钢领与钢丝圈的应用及发展

为了研究纺织钢领用类金刚石涂层（DLC）的高温摩擦性能,采用低温PVD涂层技术在高碳钢表面沉积制备DLC涂层。借助扫描电镜观察DLC涂层的表面形貌;通过X射线光电子能谱仪测试、能谱仪和拉曼光谱仪分析DLC涂层的结构成分;使用划痕试验机测试涂层的力学性能。利用高温摩擦磨损试验机测试涂层在不同温度下的摩擦性能。结果表明：GCr15试样与钢球配副的平均摩擦系数随着温度的升高而增大,最大值达到0.88。其中,钢球配副的磨损体积呈现出相同的变化趋势,最大磨损体积为2.88×10⁻³ mm³。沉积DLC涂层之后,摩擦副的平均摩擦系数表现出先增大后降低的趋势。当测试温度为25℃时,涂层试样平均摩擦系数为0.033,且钢球磨损体积最低达到3.87×10⁻⁶ mm³;测试温度上升至100℃时,平均摩擦系数值增大至0.212;随着测试温度进一步升高,平均摩擦系数降低至0.088。未沉积涂层的试样在摩擦过程中产生的高温使得界面形成大量氧化物颗粒,加剧磨损程度;而涂层试样在测试温度高于涂层石墨化程度时,涂层摩擦界面产生石墨化转变并形成以碳元素为主的转移层,发挥固体润滑介质的作用,最终导致摩擦系数降低。

     

纺织钢领类金刚石涂层耐冲击性能仿真研究

为提升纺织钢领类金刚石涂层(DLC)的抗冲击性能，延长纺织钢领的服役寿命，课题组通过ABAQUS建立了一种针对环锭细纱机纺织钢领系统简化冲击模型。该模型通过设置微小间隔模拟实况冲击距离，使冲击体速度贴近实际工况；并赋予钢领基体和涂层不同的材料属性以更加贴合实况。在此基础上，进行有限元数值模拟计算，将其结果与实际实验结果进行对照。结果表明：在多个不同初始冲击能条件下，仿真模拟结果与实际冲击实验结果非常接近且趋势一致，偏差在5%以内，由此验证了此冲击模型的正确性和仿真结果的有效性。采用控制变量法分析了不同冲击载荷下类金刚石涂层钢领基体和纯钢领基体的残余应力分布、冲击坑变形与载荷力大小以及系统的能量转换，考察了可能由冲击导致的冲击动力响应和涂层破坏形态，并对DLC涂层材料的选用提出建议。     

表面微结构的尺寸参数对其减阻性能的影响

为了研究微结构尺寸参数对减阻性能的影响规律，构建了V形、L形及T形三种微结构有限元模型，采用Fluent软件进行数值模拟，分析微结构尺寸参数(高宽比、数量和间距)对减阻率、速度和涡量的影响。结果 相较于L形、T形微结构，V形微结构的减阻性能较优，减阻率可达15.6%。当V形微结构高宽比为1∶1,流体域速度为6 m/s时，减阻效果最优，减阻率可达5%;V形微结构展向数量对减阻性能的影响较小，减阻率在14%-16%之间变化；当间距值为0.05时，减阻率最大为14%。结论 微结构使得近壁区边界层内发生了湍流猝发现象，外部高速流体与壁面区域的流体分隔开，变相的增加了边界层的厚度。同时涡量集中在微结构尖端处，减弱反向旋涡的强度，抑制了低速条带的形成和发展。