等离子喷涂铁基涂层的疲劳磨损裂纹行为

采用等离子喷涂制备了铁基涂层,使用球盘式疲劳磨损试验机进行涂层的疲劳磨损试验,利用声发射技术在线判断涂层开裂,并通用透射电子显微镜（TEM）分析了试验前后涂层内部微观结构,研究了喷涂层疲劳磨损裂纹的扩展行为。结果表明：制备的涂层致密,结合状态良好,主要相为铁素体,同时存在大量的非晶-纳米晶相,利用声发射技术能够表征涂层的临界失效状态,其内部疲劳磨损裂纹主要以韧性穿晶断裂的形式扩展。     

马氏体钢表面磁控溅射类金刚石薄膜滚动接触疲劳失效机理

采用磁控溅射技术在马氏体钢基体表面制备类金刚石(DLC)薄膜,应用扫描电镜、Raman光谱仪和划痕测试仪等对薄膜进行表征. 基于对失效表面及截面微观特征的详细分析,研究了DLC薄膜在接触疲劳载荷下的失效特征和机理. 结果表明:DLC薄膜试样的滚动接触疲劳(RCF)寿命比基体的寿命显著提高,且薄膜磨损后试样的剩余寿命仍比原基体寿命长. 薄膜厚度3 μm,处于接触最大应力分布的15 μm范围内. DLC薄膜是从基体表面粗糙峰处产生微裂纹进而导致薄膜剥落,基体材料裸露,最终试样失效.      

基于声发射原理监测涂层疲劳磨损的研究

采用超音速等离子喷涂设备在45^#钢基体上制备了铁基自熔剂合金涂层,通过球盘式接触疲劳试验机考察了喷涂层的疲劳磨损行为,利用声发射技术实时监测涂层的疲劳磨损过程,使用扫描电子显微镜对涂层不同疲劳磨损阶段的损伤形貌进行表征,并分析了涂层损伤机理.结果表明:转速2 000 r/min和应力水平1.848 9 GPa条件下,剥落是涂层失效的主要形式.声发射幅值和绝对能量可以反映涂层的疲劳磨损过程.涂层的疲劳磨损过程主要包括弹塑性变形、裂纹萌生、裂纹稳定存在、裂纹稳定扩展、裂纹失稳扩展5个阶段,其中裂纹稳定存在时间是影响疲劳寿命长短的关键.     

渐开线直齿圆柱齿轮接触疲劳失效成因再分析

联合采用表面失效分析和有限元应力分析的方法,研究了渐开线直齿圆柱齿轮接触疲劳失效的成因.结果表明:由啮入线至第一次双对轮齿啮合结束部分齿面上密集的表面点蚀与该段啮合齿面相对滑移大,所消耗的摩擦功最大,摩擦应力大于第二次双齿啮合部分,而且最大剪应力更靠近齿面等因素有关.靠近节线的齿根齿面上的片状大块剥落属次表面点蚀,是由于该部位的次表面剪应力最大,位置最深,并且承受了前一对轮齿脱离啮合带来的冲击作用.紧邻啮入线附近齿面的较浅的剥落点蚀是由于承受啮入冲击,最大剪应力较大且出现位置较浅,齿面相对滑移最大所造成的,并与该处的表面点蚀坑有关.     

杆系结构静强度和疲劳失效机理及可靠性分析

根据疲劳载荷造成的疲劳累积损伤对结构极限承载力的影响情况,讨论了结构系统承载能力的可靠度计算方法,分析了结构系统中每一个单元在静载和疲劳载荷作用下的两种失效模式,并考虑了二者之间的相关性对该单元可靠性的影响,具体分析了结构系统在这两种载荷作用下的失效机理,给出了在这两种载荷作用下结构系统的可靠性分析方法. 算例表明,在不同的使用年限内,静载和疲劳载荷对结构系统可靠性的影响是不同的;在结构系统主要失效路径中既有单元静强度失效又有单元疲劳失效,这是符合结构系统使用真实情况的.     

镁合金疲劳后的静态拉伸声发射特性研究

基于声发射对微损伤的高敏感性特点,本文对不同疲劳损伤程度试件静态拉伸过程中的声发射信号进行分析,得出了镁合金材料的早期损伤演化规律.首先,构建了对疲劳加载后的镁合金进行静态拉伸并同时采集声发射信号的试验方案,实现利用不同损伤程度下材料拉伸声发射性能的差异性来评价材料疲劳损伤的目的;其次,对所采集声发射信号的统计分析,研...     

几种陶瓷和金属等离子喷涂层铸铁副的摩擦学特性研究

本文对等离子喷涂ZrO_2+MgO和Al_2O_3+40％ZrO_2陶瓷涂层、Mo+NiCrBSi(Ar/H_2)和Mo+NiCrBSi(N_2/H_2)混合粉末涂层,以及Mo+4％O_2渗氧涂层等的摩擦学特性进行了试验研究,测定了它们的抗咬合裁荷及其在边界润滑状态下的磨损率。结果表明,Al_2O_3+40％ZrO_2陶瓷涂层/铸铁副的抗咬合性能最好,在其轻度粘着的表面上形成了一层表面膜;Mo+NiCrBSi(N_2/H_2)金属涂层是一种实用性能较好的活塞环材料;在粘着磨损条件下,涂层材料的抗咬合性越好,与之配磨的铸铁材科的磨损率越低;涂层材料的抗咬合性与其本身的固有特性及孔隙率等有关。     

微动诱发的触点电接触间歇失效现象研究

金属触点是电气电子工程领域中导通电流、传递信号的关键,机械振动应力环境产生的微动将使系统的电接触性能逐步退化,并诱发触点间发生间歇失效现象.借助电动振动台设计了触点微动磨损测试分析系统,以铜镀金触点为研究对象,获得了接触电阻全寿命周期内的退化过程.结合接触电阻与SEM/EDX分析结果确定了微动频率、微动幅值对触点磨损发生间歇失效的条件及电接触间歇失效机理.     

冲击荷载下单层球面网壳的失效机理

为研究单层球面网壳在冲击荷载下的失效机理,在ANSYS/LS-DYNA中建立60m跨度K8型单层球面网壳与圆柱形冲击物的数值模型并进行数值分析,总结了网壳结构的4种失效模式。通过对失效全过程的分析,从能量的角度将失效过程分为能量施加、能量传递与损失、能量消耗3个阶段。之后分别从能量传递与杆件破坏形式2方面揭示了网壳的失效机理。能量分析表明:剩余能量(Elf)对结构最终动力响应及失效模式起决定作用,而Elf只是初始冲击能量中除去冲击物穿透损失与网壳局部破坏损失后的剩余部分。通过对杆件破坏形式的分析发现:杆件的破坏可能滞后于冲击荷载的作用,且杆件的破坏形式决定其传递能量的能力,当杆件发生拉伸破坏时,其强度被充分利用,传递的能量最多,Elf值较大,网壳整体破坏严重。杆件的破坏形式与Elf及网壳整体的失效模式间有很好的对应关系。     

等离子喷涂Al2O3/TiO2陶瓷涂层在液态石蜡润滑下的摩擦磨损性能研究

利用纳米和微米结构Al2O3/TiO2喂料制备出2种陶瓷涂层,考察了这2种涂层在液体石蜡润滑下与不锈钢球摩擦副的摩擦磨损性能,并探讨了2种涂层的磨损机理.结果表明:液态石蜡润滑能有效降低纳米Al2O3/TiO2涂层与不锈钢球摩擦副的摩擦系数和磨损率,但是对微米涂层的润滑效果不明显.纳米涂层的摩擦系数仪为微米涂层的1/3,而磨损率则降低了70倍以上.纳米涂层的磨损机制在低载荷下是轻微的黏着磨损,高载荷下则是摩擦抛光,而微米涂层的磨损机制是晶粒脆性断裂.     

等离子喷涂碳化铬－镍铬涂层的摩擦学特性

在发展新型高效节能的汽车和飞机发动机用耐磨材料中，碳化铬－镍铬涂层是很有开发前景的材料之一．为了扩大这种涂层的应用领域并为其应用提供科学依据，用ＭＭ－２００磨损试验机，研究了等离子喷涂碳化铬－镍铬（质量比为３∶１）涂层分别与不锈钢、热压烧结Ｓｉ３Ｎ４和石墨组成摩擦副的摩擦学特性；用扫描电子显微镜、Ｘ射线能量色散谱仪和Ｘ射线衍射技术，考察了磨痕和磨屑的形貌、元素分布和物相组成；讨论了涂层分别与给定的３种材料配副时的磨损机理．结果表明：涂层与不同材料对摩时的磨损量差别很大，磨损机理也明显不同——涂层与不锈钢对摩时的磨损表现为层状颗粒的断裂与剥离；涂层与Ｓｉ３Ｎ４对摩时的磨损主要表现为涂层颗粒的断裂和断裂颗粒的脱碳氧化；石墨对涂层具有润滑作用     

特征等离子喷涂参数对WC涂层结构和性能影响

采用等离子喷涂在不同的特征等离子喷涂参数(简称CPSP)条件下制备WC复合涂层,探讨了CPP对涂层显微结构、物相、力学性能和摩擦学性能的影响;采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征了涂层的显微结构,通过球盘式摩擦试验机评价了涂层的摩擦磨损性能.结果表明:CPSP对粉末在熔化过程中热物理行为具有重要影响;随着CPSP降低,涂层显微结构、力学性能和摩擦磨损性能均得到了较大改善;试验证实了通过合理优化参数,等离子喷涂也可以制备出性能与超音速火焰喷涂(HVOF)相近的高质量WC涂层.     

含冲击损伤复合材料层压板压缩破坏机制的声发射特性研究

复合材料层压板在压缩破坏过程中包含了丰富的声发射信息.为了研究含冲击损伤的复合材料层压板的压缩破坏机制,采用声发射观察层压板的压缩破坏过程,通过分析声发射信号的特征规律,表征了在压缩载荷下材料损伤的形式及其演化过程.结果表明:通过对声发射参数(撞击计数、能量、幅值、事件位置)和载荷曲线进行综合分析,发现损伤的发展过程经过了初始阶段、平稳扩展期和断裂阶段,冲击造成的分层区域最先出现屈曲并最早破坏;在损伤初始阶段和平稳扩展期间,损伤是一种渐进式的增长,层压板具有一定的承载能力;在断裂阶段损伤快速扩展,层压板的承载能力迅速下降,在出现纤维密集断裂的现象后整体破坏.     

涂层厚度对喷涂层疲劳磨损寿命影响的实验研究

采用等离子喷涂制备了不同厚度的铁基涂层,采用扫描电子显微镜（SEM）表征了涂层内部和结合界面处的微观结构,采用球盘式疲劳磨损试验机分别考察了不同厚度涂层的疲劳磨损行为,采用Weibull分布分析并对比了涂层的疲劳磨损寿命。结果表明：适当地增加喷涂层的厚度可以避免整层分层失效的发生,而从在整体上提升涂层的疲劳磨损寿命。采用有限元分析（FEM）研究了涂层内部的应力分布,发现厚涂层界面剪切应力值不足薄涂层界面剪切应力的二分之一,可见显著降低界面剪切应力是较厚涂层拥有更好疲劳性能的主因。     

曲率半径对车轮滚动接触疲劳性能的影响

滚动接触疲劳和磨损是铁路轮轨损伤的主要问题.本文中应用赫兹接触理论,在JD-1型轮轨模拟试验机上,通过改变试验冲角,研究了干态工况下曲率半径对车轮钢滚动接触疲劳性能的影响,并用光学显微镜和扫描电子显微镜观察车轮试样剖面与磨痕表面交界处的疲劳裂纹,分析不同曲率半径条件下车轮的滚动接触疲劳机理.结果表明:由于加工硬化的作用试验后所有试样的硬度均有提高;随着曲率半径的减小,车轮钢的磨损量增大,塑性流变层增厚且不均匀,车轮试样疲劳裂纹扩展加剧;裂纹在交变应力作用下容易继续向下扩展,从而形成严重的疲劳破坏.     

杆系结构系统失效模式识别的几何法及其应用

在结构可靠性分析中,由于外载、材料性能参数等的随机性,在所有可能的失效模式中,必有少数几个失效模式其出现概率比其他失效模式要大得多,因此求取这为数不多的临界失效模式就是结构系统可靠性分析中一个主要课题.本文提出了求取杆系结构系统失效模式(即机构)的几何法.它是从几何方程出发,求得一机构,然后在此机构的基础上经过简单的矩阵相加.相乘就可得到其他机构.同时采用比例加载乘子λ这一物理意义明潦的参数来作为判别是否为临界机构的准则,效果很好.算例表明了此法的可行性,有效性.     

含碳纳米管二相流体润滑剂对钢-钢接触疲劳性能的影响

制备了含碳纳米管的二相流润滑剂，利用自制的球-棒疲劳试验机研究了碳纳米管对钢球接触疲劳寿命的影响；利用扫描电子显微镜分析了碳纳米管抗滚动接触疲劳机理．结果表明：与基础油相比，含1％质量分数碳纳米管的二相流体润滑剂可以使钢球的接触疲劳寿命L10提高3倍以上；当碳纳米管含量增加到3％时，钢球的接触疲劳寿命基本保持不变；利用微粒吸附模型和微粒垫衬模型可以较好地解释碳纳米管提高钢球接触疲劳寿命的原因．