考虑接触热导的往复滑动条件下的数值传热分析

目的研究往复滑动条件下具有体积温差的两个粗糙界面间的传热特点。方法基于传热学理论,考虑界面间的接触热导,建立往复滑动粗糙界面间的传热模型。采用ABAQUS有限元软件中的子程序GAPCON,将接触热导定义为滑动速度、接触压强、材料热参数以及表面粗糙度的函数,通过数值仿真研究无量纲振幅S?0、无量纲频率??以及界面接触热导的度量参数?对无量纲平均热流密度的影响。结果当???105.3 9,S?0?8时,随无量纲频率和振幅的增大,无量纲平均热流密度增大;当??71 500时,随无量纲振幅的增大,无量纲平均热流密度呈线性增长趋势。结论增大无量纲频率或者振幅,均可提高界面间的热流密度。随着无量纲参数?和振幅的不断增大,无量纲平均热流密度逐渐趋于稳定值,此时界面接触热导值对传热起主要作用。     

汽车用5754铝合金板材搅拌摩擦焊工艺研究

对3 mm厚汽车用5754铝合金板材的搅拌摩擦焊(FSW)工艺进行系统研究,研究了焊接速度、轴肩直径和搅拌针长度等工艺参数对搅拌摩擦焊接头(对接和搭接)微观组织和力学性能的影响。结果表明,随着焊接速度的提高, 5754铝合金FSW对接接头的焊核区和轴肩区的面积逐渐减小,而搅拌针区面积先增大后减小。当焊接速度为300 mm/min时, 5754铝合金FSW对接接头的强度系数达到0.975,这是因为轴肩区和搅拌针区面积相近(面积比例为0.97),增大了焊核区和热影响区界面面积。随着5754铝合金FSW搭接搅拌针长度的增加,上下板材接触面积逐渐增大,最大拉力和抗剪强度呈先降低而后提高的趋势。研究结果表明,当上板为前进侧焊接时,焊缝中产生严重隧道缺陷,最大拉力显著减小;轴肩直径由10 mm增加到12 mm时,搭接接头中轴肩区和搅拌针区的面积相近,此时微观组织中没有隧道缺陷,接头的最大拉力和抗剪强度较高。     

5052铝合金塑性成形过程摩擦及磨损机理研究

采用MPX-2000盘销式摩擦试验机,分别研究了边界润滑和干摩擦条件下滑动速度、界面载荷和滑动行程对5052铝合金与SKD11模具钢之间摩擦系数的影响。结果表明:当滑动速度在30.62~71.42 mm·s-1之间、界面载荷在0.51~2.55 MPa之间时,干摩擦条件下的摩擦系数远高于边界润滑条件下的摩擦系数;边界润滑条件下,摩擦系数随着滑动速度和界面载荷的增加而减小,随着滑动速度和界面载荷的增大,摩擦系数减小的趋势放缓;干摩擦条件下,摩擦系数随着滑动速度的递增而减小,随着界面载荷的增加先增大后减小;两种润滑条件下,摩擦系数随滑动行程的变化规律均包含摩擦系数递增和稳定两个阶段。通过对试样微观形貌的观察分析,促进了对各种工艺条件下摩擦机理的认识。     

激励因素对人字齿行星齿轮系统动态特性的影响

为研究激励因素对人字齿行星齿轮传动系统动载稳定性的影响,综合考虑阻尼、时变啮合刚度、齿侧间隙和综合传动误差等激励参数,建立人字齿行星齿轮系统的纯扭转动力学模型。采用Runge-Kutta法进行数值求解;分析在不同啮合频率下,阻尼比、刚度波动系数和综合啮合误差等参数对系统内、外啮合副动载特性的影响;采用三维速度-频率扫描瀑布图、相图和Poincaré映射分析外啮合动载系数突出值。结果表明：内啮合具有更好的振动稳定性和均载性能;当阻尼比增大时动载系数总体呈减小趋势,动载系数随着刚度波动系数和综合啮合误差增大发生失稳现象,波动较剧烈;对动载突变的激励因素值分析,观测到超谐波共振现象;在临界转速时系统处于拟二倍周期振动状态,表明系统在给定区间内处于收敛状态。     

电流负载对滑动电接触系统摩擦学行为的影响

目的 探讨电流对滑动电接触摩擦学行为特性的影响,厘清电流负载与滑动电接触摩擦学行为之间的关系。方法 采用黄铜材料为对摩副,在自行设计的摩擦滑动电接触试验机上进行球–面电接触摩擦学试验。分别输入0.2、1、2 A的直流负载,采集界面的摩擦因数、摩擦力、接触电压信号,并分别使用光学显微镜和扫描电镜等设备观察界面的摩擦磨损特性。利用ABAQUS中的热–电–力多场顺序耦合算法模拟试验过程,分析界面电压、温度和切应力的变化特性。结果 当电流从0.2 A增至1 A时,界面的摩擦因数在稳定阶段均为0.5左右,同时摩擦力信号也未出现显著差异。当电流负载进一步增至2 A时,摩擦因数增至0.7,摩擦力也显著增大。当电流负载从0.2 A增至2 A时,接触电压从0.1 V增至0.75 V,接触电压的增大倍数与电流的增大倍数不同。磨损分析结果表明,当电流增至2 A时,界面磨损程度加剧,同时导致磨屑堆积,形成局部“摩擦凸台”,且“摩擦凸台”的数量显著增多,直接导致界面黏着区域增大。有限元分析结果表明,当电流增至2 A时,界面温度上升明显,热效应显著,因此剪切力明显增大。结论 界面的接触电阻包括收缩电阻和薄膜电阻,在摩擦过程中它们随磨损程度发生变化,因此接触电压不随电流的增大而等比例增大。当电流增至一定程度时对界面的摩擦学行为具有负作用,这是由于电流负载的增加导致界面温升显著,摩擦切应力增大,黏着效应增强,从而加剧了界面的摩擦磨损程度。此研究结果为认识电流负载与滑动电接触摩擦学行为之间的关系提供了理论依据。     

离子束增强沉积纳米金属薄膜的摩擦特性

在原子力显微镜上对采用离子束增强沉积方法制备的4种纳米金属薄膜的摩擦特性进行了研究,分析了载荷和滑动速度对金属薄膜摩擦特性的影响,并对4种纳米金属薄膜的特性进行了比较.结果表明:铜薄膜的摩擦力随着滑动速度的增加而基本保持不变,镍薄膜的摩擦力随着滑动速度的增加而略有增加,钛薄膜的摩擦力随着滑动速度的增加而显著增加,而铝薄膜的摩擦力随着滑动速度的增加而减小;4种纳米薄膜的摩擦力均随着载荷的增大而增大,并且都存在一个载荷值,超过这个值,接触刚度增大,摩擦力急剧增加;4种薄膜中,铜薄膜的摩擦力最小,铝薄膜在载荷较大时的摩擦力最大;4种纳米金属薄膜摩擦特性的差异与薄膜的结构、形貌特征有关.     

微观凸织构及润湿性对橡胶滑动接触界面摩擦特性的影响EI北大核心CSCD

橡胶材料在日常生活和工业发展中有着广泛的应用,现有研究主要针对橡胶材料的黏弹特性、表面改性等方面展开,而固体表面微观织构对橡胶滑动接触界面摩擦特性的影响研究较少。针对橡胶滑动接触界面,在往复式摩擦试验机上以钢球和PDMS橡胶块组成摩擦副进行往复摩擦试验,通过改变织构类型和形貌参数来对不同表面形貌下的橡胶滑动摩擦特性进行相关探究,同时还考虑表面润湿性对界面摩擦因数的影响。试验研究表明:润滑状态下橡胶表面添加适当凸织构会降低滑动摩擦因数,微织构形状、面积占有率、高度和直径对橡胶表面滑动摩擦因数和接触角大小都有影响,尤其对于长槽织构,其摩擦因数和接触角大小呈现出方向性。结合摩擦因数和润湿性规律发现,一定范围内增大凸织构直径,橡胶表面润湿性变好,摩擦因数减小;增大凸织构面积占有率、高度时橡胶表面润湿性变差,摩擦因数反而减小。研究橡胶表面微观凸织构及其诱发的润湿性变化对橡胶滑动接触界面摩擦特性的影响,可为橡胶材料表面的摩擦学设计提供理论基础。     

表面张力对激光焊接熔池及匙孔的影响

基于FLUENT19.0软件,建立了激光焊接热-流耦合模型,对比分析了不同表面张力温度系数(为负值)对熔池流场的影响.结果表明,随着表面张力温度系数的减小,熔池后方顺时针漩涡的流动趋势逐渐减弱,甚至消失,而且焊接飞溅的数量增多.纵截面熔池长度逐渐增加,纵截面熔池流体最大流动速度逐渐增大,熔池横截面的面积逐渐减小.当表面张力温度系数为-2.5×10^-4 N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.28 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为2.89 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.52 mm²;当表面张力温度系数为-3.5×10^-4 N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.73 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为3.53 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.03 mm²;当表面张力温度系数为-4.9×10^-4 N/(m·K)时,熔池长度平均值为4.14 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为4.09 m/s、熔池横截面面积的平均值为3.28 mm².     

考虑摩擦的球面法向接触阻尼计算修正模型

基于M-B分形接触模型,通过引入球面岛屿密度分布函数,从而获得球形接触面接触载荷与真实接触面积之间的函数关系,并推导出单微凸体弹塑性应变能计算公式,结合阻尼损耗因子模型,最终建立考虑摩擦的球面法向接触阻尼计算模型。通过MATLAB对主要参数进行分析仿真可得到:球面法向接触阻尼随着法向载荷的增加逐渐增大;摩擦系数取值对球面法向接触阻尼的影响较为明显,当摩擦系数大于0. 4时,法向接触阻尼斜率上升较为显著;随着分形维数的增大,法向接触阻尼变化较为复杂,当分形维数在1. 6左右时,法向接触阻尼斜率最大;另外,粗糙度幅值参数的变大会导致法向接触阻尼增长更加迅速;相同载荷下,外接触比内接触能够获得更大的法向接触阻尼。     

滑动频率对超音速等离子喷涂Mo涂层载流摩擦磨损性能的影响

目的 提高45NiCrMoVA钢的高频载流摩擦磨损性能。方法 采用超音速等离子喷涂技术在表面制备Mo涂层,通过红外热成像仪、高速摄像机记录载流摩擦实验中的温度分布、起弧率和电弧形貌。采用载流摩擦磨损试验机、三维形貌仪测算涂层的摩擦系数、稳定性系数、磨痕轮廓和磨损率。利用场发射扫描显微镜、X射线能谱分析仪、X射线衍射仪对磨痕、磨屑进行分析。结果 当滑动频率由5 Hz提升至20 Hz时,起弧率由1.13%提升至8.24%,造成的电弧烧蚀区面积逐渐扩大。载流摩擦过程中表面的温度变化明显受滑动频率与实验时间的影响,各组均在300 s时达到最高温度,范围为63.3~91.7 ℃。随滑动频率的增加,涂层的摩擦系数及稳定性系数呈先下降后上升趋势,15 Hz时,两者值达到最小,为0.337（平均摩擦系数）和1.443。磨损率同样随滑动频率的增加呈先下降后上升趋势,10 Hz时达到最小,为66.6×104 μm3/(N?m);当频率大于15 Hz时,磨痕深度、宽度大幅增加。结论 摩擦膜可以降低摩擦副间的粘着倾向,提高运动稳定性,其形成与破裂受表面温度、材料屈服强度等多方面因素的影响,是导致摩擦系数变化的主要原因。载流摩擦除机械损耗外,还存在电气损耗及电气-机械共同损耗。高频率下,电弧烧蚀现象明显,同时加剧了粘着磨损、氧化磨损、层片剥落及磨粒磨损,导致磨损率较高。     

Effects of a straight oil on friction at the tool–workmaterial interface in machining

The quantification of friction coefficient along the tool–workmaterial interface in machining remains an issue in tribology. This paper aims identifying the evolution of friction coefficient for a large range of sliding velocity during the machining of a AISI4140 steel (290 HB) with a TiN coated carbide tool. The influence of a straight oil is investigated compared to a dry sliding situation (dry machining). It has been shown that, in dry machining, friction coefficient decreases with the sliding velocity until reaching a downer limit around 0.2. On the contrary, the presence of a straight oil decreases significantly friction coefficients to a value around 0.1. Additionally, the friction coefficient becomes independent from the sliding velocity. It also been shown that a straight oil is able to penetrate the pin-workmaterial interface even if a very high contact pressure is present (～3 GPa). The penetration duration is very fast, whereas its evacuation duration is much higher and strongly dependent on sliding speeds.     

放电等离子烧结铁基非晶涂层的滑动与冲蚀磨损性能

目的研究放电等离子烧结的Fe_(48)Cr_(15)Mo_(14)Y_2C_(15)B_6非晶涂层在滑动和冲刷条件下的耐磨性。方法利用放电等离子烧结(SPS)技术,制备Fe基非晶态合金涂层。通过滑动磨损实验和冲蚀磨损试验,分别评价非晶涂层的滑动磨损性能和冲蚀磨损性能,并通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析非晶涂层的组织结构以及磨损形貌。结果非晶涂层在滑动摩擦条件下,随着载荷由10 N增加至20 N,磨损率由0.089×10~(-3)mm~3/m上升到0.216×10~(-3)mm~3/m,但摩擦系数由0.841减小到0.778。非晶涂层在冲蚀磨损条件下的体积磨损率随着冲蚀角度(30°~90°)的增加,先增大后减小,45°时达到极大值(15.80 mm~3/h)。磨损表面形貌表明,铁基非晶的滑动磨损机制主要是疲劳磨损和粘着磨损,冲蚀磨损机制主要表现为构成涂层的粉末颗粒的脆性剥落。结论与常用AISI 52100轴承钢相比,SPS制备的非晶涂层在滑动摩擦条件下有着显著的低磨损率和低摩擦系数,但在冲蚀磨损条件下的耐磨性能较差。     

硅烷改性椰壳粉对热塑性弹性体表面性能的影响及应用

目的研究经硅烷(GPTMS)改性后的椰壳粉(G-CSP)作为添加剂对热塑性弹性体(TPE)表面性能的影响及其潜在应用。方法通过热压法制备G-CSP质量分数为0%、5%、10%和15%的G-CSP-TPE样品,采用Alpha红外光谱仪对GPTMS、CSP和G-CSP进行红外光谱试验。用MFP-D三维形貌仪观测G-CSP-TPE样品的表面形貌,在JC2000CS接触角测量仪上测试不同液体在G-CSP-TPE表面的静态接触角。基于陶瓷球与G-CSP-TPE组成的摩擦副,在MFT-5000摩擦磨损试验机上研究不同载荷和滑动速度下液体介质的摩擦性能。结果红外光谱显示,GPTMS中的某些官能团成功地接枝到CSP中。随着G-CSP质量分数的增加,试样表面粗糙度和接触角均呈增加趋势。去离子水和葵花油的平均摩擦系数与滑动速度和载荷有关,当滑动速度超过2 mm/s时,其平均摩擦系数总体上与载荷呈负相关,在0.8 N和4 mm/s的条件下,去离子水和葵花油的平均摩擦系数差值最大。与其他样品相比,含10%G-CSP的G-CSP-TPE样品区别去离子水和葵花油平均摩擦系数的能力更强,基于该样品,脂肪含量为3.6 g和4.4 g的100 mL两种牛奶的平均摩擦系数分别为0.68和0.576。结论经GPTMS改性后的CSP能够改善TPE的表面性能,含10%G-CSP的G-CSP-TPE样品最有可能被应用于食品口感评价和功能食品的研发。     

金属晶体间微观滑动摩擦特性的分子动力学模拟

根据独立振子模型的能量耗散机理,以光滑干摩擦接触平面为对象,利用金属晶体的强体积效应特征,构造了简化计算的界面势能模型,分析了在界面摩擦状态下能量非连续耗散过程,建立了简化计算滑动摩擦力与摩擦因数模型。从瞬间原子位置图和系统能量方面,进行计算模拟和试验对比验证,结果表明:当接触界面势能处在某个谷底时,滑块受静摩擦力,界面间发生相对运动,滑块变为受滑动摩擦力作用;摩擦力按基本不变的斜率增加到某一值后突然降低,而后变化呈现一定的周期性;随着滑动的逐渐进行,运动体与基体表面的温度逐渐增加而后趋于稳定,两表面存在温度差;滑动后界面平均接触压力明显下降,而后趋于平缓。     

金属晶体间微观滑动摩擦特性的分子动力学模拟

根据独立振子模型的能量耗散机理,以光滑干摩擦接触平面为对象,利用金属晶体的强体积效应特征,构造了简化计算的界面势能模型,分析了在界面摩擦状态下能量非连续耗散过程,建立了简化计算滑动摩擦力与摩擦因数模型。从瞬间原子位置图和系统能量方面,进行计算模拟和试验对比验证,结果表明：当接触界面势能处在某个谷底时,滑块受静摩擦力,界面间发生相对运动,滑块变为受滑动摩擦力作用;摩擦力按基本不变的斜率增加到某一值后突然降低,而后变化呈现一定的周期性;随着滑动的逐渐进行,运动体与基体表面的温度逐渐增加而后趋于稳定,两表面存在温度差;滑动后界面平均接触压力明显下降,而后趋于平缓。     

The resistance to sliding along Coulombic shear faults in ice

Sliding experiments were performed along Coulombic shear faults in laboratory-grown freshwater ice over a range of sliding velocities (4 × 10⁻³–8 × 10⁻⁷ m s⁻¹) and temperatures (−3, −10 and −40 °C). The Coulombic failure criterion was used to describe the observed linear relationship between the shear stress along and the normal stress across the fault. From this relationship the coefficient of friction was determined. At each temperature the coefficient of friction peaks at a transitional velocity (∼8 × 10⁻⁶ m s⁻¹). For a given velocity the coefficient of friction increases with decreasing temperature. We propose that the peaked shape of the coefficient of friction vs. sliding velocity graphs are a consequence of a change in sliding behavior from “ductile-like” at low velocities to “brittle-like” at higher velocities. The velocity-strengthening and velocity-weakening friction regimes are attributed to creep and to frictional melting, respectively.     

电镀锌板摩擦系数的影响因素分析

采用销盘摩擦试验研究了正压力和速度对电镀锌板摩擦系数的影响规律,运用正交试验及方差分析的方法研究了正压力、速度、镀锌层对摩擦系数的影响水平。结果表明：当速度在5654．86～9424．78mm／min,正压力在0．3～5N的范围内,随着正压力的增大,镀锌板的摩擦系数逐渐降低,随着速度的增大,摩擦系数也逐渐增大,镀锌层对镀锌板摩擦系数影响最大。     

MoS2薄膜摩擦因数和磨损量的数学模型

目的 构建MoS₂薄膜的摩擦因数模型和磨损模型,预测其磨损体积。方法 通过球-盘摩擦磨损实验,研究法向载荷和滑动速度对MoS₂薄膜摩擦因数的影响规律,其中最大接触压强范围为441.08～1393.82MPa,滑动速度为0.05～0.628m/s。利用场发射扫描电子显微镜（SEM）和白光共聚焦显微镜分析MoS₂薄膜的磨损形貌。结果 基于赫兹接触理论,建立了MoS₂薄膜摩擦因数与法向载荷和滑动速度的数学模型。预测结果与实测结果之间的最大相对误差为12.02%,其余预测结果的相对误差均小于10%。从摩擦耗散能的角度,研究发现MoS₂薄膜的磨损体积与摩擦耗能之间呈显著的线性关系,结合新的摩擦因数模型,提出了MoS₂薄膜的磨损模型。此磨损模型是法向载荷、滑动速度和摩擦时间的函数关系式,其相对误差绝对值的平均值为10.81%。与传统Archard模型的结果进行比较发现,新的磨损模型的相对误差较小。通过分析MoS₂薄膜的磨损机理,探讨了磨损模型产生...     

Tribological properties of TiAlN-coated cermets

Ti(C,N)-based cermets were coated with TiAlN using multi-arc ion plating technology. Sliding wear tests were performed on the coated cermets. The microstructure and morphologies of the coated cermets before and after friction and wear tests were characterized. The results show that the TiAlN coating surface was smooth and its root mean square roughness was 16.6 nm. The hardness (HK) of TiAlN coating layers reached approximately 3200 and the critical load (L _c) under which the coating failure occurred was 59 N. The sliding wear test results show that the friction coefficients of the TiAlN-coated cermets were lower than that of the cermets without any coating. Under the same load, the adhesion phenomenon of the counterpart materials on the specimens was improved and the mean friction coefficient increased with increasing sliding velocity. When the sliding velocity was 0.26 m·s⁻¹, the mass of the coated cermets reduced. At the same sliding velocity, the average friction coefficient of the TiAlN-coated cermets was lower under a higher load. The wear mechanisms of the TiAlN-coated cermets were mainly adhesive and abrasive wear.     

Identification of a friction model at tool/chip/workpiece interfaces in dry machining of AISI4142 treated steels

The characterization of frictional phenomena at the tool–chip–workpiece interface remains an issue. This paper aims to identify a friction model able to describe the friction coefficient at this interface during the dry cutting of a AISI4142 treated steel with TiN coated carbide tools. A new tribometer has been designed in order to reach relevant values of pressures, temperatures and sliding velocities. This set-up is based on a modified pin-on-ring system. Additionally a numerical model simulating the frictional test has been associated in order to identify local phenomena around the spherical pin, from the standard macroscopic data provided by the experimental system. A range of cutting speeds and pressures has been investigated. It has been shown that the friction coefficient is mainly dependant on the sliding velocity, whereas the pressure has a secondary importance. Moreover a new key parameter has been revealed, i.e. the average local sliding velocity at the contact. Finally a new friction model has been identified based on this local sliding velocity.