45#钢表面复合润滑结构的制备及其摩擦性能研究

采用激光微加工技术在45#钢表面制备了微坑型织构,将激光表面织构化与MoS2固体润滑剂相结合在45#钢表面制备了复合润滑结构.研究了其在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,考察了织构面密度及织构化微坑大小对其摩擦性能的影响.通过扫描电镜与能量色散谱仪对磨斑表面进行了分析.结果表明:与未织构面相比,织构面具有低而稳定的摩擦系数和高的耐磨寿命;对同一孔径织构面,随着织构密度的增加其表面摩擦系数随之减小,较适宜的织构密度为20%～35%;对同一织构面密度,当织构面密度小于20%时,较小孔径织构面的摩擦系数更低;织构面密度增至35%后,织构面摩擦系数则随孔径增大而减小;由于织构面复合润滑结构中的微坑有效地储存了润滑剂从而在摩擦过程中维持表面润滑薄膜的形成.     

潜水器开孔耐压壳半球封头极限承载力分析

为了使潜水器能够在水下完成各种操作项目,必须为潜水器配置适当的设备以及电缆,这就决定了必须在耐压壳两侧的封头上设置各种大小不同的开孔,开孔处需要安装各类接插件.耐压半球封头上开孔的设置导致了应力的增加和壳体强度的减弱;同时,由于结构的连续性被破坏,这将产生较大的附加弯曲应力.本文利用ANSYS有限元分析软件对开孔半球封头的承载力问题进行了非线性有限元分析,计算了开孔的各项参数变化对耐压封头极限承载力的影响.计算结果表明,随着个数和孔径的增大和围壁厚度的减小其极限承载力呈下降趋势.     

四种不同形状微粒的摩擦学性能研究

为了减少润滑液对石油的依赖,发展环境友好水基润滑液,本文通过在蒸馏水中加入螺旋藻、白葡萄球菌、寡核苷酸和丝素四种水溶性微粒来改善水的摩擦学特性.采用原子力显微镜和扫描电子显微镜对螺旋藻、白葡萄球菌、寡核苷酸和丝素进行结构表征;采用微摩擦试验仪对蒸馏水和四种水基润滑液摩擦性能进行了评价,采用流变仪对其流变性进行了评价.结果表明:1螺旋藻结构为螺旋状,白葡萄球菌为球状,寡核苷酸和丝素为线状;2螺旋藻的减摩效果最好,白葡萄球菌次之,最后是寡核苷酸和丝素;随着载荷增大蒸馏水摩擦系数减小,四种水基润滑液摩擦系数均增大;随着滑动速度增大摩擦系数均减小;3蒸馏水中添加微粒后仍为牛顿流体,但黏度增大.通过对机理进行分析,认为螺旋藻减摩效果最好是由于表面的螺旋结构能够产生足够大的滑动摩擦力,容易克服滚动阻力偶使微粒滚动起来;载荷增大四种水基润滑液摩擦系数均增大是微粒滚动阻力偶增大造成的;滑动速度增大四种水基润滑液摩擦系数均减小是微粒聚集体逐渐被分解造成的.     

四种不同形状微粒的摩擦学性能研究

为了减少润滑液对石油的依赖,发展环境友好水基润滑液,本文通过在蒸馏水中加入螺旋藻、白葡萄球菌、寡核苷酸和丝素四种水溶性微粒来改善水的摩擦学特性.采用原子力显微镜和扫描电子显微镜对螺旋藻、白葡萄球菌、寡核苷酸和丝素进行结构表征;采用微摩擦试验仪对蒸馏水和四种水基润滑液摩擦性能进行了评价,采用流变仪对其流变性进行了评价.结果表明:①螺旋藻结构为螺旋状,白葡萄球菌为球状,寡核苷酸和丝素为线状;②螺旋藻的减摩效果最好,白葡萄球菌次之,最后是寡核苷酸和丝素;随着载荷增大蒸馏水摩擦系数减小,四种水基润滑液摩擦系数均增大;随着滑动速度增大摩擦系数均减小;③蒸馏水中添加微粒后仍为牛顿流体,但黏度增大.通过对机理进行分析,认为螺旋藻减摩效果最好是由于表面的螺旋结构能够产生足够大的滑动摩擦力,容易克服滚动阻力偶使微粒滚动起来;载荷增大四种水基润滑液摩擦系数均增大是微粒滚动阻力偶增大造成的;滑动速度增大四种水基润滑液摩擦系数均减小是微粒聚集体逐渐被分解造成的.     

润滑条件下菱形孔织构端面摩擦学特性研究

应用UMT-3型多功能摩擦磨损试验机和自制的磨损测试试验台,考察供液充分条件下菱形孔的尺寸、形状、排布方式及深度对摩擦系数的影响和机理分析.结果表明:具有合适孔型和孔深的菱形孔织构端面,可极大地改善摩擦副的润滑性能,能够有效地降低摩擦系数.在研究的工况条件下,双向双列倾斜菱形孔和孔深为10μm的菱形孔,具有较好的摩擦学特性;某些类型的织构端面在进入流体动力润滑阶段后,摩擦系数随Herscy数的增大产生波动,而非增大的趋势,这是因为在滑动面间能够产生空化,而空化区的气液边界处将产生界面滑移,空化区越大,滑移长度越长,滑移效应增强,则减摩性越好,从而导致摩擦系数减小.     

多孔聚酰亚胺含油材料的储油性能及摩擦学行为研究

通过冷压热烧结技术制备了多孔聚酰亚胺（PI）材料,利用其多孔结构分别浸渍不同性质的润滑油M1、M1001和P200得到3种PI含油材料.研究了多孔PI材料的微观结构,并考察了PI含油材料的储油性能和摩擦磨损性能.结果表明：多孔PI材料呈现＂墨水瓶＂型贯通孔结构,孔径分布较窄约为1.6μm,孔隙率为26%,3种PI含油材料的含油率只与所含润滑油密度相关,而油保持率大小则随着润滑油黏度的增大而增大;在摩擦过程中3种PI含油材料的摩擦系数均稳定且小于0.1,对于含润滑油M1和M1001的PI含油材料其摩擦系数随着转速的提高而增大,而含P200的PI含油材料的摩擦系数却随着转速的增大而明显降低.根据上述实验结果,提出多孔PI含油材料的纳米薄膜润滑模型.     

激光辐照下圆柱壳结构的稳定性分析

针对航天工程中常用的承受轴压作用的薄壁圆柱壳,分别采用解析方法与特征值屈曲有限元方法分析了圆柱壳结构在均匀轴压作用下的稳定性能,得到了屈曲承载力.并进行了对比,验证了有限元模型的合理性.采用线性屈曲特征值有限元方法分析了强激光辐照作用下圆柱壳的稳定性能,分析表明激光辐照导致壳体局部温度上升并由此带来材料参数的改变,是因为激光辐照在壳体中引起了热应力与热应变,使轴压圆柱壳的屈曲承载力明显降低.论文还着重对加筋圆柱壳结构的稳定性进行了研究,数值分析结果表明,加筋能有效提高圆柱壳结构的抗压承载力,激光辐照作用下,加筋对轴压作用下圆柱壳的屈曲承载力的提高作用更为明显.     

激光表面织构化对GCr15钢摩擦磨损性能的影响

本文利用Nd:YAG固体脉冲激光对GCr15钢样品表面进行了微坑织构化处理,考察了激光表面织构参数对其摩擦性能的影响,同时通过扫描电镜等对磨斑表面进行了分析.结果表明:与光滑面试样相比,经织构化处理的样品表面在干摩擦条件下虽然摩擦系数较高,但表现出了较好的抗磨性能;在贫油润滑条件下,织构面的摩擦系数与磨损均明显小于光滑面;在低载低速下较小孔径织构面摩擦系数较小,随着速度及载荷的增大,较大孔径织构面表现出更好的摩擦学性能.采用Stribeck曲线探讨了织构化表面与光滑面在贫油润滑下的润滑机理,结果表明织构面在试验条件下均保持油膜流体润滑状态.     

基于代理模型和等效刚度模型的加筋柱壳混合优化设计

针对轴压作用下的加筋柱壳后屈曲性能优化计算较大的问题,本文提出了一种基于代理模型和等效刚度模型的混合优化策略,即运用基于等效刚度的平铺模型进行有限元后屈曲分析以代替试验设计中大量的精细加筋模型分析,并通过控制等效模型的单元尺寸来调整其分析精度,而等效刚度模型计算时长仅约为精细加筋模型的1/3。对构建的代理模型采用多岛遗传算法进行极限承载力等约束下的轻量化设计,调用精细模型有限元后屈曲分析对代理模型进行更新,从而保证代理模型的拟合精度并得到优化解。工程算例结果表明,本文提出的混合优化方法,使加筋柱壳结构在满足承载力情况下减重效果明显。     

初始几何缺陷对网壳截面优化结果影响研究

单层网壳结构是缺陷敏感结构,初始几何缺陷不同对"网壳截面优化结果"有显著影响,该文研究了网壳杆件截面取值与缺陷分布、结构极限承载力之间的关系.结果表明:经截面优化设计的网壳结构最不利应力最早并且一直出现在初始几何缺陷较大处;优化寻优结果与初始几何缺陷分布有直接关系,增大缺陷较大处杆件截面能显著提高结构承载力;由于缺陷随机分布,经截面优化设计的网壳结构须校核其在不同缺陷下的稳定承载力以确保结构安全.     

浸油碳化物衍生碳润滑涂层的承载机制研究

采用高温氯化处理工艺在碳化硅表面制备了具有多孔结构的碳化物衍生碳涂层(CDC),考察了浸油(聚a烯烃,PAO)对CDC涂层承载性能的影响.结果表明:在低载(5 N)下,浸油前后涂层的摩擦磨损性能相当,随着载荷的增加,尤其是在中等载荷(~10 N)下,浸油涂层的摩擦性能变差,表现为较大的摩擦系数与磨损.分析认为CDC涂层的孔洞被PAO填充,其孔壁在摩擦过程中受到载荷应力与液压的双重作用而破碎,是导致浸油CDC涂层磨损加剧,承载能力大大降低的主要原因.     

孔隙深度对多孔储液介质摩擦学性能的影响研究

多孔储液介质凭借其独特的孔隙结构可以储存并释放润滑介质,具备良好的自润滑性能. 利用计算流体力学(CFD)方法研究了孔隙深度对多孔储液介质摩擦界面流体压力分布的影响;考虑气-液界面的弯月面力作用,研究了不同孔隙深度的多孔储液介质气-液承载模型以及气-液二相的最小压差分布规律. 基于模拟计算结果,采用3D打印技术制备了不同孔隙深度的多孔储液介质,进一步考察了孔隙深度对其摩擦学性能的影响. CFD模拟结果表明合理设计孔隙深度能够增强多孔储液介质的流体动压润滑效应,孔隙深度较低会使得润滑升力不足,孔隙深度过高又会使得孔隙中流体产生回流循环,削弱楔形效应. 气体进入多孔储液介质摩擦副表面后,在孔隙中形成气-液二相受压承载,其最大承载力随着孔隙深度的增加先升高后趋于平稳,但孔隙深度越小,对润滑作用的积极效果越显著. 摩擦试验表明多孔储液介质的摩擦系数随着孔隙深度的增加呈先降低后增加的趋势,与模拟计算结果一致. 因此合理设计多孔储液介质的孔隙深度,能优化多孔储液介质的润滑性能.      

椭圆柱形织构几何参数和排布模式对其润滑减摩性能的影响

利用数值模拟方法研究了具有各向异性结构特征的椭圆柱形织构在全膜润滑条件下的摩擦学性能,详细分析了椭圆织构的长轴尺寸、椭圆率、倾角和位置偏移率等参数对摩擦系数和动压承载能力的影响,并对三种不同的椭圆织构排布模式进行了对比研究.结果发现:适当的增加椭圆织构单元的面积率和倾角能有效降低表面间的摩擦系数,而随着织构单元的位置偏移率的增加,摩擦系数有小幅上升,但是增加位置偏移率却能显著提升表面间的动压承载能力.织构单元的排布模式对摩擦系数的影响很小,但是对动压承载能力却有较大影响.对椭圆织构单元的几何参数及排布模式进行优化设计是提升表面间的动压承载能力的一种有效手段.     

Tribological behavior of the boron succinimide on cylinder liner and piston ring surfaces

In this study, tribological performances of two types of anti-wear additive, boron succinimide anti-wear package and ZnDTPs, were investigated in the cylinder liner and piston ring tribological system with a reciprocating tribotest machine. The tribological performances of oils were evaluated in three main contexts including wear rates, surface tribofilm formation and friction. Results showed that NP-3 (boron succinimide containing) lubrication oil which was environment and catalyst friendly, can be an alternative lubrication oil with its tribological performance due to its friction and wear reduction capacity.     

多孔PI/MSNT复合含油润滑薄膜的设计制备及其摩擦学性能研究

以聚苯乙烯(PS)微球为致孔剂、介孔二氧化硅纳米管(MSNT)为填充剂来改性多孔聚酰亚胺(PI)，设计制备了多孔PI/MSNT复合薄膜，并对其孔结构和形貌进行了表征；在此基础上，以液体石蜡油为存储介质制备了多孔PI/MSNT复合含油润滑薄膜，系统考察了MSNT的添加对多孔PI薄膜的热稳定性、储油性能、力学性能和摩擦学性能的影响. 结果表明:与单组分PI含油薄膜相比，MSNT的加入不仅改善了多孔PI基体的热稳定性和力学性能，而且使得复合薄膜的储油性能和摩擦磨损性能均得到了显著提高，证实多孔PI/MSNT复合含油薄膜更适用于高载荷下的摩擦工况.      

几种含氯硼酸酯添加剂的摩擦学性能研究

利用四球试验机和环－块试验机对自行合成的几种含氯硼酸酯作为润滑油添加剂的摩擦学性能与不含氯硼酸酯及氯代十六烷的进行了对比试验研究，利用Ｘ射线光电子能谱对摩擦表面的组成及Ｂ１ｓ和Ｃｌ２ｐ的电子结合能进行了分析。环－块试验结果表明，含氯硼酸酯与不含氯硼酸酯的摩擦磨损性能相差不大；四球试验结果表明，含氯硼酸酯的最大无卡咬负荷比不含氯硼酸酯的高，而且含氯硼酸酯的减摩抗磨效果比氯代十六烷的好，承载能力也比氯代十六烷的高。Ｘ射线光电子能谱分析表明，硼在摩擦表面是以降解的硼酸酯的形式存在，而氯在摩擦表面则是以铁的氯化物和含氯硼酸酯的两种形式存在。     

柴油发动机碳烟的表征及摩擦学特性研究

收集柴油发动机尾气碳烟,借助扫描电子电镜/能谱仪、高分辨率透射电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光普仪、X射线光电子能谱仪分析了碳烟颗粒的形貌、结构及表面官能团,采用SRV IV摩擦磨损试验机考擦了碳烟对柴油机油摩擦学特性的影响.结果表明:碳烟颗粒由C、O两种元素构成,平均粒径为34 nm,外壳包裹着十几层石墨片层的洋葱头结构.碳烟质量分数在3%以内可以改善柴油机油减摩性能,对其抗磨性影响小;当碳烟质量分数超过3%时会引起摩擦系数升高和磨损加剧.分析其原因,一方面碳烟颗粒特殊洋葱头结构使其进入摩擦界面后随摩擦副的往复运动而滚动,起到滚动轴承的作用,从而使摩擦系数降低;另一方面当碳烟含量过高时,碳烟会破坏润滑油膜,阻碍润滑油进入摩擦界面,导致磨损加剧,摩擦系数升高.     

油溶性二正辛基二硫代氨基甲酸铈的合成及其摩擦化学特性研究

以二正辛胺、Ｃｅ２Ｏ３和ＣＳ２为原料合成出一种新型油溶性润滑油极压抗磨添加剂二正辛基二硫代氨基甲酸铈（Ⅲ），并在环－块式摩擦磨损试验机和四球试验机上，测定了它的减摩性能、承载能力和抗磨性能等，同时还就其添加量对这些性能的影响进行了考察；利用俄歇电子能谱仪和Ｘ射线光电子能谱仪，对边界润滑状态下形成的摩擦表面膜的元素组成和化学状态进行了分析．结果表明：在给定的试验条件下，这种添加剂可以使ＩＳＯＶＧ３２石蜡基矿物油的摩擦系数明显降低，能够使这种油的初始卡咬负荷和烧结负荷分别提高２．２倍和４．７倍，可见其减摩和抗磨性能良好；在这种添加剂作用下形成的表面层内含有有机物膜、氧化物膜、化学反应膜和Ｃｅ３＋渗透层等，这是摩擦化学作用的产物     

仿生猪笼草结构的水润滑轴承摩擦学性能有限元分析研究

水润滑轴承的轴瓦结构设计对其摩擦磨损和润滑性能有着重要影响. 为提升其摩擦学性能,设计一种轴瓦布置有仿生猪笼草结构的水润滑轴承,主要为蜡质区的月牙形结构和唇部的径向脊形结构两类. 利用ANSYS Fluent对简化后的轴承润滑水膜模型进行流场分析,改变不同转速、载荷和不同织构形状、尺寸,探究水膜承载能力和减摩性能的优化情况并进行机理分析. 结果表明:通过比较不同织构形状、尺寸下的轴承水膜最大压力与摩擦系数,发现型号CC1006的月牙形织构和型号DR0102的径向脊形织构的水膜承载能力和减摩性能综合优化最佳. 通过改变不同载荷,发现轴瓦布置有仿生猪笼草结构的水润滑轴承更适合应用于中速中载的条件下,此时其拥有优异的水膜承载能力与减摩性能. 该研究为仿生表面结构的水润滑轴承设计及摩擦学性能提升等提供了分析方法和理论依据.      

纳米金刚石颗粒对发动机润滑油摩擦学特性的影响

采用爆炸法合成了超精细金刚石颗粒 ,将金刚石颗粒按一定质量分数分散于普通发动机润滑油 (15W/30 )中形成固 -液二相体系 ,考察了其摩擦学特性 ,并分析了润滑剂的减摩抗磨作用机理 .结果表明 ,在边界润滑条件下 ,由于纳米尺寸效应 ,超精细金刚石颗粒较易渗透到摩擦副表面并形成极薄的固体润滑膜 ,从而使得金刚石颗粒 /发动机润滑油固 -液二相体系表现出优异的承载能力和减摩抗磨性能