原位生成界面的第一性原理-内聚力建模

激光熔覆技术制造(TiBw+TiCp)/Ti复合材料时颗粒与基体间为原位生成界面,为探究原位生成界面力学性能,用第一性原理和内聚力模型计算具体的界面结合强度。用Abaqus建立压缩模型,导入计算出的界面结合强度,分析其颗粒形貌的变化,并对不同应变率下的压缩试验进行验证。结果表明:位于剪切带上的TiB颗粒断裂,TiC颗粒尺寸较小且为球形,无显著变化。

1种双配副摩擦试验机及其在多孔聚酰亚胺摩擦磨损测试方面的应用

在轴承中存在2类摩擦副,滚动体与内外沟道以及滚动体与保持架,尤其在采用聚合物保持架的轴承中,这2类摩擦副的性质完全不同,2类配副之间的相互影响不可忽略.目前,市面上的标准摩擦试验机均采用单配副,并不能很好地模拟轴承内部的摩擦.针对此问题,本文中研制了双配副摩擦试验机,并对该试验机进行了标定和校准.采用该试验机研究了多孔含油聚酰亚胺(iPPI)轴承保持架材料的发黑过程,对比了单配副和双配副下iPPI材料的摩擦磨损特性.结果表明,研制的双配副摩擦试验机能够较为真实地模拟保持架材料表面的磨损发黑现象,而单配副摩擦试验难以重现这种发黑现象.采用能谱分析(EDS)和拉曼(Raman)光谱分析单配副和双配副下iPPI的磨损表面,发现iPPI表面的发黑物质为α-Fe_(2)O_(3)和Fe_(3)O_(4).研制的双配副摩擦试验机测试精度高、重复性好,是1种模拟轴承内部摩擦的有效工具.

PTFE基超声电机摩擦材料磨合阶段摩擦磨损特性研究

在超声电机运行200 h时间内,对超声电机的运行参数进行监测,采用激光共聚焦显微镜对定、转子表面粗糙度、表面形貌和磨屑特征等进行观察分析,探讨超声电机磨合期的时间及磨合期、稳定期的摩擦磨损特性.结果表明:1经过80 h磨合后,超声电机性能基本稳定.2磨合初期,摩擦材料磨损形式以黏着磨损为主,在定子表面可观测到尺寸较大的片状磨屑,进入摩擦稳定期后摩擦材料表面出现大量点蚀凹坑,表面疲劳磨损成为磨损形式之一,磨粒磨损始终存在并占重要部分;定子表面可观测到明显犁沟,磨损形式以磨粒磨损为主.3由于超声振动的存在,摩擦产生的磨屑不易在摩擦表面停留,进入稳定期后在摩擦界面难以观测到磨屑的大量存在,超声振动有排除磨屑的作用.

知识结构图在“机械制造技术基础”课程教学中的设计与应用

知识结构图是提高课程教学质量的有效手段。结合课程选定的教材,从课程整体内容和章节内容两方面设计了机械专业“机械制造技术基础”课程的知识结构图。以工艺规程为课程教学主线,以汽车发动机的制造过程为工程实例,构造出将毛坯加工成零件并完成装配的工作内容,设计和制作出了“机械制造技术基础”课程整体教学内容的知识结构图,通过课程的整体知识结构图,将课程中的加工方法、机床、刀具、夹具、切削用量、加工质量检测、加工工艺以及装配工艺等内容,分别与教材的六个章节建立了联系。同时,针对课程的各章节教学内容,设计了课程各个章节的知识结构图,以“第四章机床夹具原理与设计”为例,说明了“机械制造技术基础”课程中章节知识结构图的设计方法。所建立的知识结构图有助于指导学生以全局角度了解“机械制造技术基础”课程的知识结构,理解教材各个章节所学知识之间相互关系和知识用途,能够以生动、有趣的图片描述课程每章应该掌握的知识内容以及知识点之间的关系,从而帮助学生以简单、轻松、有趣的方式系统学习和掌握各章的知识内容,有助于提高课程教学质量。

基于电接触法的行波超声电机接触特性研究

电接触法是测试超声电机定转子接触状态的有效方法,但目前该方法主要用来研究电机堵转时的定转子接触状态,没有进行电机旋转时的接触状态的测试。针对该问题,对电接触法进行改进,使之可以测试电机旋转时的接触状态。基于改进后的电接触法分别对超声电机堵转和空载情况下定转子相对接触长度进行测试。结果表明,空载时定转子相对接触长度要小的多,与堵转时的最大差值约为36%。说明负载对超声电机接触状态有不可忽视的影响。最后,基于黏弹性接触模型对电机空载时定转子接触状态进行仿真计算,结果与实验值有很好的一致性,表明改进后的电接触法可有效的测试电机动态接触状态。

基于最小二乘支持向量机超声电机摩擦材料寿命的预测

超声电机是一个典型的机电耦合系统,其定子与转子的摩擦过程和压电陶瓷与定子压电耦合过程之间具有紧密的联系,该联系具有较强的非线性。超声电机摩擦材料寿命的预测一直是超声电机研究领域尚未很好解决的难题。针对该问题,提出了基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)的超声电机摩擦材料寿命的预测模型。该模型以电信号特征参数作为输入量,摩擦材料的厚度为输出量。电信号的检测方便快捷,无需复杂的数据处理。通过对LSSVM模型参数的优化,提高了该模型的预测精度。测试结果表明摩擦材料厚度的预测值与试验值有很好的一致性。

“机械制造技术基础”课程思政的教学设计与实践

结合专业课的教学内容,在教学过程中有机融入思政教学,会取得良好思政教学效果。根据“机械制造技术基础”课程的教学实践,从宏观和微观两方面梳理了课程的思政教育目标。结合课程思政的教育目标,挖掘和总结了课程中蕴含的育人元素,设计出了有针对性的课程思政教学内容。论述了课内课外、线上线下相结合的课程思政教学模式,分析了对应课程思政教学内容的实施路径,并阐述了课程思政的建设策略。

摩擦热和夹杂对高速微型球轴承接触亚表面裂纹萌生的影响

为探究高速工况下微型球轴承摩擦生热和材料夹杂对接触亚表面裂纹萌生的影响,基于赫兹接触理论与内聚力单元的本构关系建立了微观接触数值计算模型,设置具有热力耦合的自由单元,引入摩擦热和夹杂,研究在联合载荷作用下温升和夹杂对接触亚表面裂纹萌生的影响。结果表明:夹杂与温升均会促进裂纹的萌生且材料较硬的夹杂更易萌生裂纹;夹杂边界出现应力集中,摩擦生热使夹杂边界更易形成裂纹且裂纹大多在夹杂的左右两端。通过轴承温升的宏观试验结果与微观仿真结果对比验证了模型的正确性。

超声波电动机输出性能的模拟分析

考虑定子弹性体的接触变形和摩擦驱动过程中的轴向及周向阻尼,以赫兹接触理论和库伦模型为基础,采用Simulink模块化方法建立超声波电动机接触界面的解析模型。以柔性转子和刚性定子构成的USM60电机为例,分析了预压力和压电激励频率对超声波电动机机械特性的影响。结果表明,预压力及其引起的定子弹性变形对超声波电动机的机械特性影响明显。当增大预压力时,电机转速和输出扭矩均有增大,但各自增幅有所差异。另外,在既定的算例中,压电激励频率对输出特性近似成正线性比例的影响。

材料成形技术基础新形态教材建设

根据教学中存在的问题,分析了材料成形技术基础新形态教材建设的必要性,总结了新形态教材数字化教学资源的类型及应用,制定了新形态教材的建设原则。根据教学特点和需求,结合新形态教材建设原则,确定了材料成形技术基础新形态教材的编写思路。

虚拟仿真在金属砂型铸造成形教学中的应用

为了使学生快速掌握金属砂型铸造成形的操作步骤,更好地完成金工实习中的砂型铸造科目,构建了砂型铸造虚拟仿真实验教学平台,通过趣味性的虚拟仿真动画交互,让学生熟悉砂型铸造的每一个步骤,并强调步骤的要点。平台还提供多种零件模型,学生根据所学知识,自主选择浇铸系统和分型面,系统给出铸件质量分析,理解成形工艺对铸件质量的影响。问卷调查结果表明,学生对平台的认可度较高,达到了预期效果。

工科专业课教学融入传统文化

分析了材料加工技术与传统文化之间的关系,在教学中融入中华传统文化教育是可行的。分别从古汉语和中国古代科技成就两个角度,对课程教学中传统文化教育素材进行挖掘和总结。通过古诗词欣赏、汉字解析、文献阅读、古代冶金和陶瓷工艺等,探索教学中融入传统文化教育的素材和方法。

一种含柔性轴的超声电机定位特性研究

为了进一步提高超声电机的定位精度,满足航空航天驱动机构对高定位精度的迫切需求,采用柔性轴提高超声电机运行稳定性,并基于电机瞬态响应特性,实现超声电机的高精度定位性能。超声电机具有响应快的特点,具有实现高定位精度的可能,但由于其步进特性不清晰,运行波动较大,其潜力尚未被完全挖掘。针对该问题,首先探索超声电机的步进特性,得到不同负载下电机的步进规律,然后采用连续模式和步进模式相结合的控制策略,实现了超声电机的高精度定位特性。研究结果表明:采用柔性轴后,电机步进波动大幅降低,电机定位精度可达0.48″,所需的定位时间小于1.34 s.

成型工艺对多孔PI材料摩擦学及力学性能的影响

为探索冷压定容烧结成型工艺对多孔聚酰亚胺(PI)材料摩擦性能和力学性能的影响,采用正交实验设计方法,研究了密度、烧结温度、保温时间对多孔PI材料含油性能、摩擦因数、拉伸强度和冲击强度的影响。通过综合考虑甩油后摩擦因数和冲击强度,优化了多孔PI材料的成型工艺。实验结果表明:随着密度的减小,材料表面孔洞增大,内部孔洞支架变稀疏,含油率明显增大,但含油保持率较低,摩擦因数相对较高,拉伸强度和冲击强度显著下降;当烧结温度为350℃时,冲击强度较高;保温60 min即可保证不同密度多孔PI材料的强度;优化制备工艺后,材料含油率为12.0%,离心甩油2 h后摩擦因数为0.092,冲击强度为105.9 kJ/m 2,拉伸强度为74.2 MPa。

石墨烯纳米片对多孔PI复合材料含油性能及摩擦学性能的影响

多孔聚酰亚胺(PI)应用广泛,但其摩擦磨损特性有待进一步提升。采用石墨烯纳米片(GNS)为改性剂,制备多孔PI复合材料,系统研究GNS填充剂对多孔PI材料的冲击性能、含油性能和摩擦学性能的影响,探究GNS、PI和润滑油三者的协调润滑机制。结果表明:添加一定量的GNS可以提高多孔PI材料的含油率和含油保持率。加入GNS填料后,复合材料的孔径和孔隙率均有所增大,使复合材料对油液的吸附力更强,提高了其贮油能力。复合材料的冲击强度随着GNS含量的变化为先升高后降低,少量的GNS分散在基体中,可以起到增韧的结果,而大量的GNS削弱了PI颗粒之间的结合性,且容易团聚导致界面结合性变差。添加0.5%GNS时,多孔PI复合材料表现出最佳的摩擦学性能,相比纯PI,摩擦因数降低了37.2%,磨痕宽度减小了26.5%。适量的GNS可以进一步提高材料的含油性能和摩擦性能。

定子表面织构对超声电机性能的影响

针对超声电机摩擦材料磨损严重和温升高的问题,采用在定子表面加工微织构的方法,提高了电机机械特性并降低了摩擦材料磨损.首先,用显微镜测量超声电机定子表面摩擦材料黏着区域,设计出三种不同密度的凹坑织构,采用激光的方法加工在定子表面;然后,测试超声电机负载特性、效率特性和温升特性并观察定子表面.结果表明:3-凹坑织构定子电机空载转速最高,相比光滑定子电机高出12.1%,5-凹坑织构定子电机堵转转矩和最大效率最高,分别高于光滑定子电机13.04%和17.1%,同时电机的温升也有所降低.通过观察定子表面发现,凹坑织构有大幅降低摩擦材料黏着的作用,这种作用可以增加电机接触界面能量转换效率,提高了电机的性能并降低了摩擦材料的磨损.

不同工况下软质丁苯橡胶轮表面磨损颗粒的产生量及磨损机理

采用自行设计的摩擦磨损试验机,研究了磨损时间、载荷、滚动速度、相对湿度对软质丁苯橡胶轮表面产生的磨损颗粒数量和橡胶轮温度的影响,分析了不同工况下的磨损机理;采用正交试验分析了各因素的影响程度。结果表明:磨损颗粒随磨损时间和载荷的增加而增多,随滚动速度和相对湿度的增大而减少;粒径为2.5μm的磨损颗粒数量和橡胶轮温度随各种因素的变化趋势相同,可通过温度的变化预测磨损小颗粒的产生量;低载荷下的磨损方式为疲劳磨损,高载荷下为疲劳磨损和磨粒磨损;各因素影响程度的大小顺序为载荷、滚动速度、相对湿度、对磨轮种类;载荷为100 N、滚动速度为8 m·s^(-1)、相对湿度为60%、对磨轮为水泥轮时,磨损颗粒数量最少。

纳秒激光加工2.5维Cf/SiC复合材料的烧蚀孔洞特征

针对新型材料2.5维碳纤维增强陶瓷基(Cf/SiC)复合材料采用传统机械加工难以去除加工的问题,采用纳秒激光烧蚀2.5维Cf/SiC复合材料,烧蚀后采用扫描电子显微镜观察其烧蚀孔洞形貌特征,并分析其烧蚀去除机制,讨论激光加工参数对烧蚀孔径的影响。研究表明,Cf/SiC复合材料的激光烧蚀区域出现烧蚀孔洞、重凝、纤维断口、末端气胀,以及长轴与纤维方向一致的椭圆形材料性能变化区域等烧蚀现象;激光烧蚀Cf/SiC复合材料过程中存在氧化的化学变化现象;烧蚀产生的孔径随烧蚀功率的增加和烧蚀时间的延长而增大,烧蚀时间和烧蚀功率均较大时,可能存在烧蚀孔洞被重凝材料堵塞或部分堵塞的情况。计算出纳秒激光的束腰半径为223μm,纳秒激光烧蚀Cf/SiC复合材料的烧蚀阈值为0.32 J/cm^2。

几种改性剂对多孔聚酰亚胺含油性能和摩擦性能的影响

为探索多孔聚酰亚胺(PI)材料含油性能及摩擦性能的增强改进方法,采用介孔碳、石墨烯和稀土为改性剂制备多孔PI材料。研究了不同改性剂对材料的含油性能、摩擦性能和力学性能的影响。实验结果表明,介孔碳可大幅提升多孔PI的含油率,相比纯PI,介孔碳含量2wt%时的含油率提高了55.6%,但材料的摩擦系数有增大的趋势,力学性能也明显下降;少量的石墨烯可以提高多孔PI的含油性能和摩擦性能,但随着石墨烯含量的增加,多孔PI的含油摩擦系数快速增加,且冲击强度大幅降低;稀土极大改善了多孔PI的含油摩擦性能,随着稀土含量从0wt%增至5wt%,摩擦系数从0.05下降到0.026,超过5wt%后出现拐点,但所有试样含油摩擦系数均低于纯PI,且含油率呈上升趋势。相比介孔碳和石墨烯,稀土改性多孔PI的力学性能没有出现大幅降低的情况,对多孔PI综合性能的增强效果最优。

激光复合织构对GCr15/Si_3N_4摩擦副摩擦学性能的影响

为了改善干摩擦条件下GCr15/Si3N4摩擦副的摩擦磨损,在GCr15表面加工激光复合织构,研究摩擦副的摩擦磨损行为。采用Nd:YAG激光器在GCr15表面加工不同间距织构,并在织构凹槽中填充树脂基复合材料;采用销-盘摩擦磨损试验机测试摩擦副的摩擦磨损性能,并对摩擦副表面形貌和磨屑特征进行观测分析。试验发现,在试验范围内,织构间距为1.0mm,填充润滑剂为PTFE,填充比例为20%时,试件表面有大面积润滑剂黏着,可形成润滑膜,摩擦系数较低,耐磨性较好。干摩擦条件下,复合织构试件摩擦系数为0.131,接近金属与自润滑材料的摩擦系数,对摩球磨斑为Ф421.7μm,试件表面磨痕宽425.7μm。相比无织构试件,激光复合织构在干摩擦条件下可有效改善摩擦配副摩擦磨损性能。