湍流状态下超疏水表面流场减阻特性数值仿真研究

通过对湍流状态下具有特定微观尺寸的超疏水表面流场进行数值仿真计算,对超疏水表面流场的减阻特性进行了分析。针对超疏水表面矩形微观形貌特点,计算域采用结构化网格进行划分,采用VOF多相流模型,Realizable湍流模型,对超疏水表面流场进行仿真。结果表明:受微观形貌的影响,超疏水表面在宏观上的壁面滑移、微观凹坑处的低剪应力和近壁面的低湍流度是其具有减阻特性的重要原因;超疏水表面减阻特性受凹坑内空气体积比影响很大,但是在凹坑内全充满液体条件下,依然具有减阻效果。     

绝热材料动态烧蚀试验方法

为了研究绝热材料的动态烧蚀特性,建立了一种敞开环境下绝热材料烧蚀表面的实时监测方法,用光学技术实时记录绝热材料试样表面烧蚀形貌和烧蚀面退移过程,通过图像处理,成功获得了绝热材料动态烧蚀率和烧蚀形貌的相关信息。该监测方法可对一定条件下炭化层的动态烧蚀性能进行评估,通过图像的批处理可获得每一时刻的动态烧蚀率和前n秒的平均线烧蚀率,适用于绝热材料动态烧蚀特性研究,还可以用于研究在绝热材料表面的炭化层形成和消耗特性。     

飞秒激光制备铜微纳结构表面的润湿及抗结冰特性研究

基于微结构表面形成的疏水特性可以有效应用于水腐蚀防护、电缆防护、飞机防冰等重要领域。研究中,不借助其他化学处理手段,仅通过飞秒激光直接制备了多种疏水功能特性微纳结构铜表面,并系统研究了温度对微纳结构表面的疏水特性影响及抗结冰性能。结果表明,这些疏水微纳结构表面在低温下与原表面相比都能有效延缓水滴的结冰过程,这一现象的产生与其表面润湿性能及微纳结构形貌有关。     

油润滑下微细电火花线切割加工表面的摩擦学特性

以球-面接触方式,利用UMT-2MT型多功能摩擦磨损试验机考察了微细电火花线切割加工表面在缝纫机油润滑下的摩擦学性能,采用非接触式表面形貌分析仪和扫描电子显微镜分析了摩擦表面的形貌,讨论其磨损机理.结果表明,油润滑条件明显改善了微细电火花线切割加工模具钢M42表面的摩擦学特性;随着载荷的增加,摩擦系数降低,磨损体积呈增...     

飞秒脉冲激光诱导TC4微结构表面抑冰特性实验

飞机发动机进气道前缘唇口积冰将会严重威胁航空安全,仿生研究表明具有微纳结构的疏水表面可以起到良好的抑冰效果。针对飞机唇口材料TC4,采用飞秒脉冲激光诱导制备TC4微结构表面,利用三维形貌仪和扫描电镜对TC4合金表面三维形貌和微纳结构进行观测,应用接触角测量仪分析表面浸润改性,依托结冰特性实验系统测试微结构表面抑冰抑霜性能,并分析飞秒脉冲激光加工工艺参数对表面微观结构和抑霜特性的影响机制。研究结果表明：随着激光扫描速度的增大,TC4合金表面形成的拱形沟壑深度增加,沟壑上方出现干涉条纹以及圆形凸起且微纳凸起的尺寸随扫描速度的增大而增大,接触角先减小后增大再减小;加工后表面液滴冻结时间比未加工表面延迟30 s;扫描速度2 000 mm/s时的液滴冻结时间最长,霜层质量最小,高度最低。飞秒激光加工TC4合金表面形成的微纳结构以及表面吸附的有机物能够改变表面接触角;粗糙度和表面形貌能够影响表面结冰时间和结霜量。     

磨削表面形貌建模研究进展

磨削表面形貌是磨削表面完整性的重要评价指标,其对材料的使用性能和表面质量起着关键作用。本文对磨削表面形貌建模的方法、技术路线以及研究成果进行了现状分析,对磨削表面形貌建模的三类方法(经验建模法、理论建模法、有限元分析法)进行了综述,对各类建模方法的原理和优缺点进行了论述,指出目前磨削表面形貌研究方向存在的问题和不足。最后,提出了磨削表面形貌建模研究的发展方向。     

端齿齿面精研后的表面形貌

本文根据端面齿分度盘在对研过程中的特点,针对其表面形貌进行了试研、观测和分析研究,旨在揭示端齿对研所特有的机理及其表面形貌的构成方式,并进而阐述它与分度精度的关系及用以提高精研效率的有效方法。     

磨削表面形貌建模研究现状与展望

文 摘 磨削表面形貌是磨削表面完整性的重要指标之一,其对材料的接触应力、耐磨耐腐蚀性及抗疲劳强度等起着关键作用。本文概述分析了国内外在磨削表面形貌建模方法、技术路线、研究结果等所取得的进展,对磨削表面形貌建模的三类方法(经验建模法、理论建模法、有限元分析法)进行了综述,对各类建模方法的原理和优缺点进行论述,指出当前相关磨削表面形貌研究方向存在的问题。最后,提出了磨削表面形貌建模研究的发展方向。     

航空发动机零部件的抗疲劳制造技术

航空发动机制造技术是航空工业的关键技术,传统的航空发动机制造技术是以制造成本、时间、空间等为依据,通过工艺控制,形成满足要求的表面特征的制造技术.它关注的是表面机加工形位、表面形貌、表面裂纹等特征,考虑的是低成本、高效率、高精度,对发动机的寿命和可靠性方面关注不足,满足不了航空结构的轻量化、高可靠性要求.     

国产T700级碳纤维增强双马树脂基复合材料的力学性能

采用扫描电子显微镜(SEM)、反气相色谱(IGC)和X射线光电子能谱仪(XPS)对国产T700级碳纤维和东丽T700S碳纤维的表面形貌、表面能和表面化学特性进行表征,测试两种碳纤维增强双马树脂基复合材料的力学性能,考察国产碳纤维复合材料的界面黏结性能、韧性和湿热性能。结果表明:碳纤维表面特性(表面形貌、表面能和表面化学组成等)对复合材料界面黏结性能具有显著影响;国产T700级碳纤维/QY9611复合材料在室温下的界面黏结性能优于T700S/QY9611复合材料;国产T700级碳纤维/QY9611复合材料的韧性优异,冲击后压缩强度达到了国外先进复合材料IM7/5250-4的水平;经湿热处理后的层间剪切强度仍与T700S/QY9611复合材料相当,说明国产T700级碳纤维/QY9611复合材料具备良好的湿热性能。     

基于截面SEM数据特征的微尘三维形貌建模方法

多尘环境下服役的航空航天装备其性能受到微尘的严重影响，如沙漠起降的军用直升机、运输机和火星多尘表面使用的火星车等。为加强航空航天装备的防尘设计，微尘的三维形貌十分关键且影响着微尘的气动和附着等特性，但由于微尘粒径分布宽、成分复杂、外形不规则，获得精确的微尘三维形貌十分困难。提出了一种基于截面SEM数据特征的微尘三维形貌建模方法，通过逐层剥离获得高精度的微尘断层二维图像，基于埋入的钢球在断层图像中的半径变化，解决断层图像间距的精确测定难题，实现了基于断层图像的微尘三维形貌重构。以粒径100μm微尘样品，利用所提出方法进行了三维形貌重构和分析，获得了500个砂尘的近似三维模型。定量化表征了微尘的三维形貌，形成了微尘的外形特性分析方法，为研究微尘气动、反弹与吸附特性提供了微尘的形貌数据，进而推动航空发动机冲蚀防护、航空发动机气体动力学与航天探测器的研究，对航空航天装备的防尘设计有重要意义。     

基于格子Boltzmann方法表面形貌对微通道对流换热的影响

为推动微通道冷却技术在航空发动机中的应用,进一步提高航空发动机性能,本文通过扫描电子显微镜、粗糙度扫描仪等多方式扫描得到实际加工物体表面形貌,结合分形理论进行处理,得到真实、光滑、分形插值、康托尔集四类圆形截面管模型,管径100μm~400μm;采用格子Boltzmann方法进行数值模拟,首先通过与文献中实验结果的对比,验证了此方法的正确性,然后对空气在这四类圆形截面微通道中的对流换热特性进行了数值模拟,计算雷诺数Re范围80~640;结果发现：表面形貌是微通道中对流换热不可忽略的因素,相对粗糙度越大越有利于换热,真实扫描管的换热性能要比相同条件下光滑管高2.22%;分形理论可用于微通道表面形貌的构建,在相同迭代次数下,分形插值模型与真实扫描形貌换热性能相差0.03%,而康托尔集模型与真实扫描形貌换热性能相差1.88%,分形插值模型较康托尔集模型更能真实地反映实际形貌;微通道中,随着雷诺数的增加Nu将不再是常数,而是有增加的趋势。     

铸铁结合剂微粉金刚石砂轮的在线电解修整的试验研究

针对硬脆材料光滑磨削表面的要求,在MM7120A精密平面磨床上自行制作了一套ELID磨削装置,并对铸铁结合剂微粉金刚石砂轮在线电解修整技术进行了试验研究。建立了电解参数对微粉砂轮表面修整形貌的影响关系,提出了ELID的双重作用特性,即微量修锐和精密整形,并发现了电解膜在硬脆材料磨削过程中的重要功效。     

金属材料表面形貌对微观力学行为的影响

利用原子力显微镜对不同金属试件表面的三维形貌进行了定量表征和分析,并通过建立有限元模型研究了表面微观应力集中的分布及变化.结果表明:不同的表面处理方式、不同的材料性质对表面微观形貌的影响非常明显,而且在金属表面,微观应力的分布与其微观形貌紧密相关,当表面处理方式改变时,表征参数的全面改变是导致微应力集中变化的主要原因,在评价表面状态对疲劳性能的影响时,不能仅考虑表面粗糙度的改变,应当综合分析各表征参数的变化.     

超精密车削表面三维微观形貌仿真及特征分析

对在金刚石超精密车削加工中刀具与工件间相对振动对工件表面形貌的影响进行了仿真,并在理论上对工件表面的三维微观形貌的特征进行了分析,表明在不同的切削条件下工件表面形貌具有不同的特征。     

纳米级三维测量仪

日本エソオニクス最近开发了纳米级的三维测量仪,它是在扫描式电子显微镜上安装了数个二次电子检出器,经过积分信号处理等过程,能真实地显示表面形貌。用于观测金刚石刀头尖端半径、各种盘面和结晶生长过程。     

激光宏观结构化金刚石砂轮磨削氧化铝工艺

为了研究砂轮表面结构化对砂轮磨削性能的影响,利用脉冲激光对树脂结合剂金刚石砂轮进行了表面宏观结构化。采用6种不同类型的金刚石砂轮表面宏观结构进行了氧化铝的磨削实验,建立了激光宏观结构化金刚石砂轮的磨削力模型,比较了6种不同激光宏观结构化金刚石砂轮与非结构化砂轮在不同磨削参数下磨削力的差异,分析了砂轮制造后的表面形貌与结构化砂轮的磨损特性。实验结果表明,砂轮宏观结构化对磨削性能有很大影响,激光宏观结构化砂轮的磨削力可以减小2. 5%~24. 5%,砂轮结构化后的表面形貌出现石墨化现象;宏观结构化砂轮沟槽边缘磨损加剧,但沟槽磨损并没有明显加快宏观结构化砂轮的磨损。     

陶瓷基复合材料不同加工工艺的表面形貌分析研究

主要对比分析了机械加工、高压水射流加工、激光加工的3种不同加工工艺对SiCf/SiC复合材料表面形貌的影响。结果显示机械加工与高压水射流加工表面孔洞和微裂纹均较多,水切割表面呈现出纤维拔出状态;空气环境中激光加工的表面平整,出现了封孔特征,孔洞和微裂纹数量少,氮气环境中激光加工的表面形貌生长了一层SiC晶粒,可起到愈合表面孔洞和微裂纹的作用。     

表面形貌的分形描述及其评定

 通过修正的表面形貌高斯随机分形模型从理论上推导出支承长度率曲线与分形维数有关，而形貌系数对该曲线的影响较小，从实验上验证了这一结论。得出，分形维数提供了表面接触承载能力的单值定量尺度，是比支承长度率曲线更简洁而实用的参数。     

基于视觉识别的电解加工多孔表面评定方法研究

针对电解加工多孔表面特点,提出表面形貌评价指标,获取多孔表面图像并对其进行预处理,提取腐蚀率、不均匀度、灰度等特征参数,揭示各特征参数与电解加工多孔表面形貌的相关性,并通过实例证明该方法适用于电解加工多孔表面的测量。