正畸弓丝与托槽间摩擦力建模及试验研究

正畸矫治过程中,正畸弓丝与托槽间的相对滑动趋势将产生摩擦力,进而降低有效矫治力,影响矫治的性能和效率. 针对目前正畸摩擦力预测方法量化预测精度低的问题,依据正畸弓丝与托槽间的几何关系、力学关系及物理参数,提出一种基于分力叠加原理的计及接触角度的正畸摩擦力预测模型建立方法. 探究影响正畸摩擦力的主要因素以及变化规律,提出采用有限滑动法测量正畸摩擦力,搭建了基于六维力传感器的正畸摩擦力测量系统,进行了不同弓丝-托槽组合和不同接触角度的摩擦力测量,试验数据与预测模型的理论数据间误差率处于0.55%~9.65%之间,证明该预测模型可为医师明确正畸矫治器参数-摩擦力-矫治力的关系提供理论依据,为实现数字化正畸提供理论支撑,保证个性化正畸方案的高效、高可靠性和高舒适度,最终达到轻力矫治的效果.      

行星滚柱丝杠动态摩擦力矩和传动效率分析

针对行星滚柱丝杠摩擦力矩和传动效率随丝杆转速变化而变化，考虑润滑油黏滞、滚柱自旋滑动和螺纹接触点差动滑动产生的摩擦阻力，基于拉格朗日方法建立了行星滚柱丝杠机构动力学模型，计算了其摩擦力矩和传动效率，分析了负载和丝杆角加速度对机构动态摩擦力矩、瞬态传动效率和综合传动效率的影响. 研究结果表明:行星滚柱丝杠摩擦力矩随螺纹接触点相对滑动速度增大而增大；非稳态运行阶段润滑油黏滞和自旋滑动是产生摩擦力矩的主要因素；行星滚柱丝杠在大载荷运行时传动效率较高，丝杆加速时间越短其综合传动效率越高.      

FRICTION MECHANISMS OF OVERLAPPED SHEETS OF TWO BOOKS UNDER HORIZONTAL UNIAXIAL TENSION

将两本书以一页搭一页的方式联接在一起,然后向水平方向两侧拉伸,纸张间会产生机理复杂的摩擦力,摩擦力的总和可以使搭接结构的极限拉力达到很大.本文在不同搭接长度及不同搭接页数的条件下,对极限拉力进行了实测,得到了搭接长度与搭接页数对极限拉力的影响关系.对摩擦力产生机理进行了分析,给出了理论模型的公式,并通过MATLAB对相关系数进行了与实测数据的最小二乘法拟合,得到了半理论半经验的摩擦力计算公式.计算公式可以为这种特殊联接工艺的最大承载拉力计算提供参考.     

书页搭接之摩擦力研究

将两本书以一页搭一页的方式联接在一起,然后向水平方向两侧拉伸,纸张间会产生机理复杂的摩擦力,摩擦力的总和可以使搭接结构的极限拉力达到很大.本文在不同搭接长度及不同搭接页数的条件下,对极限拉力进行了实测,得到了搭接长度与搭接页数对极限拉力的影响关系.对摩擦力产生机理进行了分析,给出了理论模型的公式,并通过MATLAB对相关系数进行了与实测数据的最小二乘法拟合,得到了半理论半经验的摩擦力计算公式.计算公式可以为这种特殊联接工艺的最大承载拉力计算提供参考.     

食品口腔摩擦学研究进展

食品在口腔加工的过程被认为涉及流变学和摩擦学机制，而口腔摩擦则被认为是口腔质构感知产生的一个重要机理，用来描述舌头与口腔上颚、舌头与食品之间相对运动以及由此产生的触觉感受. 本文中综述了近年来食品口腔加工领域的摩擦学研究进展，包括摩擦学测量技术与方法、体内口腔摩擦和感官知觉之间的联系等. 相关研究表明，摩擦学测量为几种与质构相关的感知提供了理论依据，但获得两者之间的量化经验关系仍然很有挑战性；同时，由于摩擦学和感官感知受到多种物理化学性质的影响，因此必须将摩擦学和其他表征技术相结合用以解释两者的相互关系及机制，从而促进食品口腔加工摩擦学的持续和深入发展，并为高品质食物和饮料的研究和设计提供重要工具和理论支撑.      

内燃机气缸套失圆对活塞动压润滑和摩擦特性的影响

根据流体动力润滑理论与活塞动力学方程建立了相关分析模型,在考虑内燃机工作过程中实际存在的气缸套失圆变形基础上,分析了活塞的横向运动,考察了活塞裙部的压力场和摩擦特性.结果表明:与不考虑失圆变形时相比,考虑失圆变形时的润滑油膜压力场的峰值降低,裙部流体压力负荷得以缓解;考虑失圆变形后的摩擦力和摩擦功耗增大,失圆程度越大,所产生的摩擦力和摩擦功耗的增量越大.因此,在活塞设计过程中应当重视失圆变形对活塞裙部润滑和摩擦特性的影响.     

自抗扰控制框架下的摩擦力振动分析

自抗扰控制(active disturbance rejection control, ADRC)是一种具有两自由度控制结构的工程化方法, 由于其能够直观有效地处理多种扰动, 近些年来在许多机电系统上得到了成功应用. 当采用ADRC对带有摩擦力的机电系统进行调节时, 可能会产生极限环振动. 目前, 还没有ADRC框架下摩擦力振动精确分析的相关工作. 因此, 本文采用非线性动力学系统的分析工具对这一问题进行研究. 首先, 考虑两种典型摩擦力模型, 静态切换模型和动态LuGre 模型, 对一类二阶运动系统设计不同阶次的ADRC, 得到控制器的等效形式, 并揭示出与比例积分微分(proportional-integral-derivative, PID)控制之间的联系. 然后, 采用打靶法结合拟弧长延拓方法求解系统中的极限环, 并根据Floquet理论判断极限环的稳定性、可能出现的分岔以及分岔类型. 此外, 通过雅克比矩阵和近似数值方法对系统平衡点集的局部稳定性进行了分析. 最后, 通过数值计算研究了摩擦力模型和参数、ADRC阶次和参数对极限环和平衡点集的影响. 计算结果表明, 决定摩擦力Stribeck效应负斜率的参数$\beta$作用较大. 当$\beta>1$时, 两种摩擦力模型下的闭环系统呈现出相同的特性, 极限环会出现环面折叠分岔(cyclic fold bifurcation, CFB)且平衡点集是局部稳定的. 然而当$\beta<1$时, 两种闭环系统呈现出完全不同的特性. 此外, 不同阶次的ADRC在极限环的存在性和稳定性、平衡点集的稳定性上面的结论是相同的, 而低阶次的ADRC能够更好地解决摩擦力补偿和稳定鲁棒性之间的矛盾问题. 这些结论对实际现象的理解、ADRC阶次的选择以及参数整定提供了一定指导.      

摩擦力判别函数的引入及应用

在涉及摩擦力的力学问题中,首次提出了摩擦力判别函数的概念.该函数的引入完善了库仑摩擦定律的表达式形式.为含有摩擦力、特别是对具有多处摩擦力的问题的清晰分析及解决提供了方便.应用该函数求解摩擦力问题时,无论研究对象处于何种状态、摩擦力的方向均可根据约束的性质作出任意假设,假设正确与否由摩擦力判别函数来确定.举例说明了该函数的适用性.     

缺陷对石墨烯摩擦性能影响的分子动力学研究

采用分子动力学方法模拟硅探针在空位缺陷和Stone-Wales(SW)缺陷石墨烯上的滑移过程,研究空位缺陷和SW缺陷对石墨烯摩擦力的影响.研究结果表明:两种缺陷石墨烯摩擦力大于完美石墨烯,空位缺陷使石墨烯界面势垒增大导致能量耗散增加,摩擦力增大;SW缺陷使石墨烯表面形成凸起,阻碍探针滑移,摩擦力增大.空位缺陷石墨烯平均摩擦力随缺陷浓度的增加而增加,Y向空位缺陷石墨烯平均摩擦力大于X向,这都是由空位陷处能量势垒和缺陷与探针切向作用距离共同决定的.SW2型缺陷石墨烯摩擦力大于SW1型,X向SW2型缺陷石墨烯摩擦力大于Y向SW2型,因为存在相邻五边形碳原子环结构的石墨烯表面更容易产生凸起,摩擦力较大.以上研究结果完善了缺陷石墨烯的摩擦机制,对设计和开发石墨烯微纳器件提够了理论依据和指导.     

上尖牙远中移动施力方式的光弹性研究和临床实践

本文利用三维光弹性冻结切片法，研究了在各种不同施力方式下，牙周组织的应力分布规律。研究对象是我国１２～１５岁儿童牙齿。光弹模型采用了牙齿、牙周膜和牙槽骨的组合式模型。得出了施加一个水平力的同时再加一个力偶为最佳施力方式，在正畸矫治中它能使牙齿产生较快整体移动的效果。临床实践证明该方法可行疗效显著。     

ANALYSIS OF FRICTION INDUCED VIBRATION UNDER THE ACTIVE DISTURBANCE REJECTION CONTROL FRAMEWORK 1)

自抗扰控制(active disturbance rejection control, ADRC)是一种具有两自由度控制结构的工程化方法, 由于其能够直观有效地处理多种扰动, 近些年来在许多机电系统上得到了成功应用. 当采用ADRC对带有摩擦力的机电系统进行调节时, 可能会产生极限环振动. 目前, 还没有ADRC框架下摩擦力振动精确分析的相关工作. 因此, 本文采用非线性动力学系统的分析工具对这一问题进行研究. 首先, 考虑两种典型摩擦力模型, 静态切换模型和动态LuGre 模型, 对一类二阶运动系统设计不同阶次的ADRC, 得到控制器的等效形式, 并揭示出与比例积分微分(proportional-integral-derivative, PID)控制之间的联系. 然后, 采用打靶法结合拟弧长延拓方法求解系统中的极限环, 并根据Floquet理论判断极限环的稳定性、可能出现的分岔以及分岔类型. 此外, 通过雅克比矩阵和近似数值方法对系统平衡点集的局部稳定性进行了分析. 最后, 通过数值计算研究了摩擦力模型和参数、ADRC阶次和参数对极限环和平衡点集的影响. 计算结果表明, 决定摩擦力Stribeck效应负斜率的参数$\beta$作用较大. 当$\beta>1$时, 两种摩擦力模型下的闭环系统呈现出相同的特性, 极限环会出现环面折叠分岔(cyclic fold bifurcation, CFB)且平衡点集是局部稳定的. 然而当$\beta<1$时, 两种闭环系统呈现出完全不同的特性. 此外, 不同阶次的ADRC在极限环的存在性和稳定性、平衡点集的稳定性上面的结论是相同的, 而低阶次的ADRC能够更好地解决摩擦力补偿和稳定鲁棒性之间的矛盾问题. 这些结论对实际现象的理解、ADRC阶次的选择以及参数整定提供了一定指导.     

板材冲压成形有限元数值模拟界面摩擦约束处理方法

基于弹塑性大变形板材冲压成形增量有限元法,采用线性弹簧单元提出一种空间三维板材冲压成形等效界面摩擦力的处理方法.这种方法的优点是可以反映界面摩擦力的同步、被动产生效果,同时它还可以保证约束后刚度矩阵的对称性.将提出的摩擦约束处理算法引入自主开发的板材成形模拟软件FASTAMP,计算了汽车油底壳的成形过程,计算结果的厚度分布与实际冲压件吻合比较好,验证了等效界面摩擦力约束处理方法的有效性.     

纯滚动圆轮静摩擦力方向的确定

给出了匀质圆轮受力偶或水平力作用在水平地面上作纯滚动时, 其静摩擦力方向的确定方 法. 只受力偶作用作纯滚动的圆轮, 其摩擦力的方向仅取决于外力偶矩的转向, 判断依据为 摩擦力在该圆轮的平面运动中起阻碍圆轮的转动和为圆轮的平移提供主动力两相对的作用. 当圆轮只受水平力作用作纯滚动时, 用刚体平面运动微分方程和动能定理两种方法对摩擦力 方向进行了推导判定, 摩擦力的方向不仅与水平力的作用位置相关, 还与圆轮的大小和相对 质心的惯性半径等因素相关.     

氟橡胶O型圈低压气体密封黏滞摩擦特性实验

开展了低气体密封压力条件下的氟橡胶O型圈低压黏滞摩擦特性实验研究.对氟橡胶O型圈与不锈钢2Cr13摩擦副的摩擦力的时变曲线进行测量,重点分析了密封压力、O型圈压缩率和滑动速度对O型圈黏滞摩擦力的影响规律.结果表明:随压缩率的增加,氟橡胶O型圈摩擦力增加,并呈现出明显的回弹特征,即滞后摩擦力增加且释放时间增加;随着密封压力的增加,其所受最大静摩擦力、滑动摩擦力与滞后摩擦力均呈现非线性变化,且存在一极大值;减小往复运动速度,摩擦力数值增大,但摩擦力极值对应的密封压力值变小.     

聚氨酯丝与PET丝摩擦磨损性能的试验研究

在自制多功能粘着摩擦磨损性能试验台上进行仿壁虎刚毛用聚氨酯和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)2种丝材的摩擦性能对比试验,在不同正压力下悬臂梁带动上试样丝以45°夹角相对下试样丝滑动,安装在悬臂梁上的二维传感器同时将正压力和摩擦力电信号输送计算机进行处理,计算得到摩擦系数平均值.结果表明:当法向压力处于0.5～2.0 mN范围内时,聚氨酯丝的平均摩擦系数为4.22;当法向压力在0.2～1.0 mN范围内时,PET丝的平均摩擦系数为0.29,前者为后者的14倍.高表面能引起的粘着为聚氨酯摩擦系数较高的主要原因.试验结果为仿壁虎机器人脚掌刚毛材料的选择与制备提供了依据.     

高速弓网系统动力学参数敏度分析及优化

随着高速列车运行速度的提升, 弓网关系这一基础力学问题备受关注. 良好的弓网关系是确保列车安全高效运行、稳定可靠受流、降低接触线与受电弓滑板磨耗等的基本前提. 其中, 受电弓和接触网的动力学参数对弓网耦合作用起至关重要的作用. 本文采用弓网接触力随机统计特征作为优化目标函数,进行受电弓动力学参数的敏度分析和优化设计. 首先, 建立了二维弹性链悬挂接触网-三质量块受电弓动力学模型,根据EN50318: 2018标准验证了动力学建模和分析结果的正确性. 然后, 基于高速弓网系统的动力学仿真, 进行了DSA380型高速受电弓三质量块参数的动力学敏度分析, 确定了9个动力学参数的敏感度级别, 弓头等效质量敏度评级最高,下框架等效阻尼次之, 下框架等效质量和上框架等效阻尼第三. 最后, 研究了弓头等效刚度和等效阻尼联合变化对弓网耦合动力学性能的影响,给出了提升弓网耦合性能的弓头双参数优化方案, 建议同时减小弓头等效阻尼和增大弓头等效刚度, 能够实现比单参数优化更好的弓网耦合性能.      

高速弓网系统动力学参数敏度分析及优化

随着高速列车运行速度的提升,弓网关系这一基础力学问题备受关注.良好的弓网关系是确保列车安全高效运行、稳定可靠受流、降低接触线与受电弓滑板磨耗等的基本前提.其中,受电弓和接触网的动力学参数对弓网耦合作用起至关重要的作用.本文采用弓网接触力随机统计特征作为优化目标函数,进行受电弓动力学参数的敏度分析和优化设计.首先,建立了...     

圆柱面上滑动和滚动的分析

物体在圆柱面上的正压力与速度和位置相关,运动状态因摩擦力而具有显著的非线性特征.求解了物体在圆柱面上滑动和滚动的基本方程,得到速度公式而绘出多组曲线,分析摩擦因数和初速对停止、滑脱以及滚-滑转化位置的影响.相关内容可作为例题在课堂讲解.     

基于斜面的摩擦力显微镜探针扭转系数标定改进方法

基于标准样品的已知斜面,对摩擦力显微镜探针扭转系数标定方法进行改进.根据探针在斜面上滑动时的受力特点,测试不同载荷下斜面上摩擦力环电压信号的半高量和偏移量,求解摩擦系数并最后得出探针扭转系数.结果表明:斜面摩擦力信号的半高量和偏移量随着载荷的增大而增加,且在较高载荷下呈线性增长;在此前提下黏着力不影响摩擦系数和扭转系数的求解;平面验证试验所得摩擦系数与上述求解值基本一致.相关结果有望简化纳米尺度摩擦力的标定和测试.     

滚动问题中摩擦力的判断

刚体滚动时摩擦力的判断是工程力学中极易引起学生困惑的问题. 在对摩擦力产生原因进行分析的基础上, 确定了刚体纯滚动时静摩擦力的计算公式和判定方法. 刚体作纯滚动时静摩擦力所作总功为零, 仅实现刚体平动动能和转动动能之间的相互转化, 其方向总是阻碍主动力引起的物体运动趋势并使其向另一种运动转化; 刚体作有滑滚动时滑动摩擦力所作总功为负, 其方向与刚体滑动方向相反, 并实现刚体平动动能和转动动能之间的相互转化.