基于斜面的摩擦力显微镜探针扭转系数标定改进方法

基于标准样品的已知斜面,对摩擦力显微镜探针扭转系数标定方法进行改进.根据探针在斜面上滑动时的受力特点,测试不同载荷下斜面上摩擦力环电压信号的半高量和偏移量,求解摩擦系数并最后得出探针扭转系数.结果表明:斜面摩擦力信号的半高量和偏移量随着载荷的增大而增加,且在较高载荷下呈线性增长;在此前提下黏着力不影响摩擦系数和扭转系数的求解;平面验证试验所得摩擦系数与上述求解值基本一致.相关结果有望简化纳米尺度摩擦力的标定和测试.     

金属Mo中韧位错运动特性的分子动力学研究

通过分子动力学方法(MDM), 采用镶嵌原子势法(EAM), 沿[111]方向插入两层(211)半原 子面形成位错,模拟了低温不同冲击载荷下和相同载荷不同温度下金属Mo中韧位错的动力 学特性. 结果表明：在低温冲击载荷下,Mo中的韧位错可以由静止加速到超过波速. 随着 载荷的增加,在位错运动的[111]方向将会出现3个波速;在相同载荷不同温度下,位错的 速度随着温度的升高而减小,即影响位错速度的拖动系数$B(T)$随温度升高而增大. 随着冲 击载荷的增大,拖动系数随温度的变化趋势减缓,即外加载荷对B(T)也有影响.     

深部煤岩界面超低摩擦时变模型及能量转化研究

深部煤岩超低摩擦型冲击地压实质是巨量煤岩体沿煤岩界面发生失稳滑动的时变过程,期间煤岩界面摩擦力和摩擦系数随时间变化,同时伴随煤岩界面摩擦力做功向煤岩冲击动能释放能量转化特征.为定量描述煤岩界面能量转化规律,引入量纲分析法,实验测定了煤岩弹性系数、阻尼系数和待定系数,给出了深部煤岩界面摩擦系数表达式.以沈阳红阳三矿为研究对象,通过实验研究和工程实际相结合,定义了冲击动能转化率新指标,验证了所建模型可靠性,定量描述了煤岩界面摩擦力做功向煤岩冲击动能转化规律.研究结果表明:深部煤岩界面摩擦系数随冲击载荷幅值增大而线性降低,随冲击载荷频率增大而线性增加.深部煤岩界面摩擦力的降幅和降低速率变化急剧,当冲击载荷幅值为5000 N、冲击载荷频率为500 Hz时,深部煤岩界面摩擦力降幅为97%、降低速率为38.9 kN/ms～41.38 kN/ms时发生超低摩擦效应.首次从摩擦力降低幅值和降低速率定量表征超低摩擦效应.结合实验和工程实际分析发现,能耗比实验结果均值为0.441,红阳三矿“11.11”冲击地压计算结果为0.488,两者较为接近,进一步证明所建模型合理性.     

非稳态弹流润滑状态下滚动体-滚道摩擦副的动力特性研究

针对滚动体-滚道摩擦副,建立了点接触非稳态弹流润滑数学模型,利用FFT技术和半解析算法数值求解了接触体在自由振动过程中油膜压力和膜厚的变化,同时结合有阻尼系统的自由振动模型,给出了预测点接触摩擦副动力特性的方法,在较宽的载荷和速度范围内分析了接触副的等效刚度系数和阻尼系数的变化.结果表明：根据接触副的实际工作载荷和速度所确定的无量纲自然频率来进行非稳态弹流的计算所得到的膜厚结果更接近实验值;在接触体的振动过程中油膜的压力和厚度在平衡位置附近上下波动,且由于润滑油膜的作用接触体的振动幅值逐渐减小;刚度系数随载荷参数的增加而增加,随速度参数的增加而减小,而阻尼系数的变化规律较复杂,在不同的载荷和速度范围内呈现出不同的变化趋势.     

微载荷含油轴承摩擦性能研究Ⅰ.摩擦试验机设计

研制了1种针对径向轴承的微载荷摩擦试验机,介绍了其工作原理及结构,即利用外加载荷抵消浮动测试架重量以施加微小载荷,并利用激光位置传感器(PSD传感器)实现无接触位移测量;同时测量了摩擦副的转动角度并计算出摩擦系数;采用摩擦转角测量法和外加力矩平衡摩擦法测量微载荷下的摩擦性能,以测量时间末端位置作为位置基准,通过极限偏载平衡进行载荷标定.结果表明:微载荷摩擦试验机可应用于径向轴承在微小载荷下的摩擦力测量;可以通过在较大范围内设置结构参数来研究径向轴承的摩擦特性;并可利用数据采集技术研究速度和载荷连续变化条件下的摩擦性能.     

高频循环载荷下球面滑动副摩擦学特征研究

试验研究了高频循环载荷对重型差速行星齿轮与球形垫片组成的球面接触副摩擦学性能的影响. 通过激励不同质量弹簧振子产生极限幅值不同的高频循环载荷,利用离散小波变换分析摩擦力曲线,并对磨损过程和垫片磨痕进行观测. 研究表明:摩擦力低频信号成分可表征高频循环载荷下滑动副的实时摩擦状态和变化趋势;幅值过高的高频循环载荷易导致球面垫片发生疲劳磨损、犁沟磨损、材料塑性流动和变形等多种磨损类型;激励作用对球面配副的摩擦学特征影响显著,易破坏摩擦副摩擦状态的稳定性,可以通过降低瞬时高频载荷幅值和激励强度改善球面滑动副的摩擦学性能.      

单自由度冲击扰动下模拟磁头／磁盘系统接触回复特性的实验研究

采用自制的试验装置研究了单自由度冲击扰动下磁头 /磁盘系统的接触回复特性 ,分析了不同载荷下球形模拟磁头跳跃振动回复系数和接触时间与输入速度之间的关系 .结果表明 :当载荷较小时 ,回复系数随着输入速度的减小而增加 ,而当载荷较大时 ,回复系数随着输入速度的减小而减小 .在不同载荷条件下 ,接触时间均随输入速度的减小而缩短 ,但小载荷下接触时间缩短的幅度较大 .球形模拟磁头的回复特性和接触时间与载荷、输入速度及润滑膜特性有关 ,增大载荷和选择合适的润滑剂均可抑制跳跃振动     

缅甸蟒蛇腹鳞表面的摩擦机理及摩擦各向异性研究

采用原子力显微镜观察缅甸蟒蛇腹鳞表面的微观结构,采用UMT-2型摩擦磨损试验机研究不同载荷及运动方向的腹鳞表面的宏观摩擦各向异性,建立了摩擦运动的接触模型,分析了腹鳞表面的磨损机理.结果表明:腹鳞表面的微观结构由指状微突体和板结构部分周期排列而成,其结构可用9个特征参数定量描述;腹鳞表面摩擦力由分子作用力、表面微突体的犁沟力、楔形作用力以及材料弹性滞后共同引起;腹鳞表面的摩擦系数在0.07左右并与运动方向有关,摩擦系数随载荷增加而减小;后向运动及左、右侧向运动时摩擦系数基本相等,比前向运动时高33%左右;腹鳞表面微突体不同方向上倾斜角度的差异是引起摩擦各向异性的主要原因.研究结果对仿生制造摩擦各向异性表面提供实验依据.     

基于损伤一致性的动车组转向架载荷实验谱研究

动车组转向架构架载荷状况复杂, 实际运用条件下包含多个基本载荷系, 因此转向架构架局部位置的总损伤是若干载荷系在该位置相应损伤的累积; 转向架构架实验谱是考核动车组构架寿命的关键手段, 在没有实测载荷的条件下如何编制实验谱是本文的研究目标.本文首先对转向架构架承载系统的线性假设、稳定假设及典型假设进行了确认研究; 然后根据长期实测线路仅有的动应力数据, 将转向架构架典型应力分区域编制应力谱; 其次根据构架受力特点对构架建立载荷系, 在试验台中标定各个载荷系下的载荷应力传递关系, 并将区域典型测点的最大标定系数作为该区域的载荷应力传递系数; 然后基于损伤一致性原则建立优化函数, 并将获得的载荷应力传递系数矩阵代入优化函数, 得到一种适用于由线路实测动应力大数据推导出实验载荷谱的方法. 试验结果证明该方法具有较高的精度, 对构架关键部位的考核实现了典型区域全覆盖; 在中国线路运用工况下, 相比国际通用规范, 该方法对所有典型区域做到损伤再现, 所编制实验谱对转向架构架的考核更具有适用性.      

基于应变响应叠加原理的飞行载荷测量建模研究

建立高精度的载荷模型是飞行载荷测量的关键。传统的载荷模型采用多元线性回归建立,确定载荷与应变响应的关系时,所需样本数量大,载荷标定工况数量要多于应变电桥数量,且要分析弯矩、剪力、扭矩、应变电桥之间的相关性。针对这些问题,提出了一种飞行载荷测量建模的新方法——响应叠加拟合法。新方法不需要传统的载荷方程,而是采用较少的若干组地面标定工况的电桥响应为基向量,以飞行状态下的电桥响应为目标向量,直接把飞行响应和地面响应数据关联起来,通过最小二乘法确定飞行和地面数据之间最优的拟合模型,再根据拟合系数叠加地面标定载荷间接求得飞行载荷。以某型机机翼载荷标定试验为例,用新方法建立了机翼根部的载荷模型,采用多区域协调加载工况进行了验证分析,得到弯矩和剪力的最大误差都在3%以内,表明响应叠加拟合法可作为建立飞行载荷测量模型的一种可靠、高效的方法。     

杆件在横向力和轴向压力共同作用下的内力计算

针对杆件在横向力和轴向压力共同作用下的内力计算问题进行了研究．在考虑杆件变形因素的情形下,推导出了杆件在横向力和轴向压力共同作用下的内力和正应力的计算公式,并与材料力学中未考虑杆件变形因素的对应公式进行了比较,说明了二者之间不同之处．     

索穹顶结构的找力分析方法--不平衡力迭代法

索穹顶的刚度和承载能力都是通过施加预应力来获取的,预应力设计是对索穹顶进行任何其它分析的基础,所以它的找力分析(Force finding)是一项很重要的工作。本文提出一种找力分析方法———不平衡力迭代法,它可以克服整体可行预应力法的一些不足:即使在索穹顶构件分组发生错误时仍可找到满足已知形状的预应力分布,并且该方法具有良好的稳定性和运算效率,算例表明不平衡力迭代法非常适合大型复杂索穹顶结构的找力分析。     

粘着行为中预压紧力和分离速度及相对湿度对分离力影响的实验研究

在改变粘着试验中接触副预压紧力、接触副分离速度以及环境相对湿度的条件下,利用表面力仪实时测量了新鲜解理云母接触副分离过程的分离力,并观察了接触后解理云母接触区的状态．结果表明：在保持弹性接触时,预压紧力对分离力影响不大,接触材料的表面能决定分离力的强度;当预压紧力超过临界值时,接触表面发生塑性变形,在一定范围内分离力随预压紧力的增加而增大;在干接触时分离速度与分离力无直接联系,但在存在大粘度中间层液体时,分离速度的增加可使分离力显著增大;分离力随相对湿度的增加而增大．     

考虑面力密度的力法找形和预应力精确确定

随着膜结构应用领域的拓宽,实践对膜结构形状的构造提出了各种不同的要求。考虑膜单元的面力密度的力法找形方法,通过调整面力密度能够获得不同形状的曲面。对索膜结构找力分析的优化复位平衡法,能够对给定的拓扑曲面求解获得精确的自平衡预应力分布。把面力密度的力法找形和优化的复位平衡法的找力分析结合起来,能够完成形状构造的全过程,丰富了索膜结构的形状构造理论。     

汽轮机转子在气流力和油膜力作用下的非线性动力学特性

为了分析转子在油膜力和气流激振力共同作用下的非线性振动特性，本文以短轴承支撑的不平衡刚性对称Jeffcott转子系统为研究对象，首先分析转子在非稳态油膜力作用下的振动特性，然后分析转子在油膜力和气流激振力共同作用下的非线性振动特性。采用数值模拟的方法研究了系统的分岔和混沌特性，计算结果表明，考虑气流激振力和油膜力共同作用下的转子系统与仅考虑油膜力的转子系统相比，在相对进气速度v=30m／s时，随着无量纲转速ω的增加。二者都出现了周期运动和混沌运动多次交替出现的复杂运动特性，但是前者首次出现倍周期分岔和混沌运动时的转运提前，在定转速情况下，随着v的增大，系统最终在经历周期运动之后进入混沌运动，而且圆盘中心的最大振幅随着v的增大而增大。     

Basset力研究进展与应用分析

Basset力为两相流中颗粒与流体存在相对加速度时所产生的一种非恒定气动力 ,以往对其进行了大量的实验研究、理论分析和数值模拟。本文通过对Basset力研究文献的综述 ,分析并归纳了各种不同两相流动问题中该力的影响情况 ,得到的结论是 :对于气泡在液体内的流动问题 ,当气泡运动的脉动频率很大或很小时可以忽略Basset力对其运动的影响 ;对于固体或液体颗粒在气体中的运动问题可以忽略Basset力的影响 ;而其它两相流动问题则需要根据具体问题的特点来决定是否考虑Basset力的影响 ,其中需要考察 :流体与颗粒密度差别 ,颗粒尺寸 ,流动特征时间和颗粒运动弛豫时间 ,相对加速度 (或减速度 )等因素。本文还探讨了Basset力研究的发展方向。     

超导磁力与静压液膜力复合轴承的静动特性分析

以新一代液体火箭发动机涡轮泵为应用前景,提出了一种带小孔节流的超导-液体静压复合推力轴承.该复合轴承由6块圆形超导瓦和6块带有小孔节流的圆形液体静压推力瓦构成,依靠涡轮泵系统自带的低温介质(如液氢液氧等),可以实现超导磁斥力与流体静压力的复合.基于解耦方法分析了复合轴承的静动特性,重点研究不同液膜厚度下复合轴承的承载力和刚度随节流孔径、液腔直径等的变化规律.在设计工作点附近,超导推力瓦和静压推力瓦的承载力大体相当,而后者的刚度则是前者的300倍以上.理论结果表明该复合结构既可以保证启动阶段无接触摩擦,又能在工作阶段保持较高刚度以抗冲击,对设计高可靠性火箭涡轮泵的轴系结构具有参考价值.     

混凝土框架结构内力测量传感器研制

研制了一种可用于混凝土结构试验中测量柱底截面轴向力、剪力和弯矩的内力测量传感器。该传感器主要由加载板、基座、4根竖向测力杆和2根水平测力杆组成。使用时,柱底截面的内力通过加载板传递给6根测力杆,根据6根测力杆的结果,通过力平衡方程可以计算实际加载的轴向力、剪力和弯矩的大小。对该传感器进行了4种工况下的标定试验。结果表明,传感器的测量误差满足框架结构内力测量精度要求。将该传感器应用到单层两跨的钢筋混凝土框架推覆试验中,获得了整个试验过程中构件的内力时程。     

空间刚架结构的广义逆力法

在结构计算中，根据算法中所采用的基本未知量的不同．结构分析方法可以分为力法、位移法和混合法。其中位移法由于适宜计算机处理而在结构计算领域得到了广泛的应用．经典力法相比之下应用就远不如位移法普遍，虽然力法本身在力学上有其独特的优势。广义逆矩阵做为一种较新的数学工具，自二十世纪五十年代诞生以来正日益表现出越来越旺盛的生命力。广义逆力法就是一种基于力法和广义逆矩阵理论的新的迭代算法。这种算法是一种完全适合计算机处理的力法方法。该算法的思路以及对于求解线弹性空间刚架结构问题的具体公式均在文中给出并给出了算例。从算例计算结果可以看到广义逆力法有着较好的计算效率和计算精度。该算法的提出为力法在计算机计算领域的应用开拓了新的发展空间。该算法在材料非线性问题和结构并行计算方面也有着较好的应用前景。     

AFM稳定性研究

“突跳”现象严重影响着原子力显微镜(AFM)的性能。根据W igner-Seitz模型微观连续介质理论,建立了AFM针尖同试样面接触力包含斥力的数学模型;由分析力学的稳定平衡条件,发现了引起AFM“突跳”的本质是不稳定平衡点的存在;通过增加AFM悬臂梁刚度,提出了一种避免AFM“突跳”现象发生的方法,并给出仿真结果。