微磁检测应力和塑性区的磁弹塑耦合理论

金属磁记忆微磁检测方法, 利用铁磁材料局部磁性状态的变化, 进行应力集中或塑性区域位置及程度的检测与评价. 面向微磁信号的定量理论分析可对其工程领域应用提供重要指导. 本文介绍铁磁材料微弱环境磁场下的磁弹塑性本构进展, 及其在微磁信号分析方面的应用. 力磁本构关系方面, 针对微磁检测弱磁化条件, 基于有效场理论构建了受弹塑性载荷铁磁材料的理想磁化本构的显式解析式, 并结合接近原理分析了恒定外加微弱磁场下应力-应变对材料磁化强度的影响. 检测信号分析方面, 基于弹性力学理论、静磁学理论和新建立的磁弹塑性本构关系, 建立并求解了微弱磁场下铁磁试件中弹性应力或塑性区诱导的表面磁信号的二维分析模型. 结合实验结果证实其在刻画弹塑性因素对微磁信号影响规律方面的能力, 并详细分析了微磁信号的特征量与局部弹性应力或塑性区的尺寸间的相关关系. 相比已有力磁本构关系, 本文建立的显式解析形式的理想磁化更加简洁, 有助于提升对力磁耦合效应的定量化理解和应用.      

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.     

磁记忆检测中的力-磁关系及其实验观察

从微磁化基本理论出发,依据能量原理,建立了铁磁材料的能量状态方程;采用最小能量原理和拉格朗日乘数法得出了在外力作用下铁磁体内应力与磁化率改变量之间的线性关系式.进一步讨论了在应力方向改变时应力与相应方向磁化率改变量间的对应关系,证明在不同方向上二者之间的线性关系依然成立.根据变压器原理,设计出铁磁材料磁化率检测装置,以45#钢试件为例,测量了不同方向上应力与磁化率变化量间的对应关系,并与理论值做了比较.实验结果表明文中得出的应力-磁化率变化量表达式与实验测定结果符合得较好.以上工作为明确磁记忆检测技术的检测对象和机理,建立磁记忆检测技术的力-磁本构关系在一个新的视角上做了有意义的探索.     

接触应力对FCB车轮钢组织演变与性能的影响

利用双盘滚动摩擦磨损试验机进行了贝氏体车轮钢的滚动磨损试验,采用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)分析不同接触应力条件下贝氏体车轮钢次表层微观组织演变. 结果表明:在滚动磨损条件下,磨损机制由黏着磨损转变为疲劳磨损,增大接触应力对黏着磨损阶段的磨损量影响不大,但会显著增加疲劳磨损阶段的磨损量;贝氏体车轮钢在塑性变形的过程中,贝氏体铁素板条中位错逐渐增值、先累积形成小角度晶界,而后形成大角度晶界,使贝氏体铁素体发生细化;接触应力的大小影响表层组织的演变,当接触应力增至1 150 MPa时,晶粒细化为超细等轴晶,继续增加接触应力,组织变化并不明显. 接触应力大小会影响贝氏体车轮钢的表面硬度. 接触应力增加使贝氏体车轮钢的表面硬度增高,硬化层深度增大.      

高速列车车轮踏面磨耗预测方法的研究

高速铁路的发展满足日益增长的运输需求,同时带来了轮轨型面磨损问题.通过磨耗预测模型对车轮踏面磨耗量进行预测,及时对磨损的车轮踏面进行镟修,对于列车安全运行具有重要意义.通过建立轮对-钢轨三维有限元模型进行接触计算,提出一种基于有限元算法的摩擦功计算方法,即接触节点的摩擦功等于接触摩擦力与节点相对位移的乘积,实现车轮踏面磨耗预测.通过接触计算,发现接触斑中心处的接触摩擦力较大,相对位移量较小,摩擦功较小;将接触斑摩擦功叠加得到车轮踏面摩擦功,数值曲线呈中部大边缘小,且随牵引力的增大而增大;通过动力学计算,发现列车在直线钢轨运行初期的车轮横移量近似呈正态分布;对列车在直线钢轨上运行不同里程的车轮踏面进行磨耗预测,发现预测型面与实测型面具有相同的磨耗趋势,即车轮名义滚动圆处磨耗最严重,且磨耗宽度随列车运行里程增加而逐渐增大;应用有限元法计算磨耗功并预测车轮踏面磨耗,具有一定的研究意义和实用价值.     

D2车轮钢原始组织对滑动磨损性能的影响

采用MRH-5A型环块磨损试验机对D2车轮钢及U71Mn钢轨钢采取对摩方式进行滑动磨损试验,研究原始组织对D2车轮钢滑动磨损性能的影响. 结果表明:以回火索氏体(TS)为原始组织的D2车轮钢比片状珠光体组织(P)+先共析铁素体(F)的D2车轮钢具有更好的耐磨性能. P+F和TS表面磨损机制均以磨粒磨损和黏着磨损为主,而P+F表面磨损更严重且伴随大块白层剥落现象. TS塑性变形层更薄,其内的铁素体细化成纳米晶,粒状渗碳体不发生剪切变形,主要以溶解为主,不易形成较厚的白层,不发生大块剥落现象,提高耐磨性能.      

基于BP神经网络的钢轴表面硬度磁巴克豪森噪声定量检测技术

利用磁巴克豪森噪声测试方法,实现了钢轴曲表面硬度的无损检测。首先,实验测试了传感器对曲表面磁巴克豪森噪声信号的重复检测性能,统计出不同励磁频率与幅值条件下的磁巴克豪森噪声信号包络线峰值和重复测试数据的变异系数图谱,并利用磁巴克豪森噪声的峰值与其变异系数的比值作为评价指标,优选了传感器工作参数;其次,利用变异系数评价传感器对磁巴克豪森噪声和切向磁场磁参量的重复测试性能,并筛选出变异系数较小的磁参量作为BP神经网络模型的输入;最后,研究了BP神经网络模型隐含层节点数对模型精度的影响,采用最佳优化模型对钢轴表面硬度进行预测,其预测平均误差仅为4.25%。     

D2高速车轮钢在滑动磨损下的白层形成与剥落

通过对不同转数滑动磨损后的D2高速车轮钢进行表面形貌和微观组织观察与分析,研究白层形成、发展与剥落过程以及他们之间的联系.结果表明:随着滑动磨损转数的增加,试块表面磨损方式由黏着磨损逐渐转变为磨粒磨损,同时在磨损表面形成纳米晶白层.该白层由铁素体纳米晶和极少量渗碳体小颗粒组成,其形成机制属于塑性变形机制.从横截面角度观察,白层的形成过程主要分为五个阶段:1)在磨损犁沟内出现月牙形塑性变形层,铁素体发生细化;2)磨损表面形成相对均匀的严重塑性变形层,渗碳体碎化成短棒状甚至是颗粒状;3)犁沟内形成厚度小于1μm的白层,其内组织为纳米级的铁素体和渗碳体小颗粒;4)犁沟内白层增厚成月牙形;5)相邻犁沟内的月牙形白层相互连接,厚度可达10μm.白层剥落过程如下:主要在脊缘处产生裂纹源,表面裂纹沿着与摩擦力成30°~45°方向向犁沟内扩展并交汇,在表层沿着白层与变形层交界处或白层内部扩展,最后使表层金属分层甚至出现金属薄片(含有白层)剥落.     

硅微机械陀螺传感器信号的检测方法

硅微机械陀螺是近几年发展起来的一种新型惯性元件。由于其巨大的军事和民用价值,各国均将研制过程中的关键技术列为高度机密。本文对硅微机械陀螺的关键技术之一 传感器信号的检测方法进行了探讨。提供了几种硅微机械陀螺传感器信号的检测方法,并对这几种检测方法进行了比较。     

原始组织对ER9车轮钢滚动接触疲劳性能的影响

利用双盘滚动接触疲劳试验机对原始组织分别为片状珠光体+先共析铁素体(P+PF)和回火索氏体(TS)的ER9车轮钢试样进行滚动接触疲劳试验,并对结果进行了分析。结果表明:在油润滑条件下,原始P+PF试样的滚动接触疲劳寿命是TS试样的2.8倍.?其原因是原始的P+PF的试样表面存在厚约1?μm的机加工细晶层,而TS试样无明显细晶层,在疲劳过程中,P+PF试样会优先在细晶层内萌生浅层裂纹并平行于表面扩展形成浅层剥落,而后在细晶层剥落的区域萌生疲劳裂纹,而TS试样则直接在试样表面萌生疲劳裂纹.?经过1×105周次在空气中的预磨损后,两种不同原始组织的试样表面均被强化,滚动接触疲劳寿命均有大幅度的提升.?但由于P+PF试样预磨损过程中机加工细晶层的剥落以及产生了少量的疲劳磨损,部分疲劳磨损裂纹成为滚动接触疲劳裂纹的裂纹源,而预磨损后的TS试样的表层形成分布更为均匀的细晶层,故预磨损后的TS试样的滚动接触疲劳寿命远高于P+PF试样.      

检测表面裂纹开裂点的应变片方法

本文较详细地介绍了用电阻应变片检测裂纹开裂点技术检测表面裂纹开裂点及其断裂韧度的试验原理与方法.通过一系列的研究性实验,探讨了应变片的最佳贴片位置.给出结论:当应变片丝栅中心的位置参数y/a=0.90～1.15时,可以达到检测表面裂纹最深处前缘开裂点的目的.并通过与阻力曲线法结果的对比分析,证明了该方法的准确性和可靠性.     

45~#钢表面纳米晶层的高温磨损特性

通过增压喷丸方式使45#钢实现表面纳米化,采用MMU-5G高温材料端面磨损试验机进行45#钢纳米晶层摩擦磨损性能随温度变化的试验,利用TEM表征喷丸后表层的组织,DSC与显微硬度研究纳米层的热稳定性,XPS和SEM表征磨损表面的成分及形貌.结果发现:当温度低于200℃时,喷丸样品表面硬度高,有效减少实际接触面积,耐磨性能优于未喷丸样品;在200～400℃之间时,纳米化样品表层组织结构中存在大量的晶界、位错、空位等缺陷为氧原子与金属原子提供更多的扩散通道,加速疏松的Fe2O3氧化物的形成与脱落,耐磨性能低于未喷丸样品;在400～550℃之间时,喷丸样品由于回复与再结晶,与未喷丸的耐磨性能基本一致.     

粗糙表面上微液滴的数值模拟

本文使用VOF方法将微液滴在粗糙壁面上的接触现象转化为不可压缩两相流动问题,并对其进行三维数值模拟.选择具有柱形突起和槽道两种微结构的壁面进行模拟.计算了不同粗糙系数时液滴在突起结构表面的静止形态和接触角,计算结果和实验数据吻合得较好.和理论模型进行比较,分析了经典模型的适用范围.对于微槽道结构的壁面,计算给出不同方向测量得到的液滴接触角.实现了液滴在倾斜壁面上滑落过程的模拟.液滴沿斜面下滑时,前进角和后退角的变化存在周期性,这一周期性变化和表面粗糙结构密切相关.     

靶材表面粗糙度对GCr15钢表面激光毛化微突体形貌的影响

对不同粗糙度GCr15钢表面激光毛化微突体形貌的几何尺寸、金相组织及各区域表面显微硬度进行了分析.结果表明:粗糙钢表面对激光能量的吸收率高于镜面试样,因此粗糙表面激光毛化微突体的高度比镜面试样的略高;但粗糙表面微突体端部的淬火区组织会因金属蒸发而产生孔洞而降低表面的显微硬度,从而影响表面的耐磨性.为了得到较细化的金相组织而又不产生金属蒸发现象,在控制激光毛化参数条件下,应该尽可能地降低靶材的表面粗糙度,一般应保证Ra≤0.4μm.     

基于足部微惯性/地磁测量组件的个人导航方法

为降低个人导航定位对卫星导航系统(GNSS)的依赖性,研究了一种基于足部安装微惯性/地磁测量组件的个人导航定位方法.该方法通过微惯性测量组件信息进行捷联惯导解算获得人体足部的姿态、速度与位置信息,利用磁传感器确定运动的航向信息,并采用基于步态相位检测的零速修正方法,实时修正MEMS惯性导航系统的导航信息误差以及惯性传感器的随机误差,从而减缓惯性导航系统的定位误差随时间的积累.导航定位实验结果表明,直线与矩形行进路线的导航定位误差在行进约9 min时分别保持在2 m与6 m左右,分别占行进距离的1.1％与2.5％.该实验结果证明所提出的方法可有效提高个人导航系统的定位精度,在GNSS信号衰减或失效的环境中可实现较长时间的个人导航定位.     

化学反应对竖直平板边界磁流体动力学微极流体滑流的影响

Heat and mass transfer effects on the unsteady flow of a micropolar fluid through a porous medium bounded by a semi-infinite vertical plate in a slip-flow regime are studied taking into account a homogeneous chemical reaction of the first order. A uniform magnetic field acts perpendicular to the porous surface absorb micropolar fluid with a suction velocity varying with time. The free stream velocity follows an exponentially increasing or decreasing small perturbation law. Using the approximate method, the expressions for the velocity microrotation, temperature, and concentration are obtained. Futher, the results of the skin friction coefficient, the couple stress coefficient, and the rate of heat and mass transfer at the wall are presented with various values of fluid properties and flow conditions.     

应力和组分占比对马氏体-铁素体双相钢中磁巴克豪森噪声的影响

磁巴克豪森噪声(MBN)技术在马氏体-铁素体双相钢的微观结构及应力无损评价与表征中具有巨大潜力.为探究拉应力和铁素体占比对磁巴克豪森噪声的影响规律及权重,在0?200MPa范围内实验测得了具有不同铁素体占比的双相钢MBN信号.重点分析了MBN蝶形曲线双峰峰值(分别代表马氏体和铁素体)在应力和铁素体占比两因素耦合条件下的...     

润滑条件下钢表面氧化膜结构的SAM研究

作者在球-盘式摩擦磨损试验机上采用阶梯式加载和20~#机油滴注式润滑进行了GCr15钢球对45~#钢盘的摩擦磨损试验。通过摩擦系数的变化记录了在不同滑动速度下摩擦磨损状态发生转化时的临界载荷,从而获得了反映摩擦副摩擦学特性的P-V图,并用扫描俄歇微探针仪(SAM)研究了该摩擦副处于不同状态时表面氧化膜的结构,提出了钢表面氧化膜的结构层次模型,论证了钢的摩擦磨损特性与氧化膜结构之间的关系。     

基于摩擦声发射信号的磨削表面粗糙度在线检测方法研究

利用摩擦产生的声发射(AE)信号的功率谱密度对磨削表面粗糙度进行在线评价．实测结果表明，AE信号的功率谱密度与外圆磨削表面粗糙度之间存在很好的映射关系，利用随机信号分析的经典估计理论建立的这种映射关系可用于外圆磨削表面粗糙度的在线检测．     

Q235钢高能喷丸纳米化表面的摩擦磨损行为

利用球盘式试验机研究了高能喷丸、喷丸抛光及原始样品在干摩擦和油润滑条件下的摩擦磨损行为.结果表明:高能喷丸使Q235钢表面纳米化的同时在表面产生大量凹坑,干摩擦下高能喷丸及其抛光样品的磨损量均大于原始样品;由于表面凹坑的储油作用,在液体石蜡润滑下高能喷丸样品的磨损量小于原始样品,3种样品的摩擦系数均接近0.1;当液体石蜡中加入ZDDP后,由于纳米化表面的活性高,高能喷丸样品的耐磨性提高幅度更为显著,在35 N载荷下是原始样品的1.63倍,是喷丸抛光样品的1.26倍.