Novel hybrid coating of TiN and carbon with improved corrosion resistance for bipolar plates of PEM water electrolysis

Surface modification of Ti based bipolar plates (BPs) could be an effective solution to prevent the formation of low-conductive oxide film, promote the corrosion resistance and electronic conductivity as well. In this work, a novel hybrid coating composed of nano-sized TiN and carbonaceous phases (TiN–C) was successfully established on a Ti substrate via a combined electrophoretic deposition and thermal treatment process. Various physiochemical characterizations revealed that the coating was uniform, and the formation of the nano-sized TiN and carbonaceous composites reduced the interfacial contact resistance significantly. The potentiodynamic and potentiostatic polarization tests indicated that the hybrid coating TiN–C prepared at 400 °C had a corrosion current density of only 1.41 μA cm⁻², which was an order of magnitude lower than that (36.02 μA cm⁻²) of the bare Ti. Furthermore, the as-prepared coating showed excellent durability in both the simulated PEMWE environment and the PEMWE cell under polarization at 1.7 V for more than 300 h.     

大阻力液压支架柱窝结构设计与分析

对ZF21000/25/45D大阻力支架柱窝结构进行专业性设计,并根据Hertz接触模型算出载荷接触半径与分布规律,最后利用ANSYS进行静力学仿真,验证其结构设计的合理性。     

变桨轴承接触应力的有限元分析

为了分析变桨轴承在极限工况下滚道及内圈齿轮的接触应力,建立了变桨轴承的有限元子模型,基于赫兹接触理论及有限元方法,利用ANSYS对变桨轴承滚道及内圈齿轮的接触应力进行了分析与研究,并将理论计算与有限元分析结果进行了对比。有限元分析的结果与接触应力的分布理论计算以及实际的工程现象都比较吻合,说明利用有限元方法分析轴承以及齿轮这种高度非线性接触问题是可行的。     

径向金属密封唇部结构接触力学研究*

由于初始过盈量和介质压力的作用,井下流量控制阀径向金属密封唇部的应力和应变梯度变化很大,很容易发生塑性变形。为研究径向金属密封唇部接触力学行为,提出径向金属密封唇部的圆弧结构,基于接触力学建立径向金属密封唇部轴对称结构的圆弧-平面接触模型,得出径向金属密封唇部结构接触力学参数的理论关系式,并基于有限元方法进行验证。径向金属密封唇部接触力学参数的理论解与数值解相符,接触宽度、最大接触应力、初始过盈量和平均接触应力的平均相对误差分别为8.86%、6.96%、8.88%和4.33%,满足工程设计要求。研究表明：径向金属密封唇部的最大接触应力与初始过盈量、径向金属密封唇部径向厚度和轴向厚度成正比,与径向金属密封唇部圆弧半径成反比,因此可通过增加初始过盈量、径向金属密封唇部径向厚度和轴向厚度来增加径向金属密封唇部的最大接触应力。研究结果为井下流量控制阀径向金属密封的设计提供了理论指导。     

基于灰色理论的尼龙/碳钢摩擦副磨损量预测*

在传动系统中,尼龙66制零件会与碳钢零件配合传递运动和转矩,由于尼龙66硬度远远低于碳钢,所以尼龙66制零件表面极易产生磨损导致失效,因此在产品设计中必须考虑尼龙66的摩擦磨损。为有效评估尼龙66与碳钢配对运行的摩擦磨损性能,在不同载荷下进行尼龙66/45钢摩擦副的摩擦磨损试验,通过超景深显微镜观察磨损形貌及磨痕的深度,采用灰色系统理论建立磨损量预测的灰色GM（1,1）模型,建立考虑表面接触应力的磨损量预测模型。结果表明：采用灰色理论预测尼龙66/45钢的磨损量具有高精度和高可靠性,预测值和试验值的最大误差为9.26%,平均相对误差为3.60%。采用该预测模型进行尼龙零部件磨损寿命设计,无需开展大量重复性的磨损试验,能够快速为尼龙零部件的产品设计提供磨损量的参数指标。     

高黏度油润滑弹塑性接触问题数值仿真*

针对高黏度润滑油工况下,已有弹塑性润滑模型计算结果失真的问题,采用半解析法建立弹塑性润滑接触模型,通过逐步增加润滑油初始黏度的方式来进行仿真计算,消除了接触区压力曲线的波动,从而克服先前计算失真的问题;基于各向同性强化准则下的J2流动理论,采用径向返回算法求解塑性应变,并且将塑性应变引起的残余变形考虑至润滑油膜厚度方程中。研究结果表明：弹塑性润滑压力主峰相比于弹流润滑结果明显降低,二次压力峰相对变化较小;弹流润滑的中心膜厚与弹塑性润滑中心膜厚接近,但最小膜厚稍大;对于较高的速度和黏度工况,塑性应变区域会向表面及接触区出口处移动。     

高速列车车轮型面多目标优化研究

对于动车组车轮磨耗引起的动力学性能降低问题,车轮型面优化是一个很好的解决方案。采用旋转压缩微调法（Rotary-scaling fine-tuning method,RSFT）进行型面生成;建立某型动车组车辆动力学模型,采用该模型计算相应的优化目标和约束条件;利用径向基神经网络-粒子群（Radial-based neural network-particle swarm optimization,RBF-PSO）算法优化出最优廓形。通过对比优化前后车轮型面的动力学性能和磨耗性能,可以发现：优化后车轮型面临界速度为424.6 km/h,增大10.2%;横向平稳性和垂向平稳性指标整体减小,同时提高了曲线通过时的安全性指标,脱轨系数、倾覆系数和轮轴横向力都进一步减小。优化后车轮型面接触点分布相对更加均匀,等效锥度减小。同时优化后车轮型面有效减小车轮磨耗深度,并减小了轮缘根部磨耗,车轮最大磨耗深度减小9.8%。     

内啮合斜齿轮高精度三维有限元自动建模方法

为提高内啮合斜齿轮有限元接触分析的建模速度和模型精度,提出了一种齿轮高精度三维有限元模型的自动建模方法。基于齿轮插刀齿廓方程,利用齿廓法线法,得到包括齿根过渡曲线的内、外斜齿轮端面齿廓,建立了内、外齿轮参数化粗网格有限元模型。开发了表层六面体网格剖分方法,自动识别齿面接触带单元,进行分级剖分细化,保证了有限元模型的建模精度和网格密度。进行了齿面接触分析,得到了内啮合斜齿轮的弯曲应力、接触应力、接触印痕、传动误差、时变啮合刚度和载荷分配率。粗细网格有限元模型计算结果对比分析表明,该方法提高了内啮合斜齿轮有限元建模效率和计算精度,缩短了计算时间,为快速准确的齿轮接触分析奠定了基础。     

纯水密封径向间隙优化设计及仿真计算

纯水密封摩擦力大、泄漏量大、寿命短,无法为矿井液压系统稳定工作提供可靠有效的保障,从而导致开采过程中出现安全隐患。针对上述问题,利用有限元分析软件ANSYS建立复合密封件二维轴对称模型,在其他条件相同的情况下,分析不同径向间隙、不同压力载荷对密封静态和动态性能的影响,得到密封接触应力变化时对密封性能的影响规律,通过对不同径向间隙进行参数化设计,找到满足工作条件的最优径向间隙。仿真分析表明:径向间隙为0.25 mm时,复合密封件在1.5倍公称压力下的接触应力为49.854 MPa,密封效果最好;径向密封间隙为0.375 mm时,接触应力过小会导致泄漏现象产生;径向间隙为0.125 mm时,虽然密封性能进一步提升,但是接触应力的增大导致密封件磨损加速。实验表明:0.25 mm径向间隙液压缸密封寿命可达到20000次,较0.125 mm径向间隙液压缸密封寿命长约1/3。     

液压软体抓手包络抓取接触力建模与实验

抓手的抓取模式包括指尖抓取和包络抓取,其中后者适用于体积较大物体,但受力状态较为复杂。以液压软体抓手为研究对象,提出了一种简化的包络抓取接触力建模方法。将软体执行器等效为若干刚性连杆,通过接触力分析获得了抓取物体的作用力矩。根据软体执行器的形变原理和抓取过程分析,获得了液压容腔驱动力矩与输入压力增量的关系,根据力矩平衡获得了接触力表达式。搭建了软体抓手包络抓取实验装置并确定了关键参数,分别开展了接触力模型验证实验和反馈控制实验,通过理论和实验结果对比,验证了所建模型在一定范围内的有效性。