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增材制造孔隙结构生物医用钛合金力学及干摩擦行为有限元分析

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中国表面工程 2020年第6期33卷 37-46页

作者：徐敬忠吕晓仁李述军沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870 中国科学研究院金属研究所沈阳110870

生物医用孔隙结构植入体的发展影响着人类的健康。当植入体与人体骨骼组织间出现体液缺失,即发生干滑动摩擦时,会出现肿胀、发炎等症状。为了减缓这种痛苦,有必要研究生物医用孔隙结构在干摩擦下的磨损行为。基于有限元方法建立了增材... 详细信息

生物医用孔隙结构植入体的发展影响着人类的健康。当植入体与人体骨骼组织间出现体液缺失,即发生干滑动摩擦时,会出现肿胀、发炎等症状。为了减缓这种痛苦,有必要研究生物医用孔隙结构在干摩擦下的磨损行为。基于有限元方法建立了增材制造孔隙结构Ti-6Al-4V干滑动摩擦计算模型,通过运动规律及模型转化计算所需的运动学和动力学边界条件。应用三角数学建模创建模型、利用微积分理论及曲线拟合综合推算磨损量,通过仿真得到的位移矢量和、旋转矢量和、摩擦力和摩擦热综合分析3种孔隙结构摩擦学性能的优劣,并对磨损量进行试验验证。结果表明:3种孔隙结构位移矢量和与旋转矢量和的排队顺序为三角形孔隙结构﹥无序孔隙结构﹥正方形孔隙结构。无序孔隙结构具有最优的摩擦学性能,三角形孔隙结构次之,正方形孔隙结构相对最差,孔隙结构越与人体原生骨组织接近其耐磨性能越优。研究结果将为生物医用植入体孔隙结构的选择提供参考,对实际应用有着重要意义。

关键词：增材制造 Ti-6Al-4V 摩擦有限元孔隙结构生物医用骨组织

砂粒形状对丁腈橡胶在含砂原油中磨损的影响及其力学行为

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材料研究学报 2018年第1期32卷 65-72页

作者：吕晓仁陈骥驰乔赫廷王世杰沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870 东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819

研究了丁腈橡胶在含砂原油介质中的摩擦磨损行为,分析了在磨损过程中不同形状砂粒的力学行为,并观测和分析了橡胶磨痕表面的形貌和元素的含量。结果表明:在原油介质中加入砂粒,使丁腈橡胶的摩擦系数和磨损量有所增大。在试验载荷范围内... 详细信息

研究了丁腈橡胶在含砂原油介质中的摩擦磨损行为,分析了在磨损过程中不同形状砂粒的力学行为,并观测和分析了橡胶磨痕表面的形貌和元素的含量。结果表明:在原油介质中加入砂粒,使丁腈橡胶的摩擦系数和磨损量有所增大。在试验载荷范围内圆形砂粒的运动方式以滚动为主,对橡胶表面产生研磨式磨粒磨损。而尖形砂粒在95N后其运动方式由滚动变为滑动,橡胶的磨损机理转变为凿削式磨粒磨损。砂粒平动加速度和转动加速度的研究结果,证实了不同形状砂粒在载荷作用下的运动方式及其对磨损机理的影响。

关键词：无机非金属材料磨粒磨损丁腈橡胶砂粒力学行为原油介质

纳米PTFE粒子复合Ni-P化学镀层的摩擦学行为

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摩擦学学报 2009年第2期29卷 116-122页

作者：吕晓仁刘阳李曙中国科学院金属研究所沈阳110016

采用化学镀在Q235钢基材上制备了纳米和微米PTFE粒子的Ni-P/PTFE复合镀层.用球盘式摩擦磨损试验机研究了镀层摩擦系数与PTFE体积百分数的关系以及具有最小摩擦系数镀层的承载能力.结果表明:纳米和微米复合镀层均在PTFE的体积含量约26%... 详细信息

采用化学镀在Q235钢基材上制备了纳米和微米PTFE粒子的Ni-P/PTFE复合镀层.用球盘式摩擦磨损试验机研究了镀层摩擦系数与PTFE体积百分数的关系以及具有最小摩擦系数镀层的承载能力.结果表明:纳米和微米复合镀层均在PTFE的体积含量约26%时出现最佳的减摩效果,摩擦系数为0.11～0.15.纳米粒子复合镀层的摩擦系数与磨损量在较低载荷下与微米粒子复合镀层接近,但其承载能力远优于微米粒子复合镀层,两者临界载荷之比约为3.5.

关键词： PTFE粒度化学复合镀层承载能力摩擦磨损

干摩擦下含不同角度预制裂纹丁腈橡胶的裂纹扩展

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高分子材料科学与工程 2018年第6期34卷 81-86页

作者：吕晓仁陈朋康健成铭王世杰沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870 北方重工集团有限公司隧道掘进装备分公司辽宁沈阳110141

干摩擦下橡胶裂纹的扩展方向与初始预制裂纹角度息息相关。目前人们对于橡胶裂纹扩展研究主要集中在橡胶材料配方对裂纹扩展的影响以及在拉压或剪切作用下裂纹的扩展规律等方面,很少有人研究干摩擦下初始预制裂纹角度对裂纹扩展的影响... 详细信息

干摩擦下橡胶裂纹的扩展方向与初始预制裂纹角度息息相关。目前人们对于橡胶裂纹扩展研究主要集中在橡胶材料配方对裂纹扩展的影响以及在拉压或剪切作用下裂纹的扩展规律等方面,很少有人研究干摩擦下初始预制裂纹角度对裂纹扩展的影响。文中通过往复式摩擦试验和ANSYS有限元分析,观察不同预制裂纹角度橡胶试样的裂纹扩展过程,并计算裂纹尖端撕裂能大小。结果表明,裂纹扩展过程中扩展路径基本上可分为初始扩展阶段、水平扩展阶段和最后断裂阶段;随着裂纹角度的增加,裂纹扩展三个阶段所需的时间都有所延长;裂纹尖端的撕裂能随初始预制裂纹角度的增加而逐渐增大,有限元分析结果很好地证实了试验结果。

关键词：橡胶摩擦裂纹扩展有限元分析撕裂能

预制裂纹角度对橡胶拉伸断裂影响的有限元分析

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高分子材料科学与工程 2017年第2期33卷 105-110页

作者：吕晓仁陈朋康健成铭王世杰沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870 北方重工集团有限公司隧道掘进装备分公司辽宁沈阳110141

初始裂纹的形态影响着裂纹尖端的应力场和扩展方向,进而决定着橡胶材料的使用寿命。目前人们关于预制裂纹试样拉伸断裂的研究主要集中在直裂纹,很少涉及预制裂纹角度的改变对橡胶拉伸断裂的影响。文中应用ANSYS有限元分析软件计算拉伸... 详细信息

初始裂纹的形态影响着裂纹尖端的应力场和扩展方向,进而决定着橡胶材料的使用寿命。目前人们关于预制裂纹试样拉伸断裂的研究主要集中在直裂纹,很少涉及预制裂纹角度的改变对橡胶拉伸断裂的影响。文中应用ANSYS有限元分析软件计算拉伸状态下含不同裂纹角度橡胶试样裂纹尖端的等效应力值和撕裂能的大小,判断裂纹是否扩展及扩展方向,并对橡胶试样进行拉伸验证试验测试。结果表明,在拉伸断裂过程中,裂纹尖端的应力值和撕裂能随着初始预制裂纹角度的增大而增大,裂纹尖端形状均由初始的尖点变成圆弧状;含不同裂纹角度橡胶试样的拉伸断裂形貌与裂纹预测扩展方向基本一致,验证了有限元分析的正确性。

关键词：橡胶有限元分析等效应力撕裂能裂纹扩展

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智能自修复材料研究进展

材料导报 2022年第7期36卷 235-242页

作者：张仲吕晓仁于鹤龙徐滨士沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870 陆军装甲兵学院装备再制造技术国防科技重点实验室北京100072

机械零件的几种典型失效均源自于材料表面早期的微观损伤,在磨损、腐蚀、疲劳等工况条件下服役的零件往往因为材料表面局部损伤而导致整体失效,最终引起设备故障甚至造成灾难性后果。传统工程材料在化学成分与制备工艺确定后,其物相构... 详细信息

机械零件的几种典型失效均源自于材料表面早期的微观损伤,在磨损、腐蚀、疲劳等工况条件下服役的零件往往因为材料表面局部损伤而导致整体失效,最终引起设备故障甚至造成灾难性后果。传统工程材料在化学成分与制备工艺确定后,其物相构成、组织结构、力学性能和使役行为随即确定,其难以满足机械零件极端工况、高可靠性和长寿命的新需求。生物系统通过自主修复来应对自身损伤,帮助生物体恢复健康并延续生命。近年来,受生物体损伤自修复与自愈合过程的启发,在智能材料、先进表面技术、仿生科学和信息技术等交叉融合的基础上,发展形成的集损伤感知激励、状态智能诊断、在线修复愈合于一体的智能自修复材料与技术,为解决材料早期微观损伤的修复问题,提高工程系统的运行效率、可靠性和延长使用寿命提供了新的解决方案。经过几十年的研究和发展,自修复材料已涵盖了混凝土、聚合物、陶瓷、金属等多个领域,自修复过程针对的损伤形式也覆盖了磨损、腐蚀、疲劳等多种失效模式。该研究领域涉及自修复材料设计、自修复体系构筑、自修复性能评价和自修复机理等多个方面,是多学科综合交叉的热点方向。本文介绍了典型自修复材料体系的分类及基本原理,综述了针对磨损、疲劳、腐蚀三种典型损伤失效形式的自修复材料的研究进展,分析了该领域当前存在的问题及未来的发展趋势。

关键词：自修复磨损疲劳腐蚀复合材料

纳米化纯铁在干摩擦及油润滑条件下的磨损行为研究

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摩擦学学报 2007年第1期27卷 20-24页

作者：吕晓仁王胜刚刘阳李曙中国科学院金属研究所腐蚀与防护国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院金属研究所国际材料物理中心辽宁沈阳110016

利用往复摩擦磨损试验机研究了深度轧制纳米化纯铁及其退火态和普通轧态纯铁在干摩擦和油润滑下的磨损行为,采用冲击划痕法和声发射划痕法研究材料的塑性变形能力,并对纳米化影响纯铁磨损行为的原因进行初步探讨.结果表明,在干摩擦条件... 详细信息

利用往复摩擦磨损试验机研究了深度轧制纳米化纯铁及其退火态和普通轧态纯铁在干摩擦和油润滑下的磨损行为,采用冲击划痕法和声发射划痕法研究材料的塑性变形能力,并对纳米化影响纯铁磨损行为的原因进行初步探讨.结果表明,在干摩擦条件下深度轧制纯铁的抗磨粒磨损性能较普通轧态纯铁差,抗犁削能力也较弱;在油润滑条件下,深度轧制纯铁显示出优良的耐磨性;经深度轧制后,纳米化纯铁具有较高的表面活性,但同时由于塑性的丧失只能承受较小的剪切力.

关键词：深度轧制纳米化纯铁磨损行为

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不同工况下丁腈橡胶的摩擦磨损机理

沈阳工业大学学报 2014年第3期36卷 291-296页

作者：杨凤艳王世杰吕晓仁王哲沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870 沈阳航空职业技术学院机电工程系沈阳110044

为了合理选择螺杆泵定子橡胶材料以提高螺杆泵的使用寿命,分析了不同工况下丁腈橡胶与金属配副的摩擦磨损机理.采用MPV-600环块式摩擦磨损试验机对不同炭黑质量分数的丁腈橡胶在变载荷情况下进行摩擦磨损试验,利用体视显微镜观察橡胶磨... 详细信息

为了合理选择螺杆泵定子橡胶材料以提高螺杆泵的使用寿命,分析了不同工况下丁腈橡胶与金属配副的摩擦磨损机理.采用MPV-600环块式摩擦磨损试验机对不同炭黑质量分数的丁腈橡胶在变载荷情况下进行摩擦磨损试验,利用体视显微镜观察橡胶磨损后的表面形貌,使用红外光谱仪分析表面官能团变化.试验结果表明:干摩擦情况下,磨损量在一定炭黑质量分数范围内随其增加而减小,磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损;水润滑情况下,由于水的润滑及冷却作用,炭黑质量分数适中的橡胶耐磨性最好,磨损机制为磨粒磨损;原油润滑低载荷情况下,磨损量几乎不受炭黑质量分数的影响,而高载荷情况下,炭黑质量分数越高,磨损量越小,其磨损机制以腐蚀磨损为主.

关键词：螺杆泵定子丁腈橡胶炭黑干摩擦水润滑原油润滑磨损量

不同受力状态下镁合金冷喷涂Al-Al2O3复合涂层变形及应力分析

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机械工程师 2025年第1期 4-11页

作者：王金龙王慧明李应举张宏毅吕晓仁沈阳工业大学机械工程学院中国科学院金属研究所沈阳航天三菱汽车发动机制造有限公司

为了更深入地研究镁合金冷喷涂Al-αAl2O3复合涂层在不同受力状态下的力学响应，利用ABAQUS有限元软件分别在AZ31B镁合金上构建了Al-Al2O3复合涂层的定点下压模型、拉伸模型和摩擦模型（其中Al2O3质量分数分别为0%、15%、30%、45%），... 详细信息

为了更深入地研究镁合金冷喷涂Al-αAl2O3复合涂层在不同受力状态下的力学响应，利用ABAQUS有限元软件分别在AZ31B镁合金上构建了Al-Al2O3复合涂层的定点下压模型、拉伸模型和摩擦模型（其中Al2O3质量分数分别为0%、15%、30%、45%），且对于冷喷涂试验中出现的颗粒随机性进行相应的表征，分析了涂层在不同受力状态下的应力分布及其类型，以期获得复合涂层潜在的失效机制及在不同受力（拉伸、压缩、摩擦）状态下应力之间的联系。研究表明：3种不同受力工况下应力集中现象位于Al2O3颗粒的边缘或附近，且应力在靠近曲率半径最小处达到最大值，但不同的受力会导致应力的类型不同。经过摩擦后的涂层最表层的涂层残余应力为拉应力，次表层则为压应力，涂层最下层则为拉应力，且最表层的残余拉应力平均值随着Al2O3含量增多而增大。研究结果可为涂层设计和材料选择提供理论指导，同时也为相关应用领域提供参考依据。

关键词：冷喷涂复合涂层应力集中有限元