石墨烯/丁腈橡胶复合材料性能的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟(MDS)对石墨烯(GR)增强丁腈橡胶(NBR)复合材料的力学性能和摩擦学性能进行研究。采用恒应变法计算结构的力学性能,并运用自由体积理论对材料力学性能增加的机制进行解释。建立纯丁腈橡胶和石墨烯/丁腈橡胶复合材料两种分子模型,分别对顶部和底部的铁摩擦配副施加剪切载荷,以研究石墨烯改善丁腈橡胶摩擦学性能的机制。研究结果表明,在橡胶中加入石墨烯,增加了复合材料结构的致密性,使复合材料体系的刚性得到增强,力学性能得到提升;石墨烯与聚合物分子链之间存在较强的相互作用,降低了Fe层对复合材料的磨损消耗。该研究从微观尺度分析了石墨烯增强聚合物性能的机制,丰富和发展了橡胶摩擦学理论。

薄壁圆环件装夹变形理论分析与仿真预测

薄壁圆环类零件广泛应用在离心压缩机设备中,在车削加工中由于装夹力的影响会发生弹性变形,从而影响工件加工精度,为探究零件装夹变形影响,保障离心压缩机运行效率,通过理论分析与有限元仿真模拟相结合的方法,分别建立了薄壁圆环零件在卧式车床四爪卡盘装夹下的理论变形模型和有限元仿真模型进行优化研究。通过两种模型对比可知:有限元仿真模型变形结果与理论模型变形结果较为一致,得出薄壁圆环件普通装夹径向变形较为敏感。据此,提出轴向装夹和均布式径向装夹两种优化装夹方案来减小薄壁圆环件在加工过程中的径向变形,通过计算可知,该两种装夹方式都可有效减小薄壁圆环类零件装夹变形,为提高薄壁圆环类零件加工精度提供理论基础。

基于VERICUT的大型离心式压缩机壳体数控加工技术仿真研究

大型离心式压缩机壳体结构复杂、尺寸较大,一般采用大型龙门铣床加工,其加工难度大、加工效率低,且加工过程中极易出现超程、碰撞、干涉等问题,在数控加工过程中无法人为判断加工程序的正确性。因此需对大型离心机机壳壳体加工技术进行仿真研究,保证加工能够正常进行。研究对象为140万t级离心压缩机机壳和POWERTEC 7000 AG龙门铣床,采用SolidWorks软件建立某型号离心压缩机下壳体的三维模型,利用NX数控加工模块规划刀路再进行后置处理生成数控程序。通过VERICUT软件搭建龙门铣数控加工中心,验证程序正确性和仿真加工过程,消除了加工过程中的超程、碰撞、干涉等问题。最后在公司车间进行实际加工,将模拟与实际加工出的成品相比较,结果符合各项加工指标,进一步验证了虚拟仿真模型和数控程序的正确性。

缺陷碳纳米材料及其改性补强橡胶复合材料研究进展

碳纳米管、石墨烯具有优异的机械性能和热力学性能,已成为新一代增强橡胶复合材料性能的重要补强材料。然而,在实际生产中,容易产生缺陷碳纳米管和石墨烯且两者在橡胶复合材料基体内也极易发生团聚。为解决上述问题最常用的方法是对缺陷碳纳米管和石墨烯进行官能化处理。总结了碳纳米管、石墨烯以及缺陷、官能化碳纳米管和石墨烯对橡胶复合材料力学、摩擦学、老化等性能的影响,并对该领域未来的发展提出建议。

基于数字孪生复杂装备设计制造一体化协同设计技术及平台研发

飞机、汽车等复杂装备由多个子功能系统构成,其研发通常需要多个学科的协同合作才能顺利完成。为了有效协调多学科之间的耦合关系,合理整合各子系统已成为装备研发的关键。数字孪生技术为解决这一挑战提供了新的途径。通过数字孪生技术,采用基于模块化设计的方法进行方案决策和模块划分。通过构建数字孪生大数据平台,可以有效地管理结构化和非结构化的孪生数据,将传统设计扩展到更广泛的领域,包括面向功能的设计、面向制造的设计以及面向服务的设计等,实现了产品全生命周期的一体化协同设计。这种综合性的设计方法有助于有效缩短复杂装备研制周期,降低研制成本,并最终提升装备的性能和可靠性。通过数字孪生技术,各个子系统之间的协同工作更为紧密,为复杂装备的研发和生产提供了更加高效和创新的解决方案。

钾离子对丁腈橡胶在含砂介质中摩擦磨损行为的影响

利用自行设计的往复式磨损试验机研究丁腈橡胶在含砂KCl溶液和蒸馏水2种介质中的摩擦磨损行为,并利用场发射扫描电镜对橡胶磨痕的表面形貌及元素含量进行分析。结果表明:在2种介质中,随着载荷的增加,丁腈橡胶的摩擦因数降低而磨损量增加,但在含砂的KCl溶液介质中摩擦因数和磨损量的变化程度均高于在含砂蒸馏水介质中。丁腈橡胶在含砂KCl溶液的磨损机制为腐蚀磨损以及磨粒滑动侵蚀,在含砂蒸馏水中的磨损机制为湿磨粒磨损。K+使得丁腈橡胶表层及亚表层分子链更容易断裂,进而生成了分子量和分散性都低的产物和小分子单体,以及新的支联网状结构。

干摩擦条件下氧化锌对丁腈橡胶摩擦磨损行为的影响

运用环-块摩擦磨损试验机研究了不同类型氧化锌对丁腈橡胶干摩擦磨损性能的影响。将不同类型氧化锌加入丁腈橡胶,对试样进行常规制备,磨损后橡胶表面分子结构利用红外光谱仪进行分析。结果表明,与添加普通氧化锌、纳米氧化锌和改性普通氧化锌的胶料相比,添加改性纳米氧化锌胶料表现出了优异的耐摩擦磨损性能。其磨损量为0.021g,仅为添加普通氧化锌胶料磨损量的1/4;摩擦系数为0.4,是添加4种氧化锌胶料中最低的;且胶料仅发生了磨粒磨损,未出现其他更为严重的磨损形式。文章对于添加不同类型氧化锌胶料摩擦磨损性能出现差异的原因进行了分析。分析结果表明,摩擦生热导致的硫化返原是造成胶料磨损程度不同的根本原因。即摩擦生热引起多硫键断裂及主链改性,造成胶料交联密度的下降,降低了胶料的耐摩擦磨损性能。

硫化温度对丁腈橡胶力学及摩擦学性能的影响

研究低温硫化(100~150℃)对丁腈橡胶物理性能及摩擦磨损行为的影响,运用扫描电镜对丁腈橡胶磨损表面形貌进行分析,探讨不同硫化温度丁腈橡胶的磨损机制。结果表明:随着硫化温度的升高,硫化胶的物理性能(交联密度、拉伸强度、硬度)呈现先升高后下降的趋势,在硫化温度为120℃时,胶料具有较好的综合性能;随着硫化温度的升高,硫化胶的磨损量先减小后增大,在硫化温度为120℃时胶料的磨损量最低,摩擦因数也最低且最稳定;120℃硫化胶的磨损机制主要为磨料磨损,而其他温度硫化胶为更严重的黏着磨损,因此,120℃硫化胶具有优异的抵御黏着磨损的能力。

基于摩擦学系统理论的采油螺杆泵定子橡胶磨损分析

定子橡胶在原油介质下的减摩耐磨特性是衡量采油螺杆泵的主要技术指标之一。采油螺杆泵的运行环境复杂,影响其定子橡胶磨损的因素较多,属于典型的非线性系统问题。基于摩擦学系统理论,以橡胶定子、金属转子、石油介质、螺杆泵机械结构为主要元素,构建出采油螺杆泵的摩擦学系统框架;列出各元素特性,分析各元素之间的相互联系,并提出求解方法;对螺杆泵定子橡胶材料去除的摩擦学机制进行归纳,并初步讨论摩擦学机制与该摩擦学系统的关系。

含不同类型氧化锌丁腈橡胶的干摩擦行为研究

制备普通氧化锌与纳米氧化锌填充的丁腈橡胶(NBR),分析氧化锌类型对NBR材料特性及物理机械性能的影响。在MPV-600型磨粒磨损试验机上研究氧化锌类型对NBR摩擦磨损性能的影响,采用扫描电镜对磨损表面形貌进行观察,分析其磨损机制。结果表明:与普通氧化锌硫化胶相比,纳米氧化锌可使NBR的拉伸强度、定伸应力进一步提高;加入纳米氧化锌的NBR的最大转矩提高,焦烧时间与正硫化时间都较普通氧化锌的缩短;添加纳米氧化锌的NBR的耐摩擦磨损性能优异,这主要归因于其具有更大的交联密度与较高的体系硬度。添加纳米氧化锌的NBR的磨损机制为磨料磨损和少量的黏着磨损,而添加普通氧化锌的NBR的磨损机制为磨料磨损和严重的黏着磨损。

碳纳米管/丁腈橡胶复合材料力学及摩擦性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟技术,从分子水平研究碳纳米管(CNTs)增强丁腈橡胶(NBR)复合材料的力学性能及摩擦学性能。运用恒应变法计算材料的力学性能,分别建立纯NBR和CNTs/NBR复合材料的3层模型,并对顶层和底层的铁摩擦副施加剪切载荷,研究材料的摩擦学性能。研究结果表明:在摩擦过程中,由于CNTs表面存在很强的吸附力,抑制了NBR分子链的迁移率,使得CNTs和聚合物分子链间的相互作用增强;CNTs/NBR复合材料具有更高的致密性以及更强的结构,从而表现出了比纯NBR更加优异的力学和摩擦学性能。

碳纳米管丁腈橡胶耐磨复合材料的摩擦与力学性能模拟

运用分子动力学模拟的方法研究碳纳米管丁腈橡胶复合材料的力学与摩擦学性能,考察材料应力与应变的关系、径向分布函数(RDF)的分布与摩擦行为.结果表明:碳纳米管复合材料的力学性能显著提升,摩擦后复合材料RDF平均值与纯胶材料相比下降了44%.碳纳米管与聚合物分子链之间存在较强的相互作用,约束了聚合物分子链的热力学运动,这是复合材料力学与摩擦学性能得到提高的根本原因.

介质润滑条件下不同氧化锌丁腈橡胶的摩擦学行为

运用MWF-1型往复式微机控制磨损试验机研究了介质润滑条件下不同氧化锌丁腈橡胶的摩擦学行为。对不同氧化锌胶料进行常规制备,磨损试验润滑介质分别选为基础油、基础油/环己烷和环己烷。胶料磨损表面形貌利用扫描电子显微镜进行观察。研究结果显示:基础油润滑条件下,不同氧化锌胶料摩擦系数随磨损时间延长逐渐增大;其他润滑条件下,胶料摩擦系数随磨损时间延长先减小后增大。由各胶料在不同润滑条件下磨损量变化率(与基础油条件下胶料磨损量比较)可以看出,含改性纳米氧化锌胶料的磨损量变化率最小,分别是基础油/环己烷条件下为11.5%和环己烷中为20.7%;含普通氧化锌胶料磨损量变化率最大,分别为50%和82.5%。改性氧化锌胶料具有较高的交联密度,能有效抵御外界液体介质侵入破坏交联网络,保障了胶料具有较高程度的交联而不易被外界机械应力破环,因此耐磨损性能优异。

含纳米氧化锌丁腈橡胶摩擦学行为的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟方法研究纳米氧化锌改善丁腈橡胶摩擦学行为的微观机制,考察纳米氧化锌增强丁腈橡胶的原子运动速度、剪切动力学与摩擦因数。结果表明:在剪切条件下,纳米氧化锌增强丁腈橡胶分子链段沿剪切方向分布完整连续,纳米氧化锌的存在提高了丁腈橡胶分子链的刚性;纳米氧化锌增强丁腈橡胶上下摩擦界面的原子运动速度峰值分别比纯丁腈橡胶材料的低11.8%与37.1%,说明纳米氧化锌的存在限制了胶料摩擦表面原子的热力学运动,减小了胶料摩擦剪切变形的程度;与纯丁腈橡胶材料相比,纳米氧化锌增强丁腈橡胶具有更低的摩擦因数,纳米氧化锌的存在增强了橡胶分子链的结合力,提高了胶料抵御剪切变形的能力,改善了胶料的摩擦学性能。

用分子动力学模拟研究丁二烯微观结构对丁腈橡胶物理机械性能的影响

采用分子动力学模拟的方法对基于3种不同丁二烯键合结构建立的丁腈橡胶模型(A、B、C模型)进行了模拟计算,以考察丁二烯微观结构对丁腈橡胶物理机械性能的影响。采用恒定应变法计算模型的物理机械性能,然后将模型与铁原子层结合建立摩擦副模型,利用剪切模拟分析丁腈橡胶摩擦过程的磨损机理。结果表明,与A模型和C模型相比,B模型分子链含有5个反式-1,4-丁二烯单体和5个1,2-丁二烯单体,其弹性模量分别高13%和7%,摩擦系数下降18%和8%,该模型中乙烯基团增强了高分子基体的相互作用,且与顺式-1,4-丁二烯相比,反式-1,4-丁二烯更利于高分子基体结构的稳定。因此,B模型具有更优异的物理机械性能。

基于SARIMA时间序列模型的区域快递需求预测——以江苏省为例

随着经济飞速发展,我国快递业务量逐年上升,快递业的发展水平成为衡量区域经济和社会发展的重要指标。文章通过爬虫技术获取2016年1月—2022年11月江苏省的快递业数据,通过Anaconda平台使用季节性差分自回归滑动平均模型(Seasonal Autoregressive Integrated Moving Average,简称SARIMA)对获取的数据进行分析。考虑到原始数据为非平稳时间序列,进行差分处理和参数分析,最终确定模型为SARIMA(1,1,1)(0,1,2)12,结果表明该模型的数据拟合较好。通过模型对2022年12月—2023年5月的快递量进行预测。文章认为,预测模型的数据能更好地助力快递业解决可能发生的风险和不确定因素,为今后区域经济和区域快递业务发展提供重要参考。

分子模拟纳米ZnO/丁腈橡胶复合材料的摩擦学行为

采用分子模拟的方法研究了纳米ZnO/丁腈橡胶(NBR)复合材料的摩擦学行为,考察了纳米ZnO/NBR复合材料的回转半径、原子相对浓度和剪切行为,探讨了纳米ZnO/NBR复合材料摩擦学行为的微观机制。结果表明:与纯NBR材料相比,纳米ZnO/NBR复合材料具有更小的回转半径,橡胶分子链的柔顺性下降;与纳米ZnO/NBR复合材料相比,纯NBR材料摩擦界面具有更高的原子相对浓度,纯NBR材料上下摩擦表面的原子浓度峰值比纳米ZnO/NBR复合材料分别高了6.4%和4.3%。说明纳米ZnO的存在提高了纳米ZnO/NBR复合材料分子链的刚性,减小了能量耗散,从而改善了纳米ZnO/NBR复合材料的摩擦性能。