采油螺杆泵定子橡胶研究综述

采油螺杆泵在高黏度、高含砂量原油开采中具有突出优势,螺杆泵工作原理和工作环境决定了其核心部件橡胶定子的使役寿命,提升螺杆泵定子橡胶材料的耐磨、耐溶胀等性能具有重要意义。介绍了采油螺杆泵的核心部件组成和采油工作原理,面向螺杆泵定子橡胶的实际需求,梳理了国内外学者在定子橡胶材料老化、溶胀、摩擦等关键性能方面的主要研究成果,并针对近年来新兴的材料多尺度研究手段,从概念、原理、方法及其在定子橡胶力学与摩擦学性能等方面进行了综述,对未来持续提升采油螺杆泵定子橡胶耐磨、耐溶胀等性能的方法与研究手段进行了展望。

一锅法合成银纳米粒子/有机蒙脱土复合材料

以硝酸银为银源,硼氢化钠为还原剂,阳离子型表面活性剂为柱撑剂和吸附剂,钠基蒙脱土为分散剂和载体,利用液相还原法的一锅法成功制备银纳米颗粒。分别应用X-射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对制备产物进行了表征,证明有机蒙脱土负载了银纳米粒子。银纳米粒子大多附着在有机蒙脱土的表面,少量插入层间。同时考察了表面活性剂、反应物的物质的量之比对产物粒径的影响。

采油单螺杆泵动态力学特性及疲劳寿命预测研究

针对常规采油螺杆泵定子橡胶疲劳失效的问题,以油田常用的GLB120-27型单螺杆泵为研究对象,开展了50℃油浸工况下定子橡胶材料疲劳试验,获取了橡胶材料的疲劳性能参数,并构建了疲劳寿命预测模型。运用ABAQUS软件对螺杆泵进行动态力学特性有限元分析,基于数值模拟得到应力应变响应结果和定子橡胶材料单轴拉伸试验应力应变拟合表达式,计算了疲劳危险位置点应变能释放率的范围。利用构建的疲劳寿命预测模型对不同过盈量条件下的螺杆泵进行了疲劳寿命预测研究。结果表明,随着过盈量的增加,疲劳寿命呈指数函数下降,通过与某采油厂近5年单螺杆泵平均工作寿命的对比,发现基于裂纹扩展方法预测得到的螺杆泵定子橡胶疲劳寿命可以满足工程预测精度要求。

熔石英元件磁性复合流体抛光去除特性研究

基于磁性复合流体(Magnetic Compound Fluid,MCF)抛光技术开展了熔石英元件抛光工艺研究,对比了传统MCF和超声辅助MCF(以下简称UMCF)抛光对熔石英材料去除特性的影响,探究了不同抛光时间下MCF和UMCF抛光对熔石英材料去除量/去除率和表面粗糙度的影响,并构建了与抛光应力和抛光时间有关的材料去除率模型。研究结果表明,相较于传统MCF,UMCF在提高材料去除率和降低表面粗糙度方面均有优势。两种抛光方式下材料去除机制均为弹塑性去除,UMCF抛光获得的表面粗糙度相比于MCF抛光优化了68.88%。由于流体动压力和超声振动压力的联合作用,UMCF抛光材料去除率最高可达5.74×10^(-3)mm^(3)/min,相比于MCF抛光提升了4.04倍。MCF和UMCF抛光材料去除率与抛光应力和抛光时间均呈现幂函数相关性,且在UMCF抛光中抛光应力对去除率的影响权重大于MCF抛光。

基于误差函数的复材加筋板概率成像冲击定位

提出了一种复合材料加筋板结构概率成像冲击定位方法。通过在复合材料加筋板结构表面布置稀疏阵列的压电传感器网络接收冲击响应信号,采用复Morlet小波变换提取冲击响应信号特定中心频率的窄带Lamb波信号并计算模值,根据模的峰值获取Lamb波的到达时刻,构建基于波达时间差的误差函数并计算监测区域内各点为冲击源的概率值,将概率值作为像素值对结构进行概率成像冲击定位。在总体尺寸为700 mm×450 mm的碳纤维增强复合材料加筋板结构上对算法进行了验证。实验结果表明,该算法简单有效,成像分辨率和定位精度高,采用较少的传感器数量依然拥有可观的冲击定位精度。

不同温度下聚酰亚胺薄膜的蠕变性能

为研究聚酰亚胺薄膜的蠕变黏弹性本构关系模型,选用厚度25μm的聚酰亚胺膜材料,初始应力选取极限抗拉强度的50%,在23、 50、 80、 110、 140、 170℃下进行单轴蠕变拉伸实验,分析不同温度下膜材料蠕变的变化规律.用经典Kelvin、经典Maxwell、 Burgers、三参数广义Kelvin、五参数广义Kelvin蠕变本构模型对数据进行拟合,分析拟合效果.结果表明,聚酰亚胺膜材料具有明显的黏弹性,初始应力对聚酰亚胺膜材料的蠕变性能影响显著,初始应力越大,黏弹性越明显.五参数广义Kelvin模型能够较好地预测聚酰亚胺膜材料的蠕变性能,可决系数均超过0.98,Burgers模型次之,其余3种模型的拟合可决系数为0.708~0.958,拟合结果满足实际工程需要.

人体骨骼生物力学测试研究综述

骨骼是由矿物质和胶原蛋白等成分构成的多尺度层级结构,其在生理载荷作用下的自适应特性造就了骨骼复杂的非均匀性、各项异性等特性。为适应机械、生物力学、医学、航空航天、法医等多领域中骨骼生物力学特性的表征,需要利用多种不同的材料力学测试方法,准确地获取骨骼的材料本构参数。全面介绍了骨骼试样的保存、制备、测试及材料本构参数识别方法,分析了各种力学测试方法的特点及其对骨骼试样的要求。还介绍了新测试技术在骨骼力学特性表征方面的应用,基于三点弯曲测试方法提出了一套人体骨骼的材料参数获取流程。可为骨骼生物力学特性的系统表征提供理论和方法参考。

MRE耗能阻尼器力学性能及半主动控制分析

根据磁流变弹性体(magnetorheological elastomer,简称MRE)的可调力学特性提出了基于MRE的新型耗能阻尼器,并对制备完成的硅橡胶基磁流变弹性体及阻尼器分别进行力学性能试验。利用Matlab/Simulink对各层均装有MRE阻尼器的7层框架结构进行建模仿真分析,将被动控制与基于半主动控制策略的经典最优控制和序列最优控制进行比较。力学测试结果表明:MRE在0~500 mT磁感应强度下其剪切模量变化值达到132.43 kPa,磁流变效应约提高274%;增大加载幅值和加载速率,均能提高MRE阻尼器的力学性能;对阻尼器施加电流激励,在0~10 A增大过程中其等效刚度和阻尼可以实现连续可调。仿真结果表明:基于MRE阻尼器的半主动控制系统可以有效减小结构在地震作用下的响应,3种控制均能对结构动力响应起到良好的控制效果,其中序列最优控制算法的控制效果最为显著且精确度更高;系统在实际测试中需考虑多方面因素影响,尽可能减小误差。

基于声发射频谱分析的阴极炭块破裂研究

通过对阴极炭块进行不同加载速率的单轴压缩实验和声发射监测实验,分析炭块破裂过程中的力学特性和声发射特性。研究表明:由对应的应力门槛值可确定炭块破裂过程的不同阶段;声发射波形占比量的大小能反映炭块内部破坏程度;加载速率和炭块种类对炭块裂纹扩展速度均有影响;不同声发射波形频谱特征对应炭块的不同裂纹尺度和类型;不同阶段典型声发射信号频谱特征表现为单峰频谱到多峰频谱的交替变换;平均主频比和信号事件率均具有分形特征,其关联维数整体均呈现先上升后下降再上升最后下降的趋势。

纤维增强树脂矿物复合材料的细观力学特性及损伤机理

纤维增强树脂矿物复合材料因优异的力学性能得到广泛应用,但有关材料损伤机理的研究仅停留在宏观层面,较少关注损伤过程中材料的细观力学特性和微裂纹演化规律。针对这一问题,基于颗粒流离散元技术建立了纤维树脂矿物复合材料的细观模型,分析了材料应力-应变曲线的变化规律,揭示了材料的微裂纹萌生扩展机制和其破坏失效形式。结果表明,相比于树脂矿物复合材料,纤维增强树脂矿物复合材料的抗压强度更高,起裂应力和损伤应力更大;骨料颗粒形状对纤维的增强增韧作用影响较小;纤维对树脂矿物复合材料具有增韧阻裂的作用。研究从细观角度揭示了纤维增强树脂矿物复合材料的损伤性能,能够为该材料的推广应用提供指导。

纤维素/氧化石墨烯制备及其对重金属离子吸附分析

在工业化时代,我国面临的环境污染问题日渐加剧,其中重金属污染对人类健康及环境均构成了严重威胁。纤维素吸水树脂因其有效去除重金属离子的能力而受到关注,然而,该材料的吸附性能尚存在不足。针对此问题,采用氧化石墨烯作为填料,在羧甲基纤维素的基础框架上通过原位接枝丙烯酸的方法,成功制备了一种分散性优良的纤维素/氧化石墨烯复合材料(CA)。通过X射线衍射、拉曼光谱和扫描电子显微镜等技术对该材料形态和成分结构进行了详细表征,得知其吸附性能显著提升。实验结果显示,在铅离子初始浓度1000mg/L的条件下,CA的去除率可达38%,吸附量高达384mg/g,展现出了优异的重金属离子去除效果。

柔性触觉反馈驱动器研究进展

触觉交互界面作为用户与系统之间的重要沟通窗口,不仅能够满足用户对简单化、自然化的人机界面的需求,也是实现直接、高效完成任务的关键因素。触觉反馈驱动器作为触觉交互过程中的核心部件,能够模拟或复现多种形式的触觉信息,提高用户在操作过程中的临场感与真实感。近年来,柔性触觉反馈驱动器凭借着其轻量、柔顺、适应性强等特点,在人机交互场景中展现了广阔的应用前景与价值。首先,根据柔性触觉反馈驱动器对皮肤刺激形式的不同分为电刺激、机械刺激、热刺激3类,并进一步重点阐述了各类驱动器的最新研究进展,主要包括了各类驱动器的驱动原理、结构设计、反馈形式等。进一步地,介绍了基于柔性触觉反馈驱动器所开发的触觉反馈设备在虚拟现实、遥操作、医疗等领域的应用。最后,对当前柔性触觉反馈驱动器所面临的问题与挑战进行了总结,并对未来的发展趋势进行了展望。

基于河南省超硬材料产业现状对产教融合和校企合作的分析

为了促进超硬材料行业产教融合和校企合作的发展,通过回顾河南省超硬材料产业发展的历程,分析了河南省超硬材料的产业优势、特色以及发展中存在的主要问题。在总结超硬材料产学研合作经验的基础上,提出了加强河南省超硬材料产教融合和校企合作的建议。

先进复合材料在航空发动机外部管路中的研究进展

航空发动机外部管路系统是保证发动机正常运转的必要结构,目前外部管路主要使用的原材料有不锈钢、钛合金和镍基高温合金等金属材料。近年来,随着树脂基复合材料的不断发展,复合材料结构的耐温性、成型性、可靠性等性能均有了明显提升,在一些民用客机和发动机上逐渐替代原有的金属异形管路,极大限度地满足了管路系统在高性能、轻量化、一体化成型等方面的需求,展现出了良好的应用前景。本文针对航空发动机外部管路现状、复材管路应用前景、复材管路的选材和成型工艺的选择、以及复材管路适航符合性验证等方面进行了分析、综述和展望。

智能纺织材料散热性能及其散热测试方法研究进展

智能纺织品在可穿戴设备、建筑、能源和产品设计等方面有着广泛市场应用,近年来得到发展迅速。电子纺织品的电子电路包括嵌入在纱线中的发光二极管、传感器和电池等设备。当温度超过一定的阈值时,温度会造成产生严重的问题,为了减少温度的负面影响,提高嵌入式设备的可持续性,介绍了天然面料的散热性能、散热合成面料的研究以及导热性的测试方法,并且对智能纺织品的温度监测进行了研究。

二维超声振动辅助磨削的磨削力建模

在研究二维超声振动下单颗磨粒的运动特性基础上,根据体积不变原理确定了平均切屑厚度.基于磨粒的几何形状以及材料的弹性回复率,推导出切屑变形力模型;根据摩擦力来源于磨粒与工件弹性接触和切屑流出,构建摩擦力模型;考虑到高频振动所产生的冲击作用对总磨削力的影响,建立冲击力模型.综合切屑变形力、摩擦力和冲击力模型,得出二维超声磨削的磨削力模型.通过氧化铝陶瓷二维超声磨削实验研究,确定了模型中的常数,并验证了磨削力模型的合理性.结果表明,法向力、切向力的实验值与理论值之间的平均误差分别为11.09%和8.07%,误差最大值不超出20%,所建模型具有预测作用.

Al-Cr-Nb-Ti-Zr共晶难熔高熵合金高温摩擦磨损性能研究

通过非自耗真空电弧熔炼制备了Al_(15+x)Cr_(20)Nb_(15)Ti_(40-x)Zr_(10)(x=0、13)共晶难熔高熵合金,并探究了Al和Ti元素含量变化对Al_(15+x)Cr_(20)Nb_(15)Ti_(40-x)Zr_(10)共晶难熔高熵合金相结构、微观组织、显微硬度与高温摩擦性能的影响规律.结果表明:2种合金相结构相同,均由富含Nb和Ti的B2相与富含Cr和Zr的C14 Laves相组成;但随着Al含量的增大,合金铸态组织发生了从亚共晶(初生B2相+B2/Laves相共晶相,x=0)到共晶(B2/Laves相共晶相,x=13)的转变,同时伴随着合金显微硬度的提高,并且在宽温域下的摩擦性能有所改善.随着摩擦试验温度的升高,2种合金的磨损机制均从磨粒磨损逐渐转变为以氧化磨损为主,且磨损率均呈现出逐渐降低的趋势.不同温度下摩擦试验发现完全共晶合金Al28Cr20Nb15Ti27Zr10表现出更好的耐磨性,这是由于完全共晶合金更高的硬度以及在高温下的氧化摩擦层含有更大比例的Al2O3,从而摩擦层更为致密.

吸湿速干材料的研究进展

为研发更符合市场需求的吸湿速干材料并拓宽其应用领域,详述了吸湿速干材料的吸湿速干机理及对应模型,并介绍了市场上常见的和新出现的吸湿速干纤维,阐述了吸湿速干纤维处理工序,分析了近几年的吸湿速干机织物、针织物和非织造材料的研究成果和发展现状,以及常见的吸湿速干材料的后整理技术。最后讨论了目前吸湿速干材料的发展潜力,针对当前吸湿速干纤维和材料各方面的局限性,提出了可能的解决方案。

四足机器人仿生腿增强碳纤维3D打印技术及其实验研究

为了提高四足机器人仿生腿的使用性能,使其腿部结构满足高承载、轻量化要求,提出一种以连续碳纤维(CCF)为增强材料,以短切碳纤维增强尼龙为基体材料的混合增强3D打印技术,通过样条拉伸实验对碳纤维复合材料的伸性能进行了验证。使用连续与短切碳纤维混合增强3D打印制备四足机器人仿生腿,对四足机器人常见4种工况进行了静力学仿真,选取两类典型工况进行载荷测试实验,可知在站立工况下承载力提升了19.05%,变形量减少了50.70%,在30°外展工况下承载力提升了3.14%,变形量减少了43.05%,且重量减轻了18.83%,验证了连续碳纤增强材料替代传统铝合金材料的可能性。

基于电阻抗断层成像的碳纤维增强复合材料定量化损伤研究

针对电阻抗断层成像(electrical impedance tomography,EIT)在反演的过程中存在的病态的、不适定性的特点以及检测结果难量化等问题,笔者提出通过去噪卷积神经网络(denoising convolutional neural networks,DnCNNs)以及搭建电阻抗断层成像损伤监测的检测概率(probability of detection,POD)函数来实现对碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymeric,CFRP)高效准确的可视化检测和结果量化评估。借助EIDORS软件进行有限元划分,通过正问题求解来模拟时差数据,构建出不同形状的损伤重建图像;然后通过在去噪神经网络中使用单个残差单元来预测重构图像中的噪音映射,有效地去除重建图像中的伪影,从而实现准确高质量地检测图像;此外,基于统计处理定量分析碳纤维增强复合材料损伤。通过电阻抗断层成像来监测碳纤维增强复合材料的损伤衍化过程,借助准静态压痕(quasi-static indentation,QSI)试验实时采集电阻抗断层成像数据和声发射事件,将损伤程度与电导率振幅作为检测概率函数中的缺陷参数,通过应用信号响应方法参数预测POD曲线,通过设置特定的POD阈值获得可检测性极限轮廓,从而实现通过电导率的振幅对损伤程度进行预测。结果表明:该方法不仅能对碳纤维增强复合材料进行高质量损伤图像重建,还可以定量化评价碳纤维增强复合材料的损伤程度,有利于具有自感知能力的复合材料在工业领域的应用。