大型冷锯机切噪声声功率的预估

通过对大型冷锯机锯切过程中主要声源及受力分析,明确了主要锯切噪声是由锯齿脉冲激励引起锯片和工件的局部高频振动所产生的。并用大型有限元结构分析软件ANSYS计算得到的单元速度值,根据结构振动声辐射理论,对冷锯机的锯切噪声进行了定量预估。从理论预估值与现场锯切噪声实测结果的比较可见,本文所建立的大型冷锯机锯切噪声分析及预估理论是正确的。     

锯切加工中金刚石节块的热磨损及Ti—Cr涂层对热磨损的抑制作用

在锯切花岗石过程中,用三明治薄膜热电偶监测接触界面的温度响应,研究了节块式金刚石工具与花岗石接触界面的温度特征,通过将试验结果与解析结果拟合得到热量传入节块的比例,并在此基础上求解出金刚石磨粒的表面温度.结果表明,在干摩擦下的花岗石锯切过程中,工具与工件接触弧区内90%以上的热量传入金刚石节块,节块表面部分金刚石磨粒的表面温度超过1000℃,金刚石的3种典型失效方式均受到锯切热的直接影响.在金刚石表面镀覆Ti-Cr合金可以有效抑制锯切热引起的磨粒脱落.     

锯切花岗石过程中金刚石节块磨损特征及影响因素分析

在已有的节块磨损规律的基础上，对锯切花岗石过程中的金刚石及其固位载体－粘合剂的磨损规律进行了研究。通过实验，跟踪观察了不同金刚石节块在各种加工条件下的磨损状态。结果表明；金刚石的工作状态与节块的使用性能有良好的对应关系，金刚石的微破碎和完善晶型比例越高节块耐磨性越好；宏观破碎和脱落比例越高节块耐磨性越差。金刚石的粒度，含量，品级，粘合剂和金刚石的匹配以及锯切用量组合等均明显影响锯切效果。     

锯切过程中花岗石与金刚石间的摩擦效应

通过测量锯切力和计算锯切比能,获得了多种条件下的比能与单颗磨粒平均载荷的试验,从能量角度探讨了花岗石的锯石的锯切机理,并建立了单颗磨粒平均载荷与磨粒纵向切削面积平均值之间,单位宽度功率消耗与滑擦面积之间的对应关系。结果表明,锯切过程中能量主要消耗于花岗石与金刚石间的摩擦,由于单颗磨粒向切削面积平均值同时包含了磨粒切削深度与弧长的影响,更适用于描述锯切过程。锯切中锯切深度和材料去除率等因素的影响均可     

脆性材料破坏与莫尔理论存在的问题

材料受力时应力状态不同，则断裂过程物理机理会发生改变，脆性材料受拉时发生的拉断与受压时发生的剪断，是两种不同物理机理的断裂形式，而莫尔强度理论用一个断裂条件解决这两种断裂形式的强度问题，是否合理需要讨论，结合灰铸铁HT200材料在不同受力条件下的断裂破坏试验，对此问题进行了研究，结果表明，莫尔理论对复杂应力状态下材料断裂不能合理、准确地进行强度计算。     

含铺层拼接层合板的剪切强度

对含铺层拼接的碳纤维增强树脂基复合材料层合板进行了剪切强度实验研究.从三种不同铺层拼接角层合板上切取含缺口的剪切试件,通过实验测定了其载荷-位移曲线,得到了剪切强度值.实验结果表明,三组试件的剪切强度基本相同,即拼接层角度改变几乎不会引起层合板的剪切强度发生明显变化.采用有限元软件ABAQUS6.5对实验过程进行模拟,得到拼接层角度改变将引起拼接层中0°层出现切应力集中,但沿缺口切应力的平均值几乎不变.这也说明拼接层角度的变化几乎不影响层合板的剪切强度.     

高耸筒形结构爆破拆除的数值模拟

采用共节点分离式钢筋混凝土模型,通过比较分析塔体缺口中间有切缝与无切缝设计2种方案, 对典型高耸筒形结构冷却塔爆破拆除过程进行了三维数值模拟。对混凝土和钢筋单元的受力过程进行分析, 共节点分离式模型可以体现混凝土和钢筋材料的力学性能差异;采取切缝设计可减小结构倒塌过程中的下 坐与后坐倾向,促使塔体后部严重扭曲变形,使塔身解体比较完全,缩短整体倒塌时间,减小爆堆范围。     

FFP在黏土中贯入过程的CFD模拟

圆锥静力触探法(cone penetration test,CPT)广泛应用于土的抗剪强度测试中.在此基础上发展的自由落体式贯入仪(free fall penetrometer,FFP),依靠自由下落获得的动能和自身重力势能贯入土中,不需要借助外部加载装置,提高其使用的便捷性.但在动力贯入过程中FFP与土的相互作用更为复杂,涉及到土体的率效应和拖曳阻力等的影响.因此,对FFP各项受力和相关参数的准确分析有助于提高其实用性以及测量的准确性.作者采用基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)的分析软件ANSYS CFX 17.0模拟FFP在均质黏土中的贯入过程,借助动网格的大变形分析方法模拟FFP贯入过程中的运动边界问题.提出了薄层单元法模拟FFP与土体的界面摩擦接触行为.在CFD模拟中,土体材料采用非牛顿流体来模拟,其剪切强度受土体切应变率的影响(即土体的率效应).通过模拟贯入仪以不同的速度在黏土中贯入的过程,研究FFP的端部阻力和侧壁阻力与贯入速率、土体强度和密度、界面摩擦系数以及率效应参数之间的关系,建立了端部承载力系数、端部和侧壁率效应参数及拖曳系数的表达式,并提出了土体不排水抗剪强度的预测方法,为FFP测试数据的解析提供依据.     

FFP在黏土中贯入过程的CFD模拟

圆锥静力触探法(Cone penetration test, CPT)广泛应用于土的抗剪强度测试中。在此基础上发展的自由落体式贯入仪(Free fall penetrometer, FFP),依靠自由下落获得的动能和自身重力势能贯入土中,不需要借助外部加载装置,提高其使用的便捷性。但在动力贯入过程中FFP与土的相互作用更为复杂,涉及到土体的率效应和拖曳阻力等的影响。因此,对FFP各项受力和相关参数的准确分析有助于提高其实用性以及测量的准确性。作者采用基于计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)的分析软件ANSYS CFX 17.0模拟FFP在均质黏土中的贯入过程,借助动网格的大变形分析方法来模拟FFP贯入过程中的运动边界问题。提出了薄层单元法模拟FFP与土体的界面摩擦接触行为。在CFD模拟中,土体材料采用非牛顿流体来模拟,其剪切强度受土体切应变率的影响(即土体的率效应)。通过模拟贯入仪在黏土中以不同的速度贯入的过程,研究FFP的端部阻力和侧壁阻力与贯入速率、土体强度和密度、界面摩擦系数以及率效应参数之间的关系,建立了端部承载力系数、端部和侧壁率效应参数及拖曳系数的表达式,并提出了土体不排水抗剪强度的预测方法,为FFP测试数据的解析提供依据。      

测定金刚石膜断裂强度及断裂韧性的力控制法研究

人造金刚石膜是一种新材料,断裂强度及断裂韧性是其主要力学性能指标,目前国内、外尚无相应的强度测试方法标准,一般采用类比陶瓷测定断裂强度与断裂韧性的方法进行,即采用位移控制法进行检测,基于金刚石膜是一种硬度比陶瓷更高的材料,本文首次提出对金刚石膜用一种力控制法进行检测,在试验时采用专用的弹性压力头加载,加载速度可调,加载平衡、可靠,收到了很好的效果。     

The cutting of soil by narrow blades

The available models for predicting the forces acting on a narrow soil cutting blade have required separate measurements of the shape of the three-dimensional soil failure pattern ahead of the blade. It is proposed that a three-dimensional model consisting of straight line failure patterns in the soil can be used to predict both the draft forces and the volume of soil disturbed in front of a narrow blade. Limit equilibrium mechanics equations are written for the soil wedges in terms of an unknown angle of the failure zone and the theoretical draft force is minimized with respect to this angle. Force factors are thus found which are of the type to fit Reece's general earthmoving equation, but which vary with the width to depth ratio of the blade as well as with the rake angle of the blade and the friction angle of the soil. In addition the approximate geometry of the three-dimensional failure pattern in the soil is predicted for varying blade shapes and soil strengths. This allows the design of simple tools on the basis of their draft force requirements and their soil cutting efficiency. The draft force predictions and failure geometry calculations are shown to have considerable verification by experimental results.     

聚晶金刚石刀具加工强化复合地板时的切削性能及磨损机理研究

通过对聚晶金刚石刀具加工A1203表层强化复合地板的试验研究，分析了金刚石粒度对聚品金刚石刀具切削性能的影响以及刀具的磨损机理。结果表明：随着金刚石粒度的增大，聚晶金刚石刀具的耐磨性能增强；聚晶金刚石刀具在加工过程中的磨损机理主要表现为具有疲劳磨损特征的沿品断裂及局部解理断裂．品间微裂纹是导致聚晶金刚石刀具磨损的主要因素．     

Regression analysis of the characteristics of vibro-cutting blade for tuffaceous rock

The vibro-cutting mechanism of a blade was experimentally tested for tuffaceous rock material. The influences of frequency and amplitude of displacement of vibro-cutting, the cutting velocity and the wave shape of vibration on the maximum excavation force were investigated. It was observed that the ratio of maximum horizontal component of excavation force of vibro-cutting to that of non-vibration tended to decrease hyperbolically with the increment of frequency for a constant amplitude of displacement. The specific energy decreased hyperbolically with the increment of the velocity ratio. The energy for the sinusoidal wave of vibration was always smaller than that for triangular wave. The ratio of specific energy at vibro-cutting to that at non-vibration decreased hyperbolically with the increment of mutual velocity. The sinusoidal wave of vibration of a blade was evaluated as more efficient for cutting tuffaceous rock than the triangular wave of vibration.     

开式热沉内冷刀具的设计及其导热性能分析

车削加工温度对工件的表面加工质量和刀具的使用寿命具有重要影响. 设计了一种开式热沉内冷刀具，计算了在实际加工工艺参数下刀具受到的切削力和前刀面上的热流密度，分析了刀具的结构强度；建立了刀具热-流-固耦合温度场模型，探讨了热稳态条件下刀具的温度场分布，以及刀片冷却液流道内热沉数量对刀具导热性能的影响规律，比较了在相同热源条件下开式热沉内冷刀具与其他内冷刀具的导热性能. 结果表明:对于刀片材料为硬质合金YT5的刀具，在热流密度为10 W/mm2的条件下，内置6个热沉的设计方案可获得最佳冷却效果，刀具的最高切削温度控制为187.1 ℃；与其他内冷刀具相比，开式热沉内冷刀具的最高切削温度降低了12.1 ℃.      

石墨烯在金刚石基体表面的纳米摩擦学行为研究

采用热化学气相沉积法(Thermal Chemical Vapor Deposition，TCVD)和机械剥离法分别制备了单层和少层石墨烯并转移至MPCVD制备的多晶金刚石基体表面，利用原子力显微镜研究了大气环境下石墨烯在金刚石基体上的纳米摩擦和磨损性能. 研究结果表明:单层和少层石墨烯在金刚石基体上具有良好的减摩作用，摩擦系数分别为0.03和0.014. 然而，由于石墨烯和金刚石表面之间的物理吸附作用较弱，其摩擦力会略高于SiO₂/Si基体表面石墨烯的摩擦力. 随扫描速度升高，金刚石表面的单层与少层石墨烯的摩擦力的变化可以分为自然对数正比上升，基本保持不变以及黏性阻尼增加三个阶段. 在磨损试验中，TCVD法制备和转移石墨烯的过程中产生的缺陷和污染物降低了单层石墨烯的耐磨性能，而机械剥离的少层石墨烯因为无缺陷的石墨烯晶体结构在金刚石基体上展现了优异的耐磨特性. 本研究可为以金刚石为基体的石墨烯固体润滑剂使用提供理论基础.      

微加工中原子力显微镜金刚石针尖的磨损研究

考察了用原子力显微镜对单晶硅进行微加工时金刚石针尖的磨损行为 ,对针尖的磨损率、磨损机理以及针尖磨损对微加工过程的影响进行了实验研究和理论分析 .结合对单晶硅所进行的摩擦磨损试验 ,应用计算模型得出针尖的磨损率为 1.7× 10 - 1 0 m m3/(N·m) ;通过对针尖磨损特征的原子力显微镜观察 ,结合金刚石针尖上应力集中的有限元计算及单位切削力计算 ,推测其磨损机制主要为化学磨损     

纳米磨料对硅晶片的超精密抛光研究

采用均相沉淀法制备了纳米CeO2和纳米Al2O3超细粉体,将所制备的超细粉体配制成抛光液并用于硅晶片化学机械抛光,考察了纳米磨料对硅晶片抛光效果及抛光机理的影响.结果表明,纳米CeO2磨料的抛光效果优于纳米Al2O3磨料,采用纳米CeO2磨料抛光硅晶片时可以得到在1μm×1μm范围内微观表面粗糙度Ra为0.089nm的超光滑表面,且表面微观起伏较小.     

Mechanics and mechanism of cut resistance of protective materials

A sliding sharp edge penetrating material is one of the most dangerous cases of cutting because it requires the smallest applied load. A better understanding of the cutting mechanism is a fundamental step to develop new and more performing protective materials. This study aims at analyzing cutting mechanics and mechanism in the presence of friction. The International Standard ISO 13997 cut test method consists in measuring the distance that a straight blade slides horizontally to cut through a material under a constant applied normal force and was used to investigate cutting phenomena.In practice, cut resistance of a material is contributed by the intrinsic strength of material and the frictional distribution. Two types of friction distributions are involved in cutting: a macroscopic friction induced by the gripping of the material and by the applied normal load on the two sides of the blade; and the other the sliding friction associated with cut through of the material that occurs along the face of the blade tip. For most materials, frictional forces due to lateral gripping could be several times greater than the friction due to the applied normal force. Thus, the cutting energy required for breaking molecular chains is much smaller than the energy dissipated for friction. The elastic modulus, the structure of the material as well as the sliding velocity have significant influence on the friction. Therefore all these properties can affect the cutting resistance results.