微振动载荷下装配接触界面微观形貌演变特性研究

针对微振动载荷作用下装配接触界面状态演变规律不清晰和表征参数不明确等问题,提出了从表面的形貌演变表征接触界面状态变化的实验与分析方法.搭建了模拟法向加载下接触界面切向振动的实验装置,获得了具有不同初始粗糙度的接触表面形貌演变规律,发现了表面轮廓中谷部的空隙体积随着初始粗糙度的增加而显著减少的现象,并分析了描述表面微观形貌在功率谱能量、轮廓高度、面积比例、体积分布以及各向异性特征方面的5大类17种参数与初始表面粗糙度的相关性,确定了表征接触界面微观形貌演变的指标参数.研究结果为接触力学研究和精密产品装配稳定性研究提供了实测数据与分析方法.

斜齿轮表面形貌分形特征对时变接触刚度的影响

基于改进的W-M分形函数,利用齿高和齿宽表征斜齿轮齿面的表面形貌。采用圆锥微凸体并考虑啮合过程中斜齿轮接触曲率半径的时变性建立了斜齿轮时变接触刚度模型,计算发现基于圆锥微凸体模型计算的时变啮合刚度与ISO6336-1—2006标准计算所得结果接近。研究结果表明,斜齿轮的时变接触载荷和时变接触刚度随着分形维数、特征尺度系数、量纲一接触面积、材料塑性指数的变化而表现出不同的变化趋势。

高强钢冷金属过渡电弧增材制造单焊道形貌研究

通过试验系统性研究了冷金属过渡电弧增材制造时焊接速度与送丝速度对高强钢焊道几何轮廓的影响规律,利用光学显微镜表征不同工艺条件时焊道几何尺寸及截面轮廓特征。建立焊接速度、送丝速度与焊道轮廓间的关联关系,确定合适的工艺参数窗口。基于MATLAB软件平台编写包含图像处理、轮廓提取与曲线拟合等功能在内的成套程序,将焊道轮廓测量结果与抛物线、椭圆、圆与余弦函数等拟合模型进行比较。结果表明,相比焊接速度,送丝速度对焊道轮廓的影响更大。随着送丝速度的增加,焊道轮廓由窄高状变为扁平状。抛物线对于窄高状焊道拟合效果最佳,而当焊道截面呈扁平状时,椭圆模型与试验数据吻合程度最高,为后续电弧增材制造部件控形提供支持。

一元溶剂体系TKX-50结晶形貌的分子动力学模拟

本文应用分子动力学方法(MD)和修正的Dreiding-TKX-50力场计算了三种单溶剂作用下TKX-50重要晶面层与溶剂层的相互作用能,采用修正的附着能模型预测了TKX-50在不同溶剂中的结晶形貌并与实验结果进行了对比.计算结果表明,TKX-50晶体真空形貌中的重要晶面为(020)、(011)、(11-1)和(100).水(H_(2)O)溶剂和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂作用后所预测的TKX-50晶体形貌近似梭形,纵横比为1.857和2.073.乙二醇(EG)溶剂作用后所预测的TKX-50晶体形貌为块体,纵横比为2.320.

纳米颗粒粒径、形貌及大体积分数颗粒粒径测量

【目的】准确、快速测量纳米颗粒的粒径、形貌,同时避免颗粒体积分数过高对测量结果的影响。【方法】采用3种新的纳米颗粒测量方法图像动态光散射法、偏振图像动态光散射法、大体积分数纳米颗粒180°光纤后向动态光散射法,分别快速测量纳米颗粒的粒径及分布、形貌及分布、大体积分数纳米颗粒的粒径;利用基于不同测量方法研制的3种仪器测量多种纳米颗粒,包括球形、非球形和工业纳米颗粒样品。【结果】图像动态光散射法可以快速准确地测量纳米颗粒的粒径,光纤后向动态光散射法可以测量体积分数高达20%的纳米颗粒粒径;对于非球形纳米颗粒,采用光学球体度表征颗粒形貌,偏振图像动态光散射法可以快速测出颗粒的光学球体度和光学球体度分布,用于表征被测颗粒偏离球体的程度,以及非球形纳米颗粒形貌的一致性;非球形颗粒形状偏离球体越远,光学球体度值越小,光学球体度分布越窄,表明非球形纳米颗粒的形貌越均匀。【结论】使用这3种纳米颗粒测量仪器可以实现纳米颗粒粒径的实时测量、纳米颗粒的形貌测量以及高体积分数纳米颗粒的在线测量,可以应用于药物生产的实时监测、化学样品的工艺分析、磨料颗粒的性能评估等方面。

形貌对BaTiO_(3)压电催化性能的影响

合成了颗粒状、立方体状、纤维状和片状的BaTiO_(3)粉体,并采用扫描电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、紫外可见吸收光谱对合成粉体的物相、形貌进行表征;比较不同形貌、催化条件下BaTiO_(3)粉体的压电催化活性,并结合有限元分析解释了压电催化活性差异的原因。结果显示,片状形貌下的BaTiO_(3)粉体具有压电催化活性优势,原因在于其产生了高压电势。且当催化剂固含量为2g·L^(-1)、超声频率为40kHz、染料质量浓度为5mg·L^(-1)时具有较优的催化活性,并结合自由基捕获实验揭示了片状BaTiO_(3)压电催化降解罗丹明B(RhB)染料的机制,即超氧自由基和羟基自由基作为主要反应物实现了污染物的降解。

砂岩剪切破裂面形貌特征及粗糙度各向异性

岩体破裂面的形态特征是影响其剪切滑移破坏的重要因素,法向应力是岩体剪切破裂面形态特征的重要影响因素.为研究法向应力对砂岩剪切破裂面形貌特征和粗糙度的影响,首先开展了砂岩双面剪切试验,获得不同法向应力作用下砂岩剪切破裂面,然后对直剪试验中形成的剪切破裂面进行三维光学扫描,最后对不同法向应力作用下砂岩剪切破裂面进行三维重构.分析了法向应力对剪切破裂面粗糙高度特征参数的影响,基于各向异性参数研究了砂岩剪切破裂面粗糙度各向异性特征,研究了砂岩剪切破裂面分形特征与粗糙度的关系.结果表明,砂岩剪切破裂面粗糙高度期望值、标准差、均值和最大起伏差都随法向应力的增大而增大;剪切破裂面粗糙度表现出显著的各向异性,随着与剪切方向夹角的增大,砂岩剪切破裂面粗糙度先减小后增大;法向应力为压应力时,剪切破裂面粗糙度在与剪切方向成75°~90°时取得最小值;剪切破裂面粗糙度极差和各向异性参数随法向应力的增大逐渐增大,剪切破裂面各向异性特征增强;砂岩剪切破裂面分形维数与粗糙度呈幂函数关系.

混凝土实体重力坝断面拓扑与形貌优化研究

为了获得较为经济的混凝土实体重力坝断面形式,提出了基于拓扑与形貌优化方法的混凝土实体重力坝优化设计方法。该方法以混凝土实体重力坝断面柔度最小为优化目标,对混凝土实体重力坝断面先进行拓扑优化设计,然后进行形貌优化设计,进而有效地减小混凝土实体重力坝断面面积。某混凝土实体重力坝断面优化结果表明:优化得到的断面与一般传统方法设计的断面较为接近,但断面面积有所减少,且抗滑稳定安全系数与应力等均满足相关规范要求,证明了优化设计方法的合理性;重力坝形貌优化断面优于拓扑优化断面与传统设计断面;随着形貌优化迭代次数的增加,抗滑稳定安全系数逐渐增大,坝体竖向应力与竖向位移最大值逐渐减少;重力坝形貌优化断面在坝体上部存在颈缩现象,该现象可为重力坝设计提供新的思考方向。

电流密度对无氰电镀铜镀层组织形貌及结合力的影响研究

使用无氰镀铜镀液LD-5101M,研究了电流密度对铁基镀铜层组织形貌及结合力的影响。结果表明:过高或过低的电流密度不利于镀层成形,当电流密度为1 A/dm2时,镀层表面结晶最为细致,晶粒尺寸较为均匀,进而在宏观上表现出镀层表面更加光滑平整;界面附近元素充分扩散及加在试片上的阴极电位使试片被还原成活化态是镀层具有良好结合力的主要因素。

基于改进附着能量模型的TNBA晶体在二元溶剂中的形貌预测

TNBA作为一种新型含能材料,其具有高爆速,低敏感性的特点,为了研究TNBA在二元溶剂中的生长形貌,本研究采用附着能(AE)模型来预测TNBA在真空中的晶体形貌,同时采用改进附着能(MAE)模型和分子动力学(MD)方法,预测了TNBA晶体在四种不同二元溶剂中二甲基甲醇(IPA)/丙酮(AC)、IPA/二甲基亚砜(DMSO)、IPA/乙酸乙酯(EA)和IPA/水(H_(2)O)的晶体形貌.结果表明,TNBA晶体在真空中的形态为不规则的多面体,由六个重要的主生长晶面构成,分别为(100)、(110)、(011)、(11-1)、(10-2)和(002),其中(100)面所占比例最大,达到33.766%.在IPA/DMSO和PA/EA溶剂中重结晶得到的晶体为块状,在IPA/AC和IPA/H_(2)O为棒状.总而言之,IPA/DMSO和IPA/EA溶剂更适合TNBA晶体重结晶选择.

电纺制备三种不同重均分子量PAN基碳纳米纤维膜及其形貌研究

以三种不同重均分子量[(M w)分别为85000、150000、250000]的聚丙烯腈(PAN)作为碳源,结合静电纺丝技术和高温碳化技术,制备了一系列具有二维结构的碳纳米纤维膜(PANB-CNFs),采用扫描电子显微镜(SEM)观察了三种碳纳米纤维膜的微观形貌。结果表明,三种不同分子量的PAN制备的PAN纳米纤维膜的形貌具有不同SEM图,与之相对应的纳米纤维的直径分布图也不同。PAN纳米纤维膜经预氧化、氧化、在500℃下碳化得到碳纳米纤维的SEM照片具有不同形貌及不同的直径分布图,平均直径分别由PAN纳米纤维的583、530和1057 nm减小至碳纳米纤维的100、292和416 nm。由质量浓度相同且分子量不同的三种PAN纺丝溶液进行静电纺丝后得到的纳米纤维样品及经高温碳化后得到的聚丙烯腈基碳纳米纤维样品的形貌变化都很大。

采用扫描电子显微镜研究防护蜡在橡胶中析出形貌的影响因素

利用扫描电子显微镜表征天然橡胶/顺丁橡胶胎侧胶中不同种类防护蜡在不同停放条件下析出的蜡膜形貌,研究蜡膜形貌受环境温湿度的影响规律。结果表明:防护蜡组成中低碳数正构烷烃在4℃低温和室温下易析出片状形貌蜡膜,高碳数正构和异构烷烃在40℃高温下易析出聚集球状形貌蜡膜,40与20℃交替变温对高碳数烷烃析出有促进作用,易形成整片连续的聚集球状蜡膜;高温下湿度变化对蜡膜形貌的影响不大。

不同表面活性剂对ɑ-半水硫酸钙晶体形貌的影响

利用蒸氨废液制备半水硫酸钙是高值化利用氨碱法生产纯碱产生废液的一种有效途径。但由于硫酸钙晶体的大小及形貌很难控制,因此,本文以氯化钙和硫酸钠为原料,采用常压酸化法,在反应温度95℃,反应时间1 h,溶液pH值2,陈化时间2 h下,研究了十二烷基苯磺酸钠、三聚磷酸钠、柠檬酸三种表面活性对制备α-半水硫酸钙晶体形貌晶体形貌的影响。发现三种表面活性剂都对α-半水硫酸钙晶体的粒径具有减小作用,三聚磷酸钠对α-半水硫酸钙晶体的形貌影响最大。本研究可为后续利用蒸氨废液和芒硝反应制备半水硫酸钙及其形貌调控提供基础研究数据。

ZSM-5分子筛形貌对苯-乙醇烷基化催化性能的调控作用

采用水热法制备了环状、薄片、类球状聚集体和小晶粒4种不同形貌和尺寸的纳米ZSM-5分子筛,用XRD、SEM、BET、MAS-NMR和NH3-TPD对所合成分子筛进行了表征,并考察分子筛形貌对苯和乙醇烷基化性能的影响.实验结果表明:在相近的硅铝比下,不同形貌的分子筛具有相似的弱酸峰强度,短b轴和中空结构的存在会降低分子筛的强酸峰强度,分子筛的强酸峰强度直接影响烷基化性能;分子筛颗粒形貌对催化烷基化性能有较大影响,4种形貌分子筛催化苯和乙醇烷基化性能优劣顺序为:薄片ZSM-5>环状ZSM-5>类球状团聚体ZSM-5>小晶粒ZSM-5.其中,具有薄片结构的H-ZSM-5分子筛在烷基化反应过程中表现出相对较好的催化性能.综合对比结果表明:较低的强酸强度、较大的比表面积和孔容、较多的直形孔道占比下,分子筛的烷基化性能较好,产物乙苯的选择性越高.

切削速度对某新型易切削钢切屑形态及加工表面形貌影响

为了明确切削速度对某新型易切削钢切屑形态及加工表面形貌的影响规律,开展了不同切削速度下某新型易切钢的切削试验,研究切屑形态和已加工表面形貌并分析其产生原因。结果表明:宏观上,在切削速度大于150 m/min时,该易切削钢切屑以短管螺旋状为主,当切削速度小于150 m/min时,切屑以发条状和破断弧形为主,形成锯齿形切屑的临界切削速度大约在200 m/min;切削速度影响切屑底面形貌,在低速切削时,切屑底面较多大小不一的撕裂状凹坑、沟槽,当切削速度增大至200 m/min时,能够形成表面较光滑的切屑底面;低速切削该易切削钢时,工件表面粗糙度较大,3D形貌显示波峰高度、波谷深度也均较大,随着切削速度的增加,粗糙度减小,3D形貌亦趋于平缓。

基于变分立体匹配算法的GMAW熔池形貌三维重建

为实现完整熔池表面形貌三维传感,构建了双棱镜单摄像机立体视觉传感系统.针对熔池图像纹理缺乏造成的立体匹配困难的问题,引入了全局优化的变分立体匹配算法,通过建立包含灰度差异数据项和空间连续性约束项的能量函数的可行性泛函,经过迭代求解获得具有丰富细节的熔池表面稠密视差图.对自制非标准凹面形状进行立体匹配和三维重建,结果表明,宽度误差小于3.16%,深度误差小于4.82%.基于该算法实现了熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)的堆焊及V形坡口对焊条件下,不同熔透状态熔池稠密视差图计算和表面形貌的三维重建.

基于分形理论的旋转超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷表面微观形貌

为了研究旋转超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷表面的微观形貌,基于分形理论研究不同加工参数下Si_(3)N_(4)陶瓷表面微观形貌的变化。设计旋转超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷正交试验,对比分析不同加工参数对Si_(3)N_(4)陶瓷表面分形维数和多重分形谱的影响,并设计单因素试验研究不同加工参数下Si_(3)N_(4)陶瓷表面的粗糙度、分形维数和多重分形谱。结果表明:旋转超声磨削Si_(3)N_(4)陶瓷表面时,分形维数能更好地表征其加工表面的缺陷状态,多重分形谱则能更好地表征其加工表面缺陷的起伏程度变化。

深度与形貌检测的仿生磁致伸缩触觉传感器设计及实验测试

物体表面形貌深度信息对于智能机器人检测物体表面特征、人机交互具有重要意义。受动物毛发感知机理启发,设计了一种新型仿生磁致伸缩触觉传感器单元及阵列;基于逆磁致伸缩效应、欧拉-伯努利梁理论和胡克定律,推导了深度检测的输出电压模型。仿真研究确定了最佳偏置磁场和阵列间距,实验测试了传感器单元在静态和动态下的输出特性,在0.05~4.8 mm深度检测范围内,灵敏度为185.72 mV/mm,响应时间和恢复时间分别为31 ms和43 ms,且具有良好的重复性,传感器阵列中单元之间输出电压的耦合影响不超过2.4%。将传感器单元及阵列安装在机械手上,选择合适的滑动速度滑过不同物体表面时,根据输出电压波形精确测量各种深度和形貌,结果表明该传感器单元和阵列可为深度与形貌检测提供参考。

基于形貌优化的车身地板振动性能优化分析

通过计算获得某皮卡车身悬置到地板的振动传递函数,对比参考车型地板振动曲线和设定目标线,发现地板响应点的峰值超出目标范围。采用模态贡献量分析确定最大贡献量模态频率,模态分析查找问题区域,确认地板存在与峰值频率一致的局部模态。采用形貌优化对车身地板加强筋重新优化设计,提升车身地板刚度降低地板振动响应幅值。对实车车身进行地板振动传递函数测试,对比测试和仿真的地板振动传递函数曲线,验证了计算结果的准确性。

脲醛树脂前驱体碳微球形貌调控及电化学性能研究

为了探究原料配比对脲醛树脂形貌及碳微球电化学性能的影响,通过改变尿素、甲醛与甲酸的物质的量比,制备了三种不同微纳结构的脲醛树脂微球,再在氮气保护下800℃裂解,获得了相应的碳微球。采用上述脲醛树脂前驱体制备的花状碳纳米微球(NUFC-3)作为电极材料,在三电极体系中开展电化学性能研究。结果表明,在1 A/g的电流密度下,比电容(C_(s))为189 F/g;在20 A/g的电流密度下,C_(s)为145 F/g,其保留率为76.7%。该脲醛树脂为前驱体的碳微球具有制备方法简单、成本低廉及电化学性能优异等优点,有望在电化学储能领域获得应用。