基于分形几何理论的粘着磨损模型

在对Ｍ－Ｂ接触分形模型改进的基础上,根据阿查得粘着磨损理论导出了基于分形参数的粘着磨损模型。根据该模型可知,当分形维数在某一范围时,磨损率随分形维数的减小而迅速增大;而在另一范围内,磨损率随分形维数的增大而增大;当分形维数等于１５时,磨损率达到最小值。当分形维数一定时,磨损率随尺度系数。磨损概率常数的增大而增大,随材料性能参数的减小而增大;当其余各影响参数保持一定值时,磨损率随接触面积的增大而增大。     

基于分形几何理论的粘着磨损模型

在对Ｍ－Ｂ接触分形模型改进的基础上,根据阿查得粘着磨损理论导出了基于分形参数的粘着磨损模型。根据该模型可知,当分形维数在某一范围时,磨损率随分形维数的减小崦迅速增大;而在另一范围内,磨损率随分形维数的增大而增大;当分形维数等于１．５时,磨损率达到最小值。当分形维数一定时,磨损率随尺度系数、磨损概率增大而增大,随材料性能参数的减小而增大;当其余各影响参数保持一定值时,磨损率随接触面积的增大而增大。     

固液两相流粒子冲蚀钻头内流道磨损

针对固液两相流粒子冲蚀钻头内流道磨损机制,应用固液两相流离散相模型(discrete phase model,DPM),建立钻头内流道冲蚀磨损的物理模型,获得粒子参数对内流道磨损的影响规律,并进行室内实验,验证DPM模型的有效性。研究结果表明:粒子对钻头内流道冲蚀磨损主要分布在内流道收缩面,越靠近钻头中心轴线,磨损率越大;随粒子入口速度的增大,内流道平均磨损率增大;随粒子直径的增大,内流道平均磨损率先减小后增大,最后趋于稳定,当直径为2.0 mm时平均磨损率最小;随粒子体积分数的增大,内流道平均磨损率近似呈直线增加;当粒子入口角度为50°时,内流道平均磨损率最大;压力对于内流道磨损影响较小;进行100 h磨损实验后,钻头内流道的磨损率减小了0.80%。     

轮轨材料滑动摩擦磨损试验

以车轮钢CL60和钢轨钢U71Mn为研究对象,使用销-盘式摩擦磨损试验机,通过轮轨摩擦副的滑动摩擦磨损试验,进行了不同金相组织、滑动速度和接触应力下轮轨材料的滑动磨损研究。研究结果表明:在不同滑动速度和接触应力下,轮轨磨损率随金相组织变化趋势基本一致。对于单一金相组织摩擦副,相同组织摩擦副的磨损率小于相异组织摩擦副的磨损率。马氏体组织可以降低轮轨磨损率,珠光体组织会增大轮轨磨损率。随着滑动速度或接触应力的增大,轮轨磨损率逐渐减小并趋于稳定。     

接触式机械密封端面磨损预测

依据Archard黏着磨损理论,通过引入分形磨损系数及求解端面上塑性和弹塑性变形微凸体的体积,建立机械密封端面磨损分形模型。提出包含密封端面特征分形参数的特征工况参数新概念,并将其引入机械密封端面摩擦磨损相似准则关系式中,通过磨损试验,得到分形磨损系数准则关系式。对B104a-70型机械密封的磨损特性进行预测。结果表明:软质环端面分形磨损系数及磨损率均随着弹簧比压的增大而非性线地增大,但端面较光滑时,变化较小;端面形貌对磨损特性有着较大的影响,随着端面光滑程度的增大,分形磨损系数及磨损率均下降,且端面较粗糙时变化较明显。     

氧化铝粒子的冲蚀速度对高锰钢磨损特性影响的研究

通过对高锰钢的磨损表面形貌、磨屑形貌和表面硬度的分析,研究了氧化铝粒子的冲蚀速度对高锰钢的磨损特性的影响．结果表明：在氧化铝粒子不同速度的冲蚀下,高锰钢仍具有典型延性材料的冲蚀磨损特性．高锰钢的磨损过程分为两个阶段：初始阶段和稳定阶段．同一速度下初始阶段的磨损率高于稳定阶段的磨损率．随氧化铝粒子冲蚀速度的提高,在高锰钢的冲蚀磨损过程中出现稳定阶段所对应的粒子质量逐渐减少,初始阶段和稳定阶段的磨损率都增加,表面硬化层的厚度和应变诱发马氏体的分数有所增加．     

滑动磨损磨粒群的分布规律

以滑动磨损过程中产生的磨粒群体为研究对象,研究其数量与粒径间的分布特征及其与磨损状态间的耦合关系.通过分析铜合金销与碳钢盘在干摩擦条件下相互对磨所产生的磨粒群和销试样磨损量,发现磨粒的累积分布和微分分布特性随磨损时间的变化而变化:在磨损开始阶段,磨损程度逐渐减小,磨粒群分布曲线由平缓变得逐渐凸、陡;达到磨损平衡状态后,磨损率达到最小,磨粒群微分布曲线的幅值达到最大,横向宽度达到最小;随着销与盘间互适性变弱,磨损程度增大,磨粒分布曲线变得越来越平缓,横向宽度逐渐增大;磨粒分布曲线随磨损时间的变化规律与磨损率随磨损时间的变化规律有明显的对应关系,可为科学诊断和预测摩擦学系统状态提供有用信息.     

烟气横掠螺旋槽管束磨损特性的数值模拟

为探究烟气中固体颗粒对螺旋槽管束的磨损行为,应用离散相模型对烟气横掠顺列螺旋槽管束进行气固两相流动的数值模拟,并通过用户自定义函数引入新的磨损计算模型.分析了飞灰颗粒对光管和螺旋槽管磨损的差异以及烟气流速、粒径、横向/纵向管距和螺距、槽深等因素对螺旋槽管磨损的影响.结果表明:相同工况下,螺旋槽管管束磨损率比光管管束小10%左右;磨损率随烟气流速、颗粒直径、纵向管距的增大而增大;小粒径颗粒(dp=25μm)最大磨损位置发生在圆心角30°左右,较大粒径颗粒最大磨损位置发生在圆心角40°左右;磨损率随横向管距、螺距、槽深的增大而减小;槽深对螺旋槽管磨损率的影响远低于螺距的影响.     

固体颗粒对射流偏转板伺服阀前置级冲蚀磨损的影响

针对射流偏转板伺服阀油液中的颗粒在高速射流时对其前置级产生冲蚀磨损的问题,将计算流体动力学和冲蚀磨损理论相结合,对射流偏转板伺服阀前置级进行了数值计算.模拟前置级油液的流动及固体颗粒的运动轨迹,计算了不同直径颗粒的最大运动速度及对前置级冲蚀磨损率的影响,分析了不同偏转板位移、V形导流窗口夹角以及不同偏转板厚度与前置级冲蚀磨损率的关系.结果表明:固体颗粒主要对劈尖冲击发生冲蚀磨损,油液中固体颗粒的直径越大其运动速度越小,但较大直径颗粒对前置级的冲蚀磨损较大;偏转板位移、V形导流窗口夹角以及偏转板厚度增大时前置级冲蚀磨损率减小.     

模拟研究聚异戊二烯橡胶与铁金属的摩擦性能

利用分子动力学模拟方法定性分析影响金属铁与聚异戊二烯橡胶材料相互滑动过程中摩擦性能的多种因素.研究结果表明，橡胶/铁体系的摩擦力随着滑动速度的增加而增大；橡胶磨损率随温度增加而增大，温度对摩擦力的影响关系较复杂.在模拟条件下，提高铁块滑动速度能够显著降低橡胶的磨损率.研究结果为减缓聚异戊二烯橡胶材料与铁等金属物质的摩擦磨损，延长橡胶使用寿命提供理论基础.     

液固两相射流冲击磨损的数值计算与实验研究

应用实验与数值模拟研究液固两相射流对不锈钢材料的冲蚀磨损行为,分析不同质量分数、粒径情况下样品的平均磨损率,并基于数值模拟预测不同射流速度工况下的冲刷磨损率,最终建立冲刷磨损率与射流速度的关系模型。研究结果表明:单相射流流场的数值模拟结果与实验结果吻合较好;在距离射流中心区域不同径向距离上,平均速度的变化趋势较一致;在近壁面处,射流轴向速度突然减小,造成雷诺切应力增大。在远离壁面处,其法向速度逐渐增大,脉动速度相应增大,雷诺切应力增大;当射流继续远离壁面时,雷诺切应力开始减小直到趋近于0;在喷嘴正下方,压力分布存在1个滞止区,此处压力高于四周压力;下游冲刷磨损率先升高再稍微下降,而上游冲刷磨损率明显下降;实验样品表面微观测试结果验证了不同区域冲刷磨损率分布的正确性。     

电动潜油离心泵叶轮冲蚀磨损研究

针对油田特高含水阶段电动潜油离心泵叶轮冲蚀磨损问题,采用RNG k-ε湍流模型和离散相模型并利用SIMPLEC算法进行求解,实现对电潜泵冲蚀磨损的数值模拟,并研究工况参数和叶片结构参数对电潜泵叶轮冲蚀磨损的影响。结果表明:叶轮叶片吸力面是叶轮冲蚀磨损严重区域;随着砂粒浓度的升高及叶轮转速的提高,叶轮磨损速率增大;随着粒径及出口安放角的增加,叶轮磨损速率先升高后降低;叶轮平均磨损率随着进口安放角的增加而降低。     

不同润滑介质下铜箔摩擦磨损性能研究

使用立式万能摩擦磨损试验机研究铜箔在无润滑、水润滑、基础油和CFO润滑油条件下的摩擦磨损行为以及接触压力和铜箔厚度对摩擦副摩擦磨损特性的影响。结果表明,在无润滑、水润滑、基础油和CFO润滑油介质下,接触压力为0.15MPa、转速为100r/min时,铜箔平均摩擦系数分别为0.572、0.457、0.274、0.205,基础油和CFO润滑油具有显著的润滑效果;摩擦系数随接触压力的增大而减小,磨损率随接触压力的增大而增大,磨损率在接触压力为0.3MPa附近存在明显的上升折点。     

基于神经网络的受流器滑块材料载流磨损预测

针对我国电气化铁路和磁浮交通对受流器滑块材料的性能要求,采用冷压烧结粉末冶金法制备了铜石墨材料,考察了该材料的载流磨损行为.结果表明:试样的磨损率随着试验载荷、速度、电流密度的增加而增大.载流条件下电流产生的电弧热是磨损率增加的主要因素.建立了摩擦磨损试验参数与磨损率之间的人工神经网络模型.以载荷、速度、电流密度作为网络的3个输入,以运行100km后试样的磨损率作为网络的1个输出,调试设计了一个3×3×1的反向传播(BP)神经网络.对神经网络的训练和检验表明该BP神经网络能够较好地预测影响因素对材料载流滑动磨损的作用,预测值与试验值的误差在10%以内,其仿真精度能够满足实际的磨损预测要求.     

不同试验条件下C/C复合材料的摩擦磨损性能

利用MM-W1型立式万能摩擦磨损试验机测试C/C复合材料在不同载荷(0.5, 1.0,1.5 MPa)及不同润滑(干态、水润滑、油润滑)条件下的摩擦磨损性能,借助扫描电子显微镜对不同状态下的磨损表面形貌进行观察分析.结果表明:摩擦系数均随摩擦时间的增加而增大至一定范围内保持稳定;随着载荷的增大,干态条件下的摩擦系数不断减小;相同载荷下,干态摩擦试样的摩擦系数最大,磨损率最小;干态条件下能形成完整、光滑的磨屑膜,有效隔离了材料与对磨销之间的接触,降低了磨损率;油润滑和水润滑条件下形成的液态膜具有润滑作用,降低了摩擦系数,但不利于磨屑膜的形成,导致磨损率较大.     

含磷蠕墨铸铁对40Cr钢配副磨损特性的影响

本文采用自制的干库擦磨损试验机，研究了与含磷蠕墨铸铁配对条件下４０Ｃｒ钢的磨损特性．试验结果表明，４０Ｃｒ钢的磨损率随摩擦速度与接触压力积的增加而提高，且在某一速度压力积范围内存在着突变现象；随着与其配对编墨铸铁磷含量的提高，４０Ｃｒ钢的磨损率增大，磨损率产生突变的速度压力积减小；在基本相当的摩擦系数条件下，与含磷片墨铸铁相比，含磷蠕墨铸铁对４０Ｃｒ钢所造成磨损的程度是较小的。     

紫铜/铬青铜摩擦磨损过程中电弧特性

以紫铜/铬青铜为摩擦副,在HST-100高速载流摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验,试验过程中使用高速摄像机拍摄电弧放电的过程。研究结果表明:随着电流增大,摩擦因数降低,磨损率、电弧燃弧率及电弧能量均增大;电弧放电现象是随机的;紫铜/铬青铜的磨损行为主要有黏着磨损、熔融喷溅、氧化和塑性变形。     

1Cr9Mo钢高速气-固两相流冲蚀磨损

采用自制的激波驱动气-固两相流冲蚀磨损试验装置,选取SiO2、Al2O3和SiC颗粒,对煤化工常用材料1Cr9Mo钢进行高速气-固两相流冲蚀磨损试验研究.结合试件表面冲蚀磨损形貌,分析冲击速度、冲击角度、颗粒硬度、颗粒粒径、试件温度等因素对材料的冲蚀磨损率的影响.结果表明:在20 ℃和400℃下,1Cr9Mo钢的最大冲蚀磨损率均出现在15°～25°的冲蚀角之间,体现出典型塑性材料的冲蚀磨损特征;低角度冲蚀时磨损机理以颗粒的切削作用为主,高角度冲蚀时颗粒垂直撞击材料表面产生凹坑并致使凹坑周围的片状物碎屑从材料表面剥离;试件冲击速度指数在2.3 ～3.2范围内,磨损率受颗粒硬度影响较大;在相同冲蚀条件下,硬度较高的Al2O3和SiC颗粒对试件的磨损率比SiO2颗粒高一个数量级;磨损率随颗粒粒径的增大呈现先递增后下降的趋势;在400℃时SiO2颗粒对试件的冲蚀磨损率明显提高,磨损率最大值约为20℃时的3倍.     

载流条件下电弧对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

在HST-100销盘式高速载流摩擦磨损试验机上进行了试验,用高速摄像机拍摄电弧图像,研究了载流条件下电弧对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响。研究结果表明:电弧面积和电弧能量有很好的相关性。随着电弧面积的增大,C/C复合材料的磨损率升高,摩擦因数先减小后增大,材料的磨损机制由磨粒磨损为主转化为电弧侵蚀为主。在电弧侵蚀下,材料磨损后的表面被氧化。     

超音速吹灰压力与偏转角对锅炉管束磨损的影响

采用CFD数值模拟方法和经典磨损模型对超音速吹灰过程气固两相流分布及其引起的锅炉管束磨损进行模拟分析,研究吹灰器喷口轴线与管排壁面相切时吹灰压力及喷管偏转角度的影响。采用文献试验结果对CFD模型进行验证。结果表明:当压力从0.6 MPa增至1.6 MPa时,射流出口速度、飞灰颗粒与管壁面的平均碰撞速度和频率均有不同程度增大,管壁最大磨损率增大1.88倍。而当吹灰角度从0°增至60°时,射流出口速度、飞灰颗粒与管壁面的平均碰撞速度和频率均有所减小,锅炉管壁面的最大磨损率减小近57倍,磨损范围变大。