镍合金基自润滑复合材料的研究

作者根据发动机配气阀座在高温、高压、高速等苛刻条件下使用的技术要求,以摩擦学原理为指导进行配料,利用粉末冶金热压成型工艺制备出含银和石墨的镍合金基自润滑复合材料,并由该材料制作配气阀座实现其自润滑。研究结果表明,所研制的3种镍合金基自润滑复合材料都可顺利通过一个全程430秒的马力试验而毫无开裂,其中镍合金:银:石墨—70:15:15②材料具有机械强度高、摩擦系数低、耐磨性好、组织均匀、性能稳定、重现性好、易机加工和成品率高等优点,可连续运行3个全程以上,与其对摩的TZM合金阀体也可运行3个全程以上,它们的总磨损量均在机加工公差范围内。本文报道的是一项开创性的工作,在高温耐磨自润滑材料的研制方面开辟了一条新的技术途径,具有明显的技术和经济效益。     

几种高温自润滑复合材料的研制与性能研究

针对某发动机配气阀座和阀体上平衡活塞用材的实际需要，利用中频感应加热的热压法研制出以超级镍合金为基体，以银和石墨为润滑相和以ＳｉＣ硬质微粒为弥散相的不同配方的几种高温自润滑复合材料，并就其物理机械性能和摩擦磨损性能进行了系统的试验研究与对比，从中筛选出一种制作成配气阀座和平衡活塞，在某发动机的规范工况下正常运行了１２００秒，各项技术指标均已达到规定的要求。     

高温流体与变物性固体耦合系统温度场及热变形的数值计算

在腔体内部有高温流体,其外壳等固体材料的物性温度而为化的瞬态非线性问题中,其边界条件的确定十分困难。本文采用流一固“混合流”模式进行温度场的计算,由于方程计及了瞬态、复杂形状、浮动外边界条件等因系,采用变步长的控制容积法及时域有限元进行计算。对某个高温燃气配气阀的温度场及热变形进行了数值计算,得到与实测相符的结果。     

气波自激增压的计算

图1为气波自激增压示意图。气缸一边与进气管相连接,缸内进气压力增高到一定大小,受控气阀将关闭,进气管内气柱受激振荡,一定时间后,气阀又被打开,进气过程便重复进行。在气缸容积、活塞往复运动规律和气源压力一定时,可调整进气管尺寸(管长和直径),受控气阀启闭时间和启闭速率等。通过气波自激增压,使进入气缸的空气压力比气源压力更高。本文计算旨在模拟此种气波自激增压的过程,并获得实验证明。     

内燃机轴瓦—曲轴轴颈摩擦副摩擦学性能研究

介绍了为改善内燃机轴瓦－曲轴轴颈摩擦副摩擦学性能所研制的电刷镀Pb-Sn-Cu三元合金工艺和硫氮钒共渗新工艺,并研究了其摩擦学性能和配副性,试验结果与表面形貌分析结果表明,电刷镀Pb-Sn-Cu合金镀层能有效地提高轴瓦的疲劳强度,硫氮钒共渗层能明显地改善曲轴轴颈的 摩擦学性能,且两种强化具有优异的配副性。     

1种双配副摩擦试验机及其在多孔聚酰亚胺摩擦磨损测试方面的应用

在轴承中存在2类摩擦副，滚动体与内外沟道以及滚动体与保持架，尤其在采用聚合物保持架的轴承中，这2类摩擦副的性质完全不同，2类配副之间的相互影响不可忽略.目前，市面上的标准摩擦试验机均采用单配副，并不能很好地模拟轴承内部的摩擦.针对此问题，本文中研制了双配副摩擦试验机，并对该试验机进行了标定和校准.采用该试验机研究了多孔含油聚酰亚胺(iPPI)轴承保持架材料的发黑过程，对比了单配副和双配副下iPPI材料的摩擦磨损特性.结果表明，研制的双配副摩擦试验机能够较为真实地模拟保持架材料表面的磨损发黑现象，而单配副摩擦试验难以重现这种发黑现象.采用能谱分析(EDS)和拉曼(Raman)光谱分析单配副和双配副下iPPI的磨损表面，发现iPPI表面的发黑物质为α-Fe₂O₃和Fe₃O₄.研制的双配副摩擦试验机测试精度高、重复性好，是1种模拟轴承内部摩擦的有效工具.     

配矩形螺旋箍筋型钢高强混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究配矩形螺旋箍筋型钢高强混凝土短柱轴压性能,以混凝土强度、体积配箍率和配箍形式为变化参数设计6个试件进行轴心受压加载试验。试验结果表明,所有试件的破坏形态和荷载-轴向位移曲线相似,配螺旋箍筋的试件变形性能要优于配普通箍筋试件,配矩形螺旋箍筋的试件极限承载力随混凝土强度、体积配箍率的增加而提高。在试验基础上,采用基于叠加理论的计算方法对配矩形螺旋箍筋型钢高强混凝土短柱轴压承载力进行计算,给出了相关设计建议,研究结果可为配矩形螺旋箍筋型钢高强混凝土短柱的工程应用提供科学依据。     

循环载荷作用下级配碎石力学特性试验研究

级配碎石广泛应用于铁路和公路路基,本文以提高路基服役性能、完善路基结构优化设计为研究目的,通过循环载荷作用试验,分析了不同频率以及不同幅值下级配碎石变形、破碎规律,建立了频率、幅值与级配碎石累积变形、回弹模量等力学参数间的关系。结果表明,载荷频率是影响级配碎石变形特性的主要因素;低频作用下,级配碎石破碎度随着载荷频率的增加而降低,这主要与载荷作用时间有关,而随着载荷幅值的增加,级配碎石破碎度呈增长的趋势。此外,不论在载荷频率还是幅值影响下,级配碎石回弹模量与累积变形间总呈正相关关系,然而,当以载荷频率为试验影响因素时,级配碎石累积变形、回弹模量均随破碎度的增加而减小,与载荷幅值为影响因素下的变化规律恰恰相反,这主要与载荷作用形式以及颗粒破碎形式有关。     

小牛血清边界润滑条件下西佛碱铜配合物改性超高分子量聚乙烯往复摩擦磨损行为

采用自行研制的往复摩擦磨损试验机,在小牛血清边界润滑条件下,研究了含5wt%?10wt%?15wt.%乙二胺缩水杨醛西佛碱(Schiffbase)铜(Ⅱ)配合物的改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)与钛合金(Ti6Al4V)配副的往复摩擦磨损性能.利用扫描电子显微镜及白光共焦三维轮廓仪观察其磨损表面形貌,采用EDS和XPS分析磨损表面的主要元素组成及其价态,并探讨其磨损机理.结果表明:在15%质量分数范围内,随乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜(Ⅱ)配合物加入量的增加,改性UHMWPE与钛合金配副的摩擦系数逐步降低,耐磨性逐步提高;磨损机制均为三体磨料磨损.     

随机响应面法最优概率配点数目分析

系统地研究随机响应面法采用线性无关原则选取概率配点的优越性,给出了基于线性无关原则选取概率配点的流程图,比较了基于回归方法和基于线性无关原则选取概率配点的优缺点。算例结果表明,基于回归方法选取概率配点时,配点数目应保证Hermite系数矩阵达到满秩,此时随机响应面法的计算精度才能得到保证,计算效率也远远高于传统的蒙特卡洛模拟方法。基于线性无关原则选取概率配点的随机响应面法在保证计算精度的同时,其计算效率远远高于基于回归方法选取概率配点的随机响应面法,它是结构可靠度分析一种有效的方法,尤其适用于极限状态方程不能用显式函数表达的复杂结构可靠度问题。研究成果为随机响应面法最优概率配点数目的确定奠定了一定的基础。     

智能复合材料的应用与力学研究进展

介绍了智能材料和智 能复合材料的基本概念、主要类型以及智能材料的感知与驱动机理,重点介绍了智能复合材 料当前的应用情况,并简要阐述了智能复合材料领域当前研究的热点问题,介绍了该领域中 的多物理场耦合问题及CNT/SMP复合材料性能的研究现状,展望了智能复合材料的发展前景.     

发动机气门—门座磨损失效机理实验研究

对发动机气门－门座的磨损失效进行了模拟实验研究,基于现代微观表面测试技术和摩擦学原理对气门－门座的磨损机理进行了探讨。研究结果表明：气门－门座接触表面的磨损失效是由于反复的弹、塑变形疲劳,亚表层的金属滑动、基体材料在高温下的蠕变滑动和腐蚀磨损等所致,这种失效呈片状疲劳裂纹和剥落特征。     

铁电材料的疲劳失效行为

在航空航天、核能发电等重大装备技术领域, 作为高温传感/驱动/能量收集器件的敏感材料——铋层状结构铁电(BLSF)陶瓷在复杂载荷环境下的疲劳失效问题严重限制着器件寿命和可靠性的提高. 本文以BLSF陶瓷的应用需求为背景, 围绕铁电材料的疲劳裂纹扩展与电畴极化翻转及其相互作用机制等关键问题, 综述了铁电材料在热、力、电三种载荷及其耦合作用下疲劳失效行为的研究现状, 并根据当前铁电材料的一些新发展、新应用对其未来研究方向进行了展望, 旨在为高性能、长寿命铁电/压电器件设计提供参考.      

微电子机械系统中的若干固体力学问题

简述了微电子机械系统若干固体力学问题研究的现状，包括：微构件材料的基本力学性能；微构件的力学分析与计算；微系统的失效分析研究；微系统的驱动等，并阐述了微系统力学问题中涉及的表面效应和尺度效应，提出了微系统多类型力作用，多种因素交叉，多学科耦合，非线性突出的特点和研究方向。     

具有粘弹性电磁式主动动力吸振器主动控制试验研究

电磁作动器是吸振器的常见形式,其设计多种多样,本文研制了一种粘弹性电磁式主动动力吸振器,与常见电磁作动器的设计上在电磁铁和永磁铁之间采用弹性元件不同,这种新型作动器在电磁铁和永磁铁之间采用的是粘弹性材料,本文从理论上分析计算了电磁铁和永磁铁之间的作用力,制作了作动器模型,设计了实验,并将此作动器附着于铝质悬臂梁的自由端,利用这种作用力作为控制力对悬臂梁的振动进行控制,证明了此吸振器具有良好的吸振效果。     

软体机器人结构机理与驱动材料研究综述

软体机器人是一类新型机器人,具有结构柔软度高,环境适应性好,亲和性强,功能多样等特点,有着十分广阔的研究和应用前景. 智能材料在软体机器人结构设计及实际应用中扮演了重要的角色,其特殊的驱动机制极大拓展了软体机器人的功能. 介绍了软体机器人的发展和研究现状,按其应用场合及功能总结了几种典型的软体机器人. 从仿生机理的角度,介绍了蠕虫、弯曲爬行虫、鱼类游动等几类仿生运动机理以及其相应的软体机器人. 还按不同驱动类型将软体机器人归纳为气动、形状记忆合金、离子交换聚合物金属复合材料、介电高弹体、响应水凝胶、化学燃烧驱动等类型. 介绍了软体机器人的制作方法与工艺,分析了目前软体机器人研究的主要挑战,提出对未来研究的展望.      

Bi-stable states of initially stressed elastic cylindrical shell structures with two piezoelectric surface layers

A theoretical model is proposed in this paper to predict the bi-stable states of initially stressed cylindrical shell structures attached by surface anisotropic piezoelectric layers.The condition for existence of bi-stability of the shell structural system is presented and analytical expressions for corresponding rolled-up radii of the stable shell are given based on the principle of minimum strain energy.The resulting solution indicates that the shell system may have two stable configurations besides its initial state under a combined action of the actuating electric field and initial stresses characterized by the bending moment.If the piezoelectric layer materials act as only sensor materials without the actuating electric field,initial stresses may produce the bi-stable states,but one corresponding to its initial state.For the shell without initial stresses,the magnitude in the actuating electric field determines the number of the stable states,one or two stable configurations besides the initial state.The theoretical prediction for the bi-stable states is verified by finite element method(FEM) simulation by using the ABAQUS code.     

Control of statically unstable legged vehicles

Studies that consider a legged machine walking with a statically unstable gait as a controlled system of solids with variable constraints are generalized. The motion of such a system is described by both differential and difference equations. The method of optimization of periodic systems is used to synthesize control algorithms for such systems. It is demonstrated that if the dynamic processes due to constraint variation are taken into account in the synthesis of a control system, then it is possible to substantially increase the performances of control algorithms and to reduce loads on actuating mechanisms. S.P. Timoshenko Institute of Mechanics, National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev. Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 36, No. 6, pp. 37–66, June, 2000     

Analysis of nonlinear dynamic behavior of electrically actuated micro-beam with piezoelectric layers and squeeze-film damping effect

An analytical model based on a nonlinear deflection equation and the Reynolds equation is proposed to describe the dynamic behavior of an electrically actuated micro-beam with two piezoelectric layers. The proposed model takes explicit account of the fringing field effect, the axial stress effect, the residual stress effect, and the squeeze-film damping effect between the micro-beam and the lower electrode. The nonlinear governing equation of the micro-beam is solved using a hybrid computational scheme comprising the differential transformation method and the finite difference method. The validity of the analytical model and numerical solution procedure is demonstrated by comparing the result obtained for the pull-in voltage of a micro-beam actuated by a DC voltage only with that presented in the literature. It is shown that the nonlinear dynamic response of the micro-beam can be controlled using a combined driving scheme consisting of both the magnitude and the frequency of the AC actuating voltage and a DC driving voltage. The effects of the AC/DC actuating conditions, micro-beam geometry parameters, and squeeze-film damping force on the center-point displacement of the micro-beam are systematically examined. In addition, the actuating conditions which ensure the stability of the micro-beam are identified by means of phase portraits and Poincaré maps. In general, the results show that the analytical model and hybrid numerical scheme provide a feasible means of analyzing the dynamic response of a variety of electrostatically-actuated microstructures.