低表面能氟碳聚合物涂层真空热循环及防爬移特性研究

低表面能氟碳聚合物涂层是一种抑制空间用油脂润滑剂爬移流失的关键材料,该材料的应用可为空间油脂润滑活动机构实现长寿命、高可靠运行提供技术保障。采用水接触角测试仪、X射线荧光能谱仪、光学显微镜等对自研的氟碳聚合物涂层进行了真空热循环前后的接触角、表面能变化以及对多烷基环戊烷(MACs)润滑油防爬移特性的研究。结果表明,9Cr18不锈钢、2A12铝合金和TC4钛合金三种不同金属基体表面涂覆聚合物涂层后的表面能分别为8.797 mN/m、9.083 mN/m和9.203 mN/m;在温度−45~+90℃下,经过30天、60次真空热循环后,涂层的表面能分别为8.915 mN/m、9.209 mN/m和9.266 mN/m,仍然较低。涂层与MACs润滑油之间存在明显界面,涂层上距离润滑油200μm界面处的XPS分析未发现MACs润滑油的特征峰,表明没有润滑油爬移扩散至涂层处,低表面能氟碳聚合物涂层对MACs润滑油能够起到有效的“防爬移”作用。

复杂环境下蠕变效应对沥青混合料性能的影响

为了探究沥青混合料在高、低温条件下的性能变化,以及各种环境因素对其的影响程度,基于Burgers模型和沥青混合料的蠕变效应,通过自主开发的环境模拟仪对沥青混合料进行了基本性能试验,并采用灰色关联度分析方法评估单一因素对沥青混合料高、低温性能的影响程度。同时,采用主成分分析方法进一步揭示了耦合因素对沥青混合料高、低温性能的影响规律。研究发现:单因素对添加了苯乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物(styrenebutadiene-styrene,SBS)的改性沥青混合料高、低温性能的影响程度从大到小的排序为高温、紫外线、降雨;相较于单一因素,耦合因素对SBS改性沥青混合料高、低温性能影响更为显著,其中,耦合因素作用中起首要作用的是紫外线。Burgers模型的拟合结果表明:黏弹性参数会随着环境作用循环天数和环境因素的增多而逐渐降低,进而导致沥青混合料高、低温性能逐渐衰减,究其原因是沥青混合料中的黏性和弹性组分发生了转换。

不同控制模式下316L不锈钢的高温疲劳变形行为及寿命预测

在550℃下对核电用316L不锈钢进行应变控制(应变幅在0.3%~1.2%)、应力控制(应力幅在230~300 MPa)低周疲劳试验和应变控制蠕变疲劳试验(3种波形,拉伸保载60,180,600 s,压缩保载60,180 s,拉压对称保载180 s),通过疲劳寿命、循环响应特征和应力-应变滞回曲线分析了不同控制模式下试验钢的疲劳变形行为;构建疲劳寿命预测模型,评估了Manson-Coffin-Basquin模型、SWT模型和能量法模型对不同控制模式下试验钢疲劳寿命的预测能力。结果表明:在不同控制模式的疲劳循环载荷下,316L不锈钢的循环应力响应均包括循环硬化、循环软化和失效断裂3个阶段;在低周疲劳试验中,疲劳寿命随应变幅或应力幅的增大而缩短;在蠕变疲劳试验中,疲劳寿命随拉伸保载时间的延长而缩短,随压缩保载时间的延长而增大,这与动态应变时效和蠕变对疲劳损伤的综合作用有关;在相同保载时间下,压缩保载下的疲劳寿命比拉伸保载下的短,这与不同加载方向引起的氧化层致裂机制有关。能量法模型对316L不锈钢在不同控制模式下的疲劳寿命预测精度最高,预测精度在1.5倍误差带以内,Manson-Coffin-Basquin模型的预测精度最低。

高模低缩型聚酯工业丝凝聚态结构与应用特性的关联机制

高模低缩(HMLS)型聚酯工业丝的凝聚态结构对其在特定应力和受热条件下应用特性的影响尚不明确。对3种HMLS聚酯工业丝的蠕变、应力松弛、热收缩等性能进行测试,通过广角X射线衍射等方法对其凝聚态结构进行研究,分析结晶度、晶区和非晶区取向以及晶粒尺寸等参数与HMLS聚酯工业丝应用特性的关联性。结果表明,结晶度和非晶区取向度的协同作用对HMLS聚酯工业丝的蠕变、应力松弛和热收缩性能有重要影响。HMLS2的高结晶度抑制了应力作用和热收缩过程中分子链的滑移,适中的非晶区取向度减少了分子链的收缩解取向。HMLS2在60%的平均断裂载荷作用下蠕变回复率高达83.98%,60 s的应力松弛率为14.65%,195℃热处理后强度损失仅为8%,抗蠕变和热稳定性均较好。

低成本二代镍基单晶高温合金的研究进展

镍基单晶高温合金因其优异的高温力学性能,目前已广泛应用于制备航空发动机中的单晶涡轮叶片。Re元素的添加在显著提高单晶高温合金蠕变性能的同时,也显著增加了合金的成本。因此,研发新型低Re含量(低成本)和蠕变性能优异的单晶高温合金具有重要的意义。本文对比了几种低成本二代单晶高温合金与典型二代单晶高温合金CMSX-4的中温与高温蠕变性能,并从γ相和γ'相的固溶强化程度、γ/γ'错配度和有效扩散系数三个参量,探讨了二代单晶高温合金中温与高温蠕变性能的主控因素,发现高温蠕变性能的主控因素是γ相的固溶强化程度与γ/γ'错配度,而中温蠕变性能的主控因素是γ'相的固溶强化程度。以此为基础,提出了低成本二代单晶高温合金的成分设计策略。

超高尺寸稳定型涤纶浸胶帘子布的开发及性能评价

以高黏度聚对苯二甲酸乙二醇酯切片为原料,通过增加喷丝板孔数、提高定型温度及纺丝速度等措施,制备规格为930 dtex的高尺寸稳定型高模低缩(HMLS)涤纶工业丝,再经织造与浸胶工序,制备具有超高尺寸稳定型涤纶浸胶帘子布,并与常规涤纶浸胶帘子布在物理性能、模量保持率、蠕变性能以及耐高温性能等方面进行对比和分析。研究结果表明,相较于同规格的常规涤纶浸胶帘子布产品,超高尺寸稳定型涤纶浸胶帘子布的强力指标接近,尺寸稳定性提升29%,并且在120℃条件下的蠕变率降低约20%。此外,该产品展现出卓越的模量保持率和高温尺寸稳定性,能有效实现轮胎降低滚阻的目的。

新能源车型后制动器Moan噪音分析与工程实践

以某新能源车型制动Moan噪音问题的测试排查分析过程为例,系统地阐述了制动Moan噪音发生的原理,给出工程控制的措施,并进行了实车改进方案的有效性验证,同时发现新能源车型相比传统燃油车更容易激发制动Moan噪音的潜在影响因素,对提升制动NVH性能工程开发具有较重要的借鉴和指导意义。

汽轮机老化热部件剩余寿命评估方法研究

随着国内大批火电机组达到设计寿命或寿命提前耗尽,如何系统、全面地评估老化机组的安全性与剩余寿命已成为目前亟待解决的问题。通过运行数据分析和理论计算对某电厂联合循环汽轮机中压内缸进行了剩余寿命预测,考虑了蠕变和低周疲劳2种损伤失效机理,分别利用损伤累积理论和断裂力学理论计算了汽缸的裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命。同时,基于金相检查结果评定材料的剩余寿命,现场硬度测试结果也可作为评估的重要补充。研究成果可为汽轮机部件寿命管理和检修周期的确定提供参考。

高速铁路大跨度低高度预应力混凝土连续梁设计研究

为降低铁路大跨度预应力混凝土连续梁高度,扩大其适用范围,提出主跨100 m低高度连续梁合理跨度配比及构造尺寸,计算结果均满足规范要求。通过与常用高速铁路主跨100 m连续梁对比分析,系统研究了跨度配合比、构造参数等对结构的影响,总结出大跨度低高度连续梁的优缺点及构造建议值。研究结果表明:(1)低高度连续梁在同等跨度下混凝土用量更省,每延米混凝土用量降低约20%,较传统连续梁更经济;(2)低高度连续梁由于梁高降低,主梁刚度略有降低,但工后徐变上拱值降低明显,减幅约60%;(3)对于主跨100 m低高度连续梁,建议配跨长度在70~80 m之间,且不宜小于60 m;(4)主跨100 m低高度连续梁墩顶梁高不宜小于6 m,建议取值范围6.0~6.5 m,跨中梁高不宜小于3.0 m,建议取值范围3.0~3.5 m。

碳纳米管/SBS复合改性沥青低温蠕变性能

为探究碳纳米管/SBS复合改性沥青的低温蠕变性能,采用弯曲梁流变试验对复合改性沥青低温性能进行评价,探究老化对低温性能的影响,采用Burgers模型分析其不同状态下的粘弹性参数,采用综合柔量评价了复合改性沥青的低温抗裂性能。结果表明,较低掺量的碳纳米管可以改善SBS改性沥青的低温蠕变性能,但其掺量较高(>0.9%)时整体低温性能又会受到影响;老化使得复合改性沥青的低温性能变差,并且老化程度越深,低温性能下降越明显;在SBS改性沥青中掺入碳纳米管会降低改性沥青的应力松弛能力,使其更加趋于弹性体,对改性沥青的低温性能产生不利影响。从低温蠕变性能角度评估,碳纳米管的最佳掺量范围约为0.6%~0.9%。

C60低收缩低徐变高性能混凝土收缩徐变行为试验研究

为探究C60低收缩低徐变高性能混凝土不同加载龄期和应力水平下的收缩徐变机理,开展了常规环境下不同加载龄期和应力水平的C60低收缩低徐变高性能混凝土收缩徐变试验研究,对实测结果与常用规范模型结果进行对比分析。结果表明:在常规环境下,C60低收缩低徐变高性能混凝土加载龄期为7、24 d持荷270 d的线性徐变系数分别为0.80和0.38左右,是C60普通混凝土的0.4~0.6倍;收缩应变和徐变系数实测值相比GL2000、ACI-209、JTG 3362—2018和AASHTO规范模型计算值均偏小,偏差达40%。根据实测试验结果,在线性徐变范围内,引入收缩修正系数对JTG 3362—2018模型进行修正,分别建立常规环境下C60低收缩低徐变高性能混凝土收缩应变和线性徐变系数预测模型,计算结果与试验结果误差较小,可为指导实际工程的应用提供依据。

发动机用FGH4097合金950℃变截面蠕变行为研究

将发动机用镍基合金升温到950℃并施加不同应力持续蠕变测试200 h,据γ/γ’两相界面位错网对显微组织变化规律进行分析。研究结果表明:950℃、125 MPa下合金呈现明显的高温低应力蠕变特性,观察到一个稳定的蠕变阶段,蠕变速率最小为1.6×10^(-8)s^(-1),经过229 h发生了蠕变断裂;断口处组织出现了明显的颈缩特征;提高应力后,Cr、Re、Mo在γ相内达到了更大分配系数,Re元素变化趋势也更加明显。

基于损伤等效的航空发动机加速任务试车谱编制方法

加速任务试车是发动机在地面试车台架上进行的一种缩短了试车时间、与长期寿命试车等效的试车方法,其核心是损伤等效。本文建立了一种基于损伤等效的航空发动机加速任务试车谱编制方法。对反映外场服役载荷特征的长期寿命试车谱进行统计分析,获得需要加速的小载荷循环和低功率状态等载荷信息;采用损伤等效的方法对低循环疲劳、蠕变等特征载荷进行等效加速;对加速后的载荷片段进行编排,获得加速任务试车谱。利用涡轮盘用典型高温合金材料(GH4169)的标准试样开展了长期寿命试车谱和加速任务试车谱下的损伤对比试验,试验结果表明,所编制的加速任务试车谱与长期寿命试车谱造成的结构损伤(寿命)误差为-7.61%,实现了损伤等效的目标。

选择性激光熔化成型316不锈钢的单轴蠕变-疲劳行为

通过RPL蠕变疲劳试验机研究了选择性激光熔化成型(SLM)316不锈钢的疲劳与蠕变-疲劳性能,考虑了高温环境下峰值应力和峰值保持时间对SLM 316材料棘轮特性的影响。结果表明,SLM 316不锈钢的棘轮变形随着峰值应力的增大而增大;平均应力处的应变范围随峰值应力升高而扩大,且峰值应力的影响程度受温度控制,温度越高影响程度越大。当温度为750℃时,峰值应力290 MPa下的棘轮应变几乎为230 MPa时的28倍。此外,在峰值保持时间小于5 min时材料的棘轮行为由疲劳主导,但蠕变对材料塑性应变累积的作用也不能忽略,蠕变-疲劳的交互作用促进了材料损伤的发展。值得关注的是,即使峰值保持时间较短,蠕变也会对材料的总应变产生较大影响。

低围压条件下无烟煤三轴蠕变特性试验研究

旧采遗留煤柱的蠕变特性直接影响井下工程的长期稳定性,小煤柱边界及内部弹性核区的应力环境一般为低围压三向应力状态。为了研究山西沁水煤田3#无烟煤柱的蠕变特性及长期稳定性,进行了4种低围压(0.5、1.0、1.5和2.0 MPa)状态的常规三轴压缩和三轴蠕变试验,探索了不同围压条件下无烟煤的蠕变规律,并基于试验数据建立了能较好地描述各蠕变阶段的非线性黏弹塑性蠕变模型。试验研究结果表明:1)轴向应力大于屈服应力时,无烟煤的蠕变经历三个阶段:即初始蠕变、稳定蠕变和加速蠕变阶段;2)无烟煤试样的瞬时弹性应变与轴向应力水平大致呈线性增长关系,且围压越小,其瞬时弹性应变随轴向应力水平的增长速率越快;3)与瞬时强度相比,无烟煤的长期强度降低20%;蠕变特性降低了无烟煤的强度参数,与短期抗剪强度相比,其内摩擦角和内聚力分别降低了8%和14%。

物理冶金信息指导机器学习的镍基单晶高温合金蠕变寿命预测

蠕变寿命是影响镍基单晶高温合金材料服役寿命和力学性能的关键材料参数。因此,如何准确有效地预测合金的蠕变寿命具有重要现实意义。尽管多年来许多研究学者已经建立起多种蠕变寿命的预测模型,但是由于不同温度应力下的蠕变机制复杂且蠕变过程涉及长时间的显微组织演化,已有模型尚难以实现有效预测。对此,采用物理冶金原理指导下的数据挖掘结合机器学习这一研究策略,通过文献调研建立起了高温低应力下的镍基单晶合金的高质量蠕变数据集,在物理冶金原理指导下对原始数据进行挖掘,提高了原始数据的内在质量,并基于Pearson系数和随机森林平均精确度降低值分别对原始数据特征进行了相关性分析和重要性评估,表明所建立的数据集符合基本的物理冶金学机制,同时阐明了引入的三维物理冶金信息对于蠕变寿命预测的重要意义。随后,基于机器学习方法在数据挖掘后的数据集上对合金的蠕变寿命进行了预测,并根据平方相关系数(R~2)、平均绝对误差(MAE)和过拟合程度评估了不同的机器学习模型。结果表明,支持向量回归(SVR)模型在本研究中具有较好的泛化能力且不容易过拟合,同时结合了物理冶金信息的机器学习模型拥有更好的预测准确性和泛化能力。最终成功地建立起了高温低应力下镍基单晶高温合金成分、工艺以及引入的物理冶金参数和蠕变寿命之间的关系,能够实现对镍基单晶高温合金蠕变寿命的有效预测,并有望应用于基于合金服役条件的成分工艺的反向设计。

低温作用下公路路面沥青混合料性能研究

为分析低温环境下公路的性能特点,文中开展低温劈裂试验、低温弯曲试验以及低温蠕变试验,对3种沥青混合料的劈裂强度、弯拉强度以及蠕变性能进行分析,并选取SMA-13沥青混合料进行对比试验,以此分析出低温性能更佳的沥青混合料。结果表明,SMA-13沥青混合料低温性能较强,15℃为SMA-13弯拉强度和AC-13弯拉强度的性能分界点;低温蠕变速率不能作为混合料抗裂性能的重要指标;SMA-13环氧沥青混合料的劈裂强度和弯拉强度比改性沥青材料SMA-13高,在实际应用中,环氧沥青混合料应多加推广。

低应力条件下水对斜长岩蠕变性能的影响

利用RYL-600微机控制岩石剪切流变仪,采用分级增量循环加、卸载方式,对金川有色金属公司Ⅱ矿区斜长岩在风干和饱和水2种条件下进行单轴压缩蠕变试验,获得相应的蠕变试验曲线。以试验结果为依据,探讨饱和水对斜长岩蠕变特性的影响。试验结果表明:在同一应力下,饱和水试件的蠕变曲线及蠕变速率曲线均位于干燥试样相应曲线的上方,即在相同载荷作用下,饱和水试件产生相应的变形要大,说明水能加速变形,且饱和状态的比干燥状态蠕变速率达到稳定阶段所经历的时间较长,这与实际结果相一致。

热风炉长寿与低蠕变Al2O3-SiO2系耐火材料的探究

回顾了中国热风炉用低蠕变Al2O3-SiO2系耐火材料研发的历程。通过对比矾土基低蠕变Al2O3-SiO2系耐火材料与莫来石基低蠕变Al2O3-SiO2系耐火材料的实际使用结果认为,要实现热风炉长寿命,对于热风炉用耐火材料而言,除了要求其具有优异的抗蠕变性能外,还应具有优良的抗热震性、抗CO和碱蒸气侵蚀等综合性能。针对中国资源综合利用的现状和可持续发展战略要求,建议使用红柱石或莫来石基原料制备Al2O3-SiO2系低蠕变系列耐火材料;即通过对原料进行分级,实现天然Al2O3-SiO2系原料(主要是红柱石)和人工合成Al2O3-SiO2系原料资源的综合利用,优化材料的矿物组成,制备以莫来石为主晶相结构,Al2O3质量分数低于75%的莫来石基低蠕变系列制品,并结合性价比进行优化配置,真正实现热风炉的长寿化,应该是今后长寿型热风炉用Al2O3-SiO2系耐火材料研发的重点。

非线性时变力作用下液压缸爬行机理与抑制方法研究

以液压缸系统为研究对象，研究了爬行现象的产生机理及抑制方法。通过理论研究，揭示了液压弹簧刚度和摩擦力内在的非线性时变规律及作用机理。用非线性动力学研究方法对实测的液压缸系统的动态数据进行了深入分析，揭示了液压弹簧刚度非线性时变特性引起的“跳跃现象”和摩擦力非线性时变特性引起的“极限环型振荡”现象。指出非线性液压弹簧力和非线性摩擦力的共同作用是液压缸产生低速爬行的主要原因，并提出了相应的抑制措施来有效提高液压缸的低速传动性能。