滚刀滚动切削岩石的数值及试验研究

为了研究滚刀滚动切削岩石的性能,合理简化盘形滚刀滚压破岩过程,采用颗粒离散元法分别建立了考虑摩擦力的滚刀滚动切削有、无节理岩体模型,分析了滚动切削模拟过程中切削力、裂纹发育、岩石破碎形态的变化规律.利用滚刀回转切削试验台进行了破岩试验,得到切削力随工况变化的规律,验证了仿真模型的准确性.研究结果表明:对无节理岩体,提高贯入度会增加主干裂纹深度和破碎面积,提高切削速度会增加法向力,而对滚动力影响不大;对含节理岩体,岩体节理强度越强则主干裂纹越深,比能耗越高;岩体的节理倾向会对破岩比能耗产生一定的影响,正向倾角切削效率高于逆向倾角约12%;节理倾角越小,正、逆向节理倾角破岩比能耗差值越大;合理安排刀盘正反转可提高破岩效率.     

基于原子力显微镜的纳米尺度摩擦力的速度依赖关系

以硅为探针、带有自然氧化物的硅(100)晶面为基底样品,利用原子力显微镜研究了探针扫描速度对于单个微凸体系统中摩擦力的影响.首先,利用热噪声标定法测量出硅悬臂梁的法向弹簧常数和法向灵敏度;然后,利用改进的楔形校准法,通过扫描三角光栅得出侧向灵敏度;最后,测量出扫描区域为15μm×15μm、正压力为-5～10 nN、扫描速度为2.5～1 000μm/s下的摩擦力.实验结果表明,不同速度下摩擦力随正压力的增加呈近似线性增加,服从经典库仑定律.当扫描速度小于40μm/s时,速度增加所导致的摩擦力的增加不明显;当扫描速度大于40μm/s时,速度增加则引起摩擦力急剧增加.该结果与热激发的Tomlinson模型的计算结果吻合.     

基于局部摩擦因数模型的切削力预测建模

基于局部摩擦因数模型分别建立前刀面摩擦区、切削刃钝圆区、后刀面摩擦区的受力预测模型,进而获得切削力预测值.以钨钼系高速钢（W6Mo5Cr4V2Al）刀具和20Cr2Ni4合金钢为研究对象建立直角切削实验,通过三向测力仪测量直角切削主切削力和切深抗力,并与预测切削力进行对比,数值基本吻合.分析了切削参数以及刀具前角对切削力大小的影响规律.结果表明切削力随切削速度和刀具前角的增加有减小的趋势,随着切削深度的增加明显增大.      

基于原子力显微镜的石墨烯可控裁剪方法研究

石墨烯是一种新奇的纳米材料,其电学特性与几何构型密切相关,因此特定几何构型的加工技术是石墨烯基纳米器件走入实际应用的关键．然而迄今为止,还没有能够快速、低成本实现上述目标的方法．本文提出了一种基于原子力显微镜（AFM）机械切割的石墨烯裁剪方法,实现了各种石墨烯纳米结构如纳米带、三角形等的可控加工;探索了载荷与裁剪效果之间的关系,同时结合旋转基底法实现了AFM针尖效应对切割力检测影响的有效克服,在理论和实验上系统研究了晶格切割方向对纳米切割力大小的影响．本研究表明实时切割力可以作为纳米加工过程的状态反馈信息来指引纳米切割的进行,这为实现晶格精度的石墨烯可控加工奠定了理论与实验基础,由于该方法还具有与并行探针相兼容的优点,因此有望在规模化、批量化、低成本的石墨烯基纳米器件制造中发挥重要作用．     

盘形滚刀破岩力影响因素试验研究

采用试验方法研究了盘形滚刀破岩时掘进参数贯入度、切削速度和刀间距的选择对破岩性能的影响.结果表明:贯入度、切削速度的增加,破岩力成比例增大;得到最优贯入度为76mm和最优切削速度6m/h,进而确定刀盘转速和最外径线速度,推算TBM总推力和总转矩.分析盘形滚刀切割岩石时的挤压、剪切破坏过程,前方破碎区由于挤压破坏形成粉盒区;两侧的岩石受到滚刀浸入的挤压作用,发生弹性变形,逐渐达到岩石的剪切强度极限,裂纹贯通碎裂.     

微织构刀具三维超声振动车削304不锈钢研究

为了提高304不锈钢加工效果,减小切削力,延长刀具寿命,提出一种微织构刀具与三维超声振动复合的车削工艺.分别利用减摩特性与断续切削特性,根据正交切削模型,从变切深与微织构刀具接触面积减小的角度建立普通刀具与微织构刀具三维超声振动车削的切削力模型.通过车削304不锈钢的单因素实验研究各切削参数对主切削力的影响规律并对比刀具磨损,通过正交实验研究最佳切削参数组合.结果表明:相对于普通刀具,微织构刀具的主切削力降低30%~40%;磨损程度平均降低11.50%;对于减小切削合力,最佳的切削参数组合为:切削深度为0.1mm,进给量为0.08mm/r,主轴转速为250r/min.     

对金属切削中温升的探究

从摩擦学入手,运用位错理论及粘着理论,对金属切削过程中的三个变形带和两种摩擦状态进行了全面分析,并提出了犁削项的存在,且参与了力系的合成。同时,由于法向载荷的变化.对摩擦系数产生的不同影响,进而引起加工质量和动力消耗的变异。文中详尽阐述了金属在切削过程中产生的剪切热量及摩擦热量,其分布状况、数量比例、散逸途径,并从中导出了计算热量、温升的理论公式,提出了发热指数的概念及计算方法。最后,通过具体算例,验证了金属切削加工过程中的热量、温升等的理论计算问题。     

不同形状的表面织构刀具仿真车削 Inconel 718 合金研究

目的 针对目前车削 Inconel 718 镍基高温合金主要面临的可加工性差和刀具磨损两个问题,提出表面微织 构技术进行刀具设计与制备。 方法 首先建立微织构刀具的理论刀-屑接触长度模型,其次,利用理论刀-屑接触长 度模型,建立表面织构刀具切削力的理论模型以及切削热的理论模型;最后,根据理论刀-屑接触长度的变化规律, 对微织构刀具的切削力、切削温度进行理论分析,并最终建立有限元仿真模型。 结果 通过有限元仿真结果表明微 织构刀具比硬质合金刀具的车削性能要好。 结论 与硬质合金刀具的切削力对比,微织构刀具的三向切削力均偏 小;且轴向力、径向力在一定范围内波动,主切削力呈增长趋势。 与硬质合金刀具的切削温度对比,微织构刀具可 以降低切削过程中切削热,且圆形微织构刀具是 3 种微织构刀具中切削温度最低的;与硬质合金刀具对比,表面微 织构可以降低刀具表面磨损问题,减少刀具与切屑的挤压作用和摩擦作用,且不同形状的表面织构产生的磨损深 度不同。     

球形压头的滑动速度对材料微米划痕响应的影响

在恒定的法向载荷下,使用Rockwell C 120°金刚石压头对聚碳酸酯(PC)、熔融石英、紫铜和镁合金AZ31进行微米划痕测试,研究滑动速度对试样划痕响应的影响.压入深度小于压头的球锥转变深度,确保仅有压头顶端的圆球部分与试样接触.结果表明:随着滑动速度的增加,压入深度、残余深度和划痕沟槽的宽度均非线性减小,划痕硬...     

Micro-friction of diazoresin/polyacrylic acid self-assembly films in water with atomic force microscopy

Ultrathin films composed of diazoresin（DR）and polyacrylic acid（PAA）were fabricated.The surface morphology of the films in water was measured using an atomic force microscopy（AFM）.The self-assembly technique makes the surface rather flat and uniform.The friction force and its dependence on the velocity differ from the surface charge of the thin films.The friction force of repulsive DR/PAA film increases linearly with velocity and has lower values than that of attractive DR film over the full range of velocity.As the velocity increases,the attractive friction of DR film first decreases to a minimum at a velocity of 2 line/s and then increases all the way.When the surface is repulsive to the friction substrate,the friction of thin films that is determined by hydrated lubrication of polymer chains that is ultralubricated;when it is adhesive to the friction substrate,the friction is mainly contributed from the elastic deformation of adsorbed polymer chains in the low velocity region and from viscous sliding in the presence of hydrated-layer lubrication of the polymer chains in the higher velocity region.     

插床六杆机构的运动学和动力学分析

建立插床六杆机构的矢量模型,采用matlab/simulink微分模块建立仿真框图,设置合理的初始条件,将运动结果可视化,获得插刀的位移、速度、加速度曲线.调整构件的相对长度,得到不同的运动曲线,从而实现机构设计的快速性.在计及摩擦力时,通过作摩擦圆和判断相对角速度的方法分析机构的受力情况.根据摩擦总反力始终与摩擦圆相切,并对铰链中心所形成的力矩方向与相对角速度相反的原理,确定各个构件所受的摩擦总反力,最终将惯性力作用在相应的构件上.应用达朗贝尔原理进行动态静力分析,得出主动件上平衡力矩随时间变化的规律.     

Research on the Characters of the Cutting Force in Vibration Cutting Particle Reinforced Metal Matrix Composites SiC_p/Al

In this paper, turning experiments of machining particle reinforced metal matri x composites(PRMMCs) SiC p/Al with PCD tools have been carried out. The cutting force characteristics in ultrasonic vibration turning compared with that in com mon turning were studied. Through the single factor experiments and multiple fac tor orthogonal experiments, the influences of three kinds of cutting conditions such as cutting velocity, amount of feed and cutting depth on cutting force were analyzed in detail. Meanwh...     

摩擦参数对压电执行器振动特性的影响

提出了一种考虑运动学和振动解的摩擦振动模型,并用迭代法求解了压电执行器在运动体摩擦力作用下的振动响应.通过数值模拟和参数分析研究了运动体的速度v,正压力F_○N,相对滑动速度控制系数的延迟率C,静摩擦系数μ_○S及其下限μ_D,阻尼比ξ对于动态摩擦力和振动特性的影响趋势.结果表明压电堆的振幅随着F_○N,v,μ_S和C的增加而变大,随着μ_D和ξ的增加而减小.F_N和μ_S影响最大静摩擦力,μ_○D影响滑动摩擦力,v和C对黏着状态与滑动状态的转换以及摩擦状态转换过程中摩擦力的变化有明显的影响.     

基于能量法的填土地基单桩负摩阻力计算方法

深厚填土地基因土体固结沉降导致桩基产生负摩阻力,负摩阻力会造成桩身的沉降量过大和承载力降低。针对能较准确计算深厚填土场地基桩负摩阻力方法研究成果不足的问题,通过不同法向应力下的土–混凝土界面剪切试验讨论了桩侧摩阻力的发挥机理,并考虑桩侧摩阻力随深度的分布规律,提出结合双曲线模型和有效应力法的桩侧摩阻力分段计算模型。然后,基于桩–土体系的能量传递,建立负摩阻力条件下基桩的能量平衡方程,进而导出同时考虑桩–土相对位移和桩–土体系势能变化的桩身轴力和位移计算表达式。以某桩基现场试验项目进行计算,将理论计算结果与试验实测结果对比分析,结果表明：理论计算所得桩身轴力沿深度变化曲线与试验结果基本吻合,本方法能够较准确的分析深厚填土地基中基桩的力学特性。     

圆锥齿切削破岩的切削力估算

通过分析现有切削破岩峰值切削力计算公式和实验数据,进一步明确了切削力与岩石性质及切削厚度之间的关系,得到形式简单、适用性广、误差低的切削力估算公式.分析多组独立的、分别改变切削厚度和岩样进行实验得到的实验结果,并结合现有切削力计算理论拟合实验数据.结果发现:峰值切削力与切削厚度的幂次方成正比,幂指数在1.1~1.5,切削力与岩石的单轴抗压强度的关系最为密切.将研究得到的关系转化为数学计算公式,并通过实验对其进行验证,结果证实它比现有的计算公式精度更高,与实验值更吻合.     

磁控溅射GeSbTe相变薄膜黏附与摩擦特性

室温下通过调整磁控溅射时间制备了不同厚度的GeSbTe薄膜.利用原子力显微镜和台阶仪观察薄膜的表面形貌,测量薄膜厚度,并借助TriboIndenter纳米力学测试系统,分析探讨了薄膜的黏附和摩擦特性.研究结果表明:随着溅射时间的增加,薄膜表面粗糙度减小,厚度增加,同时表面质量提高;探针直径、相对湿度、薄膜表面质量以及探针载荷等因素对薄膜的黏附和摩擦特性均有重要影响;在满足存储要求的前提下,通过减小探针直径、降低相对湿度能够有效降低黏附力和摩擦力;而提高薄膜表面质量,为探针施加合适的载荷,有助于改善探针与薄膜表面之间的摩擦特性.     

基于Kelvin振子的界面摩擦系数计算方法

为了解决界面摩擦系数计算方法问题,假设接触界面的摩擦能量以声子的形式向外传播,因此接触界面微观振子所耗散的能量等于宏观界面向外传递的热能,应用等效阻尼方法可求出等效黏性阻尼;同时提出了Kelvin振子摩擦耗散模型,通过此模型得到表面能变化的损耗率;最后应用"鹅卵石"模型求出摩擦系数.采用此公式计算的结果与前苏联学者Крагепьский等提出的摩擦系数与相对滑动速度试验中极大载荷情况下的摩擦系数变化趋势非常相似.另外,摩擦力计算公式所得数值与Lantz等利用超高真空原子力显微镜研究硅探针在NbSe2试样表面接触和摩擦时的试验结果比较接近.因此证明了此摩擦系数计算公式具有一定的可靠性.     

自旋摩阻动力学模型与实验研究

设计环形摩擦片在变法向力和恒定法向力两种情况下的自旋摩阻实验, 验证经典自旋摩阻模型在接触区域法向接触力连续变化条件下的适用性, 研究局部摩擦性质的速度依赖性对自旋摩阻的影响, 建立基于Stribeck效应的自旋摩阻模型。该模型对精确分析包含相对转动的空间运动体动力学具有重要意义。     

可变法向压力对质量-带系统粘滑运动的影响分析

为了揭示可变法向压力对机械系统粘滑运动的影响,以含干摩擦的质量-带系统为研究对象,将驱动带速表达为可变法向压力的变化频率和加速度的函数,得出了粘滑运动发生的临界驱动带速的解析表达式,同时分析了可变法向压力对极限环幅值的影响。在发生粘滑范围内,粘滑极限环的幅值随着可变法向压力的加速度的增加而增加,而随着变化频率的增加而减小。数值仿真和虚拟实验结果表明,法向压力的变化对机械系统稳定性有很大影响,在高精度高性能的机械系统结构设计和稳定性分析中,其作用不应被忽视。     

水射流辅助切削刀具破岩的最佳位置的实验研究

就射流相对于刀具的四处理不同位置对切割效能的影响进行了测试。并对射流位置与刀具前方岩石碎块形成的关系进行了分析。在射流作用下，，切割深度，切割速度对射流作用的发挥和刀具力减小的影响进行了讨论，发现当射流位于刀具底部中心适当位置时，，刀具力减少量最大。