干摩擦条件下天然橡胶／钢的磨损机理研究

采用FALEX试验机考察了20^#钢／天然橡胶在干摩擦条件下的磨损机理。用扫描电子显微镜分析了20^#钢和橡胶磨损表面形貌。用X射线光电子能谱仪分析了金属和橡胶磨损表面元素的含量及化学状态,用镜面全反射傅立叶红外光谱仪分析了橡胶磨损表面官能团的变化。结果表明,20^#钢／天然橡胶摩擦副发生了粘着磨损,其磨损机制为：金属及金属氧化物与天然橡胶分子自由基在摩擦表面发生反应;在亚表层以金属与大分子自由基的反应为主,主要产物为含有Fe-C的金属－聚合物;金属本身发生氧化,主要产物为Fe2O3,FeO和Fe3O4,而在亚表层的主要产物以FeO为主,表面膜可能通过化学键、静电作用力和分子间的范德华力与金属基体相结合。     

边界润滑条件下天然橡胶—钢磨损机理的研究

研究了边界润滑条件下天然橡胶磨损20^＃钢的机理,采用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪分析了钢和橡胶的磨损表面形貌、元素含量和化学状态,用镜面全反射傅立叶红外光谱仪分析了磨损表面官能团的变化,结果表明：20^#钢被天然橡胶磨损的物理过程为磨粒磨损（微切削）;20^#钢被天然橡胶磨损的化学机制包括钢本身的氧化（主要氧化产物为Fe2O3、FeO和Fe3O4）,钢氧化物与天然橡胶大分子链间的反应,钢氧化物与氧化的矿物油烷烃链间的反应以及与矿物油中S元素间的反应,基信要反应产物为含有Fe－C的钢－聚合物以及含有Fe－O的聚合物。     

激光离散处理车轮钢-钢轨钢摩擦副的摩擦学性能研究

将激光离散处理前后的车轮试样分别与钢轨试样匹配,利用滚动接触摩擦磨损试验机测试各摩擦副的摩擦系数和磨损率,研究激光离散处理对轮轨摩擦副滚动接触摩擦磨损性能的影响.结果表明:车轮试样经过激光离散处理后,其抗磨损性能大幅增加,对应的轮轨试样摩擦副的摩擦系数小幅增加,其对摩钢轨试样的磨损加剧.未处理车轮试样主要发生剥层磨损并伴随轻微的疲劳磨损;处理后的车轮试样主要发生疲劳磨损并伴随轻微的剥层磨损.这是由于激光离散处理提高了车轮试样表层材料的抗塑性变形能力,从而抑制了材料的剥层磨损.各钢轨试样均发生剥层磨损,但是车轮试样经激光离散处理后,对应钢轨试样的剥层磨损加剧.     

A three dimensional approach to model steel wire ropes used in high energy absorber apparatus

The modeling method and dynamical characteristics of steel wire ropes has been researched for several decades. In the past, steel wire ropes were usually modeled as a two dimensional system, which was only suitable for the planar motion. Also, no kink-wave propagation was considered when steel wire ropes were used in relatively low speed engineering application areas. By contrast, a three dimensional approach to model steel wire ropes used in high energy absorber apparatus is presented in this paper. Three dimensional contacts between steel wire ropes and other objects and kink-wave propagation in steel wire ropes are taken into consideration when applying the new approach to model steel wire ropes. Compared to the two dimensional model of steel wire ropes, the proposed model regards steel wire ropes as a multi-body system consisting of identical cylindrical elements with 6 degrees of freedom connected by space constraints. Impact forces generated by three dimensional contacts between steel wire ropes and other objects are calculated and theories of elastic wave propagation are applied to analyze the kink-wave propagation when steel wire ropes are loaded with a sudden perpendicular impact by a high speed moving object. In addition, mathematical model of steel wire ropes is established and numerical simulation of the three dimensional model of steel wire ropes is implemented. By comparing the simulation results with the experimental data available, the model of steel wire ropes proposed in this paper is demonstrated to be valid and correct. Therefore, the proposed modeling method can be treated as a new approach in the research field of modeling steel wire ropes. The dynamical characteristics of the steel wire ropes based on this new modeling approach are addressed simultaneously and plots of the dynamics of steel wire ropes cannot only be regarded as a basis for the further comparative studies, but also can provide some significant and interesting results.     

增强纤维对陶瓷基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用热压烧结法制备纤维增强陶瓷基摩擦材料,研究了钢纤维、钢纤维/莫来石纤维、莫来石纤维、钢纤维/硅酸铝纤维以及硅酸铝纤维增强陶瓷基摩擦材料的摩擦磨损特性.研究结果表明:不同纤维对陶瓷基摩擦材料摩擦系数的影响较为复杂.相比较添加单一纤维增强摩擦材料的情况,钢纤维增强的试样具有较好的耐磨性能,其次为莫来石纤维增强的试样,硅酸铝纤维增强的试样表现出最差的耐磨性能,钢纤维/莫来石纤维和钢纤维/硅酸铝纤维增强试样的磨损均低于相应的陶瓷纤维增强的试样;在高温下以莫来石纤维增强的试样,其磨损形式以磨粒磨损为主,而以硅酸铝纤维和钢纤维/硅酸铝纤维增强的试样的主要磨损形式为黏着磨损,钢纤维和钢纤维/莫来石纤维增强的试样的磨损属于磨粒磨损和黏着磨损.     

炭纤维增强环氧树脂复合材料/N80钢摩擦学性能研究

利用MG-200型摩擦磨损试验机研究了炭纤维增强环氧树脂复合材料/N80钢的摩擦学性能,考察了介质温度对摩擦学性能的影响;用扫描电子显微镜分析了磨损表面形貌.结果表明:在干摩擦条件下,炭纤维增强环氧树脂复合材料与N80钢对摩时的摩擦系数较低,炭纤维增强环氧树脂复合材料的磨损主要表现为树脂基体脱落碳化和炭纤维的折断剥落,偶件钢环则呈现明显的磨粒磨损特征;在油井产出液润滑下炭纤维增强环氧树脂复合材料的磨损率较低,摩擦系数和磨损率随着润滑介质温度的升高而增大,偶件钢环则呈现明显的磨粒磨损和腐蚀磨损特征.     

5级人防口部粘钢封堵接头抗爆实验研究

通过粘钢实现一典型汽车库人防口部封堵的设计方案,并对原设计方案进行相似设计后,对粘钢接头结构实验模型在核爆炸压力模拟器中进行模爆实验,得到沿竖向支座钢板的位移和应变时程曲线,并和有限元数值解进行了对比,其结果均较吻合,通过沿竖向支座钢板的应变分布规律得到钢板-混凝土界面之间的粘结应力;检验了在5级人防爆炸冲击波作用下,混凝土墙与钢板间粘结面承载力的可靠性;分析了5级人防爆炸荷载作用下支座钢板沿竖向应力的分布规律,为确定混凝土墙与钢板之间粘结应力的计算方法提供了参考。     

深度拉伸塑性变形对0.7%碳钢耐磨性的影响

经过铅浴处理的0.7%碳钢进行冷拉变形,采用扫描电子显微镜观察分析冷拉0.7%碳钢的组织形貌,采用材料拉力试验机和显微硬度计测试0.7%碳钢丝的抗拉强度和显微硬度,采用ML-10型销-盘式磨料磨损试验机考察深度冷拉0.7%碳钢丝在不同磨料磨损工况下的磨损特性,利用扫描电子显微镜观察分析0.7%碳钢磨损表面形貌.结果表明,深度拉伸塑性变形使得0.7%碳钢的组织超细化,大幅提高0.7%碳钢的机械性能.在以氧化铝和石英为磨料工况下,随着0.7%碳钢真应变增加,耐磨性缓慢提高;在以玻璃为磨料工况下,随着0.7%碳钢真应变增加,耐磨性呈现阶段性变化,当变形达到一定程度时,0.7%碳钢的耐磨性大幅提高.在以氧化铝和石英为磨料工况下,其磨损机理以微观切削和犁沟为主;以玻璃为磨料工况下,在低应变阶段,其磨损机理以显微切削为主,在高应变阶段,磨损机理以多次塑性变形和疲劳磨损为主.     

原位自生TiC对低合金马氏体钢磨料磨损性能的影响

以新型含TiC马氏体钢Ti60和商用不含碳化物马氏体钢JFE400为研究对象,通过三体磨料磨损试验机研究在纯煤粉和纯煤粉掺杂40%(质量分数)石英砂为磨料下,TiC硬质相对低合金马氏体钢磨料磨损性能的影响及其作用机理. 结果表明:在纯煤粉环境下,Ti60钢的磨损体积大于JFE400钢;但在纯煤粉掺杂40%(质量分数)石英砂环境下,Ti60钢的磨损体积却小于JFE400钢. 根据磨痕表面的形貌,上述结果是由以下几方面综合作用造成的. 首先,两种环境下材料的磨损机制均主要是犁削磨损;其次,煤粉颗粒的层状结构及低硬度的特性,使得TiC硬质相对其犁削行为起不到阻碍作用,而块状结构且具有高硬度的石英砂颗粒的犁削行为则受到TiC硬质相的阻碍. 所以在纯煤环境下,基体硬度较大的JFE400钢,相对于基体硬度较小的Ti60钢,呈现出较优的抗磨料磨损的性能. 而在纯煤粉掺杂40%(质量分数)石英砂环境下,Ti60钢的抗磨粒磨损性能却优于JFE400钢.      

渗硫层与FeS粉末摩擦学机理的对比研究

为了改善GCr15轴承钢在脂润滑条件下的摩擦学性能,通过2种方法将FeS固体润滑材料应用于脂润滑下轴承钢材料的摩擦过程中.通过低温离子渗硫处理在轴承钢表面制取渗硫层;将FeS材料研磨成微米粉末添加到润滑脂中.在球-盘摩擦磨损试验机上对比研究了轴承钢渗硫层和使用FeS微米粉末的摩擦学性能.研究表明:在材料表面制取渗硫层和使用FeS粉末均可有效改善轴承钢在脂润滑条件下的减摩抗磨性能.在较低转速和载荷下,轴承钢表面渗硫层的摩擦磨损性能较使用FeS粉末更好,而在高速重载的工况下,轴承钢表面在使用FeS粉末时体现出更好的抗磨性能.     

微动频率对钢丝拉扭复合微动腐蚀疲劳行为影响研究

拉扭复合微动腐蚀疲劳是深井提升钢丝绳主要失效形式之一,深井提升钢丝绳振动频率决定钢丝间微动频率,直接影响钢丝拉扭复合微动腐蚀疲劳机理和损伤程度,进而制约深井提升钢丝绳服役安全性. 本文作者通过自制钢丝拉扭复合微动腐蚀疲劳试验机开展了酸性电解质溶液中钢丝拉扭复合微动腐蚀疲劳试验,通过钢丝切向力-位移幅值和扭矩-扭转角滞后回线分析了拉扭复合微动腐蚀疲劳过程中钢丝间接触状态及轴向和扭转方向钢丝耗散能,运用扫描电子显微镜和三维白光干涉表面形貌仪考察了拉扭复合微动腐蚀疲劳过程中钢丝磨痕形貌和磨损深度轮廓特性,采用X射线三维成像系统揭示了钢丝拉扭复合微动腐蚀疲劳裂纹扩展演化规律,通过电化学分析仪分析试验后钢丝Tafel极化曲线和阻抗谱以探究钢丝电化学腐蚀倾向和耐腐蚀性,揭示了微动频率对拉扭复合微动腐蚀疲劳过程中钢丝间接触状态、钢丝耗散能、微动磨损机理、疲劳裂纹扩展演化和疲劳寿命、电化学腐蚀倾向和耐腐蚀性的影响规律. 结果表明:在拉扭复合微动腐蚀疲劳过程中,随着微动频率的增加,钢丝间由完全滑移和部分滑移混合状态变为完全滑移状态,钢丝扭矩-扭转角滞后现象削弱,钢丝切向力-位移幅值和扭矩-扭转角滞后回线对应的耗散能均总体降低,钢丝间摩擦系数和钢丝磨损深度均降低,钢丝磨损机理均为磨粒磨损、黏着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损,钢丝最大裂纹深度和裂纹扩展速率均降低,疲劳寿命增加,钢丝电化学腐蚀倾向下降和耐腐蚀性增强.      

含氟硅油作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究

用SRV摩擦磨损试验机评价了2种含氟硅油在聚α烯烃基础油中作为添加剂时的摩擦学性能,用扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱仪（XPS）观察并分析了磨斑表面形貌和主要元素的化学状态,探讨了含氟硅油的摩擦化学机制。结果表明：含氟硅油具有优良的减摩和抗磨性能;含氟硅油在摩擦作用下发生分解,在摩擦副表面生成的含氟的摩擦化学产物是提高摩擦副抗磨减摩性能的关键因素。     

钢丝的微动磨损及其对疲劳断裂行为的影响研究

采用自制的钢丝微动磨损试验机考察了钢丝的微动摩擦磨损性能，随后将经过一定时间微动磨损试验后的钢丝试样在液压伺服疲劳试验机上进行拉一拉疲劳试验，进而探讨了微动摩擦系数和微动磨损深度随微动磨损试验时间和接触载荷的变化关系；并利用扫描电子显微镜分析了试样磨痕和磨屑的表面形貌．结果表明，在较大的微动振幅下，钢丝的微动摩擦系数变化幅度不大，微动磨损深度随微动磨损试验时间和接触载荷的增加而增大；微动磨损试验后钢丝试样的疲劳寿命同磨损深度成反比关系；可以将疲劳断口划分为4个区域，其同钢丝试样的疲劳断裂过程相对应．     

圆中空夹层钢管混凝土柱扭转实验研究

以名义含钢率、外钢管强度和空心率为主要变化参数,设计了6根圆中空夹层钢管混凝土和1根双层空钢管试件,对其进行了扭转试验研究。试验结果表明:在加载过程中,钢管和混凝土变形协调,共同工作;试件表现出很好的塑性性能;试件名义含钢率和外钢管强度越大,试件抗扭承载力也越大;空心率越大,试件抗扭承载力也越大;圆中空夹层钢管混凝土比双层空钢管抗扭承载力有明显的提高。同时用有限元方法对试件扭矩-转角全过程曲线进行计算,计算结果与试验结果吻合良好。     

薄壁钢管再生混凝土轴压实验研究

通过对9个薄壁圆钢管再生混凝土短柱和9个薄壁方钢管再生混凝土短柱进行的轴压试验研究,比较了三种方法测定试件轴向变形的差异,分析了不同取代率和不同截面形式薄壁钢管再生混凝土的破坏变形特征,并运用不同设计规程对薄壁钢管再生混凝土的承载力强度进行了计算分析。得出薄壁钢管再生混凝土的变形破坏形式与普通薄壁钢管混凝土相似,及再生混凝土取代率对试件极限承载力和变形能力有一定影响的结论。另外根据计算比较,得到各规程在计算薄壁钢管再生混凝土极限承载力时的适用性。     

高强钢及软钢断裂失效行为表征与仿真预测

针对汽车碰撞、结构强度等分析中无法准确模拟高强钢及软钢的断裂失效,研究了高强钢及软钢的断裂失效特性以及其仿真预测方法．以宝钢高强钢HC340/590DP及软钢DC05为研究对象,首先通过不同应变率的拉伸试验和不同应力状态的断裂失效试验,来表征两种钢材的弹塑性及断裂失效行为．并从试验数据中得到LS-DYNA中的Damage Initiation and Evolution Criteria (DIEC)失效模型所需参数,建立失效模型,通过子系统试验及仿真计算对DIEC失效模型进行验证．结果表明基于准确的材料试验数据,正向建立的DIEC失效模型可以准确预测HC340/590D及DC05的断裂失效行为．本研究方法可推广到其他高强钢和软钢的断裂失效仿真预测中．     

Q420钢管大气腐蚀后的抗侧撞性能

为研究大气腐蚀对Q420钢管构件服役期内耐撞性的影响,提出了计及腐蚀损伤的材料模型。引入损伤因子（ω）修正Voce模型,推导随腐蚀程度变化的低合金钢材本构方程,并通过加速腐蚀试验结果回归相应参数。利用ABAQUS软件定义构件材料特性,建立起受腐蚀的Q420钢管仿真模型,采用显式动力算法分析多种初始状态下,撞击体与不同腐蚀程度钢管的冲击响应规律。开展预腐蚀Q420钢管的落锤试验,将试验结果与数值计算结果进行对比,验证所建模型的合理性。结果表明:大气腐蚀导致材料名义强度降低,对Q420钢管抗撞击能力影响显著;随着腐蚀程度增加,冲击力峰值减小,撞击时间和深度增加;Q420钢管受腐蚀后抗冲击刚度减小,构件整体变形耗能增加,表明大气腐蚀使其抗冲击性能下降;同等动能增量下,增大撞击体初速度比增加初始质量获得的冲击力峰值增幅更大,而所得到的接触时间增幅更小。     

钢纤维混凝土抗侵彻与贯穿特性的实验研究

为考察素混凝土及钢纤维混凝土（钢纤维为平直型与端钩型,体积分数0.01~0.05）抗侵彻贯穿特性,采用12.7 mm弹道炮-测速靶系统开展了初速297~848 m/s的弹道冲击实验,获得了弹丸着靶速度及对应的最大侵彻深度、弹坑直径、靶体（板）破坏形态等实验参数,并利用高速摄影系统记录了靶体（板）的动态破坏过程。实验结果的对比表明,靶板的抗侵彻贯穿性能和破坏模式与钢纤维类型及含量密切相关。当钢纤维体积分数为0.05时,端钩型钢纤维混凝土的侵彻深度与相同强度等级素混凝土相比降低约52%,且贯穿破坏后靶板碎片的数量及飞散角度大幅降低,显示了高含量异型钢纤维混凝土在抗侵彻贯穿方面的适用性。     

考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测研究

微动疲劳是矿井提升钢丝绳主要失效形式之一,在钢丝微动疲劳过程中,微动磨损严重影响钢丝微动疲劳裂纹扩展特性,进而制约钢丝微动疲劳断裂机制,故开展考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测研究至关重要. 运用自制钢丝微动疲劳试验机开展钢丝微动疲劳试验和拉伸断裂试验,通过高速度数码显微系统揭示微动疲劳过程中钢丝微动磨损演化、裂纹萌生和扩展及断裂特性,基于摩擦学和断裂力学理论,运用有限元法、循环迭代法和虚拟裂纹闭合技术建立了考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测模型,并进行试验验证. 结果表明:采用微动疲劳过程稳定阶段磨损系数预测钢丝微动磨损演化可保证预测正确性,微动疲劳过程中钢丝主要为I型裂纹扩展模式,考虑微动磨损的钢丝微动疲劳裂纹扩展寿命预测值和试验值吻合较好,验证了预测模型正确性.      

高强钢波纹夹芯结构的力学性能研究

本文利用ABAQUS仿真软件分析了高强钢波纹夹芯结构在三点弯曲以及面内压缩时的力学响应。将计算结果与实验值和理论值进行了对比,验证了数值模拟的准确性。分析了芯板材料属性（高强钢DP900和普通低碳钢DC01）以及波纹芯板排列方向(横向、纵向)对夹芯结构力学性能的影响。结果表明DP900高强钢波纹芯板夹芯结构抗弯强度是DC01低碳钢夹芯结构的2.39倍,抗压强度是低碳钢夹芯结构的1.40倍,纵向波纹夹芯结构比横向波纹夹芯结构弯曲刚度高11.63倍。