扭转复合微动模拟及其试验研究

基于低速往复回转电动机系统和高精度六维力/转矩传感器,通过改变旋转轴的倾斜角α,成功实现了扭转复合微动,该微动属扭动微动和转动微动模式的复合。并对GCr15钢球/50钢平面在倾斜角度为10°和40°及不同扭转角位移幅值下的扭转复合微动进行初步考察,同时结合光学显微镜、扫描电子显微镜、表面轮廓仪等手段分析50钢的扭转复合微动运行行为、磨痕形貌及损伤机理。结果表明,该试验装置能真实模拟扭转复合微动;倾斜角和角位移幅值对扭转复合微动的运行和损伤行为有重要影响;可利用摩擦力—角位移幅值曲线来表征扭转复合微动行为,50钢摩擦力—角位移幅值曲线呈直线型、椭圆型和平行四边形型3种类型;其损伤特征明显不同于单一运行模式控制(扭动微动或转动微动)下的微动行为。此外,不对称的磨斑形貌是扭转复合微动的一个典型特征。

微动摩擦学的发展现状与趋势

对微动摩擦学的发展过程和现状，包括微动磨损、微动腐蚀和微动疲劳作了相当系统而简要的综合介绍与评论，重点归纳分析了近１０年来微动摩擦学的发展概况，并且分别就法国和国内的有关研究工作作了集中评介．指出微动摩擦学研究在发达国家的进展尤快，说明高科技的发展对这个学科领域研究要求的迫切性，应该引起我国摩擦学界和工程界科技工作者更多的关注，同时认为基础研究、工业应用研究和失效分析，都是微动摩擦学研究今后工作的重点．

二硫化钼粘结固体润滑涂层的径向和切向微动损伤的比较研究

通过径向和切向微动试验考察了二硫化钼粘结固体润滑涂层的微动摩擦学特性 ,并利用扫描电子显微镜、能量色散谱和X射线光电子能谱等分析了两类微动损伤区的微观特征 .结果表明 :二硫化钼粘结固体润滑涂层具有良好的抗径向微动损伤性能 ;切向微动条件下无混合区存在 ,涂层损伤强烈依赖于位移幅值 ,并伴随MoS2 的氧化 ;

微动损伤的研究综述

论述了微动损伤的概念及对其研究的必要性。对微动损伤研究的两个主要部分即微动损伤的基础研究和防护方法的发展过程进行了论述，尤其对当前的研究现状及所取得的成果做了重点阐述，并说明了一些尚待研究的问题。从微动机理研究、微动件结构参数控制、微动疲劳寿命估算、工业应用、防护等几个方面概述了微动损伤研究的发展趋势。

7075铝合金扭转复合微动磨损研究

基于低速往复回转系统,通过改变回转系统旋转轴的倾斜角α,成功实现了球/平面接触状态下扭动微动和转动微动的复合,并研究了7075铝合金/GCr15钢球在倾斜角10°和40°及不同角位移幅值下的扭转复合微动行为.在动力学分析基础上,结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDX)、表面轮廓仪等手段分析了扭转复合微动运行行为及损伤机理.结果表明:7075铝合金的扭转复合微动的运行和损伤行为强烈依赖于倾斜角和角位移幅值;随着倾斜角的增加,扭动微动分量减少,转动微动分量增加,复合微动的混合区和滑移区向小角位移方向移动,损伤形貌的非对称性增加,同时磨损机制从剥层和氧化磨损逐渐转变为磨粒磨损和氧化磨损.

关于复合式微动的研究

在新型径向微动试验装置上 ,改变试样的倾斜角度 ,实现了径向微动和切向微动的复合 .考察了 GCr15钢球 /2 0 91铝锂合金在倾斜 30°和 45°以及不同外加载荷条件下的复合微动损伤行为 。

60Si2Mn钢复合微动磨损行为的研究

采用球／平面接触,研究了60Si2Mn钢在两种倾斜角(45°和60°)、三种载荷(Fmax=200 N、400 N、800 N)和恒定加载速度(6 mm／min)下的复合微动磨损行为。在详细分析该微动接触条件下的动力学特性的基础上,结合光学显微镜和激光共焦扫描显微镜对磨痕的分析,探讨了不同阶段的微动过程和机制。根据F-D曲线的三种形状,60Si2Mn钢的复合微动运行过程划可划分为三个阶段。第1阶段的磨损以滑移为主,第Ⅱ、Ⅲ阶段的颗粒剥落均按剥层机制进行,但损伤程度明显不同。

微动白层形成的控制因素及其对磨损过程的影响

在径向和复合(切向与径向复合)微动条件下,考察了2091铝锂合金在不同载荷水平和倾斜角度下的微动行为和损伤过程;结合不同阶段微动磨痕剖面分析,研究了微动白层(TTS)的形成条件,并详细分析了在不同微动阶段TTS的演变过程.结果表明,TTS形成的主要控制因素是表面切应力和切向位移,TTS形成过程呈现塑性变形特征;TTS对磨损过程具有重要影响.

GCr15轴承钢的复合微动磨损行为研究

对GCr15轴承钢球/平面接触方式,在倾角分别为30°和45°进行复合微动磨损试验。分析了该微动接触条件下的动力学特性;利用光学显微镜、轮廓仪和扫描电子显微镜对磨痕进行了分析,根据复合微动运行的三个阶段,提出了GCr15钢的复合微动磨损的物理模型。

关于微动磨损与微动疲劳的研究

微动磨损与微动疲劳是 2种主要的微动模式 ,造成的损伤在工业中相当普遍 ,并可能引发灾难性的后果。主要研究了位移幅度、压力和疲劳应力 3个基本微动参数 ,并以获得的微动区域、微动图为基础 ,分析了微动磨损与微动疲劳的运行机制和破坏规律。为更好地了解微动磨损与微动疲劳之间的内在联系 ,进一步探讨了接触磨损与局部疲劳。

低碳钢的复合微动磨损特性研究

在球 /面接触条件下 ,以恒定加载速度 (6 mm /min) ,研究了 2 0号钢在两种倾斜角 (4 5°和 6 0°)、三种载荷 (Fmax=2 0 0 ,4 0 0 ,80 0 N)下的复合微动磨损行为。在分析复合微动的动力学特性的同时 ,结合激光共焦扫描显微镜(L CSM)和扫描电子显微镜 (SEM)对磨痕进行分析。结果表明随着倾斜角度和载荷的增加 ,表面磨损明显增加 ,并可根据 F- D曲线的三种形状 ,将 2 0号钢的复合微动运行过程划分为三个阶段。第 I阶段的磨损主要表现为滑动磨损的特征 ,第 II,III阶段的磨损机制主要为剥层 。

世界核电设备与结构将长期面临的一个问题——微动损伤

核电设备至今仍面临许多不易解决的问题。经过对核电设备和结构部件多例事故的分析可知 ,核电设备中微动是不可避免的现象。核能工程中的相当一部分结构损伤事故与微动损伤有着直接的关系 ;在应力集中、腐蚀部位 ,微动又是许多核电设备提前损伤失效的直接原因。微动损伤使得许多核电设备随着堆龄的增加损伤失效事例越来越多 ,研究和分析核电设备结构中的微动损伤实属必要 。

利用微动台阵初勘目标区断裂位置及地层分布情况——以滨海区评为例

在滨海某地震安全性评价项目中,针对目标区面积大、覆盖层厚度大、地下隐伏构造复杂等问题,采用微动勘探方法加密观测目标区,获得了界牌-滨淮农场断裂的空间位置、目标区三维S波速度结构;并将微动探测结果与主动源地震勘探、剪切波速测井展开对比分析。结果表明:(1)针对界牌-滨淮农场断裂,微动探测与主动源地震勘探两种方法所揭示的断裂特征较为一致,作为初勘成果具有较强的应用价值;(2)在100 m深度范围以内,微动探测与波速测井所获得的剪切波速度值相近,因此微动探测技术可用于场地类别的快速判定;(3)微动探测技术相比测井和主动源地震勘探,可更经济快速的探明深部地层的速度结构,为目标区地层三维建模提供拓展资料及修正依据。

微动损伤机理的研究

提出了微动接触表面间实际接触面积增加的模型和微动摩擦中裂纹形成和扩展的形式 ,为在设计中进行微动疲劳计算提供了理论依据。

SLM成形IN738LC合金的微动磨损行为及磨损机理

本文通过高精度微动摩擦磨损试验机(SRV-V),以球/平面点接触模式对选区激光熔化(SLM)技术制备的IN738LC合金进行切向微动磨损实验,系统研究了恒定载荷条件下(50 N),不同位移幅值(50、100、150、200μm)试样的微动磨损行为及其磨损机理。结果表明:随着位移幅值增加,试样的摩擦因数和磨损体积逐渐增大,微动磨损运行状态由混合区逐渐转变为完全滑移区,50μm试样的磨损机理为轻微氧化磨损和疲劳磨损,200μm试样的磨损机理转变为氧化磨损、疲劳磨损和磨粒磨损。此外,磨痕中的微裂纹分布强烈依赖于微动区类型,即微裂纹出现在黏着区域和滑移区域的交界位置及完全滑移区域内。由于磨痕边缘存在犁削作用,磨痕形状由圆形变为椭圆形。

一种无附加运动二级缩小微动系统设计及性能分析

为实现更小缩小比进而获得更高运动精度的灵活运动空间,设计了一种无附加运动的二级缩小微动机构及压电陶瓷致动器组成的微动系统,并对其驱动性能、运动性能和动态性能进行研究。基于柔性铰链杠杆原理及附加运动平衡原理,设计了一种无附加运动的二级缩小微动机构,可实现输入位移精密缩小;采用压电陶瓷致动器驱动二级缩小微动机构,组成二级缩小微动系统;采用有限元法完成系统驱动性能、运动性能及动态性能分析,实验法完成系统驱动性能及动态性能分析。分析结果显示,微动系统驱动具有线性度高、误差小等优点,系统具有优良的定位性能,系统动态性能良好且在运动过程中不会发生共振。研究对微动系统设计及性能分析具有重要的参考价值。

激光冲击+机械喷丸复合强化对铆接件微动疲劳性能的影响

研究机械喷丸、激光冲击+机械喷丸复合强化2种表面强化技术对铝合金铆接构件微动疲劳行为的影响。利用微动磨损实验机、疲劳实验机、X射线衍射仪、激光共聚焦显微镜、场发射扫描电镜等设备,测试表面强化技术对铝合金表面完整性、耐磨性、疲劳性能和微动损伤特征的影响。结果表明:机械喷丸、激光冲击+机械复合强化均可提升铆接件微动疲劳性能,机械喷丸提高12倍,复合强化提升5.4倍。表面强化处理改变疲劳裂纹源位置,原始件裂纹萌生于铆接件圆孔30°左右,喷丸强化后裂纹在圆孔接近90°位置萌生。复合强化的残余压应力层深度为1.00 mm,远大于机械喷丸的0.25 mm。总体上,复合强化效果不理想,这是由于激光冲击技术不便于在小尺寸的铆接孔实施,同时强化过程连接孔变形,影响服役性能。

皮质悬吊装置和股骨间微动磨损有限元分析

研究了皮质悬吊装置的钛板和股骨表面的皮质骨承受交变载荷发生的微动行为.基于钛/皮质骨材料建立了球/平面微动磨损有限元模型,通过与Hertz接触理论和已有试验结果进行对比,验证了有限元方法的正确性;同时研究了位移幅值、摩擦系数和法向力对钛球/皮质骨接触面间微动磨损行为的影响.最后把已验证的模型和方法用于研究前交叉韧带(ACL)重建手术中的皮质悬吊装置和股骨间的微动磨损情况.发现随着微动位移幅值从2μm增大至10μm,磨损状态由部分滑移向完全滑移转变,最大磨损深度由0.195μm逐渐增大至14.13μm,磨损体积由5.69×10^(4)μm^(3)增大至1.41×10^(6)μm^(3);在位移幅值为5和10μm时,磨损深度、磨损面积和磨损体积都表现出随摩擦系数增大而减小的趋势;在位移幅值为5μm时,磨损深度随法向力的增加逐渐减小,在位移幅值为10μm时,磨损深度随法向力的增加逐渐增大.通过研究交变载荷下皮质悬吊装置/皮质骨微动磨损模型的微动磨损行为发现:磨损深度最大值在皮质骨隧道孔边缘的应力最大值处,并且与球/平面微动磨损模型预测趋势相同,可以通过增加皮质悬吊装置和皮质骨隧道孔边缘接触面间的摩擦系数来提高皮质骨的抗微动磨损能力,提高ACL重建手术成功率.

KLF10对微动促进成骨细胞增殖、分化的作用及机制

目的 本研究探讨锌指蛋白转录因子10(KLF10)在微动对成骨细胞的作用及其机制。方法 利用小鼠胚胎成骨细胞前体细胞MC3T3-E1细胞,经静态或机械力作用培养,通过QPCR和Western blotting检测细胞KLF10的mRNA的表达及蛋白水平;为了建立稳转敲低KLF10细胞系,将对照组及两个KLF10敲低组转入MC3T3-E1细胞内,应用Western blotting检测敲低效率;分成静态培养组、KLF10敲低静态组、机械力组、机械力+KLF10敲低组,通过CCK8、流式细胞仪检测各组细胞增殖和凋亡情况;Western blotting检测各组细胞内骨桥蛋白(OPN)、骨钙素(OCN)及Runt相关转录因子2(Runx-2)蛋白表达情况。结果 与静态培养相比,在机械力作用下,MC3T3-E1细胞中KLF10 mRNA和蛋白表达升高(P<0.05);与对照组相比,两个敲低组(siRNA KLF10-1,siRNA KLF10-2)KLF10的蛋白表达降低,其中一个siRNA KLF10-2效果明显(P<0.01);与静态组比较,siRNA KLF10-2静态培养组细胞的增殖水平非常显著降低(P<0.001);机械力组细胞的增殖水平升高(P<0.05);机械力+siRNA KLF10-2组细胞的增殖水平显著降低(P<0.01);与静态组比较,siRNA KLF10-2静态培养细胞的凋亡非常显著增多(P<0.001);机械力组细胞的凋亡降低(P<0.05);机械力+siRNA KLF10-2组细胞的凋亡显著增多(P<0.01);与静态组比较,siRNA KLF10-2静态培养组细胞的OPN、OCN、RUNX-2的蛋白表达非常显著降低(P<0.001);机械力组细胞的OPN、OCN、RUNX-2的蛋白表达升高(P<0.05);机械力+siRNA KLF10-2组细胞的OPN、OCN、RUNX-2的蛋白表达降低(P<0.01)。结论KLF10在微动促进成骨细胞增殖、分化的过程中起着重要作用。

基于数值模型的螺栓预紧力对板间微动行为影响研究

螺栓预紧力是影响搭接件疲劳特性的重要参数,不同预紧力大小影响结构内部应力分布及疲劳微动特征。建立2024铝合金叠层板搭接试件螺栓连接预紧及试件拉伸的数值模型,分析不同预紧力作用下试件内部受力及叠层间微动特征。结果表明:螺栓连接可以改变带孔板拉伸孔周受力分布,可一定程度上减小连接孔引起的应力集中现象。随着预紧力的增大,叠层之间通过摩擦传递的载荷增大,孔边应力集中系数会随之减小。接触面上较高的摩擦切应力区域主要出现在连接孔拉伸方向的前后两侧,但微动幅值最大的位置出现在孔的两侧,并且随着预紧力的增大而减小。