混杂纤维增强纸基摩擦材料的压缩回弹和摩擦磨损性能研究

研究了纸浆纤维与Kevlar纤维浆粕混杂纤维中纸浆纤维的含量对其压缩回弹性能的影响,评价了不同比压和转速条件下纸基摩擦材料的摩擦磨损性能,分析了材料的压缩回弹性能与摩擦性能的关系.结果表明,纸浆纤维含量对压缩率和回弹率影响不明显,但随着加载压力增加,材料的压缩率和回弹率明显增大.在相同比压和转速条件下,纸浆纤维含量对纸基摩擦材料动摩擦系数的影响不明显,但随着比压和转速的增加,纸基摩擦材料的摩擦系数降低,其中含有17.5%纸浆纤维的纸基材料在循环制动条件下的摩擦系数最稳定,磨损率最低.     

γ射线辐照对机械密封用烧结材料性能的影响

使用不同剂量γ射线对拟用于核电领域机械密封的3种热压烧结材料进行辐照处理，测试了不同辐照条件下材料的热物理性能和力学性能. 使用Plint TE-92摩擦磨损试验机模拟机械密封实际工况进行盘-盘摩擦试验，测试了相同材料自配副的摩擦磨损性能，并采用扫描电子显微镜(SEM)和ZYGO白光干涉仪等表征分析方法，研究了辐照条件对材料微观组织形貌和摩擦磨损机理的影响. 结果表明:本文中γ射线辐照剂量对烧结材料的组织形貌和物理、力学性能影响较小. 在水润滑条件下，烧结材料自配副的摩擦系数为0.04~0.06，没有出现明显的磨损情况，辐照对材料的摩擦磨损性能没有明显影响.      

普通凝固Mg-Zn-Y准晶材料的摩擦磨损特性

采用普通凝固方法制备Mg-Zn-Y准晶材料,在不同试验条件下对普通凝固Mg-Zn-Y准晶材料进行了干摩擦试验,研究了载荷和磨损时间对准晶材料摩擦特性的影响,并对磨损表面形貌及磨屑进行了观察与分析.结果表明:随着载荷的增加,摩擦系数减小;在相同载荷条件下,随着Y含量的增加,摩擦系数及磨损质量损失均逐渐减小,耐磨性逐渐增强.     

织物表面摩擦特性测试装置及试验研究

为了评价织物表面的摩擦特性,表征织物和皮肤接触过程中摩擦力的动态变化信息,研制了一种能测试织物表面动态摩擦特性的机械测试装置,该装置集成了机械装置、传感器及控制系统,能一次性测试织物的静、动摩擦系数.基于测试过程中采集的原始数据,定义了摩擦功、静摩擦系数及动摩擦系数3个指标来评价织物表面的摩擦特性.试验采用12种典型的织物样本,对织物的表面摩擦特性进行了客观测试及主观评价,并在日本Kawabata KES-FB4系统上进行了对比试验.结果表明:针对12种典型的织物样本,3个评价指标均存在着显著的差异,牛仔布具有最大的静摩擦系数,经编网眼针织布具有最小的静摩擦系数,与常理相符.客观测试得到的动态指标摩擦功和主观评价的结果具有一致性.本测试装置得到的动态摩擦系数和KES-FB4测试得到的平均摩擦系数也具有一致性.该测试装置可以为相关领域的研究提供一种新的测试手段.     

面接触多体摩擦过程界面特性试验研究

基于前期自制的精密摩擦测试系统,以界面间噪声、摩擦系数等界面特性为研究对象,对Si C金相砂纸和不锈钢试件组成的摩擦副由二体摩擦状态向三体摩擦状态演变的过程进行了实时监测,考察了磨粒粒径、载荷、转速等工况条件对界面特性的影响,并探究了试验后试件表面粗糙度情况。试验结果表明:二体摩擦状态向三体摩擦状态演变过程中,界面间噪声逐渐下降后保持稳定;粒径在15μm~30μm范围内,粒径越小,稳定噪声越大,载荷、转速对稳定噪声的影响不明显,摩擦系数先迅速减小又逐渐增大后趋于稳定;粒径在15μm~30μm范围内,增大磨粒粒径、转速、载荷均会使摩擦系数的稳定状态提前、稳定摩擦系数增大;试验后的试件表面粗糙度与界面间的摩擦系数具有很强的相关性,但基于不同工况条件,这种相关性并不一致;对于变磨粒粒径试验,摩擦系数越大,试件表面粗糙度值越大;对于变载荷试验和变转速试验,摩擦系数越大,试件表面粗糙度值越小。     

不同载荷和速度下氧化锆/不锈钢摩擦副电控摩擦行为的实验研究

在十二烷基硫酸钠水溶液润滑条件下,利用球盘摩擦试验机研究了滑动速度及载荷对正向?反向和开路3种电压控制模式下ZrO₂ 球/不锈钢盘的电控摩擦行为的影响.结果表明:在正向控制电压和开路模式下,摩擦系数均随滑动速度增加而迅速降低,但开路模式下的摩擦系数显著低于正向控制电压时的摩擦系数;而在较低的反向电压作用下,摩擦系数低于前两种控制模式下的值,并且随速度降低或载荷升高变化很小,保持了较低的摩擦系数.基于不同电压控制模式下十二烷基硫酸根阴离子在摩擦表面上的不同吸附行为对所观测到的摩擦行为进行了机理分析和解释.     

载荷对MoS2/C复合薄膜摩擦学行为的影响

采用直流磁控溅射与高功率磁脉冲磁控溅射制备了以Ti为过渡层的MoS_2/C复合薄膜,并对其结构、组分、力学性能以及摩擦学行为进行了研究.摩擦测试结果表明:载荷增加时,摩擦系数与磨损率呈规律性降低趋势;通过赫兹接触模型对平均摩擦系数进行分析拟合,发现载荷的变化带来赫兹接触面积与接触压强的不同,导致了摩擦系数的变化;通过对摩擦产物的拉曼光谱分析发现不同载荷对非晶碳石墨化程度影响不明显;借助透射电子显微镜对转移膜的微结构进行分析,发现转移膜主要是排列有序且基面平行于滑移界面的MoS_2层,使其在较高载荷下仍具有低的剪切强度,因而获得低的摩擦系数.进一步采用同一磨球、磨痕体系从高载荷到低载荷变化的连续摩擦验证式试验,可以得出,MoS_2/C复合薄膜在所有高载荷条件下获得低摩擦系数,赫兹接触起着主导作用.     

摩擦速度对铜基摩擦材料摩擦磨损性能影响

采用粉末冶金技术制备了铜-石墨-SiO2烧结材料,通过定速摩擦试验机,在摩擦速度为7.8～47.1 m/s的范围内,研究摩擦速度、第三体与摩擦磨损性能的关系.结果表明,摩擦第三体的状态与摩擦速度密切相关,并明显影响摩擦磨损性能.在摩擦顺序从低速开始向高速进行的条件下,随摩擦速度的提高,摩擦表面第三体由颗粒状分布向密实状态转变,表面微观硬度提高,摩擦系数下降,磨损率变化不明显.这归因于低速条件下摩擦副间的啮合程度大,使摩擦系数处于较高值.随速度增加,致密状第三体的易流动性具有润滑和平滑作用,起到降低摩擦系数的作用;在摩擦顺序从高速开始向低速进行条件下,摩擦表面被高速摩擦形成的致密第三体所覆盖,致密第三体的稳定性具有降低摩擦系数波动的作用.但磨损率在摩擦速度较低时出现快速增加.原因在于随摩擦速度的降低,摩擦温度降低,致密第三体脆性增加,致密第三体的大面积破裂和剥落提高了磨损率.     

Fe及SiO2对铜基刹车材料摩擦磨损性能的影响机制

通过加压烧结法制备出铜基粉末冶金航空刹车材料,采用模拟刹车制动试验方法考察了不同转速条件下Fe含量和添加SiO2对材料摩擦磨损性能的影响,利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察材料的显微组织结构及其磨损表面形貌,分析了Fe和SiO2对材料磨损性能的影响机制.结果表明:由于高硬度及耐磨的Fe弥散分布于铜基体中,使得刹车材料的摩擦系数和耐磨性能有所提高;SiO2虽然能够更有效地增加材料的摩擦系数和提高高速条件下的耐磨性,但对低速下材料磨损性能的提高不利.这是由于在低速下,SiO2易凸出摩擦表面而增加材料的磨损,而在高速下由于硬质SiO2颗粒对摩擦膜起到很好的钉扎作用而使其摩擦系数增加,磨损率降低.     

坡面道路上地面形貌对人体步进摩擦的影响

人体行走经常发生滑摔事故，而坡面道路是人体行走的典型路况之一. 当前通过改变鞋底和地板的材料、鞋底和地板的表面形貌以提高步进摩擦系数的研究多是基于水平路面，对坡面道路上的人体行走，特别是地面形貌变化对坡面道路上的人体行走研究较少. 本文中以45钢作为材料，制备出表面波纹度相同而表面形貌不同的地板，利用步进摩擦试验平台改变行走路面的坡度研究了地面形貌变化对坡面道路上人体步进摩擦的影响. 结果表明:坡度对有效摩擦系数的影响高于表面形貌；随着坡度的增加，安全行走所需的必要摩擦系数增大，地面提供的有效摩擦系数减小，步频则先增大后减小；上坡启动时脚掌与路面的有效接触面积和下坡制动时脚跟的有效接触面积随坡度的增加而减小，导致有效摩擦系数降低，滑摔倾向增大. 人体行走姿态为了保持平衡而缩短步长以降低必要摩擦系数.      

A modified torsional kolsky bar for investigating dynamic friction

This paper introduces an experiment to investigate dry sliding resistance of frictional interfaces at normal pressures up to 100 MPa, slip speeds up to 10 m/s and slip distances of approximately 10 mm. This new apparatus involves a novel modification of the conventional torsional Kolsky bar apparatus, employed extensively in the past for investigating high strain rate behavior of engineering materials. The new experimental configuration represents a significant improvement over conventional tribology experiments because it uses elastic torsional waves with a superimposed static compressive force to control the interfacial traction. Moreover, the apparatus allows critical frictional parameters such as the interfacial sliding resistance, slip speeds and slip without the use of transducers at the frictional interface. The usefulness of the device is demonstrated by presenting results of high-speed friction on 6061-T6 Al/1018 steel and Carpenter Hampden tool steel/7075-T6 Al tribo pairs.     

平移断层的倾角对地震产生的影响

利用边界单元法和滑移弱化摩擦本构关系分析了平移断层上地震的产生。从依赖于速率和状态的摩擦本构关系出发，通过忽略速度的影响得到了滑移弱化摩擦本构关系。建立了两种本构关系之间的联系，使得在两种模型中可以使用共同的参数。通过将地球表面模拟成一个包含在无穷大弹性介质中的无穷大裂纹，已有的边界积分方法可以直接用来分析断层的滑移。由于断层上的摩擦本构关系的非线性，得到的方程也是非线性的，采用牛顿迭代法进行求解。通过数值计算得到了平移断层上滑移位移、速度及摩擦力的分布规律。考察了平移断层的倾角对地震产生的影响，计算结果表明断层的倾角越小，地震产生的位置离地球表面越近且地震产生所需滑移的时间越短。     

High-speed frictional slip at metal-on-metal interfaces

In this study plate-impact pressure-shear friction experiments are employed to investigate dynamic slip resistance and time-resolved growth of molten metal films during dry metal-on-metal slip under extreme interfacial conditions. By employing a tribo-pair comprising of a hard tool-steel against a relatively low melt-point metal (7075-T6 Al alloy), interfacial normal stress of up to 5 GPa and slip speeds of approximately 250 m/s have been achieved. These extreme interfacial conditions are conducive to the development of molten metal film at the tribo-pair interface. A Lagrangian finite element code is developed to understand the evolution of the thermo-mechanical fields and their relationship to the observed slip response. The code accounts for dynamic effects, heat conduction, contact with friction, and full thermo-mechanical coupling. At temperatures below the melting point of the tribo-pair materials are described as isotropic, thermally softening, elastic–viscoplastic solids. For material elements with temperatures in excess of the melt temperature a purely Newtonian fluid constitutive model is employed.     

润滑油脂对钢丝微动磨损特性的影响

在自制的微动摩擦磨损试验机上,以矿用钢丝为研究对象,探讨润滑油脂对钢丝微动磨损特性的影响规律.结果表明:润滑油脂使钢丝微动运行区域中部分滑移区和混合区显著缩小,滑移区增大;摩擦系数和磨损量显著降低,跑合期延长;润滑油脂条件下,部分滑移区损伤轻微,环状区域较光滑,混合区和滑移区摩擦氧化减少,损伤以表面疲劳及磨粒磨损为主,磨痕表面较平滑,损伤程度明显小于干摩擦条件.     

EFFECT OF WALL SLIP ON SQUEEZE FLOW OF RIGID-PLASTIC MEDIA BETWEEN PARALLEL DISK

The squeeze flow of a rigid-plastic medium between parallel disks is considered for small gaps with partial wall slip. The stress distribution and the squeeze force between parallel disks of a rigid-plastic medium with the following four different slip boundary conditions are obtained. (1) The Coulombic friction condition is applied, and the stress distribution on the wall is derived, which is linear or exponential distribution in the no-slip area or slip area. (2) It is assumed that the slip velocity at the disks increases linearly with the radius up to the rim slip velocity, with the stress distribution and the squeeze force gained. (3) The assumption that the slip velocity at the disks is related to the shear stress component is used, with the stress distribution and the squeeze force obtained, which is equivalent to the result given in (2). (4) Rational velocity components are introduced, and the stress distribution is satisfied.     

雨天路滑现象的力学建模与分析

针对雨天路滑这一自然现象,基于土力学固结理论、强度理论和有效应力原理等,探讨提出了简化一维等效模型条件下的建模分析方法.采用固结土体抗剪强度除以剪应力的形式,建议了一种道路表面抗滑安全系数.结合工程经验性常见土体参数和路面行走算例,按简化模型进行了定性和定量分析,探讨了路滑的影响因素及其规律.结果表明,在算例条件下,一般砂土路面抗滑安全系数大致为黏土路面的6.0～9.0倍.土力学模型有望为路面抗滑设计和评估提供新的思路.     

一般各向异性单侧接触界面上波的反射和折射

研究简谐弹性波在一般各向异性介质单侧接触界面上的反射和折射问题．利用Fouier分析方法将非线性Coulomb摩擦接触边界波动问题化为一组代数方程．给出了确定局部分离、滑移和粘着区的思路和方法及各区域的解；讨论了出现界面局部分离和滑移的条件．对特定材料组合情况进行了详细数值计算，给出了界面力、相对滑移速度、张开位移、高频谐波的反射折射系数等特征参量；考察了平面和反平面波动的耦合及整体滑移等．其中关于高频谐波的结果可对已有实验结果给出很好的定性解释．在大多数情况下，即使对摩擦系数无穷大的粘滞接触界面，分离区端部也总是存在一个很小的滑移区。     

两平行刚性圆盘挤压理想刚塑性介质时压力规律研究

两平行刚性圆盘挤压理想刚塑性介质时,通常考虑圆盘与介质的界面之间存在部分滑移,对库仑摩擦条件下的压力规律做了进一步的研究,同时,引入更合理的速度场,假设圆盘边缘处滑移速度一定,介质的滑移速度随着半径线性变化,得到了压力分布规律,对不同的摩擦条件及用不同方法计算得到的结果进行了对比。     

横倾状态下地板表面形貌对人体步进摩擦的影响

人体在行走过程中足底与地面之间产生的间歇性摩擦现象称为步进摩擦，地板表面形貌作为步进摩擦的重要影响因素之一而受到广泛关注. 现有研究成果多是基于水平路面，对坡度道路，特别是横倾状态下地板表面形貌对人体步进摩擦的影响研究较少. 本文作者以普通碳钢作为地板材料，机械加工出不同的表面形貌，利用止滑试验机研究了水平状态下地板表面形貌与其能够提供的最大临界摩擦系数的关系，利用步进摩擦试验平台研究了横倾状态下地板表面形貌对人体步进摩擦的影响. 结果表明:水平状态下，随着表面粗糙度的增大和表面纹理间距的减小，临界摩擦系数与人体行走实际所产生的有效摩擦系数均增加，防滑性能提高；横倾状态下，随着路面横倾角度的增大，有效摩擦系数及其侧向分量增大，侧滑风险提高；地板表面纹理排列方向对有效摩擦系数的影响明显，横向分布的防滑性能优于纵向.      

Plane Couette flow of viscoplastic materials along a slippery vibrating wall

This study looks at the influence of slip at the wall on plane Couette flows of viscous and yield stress fluids with ultrasonic wall motion. These fluids are used in coating processes. A constant speed V at one wall creates the flow, and vibrations and slip take place at the other wall. Isothermal conditions and arbitrary (longitudinal or transverse) vibrations are considered, with negligible vibrational inertia.For the Bingham model, due to its nonlinearity, whatever the vibration direction and the wall slipperiness, significant decreases occur in the average stress as soon as moderate values of the dimensionless vibration velocity amplitude are involved. Such effects are associated with adherent or slippery walls, even with linear friction laws. They do not occur with linear viscous (Newtonian) models.Average stress reductions can reach nearly 100% for very high Oldroyd numbers, i.e. for stress values without vibration close to the yield limit. Slip velocity also decreases. The cost in terms of the power dissipated remains relatively less than in the Newtonian case, and may contribute to a change in the temperature field. Even when the flow without vibration is a pure slip one, large enough amplitude vibrations, either longitudinal or transverse, applied at the wall can reduce the average shear stress and slip velocity, giving rise to an average axial shear flow.Hence vibrations of moderate or high-velocity amplitude applied to adherent or slippery walls enhance plane Couette flow rates for viscoplastic materials. With moderate values of this amplitude, longitudinal vibrations may be 1.5–2 times more efficient than transverse vibrations with an equivalent cost. However, if for technological reasons transverse vibrations have to be preferred, they can also produce significant results. In any case, coating flows should benefit from an adequate application of ultrasound at the wall.