预制表面缺陷对钢滚动接触疲劳性能的影响

10Cr4Ni4Mo4V是在Cr4Mo4V的基础上研制的航空发动机轴承材料。为研究表面损伤对这两种材料疲劳性能的影响,通过含预制表面缺陷和无表面缺陷的滚动接触疲劳实验,研究了表面洛氏缺陷及其边缘突起对这两种材料接触疲劳性能的影响。通过扫描电镜分析了含表面缺陷试样疲劳发展过程及失效形貌,用X射线应力测定仪测量了试样实验前后残余应力随表面至芯部距离的分布。结果表明,表面缺陷以及缺陷边缘的突起均使材料疲劳性能劣化,10Cr4Ni4Mo4V的接触疲劳性能优于Cr4Mo4V。     

典型机械加工表面形貌统计参数分析

为得到粗糙接触表面接触模型的计算参数,开展了典型机械加工表面的统计参数分析与研究.采用表面轮廓仪测量了典型加工方法下得到的不同粗糙值的表面形貌数据,根据ISO 11562标准,使用零相移高斯滤波对表面轮廓进行处理得到表面粗糙度数据;基于三次样条曲线拟合的方法和凸峰独立的原则,提出一种新的凸峰定义方法,分析拟合后的数据得到表面凸点的高度分布函数、凸点平均半径和密度等接触模型计算参数.分析结果表明:粗糙度参数对高度分布函数、凸点平均半径和密度均有显著的影响,而加工方法对平均曲率半径影响较小,对高度分布函数和密度影响较大.     

随机抽样在粗糙表面接触力学行为分析中的应用

为研究表面粗糙度对接触表面力学行为的影响规律,结合表面粗糙度的加工参数和随机抽样方法,对服从正态分布和预设粗糙度的表面轮廓曲线进行了模拟.根据统计得到的模拟轮廓曲线几何形态的共性特征,建立了基于圆锥与平面接触的三维粗糙表面接触力学模型,推导出平面几何压力与粗糙表面微凸体变形间的定量关系.分析结果表明:服从正态分布的轮廓高度曲线中的峰角顶点数目约为样本容量的1/3;圆锥压入平面时平均压力/材料纯剪应力的比值与其半角呈二次方关系;表面粗糙度越大,轮廓曲线的起伏越大,两接触面相互嵌合越容易;表面粗糙度越大,材料屈服强度对接触微凸体变形的影响也越明显.     

分形特征表面接触磨损模拟

为实现粗糙表面微观接触磨损的精确预测,根据分形理论对传统的只考虑弹性-塑性两状态的二维分形接触模型进行了修正,并构建了包含弹性-弹塑性-塑性完全状态的三维粗糙表面分形接触模型.通过去除塑性接触微凸体在截断平面作用下形成的球台方法来模拟微观磨损,磨损系数由被去除的球台体积与总接触微凸体体积之比来表征,采用数值仿真分析了磨损系数与分形参数、载荷和材料等因素间的依赖关系.计算结果表明,磨损系数随表面粗糙程度的增大而增大,随接触载荷的增大而减小并趋于相对稳定.接触副材料属性决定了微凸体临界接触面积,进而影响了磨损系数.该模型给出了微观磨损机理的数学描述,为界面接触磨损研究提供了新思路.     

面接触摩擦副交叉网纹表面形貌对摩擦特性的影响

表面形貌的微观结构对摩擦性能有很大的影响,文章以中碳钢和表面加工有交叉网纹的纯铜为摩擦副配对材料,采用端面摩擦磨损实验研究了在面接触及油润滑条件下交叉网纹表面形貌对摩擦特性的影响.研究结果表明:交叉网纹对减小表面摩擦系数和摩擦温升存在积极作用,最优的网纹微造型参数是网纹深约5μm、网纹宽50 μm和网纹间距1mm,在此...     

考虑辐射影响的接触传热模型与分析

应用GW统计接触模型,建立了粗糙表面之间的接触导热模型. 与实验数据的对比分析表明:该模型能够正确地反映接触导热现象. 在此基础上,对接触表面进行了合理的简化,建立了接触界面间的辐射传热模型. 数值计算表明:当接触表面的温度高于400 K时,辐射的影响已不可忽略;载荷对接触导热热导的影响明显大于对辐射热导的影响,导热热导随载荷的增大迅速增大,而辐射热导以及等效辐射系数均随载荷的增大有所减小,这主要是由接触界面的空隙面积减少造成的;在接触面几何参数中,粗糙峰等效斜率对等效辐射系数起着主导作用,在相同的量纲1的载荷情况下,粗糙峰等效斜率越小,等效辐射系数越大;通过对本文提出的等效辐射系数的误差检验,结果表明其最大相对误差为10-3数量级,说明等效辐射系数仅仅为接触界面黑度、几何特性和接触载荷的函数,而与接触界面温度水平和温差无关,同时也间接证明了本文提出的等效辐射系数可以较为合理地描述接触界面间的辐射换热强度.     

3D粗糙表面的数字化表征与接触特性分析

为了研究粗糙表面的复杂接触力学行为,提出了一种关于微观两粗糙表面接触的有限元分析方法.通过3D粗糙表面的数字化表征方法,获得了具有不同统计特征的高斯或非高斯粗糙表面,在此基础上,通过自下而上的三维建模与六面体网格划分,构建了两粗糙表面接触的精细有限元分析模型.在不同法向载荷的作用下,分析了微观结合面的变形、接触压力、真实接触面积等接触特征及其加载卸载特性,揭示了结合面的力学行为规律,为微观粗糙表面的性能预测提供了一种有效的途径.     

弹塑性接触粗糙表面切向载荷-位移模型

针对在法向载荷和切向载荷联合作用下粗糙表面的接触问题,建立了一种同时考虑微凸体弹性接触和塑性接触的接触界面切向载荷-位移新模型。对弹性接触的微凸体,采用Hertz弹性理论描述法向接触载荷-变形关系,采用Mindlin微观滑移理论解描述切向载荷-位移关系;对塑性接触的微凸体,采用Abbott和Firestone塑性接触理论描述法向接触载荷-变形关系,在切向采用Fujimoto模型的切向载荷-位移关系。利用概率统计分析方法,建立了整个粗糙表面切向载荷-位移关系。将模型与仅考虑微凸体弹性接触情况的模型进行了对比,研究了不同模型参数对切向载荷-位移关系的影响。结果表明:考虑微凸体弹塑性接触的模型能够更好地描述粗糙表面切向载荷-位移关系;微凸体高度分布密度函数的方差增大,相同平均接触距离下,切向载荷-位移关系受塑性接触微凸体的影响增大;方差相同时,平均接触距离增大,切向载荷-位移关系的斜率增大。     

镀铜对接触疲劳寿命影响的初步研究

用不对称滚轮试样研究了表面镀铜对接触疲劳寿命的影响.在车削表面上镀铜,可使接触疲劳寿命提高179%。测定了表面粗糙度和剥落坑剖面形状,对镀铜提高接触疲劳寿命的原因和影响镀铜效果的因素进行了分析讨论。     

粗糙表面接触热阻的分形描述

空间制冷系统对精密探测元件的冷却是通过固体接触导热实现的，在真空低温环境下，它的冷却效果取决于界面的接触热阻．为了研究真空下接触界面的传热机理及其影响因素，采用Cantor集分形理论对固体粗糙表面的拓扑形貌进行了描述，基于固体的弹塑性理论解决了塑性守恒条件下的表面粗糙度在法向载荷作用下的变形问题，推导出基于分形理论的递归接触热阻网络模型理论．同实验数据的比较表明，理论计算和实验结果吻合良好，该模型能较好地描述接触界面的传热现象．     

纳秒激光制备钛表面纹理结构及其润湿性研究

激光加工技术可在材料表面形成多种纹理结构,为了研究激光加工所得不同纹理结构对材料润湿性的影响,通过纳秒激光加工技术在金属钛表面分别加工直线、网格和点阵的表面纹理结构。采用扫描电子显微镜、接触角测量仪、粗糙度分析仪和X射线光电子能谱分别对激光加工后的钛表面进行表面形貌、接触角、粗糙度与化学成分的表征与分析。结果表明:初经激光纹理加工后试样表面的粗糙度较激光加工前均显著提高,但此时3种纹理结构试样表面接触角均小于90°;随着时间的推移,被加工材料表面化学成分的改变带来了材料表面自由能的变化,进而使被加工表面接触角总体呈现上升趋势;待试样表面化学成分稳定后接触角也基本保持不变,并且对于每种纹理结构而言,其接触角随粗糙度的增加而升高。直线、网格和点阵纹理结构试样表面接触角最终可达157.2°,153.1°和134.6°,从而实现了钛表面润湿性由亲水性向疏水性的转变。     

表面粗糙对线接触低弹性模量弹流润滑性能的影响

实际润滑表面上的粗糙会导致润滑压力和膜厚发生明显变化。由于软材料弹流润滑膜厚远小于相似情况下硬材料的膜厚，所以在软弹流润滑中考虑粗糙度的影响更为重要。利用多重网格的数值法得到了大量软弹流数值解，用它分析了表征谐调粗糙的峰高、波长和相位等参数对润滑特性的影响。由于膜厚是润滑性能的重要参数，这里着重讨论了粗糙度对各特征膜厚的影响。对计算结果的分析表明：粗糙度对膜厚的影响可以分为两个区间，小波数区和大波数区。在小波数区，粗糙的峰高、波长和相位的变化对润滑各特征膜厚的影响十分明显。随粗糙度的波数增大，粗糙的影响趋于稳定。最后给出了模拟接触区膜厚的近似公式。     

虑隧道表面特性的硬岩全断面掘进装备撑靴接触界面刚度分析

采用修正的各向同性三维分形表面的W M函数构造隧道掘进机掘进后的隧道粗糙表面;考虑法向支撑载荷作用和岩石在压缩载荷下的失效机制,建立了掘进机撑靴与岩石粗糙表面法向接触刚度模型.研究变载荷工况下,不同粗糙隧道表面特性与掘进机撑靴接触界面刚度特性变化规律.结果表明：岩石的失效对接触刚度特性影响明显,相同的载荷下,岩石的失效会带来接触刚度的减小;当岩石弹性模量相同时,接触刚度随着硬度的增大而增大;当岩石硬度相同时,接触刚度随着弹性模量的增加而减小;随着外部载荷的增加,粗糙表面的接触刚度随之增加,而表面粗糙度的增大会引起界面接触刚度相应减小.     

两弹性接触粗糙表面的最小二乘法拟合解

GW干接触模型在算法上存在5个缺陷,会引入工程上无法接受的误差．根据Hertz接触理论和抛物柱面函数的离散值,对两接触粗糙表面的接触行为进行了研究．当粗糙表面峰高的概率密度为Gauss分布时,给出了7个量纲一的参数与量纲一的表面间距的关系,给出了最小二乘法拟合解．计算表明：量纲一的最大名义压应力为0．5732,平均弹性接触硬度系数约为3．2,接触压应力系数约为0．32．研究结果说明：单峰接触面积与名义压应力几乎无关,接触压应力与名义压应力几乎无关,接触面积与载荷近似成正比,接触点数与载荷近似成正比．     

基于分形接触理论的结合面法向接触参数预估

基于分形接触理论,建立了结合面法向接触参数的分形预估模型,通过粗糙表面材料性能参数、法向载荷及粗糙表面的分形参数来预估法向接触刚度和接触阻尼,并对其变化规律进行数值仿真.结果表明：结合面之间的接触处于弹性变形和与塑性变形共存的状态,且小接触点面积的微凸体发生塑性变形,而大接触点面积的微凸体发生弹性变形;法向接触参数与分形参数之间具有较强的非线性关系;同时,法向接触刚度随法向载荷的增大而逐渐增加,但法向载荷对结合面的法向阻尼特性影响较小;仿真结果中极值点的存在,为结合面接触参数的优化设计提供了依据.     

曲面接触问题及其等距面接触特性研究

从微分几何学角度探讨了两曲面的接触问题,以及两曲面的接触状况与其等距面的接触状况之间的关系,这些内容对于讨论五坐标曲面数控加工中的刀位确定和几何残留误差的计算等将发挥重要的作用.研究发现:诱导曲率是描述两曲面间接触状况的重要几何不变量,对于点接触的两曲面,给出了二阶离差的计算公式;对于线接触的两曲面,证明了两曲面呈二阶接触的条件为两曲面在对应点处具有相同的主方向和主曲率;同时证明了两曲面若二阶密切,则其等距面也能保证二阶密切,而且原曲面的三阶离差与其等距面上的三阶离差大小也相同.     

电阻点焊温度场分布的数值模拟

为研究点焊时焊接规范对电极温度的影响,以及镀锌钢板点焊时焊接参数的选择,利用轴对称有限元程序模拟了电阻点焊的过程中电极与工件的温度场分布,模型中采用标定法来解决接触电阻产热的问题;运用生死单元技术解决镀锌钢板焊接时镀锌层熔化的模拟问题。结果表明,有限元点焊模型可以得到与实际焊接十分吻合的模拟结果。电阻点焊时,不同规范的焊接参数对电极的温度分布影响较大,采用标准规范时电极的温度最低,故选择焊接规范时应考虑到对电极的影响。镀锌钢板焊接时,熔化的锌层对焊接过程以及电极温度分布有显著影响,若采用无锌钢板的焊接规范基本上不能形成熔核,而政党焊接时电极最高温度将比无锌钢板点焊时高出20%,因此,加何降低电极温度是一个重要问题。     

三次脉冲点焊工艺的研究

本文提出了一种新的易淬火材料的双脉冲点焊规范,使双脉冲点焊接头的抗拉、抗剪强度有较大的提高.并在双脉冲点焊的基础上进行了三脉冲点焊实验。结果表明,适当的三脉冲规范比双脉冲更具有优越性。本文结合核心金相组织着重对双、三脉冲规范中各次脉冲的作用及效果进行了探讨,这对某些强度要求高的零件点焊具有一定的意义。