不同相对湿度下铜/石墨配副载流摩擦性能研究

为探索铜/石墨载流摩擦副的安全服役环境,研究了不同湿度大气环境中石墨/紫铜配副的载流摩擦磨损性能.利用扫描电子显微镜、能谱和光学显微镜分析了磨损表面.研究结果表明:随着相对湿度从0％增加至80％,载流摩擦因数和接触电阻在30％湿度条件下达到最大值,然后呈下降趋势;石墨磨损量从0.2 mg增加至1.1 mg;铜盘磨损表面...     

滑动电接触表面微观形貌影响因素分析

为研究滑动电接触中粗糙度参数和粗糙面磨损均匀程度与摩擦副表面粗糙度的关系,在不同条件下开展载流实验,分析接触电流、接触压力、滑动速度和运行时间对摩擦副表面粗糙度的影响.研究结果表明:在相同条件下,运行时间越长、滑动速度越大,接触面粗糙度值越大,磨损越不均匀;接触压力越大,接触面粗糙度值越小,磨损越不均匀;随着接触电流的增加,接触面的粗糙度值呈现先减小后略微增加的变化趋势,磨损越来越均匀.     

超低温环境下铝/铜摩擦副的摩擦磨损特性

为探究超低温环境下铝/铜摩擦副的摩擦磨损特性,采用四球摩擦磨损试验机、表面轮廓仪、扫描电镜等研究超低温环境下不同载荷、不同转速时铝/铜摩擦副的干摩擦性能,并与常温工况进行对比。研究结果表明：超低温环境下,铝/铜摩擦副的平均摩擦因数随着载荷的增加呈现下降趋势,但摩擦副的平均摩擦因数与磨损量比常温环境下的大;常温环境下,摩擦副产生的铝屑集中黏附在铝基体表面中央区域,而超低温环境下铝屑主要分布在铝基体表面边部区域,且有逐渐向摩擦面外排出的趋势;在常温环境下,铝/铜摩擦副摩擦磨损以磨粒磨损和黏着磨损为主,在高载荷、高转速时主要发生黏着磨损甚至出现烧结现象,而在超低温条件下,其摩擦磨损以磨粒磨损为主,在高载荷、高转速时摩擦面间主要发生挤压剥落现象。     

三种环境下月壤削坡试验离散元分析

在未来的探月计划中的基地建设和资源开采等活动,不可避免地涉及月壤快速削坡过程.然而,月面环境与地球环境相差很大,比如低重力、高真空等,故而从地面环境得到的有关快速削坡的认知不可直接运用到月面环境.因此,有必要研究月面特殊环境对月壤快速削坡试验的影响.本文将颗粒间的抗转动作用和范德华力引入月壤微观接触模型,并植入到颗粒流软件(particle flow code,PFC)中进行3种环境下(月面环境、不考虑范德华力月面环境、地面环境)月壤快速削坡试验模拟,对比分析了重力场和范德华力对快速削坡试验中流滑距离、坡后沉降及最终倾角的影响.结果表明:相对于地面环境,月面环境下得到的流滑距离和坡后沉降都偏小而最终倾角偏大,表明月面环境边坡更趋于稳定而不易发生滑坡;进一步分析表明,月面环境对快速削坡实验的影响主要是由月面环境下低重力场引起的,而高真空和高温差引起的范德华力的影响可以忽略不计.     

环境条件对质子交换膜燃料电池性能的影响

研究了不同环境温度、湿度条件下小功率质子交换膜燃料电池(PEMFC)堆的性能，结果表明：环境温度、湿度对PEMFC堆的性能有很大影响，随着相对湿度的增加，PEMFC堆的最大输出功率显著提高；当相对湿度小于30％或者当环境温度降至10℃(2以下时，PEMPC的性能严重下降。     

MD膜驱剂和单季铵盐对界面Zeta电位的影响

MD膜驱油技术是一种新型提高原油采收率技术。为对比MD膜驱剂(单分子双季铵盐)和几种单季铵盐在界面作用中的差别,运用微电泳法分别考察了这些化合物与高岭土/水和沥青质对二甲苯溶液/水的界面作用。结果表明,Zeta电位能够反映出MD膜驱剂与单季铵盐在界面的静电作用及范德华力作用的差别。MD膜驱剂和单季铵盐与沥青质对二甲苯溶液/水界面的作用比与高岭土/水界面的作用大;范德华力在单季铵盐与沥青质对二甲苯溶液/水界面作用中的比重比在单季铵盐与高岭土/水界面作用中的比重大。MD膜驱剂和单季铵盐与两界面的作用大小顺序为:MD膜驱剂 四丁基溴化铵>四乙基溴化铵和四甲基溴化铵。MD膜驱剂与单季铵盐的不同主要在于其电荷量大,单季铵盐之间的不同则在于与界面的范德华力不同。     

考虑接触刚度的含间隙铰接副动态磨损分析

针对大多数含间隙铰接副的磨损计算都非常复杂,精度和效率不能兼得,且很少能够与含间隙铰接副系统的动力学分析动态结合起来考虑表面接触刚度对磨损影响的问题,提出了一种新的含间隙铰接副磨损分析方法。基于无质量杆-弹簧阻尼模型建立考虑接触刚度影响的含间隙铰接副系统动力学分析模型,利用非对称Winkler弹性基础模型计算接触压力分布,釆用Archard磨损理论计算接触表面磨损量,对接触表面轮廓实时更新得出含间隙铰接副的动态磨损量。分析结果表明,在表面接触刚度较小时含间隙铰接副的动态磨损严重,且随系统转速的变化呈现出不同的变化趋势,反映了不同接触刚度下含间隙铰接副的动态磨损趋势。该方法计算精度和计算效率较高且充分考虑了表面接触刚度对含间隙铰接副动态磨损的影响,对含间隙铰接副系统的设计和动力学分析及磨损预测具有一定的指导意义。     

进口温湿度对质子交换膜燃料电池输出性能的影响

为研究阴阳极气体进口温度和相对湿度（relative humidity，RH）对质子交换膜燃料电池输出性能的影响，构建了一维非等温的两相模型，并采用团聚体子模型考虑催化层微观结构的影响。结果表明：阴阳极相对湿度相同时，干工况（RHa 50% / RHc 50%）下工作温度对燃料电池输出性能的影响有限；不同工作温度时获得的最高电流密度所对应的RH工况不同，90℃时可在高阳极湿度/低阴极湿度工况（RHa 90% / RHc 50%）下获得最高的电流密度，而70℃适合于在高湿度环境（RHa 90% / RHc90 %）下获得更好的输出性能。然后，基于粒子群算法，优化得出阳极湿度恒为90%、且在低阴极RH 0~50%时，温度越高，获得最大功率密度的阴极湿度越小。工作温度和阴极RH分别控制在90℃和14.6%时可获得最高的功率密度，约为0.88 W/cm²。     

活动型单髁衬垫脱位力学机制的实验研究

研究活动单间室膝关节假体(UKAP)衬垫在力学环境下的脱位机制.通过制作髁假体固定工装与固定平台旋转圆盘工装,建立活动衬垫脱位的体外模型.在外载荷作用下,通过压力测量片测量活动衬垫在不同撑开量、不同后倾角以及不同旋转角度下的脱位力大小.随着撑开量的增加,衬垫脱位力不断降低;随着胫骨后倾角增加,接触压由胫骨近端前侧向胫骨近端后侧转移,衬垫的脱位力不断增加。后倾角降低将减少髁假体对衬垫的接触压力、并相对增加衬垫的撑开量,这将大大削弱衬垫后方的脱位力.衬垫过旋将减小脱位力,从而增加旋转脱位的风险.衬垫撑开量与手术中假体安装后屈伸间隙不平衡、内侧副韧带延迟伸长或损伤有关,衬垫后倾角度及内外旋角度均与术中截骨位置有关,衬垫脱位力在不同安放位置存在变化.研究结果可为临床上活动衬垫脱位机制提供理论依据,对活动单间室膝关节置换手术技术及治疗具有指导意义.     

不同浓度交联聚合物微球溶液的微观形态和流变特性

为了研究交联聚合物微球水溶液的流变性能与微球微观形态之间的关系,测定了不同浓度交联聚合物微球溶液的流变性能,利用环境扫描电镜观察了不同浓度交联聚合物水溶液中微球的微观结构形态,系统研究了微球溶液的流变性与聚合物微球浓度的关系,并分析了微球溶液流变性随浓度和剪切速率变化的原因。结果表明:随着聚合物微球浓度的增加,溶液的胀流性逐渐减弱,假塑性逐渐增强,时间效应也相应地增强;随着剪切速率的增加,低浓度的微球溶液与高浓度的微球溶液呈现出不同的流变特征,利用环境扫描电镜观察得到的水中微球的微观结构形态很好地解释了这一现象,为进一步研究深部液流改向和调剖机理提供理论支持。     

面向建筑节能的加气混凝土吸放湿特性与有效导热系数研究

为研究加气混凝土建筑围护结构的吸湿特性、放湿特性以及有效导热系数,以松滋市金松新区集贸市场建设项目为研究背景,运用室内试验的方法,分析加气混凝土的微观特性以及物性参数,并研究了不同孔隙率加气混凝土的吸湿特性、放湿特性以及有效导热系数。结果表明,3种不同强度等级的加气混凝土的微观孔径表现出明显的双峰特性;在恒定的环境温度条件下,在同一环境相对湿度时,随着加气混凝土强度指标的增加,其含水量逐渐减小,随着环境相对湿度的增加,同一强度指标的加气混凝土初始含水量和稳定含水量均整体增加;在同一环境相对湿度时,随着加气混凝土强度指标的增加,其含水量逐渐减小,随着环境相对湿度的增加,同一强度指标的加气混凝土含水量的下降速率逐步增加;导热系数室内试验结果与模型预测结果十分相近,两者的误差范围在-1.67%～5.36%。     

真空断路器分断金属液桥形成的数值模拟

为研究高压真空断路器触点分断电弧的产生机理,考虑触点表面微观形貌,建立真空环境下铜触点电接触的几何模型和数学模型。数值模拟真空断路器分断时金属液桥的形成过程,其中金属液桥的熔化电压与铜材料的熔化电压近似相等,证明建立仿真模型的正确性。得出金属液桥形成中的温度分布及熔化相变体积变化;探究触点初始分断电流、表面粗糙高度及初始接触压力对金属液桥形成的影响。数值计算结果表明:金属液桥的电势差由电接触位置向电极两边逐渐减小;模型最高温度出现在电接触位置;金属液桥的形变受热膨胀力与表面张力共同作用,随着熔化相变体积的增大,影响金属液桥形变的主导因素从热膨胀力逐渐过渡为表面张力,因此其形状由最初的圆柱形变为哑铃型;金属液桥熔化所需时间随触点初始分断电流和触点表面粗糙高度的增大而减小,随触点初始接触压力的增大而增大。为进一步研究真空金属蒸气电弧的形成机理及提高断路器的可靠性和寿命提供理论支持。     

猪笼草捕虫笼超滑表面黏附特性测量和抗黏稳定性分析

利用环境扫描电子显微镜(ESEM)表征红瓶猪笼草叶笼蜡质滑移区表面微观结构.利用手动悬臂移动法在原子力显微镜(AFM)无针尖探针悬臂上黏附15μm二氧化硅微球模拟单根刚毛与猪笼草蜡质区表面的接触,对新鲜蜡质区表面黏附力和摩擦力在干燥空气环境和不同湿度条件的空气环境中做定量测试,并以光滑玻璃和热氯仿处理后的猪笼草表面作为参照.研究结果表明:猪笼草蜡质滑移区表面三维片状蜡质晶体是导致昆虫在植物表面打滑的主要原因,该结构能有效减小微球(或刚毛)与相应接触面的接触面积,从而降低微球(或刚毛)的黏附力和摩擦力.猪笼草蜡质滑移区表面三维片状蜡质晶体能有效排除接触区附近的水蒸气,保证了猪笼草蜡质滑移区在不同的湿度条件下均能保持高效抗黏稳定性.猪笼草蜡质滑移区表面的微构筑模式为微纳机电系统中抗黏附设计提供了绝佳的仿生学模板.     

考虑表面粗糙度和几何曲率的两球体接触问题

为探讨曲面结合面的接触机理,研究了两球体的法向接触问题。计入结合面虚拟材料厚度,对两球体点高副接触时形成的圆形接触区域进行了受力分析,在分析过程中尝试联合MajumdarBhushan平面模型和经典赫兹理论;采用Hardy在任一点处处不可求导的条件,严格证明了二维Weierstrass-Mandelbrot分形函数中分形维数D的整个取值范围为1≤D2。数值模拟表明:球体广义接触面积比不大于1;内接触时的球体广义接触面积比大于外接触时的,增加压紧力或减小结合面虚拟材料厚度均会增大球体广义接触面积比;内接触时的真实接触面积大于外接触时的,真实接触面积随着分形粗糙度、材料硬度或结合面虚拟材料厚度的增加而减小;随着分形粗糙度的增加,产生指定真实接触面积所需要的压紧力增加;当分形粗糙度增加时,微凸体的法向变形量和压紧力增大;对于给定的压紧力,当分形维数从1.4增加至1.5时,狭义接触面积比随之增加,当分形维数从1.5增加至1.9时,狭义接触面积比逐渐减小;内接触时的赫兹应力小于外接触时的。此项研究可为深入研究滚动轴承中球轴承的接触强度计算提供基础,所建立的球体接触分形模型具备通用性与实用性,可望丰富机械设计中机械零件接触强度的理论。     

不同湿度环境下CH3NH3PbI3薄膜的退化过程

实验分析了在15%、50%和90%RH湿度条件下CH₃NH₃PbI₃薄膜退化过程.通过XRD测量发现不同湿度环境中CH₃NH₃PbI₃薄膜的退化产物为PbI₂,且在90%相对湿度(RH)环境下还观测到了退化中间产物水合物(CH₃NH₃)₄PbI₆·2H₂O.不同湿度环境中CH₃NH₃PbI₃薄膜退化速度不同,湿度越大,退化速度越快.通过载流子动力学的测量发现随着退化时间增长,CH₃NH₃PbI₃薄膜光生载流子数量不断减小.低湿度环境下CH₃NH₃PbI₃薄膜在退化过程中表现出缺陷钝化现象,载流子复合寿命随退化时间呈先上升后下降趋势.而在高湿度条件下,CH₃NH₃PbI₃薄膜出现缺陷增加现象,载流子复合寿命随退化时间呈下降趋势.     

冷轧压下率对Cu/Al复合板界面和性能的影响

研究了不同冷轧压下率对铸轧法制备的Cu/Al复合板材界面微观组织和力学性能的影响。研究结果表明:冷轧过程中压下率过大时界面层会发生断裂而破碎,进而影响复合材料性能。冷轧压下率从29%逐渐增加到57%时,界面层的破碎程度逐渐加重,复合板抗拉强度逐渐增大,延伸率则随之下降,同时剥离强度先迅速减弱后缓慢增强。当冷轧压下率达到57%时,界面扩散层被严重破坏,形成大量纯铜和纯铝直接接触、无明显扩散的结合界面,铜铝复合板主要靠机械咬合力结合。     

列车气动效应作用下隧道衬砌混凝土水分传输理论研究

针对高速列车气动效应在铁路隧道衬砌混凝土表面产生的高速气流和空气低压作用,提出考虑列车气动效应的隧道衬砌混凝土水分传输和湿度场理论计算模型,并对气体流速和表面低压等关键影响因素进行分析。研究结果表明：高速气流加速混凝土表面水分交换速率并减薄水汽过渡层,表面低压作用降低环境中的水蒸气分压并增大混凝土表面与内部孔隙之间的压力梯度;混凝土表面风速越大、气压绝对值越低,其内部湿度下降越快;环境条件对混凝土湿度场的影响仅局限在混凝土表面一定范围内,环境风速和表面气压变化对混凝土内部湿度影响较小;在标准大气压条件下,当混凝土表面风速由5 m/s增大至15 m/s时,距离干燥面10 mm和30 mm处60 d龄期时相对湿度分别降低32.6%和3.9%;在环境风速为0 m/s条件下,当混凝土表面气压由80 kPa降低至50 kPa时,距离干燥面10 mm和30 mm处60 d龄期时混凝土相对湿度分别降低37.9%和3.8%。本文所提出的理论模型可较准确地描述上述因素对混凝土湿度变化的加速效应。     

高转速下主轴-刀柄结合部接触刚度分析

提出一种宏微观相结合的方法建立高转速下主轴-刀柄系统结合部接触刚度模型.宏观上假设主轴-刀柄结合面为理想圆锥面,通过有限元方法获得不同转速下锥形表面的接触压强分布;微观上假设接触表面由微凸体构成,并基于接触压强采用考虑域拓展因子影响的三维分形模型计算锥形结合部的接触刚度.以BT40刀柄为研究对象,其无转速工况下主轴-刀柄系统理论预测与实验频响函数一致性较好,在此基础上分析转速及拉刀力对结合部刚度影响规律,确定了转速极限值为1.5×10~4 r/min,拉刀力合理取值范围为[8,12]kN,研究结果为主轴-刀柄系统的结构优化及应用提供理论基础.     

基于智能预测的力/位混合控制方法

针对机器人在形状未知接触环境表面上进行柔顺力控制问题,在传统的力/位混合控制模型中采用一种智能预测算法,此算法通过三种预测因子预测并调整未来采样时刻的力/位混合控制模型中的期望轨迹,并考虑环境曲率和刚度变化的特点.为了验证预测算法的有效性,构建了开放式的机器人力控制系统,在不同期望力、不同跟踪速度下对非规则受限表面进行了力控制实验研究,分析了受限系统中未知环境参数对接触力的影响.实验结果证明该方法对未知接触环境的变化具有较强的适应能力.在实验条件下,稳定状态下的力控制误差可以控制在3%之内.     

电场对FOTS自组装分子膜/SiO_2界面作用特性的影响

为研究电场对自组装分子膜摩擦学特性的影响,采用分子动力学模拟软件Materials Studio5.0计算不同电场强度和作用方向下FOTS自组装分子膜与SiO2基底的界面结合能.结果表明:当电场强度小于3.0×108V/m时,施加正负方向电场,界面结合能均增大,而施加正电场的界面结合能增大较多,但在正负方向电场作用下界面结合能随着场强的增加变化幅度较小.对FOTS与SiO2基底相互作用能的分析得知,影响体系结合能的主要因素是两者之间的范德华力,其中色散力起主要作用.