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当期目录

    2018年, 第52卷, 第5期 刊出日期:2018-05-28 上一期    下一期
    学报(中文)
    低黏度润滑油与织构对活塞环-缸套摩擦特性的影响
    刘郡,张执南,谢友柏
    2018,52 (5):  505-510.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.05.001
    摘要 ( 762 )  
    针对活塞环-缸套系统的摩擦行为建立了模型并进行数值求解,考虑了气穴现象和混合润滑的影响,研究了低黏度润滑油条件下织构对活塞环-缸套系统摩擦特性的影响,对比了在低黏度润滑油SAE0W20和SAE5W20的条件下活塞环表面含半径30μm、深度3μm的球形织构与不含织构的活塞环-缸套系统摩擦特性.结果表明:织构的作用与润滑油黏度密切相关;在润滑油SAE0W20的条件下,球形织构起到了一定的减摩作用;在润滑油SAE5W20的条件下,球形织构增大了系统的摩擦功率损失和摩擦平均有效压力.
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    考虑润滑油剪切稀化效应的活塞裙部混合润滑性能
    宁李谱1,宁欣2,孟祥慧3
    2018,52 (5):  511-517.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.05.002
    摘要 ( 709 )  
    考虑润滑油剪切稀化效应的影响,建立了活塞裙部-缸套系统的混合润滑模型,以分析单级和多级润滑油对活塞动力学及活塞裙部润滑性能的影响,并通过实验验证了所建模型的正确性和润滑油的剪切稀化作用.结果表明:多级润滑油具有显著的剪切稀化作用;使用多级润滑油或低黏度的单极润滑油,都可以减小活塞裙部的摩擦损失,但会增大微凸峰接触力以及产生磨损的风险,尤其是在膨胀做功冲程阶段;剪切稀化效应对活塞2阶运动的影响不明显;活塞裙部摩擦损失的预测值与实测值具有较好的一致性.
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    非完美维修情境下的预防性维修多目标决策模型
    郝虹斐1,郭伟1,桂林2,王磊1
    2018,52 (5):  518-524.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.05.003
    摘要 ( 679 )  
    针对复杂装备预防性维修决策中设备寿命和成本估计不足的问题,研究了非完美维修情境下复杂装备的预防性维修决策优化方法.基于虚拟寿命理论建立了维修效率与设备寿命之间的关系,提出了3种检测及维修的周期计算方法;将故障导致的质量波动及可变维修成本纳入考量,建立了更精确的成本估算模型;以设备可用度最高和总成本率最低为目标,建立了预防性维修的多目标决策模型.同时,以某型加工中心为例,结合其生产与维修历史记录,通过实例数值对比分析了静态、动态及失效极限3种维护周期计算方法及其适用性,以及不同维修水平下总成本率与设备可用度的差异,并分析了质量成本对最优策略的影响,从而验证了所建模型的可靠性和新颖性.
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    考虑粗糙峰弹塑性变形和润滑油性质的有限长线接触副混合润滑模型
    王志坚,陈晓阳,沈雪瑾
    2018,52 (5):  525-532.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.05.004
    摘要 ( 634 )  
    基于载荷分享机制和考虑粗糙表面接触变形的统计学模型,建立了耦合粗糙峰接触弹塑性变形与边界膜摩擦化学效应的有限长线接触热弹流混合润滑模型,通过与无限长线接触混合润滑模型的分析结果、有限长线接触光弹流润滑实验以及双圆盘实验结果的对比,验证了所建模型的可靠性,并探讨了表面粗糙度和润滑油性质对接触副润滑性能的影响.结果表明,降低表面粗糙度可以改善润滑状态,从而提高有限长线接触副的极限承载力.
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    限量供油条件下面接触润滑油膜特性
    臧淑燕,郭峰,李超,栗心明
    2018,52 (5):  533-537.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.05.005
    摘要 ( 634 )  
    利用面接触润滑油膜测量系统,在限量润滑油供给条件下研究了润滑油膜特性.同时,定义了相对油膜厚度,即限量供油与充分供油条件下的油膜厚度之比,用于表征限量供油下润滑油膜承载力的变化情况.结果表明,在限量供油条件下,随着玻璃盘的速度增大,油膜厚度先增加,随后,乏油的出现使得油膜厚度几乎保持不变.由于在润滑轨道上没有充分的润滑油回充,润滑油的黏度和回流时间对润滑膜的形成影响很大.只有当乏油变得严重时,入口乏油区才会承受一定载荷.
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    数据驱动的滚动轴承性能衰退状态监测方法
    吴军a, b,黎国强a,吴超勇a,程一伟c,邓超c
    2018,52 (5):  538-544.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.05.006
    摘要 ( 603 )  
    针对滚动轴承性能衰退状态监测中的故障信号微弱和故障模式多样性等问题,提出了一种基于自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)以及主成分分析(PCA)的滚动轴承性能衰退状态监测方法.针对经过预处理后的滚动轴承原始振动信号,分别采用CEEMDAN方法以及Hilbert-Huang变换提取本征模能量特征和故障特征;综合运用斯皮尔曼等级相关系数和PCA进行特征融合,以获得表征滚动轴承性能衰退状态的健康指数;通过对健康指数的单调性、稳健性和衰退性等进行分析,并经过加权平均来识别滚动轴承性能衰退状态.实例分析结果表明,所提出的方法能够较为准确地识别滚动轴承性能衰退状态.
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    组件温度对球轴承热冲击流变润滑特性的影响
    刘晓玲,杨玉冰,杨沛然
    2018,52 (5):  545-553.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.05.007
    摘要 ( 607 )  
    为了研究组件温度对球轴承热冲击流变润滑性能的影响,考虑轴承组件温度与供油温度之间的差异,采用Eyring剪稀流体建立了球轴承热冲击流变弹流润滑模型,利用多重网格方法与时变性、流变性和温度场的分析技术研究了组件温度对动态油膜热流变弹流润滑性能的影响,并对极端工况下的热失效现象进行分析.结果表明:滚动体温度越高,其油膜厚度及摩擦系数越小;在极端工况下,轴承内圈与滚动体之间出现了高压、高温和低膜厚现象;轴承内圈温度达到边界膜脱附时的第1临界温度,且轴承内圈与滚动体之间处于混合润滑状态.因此,分析滚动轴承的非稳态热流变弹流润滑特性时需考虑轴承温度场的影响.
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    边缘修形织构化N、Si共掺杂类金刚石碳膜在 空气中的摩擦磨损性能
    吴行阳,葛宙,阮敬杰,杨义,牛浩之,陈腾,张建华
    2018,52 (5):  554-560.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.05.008
    摘要 ( 661 )  
    采用激光加工和抛光方法,在镜面抛光的4Cr13不锈钢基板上制备了凸起面积密度分别为35%、44%和58%的边缘未修形和边缘经圆滑修形处理的圆柱凸起织构,并采用溅射和射频化学气相法在织构表面沉积N、Si共掺杂类金刚石碳(N-Si-DLC)膜;采用球-盘式往复摩擦磨损试验机研究了边缘未修形和边缘修形的凸起织构化N-Si-DLC膜与316L不锈钢球在不同相对湿度(RH=15%,45%,75%)空气中的摩擦磨损性能;同时,基于有限元法分析了稳定摩擦阶段静态接触应力的分布情况.结果表明:边缘修形织构化N-Si-DLC膜的摩擦系数和磨损率均显著低于边缘未修形织构化N-Si-DLC膜,边缘修形效果与织构凸起面积密度有关,并影响织构的摩擦磨损性能;凸起面积密度为44%的边缘修形织构化DLC膜的减摩耐磨效果最佳;织构化DLC膜的摩擦磨损性能与织构边缘的最大接触应力密切相关,采用边缘修形可以大幅减小凸起织构边缘的最大接触应力,从而达到减摩耐磨的效果.
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    渗氮处理对表面织构化钛在月壤介质中 摩擦磨损性能的影响
    李星亮1,2,岳文1,3,庞长涛2,徐昌语2,康嘉杰1,3,田斌1,4
    2018,52 (5):  561-567.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.05.009
    摘要 ( 769 )  
    为了提高钛在航天和航空等恶劣环境中的摩擦磨损性能和服役能力,利用激光表面加工技术在工业纯钛表面制备了不同点阵参数的微织构,采用低温离子渗氮技术对微织构进行渗氮处理,采用MS-T3000型摩擦磨损试验机评价了表面含微织构钛在模拟月壤介质中的摩擦磨损性能,并利用扫描电子显微镜和能谱仪分析钛的磨痕表面形貌及其元素含量.结果表明:渗氮处理能够大幅提高表面含微织构钛的减摩和抗磨性能,其摩擦系数的最大降幅为 47.1%,磨损率的最大降幅达 79.3%;表面微织构的点阵直径和点阵密度对未经渗氮处理钛的平均摩擦系数均有影响,而且点阵直径的影响更大;微织构的点阵参数对磨损率的影响不大;表面微织构的点阵密度对渗氮处理后钛的平均摩擦系数和磨损率的影响程度大于点阵直径和点阵深度.
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    沙粒粒径对TC4钛合金冲击界面损伤行为的影响
    吴松波,蔡振兵,林禹,王璋,刘新龙,朱旻昊
    2018,52 (5):  568-574.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.05.010
    摘要 ( 678 )  
    在新型冲击磨损试验机上考察了沙粒粒径(120~380 μm)对TC4钛合金冲击损伤行为的影响,研究了不同沙粒环境下TC4钛合金的冲击磨损机制及其界面响应.结果表明:沙粒对TC4钛合金的冲击磨损行为影响显著,TC4钛合金在冲击过程中会出现沙粒破碎并堆积在钛合金表面,使其磨损表面明显增高;随着砂粒粒径不断增大,冲击力峰值显著减小,冲击接触时间变长,界面能量吸收率明显提高,磨损面积明显增大;随着冲击次数增加,冲击力峰值下降,界面能量吸收率提高,磨损表面的材料堆积体积逐渐增大.在沙粒的冲击作用下,TC4合金的冲击磨损机制主要表现为沙粒对材料的切削和磨屑在界面的堆积.
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    磨削参数对工件表面形貌及其摩擦性能的影响
    陈实1,张执南1,蔡晓江2,魏新生2
    2018,52 (5):  575-581.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.05.011
    摘要 ( 874 )  
    为了实现基于磨削参数预测工件的摩擦性能,并减少测量真实表面形貌和开展摩擦磨损试验等环节,在考虑砂轮磨粒切削刃与工件运动干涉的条件下,结合单点金刚石修整和参数设定建立了磨削后的工件表面形貌模型,并利用混合润滑雷诺方程分析不同磨削形貌下的压力分布及摩擦系数.同时,以机床导轨磨削平面的润滑特性为例验证了所建模型的有效性.结果表明,当磨削表面上、下纹理方向夹角均为0° 时,摩擦副的摩擦系数最大.
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    超声波协同作用下非离子表面活性剂 对铝合金抛光后清洗的影响
    王永光1,吴中华2,赵永武2,陈瑶1,刘萍2,陆小龙1,朱玉广1
    2018,52 (5):  582-586.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.05.012
    摘要 ( 791 )  
    利用静态浸泡清洗和超声波辅助清洗方法,使用非离子表面活性剂辛基苯基聚氧乙烯醚(TX-100)溶液对经过化学机械抛光(浸泡SiO2抛光液)后的7003铝合金试样进行浸泡清洗,利用原子力显微镜观测试样表面的清洗效果,并计算清洗后铝合金的表面粗糙度;通过对比去离子水与TX-100溶液在铝合金表面的接触角,分析了非离子表面活性剂TX-100对铝合金化学机械抛光后清洗中SiO2颗粒的分散性、Zeta电位、表面润湿性及去除率的影响,以及TX-100与超声波协同作用的清洗机制.结果表明:随着TX-100质量分数增加,SiO2的颗粒粒径和Zeta电位均先减小而后增大;当TX-100质量分数为2.0%时,SiO2颗粒的分散性最佳;表面活性剂TX-100能够提高铝合金表面的亲水性;在铝合金的清洗过程中,由于超声波与TX-100的协同作用而使得SiO2颗粒去除率由57%提高到90%,且未出现腐蚀现象;清洗后铝合金的表面粗糙度为2.16 nm.
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    高速加工中无氧铜的动态力学性能
    俞建超,林有希
    2018,52 (5):  587-592.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.05.013
    摘要 ( 697 )  
    通过对高速加工中无氧铜工件材料在温度为20~900℃,应变率为1.0×103~1.5×104s-1的条件下,进行霍普金森压杆试验,获得反映材料动态力学性能的真应力-真应变曲线.结果表明:无氧铜的力学性能表现出对应变率和温度的敏感性较强,其流动应力随着应变率的提高而显著增加,而且变形温度的升高使得流动应力明显下降;采用经验型Johnson-Cook本构模型预测无氧铜的动态力学性能的误差较大;在动态力学性能分析的基础上,采用修正的Johnson-Cook本构模型能够较好地预测试验结果,可用于高速加工中无氧铜的动态力学性能模拟分析.
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    316L不锈钢钝化膜的耐腐蚀性和血液相容性
    王军1,刘莹1,2
    2018,52 (5):  593-598.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.05.014
    摘要 ( 990 )  
    为了改善血管支架材料316L不锈钢的耐腐蚀性和血液相容性,分别采用混合酸(2%HF+10%HNO3,体积分数)钝化和高温热处理钝化方法对机械抛光的316L不锈钢进行原位表面改性,通过X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和带能谱仪的扫描电子显微镜(SEM-EDS)分析改性前后316L不锈钢的表面成分和形貌,通过电化学性能测试和接触角测试来分析改性前后316L不锈钢的耐腐蚀性和润湿性.结果表明:混合酸钝化的316L不锈钢表面主要是Cr-O氧化膜,高温热处理钝化的316L不锈钢表面为Fe2O3与Cr-O混合物氧化膜,均起到了改善316L不锈钢在模拟人体体液环境中的耐腐蚀性的作用;2种方法改性后的316L不锈钢表面均呈亲水性,且使得316L不锈钢表面能的极化分量增加,材料与血液间界面张力减小,均可作为生物医用材料使用,并能够改善316L不锈钢的耐腐蚀性和血液相容性.
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    超声振动条件下碳化硅抛光过程的分子动力学模拟
    翟文杰,杨德重,宫娜
    2018,52 (5):  599-603.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.05.015
    摘要 ( 927 )  
    为了深入探讨在超声振动条件下立方碳化硅化学机械抛光过程中原子层面的材料去除机制,利用分子动力学方法建立碳化硅原子模型,以分析超声振动对刻划加工过程中碳化硅的晶体结构、温度、法向力和切向力的影响规律,并分析了超声振动频率对化学机械抛光质量及材料去除率的影响.结果表明:在刻划加工过程中碳化硅的局部出现了非晶态变化;超声振动的引入将大幅降低磨粒所受平均切向力和平均法向力,从而有利于刻划加工的进行及其表面质量的提高;在给定的模拟参数条件下,80GHz的超声振动频率最有利于提高材料去除率和加工表面质量,即当振动频率超过一定值后,超声振动对材料去除率和表面质量的影响不大.
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    碳纤维增强树脂基复合材料在低温条件下的 微动摩擦磨损性能
    薛超凡1,于敏1,姚举禄2,姬科举1,戴振东1
    2018,52 (5):  604-611.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.05.016
    摘要 ( 667 )  
    在FTM200型摩擦磨损试验机上,以PH13-8Mo不锈钢为配副件,采用正交试验方法在低温-45,-20 ℃以及室温条件下探讨了法向载荷、微动频率和微动振幅及试验时间对碳纤维增强环氧树脂基复合材料微动摩擦磨损性能的影响.结果表明,法向载荷、微动频率和振幅、试验时间以及温度对摩擦系数的影响均非常显著.在-45 ℃时,复合材料的摩擦系数均高于室温时的摩擦系数.法向载荷和温度对复合材料磨损量的影响显著.在相同的温度下,复合材料磨损量随法向载荷的增大而增加;在相同的法向载荷下,-45 ℃时,复合材料的磨损量较室温时的大,其磨损区域萌生出较多的微动裂纹,疲劳剥落现象较明显,其微动磨损机制以疲劳磨损为主;而在室温下,其磨损表面主要为表面树脂的刮痕以及少量的微动裂纹,其微动磨损机制为磨粒磨损.
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    滑动轴承-转子系统中金属阻尼器的减振特性
    李召伦,王小静,沈轶钒,陈超,董健
    2018,52 (5):  612-619.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.05.017
    摘要 ( 618 )  
    为了探究金属阻尼器对滑动轴承-转子系统减振性能的影响,设计并制造了普通、周向金属阻尼器支撑、径向金属阻尼器支撑的3种滑动轴承,并通过试验研究了含3种轴承的轴承-转子系统的振动特性和稳定性,分析了轴承-转子系统的半速涡动和减振特性.结果表明:与普通滑动轴承相比,金属阻尼器支撑的滑动轴承的加速度幅值显著降低;因为没有明显的半速涡动和异步振动,所以径向金属阻尼器支撑的滑动轴承比周向金属阻尼器支撑的滑动轴承的减振效果更好;由金属阻尼器消散的振动能量有助于提高轴承-转子系统的动态稳定性.
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    石墨烯台阶处摩擦特性的分子动力学模拟
    尹念,张执南
    2018,52 (5):  620-623.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.05.018
    摘要 ( 635 )  
    为了深入探讨硅探针在石墨烯台阶边缘的摩擦力变化特性及其微观摩擦机制,利用分子动力学方法建立模型,重点研究了不同的台阶层数、正压力作用下摩擦力变化规律,并利用x和z方向的应变云图分析摩擦特性.结果表明:正压力对石墨烯台阶边缘的摩擦力变化特性的影响不大,但台阶层数对石墨烯台阶边缘的摩擦力变化特性将产生较大影响;在压头爬上台阶的过程中,出现了明显挤压应力聚集的现象,在压头爬上多层台阶的过程中还伴随着挤压应力的释放;x方向的挤压应变以及z方向压坑中心圆的完整度是衡量摩擦力的重要指标
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    摩擦热对界面磨损及制动系统稳定性的影响
    莫继良,王东伟,李建熹,李贞,朱旻昊,周仲荣
    2018,52 (5):  624-630.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.05.019
    摘要 ( 762 )  
    基于盘式车辆制动系统的工作原理搭建了车辆制动系统缩比试验台,在所搭建的制动系统试验台上进行了制动摩擦试验,并利用有限元分析软件Abaqus求解器Explicit模拟试验过程,以探讨摩擦热效应、界面磨损及系统不稳定振动三者之间的关系.结果表明:制动盘与制动片在制动摩擦过程中产生了间歇性高频振动及尖叫噪声;制动片表面的进、出摩擦区域均出现了应力集中现象,并导致高温集中,从而加剧了界面的局部磨损;当模拟过程考虑摩擦热效应时,制动系统的不稳定振动程度有所降低.
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