尼龙粉末在SLS预热温度下的离散元模型参数确定及其流动特性分析

尼龙粉末是增材制造中常用的粉体材料,温度对其流动性有重要影响.探索尼龙粉末增材制造预热温度下的流动性是研究选择性激光烧结(selective laser sintering, SLS)工艺中粉体铺展成形的基础.选取SLS技术中的尼龙粉末为原材料,采用离散元数值方法,研究尼龙粉末的流动行为,是增材制造工艺数值模拟和铺粉工艺优化的研究热点.以Hertz-Mindlin模型为基础,基于Hamaker理论模型和库伦定律,在尼龙粉末的接触动力学模型中引入范德华力和静电力,建立预热温度下尼龙粉末流动的离散元模型(discrete element method,DEM),通过对比相应实验结果,标定了该模型的参数.对加热旋转圆筒中尼龙粉末流动过程进行了DEM数值模拟,校核了所建模型的正确性,并研究了粉体粒径分布对尼龙粉末流动特性的影响规律.研究表明,尼龙粉末黏附力是静电力与范德华力的共同作用结果;随着粉体粒径的增大,尼龙粉末崩塌角增大,流动性增强;相对于高斯粒径分布,粒径均匀分布的尼龙粉末颗粒流动性更强.研究结果可指导SLS中铺粉工艺的优化.     

烷基化芳胺润滑添加剂抗氧抗腐蚀机理的密度泛函理论研究

采用量子化学的密度泛函理论计算了8种烷基化芳胺抗氧抗腐蚀添加剂与烷氧自由基(C6H13O·)的结合能以及与铁原子簇的化学吸附作用能,探讨了化合物的结构特征、作用机理、授受电子的性质和取代基效应.结果表明:这些添加剂的HOMO均为带有杂原子的孤对电子的π-分子轨道,HOMO可以与金属原子的LUMO发生相互作用,HOMO的电子转移到金属原子的LUMO上形成配位键和稳定的吸附态;添加剂的LUMO均为苯环的π-共轭体系组成,可与RO·的SOMO相互作用,LUMO接受RO·的电子生成稳定的加成产物,添加剂具有授受电子性质;烷基化芳胺添加剂抗氧抗腐蚀性能与取代基的供电子效应或共轭效应有关,当供电子效应强时可以增加添加剂与RO·的结合能以及与铁原子簇的化学吸附作用能.依据计算结果可以推测8种化合物的抗氧抗腐性能由高到低顺序为:化合物Ⅰ＞Ⅵ＞Ⅷ＞Ⅶ＞Ⅲ＞Ⅴ＞Ⅳ＞Ⅱ,计算结果与实验结果一致.     

混凝土搅拌车搅拌筒磨损数值分析

混凝土运输过程中搅拌筒的磨损一直是一种常见潜在危害,磨损严重时会导致叶片失效,对搅拌的质量和出料匀质性产生影响。通过实验获取搅拌筒内部的磨损费时费力,因此有必要采取一种数值分析方法对搅拌筒的磨损进行预测并提出改进。本文采用摩擦磨损实验的方法来标定颗粒与搅拌筒之间的Archard磨损常数,采用JKR接触模型表征混凝土的流动性能,采用离散元方法(DEM)对搅拌筒筒体及叶片磨损进行预测分析。通过法向接触能量与切向接触能量的对比,证明搅拌筒中的磨损主要为伴有冲击作用的磨粒磨损,搅拌车搅拌筒中搅拌叶片顶部的磨损较为严重。针对磨损比较严重的叶片顶部进行改进,采用T型耐磨结构等改进叶片结构,叶片顶部结构改进后搅拌筒使用寿命能得到明显提升。     

润滑剂作用能力的分子轨道指数判据——润滑剂分子极性基团与金 …

采用分子轨道指数研究润滑剂分子与金属表面间相互作用的能力,通过比较键合原子净电荷以及分子间相互作用的最高占据轨道能级和最低空轨道能级的大小发现,醇和羟基化金属表面的氢键力大于酯与羟基化金属表面的氢键力。根据分子轨道能量近似原则和反应性能指数大小指数大大判断,酯和裸露的金属原子之间的作用强于醇,醇和酯复配的润滑剂通过发挥各自的优势而强化润滑剂分子与金属表面之间的作用,从而表现出协同减摩效应。     

尼龙粉末在SLS预热温度下的离散元模型参数确定及其流动特性分析

尼龙粉末是增材制造中常用的粉体材料,温度对其流动性有重要影响. 探索尼龙粉末增材制造预热温度下的流动性是研究选择性激光烧结(selective laser sintering, SLS)工艺中粉体铺展成形的基础. 选取SLS技术中的尼龙粉末为原材料,采用离散元数值方法,研究尼龙粉末的流动行为,是增材制造工艺数值模拟和铺粉工艺优化的研究热点. 以Hertz-Mindlin模型为基础,基于Hamaker理论模型和库伦定律,在尼龙粉末的接触动力学模型中引入范德华力和静电力,建立预热温度下尼龙粉末流动的离散元模型(discrete element method, DEM),通过对比相应实验结果,标定了该模型的参数. 对加热旋转圆筒中尼龙粉末流动过程进行了DEM数值模拟,校核了所建模型的正确性,并研究了粉体粒径分布对尼龙粉末流动特性的影响规律. 研究表明,尼龙粉末黏附力是静电力与范德华力的共同作用结果;随着粉体粒径的增大,尼龙粉末崩塌角增大,流动性增强;相对于高斯粒径分布,粒径均匀分布的尼龙粉末颗粒流动性更强. 研究结果可指导SLS中铺粉工艺的优化.      

基于离散元法的涂层硬质合金刀具建模及其加工损伤预测

首先建立了TiCN涂层硬质合金刀具基体材料(WC)的离散元模型,根据单轴压缩、三点弯曲以及断裂韧性等数值试验方法校准了基体材料离散元模型的微观参数,然后采用划痕法校准了基体与涂层的界面结合强度。根据Merchant切削模型,建立了涂层刀具切削过程中的刀-屑接触模型,通过对切屑施加周期性边界条件来模拟实际的切削加工过程;模拟了涂层刀具加工过程中的裂纹扩展和破坏情况,并预测了切削加工用量对涂层裂纹扩展及破坏的影响。     

有机二硫化物润滑添加剂抗磨极压性能的密度泛函理论研究

用量子化学的密度泛函理论计算了12种有机二硫化物和铁原子簇的分子轨道指数及其与铁原子簇的化学吸附作用能, 探讨了这种作用能与抗磨性能的关系; 运用轨道能量近似原则讨论了有机二硫化物与铁原子的作用方式; 以前线电子密度、超离域性指数和原子净电荷作为判据分析了12种有机二硫化物与铁原子间键合的强弱、反应性的大小等表征有机二硫化物与金属作用强弱的参数。结果表明: 有机二硫化物与铁接触时, 在较缓和条件下, SS键优先断裂与金属发生化学吸附形成配位键, 起到抗磨作用; 在高负荷下, 与金属发生常规条件下不能发生的化学反应, 即CS键断裂生成无机膜, 起到极压作用; 且随着碳链的增长, 有机二硫化物的抗磨性能愈来愈好, 但极压性能愈来愈差; 运用量子化学计算得到的预测结果与摩擦学试验结果具有良好的一致性, 可为同类极压添加剂化合物的分子设计提供较为可靠的参考依据和理论方法。     

有机二硫化物极压添加剂结构与润滑性能的理论研究

运用Gaussian98量子化学程序包,采用密度泛函理论(DFT)及从头算(ab initio)方法,在B3LYP/6-31G和HF/6-31G水平上对12种有机二硫化物的分子几何构型、电子结构、分子轨道指数及与铁原子簇的相互作用等进行了理论计算;由前线分子轨道理论分析了反应的活性原子和活性键,运用轨道能量近似原则讨论了有机二硫化物与铁原子的作用方式;以前线电子密度、超离域性指数和原子净电荷等参数作为表征有机二硫化物与金属作用强弱的判据,分析了有机二硫化物与铁原子间键合的强弱及反应性大小.结果表明:当有机二硫化物与铁接触时,趋向于发生S-S键和C-S键断裂;随碳链的增长,有机二硫化物的抗磨性能增强,极压性能减弱,与相应的摩擦磨损试验结果一致.所用的量子化学方法在润滑添加剂结构-性能研究领域具有良好的应用前景,可用以指导润滑添加剂的分子设计.     

水在β-氮化硅(0001)面吸附的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法对H2O在β-Si3N4(0001)面上的吸附进行研究,采用原子簇模拟β-Si3N4(0001)表面,在6-31G·水平上计算常温常压下H2O分子在β-Si3N4(0001)表面的吸附构型和吸附能及电荷变化,同时考察温度、压强及预吸附BH3对吸附体系的影响.结果表明:H2O分子通过H原子吸附在β-Si3N4(0001)面的N原子顶位时最有利;当温度为100 ℃,压强分别为3×105～10×105 Pa时,吸附能为189.59 kJ/mol,与常温常压体系相比,吸附能增加了57.19 kJ/mol,吸附后O-H键拉长,可能发生解离;在BH3修饰的β-Si3N4(0001)表面上,由于预吸附导致吸附能减少.     

基于Hertz 理论圆柱和平面之间的滑动接触分析

当圆柱与平面之间产生摩擦滑动接触时,基于Hertz理论,推导了平面内应力分量的计算公式,分析了应力的分布,描述了应力分布的特点.在接触表面上,存在最大拉应力和最大压应力;最大拉应力出现在拖动边的边缘,而最大压应力发生在导向边的区域.因此,如果接触平面因拉或压应力引起失效,首先会出现在接触表面;第一型裂纹的产生及扩展首先会发生在拖动边的边缘.剪应力,主剪应力及Von-M ises等效应力(当摩擦系数较小时)的最大值均会出现在接触体内,存在于导向边.因此,塑性滑移开始首先会发生在接触体内,然后,才扩展到接触表面.这些结论为工程应用研究提供了依据.