超长直列汽缸套接缝处冲击磨损试验装置及其试验研究

针对超长直列汽缸接缝处与活塞环之间的高速冲击特点,设计高差速旋转"面-面"接触磨损试验装置。通过模拟活塞环与超长直列汽缸接缝处的接触状态、滑动速度所受蒸汽压力,测量活塞环、汽缸套不同位置的磨损量,观察活塞环、汽缸套磨损前后的形貌变化,探索在高速冲击下活塞环与超长直列汽缸套接缝处的磨损规律。结果表明:设计的高差速旋转"面-面"接触磨损试验装置,可以模拟超长直列汽缸与活塞环之间的高速冲击磨损行为;汽缸套接缝处存在倒角将增加该摩擦副磨损,尤其将大幅增加对摩活塞环的磨损;倒角汽缸套的"迎环面"磨损严重,行程中段及"背环面"磨损轻微。     

表面波纹度和凹坑对线接触弹流的影响*

由于加工误差和表面损伤等,轴承零件表面会出现不同的表面形貌,表面凹坑和波纹度严重影响线接触表面的润滑性能。采用系统法求解高载和低载下波纹表面和凹坑表面的润滑膜压力和膜厚以及表层Mises应力,发现表面波纹度会使油膜压力出现波动,压力波峰处的压力值会大于光滑接触表面的油膜压力,表面会出现应力集中,高载时波纹度的影响更明显;表面凹坑会使凹坑两侧出现尖锐的压力峰,表面凹坑两侧出现肿块;当凹坑在接触中心时,油膜压力对凹坑深度非常敏感,较小的凹坑深度就会导致油膜崩溃;而出口区的凹坑会使二次压力峰移动到凹坑靠近接触中心的一侧,而且峰值压力远大于正常接触压力,凹坑处有局部高应力和严重的应力集中,高载时较小的凹坑深度会引起相对更明显的压力峰和应力集中。     

滑动摩擦过程中摩擦热分配的实验及有限元仿真研究

摩擦热导致的温升对摩擦副的稳定性有重要影响,而以往对摩擦热及其在界面的分配有广泛的理论研究,但多乏实验测试的验证。实际摩擦过程中由于界面变化的复杂性,摩擦热的分配情况可能与理论预测不同。使用动态热电偶和红外测温的方法对摩擦表面温升进行测量,并使用有限元方法对摩擦界面温度分配进行分析。有限元计算结果表明,固定摩擦副的导热系数高于运动摩擦副时,摩擦热分配呈现明显的时变特征。实验测量与有限元分析的对比表明,材料导热系数会影响磨损界面层对摩擦热的分配;当固定摩擦副的导热系数高于运动摩擦副时,输入固定摩擦副的热量的比例会降低,反之则会升高。     

二维晶体Ti2C的制备及对锂基润滑脂摩擦学性能影响

采用氟化铵和盐酸溶液刻蚀Ti2AlC制备二维晶体Ti2C,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(FESEM)对其物相和结构形貌进行表征。结果表明,Ti2AlC被氟化铵和盐酸溶液完全刻蚀得到纯度较高的Ti2C二维晶体。利用四球摩擦试验机考察Ti2C作为锂基润滑脂添加剂的摩擦学性能,并利用扫描电子显微镜（FESEM）和能谱分析仪（EDS）对钢球磨斑进行表面分析。结果表明,二维晶体Ti2C作为润滑添加剂可明显提高锂基脂的减摩抗磨性能,并在Ti2C质量分数为01%~025%时具有较好的减摩性,在质量分数为025%时具有较好的抗磨性;在摩擦过程中润滑脂中的Ti2C沉积在摩擦副表面,形成具有优异摩擦学性能的润滑保护膜。     

含水率对油水乳化液传输频率特性影响分析

为了掌握油水乳化液中含水率对其动态特性的影响,建立含水率与乳化液传输的频率特性之间的非线性关系。首先,推导了油水乳化液在管体中压力波传播速度公式,分析了含水率对乳化液传输速度的影响规律;然后,利用分布参数理论以及传递矩阵法建立了油水乳化液的传输频率模型,表明在PVC透明钢丝软管中考虑流固耦合作用时含水率增加,其传播速度呈降低趋势;反之,钢管内乳化液的传输速度随着含水率的增加而呈递增趋势;含水率对系统的谐振频率影响也较为明显,乳化液中含水率越大,系统的同阶谐振频率越低,且随着含水率的增加,谐振频率的阶次越大,同阶次的谐振频率之间的差值也相应变大。实验验证所建模型是有效的,为有效检测油中含水率以及保障系统安全运行提供一定的理论基础。     

现浇楼板对混凝土框架结构耗能分布的影响

为了研究现浇楼板对混凝土框架结构各构件滞回耗能分布的影响,基于多弹簧杆单元分别建立了矩形梁、考虑梁刚度、强度增强效应的矩形梁以及考虑楼板翼缘的T形梁共4个多层框架结构计算模型,进行了8度罕遇地震作用下结构滞回耗能分布比较分析。计算结果表明:梁强度增大使结构总滞回耗能增加,而梁耗能占总耗能的比例有所下降;梁刚度增大使得结构总滞回耗能略有增加,梁耗能占总耗能比例也有所上升。考虑楼板翼缘作用的T形梁对结构滞回耗能沿层分布、各层梁柱构件之间分布的影响主要体现在梁强度的增大,梁刚度的增大则会使滞回耗能分布产生突变,框架内梁滞回耗能小于外梁而边柱滞回耗能小于中柱。塑性铰的演化过程体现了结构耗能的转移过程,楼板翼缘作用可使结构由"梁铰机制"转为按"柱铰机制"破坏,这说明了楼板翼缘作用对于结构耗能分布的影响不可忽略。     

波形钢腹板PC简支箱梁桥的扭转振动频率分析

为精确计算波形钢腹板预应力混凝土(prestressed concrete,简称PC)简支箱梁桥的扭转振动频率,在考虑箱梁自由扭转扭矩与约束扭转扭矩的基础上,运用D′Alembert原理推导了波形钢腹板PC箱梁桥的扭转振动频率方程,给出了与该桥型扭转振动频率求解相关的极惯性矩、扭转常数及扇形惯性矩的计算方法,并根据简支梁的边界条件求得了该桥型扭转振动频率的计算公式。制作了波形钢腹板PC简支试验梁,对其进行了动力特性测试获得自振频率和振型,在建立试验梁的ANSYS有限元模型时提出波形钢腹板与混凝土翼板实现刚性连接的方法,结合试验梁的实测值和有限元计算值验证了波形钢腹板PC简支箱梁桥扭转振动频率计算公式的正确性。分析了自由扭转扭矩和约束扭转扭矩单独作用时对波形钢腹板PC简支箱梁桥扭转振动频率的影响,研究表明,约束扭转扭矩对其扭转振动频率的影响较大,而自由扭转扭矩对其扭转振动频率的影响很小。     

基于自适应技术的结构参数与输入同步反演

发展一种基于遗传优化算法的自适应追踪技术,结合输入未知条件下的二次误差平方和方法,利用事件中的加速度响应数据实现结构参数与输入的同步反演,判断并追踪结构损伤,包括损伤发生的时间、位置和程度。三自由度迟滞非线性系统数值仿真结果表明,该方法能够精确有效地追踪结构参数的变化,并同步反演结构的未知输入。此外,对三自由度基础隔振结构模型进行了多工况实验研究。结果表明,所发展方法能够实时有效地追踪结构时变物理参数、反演结构未知基底激励,进而精准地获取结构的损伤信息。     

两级复合放大箝位步进压电直线电机

针对尺蠖式电机运行过程中导轨与动子对加工与装配要求过高的问题,提出了一种尺蠖式原理的两级复合放大箝位步进压电直线电机,分析了电机的工作原理,设计了电机箝位机构和总体结构。利用有限元软件对箝位机构进行仿真分析,得到柔性结构的最佳尺寸。制作样机并设计实验,得到了电机的速度特性曲线并进行分析。样机的实验结果证明了该方案的可行性,并且在电压峰峰值为100V、频率为150Hz的方波信号激励下,电机的空载速度可达1.23mm/s,最大推力可达1.6N。该电机有效降低了驱动器的加工与装配要求,增强了电机运行的稳定性。     

SDICA方法在单通道信号故障分类中的研究

提出了一种针对工程单通道信号的子带分解独立分量分析(subband decomposition independent component analysis,简称SDICA)故障分类方法。利用经验模态分解方法(empirical mode decomposition,简称EMD)得到的多个基本模式分量作为子带信号,对子带信号进行独立分量分析(independent component analysis,简称ICA),在ICA方法过程中提取了分离过程特征中产生的残余互信息值,在估计子带信号中计算各自的近似熵值,并把残余互信息和近似熵值作为特征参数,输入广义回归神经网络实现故障分类。SDICA方法在单通道信号故障分类中引入了ICA理论,成功实现了工程单通道轴承信号3种故障高精度的识别,验证了具有良好表征故障能力的残余互信息值和估计子带近似熵能够成为故障分类的重要参数。