金刚石磨粒与蓝宝石接触形式对其磨损性能的影响

利用单颗金刚石磨粒划擦蓝宝石工件,跟踪检测磨粒以点、线、面等三种接触形式划擦蓝宝石过程中的磨损体积、表面形貌、划擦力与力比等的磨损变化特征.研究结果表明:接触方式对金刚石磨粒的耐磨性具有显著的影响,三种情况下都可在金刚石后部观察到片状解理形貌;磨损的加剧使金刚石磨粒划擦力与力比出现一定程度的减小.     

金刚石结块磨粒排布层间距实验

分析现有磨粒层间距估算方法,采用洛氏金刚石压头对中等硬度花岗石G603直线等深度划擦.通过测量相同划擦深度、不同划擦间距下划擦过程的划擦力,观察划擦后划痕的形貌,综合分析划擦过程材料去除与划擦力和划痕间距的关系,并优选磨粒排布层间距.实验结果表明:磨粒层间距L存在一临界值间距L_s.当L≤L_s时,划擦力随着L的增大而增大,磨粒间工件材料可通过干涉式整体体积破碎去除;当L>L_s时,磨削力趋于稳定,不随L增大而变化,磨粒协同干涉作用消失,磨粒间工件材料无法成片去除.     

单颗金刚石磨粒划擦玻璃的力特征与建模

通过单颗金刚石磨粒划擦玻璃,提取并分析了划擦过程的力信号,建立了划擦力信号的时间序列模型。确定了划擦法向力和切向力的时间序列阶数和参数,建立了合适的划擦力时间序列模型。研究结果表明:划擦力曲线不沿划痕呈对称分布,划擦力出现波动变化特征;合适的划擦力时间序列模型可较好地揭示划擦力特征。     

磨粒变切深划擦陶瓷声发射及其时间序列建模

实验研究了不同切深下单颗金刚石磨粒分别划擦氧化铝和氧化锆陶瓷时的声发射信号的频谱和特征值,并对金刚石磨粒划擦氧化铝和氧化锆陶瓷时的声发射信号建立合适阶次的时间序列自回归滑动平均模型.研究结果表明,随着切深的增大氧化铝的划擦声发射信号在0～110 k Hz主频段的能量增大,并且声发射信号最大幅值在较高频率;随着切深的增加氧化锆划擦声发射信号在0～100 kHz主频段的能量减少,并且声发射信号最大幅值在较低频率;同时划擦声发射信号特征值会随着切深的增大而增加.合适的自回归滑动平均模型与单颗金刚石磨粒分别划擦氧化铝和氧化锆陶瓷时的声发射信号有较高的相似度,其特征参数与单颗磨粒切深之间也具有良好的线性关系,说明合适的自回归滑动平均模型能较好地表征单颗金刚石磨粒划擦氧化铝和氧化锆的声发射信号特征,并可实时分析单颗金刚石磨粒划擦陶瓷的深度.     

m序列编码激励超声探测技术研究

为了提高超声探测系统的信噪比和探测深度,根据编码激励超声探测原理,对m序列的编码发射方式和激励超声探测过程进行了仿真研究.结果表明,m序列编码激励超声探测方式能够在噪声淹没信号的情况下提取出有效的回波信号;m序列码长越长,抗干扰性能越强,编码激励超声探测方式可提高超声探测的深度和精度.     

铝合金6061微尺度铣削的铣削力仿真与实验研究

采用有限元仿真和单因素实验相结合的方法,研究了铝合金6061微尺度铣削的铣削力影响因素.建立了刀具和工件的三维模型并对其进行装配和网格划分,通过有限元仿真模拟了铝合金6061材料的微尺度铣削过程,得到了铣削速度和铣削深度对铣削力的影响规律,并进行了单因素实验研究.结果表明:随着主轴转速的不断增大,铣削力先增大后减小,转折点为24000r/min;随着铣削深度的不断增大,铣削力先增大后减小再增大,转折点为10μm和12μm;随着进给速度的不断增大,铣削力也不断增大.优选出铝合金6061材料微尺度铣削最优工艺参数组合为:主轴转速48000r/min,铣削深度5μm,进给速度20μm/s.     

超声振动辅助抛光氮化镓分子动力学仿真分析

为了揭示超声振动辅助抛光（UVAP）氮化镓（GaN）的微观机理,为优化超声参数实现GaN材料高效去除和改善表面质量提供指导意见。采用分子动力学（MD）模拟方法研究了超声振动条件下单个磨粒在氮化镓（GaN）材料表面的划擦行为,并分析了超声振动周期和幅值对GaN材料去除行为的影响。结果表明,随UVAP振动周期的增大,平均切向力不断减小,平均法向力先增大后减小,损伤层厚度先降低后逐渐趋于平缓。振动周期为40 ps时,去除原子数量为常规抛光的5.6倍,同时损伤层深度仅为15.85 ?。而随着UVAP振幅的增加,平均切向力先减小后增大,平均法向力不断减小,划痕宽度和损伤层深度非线性增大。在振幅为8 ?时,损伤层深度与常规抛光基本保持一致,且去除原子数量相比常规抛光提升了4.6倍。UVAP较常规抛光能够降低平均磨削力,增大划痕宽度,提升去除原子数量,具有优异的抛光效果。UVAP振动周期和振幅的增大均会增加划痕底部的位错类型。此外,位错总长度的大小主要受振幅的影响,而与振动周期基本无关。通过调控UVAP振动周期和振幅分别为40 ps和8 ?,能够保证较好的表面质量和较高的材料去除效率。     

微晶云母陶瓷微细孔超声加工正交试验

采用工件加振方式的微细超声加工方法和银钨合金工具,在厚度530μm的微晶云母陶瓷圆片上进行微细超声加工试验.通过5因素2水平正交试验分析了超声加工试验中振幅、工具进给速度和转速、工作液中金刚石磨粒粒度及金刚石质量分数对其工具体积损耗率的影响,并选择较优的参数组合,加工出孔径Φ80μm、深度530μm、孔侧壁锥度小于0.5°的微晶云母陶瓷通孔.     

氧化锆陶瓷磨削机理有限元仿真与实验

目的研究氧化锆陶瓷材料在高速磨削条件下的去除机理,优化磨削参数,提高磨削效率.方法将单颗金刚石磨粒简化成圆锥形和三棱柱形两种形状,进行氧化锆陶瓷的磨削仿真,分析了磨削深度和磨削速度两个因素对磨削力和磨削表面形貌的影响.通过对氧化锆陶瓷进行内圆磨削加工实验,并获取相应的磨削力数据与表面形貌图像,对比仿真结果,证明了理论分析的正确性.结果随着磨削深度从1μm到9μm,磨削速度从23.0 m/s到74.9 m/s的增大,单颗磨粒磨削力呈单调递增的趋势,工件表面质量逐渐恶化.结论提高砂轮转速,降低磨削深度,有助于减小磨削力,提高磨削表面质量;在磨削深度、磨削速度两个因素当中,磨削速度对单颗磨粒磨削力及磨削表面质量的影响更大.     

工件超声振动对不同放电间隙电火花加工的影响研究

为了分析超声振动对不同放电间隙电火花加工的影响,利用Fluent软件对放电间隙为75μm、65μm、55μm和40μm的工件超声振动电火花间隙流场进行数值模拟。研究发现:在工件超声振动作用下,放电间隙的减少可以促进加工液的流动,增加放电间隙流场压力变化范围,同时缩短加工屑从加工间隙排出的时间。搭建试验平台,通过调整放电参数来改变放电间隙的大小,对放电间隙为75μm、65μm、55μm和40μm的工件超声振动电火花进行加工试验。结果表明:放电间隙在75μm到55μm之间时,工件的表面粗糙度随着放电间隙的减小而降低;当放电间隙减少到40μm时,工件表面粗糙度反而升高。结合仿真与试验可知:在一定放电间隙范围内,工件超声振动有助于提高加工精度,当放电间隙过小时,工件超声振动会使加工屑过快排出放电间隙,不利于电火花持续放电,从而造成加工质量的下降。     

工件超声振动对不同放电间隙电火花加工的影响

为了分析超声振动对不同放电间隙电火花加工的影响,利用Fluent软件对放电间隙为75μm、65μm、55μm和40μm的工件超声振动电火花间隙流场进行数值模拟。研究发现:在工件超声振动作用下,放电间隙的减少可以促进加工液的流动,增加放电间隙流场压力变化范围,同时缩短加工屑从加工间隙排出的时间。搭建试验平台,通过调整放电参数来改变放电间隙的大小,对放电间隙为75μm、65μm、55μm和40μm的工件超声振动电火花进行加工试验。结果表明:放电间隙在75μm到55μm之间时,工件的表面粗糙度随着放电间隙的减小而降低;当放电间隙减少到40μm时,工件表面粗糙度反而升高。结合仿真与试验可知:在一定放电间隙范围内,工件超声振动有助于提高加工精度,当放电间隙过小时,工件超声振动会使加工屑过快排出放电间隙,不利于电火花持续放电,从而造成加工质量的下降。     

多横梁整体桥面结构桥面荷载传递途径及计算方法

以1座多横梁整体桥面钢桁梁桥为例,采用空间有限元法研究桥面荷载的传递路径及其变化规律,并得出路径传力比的计算式。研究结果表明:在多横梁整体桥面钢桁梁桥中,下弦杆不仅承受轴向力作用,而且承受竖向弯矩作用,竖向弯矩与节间横梁传力比有关;当节间内布置3根横梁时,节间横梁总传力比为0.6左右;路径传力比同下弦杆与桥面系(纵梁、纵肋和钢桥面板)的竖向刚度比λ1、节间横梁与节点横梁的竖向刚度比λ2有关,并随着λ1和λ2增加而增加;2条路径传递的荷载在不同的节间变化不大。     

超声冲击对7075铝合金残余应力及微观组织的影响

利用ABAQUS软件模拟超声冲击强化过程,分析残余应力场的形成过程及表层残余应力的分布规律;采用单因素试验法,研究超声输出电流和振动系统阻抗阈值两个工艺参数对表层残余应力的影响规律,利用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)残余应力测试仪测量残余应力大小和分析残余应力分布规律,并与有限元分析结果进行对比,验证有限元模拟的合理性。在工具幅值为10μm,频率为28 kHz时,7075铝合金经超声冲击强化后,软件仿真结果:表面形成残余应力层厚度约100μm,最大残余应力值为-574 MPa,出现在表层深度60μm处。试验结果:表面形成残余应力层厚度约120μm,最大残余应力值为-330 MPa,出现在表层深度40μm处,仿真结果数值大于试验结果,但趋势保持一致。恒流源超声冲击强化中,电源输出电流及振动系统阻抗阈值对残余应力的大小和分布均有影响,其阻抗阈值的影响与仿真中幅值的影响更接近;在同样输出电流下,提高阻抗阈值可以在铝合金表层获得较大的残余应力,而阻抗阈值一定的情况,增大输出电流可以在铝合金较深层处获得较大的残余压应力。微观组织分析也直接反映了表面冲击强化的效果。     

聚焦离子束刻蚀多晶TiNi薄膜的表面形貌

报道了TiNi薄膜的聚焦离子束刻蚀特征及刻蚀后的表面形貌．测量结果表明薄膜的表面粗糙度随刻蚀深度呈非线性变化,当刻蚀深度等于0．1μm时,表面粗糙度为最小（5．26nm,刻蚀前为14．88nm）;刻蚀深度小于0．1μm时,表面粗糙度随刻蚀深度的增大而减小;当刻蚀深度大于0．1μm时表面粗糙度随刻蚀深度增大而增大,其原因是刻蚀深度大于0．1μm后表面出现了清晰的周期性条纹结构．此外,表面粗糙度随聚焦离子束流的增大而减小,当离子束流为2．5nA时,表面粗糙度从刻蚀前的14．88nm减小到4．67nm．     

30CrMoA车轴材料超声表面挤压强化技术研究

为了提高车轴疲劳强度,本文基于超声挤压强化技术,研究了其对列车专用30CrMoA车轴钢加工表面的影响.对比分析了超声挤压强化前后工件表面外观、表面粗糙度、残余应力等特征的变化,绘制了残余压应力沿层深分布的曲线.结果表明:超声强化后的试件表面达到了很好的镜面效果,表面光滑且具有光泽,消除了前道工序残留的环状纹路;表面粗糙度得到改善,粗糙度数值由原来的3.746μm降低到0.2μm左右,在前道工序的基础上下降了95%左右;原来的残余拉应力可以被调节成为压应力,残余压应力层的深度可以达到近2mm,阻止了疲劳裂纹的萌生和扩展,有利于提高金属材料的疲劳强度和使用寿命.     

相对湿度对铜材料载流磨损的影响

利用气氛可控单点载流磨损试验机,在滑动电接触条件下,研究了相对湿度对铜材料载流磨损的影响。研究结果表明:相对湿度和电流的共同作用影响了载流磨损机制,相对湿度的增加和电流的介入增加了铜材料的表面氧化程度。当相对湿度为10%、60%和92%时,通10 A电流的磨损深度比未通电时分别下降了0.628μm、0.672μm和2.187μm。当相对湿度为10%时,铜表面发生了严重的黏着磨损,且随着电流的增加黏着磨损仍然大量存在。当相对湿度为92%时,随着电流的增加,黏着磨损得到改善。不通电时,相对湿度的增加有助于铜的摩擦化学氧化,但并未显著改善黏着磨损;通电时,发生电化学氧化有助于形成氧化膜,从而降低黏着磨损。     

互连芯片化学机械抛光材料去除的仿真分析

针对互连芯片化学机械抛光去除机理的认知不足,假设金属材料弹塑性变形连续,对单磨粒划擦互连芯片的材料去除进行了数值表征.通过芯片应力分布和工艺参数对材料去除率分析发现:平均法向力大于平均切向力;滑动摩擦系数、材料去除率随抛光速度增加而增加;当抛光速度为10~12 mm·s~(-1)时,粒径为30 nm的磨粒材料去除率最大;当工作载荷为6μN,抛光速度为6~10 mm·s~(-1)时,粒径为30 nm的磨粒材料去除率略低,粒径为60 nm的磨粒的材料去除率最大.     

蚊子口针刺入皮肤的刺入力分析

 蚊子能够依靠一个大长径比的高弹性、高强度的天然“微针”——口针无痛地刺入人体皮肤并吸食血液,且刺入过程中从未发生过任何强度问题。本文设计1套高精度微力测量系统对蚊子口针刺入皮肤的刺入力进行在体测量。测量结果表明,蚊子口针刺破皮肤时的刺入力仅约16μN,而且蚊子在进一步的刺入皮肤过程中,口针作用力还将进一步减小并保持在一个极小的值(甚至接近零)附近上下波动,而采用同样实验方案测量的特制人造针头(尖端曲率半径仅约1μm)的刺入力可达165mN,且随着刺入深度的增加人造针头作用力还将继续增加。通过对蚊子口针的刺入机制分析,发现蚊子口针的微纳观结构及特殊的刺入方式是使其刺入皮肤超级省力的根本原因。该研究结果可为微针给药系统及微针的优化设计提供一定的帮助。     

单颗磨粒划擦陶瓷声发射信号 与材料去除体积关系研究

针对硬脆难磨削的氧化锆和氧化铝两种工程陶瓷,研究其磨削表面创建的声发射监测,研究单颗金刚石磨粒划擦陶瓷材料的去除体积与其对应的声发射信号之间的关联.试验结果表明:随着单颗磨粒划擦陶瓷去除体积的增大,其声发射信号在低频段的信号能量占比增大;声发射信号的均方根值、最大幅值和标准差等特征值增大,且这两种陶瓷材料单颗磨粒划擦声发射信号特征值的增大趋势不同;但这些声发射信号的特征值大小都与其对应的陶瓷材料去除体积有关.同时单颗磨粒划擦陶瓷的声发射信号的时间序列自回归AR(2)模型可以表示其对应的声发射信号.时间序列自回归AR(2)模型特征参数的绝对值都随划擦陶瓷去除体积增大而增大,且增大趋势与其声发射信号特征值的增大趋势相似.为工程陶瓷磨削表面创建的声发射在线监测打下了基础.     

超声压紧对低能电子束分层固化复合材料质量的影响

针对低能电子束分层固化复合材料层间孔隙缺陷导致层间剪切强度较低的问题,设计了超声压紧装置。该装置通过压头将超声波作用于预浸带铺层上,配合低能电子束固化系统制作复合材料层合板,并研究了超声压紧参数对复合材料质量的影响。实验结果表明,超声振动在压紧过程中产生的机械效应和热效应可有效减少孔隙,增强纤维与树脂的界面结合性能,提高层间剪切强度,从而改善复合材料试件质量。其中,振幅对复合材料孔隙率及层间剪切强度影响最大,当超声振幅为7.5μm时,试件致密性明显改善,孔隙率降至1.80%,层间剪切强度提高11.7%;压紧力影响相对较小,当压紧力从100 N到220 N变化时,层间剪切强度只有3.64%的提高,孔隙率在2.62%以下。过大的振幅与压紧力都会引起压紧过程中预浸带温度升高,导致树脂固化度提高,渗透性变差,孔隙率增加,使复合材料质量降低。