考虑法向载荷变化的微滑摩擦系统振动分析

工程结构中,常采用干摩擦阻尼器来降低系统的动力响应幅值。振动环境中,连接界面间存在着复杂的接触和摩擦行为,这些行为具有跨尺度、迟滞非线性和切法向耦合等特点。建立了一种能同时考虑法向载荷变化和切向微滑摩擦行为的接触力学模型,推导了模型恢复力和相对位移间关系的表达式,利用不同模型间的比较验证了模型的有效性。将该模型应用于简化的摩擦阻尼器系统,求解了简谐激励下系统的迟滞回线、单位周期的能量耗散和频率响应曲线,并对不同模型的特性进行了比较分析。结果表明:是否考虑法向载荷变化对系统动力学响应预测有很大影响;考虑法向载荷变化的微滑摩擦模型能够更加完善、准确地模拟接触界面间的力学行为。

强电流滑动电接触下最佳法向载荷

在弓网受流系统中,反映其性能的参数主要有磨耗率、载流效率和载流稳定性,均与受电弓滑板和接触网导线之间的法向载荷有着密切关系。适当的法向载荷能使磨耗率最小,亦能维持较高的载流效率及载流稳定性。论文通过对铜基粉末冶金滑板与铜锡导线的对磨实验,得到了滑板磨耗率、载流效率和载流稳定性随工况变化的规律。随后采用支持向量机(SVM)建立了以磨耗率、载流效率和载流稳定性作为因变量,以法向载荷、滑动速度和接触电流为自变量的回归模型,并通过差分进化-分布估计(DE-EDA)算法确定特定工况条件下的基于滑板磨耗率最低、载流效率和稳定性最高的最佳法向载荷及其对应的Pareto最优解。

法向载荷对不锈钢/浸金属碳载流摩擦磨损性能的影响

在自行设计的销-盘式摩擦磨损试验机上进行了不同法向载荷下不锈钢/浸金属碳载流摩擦磨损试验,分析了法向载荷对其摩擦磨损性能的影响,并用SEM观察了其磨损形貌。结果表明:摩擦因数随着法向载荷的增大而减小,160 N后基本趋向稳定;10 A电流时,浸金属碳销试样的磨损率很低,且增加趋势不明显,30～50 A电流时,磨损率显著提高,且浸金属碳销试样磨损率随着法向载荷的增大而减小,最后趋于平缓;此外,放电强度随着法向载荷的增大而减弱;在低法向载荷下,磨损类型以电弧烧蚀和氧化磨损为主,在高法向载荷下,磨损类型以磨粒磨损和粘着磨损为主,且都伴随有材料的转移。

法向载荷和滑动速度对GCr15钢干滑动摩擦的影响

本文研究了在干滑动摩擦情况下,GCr15钢与YG8硬质合金对磨时的摩擦系数与法向载荷及滑动速度的关系。结果表明,摩擦系数是随着法向载荷和滑动速度的增加而降低。根据磨损表面发生的变化和磨损表面温度计算,作者认为法向载荷和滑动速度的增加使闪温增高,从而导致了摩擦磨损表面的局部熔化,即形成了边界润滑,故此摩擦系数降低,而且在较高的载荷和滑动速度条件下,不同显微组织材料的摩擦系数之差减小。

载流磨损的最佳法向载荷三维关系模型研究

以地铁第三轨受流为研究对象,试验了法向载荷对第三轨与受电靴之间载流摩擦磨损特性的影响。结果表明:载流磨损体积损失随着法向载荷的增大均呈现出现先快速减小而后缓慢增大的"U"形变化趋势,发现存在最佳法向压力,此压力下的磨损体积损失最小,且随着速度的增大最佳法向压力相应增大。建立了W-F-V模型(磨损量-法向压力-速度三维关系模型)能与实际的试验结果较好的吻合,研究对于载流摩擦磨损状态的预测,及最优磨损条件的选择等都具有积极的意义。

法向载荷对Fe基块体非晶复合材料摩擦磨损性能的影响

为研究法向载荷对Fe基块体非晶复合材料摩擦磨损性能的影响,首先利用水冷铜模吸铸法制备了Fe基块体非晶复合材料;随后采用X射线衍射仪和显微硬度计分别对试样的物相组成和显微硬度进行表征;再通过往复摩擦磨损试验仪检测试样的摩擦磨损性能。结果表明:所制备的Fe基块体非晶复合材料内部同时存在晶体相和非晶相且非晶相占比为55.65%。此外相比于同种成分的传统晶态材料,Fe基块体非晶复合材料具有较高的硬度。随着载荷的逐渐增大,试样表面的磨损机制由最初的磨粒磨损和氧化磨损逐渐演变为磨粒、氧化以及疲劳3种磨损机制共存,磨损量进一步增加。

强电流滑动电接触下枢轨接触面最佳法向载荷研究

针对电磁发射过程中电枢磨损过快容易导致转捩的问题,研究了枢轨接触面之间的最佳法向载荷。通过在合理范围内调整电枢的尾翼倾角,使枢轨接触面在工况下产生不同的接触力。经算例分析表明:当接触力值接近且稍大于最佳法向载荷时,枢轨之间可以保证良好接触且电枢磨损量较小,此时为最理想的尾翼倾角取值。该分析方法为电枢结构的优化设计提供了有效的技术途径。

考虑法向载荷变化的Iwan模型及其特性分析

为了完整、准确地复现摩擦接触界面间的力学行为和描述其能量耗散特性,提出了一种考虑法向载荷变化的Iwan模型.在连接界面的法向上,该模型采用一个非线性弹簧来描述界面法向载荷变化和间歇性分离的行为,在其切向上则采用原始Iwan模型来描述界面间的微滑和宏滑行为;推导了切法向耦合作用下模型的恢复力和位移关系的表达式,给出了模型运动状态转换点的判据;并以简化的摩擦阻尼器模型为对象,求解了振动系统在简谐激励作用下的动力学响应,讨论了不同激励参数对系统动力学特性的影响.分析表明,当法向载荷为常值时,该模型退化为Iwan模型,从而验证了模型的准确性;该模型考虑了切向微滑行为和法向载荷变化的动态耦合,相比于不考虑法向载荷变化的模型能够更加完善、准确地模拟接触界面间的力学行为及其对系统振动响应预测的影响;连接界面的法向分离不仅会减弱系统的阻尼性能,使得系统动响应很高,而且会增强系统响应的非线性程度,在实际工程应用中应尽量避免.

强电流滑动电接触下的最佳法向载荷研究

弓网系统中滑板磨耗大及电力机车受流不稳定是制约我国电气化铁路向高速、重载、安全、稳定运行方向发展的一个关键问题,亟待采取有效的措施进行解决。在特定的载流、滑动速度条件下,表征滑板磨损快慢的滑板磨耗率随法向载荷增大呈现出先减小后增大的"U"型变化趋势,而表征载流稳定性的载流稳定系数随法向载荷增大而逐渐减小,因此选择合适的法向载荷可使滑板磨耗和载流稳定性均达到相对最佳。通过使用浸金属碳滑板与铜导线进行对磨实验,得到了不同实验条件下滑板磨耗率和载流稳定系数的大量实验数据。以此建立了以法向载荷、载流和滑动速度为输入量,以滑板磨耗率、载流稳定系数为输出量的BP神经网络非线性模型,进而利用遗传算法优化了相关参数,并在特定的载流和滑动速度条件下,采用基于粒子群算法的多目标优化方法,确定了滑板磨耗率最低、载流稳定系数最小的最佳法向载荷对应的非劣解。

法向载荷和滑动速度对纳米摩擦的影响

由于尺度效应,纳米尺度摩擦机制与宏观尺度有很大差别。在原子力显微镜实验基础之上,探讨纳米尺度干摩擦中微摩擦力与法向载荷以及滑动速度之间的关系。当法向载荷较小时,摩擦力与法向载荷之间并非线性关系,而近似与法向载荷的2/3次方成正比。当滑动速度小于摩擦系统临界滑动速度时,摩擦力随速度的对数增长而增长,而当速度超过临界滑动速度时,摩擦力几乎不受滑动速度变化的影响。

高转速、不同法向载荷条件下车轮与钢轨间的滚动摩擦磨损及损伤行为

利用滚动接触疲劳试验机研究了高转速不同法向载荷(2 000,5 000,8 000N)条件下,车轮与钢轨(以下简称轮、轨)试样间的滚动摩擦磨损和损伤行为。结果表明:随着法向载荷增大,轮、轨试样间滚动摩擦稳定阶段的摩擦因数以及轮、轨试样的磨损量、塑性变形层厚度均逐渐增大;在相同的试验条件下,轮试样的磨损量大于轨试样的磨损量;轮、轨试样的表面损伤皆表现为典型的滚动接触疲劳特征,并且轮试样的疲劳损伤更严重,表面更易萌生裂纹。

690合金管在不同法向载荷下的切向微动磨损性能研究

目的通过690合金管/405不锈钢块(线接触)的切向微动试验,探究690合金管在不同法向载荷作用下的切向微动磨损机制和损伤演变规律。方法采用自制的多功能复合微动磨损试验机,研究法向载荷(10、20、40 N)对690合金传热管/405不锈钢抗振条的切向微动磨损性能的影响。通过分析摩擦系数和耗散能,获得试验过程中的动力学信息,再通过光学显微镜、扫描电镜对磨痕进行微观分析,获得其磨损机制以及损伤演变规律。结果当位移幅值为100、200μm,法向载荷为10、20、40 N时,690合金管/405不锈钢块的微动运行状态处于完全滑移区。随着法向载荷的增加,摩擦耗散能和摩擦力增大,690合金管的损伤加剧,产生的磨屑增加,磨痕表面的剥落坑被磨屑覆盖而减少,摩擦系数呈下降趋势。沿微动方向,690合金表面的磨损区域内O、Fe、Ni和Cr的含量呈锯齿变化;沿接触方向,690合金管的磨损深度也呈现锯齿状,这都是690合金管和405不锈钢块均为非理想平面所致。结论总体而言,随着法向载荷的增加,690合金管和405不锈钢块的磨损体积增加,690合金管主要的磨损机制为剥层和磨粒磨损。

法向载荷对紫铜的微米划痕测试的影响

使用Rockwell C金刚石圆锥压头对紫铜进行微米划痕实验,研究了法向载荷对样品的微米划痕测试的影响。结果表明:随着法向载荷的增大,压入深度和残余深度均线性增加,弹性恢复率线性减小;划痕宽度随压入深度的增加先非线性地增大,之后趋于线性增加。当法向载荷在0.08~0.11 N的范围内时,摩擦力线性增大,摩擦系数趋于一个常数,摩擦机制为粘着摩擦;当法向载荷在0.11~17 N的范围内时,摩擦力和摩擦系数非线性地增大,摩擦机制为犁沟摩擦;当法向载荷在17~28 N的范围内时,摩擦系数趋于一个常数,摩擦力线性增大,摩擦机制为微切削。

环境和法向载荷对(TiVCrAlMo)N高熵合金薄膜摩擦学性能的影响

本工作研究了(TiVCrAlMo)N高熵合金薄膜在干摩擦、16烷、去离子水及三种粘度润滑油(0W-20、10W-30及5W-40)下的摩擦学行为,并探究了不同载荷(1 N、2 N和3 N)对其摩擦学性能的影响。结果表明:1 N和2 N下,高熵合金薄膜在16烷和润滑油中的摩擦系数远低于在干摩擦和去离子水中的摩擦系数,但在3 N下,高熵合金薄膜在去离子水中的摩擦系数出现大幅下降。在油润滑下,高熵合金薄膜在低粘度润滑油(0W-20)中的磨损率随载荷的增加而增大,而在中粘度润滑油(10W-30)中的磨损率随载荷的增加而减小,但在高粘度润滑油(5W-40)中的磨损率与载荷之间无明显的线性关系。高熵合金薄膜在干摩擦中的磨损机制是磨粒磨损和分层磨损,但随载荷的增加还伴有氧化磨损;在16烷中的磨损机制是疲劳磨损和氧化磨损,但在1 N下仅为轻微磨粒磨损;在去离子水中的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。高熵合金薄膜在低粘度润滑油(0W-20)中1 N下的磨损机制是轻微磨粒磨损,但随载荷的增加转为疲劳磨损;相反的是,在中粘度润滑油(10W-30)中的磨损机制是疲劳磨损,但随载荷的增加转为轻微磨粒磨损;此外,高熵合金薄膜在高粘度润滑油(5W-40)中的磨损机制是磨粒磨损,但在2 N下伴有氧化磨损。

刚性接触网中浸金属碳滑板在不同法向载荷下的载流摩擦磨损性能

为了更好地模拟浸金属碳滑板的实际应用工况,设置试验滑动距离为1000 km,使用环-块式载流摩擦磨损试验机模拟地铁列车在刚性接触网系统中的运行条件,研究浸金属碳滑板在不同法向载荷作用下的载流摩擦磨损性能。试验结果表明:随着法向载荷的增大,摩擦因数不断增大,电弧能量下降,载流效率不断升高,滑板的温度以及磨损率都呈现出下降的趋势;随着滑动距离的增加,滑板的磨损率逐渐降低最后趋于稳定。SEM电镜观察结果表明:法向载荷较低时,浸金属碳滑板表面产生了较多烧蚀坑和裂纹,其磨损形式主要表现为电弧烧蚀以及片状剥落;随着法向载荷增大,滑板表面出现划痕和磨屑,磨粒磨损现象较为明显。研究表明:适当增大法向载荷可以有效抑制电弧的烧蚀作用,减少滑板表面的裂纹和烧蚀坑,从而降低滑板的磨损。

法向载荷和速度对β-HMX晶体纳米划痕性能的影响

目的揭示β-HMX晶体在微观尺度下的摩擦和磨损特性。方法对β-HMX晶体进行镶样抛光,并使用圆锥形金刚石探针在纳米划痕仪上进行定载划痕试验,获得β-HMX晶体在不同法向载荷和滑动速度下的划入深度、残余深度和摩擦因数,再通过光学显微镜表征晶体的表面损伤形貌。结果当法向载荷从0.5 mN增加到3.5 mN,β-HMX晶体表面摩擦因数约增大2倍,划入深度和残余深度也明显增加,晶体表面发生从弹性变形到塑性变形再到脆性去除3个阶段。当滑动速度从5μm/s逐渐增加到100μm/s时,β-HMX晶体表面的摩擦因数减小约17%,划入深度和残余深度缓慢降低,晶体表面损伤形貌无明显区别。结论β-HMX晶体的摩擦因数随法向载荷的增加而增大,随滑动速度的增加而减小,且黏着摩擦因数大于犁沟摩擦因数。随着法向载荷的增加,划痕的划入深度和残余深度增加,弹性恢复率减小。随着滑动速度的增加,划痕的划入深度和残余深度减小,弹性恢复率增加。另外,随着法向载荷的增加,晶体的损伤形式经历从弹塑性变形到脆性破坏的转变,而随着滑动速度的增加,损伤情况变化不明显,表面损伤机制表现为机械性损伤与去除。

法向载荷下内嵌椭圆片裂纹问题的解法

利用微分积分方程方法研究三维无限弹性体内嵌平片裂纹问题．研究表明，如果作用在裂纹面上的载荷是幂函数形式，则其位移间断值有闭合形式解．本文得出了裂纹面上作用高次幂法向载荷的多种情形的应力强度因子．

大变形条件下机翼法向载荷的随动加载技术

在静强度试验中大展弦比机翼的变形量会随加载级数的增加而增大,机翼法向载荷方向也会随之发生变化。为提高机翼在大变形条件下法向载荷加载的准确性,本文以机翼为研究对象,考虑其非线性变形的特点,提出了一种随动加载技术,即随着机翼的变形,作用在机翼上的法向载荷作动筒的方向也随之调整变化,保证机翼所受载荷始终沿法向,同时设计了验证试验进行验证。试验结果表明,该随动加载技术可用于大变形机翼法向载荷加载,为机翼静强度试验加载提供了一种新的方法。

不同法向载荷下TiN涂层磨损寿命与失效机理研究

采用阴极弧等离子沉积技术在高速钢(HSS)和硬质合金钢(WC-Co)基体上制备TiN涂层,利用往复摩擦磨损试验机、轮廓仪、扫描电子显微镜和能谱仪等分析了不同法向载荷下TiN涂层的摩擦磨损特性和失效过程,建立了涂层磨损寿命图.研究结果表明:TiN涂层/HSS试样摩擦系数随循环次数增加呈上升趋势;TiN涂层/WC-Co试样在30 N法向载荷下的摩擦系数随循环次数呈上升趋势,在60~120 N法向载荷下摩擦系数波动较大.涂层试样的磨损深度随法向载荷与循环次数的增加而增加. TiN涂层/HSS试样在30 N法向载荷的主要失效形式是磨粒磨损、轻微黏着磨损和氧化磨损,在60~120 N法向载荷的主要失效形式是涂层断裂、磨粒磨损和剥层磨损. TiN涂层/WC-Co试样在30~50 N法向载荷下的主要失效形式是磨粒磨损,在60~120 N法向载荷下的主要失效形式是严重剥层. TiN涂层的磨损寿命图可以分为两部分:涂层工作区和涂层失效区.接触应力越大,涂层磨损寿命越短.基体材料抵抗变形的能力越强,涂层磨损寿命越长. TiN涂层/HSS基体具有良好的抵抗法向载荷的能力和较长的磨损寿命.

大展弦比机翼随动加载方法与装置研究

大展弦比机翼载荷标定实验中,随着载荷的增加,机翼会发生弯曲变形,导致加载点的法向载荷方向发生变化,对载荷标定实验的准确性产生影响。为解决此问题,设计了一套大展弦比随动加载装置,该装置通过电缸控制加载点竖直方向的位移,通过位移台控制电缸水平方向的位移,利用联动控制系统使载荷标定实验中施加在机翼翼面的作用力与翼面始终保持垂直,保证机翼所受载荷始终沿法向。开展随动加载与砝码垂向加载对比实验,结果表明:随动加载获得的数据相关系数达到0.999,相较砝码垂向加载获得的数据相关系数0.976更优,验证了随动加载装置的有效性。该装置不仅具有体积较小、操作简便的优点,还为推动大展弦比机翼性能研究提供了有力支撑。