基于摩擦磨损的KDP晶体固结磨料抛光垫优化

本文通过固结磨料球与KDP晶体对磨的单因素试验探究固结磨料球中反应物种类、磨粒浓度、反应物浓度、基体硬度对摩擦系数、磨痕截面积和磨痕处粗糙度的影响,试验结果表明:KHCO₃固结磨料球对磨后磨痕对称性好,磨痕处的粗糙度值低;磨痕截面积随磨粒和反应物浓度的增加而增大,随基体硬度的增大而降低;磨痕处粗糙度随磨粒和反应物浓度的增加先降低后上升,随基体硬度的增大先上升后降低;摩擦系数受磨粒和反应物浓度影响不明显,随基体硬度的增大而降低。选择KHCO₃作为反应物,Ⅰ基体,磨粒浓度为基体质量的100%,反应物浓度为15%制备固结磨料球与KDP晶体对磨后的磨痕轮廓对称度好且磨痕处粗糙度值低,以该组分制备固结磨料垫干式抛光KDP晶体,可实现晶体表面粗糙度Sa值为18.50 nm,材料去除率为130 nm/min的高效精密加工。     

粒间摩擦对含有点缺陷的二维颗粒堆积体底部力链的影响

力链对颗粒物质的宏观与微观力学性质起着决定性的作用。在离散元法的基础上,建立二维规则排列的颗粒物质系统,分别研究无缺陷颗粒系统在集中载荷变化与有缺陷颗粒系统在缺陷区域改变时,粒间摩擦系数对颗粒系统底部接触力分布规律的影响。结果表明:在无缺陷颗粒系统中,颗粒系统底部接触力的分布形式受摩擦系数和集中载荷的大小影响。随摩擦系数的增大,底部接触力由双峰形式经平台过渡,逐渐向单峰形式转变。在有缺陷颗粒系统中,摩擦系数和缺陷尺寸对底部接触力分布均有影响。同种载荷作用下,随缺陷尺寸的增大,底部接触力峰值显著增大;底部平均力被明显削弱,力向边界的传递增强。系统中轴线上缺陷的存在使底部中间区域受力削弱,当缺陷尺寸超过2层以上时,底部中间力随摩擦系数的变化特征由递增曲线演变为线形衰减曲线。     

封面说明

今年是伟大的德国天文学家和数学家开普勒诞辰450周年。本刊特以他的肖像和以他的名字命名的描述太阳系行星运动的三大定律作为封面,致以敬意。     

无水坝抽水蓄能系统高压溶气问题研究

无水坝抽水蓄能系统利用封闭容器内的高压气体构建虚拟水坝,是兼具压缩空气储能和抽水蓄能优点的新型储能系统。但该系统的封闭容器内水和气在高压状态共存有可能造成水中溶气,从而对水轮机造成汽蚀等破坏。本文采用实际气体状态方程及分子动力学模拟方法,研究了宽广的压力、温度范围下气体在水中的溶解及扩散规律,揭示了水中气体溶解量随时间和水深的变化规律。研究结果表明释能结束后保证水-气共容舱内剩余水的高度大于0.5 m时,高压溶气不会对水轮机产生危害,该结论对系统的工程应用及推广具有指导意义。     

TracePro在“光的偏振实验”中的应用

为提高光的偏振实验教学效果和教学质量,在教学中引入专业的光学设计软件--TracePro,利用该软件仿真了光的双折射过程和现象,以及偏振片的原理;建立光的偏振实验系统实体模型,完成光的偏振态判断实验;仿真光通过波片后的偏振态转换现象;验证马吕斯定律,并仿真了多层介质膜对光的分离和旋光现象.结果表明该方法可以提高教学效率,激发学生探索科学的主观能动性,仿真结论与理论推导和实际实验结果一致.     

ZCuPb20Sn5合金耐磨性能研究

ZCuPb₂₀Sn₅合金作为柱塞泵转子内衬材料，因其含铅量高，而具有良好的减摩耐磨性能，可避免转子在工作中的磨损失效问题. 选用销盘式摩擦磨损试验机，以ZCuPb₂₀Sn₅和45钢为摩擦副，研究了不同PV值和油润滑条件下，ZCuPb₂₀Sn₅合金的摩擦磨损性能. 结果表明:随着PV值的增加，ZCuPb₂₀Sn₅合金的摩擦系数先增加后减小，而磨损率呈增加趋势. 在载荷50 N和线速度2.410 m/s条件下，摩擦系数和磨损率最低，摩擦系数最低能达到0.010，平均摩擦系数达到1个最低峰值点0.063；在载荷250 N、线速度3.610 m/s以及PV值为126 MPa·m/s的条件下，摩擦系数达到另一低峰值0.070，磨损率为2.972×10?7 mm3/(N·m). PV值最大时，摩擦系数和磨损率最大. 载荷小于150 N时，在油润滑的作用下，主要磨损机制为轻微黏着磨损；载荷大于150 N时，在铅和油的协同作用下，以黏着磨损为主，少量磨粒磨损；当载荷大于250 N时，摩擦系数与磨损率均偏高，以磨粒磨损为主，局部有少量氧化磨损.      

基于时变啮合刚度的变位齿轮系统热弹流润滑研究

为探究动载荷作用下变位齿轮系统的热弹流润滑特性，综合考虑齿轮变位和时变啮合刚度的影响，基于动力学理论，建立了齿轮的六自由度摩擦动力学模型，分析振动与静载荷作用下变位齿轮系统的热弹流润滑特性. 研究表明:与其他传动类型相比，正传动齿轮系统的润滑效果最佳，轮齿间可以形成较厚的润滑油膜，轮齿间的摩擦系数、油膜的最高温升最小，并且，随着两齿轮变位系数和的增大，润滑状况不断得到改善，热胶合承载能力增强；变位系数增加使齿轮系统的刚度增大，但同时降低了油膜的刚度.      

甲烷浓度对碳化硅基底金刚石薄膜摩擦性能影响

利用热丝化学气相沉积法(HFCVD)在碳化硅基底上制备金刚石薄膜,采用场发射扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、原子力显微镜研究了在不同甲烷浓度条件下制备的金刚石薄膜表面形貌及物相组成,在干摩擦条件下通过往复式摩擦磨损实验测试并计算了已制备金刚石薄膜的摩擦系数和磨损率,结合物相分析及摩擦磨损实验结果分析了甲烷浓度的改变对金刚石薄膜摩擦磨损性能的影响。结果表明,由于甲烷气体含量的升高,金刚石薄膜结晶质量下降,薄膜由微米晶向纳米晶转变。摩擦磨损实验结果显示:3%甲烷浓度条件下制备的金刚石薄膜耐磨性较好,磨损率为2.2×10^-7 mm³/mN;5%甲烷浓度条件下制备的金刚石薄膜摩擦系数最低(0.032),磨损率为5.7×10^-7 mm³/mN,制备的金刚石薄膜的耐磨损性能相比于碳化硅基底(磨损率为9.89×10^-5 mm³/mN)提升了两个数量级,显著提高了碳化硅基底的耐磨性。     

真实情境下问题解决的主题式教学设计与实施*——盖斯定律

当前“盖斯定律”的教学中,注重加和法、虚拟路径法等解题模型的教学,缺乏在真实情境中对物质转化及其能量关系的理解,学生无法感受到盖斯定律在生产中的价值。本文以“能量视角下煤的气化对于提高煤的燃烧效率的意义”为研究主题,通过分析建模、实验验证、情境回归等认识并应用盖斯定律,从能量视角再认识煤的气化对于提高煤的燃烧效率的意义,并且认识到利用化学反应可以实现对能量进行调控,如对工业废热的再利用,深化能量守恒观和能源节约意识,达成提升学科核心素养的目标。     

物理化学在线课程教学设计与实践——以热力学第二定律与卡诺热机为例*

提出在线课程应立足于对线下课堂教学内容的疏导、梳理、凝练和升华,并以“热力学第二定律与卡诺热机”在线课程为例进行介绍。采用问题链形式引导学生从卡诺热机推导热力学第二定律数学表达式,阐明了卡诺热机在热力学第二定律形成过程中的重要作用和地位,强调了卡诺对于热力学的重要贡献,培养了学生探究精神和学科素养。为在线课程提供了教学案例和设计思路。