方向。详细讨论了现有铁路运输存在的问题和未来高速铁路亟待解决的关键力学问题。它们主要是:(1)弓网/列车/轨道(桥梁)大系统耦合动力学; (2)车辆结构强度和可靠度问题;(3)轮轨关系(脱轨、粘着、滚动接触疲劳和波浪形磨损、轮轨噪声);(4)高速列车弓网动力学和高速受流条件下摩擦磨损;(5)轨道结构关键力学和严酷环境下轨道工程破坏问题。这些问题直接危及到行车的安全和运行品质.并提出今后解决这些问题的主要方向。     

TiNi合金轴向压缩动载荷下的超弹性研究

以高温固溶时效和中温退火处理过的Ti-50．7at％Ni合金为研究对象，考察了合金在试验温度为20℃，加载速率分别为3mm／min、15mm／min、30mm／min、50mm／min作用下的轴向压缩应力-应变行为。结果表明：2种热处理方式处理过的Ti-50．7at％Ni合金具有约4．5％～5．0％的非线性超弹性，高温固溶时效处理的合金由于析出相强化提高了合金母相强度，因而相变超弹性能比中温退火的合金要好，在相同试验条件下，高温固溶时效处理合金的加载-卸载曲线包围面积比中温退火的大，但随着加载速率的增加而减小；在较高加载速率下，中温退火的合金表现出近乎线性超弹性。     

-35℃低温下珠光体/贝氏体钢轨磨损与滚动接触疲劳行为研究

高寒地区铁路钢轨面临着低温服役环境,低温下钢轨的滚动磨损与损伤行为是影响其服役安全的重要因素。通过轮轨滚动接触模拟试验研究了-35℃温度下珠光体（亚共析钢和共析钢）和贝氏体钢轨磨损与滚动接触疲劳（RCF）损伤行为。结果表明,贝氏体钢轨在-35℃试验温度下硬化程度较低,导致磨损程度高于珠光体钢轨,珠光体钢轨中亚共析钢轨磨损程度低于共析钢轨;三种钢轨存在不同程度的RCF损伤,疲劳裂纹主要以小角度（<10°）扩展。磨损和RCF存在竞争关系,磨损较小的亚共析钢轨RCF损伤严重,共析钢轨次之,磨损最严重的贝氏体钢轨RCF损伤最轻微。     

高频电刀电凝模式下304不锈钢和钨两种电极表面的组织粘附行为

为探索电极材料熔点对电极表面组织粘附的影响,采用不同熔点的电极材料(304不锈钢和钨)对离体猪肝脏组织进行电切割试验,研究了电凝模式下电极表面的组织粘附行为。结果表明,在电切割过程中,低熔点的304不锈钢电极表面发生显微熔融、导致电极表面粗糙化,电极基体元素在粘附组织-电极界面出现扩散,粘附组织结合强度大于4.11 MPa;而高熔点的钨电极表面形态无明显变化,电极基体元素在粘附组织-电极界面没有出现扩散,粘附组织结合强度约1.65 MPa。进一步研究发现,钨电极表面粗糙度越大,粘附组织的结合强度越大,这间接证实电切割过程中304不锈钢电极表面显微熔融导致的表面粗糙化是其表面粘附组织结合强度明显大于钨电极的主要原因之一。可见,采用高熔点的电极材料能够避免电极表面显微熔融,从而减轻电极表面的组织粘附。     

Incoloy800合金的高温微动磨损特性

采用PLINT高温微动磨损试验机,研究核电用管材Incoloy800合金的高温微动磨损机制和动力学特性。Incoloy800合金圆管试件与0Cr18Ni9不锈钢配副件圆柱体在水平面上垂直交叉接触,控制法向载荷为80N、位移幅值为2～20μm、循环次数为3×104次,在不同温度(25℃、300℃和400℃)下进行微动磨损试验。结果表明:当载荷、温度一定时,随着位移幅值的增大,Incoloy800合金的微动运行经历从部分滑移区向混合区和滑移区规律性的转变。温度升高并未对微动运行的区域特性以及部分滑移区的稳态摩擦系数产生显著影响,但在混合区和滑移区,稳态摩擦系数随温度的升高而明显降低。Incoloy800合金的高温微动磨损机制主要表现为摩擦氧化、磨粒磨损与剥层的共同作用。     

AlCrN涂层转动微动摩擦学行为

在新型转动微动摩擦磨损试验装置上,采用球/平面接触方式,对多弧离子镀制备的AlCrN涂层与Si3N4陶瓷球进行转动微动试验,变化转角位移幅值,研究了涂层的转动微动摩擦磨损行为。结果表明:AlCrN涂层的转动微动摩擦行为明显依赖于转角位移幅值,随着转角位移幅值的增加,摩擦界面从部分滑移向完全滑移转变,摩擦因数明显增大且曲线走势明显不同。AlCrN涂层转动微动在转角位移幅值θ=0.5°时处于部分滑移状态,损伤极其轻微,界面主要由弹性变形协调;当θ增大为1°,微动运行于完全滑移状态,但涂层的损伤仍较轻,为轻微的磨粒磨损和氧化磨损;当θ进一步增大为2°,涂层损伤明显加重,且磨痕中心处有明显的塑性隆起的痕迹,与同处于滑移区的较小转角位移幅值(θ=1°)的情况明显不同。因此,转角位移幅值对AlCrN涂层的转动微动摩擦磨损行为有重要影响。     

碳/铜载流滑动摩擦过程中摩擦学与电弧行为

在先进的多功能摩擦磨损试验机上,对碳刷/铜环在有、无电流条件下的滑动摩擦学行为进行研究,并对电弧行为进行分析。结果表明：法向载荷是载流摩擦过程中电弧产生的主要控制因素之一;电弧强度随法向载荷的降低而增强,随电流的增大而增强;摩擦过程的不稳定和摩擦系数的波动强烈地依赖于电弧;碳刷的磨损量和磨损机制受电弧影响显著;当没有电弧产生时,在有、无电流条件下碳刷的磨损量没有显著差别,此时,碳刷磨损机理主要是机械磨损;当有电弧产生时,载流条件下碳刷的磨损量远高于无电流实验的,并随着电流的增大和法向载荷的降低而迅速增大,磨损机理主要是电弧烧蚀和粘着磨损,并伴有一定的材料转移。     

盾构滚刀材料表面镍基碳化钨涂层摩擦学性能研究

目的 盾构滚刀磨损是盾构施工中最常见的问题之一,为减缓刀具的剧烈磨损、延长刀具的使用寿命,采用等离子堆焊工艺在盾构滚刀表面制备镍基碳化钨涂层以强化滚刀性能,基于盾构滚刀服役的真实工况,研究滚刀涂层的摩擦学性能及其合理的评价方式.方法 对镍基碳化钨涂层在往复滑动、冲滑复合(冲击+滑动)两种相对运动模式下进行摩擦磨损试验研究.结果 制备镍基碳化钨涂层后可提高滚刀的耐磨性.往复滑动磨损后,镍基碳化钨涂层的磨痕宽度为0.42 mm,而H13钢的磨痕宽度达到0.78 mm,镍基碳化钨涂层的抗冲滑性能也明显优于H13钢.两种相对运动模式下镍基碳化钨涂层均主要承受磨粒磨损,但往复滑动模式下涂层存在局部剥落,而冲滑复合模式下则伴随一定的粘着磨损.结论在两种相对运动模式下,镍基碳化钨涂层表面的高硬度碳化钨颗粒都可阻止磨粒对较软镍基合金区域的切削与碰撞.相较往复滑动模式,冲滑复合模式下镍基碳化钨涂层要承受冲击和滑动的耦合作用,涂层的磨痕特征以及损伤形式都有明显的不同.采用冲滑复合运动模式的摩擦磨损试验能对盾构滚刀刀圈的摩擦学性能进行更全面、合理的研究及评价.