Self-Repairing Mechanical Systems

This paper reviews several types of self-repairing systems developed in the Mechanical Engineering Laboratory. We have developed a modular system capable of self-assembly and self-repair. The former means a set of units can form a given shape of the system without outside help; the latter means the system restores the original shape if an arbitrary part of the system is cut off. We show both two-dimensional and three-dimensional unit designs, and distributed algorithms for the units.     

Study on Self-Repairing Performance of Mineral Powder Lubrication Oil Additive to Engine

By means of the engine shelf test, the gas escape amount of bent axle box was measured before and after adding hydroxyl silicate mineral powder lubrication oil additives, and discovered that gas escape amount after self-repaired is obviously smaller than before, the average gas escape amount of each rotate speed descend 6.5 %. Watching friction surface with SEM, discovered that the part of net veins in the cylinder inner surface are smoothly patched. Analysis with energy spectroscopy, discovered that there are some changing of atom component. Proofed that through rub chemical reaction, hydroxyl silicate mineral powder lubrication oil additives can generate new substance layer on friction surface, and can increase cylinder inner surface bulk, thereby get the repaired effects.     

Al2O3/SiO2／MgO复合纳米添加剂的抗磨减摩性能

采用超声机械法制备纳米Al2O3、SiO2、MgO等颗粒，并对其进行化学修饰，使其稳定地分散在基础油中，获得自修复纳米润滑添加剂。通过四球试验与止推圈试验考察摩擦学性能。试验结果表明：自修复纳米润滑添加剂具有良好的分散稳定性、抗磨减摩性和自修复性。     

硼酸镧/铟复合纳米微粒在菜籽油中的摩擦学性能

用化学反应法制备了纳米硼酸镧,与纳米铟共混形成La2[B4O5(OH)4]3/In复合纳米微粒,用XRD、EDS对其物相组成及结构进行表征,利用四球试验机考察了不同复配比的La2[B4O5(OH)4]3/In复合纳米微粒在菜籽油中的摩擦学性能。通过SEM、XPS等手段,分析了磨损表面的形貌、元素组成和典型元素的化学状态,探讨La2[B4O5(OH)4]3/In复合纳米微粒润滑体系的作用机理。结果表明：复合纳米微粒由无定形水合La2[B4O5(OH)4]3和体心四方相结构纳米In组成。当水合La2[B4O5(OH)4]3与In质量配比为7∶3复合时,该润滑分散体系的减摩抗磨性能最佳,比纯菜籽油润滑的摩擦因数和磨斑直径分别降低51.2%和40.2%。主要是由于复合纳米微粒在磨损表面形成了以化学键、金属键结合为主吸附为次的自修复膜,使表面性能得到优化,提高了减摩性,同时补偿了磨损量,抗磨性也得到明显提高。     

基于矩阵仿真法的区域封锁子弹药自修复系统设计

针对机场跑道反封锁的问题,提出基于矩阵仿真法的区域封锁子弹药自修复系统。该系统设计了雷场自修复矩阵、雷场自修复组网和雷场自修复通信机制,并给出详尽的状态描述和算法表示。该修复策略能对缺口信息实时反馈并作出快速反应,有效封锁敌方机场,赢得战场制空权。     

胚胎型仿生硬件结构容错机制与设计方法研究

介绍了一种新的仿生容错系统——胚胎型仿生硬件;它将FPGA设计成由电子细胞构成的二维胚胎阵列,使用电子细胞阵列模拟生物体多细胞结构,使硬件电路具有与生物细胞组织类似的自诊断和自修复特性;详细阐述了胚胎型仿生硬件的硬件结构、错误检测与自修复机制等关键技术,并以四位可控移位寄存器的设计为例说明了其系统设计方法;展望了仿生硬件的应用前景,指出了目前存在问题和进一步研究的重点.     

介孔分子筛纳米微容器装载缓蚀剂对环氧涂层防腐蚀性能的影响

目的 研究添加装载缓蚀剂的介孔分子筛对环氧涂层防腐蚀性能的影响。方法 通过浸渍法分别添加有机缓蚀剂葡萄糖酸锌和无机缓蚀剂硝酸铈对介孔分子筛MCM-41改性获得缓蚀颗粒,将缓蚀颗粒与环氧涂层混合获得具有自修复功能的复合环氧涂层。通过中性盐雾试验、电化学交流阻抗谱和局部电化学交流阻抗谱测试,评价了复合环氧涂层的防腐蚀性能,并通过光学显微镜对腐蚀后形貌进行了观察。结果 当缓蚀颗粒含量为5%时,浸泡50 d后,环氧清漆的涂层电阻从9.93×10⁴ Ω降至3.71×10⁴ Ω,而铈改性复合涂层的电阻从2.33×10⁵ Ω降至1.06×10⁵ Ω,其变化趋势更稳定且阻抗值更大,有机锌盐改性复合涂层在浸泡后的起泡现象也得到了明显改善。缓蚀颗粒含量较多(10%)时,复合涂层中的微孔缺陷含量增高,同时引起渗透压的改变,使得腐蚀介质更易渗透至金属基体表面,加速腐蚀的发生。在带缺陷涂层中,两种改性涂层缺陷周围测得的阻抗值呈现先减小后增大的趋势,涂层均出现自修复现象。结论 适量装载缓蚀剂介孔分子筛颗粒的加入,有效地提高了环氧涂层的防腐蚀性能。Zn²⁺/Ce³⁺在缺陷处形成难溶化合物阻碍腐蚀反应是提高涂层防腐蚀能力的主要原因。     

新型自修复钢筋涂层的试验研究

将人为损伤的自修复涂层钢筋置于海水中浸泡,通过测量钢筋的自腐蚀电位、涂层下的钢筋腐蚀面积、涂层和钢筋界面间的粘附性,并观察涂层破损处的锈蚀状况,研究自修复涂层中的亚硝酸离子对破损涂层处钢筋腐蚀的抑制效果,及碱性环境对亚硝酸离子抑制效应的影响.结果表明,自修复涂层中的水泥和其碱性环境对抑制腐蚀有促进作用;涂层中添加的亚硝酸盐对钢筋腐蚀有显著的抑制效果;亚硝酸盐和水泥的复合抑制效果优于它们独立的抑制效果,且亚硝酸盐含量越高,腐蚀抑制效果越明显.并对自修复涂层的阻锈机理进行了探讨.     

纳米铜粉作润滑油添加剂时的"负磨损"现象研究

通过对纳米铜粉的摩擦学试验,发现随着摩擦时间延长运动副发生了负磨损现象。通常情况下磨损是摩擦的必然结果,此现象说明摩擦在一定条件下也可能导致负磨损,从而扩展了对摩擦磨损的认识。并且,负磨损现象的发现,证明了“动态自修复沉积机制”的存在,将有力支持装备智能修复技术的发展。     

具有损伤自修复功能的智能混凝土梁

研究了一种具有损伤自修复功能的智能混凝土梁.将常温下处于奥氏体状态的形状记忆合金和内含修复胶粘剂的修复纤维管,预埋在混凝土的受拉区或易产生裂缝的位置;利用形状记忆合金的超弹性特性和受限回复产生较大驱动力的特性,控制并恢复结构、构件的变形和挠度,减轻台风、地震的冲击,提高结构的抗灾性能,确保其安全性;利用修复胶粘剂对裂缝的填充、修复特性,恢复混凝土的强度,提高结构的耐久性.试验结果表明,形状记忆合金显著的提高了梁的变形能力;一旦外力消失,梁在形状记忆合金超弹性效应的驱动下,挠度迅速恢复,裂缝闭合;试件再次受力时,经修复胶粘剂修复后的裂缝未再次开裂,而在试件中出现了新的裂缝.