非线性多因素作用高速轴承转子系统动力学模型

为了建立符合工程实际的高转速轴承转子系统动力学模型,综合考虑油膜时变刚度和油膜时变阻尼、钢球与滚道时变接触刚度、时变接触角和时变接触力等非线性因素,建立油膜时变刚度和油膜时变阻尼模型,确定轴承时变刚度和时变阻尼计算方法;基于服役状态,计算轴承转子系统时变位移和摩擦力矩,结合JONES的高速球轴承动力学模型建立非线性多因...     

超滑与摩擦起源的探索

摩擦消耗掉全世界约1/3的一次能源,磨损致使大约80%的机器零部件失效,每年因摩擦、磨损造成的经济损失约占国内生产总值(gross domestic product, GDP)的2%～7%.对于中国这样的制造大国,摩擦、磨损造成的损失占比较高.仅以5%计算, 2019年我国因摩擦、磨损造成的损失就可能达4.95万亿元.因此,如何减少摩擦、降低磨损是大家广为关注的问题,也是影响人类社会走向绿色、环保、有效利用资源和能源的关键因素之一.探索摩擦起源,实现超滑状态成为摩擦学研究的重大使命.超滑就是将摩擦系数呈数个数量级的降低,同时伴随磨损率呈数量级下降的一种新技术.本文重点介绍了我们课题组近期在超滑和微观摩擦能量耗散机制方面的研究进展,同时也对国内外相关研究进行了简要评述.     

预应力混凝土结构孔道摩擦系数κ和μ值实测分析

文章通过预应力混凝土梁实测数据并参考了国内外的相关研究资料。对预应力束的孔道摩擦系数κ和μ值进行了较深入的分析。对影响摩擦系数的因素进行了探讨,认为我国规范取值偏小,文章给出了实际摩擦系数取值的建议。     

高强度双网络高分子水凝胶：性能、进展及展望

作为一种虽然含有90wt%的水,但力学强度高达数十兆帕的高分子水凝胶材料,双网络（double network,DN）设计思路对大幅度提高水凝胶力学性能以及推动其在生物材料中应用研究意义重大.近年来高强度DN凝胶研究不断取得令人注目的进展,在DN凝胶概念的基础上,设计合成了天然和仿生DN凝胶、低摩擦和低磨损DN凝胶以及细胞亲和性高强度水凝胶,并研究了DN凝胶的生物相容性和诱导关节软骨再生等生物材料性能.高强度、多功能DN凝胶在生物材料中的研究极大地扩展了高分子水凝胶材料的应用范围.本文综述了DN凝胶的设计思路,分析了影响其性能的因素,并对其未来发展进行了展望.     

基于ABAQUS的身管涂层磨损行为研究

重机枪的射击过程具有高压、高温、高速度、时间短等突出特点,针对这样的严苛条件,很难用实验的方法对身管涂层的摩擦磨损做研究预测。基于ABAQUS有限元软件平台,以有限元仿真方法,研究了身管涂层的磨损量和磨损状态的分布,以及子弹发射次数增加对身管涂层摩擦磨损的影响。结果表明,身管磨损主要集中在枪口近端位置,随着子弹发射次数的累积增加,磨损量相应增加,而单次磨损量减小,同时计算了发射多次子弹后的总磨损量。     

气体环境下双壁碳管振荡器的能量耗散

采用分子动力学模拟方法,研究了多壁碳纳米管振荡器在气体环境下的振动,讨论了气体密度、环境温度对碳管间摩擦力及振荡频率的影响．模拟结果表明,管间摩擦力随气体密度的增大及环境温度的升高而增大．气体分子的碰撞将导致碳管的品格变形,从而极大改变碳管间的初始理想匹配状态,导致摩擦力增大;随着温度的升高,碳管原子热振动振幅增大和高能量声子的激发,使得碳管振动的机械能更容易转化为热能而被耗散,导致摩擦力增大．气体密度的增大和环境温度的升高,都将导致振幅衰减加快,振荡频率增大．通过与真空状态下的谐振子相比,气体分子与管壁的碰撞是造成能量耗散的一个主要原因,气体环境的阻尼可能是导致碳管谐振子在工程实际中失效的主要原因,其次,环境温度对谐振子也具有重要的影响,低温工作条件对谐振子是有利的．     

基于光学原位观测柔软摩擦副的接触率研究

＂柔软接触＂在自然界和工业应用的摩擦副中具有重要学术和应用价值,但线接触副中接触率的原位测量目前尚无系统方法.本文建立了含光学显微、数字图像采集的软摩擦试验台.通过对接触率不同影响因素的深入分析,对比讨论了试验结果和理论模型.法向载荷对接触率影响规律可表述为幂函数,且受到弹性模量的影响.本文结合Ghatak的柔软橡胶薄层力学模型,分析了柔软材料的弹性模量对接触率的具体影响规律.本文以上述分析为基础,针对实际应用中柔软材料几何尺寸差异的问题,制备了9种不同厚度的圆柱形弹性样品,试验和理论分析都发现临界厚度值将影响接触率,并对结果进行了讨论.最后对全文进行了总结和展望.     

钨含量对铜基摩擦材料性能的影响

为了探究钨含量对制动用铜基摩擦材料性能的影响,采用热压烧结工艺制备了不同钨含量的铜基摩擦材料,对其物理性能、力学性能和摩擦磨损性能进行了测试。研究表明,铜基摩擦材料的密度随着钨含量的增加而增大,而剪切强度和硬度先增大后减小。钨提高了材料磨损表面微凸体接触的结点强度,从而提高了材料的摩擦因数。适量的钨可以有效地减少磨损表面剥离,有助于在磨损表面形成连续完整的摩擦膜,从而稳定摩擦因数,减小磨损质量。当钨含量过高时,在高温摩擦过程中会产生严重的犁沟或微裂纹,导致摩擦因数剧烈波动和磨损质量增大。钨的质量分数为3%时,铜基摩擦材料在不同温度和压力下具有较为稳定的摩擦因数和较小的磨损质量。     

多层箔片超声焊接的摩擦能量耗散机理及影响因素研究

在多层金属箔片的超声焊接过程中,焊头压紧金属箔片并带动其发生超声振动,各接触面摩擦生热并产生塑性变形,进而形成固相连接.各层箔片所受载荷存在差异,导致各接触面的摩擦行为和连接质量不一致,从而影响整体焊接质量.因此,需要分析焊接过程中载荷在多层金属箔片中的传递规律,揭示多界面的摩擦状态和能量耗散差异.以5层铜箔的超声焊接为研究对象,基于Cattaneo-Mindlin接触理论,利用Abaqus建立二维有限元仿真模型;分析不同压力载荷下各接触面的载荷分布和黏结-滑移状态转化;计算各接触面的摩擦耗散能量总量及在各接触面中的占比,并总结影响因素,给出多层金属箔片超声波焊接的理论工艺优化方法.     

摩擦化学反应活化能对CMP的影响

根据质量作用定律,测定了铜膜在静态腐蚀和化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing,CMP）两种反应条件下的化学反应速率常数;通过Arrhenius方程,测定了铜膜在两种反应条件下的化学反应活化能.结果表明：当抛光液温度为298.15 K,工作压力为13 780 Pa时,静态腐蚀条件下体系化学反应速率常数是114.80 s^-1,而CMP条件下体系的化学反应速率常数是412.11 s^-1,同时,CMP条件下的反应活化能为4 849.80 J,静态腐蚀条件下的反应活化能为31 870.30 J,由此得出,反应活化能的降低是CMP过程中的机械摩擦作用所致.因此,根据CMP过程中铜膜和抛光垫各自克服滑动摩擦力所作的系统功,推导出CMP过程中活化能降低值的系统功表达式,并通过改变工作压力和转速来验证该表达式的适用性.