Zn-Cr2AlC复合材料的制备与摩擦磨损性能

为改善金属Zn的摩擦磨损性能,采用热压法制备Cr₂AlC陶瓷颗粒增强Zn基复合材料,并研究了Cr₂AlC质量分数对复合材料的金相组织、维氏硬度、相对密度及摩擦磨损性能的影响。结果表明,复合材料的硬度随着Cr₂AlC质量分数的适量增加而明显升高。当Cr₂AlC的质量分数达到20%时,复合材料的硬度是纯Zn的1.52倍。摩擦磨损实验表明,Cr₂AlC颗粒的引入,可显著改善复合材料的摩擦磨损性能,摩擦系数由纯Zn的0.75降到Zn-20%Cr₂AlC的0.65,Zn-30%Cr₂AlC的磨损率相比纯Zn下降了80.54%。分析磨损表面形貌,得出其磨损类型为磨粒磨损和剥层磨损。     

轴向柱塞泵球面摩擦副冲铆工艺优化的有限元分析及试验验证

柱塞杆与座零件形成的摩擦副,制造过程极易造成该位置过度变形,导致异常磨损,以及泵性能失效,因此有必要分析轴向柱塞泵球面摩擦副制造工艺过程。本文以制造工艺对摩擦副的应变为研究对象,利用应力应变的有限元仿真,分析压配过程、冲头工装对摩擦副结构的影响,以及变形后摩擦副间隙内的流场力分布情况,得出工艺参数应选择适当的应力值(数值800~~1000N)、选用约60°结构的冲头工装执行冲铆工序的结论。通过有限元分析,为提高泵合格率做理论支撑。     

轴向柱塞泵/滑靴副润滑磨损的影响因素分析

斜盘-滑靴副(滑靴副)的磨损会导致泵泄漏增加、效率降低,进而影响寿命.提出了一种基于弹性流体动力润滑(EHL,Elasto Hydrodynamic Lubrication)磨损模型的轴向柱塞泵滑靴副加速寿命试验方法.该方法以滑靴副的油膜分析结果为基础,综合考虑工况参数(温度/转速/压力)对滑靴副磨损的影响,揭示了影响滑靴副磨损过程的内在因素.研究以某型轴向柱塞泵为对象,首先基于提出方法,对2组不同工况下的滑靴副磨损量进行了分析,并将分析结果与长周期的磨损试验结果进行了对比,验证了磨损量分析结果的准确性,也表明本文提出的方法与模型具有可用性.然后,基于本文提出方法和磨损分析模型,对比分析了介质温度(黏度)、输出压力、转速与滑靴副磨损率的相对关系.最后,探讨了柱塞泵的磨损加速寿命试验的加速手段,以及工况对于加速比率的影响.研究结果能够用于制定柱塞泵加速磨损试验的载荷谱,以及为降低泵磨损为目的的设计优化.      

基于多场耦合建模与Bootstrap方法的滑环可靠性评估

导电滑环作为卫星太阳电池矩阵驱动机构的核心部件,其可靠性关系到卫星寿命的长短,由于空间用滑环寿命试验费用昂贵、试验周期长、样本数据量少等特点,无法获取大样本寿命数据,利用传统大样本数据进行统计推断,从而进行可靠性评估的方法存在困难。因此提出一种基于摩擦磨损模型的可靠性评估方法,应用赫兹理论、传热学方法分别计算摩擦副磨损过程中的接触区域变化和温度变化,量化热力电多场耦合对摩擦副磨损的影响,提出基于粘着磨损的多物理场耦合磨损模型,基于该模型得到的寿命数据,运用改进Bootstrap方法得到滑环寿命分布的参数估计,最后与传统可靠性预测方法结合,得到一系列滑环可靠性指标。方法对比结果表明,改进Bootstrap方法不仅具有较高的评估精度,还具有主观性小、适用性强的特点,由该方法所得的各可靠性指标均符合工程实际,具有很强的工程应用价值。      

9胆固醇类离子液体作为空间油润滑轴承抗磨添加剂的性能研究#br#

本文合成了一种新型胆固醇类磷酸酯离子液体(记作［Col］［DBP］)，通过一系列结构及理化性能表征，发现该离子液体具有良好热稳定性，在合成烃类油(MAC)中具有优良的油溶性.然后利用真空球 盘摩擦试验机对比考察了［Col］［DBP］与另外两种油溶性离子液体(［P88816］［DOSS］与［P8888］［DEHP］)作为MAC添加剂对钢/PI、钢/PA两种摩擦副的润滑抗磨性能，结果表明：对于钢/PI摩擦副，三种油溶性离子液体均表现出显著的抗磨性能，其中［Col］［DBP］离子液体的抗磨性能最优，［P8888］［DEHP］离子液体的减摩效果最好；对于钢/PA摩擦副，三种油溶性离子液体作为MAC添加剂，均未起到显著的润滑抗磨作用.利用OM和SEM对磨损表面进行分析表征，发现三种离子液体均能明显改善MAC润滑条件下摩擦副的犁沟效应，获得较为光滑平整的磨损表面.     

考虑磨损后含间隙指向机构运动特性

为了提高空间指向机构磨损寿命的预测精度,克服传统静态磨损寿命预测的缺陷,计及间隙、摩擦磨损耦合因素,以实现机构关节动态磨损的精确预测,并对综合考虑间隙、摩擦磨损等因素的空间二维指向机构动力学问题和磨损问题进行了研究。采用牛顿 欧拉法,将间隙变量嵌入动力学模型,构建含间隙二维指向机构的动力学模型。基于Archards磨损模型,找到运动副接触面不同位置处的磨损深度,重构运动副表面形貌,并对磨损前后含间隙指向机构的动态特性进行分析,得到了关节处接触碰撞力和切向摩擦力的变化规律;采用动态拟合变量法和离散处理法分别对含间隙运动副内部间隙与接触力间、运行时间与相对滑移速度间的对应关系进行拟合,并建立了动态磨损数学模型;进一步预测了二维指向机构在跟踪模式、调姿模式下的运行时间分别为1259192h、76444h。研究工作为二维指向机构的本体设计、制造与应用奠定基础。     

用延拓试验方法预测产品磨损寿命的研究

根据耗损失效产品的渐发性故障模型,应用稳定磨损阶段的理论,提出了一种延拓试验方法。该方法将产品关键摩擦副的磨损寿命作为产品的使用寿命,在失效模式和机理不变的情况下,既不需要试验样品做到失效,又缩短了试验时间,延拓预测产品寿命特征值。     

多孔聚酰亚胺含油轴承保持架的磨损机理研究

在实际运转过程中,空间含油轴承保持架在兜孔、引导面上均表现出不同程度的磨损发黑现象,认清其磨损机理对于指导含油材料设计、提升空间轴承性能至关重要.采用冷压热烧结的方法制备了多孔聚酰亚胺(PPI)材料,通过打磨处理改变PPI表面形态,继而研究了表面形态对其摩擦磨损及摩擦界面输供油性能的影响,并在此基础上提出了含油材料的磨损模型.结果表明,PPI材料的磨损发黑源于孔隙边缘的微区承载,在高压载荷作用下孔隙边缘会发生剪切变形、断裂,产生的摩擦热会诱发聚酰亚胺材料或润滑油的分解和碳化.含油保持架的磨损会对轴承持续运转产生影响,孔隙边缘发生的剪切变形以及产生的磨屑会封堵保持架表面孔隙,破坏摩擦界面输供油路径,导致摩擦系数的波动和磨损的持续变大,对轴承的运转稳定性和摩擦噪音产生潜在的负面影响.     

飞机液压泵二维性能退化的可靠性评估

飞机液压泵为飞机操纵、起落架收放和刹车提供高压能源,其安全性和可靠性至关重要。针对飞机液压泵二维退化可靠性评估问题,构建了基于液压泵微观表面混合润滑的转子-配流盘摩擦副和轴尾密封副的摩擦磨损退化模型,基于统一随机过程模型描述2个性能指标的退化规律,利用Copula函数表征二维性能退化的相关关系,使用贝叶斯马尔可夫链蒙特卡罗法得到其考虑二元相关退化模型的未知参数估计,进而对飞机液压泵进行了可靠性评估。通过液压泵回油流量及轴尾密封摩擦力矩2个性能退化指标的实际退化数据,验证了所提出的理论和方法。结果表明,考虑2个性能退化指标相关的退化模型有效提高了可靠性评估及寿命预测精度。     

高速干摩擦机械密封的端面变形及摩擦磨损

针对机械密封在高速干摩擦状态下,因设计不当产生端面过度变形和磨损而引起的密封失效问题,建立了热-结构耦合数值计算模型,分析了密封的温度场和端面变形。试验测试了静环温升,分析了动静环端面特征,探讨了高速干摩擦状态下的磨损机制。研究结果表明：建立的有限元模型能准确地预测密封的温度和端面变形,计算值和试验值相差小于11%;密封端面峰值温度对转速更敏感,随着运转时间的延长,温度先迅速增加后逐渐变缓;静环易产生锥度变形,造成端面接触压力和磨损不均匀,静环座的“匡正”作用能够改善这类变形;摩擦转移膜的存在状态对密封的温升、端面粗糙度起关键作用,动环表面喷涂Cr₂O₃等金属氧化物,能较好地保持致密的石墨转移膜,减轻密封的磨损。研究结果为机械密封的设计、优化和应用提供了基础。     

Al-Li合金搅拌摩擦焊搭接接头的疲劳性能

通过疲劳寿命试验、疲劳断口和金相组织分析,研究了Al-Li合金搅拌摩擦焊搭接接头的疲劳性能,分析了接头前进侧热机影响区(TMAZ, Thermal-Mechanically Affected Zone)出现的"钩状缺陷"对其疲劳性能的影响.结果表明,钩状缺陷容易引起裂纹萌生及扩展,减小接头的有效承载板厚,适当缩短搅拌针长度可以改善钩状缺陷,提高接头力学性能.母材与搭接接头的疲劳S-N曲线研究表明:在高疲劳应力下,接头的疲劳寿命接近母材,但随着疲劳应力水平降低,接头的疲劳寿命急剧下降,200万循环周次下的疲劳强度仅达到80 MPa,为母材的35%.     

TC6钛合金的微动疲劳特性研究

钛及铁合金广泛用于燃气涡轮发动机及飞机结构。尽管这类合金在性能上有诸多优点,但其疲劳寿命对材料表面状态,特别是微动损伤极为敏感。为深入认识这一现象的成因,本文研究了TC6钛合金在室温下的微动疲劳特性。试验结果表明,和非微动疲劳相比,微动疲劳强度下降60％,这主要归因于接触面磨损造成的微动损伤,促使疲劳裂纹萌生和早期断裂。     

基于刚度下降的疲劳累积损伤模型的研究

复合材料在静态和动态载荷作用下的损伤是十分复杂的,对损伤的精确建模是关系到复合材料力学行为描述的关键问题.从应变等效性假设出发,通过分析和描述疲劳过程中刚度和应变的演化规律,提出能够描述材料疲劳损伤演化过程的、以应变定义的和在疲劳过程中真实地反映材料动态本构关系的损伤因子,建立考虑残余应变的刚度下降复合材料疲劳损伤模型.T300/KH-304是我国新近研制的高性能航空复合材料,应用此模型开展对其疲劳损伤行为的分析与研究.在岛津液压伺服试验机上,加载频率控制在4.1 Hz,对这种材料的层合板进行4个常幅应力水平的疲劳实验,建立了T300/KH-304复合材料的疲劳模型的数学表达,经验证模型优于经典的疲劳模型的S-N曲线拟合精度,最大的误差仅为2.4％,且能反应疲劳损伤的发展规律.      

基于损伤力学的增材制造金属材料疲劳寿命预测

增材制造(AM)技术发展迅速，广泛应用于航空航天领域合金构件的加工制造，而很多增材制造合金构件承受循环载荷，疲劳失效破坏十分普遍。通过建立考虑增材制造过程影响的疲劳损伤模型，计算了增材制造金属材料的疲劳寿命。给出了弹塑性本构模型和考虑增材制造过程参数的疲劳损伤模型，进而给出了疲劳寿命计算的有限元数值方法；对增材制造金属材料进行了疲劳寿命预测，预测值与试验值基本吻合，并从疲劳数据的分散性及增材制造金属材料内部的孔隙率2个方面分析了计算误差；讨论了体积能量密度比对增材制造金属材料疲劳性能的影响，并对结果进行了分析，为增材制造金属材料的疲劳损伤评定提供一种有效的方法。      

丁腈橡胶磨损失效机制及其表面碳薄膜改性技术

针对航天伺服机构密封件因磨损失效导致的泄漏难题,分析了大气及氮气环境下丁腈橡胶磨损失效机制。在此基础上,提出了其表面硬质类金刚石碳薄膜（DLC）改性技术,分析了改性后丁腈橡胶密封实件综合性能。结果表明：大气环境、恒定载荷（小载低速）条件下,丁腈橡胶主要以分层剥落方式磨损（疲劳磨损）。随着摩擦速度（或载荷）增大,其磨损失效主要表现为粘着磨损。对于氮气环境,氮气能够有效避免摩擦界面氧化作用,即降低了粘着磨损效应;此外,改性后橡胶密封实件在机械性能、质密性和密封性等方面较原始密封件未发生明显变化。经过4000次台架磨合试验后,油端密封圈表面光洁,无异常磨损;气端密封圈表面存在轻微磨损,能够满足使用要求。     

焊接缺陷对异种铝合金TIG对接接头疲劳行为的影响

以5A06-O/7A05-T6异种铝合金钨极氩弧焊（TIG）对接接头为对象,通过疲劳试验数据和断口形貌分析,研究了气孔缺陷和未熔合缺陷对焊接接头疲劳性能的影响规律及机理。结果表明:气孔缺陷和未熔合缺陷对5A06-O/7A05-T6对接接头的疲劳性能均产生不利影响,且缺陷的大小、位置与载荷的交互作用是影响疲劳裂纹提前萌生的主要因素,同一应力水平下,疲劳裂纹更易萌生于尺寸较大且位置更接近于材料表面的焊接缺陷处,而随着应力水平的降低,焊接缺陷对焊接接头疲劳性能的不利影响更为显著;与气孔缺陷相比,未熔合缺陷边缘的应力集中效应更明显,更易导致疲劳裂纹萌生,且焊接接头组织相较于焊接母材组织更脆,疲劳裂纹以穿晶和沿晶形式交替扩展,使疲劳寿命进一步缩短。      

谱载下基于模糊Miner法则的疲劳寿命估算

在载荷谱中,当疲劳应力稍低于疲劳极限时,对构件是否造成损伤呈现出某种"模糊"过渡状态.运用模糊数学的隶属函数,建立了考虑"模糊"损伤状态的Miner法则.按照常规Miner法则和模糊Miner法则,分别给出了程序块谱作用下疲劳寿命的估算公式.实例估算与试验结果的对比表明:采用模糊Miner法则,可使疲劳寿命的估算误差减少18.33%.     

电场影响铁磁流体摩擦系数的试验研究

通过试验研究了处于边界润滑状态下钢-钢摩擦副在铁磁流体及加有添加剂的铁磁流体中的摩擦特性,特别是在电场作用下摩擦系数的变化情况.在销-盘试验机上进行的试验表明:加有添加剂的铁磁流体在不同方向的直流电流作用下,其摩擦系数变化的幅度最大可达到23％.因此得到了一种在边界润滑状态下摩擦系数可控的新型润滑介质.这样就可能通过外加电场的手段实现摩擦系数的主动控制,达到减摩、节能的目的.