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超临界二氧化碳高低齿梳齿密封动力稳定性研究
尹露, 张万福, 姜广政, 潘渤, 李春
doi: 10.16078/j.tribology.2020060
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 1736KB] (0)
摘要:
建立超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,SCO2)高低齿梳齿密封三维数值计算模型,应用基于微元理论的密封动特性识别方法,研究凸台宽度及密封间隙对超临界二氧化碳梳齿密封动静特性的影响,并与传统梳齿密封进行对比. 研究表明:高低齿梳齿密封的交叉复合刚度系数对有效阻尼系数影响较小,主阻尼对其占主要影响. 在低涡动频率下(<160 Hz),传统梳齿密封动力稳定性较好;而涡动频率高于160 Hz时,高低齿梳齿密封的有效阻尼系数约为传统梳齿密封的105%~113%;且存在1个最佳凸台宽度使密封系统稳定性最好(本文最佳值为5.13 mm);随着密封间隙的减小,有效阻尼系数的大小与频率依赖性分别增大、增强. 高低齿梳齿密封泄漏量较传统梳齿密封降低约45.5%;凸台宽度5.13 mm、密封间隙0.4 mm时较原始模型(b=4 mm、c2=0.5 mm)泄漏量分别降低约5%和19%,高低齿梳齿密封泄漏量随密封间隙的减小而降低.
水介质中丁腈橡胶溶胀机理及其对磨粒磨损行为影响研究
宋淑媛, 王世杰, 聂瑞, 李云龙
doi: 10.16078/j.tribology.2020039
[摘要](1) [HTML全文](0) [PDF 1845KB] (0)
摘要:
研究首先对不同质量分数丙烯腈的丁腈橡胶(18%、26%和41%,即N18、N26和N41)进行浸泡试验分析基于溶胀时间的静态溶胀行为。然后进一步对溶胀前后的丁腈橡胶样品进行圆型及角型磨粒单向滑动磨粒磨损试验。为了揭示丁腈橡胶的溶胀机理及溶胀对不同粒型作用下磨粒磨损行为的影响,对试样进行质量、硬度、交联链比重(NMR)和表面形貌(SEM)测试。结果表明:丁腈橡胶溶胀度随时间的增加而增加,并于240 h后趋于平衡,溶胀影响下老化的主要原因为交联链破坏和物质溶解。丁腈橡胶硬度随溶胀时间的增加而降低。溶胀后摩擦系数和磨损量增加,同粒径下磨粒磨损程度角型大于圆型,角型磨损受溶胀影响程度更大,其最大溶后磨损增量为圆型磨粒的1.56倍。圆型和角型磨粒分别以滚动和滑动的方式进入摩擦副,形成压入坑和嵌入坑两种不同的表面形貌,溶胀后橡胶组织疏松软化导致表面凹坑加深。丁腈橡胶溶胀及其对磨粒磨损的影响程度随丙烯腈含量的增加而减小。
髓核固定/滑动型人工颈椎间盘应力特征对比及关节面摩擦学优化设计
王松, 祝佳, 杨梦颖, 卢俊哲, 廖振华, 刘伟强
doi: 10.16078/j.tribology.2020059
[摘要](16) [HTML全文](6) [PDF 1657KB] (0)
摘要:
对比了髓核固定型和滑动型人工颈椎间盘应力和变形特征,根据应力和λ值(最小膜厚与等效粗糙度之比),采用正交试验法进行关节面摩擦学优化设计. 结果表明:两款球窝假体应力集中均发生在相对运动关节面和组件连接处,且髓核上表面应力最大值呈环形分布特征. 滑动型相对固定型,优势是运动模式更丰富、应力传递更均匀,劣势是复杂运动会加大髓核应力(从1.36 MPa到2.43 MPa). 固定型的髓核变形量仅是滑动型的22.5%,但总变形均集中在前后两端. 关节面参数对应力影响权重是球缺高度>球头半径>球窝间隙,且高度和半径越大、间隙越小越好;对润滑状态影响权重是球窝间隙>球头半径,且间隙越小、半径越大,润滑状态越佳. 半径、间隙和高度3参数最佳组合为16.00 mm、10.0 μm和1.2 mm,在此组合下滑动型假体最大应力数值最小(2.79 MPa),且润滑状态最佳(λ值0.573).
试样倾斜和正压力对球形压头微米划痕测试紫铜的影响
刘明, 黄承馨, 高诚辉
doi: 10.16078/j.tribology.2020047
[摘要](19) [HTML全文](6) [PDF 2770KB] (1)
摘要:
采用球形压头对紫铜进行微米划痕试验,研究了不同恒定正压力下试样倾斜对划痕测试紫铜的影响. 结果表明:试验测得的名义摩擦系数与试样倾斜角度线性相关,且斜率不受正压力的影响. 建立了球形压头与试样倾斜状态的位置关系模型,发现试样倾斜对名义摩擦系数中的黏着组分无影响,而犁耕组分随倾斜角度线性变化. 试样倾斜时的摩擦系数可通过球-面接触力学模型进行校正,获得试样无倾斜时的摩擦系数. 摩擦系数与正压力之间呈非线性关系,其中犁耕组分线性增大,黏着组分非线性增大并趋于稳定. 通过划痕形貌测量的残余划痕宽度几乎不受试样倾斜的影响,但与正压力的0.5次方存在线性关系. 分析了划痕硬度随正压力的变化,发现由残余划痕宽度计算得到的划痕硬度几乎为恒定值,不受正压力影响,而由接触投影面积计算得到的划痕硬度随正压力增大而增大,随后趋于稳定.
表面织构对管道内壁碳基涂层润湿性与摩擦学性能影响
王新宇, 张帅拓, 刘建, 鲁晓龙, 隋旭东, 郝俊英, 刘维民
doi: 10.16078/j.tribology.2020041
[摘要](28) [HTML全文](15) [PDF 2255KB] (0)
摘要:
采用等离子体增强化学气相沉积技术在管道内表面沉积超厚类金刚石涂层(厚度不小于15 μm),通过激光织构和喷砂对管道内表面进行织构化处理,研究其对超厚类金刚石涂层摩擦学性能和储油的影响. 结果表明:在PAO 10润滑下,调节织构化参数(设置不同的激光织构图案和喷砂压力),可以使管道内壁类金刚石涂层与PAO 10之间的润湿性和摩擦学性能达到最优. 载油高速旋转试验结果表明,经过206 850 Pa(30 psi)的喷砂压力和0.01 mm×0.01 mm激光点阵处理的织构涂层具有最佳的储油性能,可以减少润滑油在实际工况中的爬升和外溢. 而图案为0.01 mm×0.01 mm点阵的激光织构涂层具有最低的摩擦系数,避免了管状构件往复运动中可能出现的涂层损伤. 因此,通过优化织构的密度和直径,可以提升管道内壁上超厚类金刚石涂层的储油和摩擦学性能.
基于电容法的温度对舰船汽轮机油分水性影响研究
张博, 王建华
doi: 10.16078/j.tribology.2020034
[摘要](36) [HTML全文](11) [PDF 1786KB] (1)
摘要:
依据汽轮机油与水的介电常数差值大,其混合相作为电介质,会发生电容值变化显著的原理,采用同轴圆柱形电容作为测试传感器,选取符合世界主流海军舰船汽轮机油产品规范的8个油样,利用电容法对比研究室温(18~24 ℃)和54 ℃对油样的分水性影响规律,选取了分水性变化明显的油样进行分水后油层微观形貌分析. 试验结果表明:在54 ℃条件下,从油水混合到分离结束,电容值-时间曲线重合度更高,油水均匀混合重复性好,表现出了优于室温的重复性和稳定性;分水速率曲线具有良好的重复性,验证了电容法评定汽轮机油分水性的可靠性,在相同温度下分水速率和破乳化时间受水相分布与运动态势影响小;确定用电容法评定汽轮机油分水性时,环境温度选择54 ℃为最佳;作用机理分析说明,温度是影响舰船汽轮机油分水性的关键指标.
位移幅值对铜镁合金微动磨损行为的影响
袁新璐, 李根, 张晓宇, 蒲建, 任平弟
doi: 10.16078/j.tribology.2020064
[摘要](40) [HTML全文](14) [PDF 2951KB] (3)
摘要:
在研制的多功能微动磨损试验机上,开展了不同位移幅值下铜镁合金微动磨损试验,以研究位移幅值对铜镁合金微动磨损行为的影响. 微动过程中记录摩擦系数曲线与Ft-D-N曲线,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDS)及三维形貌仪对损伤区域进行了微观分析. 结果显示:随着位移幅值的增加,铜镁合金微动运行状态由部分滑移进入完全滑移,未发现混合滑移状态;部分滑移区中呈现由弹性变形协调逐渐向塑性变形协调转变的趋势. 磨损体积随位移幅值的增加而增加,在完全滑移区中体积损失非常严重. 在弹性变形协调的部分滑移状态下,接触表面损伤轻微,而由塑性变形协调的部分滑移状态下,接触中心出现较大切应力,疲劳裂纹扩展至接触表面导致材料剥落,接触边缘有磨粒磨损和氧化磨损的痕迹. 在完全滑移状态下,接触表面损伤主要为疲劳剥层,磨粒磨损和氧化磨损.
高速列车制动闸片摩擦块形状对制动界面摩擦学行为的影响
项载毓, 范志勇, 刘启昂, 吴元科, 莫继良, 周仲荣
doi: 10.16078/j.tribology.2020038
[摘要](44) [HTML全文](18) [PDF 2373KB] (2)
摘要:
在自行研制的高速列车制动缩比试验台上,对六边形、五边形和圆形摩擦块进行拖曳制动试验,研究摩擦块形状对高速列车制动界面摩擦学行为的影响,并采用有限元方法分析了不同摩擦块形状下制动界面接触行为的差异,探讨了摩擦块形状对接触压力分布及表面热分布的影响. 结果表明:摩擦块形状显著影响了制动界面磨损特性及接触压力分布,使得制动盘产生不同的温度分布现象. 在本试验条件下,六边形摩擦块表面磨损轻微,接触平台大小较为均匀,而五边形和圆形摩擦块表面呈现明显的犁沟和剥落特征,且大接触平台占比较高;六边形摩擦块与制动盘拖曳制动过程,界面具有较大的接触面积,使得接触压力分布较为均匀,表现出较好的接触行为,而五边形和圆形摩擦块的接触行为相对较为复杂,与之对摩的制动盘产生明显的热聚集现象.
考虑界面粗糙度动态变化的点接触弹流润滑特性研究
沈锦龙, 许吉敏, 焦云龙, 刘焜, 刘小君
doi: 10.16078/j.tribology.2019138
[摘要](51) [HTML全文](20) [PDF 1660KB] (3)
摘要:
针对点接触弹流润滑的粗糙度效应,建立了考虑表面粗糙度动态变化的点接触弹流润滑模型,实现了油膜厚度和压力分布的快速求解. 对点接触弹流润滑下的粗糙表面弹性变形进行了定性和定量研究,同时分析了表面均方根粗糙度、载荷、相对运动速度和滑滚比对最小膜厚和最大压力的影响,以及表面形貌动态变化对膜厚比的影响. 结果表明:形貌变化改变了弹流油膜和压力分布特性,相对于光滑表面,表面粗糙度总体上提高了最大接触压力、降低了最小膜厚,在轻载工况下表面粗糙度对油膜厚度的削弱更加显著,而不同速度下粗糙度的影响程度基本相同,呈现出线性变化趋势,膜厚比随载荷增大呈现出先增后减的变化趋势,并在530 MPa左右达到峰值.
新型TBM刀圈材料微观组织及耐磨性能研究
蒋金哲, 王锴, 郭浩, 白岩凌, 张峻嘉, 刘越, 刘春明
doi: 10.16078/j.tribology.2020051
[摘要](48) [HTML全文](21) [PDF 2112KB] (1)
摘要:
TBM刀圈材料是一种对强韧性、耐磨性要求很高的合金钢材料. 目前常用的H13、DC53型TBM刀圈材料综合性能有待提高. 通过优化合金元素配比,制备出一种强韧型综合性能较好的新型TBM刀圈材料DB1,利用光学显微镜和扫描电子显微镜对DB1、H13和DC53的微观组织及断口形貌进行了观察分析,研究了不同载荷和不同硬度岩石条件下DB1与H13、DC53的磨损性能的差异,并对其磨损表面形貌进行扫描电子显微镜观察分析. 结果表明:一次碳化物的平均尺寸和含量对TBM刀圈材料的硬度、韧性及耐磨性有重要影响;适量的一次碳化物有助于提高材料的硬度及耐磨性;过多的一次碳化物会导致材料韧性急剧下降. 岩石抗压强度与刀圈具有匹配性,新型TBM刀圈材料DB1钢用于中等抗压强度的岩石时具有较好的耐磨性.
基于Mask R-CNN网络的磨损颗粒智能识别与应用
杨智宏, 贺石中, 冯伟, 李秋秋, 何伟楚
doi: 10.16078/j.tribology.2020020
[摘要](41) [HTML全文](19) [PDF 1569KB] (1)
摘要:
针对设备磨损故障诊断中磨粒识别技术难度高、工作主观经验影响大等问题,采用深度学习技术开展了磨粒智能识别的研究,提出了基于Mask R-CNN卷积神经网络的磨粒数字化表征方法. 该方法利用迁移学习训练基于Mask R-CNN网络的磨粒识别模型对图像中磨粒进行识别和实例分割,然后使用Suzuki85算法、迭代算法、等比例计算方法计算出磨粒的真实尺寸,解决了磨粒分析中难定量分析的问题. 结果表明,基于Mask R-CNN网络(采用R-101-FPN骨干网络)训练的磨粒识别模型可以对图像中多个异常磨损颗粒进行识别,综合准确率和召回率达到当前图像识别领域的主流水平. 辅以上述Suzuki85等算法,成功实现磨粒图像的定量评价分析,对促进设备故障诊断技术的自动化发展和工业应用具有一定的实际应用价值.
基于超声波反射系数相移的油膜厚度测量方法研究
贺彦博, 高天雯, 郭奥, 乔天旭, 何晨晞, 王国水, 刘晓楠, 杨晓涛
doi: 10.16078/j.tribology.2020054
[摘要](54) [HTML全文](23) [PDF 1767KB] (3)
摘要:
超声波液相厚度测量技术已经在柴油机气缸油膜测量领域中得以验证,并得到了一定的应用. 然而,当油膜厚度变化尺度较大时,常规谐振模型与弹簧模型之间存在较大的测量盲区,使超声波测量技术的应用受到较大程度的限制. 基于超声波反射系数相移的油膜厚度测量方法可突破两种模型在大尺度油膜厚度测量方面的局限性,拓展超声波油膜厚度测量范围. 通过开展超声波反射系数相移机理研究,首次建立油膜两侧介质声阻抗相同时的直接求解方法;搭建油膜厚度超声波反射系数相移测量系统,利用单一中心频率对10~90 μm的油膜厚度展开测量,测量厚度与设置厚度具有很好的一致性,从理论和实验角度证明基于超声波反射系数相移的油膜厚度测量方法在大尺度油膜厚度测量方面的适用性.
基于SQPSO优化DELM的踏面磨耗测量模型
王美琪, 贾思贤, 陈恩利, 杨绍普, 刘鹏飞, 戚壮
doi: 10.16078/j.tribology.2020027
[摘要](50) [HTML全文](23) [PDF 1760KB] (1)
摘要:
针对难以建立轮轨磨耗的单一模型和无法对各种工况下车轮踏面磨耗进行定量计算的问题,提出一种基于SQPSO优化DELM的踏面磨耗测量方法(SQPSO-DELM). 首先将衍生特性引入到极限学习机中,提出一种衍生极限学习机模型(DELM). 然后引入序列二次规划(SQP)方法和量子粒子群优化(QPSO)算法,对DELM的参数进行优化. 通过SQPSO-DELM预测模型,对车辆动力学模型模拟不同试验参数下的车轮踏面最大磨耗量以及对现场列车踏面磨耗程度的实际测量值进行训练和预测. 结果表明:SQPSO-DELM预测模型的性能参数指标均优于LSSVM、ELM、PSO-ELM和QPSO-ELM,能较好地反映不同参数对车轮踏面磨耗值的影响规律.
石英添加量对搪瓷涂层微观结构及摩擦磨损性能的影响
瞿学炜, 李翠霞, 李文生, 朱正泽, 邱晓来, 杨晓永
doi: 10.16078/j.tribology.2020052
[摘要](50) [HTML全文](19) [PDF 2470KB] (1)
摘要:
采用一次浸搪法制备石英添加量为0%、4%、8%和12%的搪瓷涂层,通过HSR-2M型高速往复摩擦试验机测试涂层摩擦学性能,SEM和EDS分别表征涂层微观组织和磨损形貌,并分析磨损机理. 结果表明:搪瓷涂层中石英添加质量分数为0%和4%时,涂层气孔率大、气孔密度低,摩擦时形成的微裂纹易沿着气孔间最短距离方向扩展,硬质磨屑转移至对磨球表面而使涂层磨痕底部形成尖锐的凹槽,磨损形式主要为磨粒磨损和脆性断裂. 而石英添加质量分数为8%和12%的涂层气孔率小、气孔密度高,其中8%添加量涂层的孔径分布更加均匀,磨损率及磨痕深度仅为未添加涂层的1/3. 摩擦过程中孔径均匀的小尺寸气孔增大了裂纹扩展时所需的能量势垒而阻碍裂纹扩展,磨屑被气孔拦截后在磨损表面形成密实的堆积层,避免了摩擦对偶与涂层的直接接触而起到减摩作用,磨损形式主要为磨粒磨损.