Al2O3基陶瓷材料与硬质合金摩擦的应力分析

利用ANSYS有限元分析软件对5种Al2O3基陶瓷材料（纯Al2O3、Al2O3／TiC、Al2O3／（W,Ti）C、Al2O3／Ti（C,N）和Al2O3／SiCw）在MRH-3环块磨损试验机上与硬质合金摩擦进行模拟仿真,得到摩擦磨损过程中的应力及分布,并与室温下的磨损实验结果相比较,同时还探讨了不同添加剂的Al2O3基陶瓷的磨损机理．结果表明：不同成分的Al2O3基陶瓷材料在摩擦磨损过程中最大主应力位于摩擦副接触区中心,最大剪应力位于摩擦副接触区边缘;载荷对主应力和剪应力大小的影响比转速的影响大;在相同的摩擦条件下,受到合应力越大的陶瓷其磨损率越大;合应力越大的陶瓷磨损后陶瓷表面越容易产生微裂纹．5种Al2O3基陶瓷磨损率的大小为：Al2O3〉Al2O3／（W,Ti）C〉Al2O3／Ti（C,N）〉Al2O3／TiC〉Al2O3／SiCw．     

Friction and wear performances of hot filament chemical vapor deposition multilayer diamond films coated on silicon carbide under water lubrication

Tribological properties of chemical vapor deposition (CVD) diamond films greatly affect its application in the mechanical field. In this paper, a novel multilayer structure is proposed, with which multilayer diamond films are deposited on silicon carbide by hot filament CVD (HFCVD) method. The different micrometric diamond grains are produced by adjusting deposition parameters. The as-deposited multilayer diamond films are characterized by scanning electron microscope (SEM) and white-light interferometry. The friction tests performed on a reciprocating ball-on-plate tribometer suggest that silicon carbide presents the friction coefficient of 0.400 for dry sliding against silicon nitride (Si₃N₄) ceramic counterface. With the water lubrication, the corresponding friction coefficients of silicon carbide and as-deposited multilayer diamond films further reduce to 0.193 and 0.051, respectively. The worn surfaces indicate that multilayer diamond films exhibit considerably high wear resistance.     

摆动活齿传动弹流润滑下的摩擦功耗

为了准确获得弹流润滑下摆动活齿传动的摩擦功率损失,根据摆动活齿传动的啮合原理,探讨了弹流润滑状态下,活齿与内齿圈之间滑动摩擦因数的计算方法,分析了传动过程中滑动摩擦因数的时变规律.在对活齿与内齿圈间的接触正压力和相对速度进行计算的基础上,建立了弹流润滑下,摆动活齿传动在一个啮合周期内不同啮合点处的瞬时滑动摩擦功率损失的计算模型.应用最小二乘法拟合了啮合周期内的瞬时滑动摩擦功率损失函数,通过对其进行积分运算导出了平均滑动摩擦功率损失的计算公式.实例计算表明:本文提出的摆动活齿传动啮合过程摩擦功耗的计算模型是可行的,当活齿与内齿圈在齿廓曲线拐点处啮合时,瞬时滑动摩擦功率损失最大,其值为118.4 W.      

道面摩阻不平衡对飞机着陆滑行参数影响

从运动学原理入手建立飞机着陆滑行力学模型, 引入道面摩阻不平衡度, 基于实测道面摩擦因数及其摩阻不平衡度分析飞机着陆减速和匀速滑行阶段的偏航角与偏航距离的变化趋势, 并设计模型试验分析湿滑道面摩阻不平衡下飞机着陆滑行参数变化规律。研究结果表明: 当跑道中心线两侧摩阻不平衡时, 机体产生绕竖轴扭矩, 导致飞机产生偏航角和偏航距离; 摩阻不平衡度的增大导致飞机偏航角与偏航距离增大, 摩阻不平衡度由0.03增加到0.38时, 偏航角增大4倍, 偏航距离增大1倍; 减小中心线两侧的摩阻不平衡度可以有效降低飞机偏出跑道概率; 滑移率对偏航角和偏航距离影响较小; 道面摩擦因数降低, 减速滑行距离增大, 基本呈线性变化; 随着跑道接地带摩阻不平衡度增大, 飞机所产生的偏航角呈直线增长, 当摩阻不平衡度达0.165时, 偏航角达1.2°; 随着跑道接地带摩阻不平衡度增大, 偏航距离也增大, 由于减速段所产生的偏航角, 加之匀速段滑行距离较长, 70%以上的偏航距离是在匀速阶段发生的; 湿滑道面下随着中心线两侧的水膜厚度差增大, 偏航角和偏航距离均增大, 水膜厚度差从0.05mm增加到2.50mm, 偏航角增大6倍, 偏航距离增大5倍。可见, 在接地带保证飞机主起落架两侧摩阻平衡, 有利于着陆减速过程飞机偏航角的控制。      

Fabrication and drilling tests of chemical vapor deposition diamond coated drills in machining carbon fiber reinforced plastics

Chemical vapor deposition (CVD) diamond coated drills are fabricated by depositing diamond films on Co-cemented tungsten carbide (WC-Co) drills. The characteristics of as-deposited diamond coatings are investigated by scanning electron microscope (SEM) and Raman spectra. To evaluate the cutting performance of diamond coated drills, comparative drilling tests are conducted using diamond coated and uncoated WC-Co drills, with carbon fiber reinforced plastics (CFRPs) as the workpiece on a high-speed computer numerical control (CNC) machine. Thrust force and tool wear are measured during the drilling process. The results show that diamond coated drill exhibits better cutting performance, compared with the uncoated drill. The value of flank wear is about 70 μm after machining 90 holes, about a half of that of theWC-Co drill with 145μm after drilling only 30 holes. The wear rate of WC-Co drill is higher than that of diamond coated drill before diamond films peeling off. The diamond coated drill achieves more predictable hole quality. The improved cutting performance of the diamond coated drill is due to the high hardness, wear resistance and low coefficient of friction.     

钢轨踏面疲劳裂纹扩展行为分析

根据试验观察的裂纹尖端特征,建立了钝形疲劳裂纹模型,以裂纹尖端位移为断裂参量,分析了U75V钢弹塑性情况下踏面疲劳裂纹扩展特性。结果显示：踏面疲劳裂纹尖端有较大的塑性区,应采用弹塑性断裂力学理论分析踏面疲劳裂纹的扩展行为;裂纹尖端滑动位移受轮轨力、轮轨摩擦系数和裂纹面摩擦系数影响,其中裂纹面摩擦系数对裂纹尖端滑动位移影响最大。裂纹尖端张开位移主要受轮轨力和轮轨摩擦系数影响。利用塑性复合系数分析踏面疲劳裂纹扩展特性,认为踏面疲劳裂纹主要以Ⅰ／Ⅱ复合型扩展方式扩展。     

滑动摩擦系数的离散元数值模拟与分析

针对滑动摩擦的研究现状及存在的问题进行了简单叙述,将离散元理论引入滑动摩擦研究,应用基于该理论的三维颗粒流数值模拟软件（PFC3D）建立了滑动摩擦模型,重点分析了接触压力、表面粗糙度和相对滑动速度等因素对滑动摩擦系数的影响,模拟结果与经典摩擦理论结论进行了对比和讨论,最后给出了进一步研究的一些建议。     

实体有限元模拟预制节段桥墩循环荷载分析

采用实体有限单元法模拟无粘结预应力、普通箍筋约束预制拼装桥墩在循环荷载下的力学反应,得到其荷栽位移滞回曲线。为了提高预制拼装桥墩的滞回性能,改进模型,使用贯穿节段接触面的普通纵向钢筋作为能量耗散装置增强耗能能力。改进后的模型残余变形小,滞回性能高。     

公路路基特长箱涵顶进模拟试验

为使公路路基特长箱涵顶进施工顺利实施,基于模拟试验模拟涵洞顶进的实际摩擦性状,将箱涵及周围土分别简化为混凝土模型与土模型,分析采取减阻措施前后混凝土与混凝土、混凝土与不同含水量的土之间的摩擦系数的变化规律,利用摩擦系数计算实际箱涵需求的顶进力。发现混凝土与混凝土之间的滑动摩擦系数平均为0.31,石蜡机油混合物作为混凝土与混凝土滑动减阻材料效果明显,摩擦系数平均为0.12,减阻61%,涵周土体含水量的变化对混凝土与土之间的摩擦系数影响较大,含水量越大摩擦系数越小。模拟试验结果表明:实际箱涵顶进时,须对涵洞轴线周围地质情况进行勘探,以掌握涵周土体的工程特性,进而提出合理的减阻技术。     

A new fractal model of elastic,elastoplastic and plastic normal contact stiffness for slow sliding interface considering dynamic friction and strain hardening

The deflection properties of elastic stage, elastoplastic stage and plastic stage of elastomer were analyzed. Taking account of the kinetic friction force in friction interface and strain hardening in slow sliding interface, the elastic, elastoplastic and plastic normal contact stiffness model for harsh surface was established, which revised the Majumdar-Bhushan fractal model and made it more perfect. In the combination of macro and micro perspective, the effects of coarse surface fractal variables, kinetic friction force in the friction interface, material characters of the friction couples on the contact status and contact property were discussed by the study of digital analysis. Results imply that the normal contact stiffness improves with the increasing real contact area and normal contact load, and reduces with the augment of kinetic friction coefficient. When the kinetic friction coefficient is smaller than 0.3, the normal contact stiffness comprises a linear decrease with the increment of kinetic friction coefficient. When the kinetic friction coefficient is bigger than 0.3, the normal contact stiffness has an exponential decrease with the increasing kinetic friction coefficient.     

凝冰条件下沥青路面与轮胎接触摩擦动力响应分析

综合考虑轮胎材料超弹性和路面材料的粘弹性、轮胎与路面间的瞬态接触摩擦作用,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立凝冰条件下轮胎与沥青路面接触的有限元模型,分析沥青路面动力响应规律。结果表明：凝冰条件下沥青路面路表弯沉在轮胎作用的区域明显增大,在没有直接作用的区域弯沉逐渐减小,且路表弯沉随着摩擦系数的增大而逐渐增大;路表水平剪应力以轮胎作用区域为中心呈反对称分布,且最大水平剪应力在轮胎经过前随着摩擦系数的增大而减小,而在轮胎经过后随摩擦系数的增大而增大。路表竖向应力在轮胎作用的瞬间出现应力集中现象,在非作用区域则很小,竖向应力随着摩擦系数的增大而减小;同时阻尼对凝冰沥青路面力学响应也有着重要的影响。     

水分对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金工艺制备了含二氧化硅和石墨的铜基粉末冶金摩擦材料,利用定速摩擦试验机,分别在摩擦速度为7.8~47.1 m/s的范围内,探讨了干、湿摩擦条件下材料摩擦磨损性能的变化情况.结果表明：摩擦表面第三体的状态与干、湿摩擦条件密切相关,并影响材料的摩擦磨损性能.摩擦速度低时,材料的干摩擦系数高于湿摩擦情况,原因在于水起到隔离和润滑作用;摩擦速度提高,干摩擦系数低于湿摩擦条件,这归因于水分对表面的冷却作用降低了基体高温软化程度.     

Friction and cutting properties of hot-filament chemical vapor deposition micro- and fine-grained diamond coated silicon nitride inserts

The micro-crystalline diamond (MCD) and fine-grained diamond (FGD) films are deposited on commercial silicon nitride inserts by the hot-filament chemical vapor deposition (HFCVD) method. The friction and cutting properties of as-deposited MCD and FGD films coated silicon nitride (Si₃N₄) inserts are comparatively investigated in this study. The scanning electron microscopy (SEM) and Raman spectroscopy are adopted to study the characterization of the deposited diamond films. The friction tests are conducted on a ball-on-plate type reciprocating friction tester in ambient air using Co-cemented tungsten carbide (WC-Co), Si₃N₄ and ball-bearing steel (BBS) balls as the mating materials of the diamond films. For sliding against WC-Co, Si₃N₄ and BBS, the FGD film presents lower friction coefficients than the MCD film. However, after sliding against Si₃N₄, the FGD film is subject to more severe wear than the MCD film. The cutting performance of as-deposited MCD and FGD coated Si₃N₄ inserts is examined in dry turning glass fiber reinforced plastics (GFRP) composite materials, comparing with the uncoated Si₃N₄ insert. The results indicate that the lifetime of Si₃N₄ inserts can be prolonged by depositing the MCD or FGD film on them and the FGD coated insert shows longer cutting lifetime than the MCD coated one.     

简支梁桥的地震反应性能

分析研究了简支梁桥在地震作用下的空间地震反应性能。着重讨论了桥梁支座在地震过程中的反应特点和滑动铰支座的摩擦系数和桥梁空间地震反应性能的影响。因为摩擦的滞回特性，所以在地震过程耗散大量的能量。滑动铰支座的摩擦存在对桥梁的抗震是有利的。     

基于非线性超声的CL60车轮和U75V钢轨磨损检测方法

针对早期轮轨滚动磨损变化过程难以通过无损手段进行表征的问题,提出了非线性超声技术对不同磨损程度的CL60车轮与U75V钢轨试样进行检测评估;建立了基于轮轨试样表面磨损特征的Murnaghan模型,并利用非线性超声有限元仿真,通过塑性变形层厚度变化情况模拟不同程度的摩擦损伤,分析了其相对非线性系数变化规律及其产生原因.试...     

充填粗糙节理直剪数值模拟宏细观分析

利用颗粒流数值计算方法对岩石充填节理直剪作用下力学性质进行研究,从细观角度分析不同法向荷载下粗糙节理面的损伤情况;探讨充填节理粗糙程度、充填物强度参数、充填物与围岩接触面强度以及充填厚度对节理剪切强度的影响,结果表明:（1）随着法向荷载的增大,上下节理面接触状态及粘结力分布规律发生转变,充填节理面粘结破坏明显增加;（2）节理粗糙度系数（JRC）对峰值剪切应力的影响较大;随JRC的增加节理峰值剪切强度增大;节理面粘结力呈类线性增长,而内摩擦角随JRC的增大而呈明显的非线性变化;（3）随节理充填物粘结强度比的增加,峰值剪切应力增大;随充填物强度比的增加,节理面粘结力出现明显的增长,而内摩擦角呈现先下降后增加的趋势;（4）当法向荷载较小时,峰值剪切应力受接触面粘结强度比的影响较大;当法向荷载较大时,其对峰值剪切应力的影响程度明显降低.节理面粘结力和内摩擦角随接触面粘结的增加分别呈现出非线性增长和下降的趋势.（5）节理剪切力学形式随充填后的增加呈现降低的趋势,然而随着厚度的不断增加,所带来的剪切力学参数变化程度逐渐减小.      

三维弹塑性轮轨滑动接触热机耦合分析

为提高轮轨滑动接触热响应分析的准确性,基于Johnson-Cook材料模型,充分考虑含摩擦因数在内多种材料属性的温度相关性、3种热传递方式和轮轨实际廓形,建立了全比例三维弹塑性轮轨滑动接触有限元模型,采用完全耦合法对滑动接触状态下的轮轨进行热机耦合分析;研究了车轮以1 m·s-1速度沿钢轨滑行0.1 s时的轮轨温度场和应力场分布特性,分析了轴重、相对滑动速度对轮轨接触区温度场的影响,得到了热影响层深度、热影响层宽度、轮轨表层温度随轴重、相对滑动速度的变化关系。分析结果表明:轮轨最大等效应力发生在次表层接触斑中心处,车轮表层最高温度发生在接触斑后半部分中心处,车轮表层最高温度为848 ℃,钢轨表层最高温度为768 ℃,钢轨表层最高温度低于车轮表层最高温度;轮轨热影响层很薄,车轮热影响层深度约为4.22 mm,钢轨热影响层深度约为3 mm;轮轨热影响层深度随轴重增大无明显变化,而宽度随轴重的增大而增大,轮轨热影响层深度随相对滑动速度的增大而减小,而宽度随相对滑动速度增大无明显变化,轮轨表层温度随轴重和相对滑动速度的增大而增大,且相对滑动速度对轮轨热响应影响更大。全比例三维弹塑性轮轨滑动接触有限元模型及热机完全耦合法能够更加准确地预测轮轨滑动接触热响应,对合理开展轮轨热损伤和热疲劳研究具有重要意义。      

TiCx／Fe（Al，Ti）复合材料的常压制备及性能

通过原位反应常压烧结法制备了一种新型的TiCx／Fe（Al,Ti）复合材料,并对Ti3AlC2与Fe的原位反应途径及制备工艺和性能进行了研究,结果表明,Ti3AlG从760℃附近就开始与Fe初步发生原位反应,生成TiCY相．随着烧结温度达到1100℃,Ti3A1G相的衍射峰完全消失,随着温度继续升高到1400℃的烧结温度范围内,所生成的复合材料物相均保持为TiG和Fe（A1,Ti）固溶体不变．反应后,原料中微米尺寸的Ti3AlG颗粒分裂成尺寸约500nm左右的片状小颗粒,各小颗粒与Fe基体紧密连接的．而复合材料的力学性能随着Ti,～C2的体积含量发生变化,当Ti3AlG含量达到时20％,复合材料抗弯强度达到最大为266MPa．     

部分滑水对路面附着系数的影响

根据能量守恒原理，利用作用在轮胎上的动水压力计算式，通过有限元计算，分析了由于部分滑水而导致的附着系数的降低状况，得到了附着系数与水膜厚度、行车速度的关系式。计算结果表明，如果水膜覆盖在路面上，那么汽车行驶时不可避免地要产生部分滑水现象，轮胎与路面间的附着系数和干燥状态相比，要下降很多。汽车在低速行驶时，水膜厚度对附着系数的影响较大；而在高速行驶时，则速度的影响较大。     

拧紧速度对螺栓转矩系数的影响分析

为了研究拧紧速度对螺栓拧紧特性的影响,利用多功能螺栓紧固分析系统对紧固件进行转矩——夹紧力试验,通过试验分析得出摩擦系数随着拧紧速度的增大而减小并逐渐趋于稳定;同时摩擦系数是影响转矩系数的主要因素,转矩系数是摩擦系数的增函数,在一定范围内,转矩系数与摩擦系数呈同增减趋势;紧固件的拧紧过程,摩擦会产生高温,温度变化是使摩擦系数发生变化的重要因素.