特殊螺纹接头密封面微滑接触行为研究

特殊螺纹接头在井下服役期间受到交变载荷作用,导致接头密封面处发生微滑,影响接头的密封性能。为研究特殊螺纹接头密封面处的微滑接触行为,基于弹性杆振动微分方程,建立了特殊螺纹接头微滑模型,分析了接头密封面的黏着-滑移临界区域及载荷-位移的迟滞特性;利用数值仿真软件建立了接头摩擦接触有限元模型,考察不同内压载荷、位移幅值和摩擦因数的影响下,接头密封面接触压力、相对滑移距离和剪切摩擦力的变化规律,得到了接头密封面处黏着-滑移状态的临界转化范围。研究结果表明:接头的摩擦接触有限元模型可模拟井下实际工况下接头密封面的微滑接触行为;随着内压载荷的增加,相对滑移距离减小、剪切摩擦力和黏着长度增加;随着位移幅值的增加,相对滑移距离增加,黏着长度减小;在内压载荷60~70 MPa之间,位移幅值0.02~0.025 mm之间,分别在密封面处发生黏着-滑移状态的临界转化;随着摩擦因数的增加,密封面相对滑移距离减小,剪切摩擦力和黏着长度增加。研究结果可为动载作用下特殊螺纹接头密封性研究提供参考。

银铜侧向复合材料界面结合机理分析

本文采用“包覆锭坯+扩散烧结+冷轧复合”联合工艺制备了银铜侧向复合带材,利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察分析银铜复合界面结构和元素分布,并分析其银铜复合界面的结合机理。结果表明,银铜复合界面形成过程为:1)银铜接触界面处凹凸不平的表面在轧制力的作用下相互咬合,形成机械结合界面;2)接触面在轧制力的作用下,银铜表面氧化膜破裂,新鲜表面质点间在轧制变形热的作用下产生原子结合;3)在扩散烧结过程中,银铜界面处的原子在高温作用下被激活,银铜原子相互扩散,在界面处发生银铜共晶反应形成液相金属层,随着烧结时间的延长,其共晶反应液相层厚度逐渐增加,随后冷凝结晶,使银铜实现侧向冶金结合。4)在后续中间退火过程中,共晶层与两侧的铜、银基体相互扩散,铜、银原子向更深的方向逐渐扩散,在靠近共晶层铜侧和银侧逐步形成固溶体层,使银与铜的结合强度进一步提高。银铜侧向复合界面结合机理包含机械咬合结合、接触共晶反应自钎焊结合和原子扩散结合3种,复合界面结合强度较好,剪切强度达220 MPa。

考虑材料塑性流动的粗糙表面弹塑性接触建模

针对粗糙表面弹塑性接触问题,考虑微凸体顶端因接触变形产生的材料塑性流动,从塑性变形体积守恒准则出发,将相邻接触单元划分为不同类型接触片段,对不同类型接触片段分别提出了材料塑性流动模式与算法,建立了表面微观形貌循环更新的弹塑性接触模型。通过与Hertz解和有限元解进行对比,检验了所提模型的有效性。应用所提模型开展粗糙表面弹塑性接触分析,获得了表面微观形貌和接触压力演化过程。结果表明:所提模型与Hertz解和有限元解基本相符,最大误差在10%以内;材料塑性流动使得材料由峰顶逐渐向峰谷转移,导致接触范围随之变大,平均接触压力随之减小,但转变速度逐渐趋缓。

多相混输泵用超高压机械密封性能研究

针对超高压混输泵机械密封易磨损失效的问题,介绍了端面槽加工和涂层应用两种策略,用热流固耦合分析方法,分析了浅槽微接触式机械密封在实际应用中的温度分布和端面变形情况,阐述了表面涂层技术的应用,进行了一系列机械密封性能的试验研究。研究结果不仅证实了这些技术在提高机械密封寿命和可靠性方面的有效性,还证实了端面开槽和涂层技术在降低摩擦、改善耐磨性能方面的显著效果。为超高压混输泵机械密封系统的设计和优化提供了重要的理论依据及实践指导。

微点蚀损伤的研究进展与展望

微点蚀是高应力滑滚接触副在润滑油膜不能充分建立的条件下由于表面粗糙度的塑性变形引发的1种表面起源型疲劳损伤现象,常见于硬齿面齿轮、滚动轴承等关键机械零部件中,严重影响运动部件传动精度、服役寿命及可靠性.本文中重点调研了微点蚀研究与润滑材料评价所用的试验方法、微点蚀的成因及其关键影响因素,总结了微点蚀形成所涉及的表面/次表面微裂纹萌生及可能的演化过程.从摩擦学角度给出了工程实践中抑制微点蚀的可行性措施,并对未来关于微点蚀的重点研究问题进行了展望.本文中对润滑界面微点蚀失效分析、表面合理润滑设计和润滑油品抗微点蚀的添加剂关键组分筛选与评定有一定指导意义.

微量供油下的线接触副润滑增效分析

实验发现亲/疏油交替供油的功能润湿表面能提高微量供油下有效润滑的成膜性能。基于此,建立了有限长滚子副润滑模型,分析了交替供油的亲/疏油带宽及工作参数对润滑性能的增强规律。研究发现,微量供油条件下可利用交替供油方式达到线接触副润滑增效的目的,但供油交替变换使接触区润滑性能不稳定,且润滑增效作用会受功能表面亲/疏油带宽和卷吸速度的影响。

基于微观蠕滑饱和的地铁线路钢轨波磨发生概率及发展特征

聚焦轮轨接触行为,从微观角度研究了地铁线路上钢轨波磨的发生概率和发展特性.利用车辆−轨道多体动力学数值模型,并结合Modified-Fastsim切向接触算法,提出了蠕滑率饱和临界值用于分析轨面光滑和粗糙条件下不同曲率半径线路上的波磨发生概率.同时,采用Archard模型计算了轮轨接触斑的平均磨耗深度,进而分析了钢轨波磨的演化特征.结果显示,内外侧轮轨接触蠕滑在线路曲线半径小于450 m时均趋近于饱和,说明内外侧钢轨均具有发生波磨的可能性,而当线路曲线半径大于450 m时,钢轨波磨发生概率降低.轨面不平顺的存在能够导致轮轨接触产生反馈振动,从而提高轮轨系统钢轨波磨的发生概率.随着线路曲线半径的增加,轮轨接触斑平均磨耗深度趋于减小,且平均磨耗深度减小速率表现为先增大后降低,说明曲线半径越小,钢轨波磨磨耗程度越大,磨耗速率越快.内外侧(左右侧)接触斑的平均磨耗深度变化相似,外侧接触斑的平均磨耗深度在小半径曲线上略高于内侧,表明内外侧(左右侧)钢轨的磨耗程度和磨耗速率基本相似,但考虑到内外侧轮轨接触几何关系有所差异,外轨倾向于轨侧波磨,内轨则主要为轨顶波磨.

微织构对V型滑动导轨副摩擦磨损特性影响的研究

V型滑动导轨副具有低成本、良好的承载能力和导向性等优点,至今仍应用于很多机械设备中,但同时也存在着摩擦系数大、易磨损和低速稳定性差等缺点。为提高V型滑动导轨副的摩擦学性能,利用激光表面织构化技术分别在导轨的接触面上设计并制备直线和椭圆微织构。通过不同仿真软件对激光制备出的微织构是否产生流体动压效应进行验证,分析微织构对导轨接触面的接触应力的影响。利用自制往复滑动导轨试验平台在混合润滑条件下测试了不同类型织构化导轨副的摩擦磨损性能。结果表明,织构化导轨副均可以产生流体动压效应,且椭圆微织构可以产生更大的流体动压效应。此外,椭圆微织构仅位于下导轨表面可以较大程度降低其接触应力。因此,当椭圆微织构位于下导轨表面时减摩效果最好,具有最低的平均摩擦系数,与无织构导轨副相比下降了31.7%。

微氧生物接触氧化法联合尾水农灌处理农村生活污水

为探究农村生活污水资源化处理的可行性,采用微氧生物接触氧化法联合尾水农灌对模拟农村生活污水中的氮磷及有机物进行处理,测定了运行参数对微氧生物接触氧化法处理效果的影响,并探讨了尾水农灌对农作物品质、地下水、土壤的影响。结果表明,在系统溶解氧为微氧条件(0.5±0.2 mg/L)时,水力停留时间(HRT)和温度均对生物接触氧化法的处理效果有明显的影响,当HRT为4 h以上以及温度在30℃或20℃时,COD去除率大于73.32%,出水COD浓度均能满足所有作物灌溉要求(<100 mg/L),而NH_(4)^(+)-N、TN和TP的去除率均低于50%,有效保存了部分氮磷资源。利用尾水灌溉可有效提高作物产量,同时维生素C含量、还原性糖含量并未发生明显降低,硝酸盐氮含量未超出食用标准。灌溉下渗水不会对地下水造成污染,另外农灌后土壤质地相较灌溉前有所改善,pH由4.96上升至5.78,电导率由1.925 mS/cm降低至1.803 mS/cm,土壤酸化改善且盐渍化程度降低,土壤肥力仍维持在一级水平。利用微氧生物接触氧化池尾水进行灌溉,不但能有效去除其中的污染物质,而且可以利用其中的氮磷资源,为农村生活污水的资源化处理提供理论依据。

一种简易的单细胞图案化微流控芯片方法与条件优化

目的 解决可控流体刺激下单细胞水平图案化的精准控制问题。方法 结合微接触印刷图案化方法与微流控芯片技术,优化一种简易可拆卸芯片中单细胞图案化策略。首先利用单因素法优化蛋白图案化与细胞图案化步骤,分别改变离子体处理时间、FN包被时间、清洗次数、印章接触时间、F127浓度、F127处理时间、细胞接种时间和细胞密度等,最终得到单细胞图案化最佳参数。然后利用3D打印与真空负压封装,实现微流控芯片可拆可密封,保证图案化细胞与流体剪切力二者都精准可控。结果 根据单因素法条件配比,得到蛋白图案化最佳参数:等离子体氧处理1 min、FN包被30 min、印章接触时间6~24 h、清洗2次。细胞图案化最佳参数:F127浓度2%,处理时间1 h,细胞密度2×10~6mL^(-1),细胞接种时间为15~30 min,单细胞图案有效维持时间6~8 h。基于3D打印模具与真空负压封装的微流控芯片可同时提供两种强度不同的流体剪切力。结论 优化后的单细胞图案化微流控芯片方法为图案化驱动的多细胞体系与力学环境耦合机制提供较为理想的实验平台。

基于真实形貌的机械密封摩擦界面热力致损分析

机械密封在运行时密封界面热力及摩擦状态多变,为了探究机械密封运行时的界面热力及磨损等特性,使用非接触3D形貌仪,获得摩擦界面微观形貌信息,逆向构造摩擦界面三维模型,基于该模型对密封环摩擦过程进行分析,进一步得出摩擦界面的Von Mises应力、热源、振动、磨损区域、磨损量等相关特性。结果表明,在同一时刻SiC-SiC组的磨损面积均小于SiC-C组;SiC-C组摩擦界面的热源分布相比于SiC-SiC组更加复杂;密封环启动瞬间SiC-C组的法向加速度远大于SiC-SiC组;SiC-C组的磨损量约为SiC-SiC组的3倍。

铜合金接触线夹杂物缺陷的新型涡流检测探索

针对传统涡流检测法在铜合金接触线检测中的不足,提出了一种应用于铜合金接触线生产过程的新型在线涡流检测法,由永磁体和磁场传感器分别代替传统涡流检测法的激励和接收线圈。经实验测试表明,新型涡流检测法原理可行,实验装置简单有效,在现有实验条件下可达到100μm量级的检测精度。

镍钛合金表面微纳结构构建及其疏水性能研究

基于相对自由能和润湿方程,从平行沟槽方向和垂直沟槽方向探究镍钛合金表面单向沟槽阵列结构的润湿机制,建立Wenzel态和Cassie-Baxter态下的液滴接触角模型,分析不同尺寸参数下的接触角理论值。通过微铣削加工技术对镍钛合金表面进行改性处理,加工出所需的微结构,并采用VHX-5000超景深三维显微镜和JC2000D1型接触角测量仪测量分析其表面形貌、尺寸参数以及实际接触角。结果表明:微铣削制备的镍钛合金表面阵列结构尺寸精度较好,结构边界完整,满足设计要求;平行方向的实际接触角随着柱宽的增大而减小,最大静态接触角为145.4°,与平行方向的Cassie-Baxter态接触角趋势相符;垂直方向的Cassie-Baxter态理论接触角在数值上等于镍钛合金表面的本征接触角;同时垂直方向的实际接触角与Wenzel态接触角趋势不符,误差在42.1°内。

微氧生化-生物接触氧化法对癸二酸废水的处理特性研究

癸二酸废水属于典型难降解工业废水,废水处理难度大,且富含的高硫酸盐极易被还原为硫化氢释放,导致环境污染。采用微氧生化-生物接触氧化工艺处理癸二酸废水,考察其对难降解工业废水的处理特性。结果表明,当进水负荷逐渐趋于稳定,在进水COD 4500~5500 mg/L、挥发酚150~200 mg/L的情况下,经微氧生化-生物接触氧化工艺处理后,出水COD<400 mg/L,挥发酚<0.5 mg/L。系统中出水硫化物质量浓度均低于0.2 mg/L,表明系统内不易产生H2S。在微氧段构建及启动阶段,伴随着DO升高,出水浊度不断降低;当整体工艺连续稳定运行时,系统除浊率保持在70%~90%之间,表明整体工艺对降低出水浊度有很好的效果。系统中MLSS 6000~8000 mg/L,SVI 100~150 mL/g,表明系统中污泥沉降性较好。系统运行稳定性评价表明系统具有较强的抗负荷冲击能力和耐盐度变化能力,可广泛应用于难降解工业废水的治理中。

具有仿生结构的并联微细多通道蒸汽直接接触凝结数值模拟

为进一步丰富微细尺度条件下蒸汽直接接触凝结(DCC)流动换热现象的研究,基于哺乳动物动脉或静脉的分支血管树系统,设计了一种具有仿生结构的并联微细多通道模型。在商业软件Fluent上采用VOF多相流模型、大涡模拟(LES)湍流模型和凝结双阻力模型,进行并联微细多通道的蒸汽直接接触凝结数值模拟,获得了并联多通道中的汽羽形态、温度和压力分布以及凝结速率随时间的变化情况。结果表明:汽羽在水平主管凝结过程中会发生聚并,过冷水会周期性进入各竖直支管且各进入高度接近;压力分布在各竖直支管中存在一定差异;微细尺度下凝结仍发生在汽液界面附近,且每个凝结周期中平均凝结速率在汽羽完全聚并之前达到最大值,约为220 kg/(m3·s),在过冷水进入各竖直支管的过程达到最小值,约为17 kg/(m3·s)。

探索微纳尺度润湿动力学:长针式原子力显微镜的应用与进展

“如何在微观层面测量界面现象”是微纳尺度实验流体力学的关键科学问题,被列入世界前沿125个科学问题名单(Sanders S,Science,2021).由于光学衍射极限的限制,传统光学手段很难直接测量微纳尺度下的流动与界面现象.利用原子力显微镜的精准操控和小尺度力学测量等优势,结合长针式探针组装成的微流变计可以直接测量气-液-固三相接触线上的毛细力,并监测探针在垂直方向运动中力的动态变化.通过该技术手段,可以实现对流体界面的动力学行为以及各类材料在液体环境中力学性质在微纳尺度的精确表征.文章将系统介绍长针式原子力显微镜技术的实验原理和方法,及其在微纳尺度非理想界面润湿动力学中的最新研究进展,包括低能垒表面毛细力的速度依赖性与非对称性、无序粗糙表面接触线黏滑运动的统计学规律、柔性表面接触线动力学的状态与速度定律、以及离子液体-金属界面处电场对接触角迟滞的调控等,最后展望了该技术在新兴领域中的应用.该实验手段为检验各类理论模型与数值模拟提供了可信数据,为探究界面上复杂现象的物理本质提供参考.

混合润滑结合面法向接触刚度模型研究

在实际工作中,机械结合面一般加入润滑介质来减少磨损,因此将结合面微凸体等效为圆锥微凸体,并基于分形理论和改进的W-M函数建立混合润滑状态下结合面法向接触刚度三维分形模型。对模型进行模拟仿真,仿真结果表明:结合面无量纲法向接触总刚度随着分形维数的增大呈现出先增大后减小的趋势,且在分形维数为2.6附近时取得最大值;随着分形粗糙度参数的增大而减小;随着润滑介质的声阻抗增大而增大;混合润滑状态下结合面无量纲法向接触总刚度大于无润滑介质结合面无量纲法向接触刚度;最后与其他模型和试验数据进行对比,模型与试验数据更契合,验证了模型的正确性。混合润滑粗糙表面法向接触刚度模型的提出,为结合面的刚度预测和机械设备的性能优化以及结构改进提供良好的依据。

水溶液一步法制备铜基Cu_(2)S微纳米结构及其超疏水性能

无需任何模板、表面活性剂或添加剂,通过廉价、简洁、易操作的水溶液一步法,将预处理的铜箔浸渍于一定浓度的CH_(3)CSNH_(2)溶液中,室温条件下反应,得到了具有微-纳米双尺寸粗糙结构的硫化亚铜超疏水薄膜。结果表明,铜基底上生成的硫化亚铜微-纳米双尺度粗糙结构表面对水的静态接触角高达171°,水滴滚动角低至3.5°,具有优异的超疏水性能。

考虑域扩展因子的结合面接触刚度分形模型及数值仿真

为了从分形的角度更加准确地研究结合面的接触刚度,基于M-B分形模型和赫兹理论,引入域扩展因子来表征分形维数,分别建立结合面法向和切向接触刚度分形模型。该模型综合考虑了载荷、分形维数以及材料参数等因素的影响。同时,通过数值仿真得到结合面接触刚度与各参数的变化趋势,结合面法向接触刚度与法向载荷的变化趋势相同,与分形特征和长度尺度系数相反,但与分形维数的变化趋势比较复杂,不再具有单调性;结合面切向接触刚度与上述参数引起的变化趋势与法向接触刚度的变化趋势相似。

微观定向结构Cu-W复合材料触头弹跳特性分析

以商用无序结构Cu-W触头及3种微观定向结构Cu-W复合材料触头为研究对象,建立接触器触头弹跳动力学模型、电磁模型以及触头力学模型,实现接触器机电磁多物理场耦合仿真分析,研究3种微观定向结构和商用无序结构Cu-W触头承受载荷后的应力、应变差异,以及对触头弹跳的影响。最后,通过试验验证,发现微观定向结构触头的弹跳幅值更小,弹跳时间更短。结果表明微观定向结构Cu-W复合材料触头对比商用无序结构Cu-W触头具有良好的抗弹跳特性,其中菱形十二面体骨架结构Cu-W触头抗弹跳特性最优。