低速重载球面摩擦副石墨镶嵌润滑结构设计及比较

人字闸门底枢作为半球面摩擦副,在水下长时间以低速、重载工况运行,易因磨损导致故障。传统的油脂润滑容易造成环境污染,而固体镶嵌润滑是更为适宜的润滑方式。为了研究不同材料和轴瓦镶嵌结构对底枢摩擦副摩擦学性能的影响,通过试验得到石墨填充润滑材料的力学性能以及不同条件下的摩擦因数;以三峡大坝人字闸门底枢为研究对象,从工程实际与理论分析角度设计了相同孔径和渐变孔径2种不同轴瓦镶嵌结构,利用有限元软件分析了球面静态接触和旋转运行状态下的接触应力,对比了光滑轴瓦、相同孔轴瓦和渐变孔轴瓦的理论摩擦因数。结果表明:从应力角度,相同镶嵌结构下石墨润滑优于高分子赛龙材料润滑;在相同填充面积条件下,3种结构中最大等效应力从大到小依次为渐变孔结构、相同孔结构和光滑结构,而从润滑以及理论摩擦因数角度看,渐变孔结构性能最好,然后依次为相同孔结构和光滑结构;相比镶嵌孔路径,无镶嵌孔路径上的轴瓦等效应力较小。因此,在实际应用中,应确保力学偏置方向与轴瓦的无镶嵌孔区域相符,以减小应力集中并提高润滑性能。

弧形类蜂窝芯层面外等效力学性能研究

为提高蜂窝结构面外承载能力,从创新设计角度,提出一种弧形类蜂窝夹芯结构,并对其面外力学性能进行研究。首先,采用胞元理论对弧形类蜂窝夹芯结构进行简化,运用材料力学的知识并结合能量法,推导其面外等效模量解析表达式。然后,将弧形类蜂窝芯层结构与传统蜂窝芯层结构进行对比,在相同等效密度下,通过具体数据验算,发现弧形类蜂窝芯层的面外剪切模量有显著地提高。同时,推导出双壁厚弧形类蜂窝面外等效模量表达式。最后,运用数值模拟分析,得到该结构的仿真值,经过理论值与仿真值对比,发现两者相对误差在10%之内,证明推导出的面外等效模量理论公式的准确性。