铜基粉末冶金多孔材料在高应变率下的力学性能及本构关系

通过实验得出铜基粉末冶金摩擦材料在高应变率下的应力应变曲线，建立该材料的本构模型。在分离式Hopkinson压杆(SHPB)上进行了该材料在10^2/s-10^3/s应变率范围内的冲击试验，弹速范围为4m／s-15m／s，在透射杆上采用半导体应变计技术；在MTS实验机上做了该材料在10^-4s/10^-3/s应变率范围内的准静态实验，分别在应变为0．005、0．01、0．02、0．035时卸载再加载，以验证该材料的粘弹塑性特征。通过分析动态和静态实验曲线，发现该材料在应变率300/s和准静态时有应变硬化效应，但在500/s以上却反映出应变软化效应，得出该材料为含损伤非线性粘弹塑性材料，故提出用适应于脆性材料的粘弹塑性模型和粘塑性项的组合本构模型来拟合该材料应变弱化段的本构方程。所得结果可推广应用于类似烧结合金的材料。     

铜基粉末冶金(Cu-PM)摩擦材料冲击破坏机理研究

研究了铜基粉末冶金摩擦材料在准一维应变和一维应变下的冲击破坏机理 ,对该材料在被动围压准一维应变和一维应变情况在分离式Hopkinson压杆 (SHPB)上做了 1 0 2 ～ 1 0 3 /s应变率范围内的冲击试验 ,试样尺寸为 :1 2× 6 ,弹速范围为 4～ 1 6m/s,通过试验得到了该材料的两种动态应力应变曲线 ,发现一维应变时 :(1 )该材料有应变率弱化效应。通过对试验后的样品进行微观组织分析 ,在冲击载荷下材料在短时间内大量吸能使承载能力下降 ,同时伴随硬质颗粒破碎 ,但没发现绝热剪切现象。 (2 )材料的初始裂纹和孔隙在冲击时形成大范围的多源裂纹及孔洞分布群并迅速扩展 ;失效模式为冲击脆性破坏。在准一维应变时 ,同样应变率下 ,该材料有应变率强化效应 ,反映出良好的金属合金性能 ,与静态下有相似之处。从电镜扫描图片看 ,材料在准一维应变下的密实性提高 ,裂纹的扩展缓慢。     

铜基粉末冶金摩擦材料高温摩擦疲劳性能测试

在高温摩擦疲劳试验机上对铜基粉末冶金材料进行了性能测试。发现：(1)在100℃～350℃区间,随温度的升高,摩擦因数在降低;(2)在500℃时,摩擦因数最高,且发生了粘着磨损;(3)在450N,300℃时,磨痕表面出现了球状的石墨颗粒层,这起到了极好的润滑作用,使得300℃时,磨损较低。     

烧结工艺对铜基粉末冶金摩擦材料的影响

采用粉末冶金的方法烧结铜基摩擦材料,研究烧结温度、烧结压力、保温时间和成型压力对摩擦材料性能的影响。结果表明：随着烧结温度的升高,材料的密度、强度和硬度都降低,孔隙度增大;随着烧结压力的增大,硬度先增大后减小,压力达到20 MPa 时,硬度最大;随着保温时间的延长,抗压强度增大;随着成型压力的增大,抗压强度先增大后较小,成型压力为42 MPa 时,抗压强度最大。当材料的物理力学性能处于最佳范围时,材料的摩擦因数才达到最大,物理力学性能过高或过低都不利于摩擦因数的提高;对偶磨损量主要取决于摩擦材料的摩擦因数,随着摩擦因数的增大而增大。     

铬对铜基粉末冶金材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金工艺制备铜铬基粉末冶金摩擦材料,在制动压力0.5～0.76 MPa、制动速度1000～3000 r/min范围内,探讨干、湿2种状态下铬对材料摩擦磨损性能的影响。结果表明,随铬含量增加,材料的摩擦因数和磨损量降低,且随制动压力增加,摩擦因数降低;在低摩擦速度时,湿摩擦因数低于干摩擦,高速时则相反。铬降低了材料的摩擦因数和磨损量的原因在于铬增加了材料的硬度而起到了降低摩擦面的损伤程度和表面粗糙度的作用。在较低的摩擦速度条件下,由于水分的润滑作用充分,导致摩擦因数降低,在高速摩擦条件下,水分冷却作用明显,导致表面微凸体间的啮合强度增加而使摩擦因数高于干摩擦。     

不同温度下铜基粉末冶金摩擦材料往复滑动磨损规律

研究不同温度下高速列车用铜基粉末冶金摩擦材料磨损特征。在PlintTE77高温疲劳试验机上对该材料进行磨损性能测试 ,工况分别为室温、10 0℃、2 0 0℃、3 0 0℃、3 5 0℃、5 0 0℃ ,法向载荷为 2 0 0N、45 0N等 12种工况 ,振动频率为 4Hz ,滑动幅值为± 5mm。并对摩擦后的磨痕进行Scanelectro mirror (SEM)分析。发现①在 2 0 0N、3 0 0℃时出现碾压的多源弧形裂纹 ,这和冲击时的沿树枝晶裂纹截然不同。②在 45 0N、3 0 0℃时 ,磨痕表面出现球状的石墨颗粒层 ,这起到了极好的润滑作用 ,使得 3 0 0℃时磨损较低。③在 45 0N、3 5 0℃时 ,有沿磨痕方向的长条裂纹出现。④在不同载荷 5 0 0℃时 ,发生粘附现象 ,即摩擦材料粘附到对偶材料上。根据以上分析用最小二乘法粗略拟合了该材料的磨损规律     

铝含量对铜基粉末冶金材料性能的影响

从一系列铜基粉末冶金材料配方中选出几种具有代表性的配方进行实验,研究铝含量对铜基粉末冶金材料密度、抗压强度、摩擦磨损等性能的影响。结果表明:在铜基粉末冶金材料中添加铝元素后,材料的密度、抗压强度和摩擦因数都降低,磨损率明显下降;随着铝含量的增加,材料的磨损率大幅下降,但摩擦因数变化不明显;在铜基粉末冶金中加入铝元素后,在显微组织中有新相生产,使基体组织细化,因而铜基粉末冶金的整体材料性能得到提高。     

烧结压力对铜基粉末冶金闸片材料摩擦学性能的影响

在不同烧结压力下制备了铜基粉末冶金闸片材料,研究了烧结压力对其孔隙率和硬度的影响;采用高速摩擦磨损试验机,选择15CrMo钢作为配副材料,研究了铜基粉末冶金闸片材料的摩擦学特性,并用扫描电镜观察分析了材料显微组织及磨损表面形貌。结果表明:随着烧结压力从0 MPa增大到1.25 MPa,试验材料的孔隙率降低而硬度得到提高,摩擦因数和磨损率都同步减小;再继续增大烧结压力对孔隙率和摩擦磨损性能的影响不大。     

铜基粉末冶金摩擦材料高温疲劳磨损规律

研究了高速列车用铜基粉末冶金多孔摩擦材料的高温摩擦磨损性能。在PlintTE77高温疲劳试验机上对该材料进行了高温磨损性能测试 ,工况分别为 :室温 ,10 0℃ ,2 0 0℃ ,3 0 0℃ ,3 5 0℃ ,5 0 0℃ ;法向载荷为 :2 0 0N ,45 0N ,等12种工况 ;振动频率为 :4Hz ;移动幅值为 :± 5mm ;并对摩擦后的磨痕进行了SEM分析 ,发现 :(1)在 2 0 0N ,3 0 0℃时出现了粘压的多源弧形裂纹 ,这和冲击时的沿树枝晶裂纹截然不同 ;(2 )在 45 0N ,3 0 0℃时 ,磨痕表面出现了球状的石墨颗粒层 ,这起到了极好的润滑作用 ,使得 3 0 0℃时磨损较低。 (3 )在 45 0N ,3 5 0℃时 ,有沿磨痕方向的长条裂纹出现 ;(4 )在不同荷载 5 0 0℃时 ,发生了负磨损 ,即摩擦材料粘附到对偶材料上 ,由于新的氧化面的形成摩擦系数是最高的。根据以上分析粗略拟合了该材料的磨损规律     

ZrO2晶型对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦学性能的影响

采用粉末冶金加压烧结技术制备含单斜和立方2种晶型ZrO_2的铜基摩擦材料,研究在干摩擦及不同制动速度条件下,ZrO_2晶型对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦学性能的影响;用光学表面分析仪和扫描电子显微镜分别对试样磨损表面形貌及磨屑形貌进行观察,探究ZrO_2晶型对粉末冶金摩擦材料摩擦学性能的作用机制。结果表明:在相同条件下,含单斜相ZrO_2摩擦材料的摩擦因数及磨损量均高于含立方相ZrO_2的摩擦材料;随着制动速度的升高,2种材料的摩擦因数均降低,而含立方相ZrO_2材料摩擦因数降幅较小,同时两者的磨损量均呈现先上升后降低的趋势。随制动速度提升,含单斜相ZrO_2的摩擦材料主要磨损机制由黏着磨损与犁削磨损转变为剥层磨损;而含立方相ZrO_2的摩擦材料主要磨损机制由犁削磨损转变为犁削磨损与氧化磨损,最后转变为剥层磨损。     

高应变率下Cu-P/M摩擦材料正向和反向应变率效应

研究了冲击载荷下铜基粉末冶金(Cu P/M)摩擦材料不同的应变率效应。试验在分离式Hopkinson压杆 (SHPB)上完成。应变率范围为:102/s～103/s。通过试验得到了该材料的动态应力应变曲线,发现该材料在应变率 1000/s以下,表现为应变率强化效应;在应变率1000/s以上,表现为应变率弱化效应。也就是说,应变率1000/s是 该材料的临界应变率。为了与静态时的情况比较,在MTS试验机上又做了10-4/s～10-3/s应变率范围内的准静态 实验。比较动静态试验结果,发现动态时的屈服极限大于静态的;而屈服后的应变硬化率是静态大于动态的。通过 对样品进行微观组织分析,发现在压制烧结时有硬质颗粒破碎。在冲击载荷下材料内部的损伤演化形成大范围的 多源裂纹及孔洞分布群导致裂纹迅速扩展,同时伴随硬质颗粒破碎。     

压制次数对铜基粉末冶金摩擦材料物理性能的影响

粉末压制是粉末冶金工艺关键步骤,压制压力直接影响着粉末冶金压坯的密度,提高压坯密度有助于提高粉末冶金制品的各项力学性能和物理性能。随着压制压力的提高,压坯密度呈现先急增后缓增的趋势,因此压制压力的大小严重影响着粉末冶金制品的性能。然而当压制压力不能使粉末冶金摩擦材料制品达到所需的压坯密度时,增加压制次数也能够在一定程度上提高压坯密度,一般情况下铜粉的屈服强度为200MPa左右,而一般铜基粉末冶金摩擦材料制品所需要的压制压力为600～800MPa,当使用低压压制时为了达到所需的压坯密度、硬度及各项物理性能,可适当增加压制次数,从而同样能达到改善压坯物理性能的目的。     

复合材料率相关本构模型的研究

在不同温度环境下,利用ＭＴＳ材料试验机,在中等应变速率（１／ｓ）下,对玻璃布－环氧层板的动态力学性能进行了实验研究,获得了杨氏模量、拉伸强度和泊松比等力学参数;对该层板材料在不同温度、不同应变速率下的应力应变曲线和破坏过程进行了分析讨论。根据实验数据,拟合了玻璃布－环氧层板材料的本构关系     

SiCp增强铝基复合材料与芳纶纤维增强摩擦材料摩擦副摩擦学特性与模型研究

对 Si Cp含量为 2 0 % (vol% )的铝基复合材料和芳纶纤维增强摩擦材料组成的摩擦副在干摩擦条件下的摩擦学特性进行了试验研究。试验表明 :摩擦副的摩擦系数受 Kevlar增强摩擦材料的热分解温度所控制 ,当温度低于2 0 0℃时 ,摩擦系数随滑动速度和温度增大而增大 ,并处于较高水平 ;当温度高于 2 0 0℃时 ,摩擦材料发生热分解 ,摩擦系数急剧下降到较低水平。摩擦材料具有磨损量和磨损率随滑动速度增加而减小的明显特征 ,摩擦副具有良好的耐磨性。建立了描述该摩擦副摩擦特性的数学模型。并用其解释了实验中的摩擦学现象。     

高应变速率下SiCp/Al复合材料的动态力学性能及其本构关系

利用分离式Hopkinson压杆试验装置对体积分数15％SiCp/Al复合材料进行动态压缩试验,研究了该复合材料在500～2000 s-1高应变速率下的动态力学性能及其显微组织演变;基于试验数据,通过包含与应变速率和塑性应变相关的绝热温升软化项的Johnson-Cook本构模型对应力-应变曲线进行预测,并将模型预测结果...     

润滑油添加剂对聚合物材料摩擦磨损性能的影响研究

利用MM－200型磨损试验机考察了ZDDP对聚合物材料（PTFE、PI及MCPA）－GCr15轴承钢摩擦副摩擦磨损性能的影响。研究发现，液体石蜡及含ZDDP的液体石蜡润滑均可大幅度改善聚合物材料的摩擦磨损性能，且使其摩擦系数比干摩擦时降低一个数量级，摩擦副表面的ZDDP吸附膜均在不同程度上提高聚合物材料的耐磨性，但其对聚合物材料的摩擦性能影响不大。     

冲击载荷下磁流变阻尼器动态特性分析及模型参数辨识

对自行设计的长行程磁流变阻尼器进行了冲击试验,测试其在冲击载荷下的动态特性.通过采用非线性最小二乘法对试验数据拟合,得到基于Herschel-Bulkley磁流变液非线性本构特性的平行平板恒流模型能够准确描述,冲击载荷下后坐过程速度下降阶段磁流变阻尼器的动态特性.针对以上模型在高低速时函数表达不同且形式复杂的缺点,采用双曲正切函数描述低速时阻尼力随后坐速度平滑下降的特性,提出一种形式统一、表达简洁的磁流变阻尼器动态模型,并对模型中的参数进行了辨识.利用所提出的磁流变阻尼器动态模型,在Matlab/Simulink中建立磁流变阻尼器冲击后坐仿真平台,并对本次冲击试验进行数值仿真,结果表明仿真曲线与试验曲线吻合较好,证明以上简化模型的正确性.     

Hybrid Atomistic/Continuum Study of Contact and Friction Between Rough Solids

A hybrid simulation method is used to study the effect of atomic structure and self-affine roughness on non-adhesive contact and friction between two-dimensional surfaces. Rough-on-flat and rough-on-rough contact are compared as a function of system size up to several micrometers. In order to contrast elastic and plastic behavior, interactions within the deformable substrate are either harmonic or Lennard-Jones. The ratio of lattice constants in the solids is varied to examine the effect of commensurability. In all cases the true area of contact rises linearly with load, but the slope is much larger than expected from continuum calculations. These calculations considered a continuous distribution of surface heights that is appropriate for large scales, rather than the discrete height distribution of the crystalline surfaces used here. The ratio of contact area to load depends on the ratio of lattice constants in the solids and varies with system size in small systems that deform plastically. While some dislocations are observed, plasticity is dominated by an asperity flattening mechanism where surface atoms are displaced into a lower layer. The kinetic friction rises linearly with load and is independent of system size, as predicted by Amontons’s laws. Variations in friction with commensurability are smaller for rough surfaces than for flat surfaces, because most of the contact area is in small patches. Asperity flattening increases patch sizes and thus the effect of commensurability on friction. Rough-on-rough contact leads to additional friction associated with the local slope of the contacting regions.

基于排队论的车辆到港随机过程研究

提出了针对货运列车到港随机过程的研究方法。利用排队系统的数学模型导出了车辆到港装卸作业效率指标的运算公式,并通过翻车机作业实例,阐述了效率指标的计算方法。