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内部结构非对称织构对材料表面的润滑性能分析

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中国表面工程 2024年第1期37卷 240-253页

作者：杨宇杨发展姜芙林黄珂刘朝伟青岛理工大学机械与汽车工程学院青岛265200 青岛理工大学工业流体节能与污染控制教育部重点实验室青岛265200

织构对材料表面的减摩降磨具有积极效果,但内部结构对称织构在摩擦方向和润滑方式上较为单一。为研究内部结构非对称织构对加工润滑特性的影响以及在改善材料表面摩擦性能方面的激励机制,通过研究对称织构和两种内部结构非对称织构的正... 详细信息

织构对材料表面的减摩降磨具有积极效果,但内部结构对称织构在摩擦方向和润滑方式上较为单一。为研究内部结构非对称织构对加工润滑特性的影响以及在改善材料表面摩擦性能方面的激励机制,通过研究对称织构和两种内部结构非对称织构的正、反向摩擦行为,对比润滑油在各织构单元体的压力分布、流速和流迹线来分析织构内部结构的对称性对润滑性能的影响。利用飞秒激光以倾斜加工的工艺制备内部结构非对称织构,并进行摩擦磨损试验。结果证明:织构内部结构的对称特征直接影响润滑油的流速和流迹线状态,进而影响油膜的承载力,而流速越大空化效应越剧烈,且流迹线越向涡旋中心集中,惯性效应越强。在内部结构非对称织构正反两个方向的摩擦中,正向摩擦的润滑性能要优于反向摩擦的润滑性能,且无论是正向摩擦还是反向摩擦,织构沟槽呈现直角时的润滑性更加优异,内部结构非对称织构的加工工艺可以增加表面硬度,有利于降低摩擦因数。

关键词：非对称织构 Fluent仿真分析流体动压润滑倾斜加工工艺摩擦因数

磁场作用下水基磁流体对TC4与Si3N4摩擦学性能影响的实验研究

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机械工程学报 2024年第7期60卷 174-183页

作者：王优强徐莹莫君何彦赵涛倪陈兵青岛理工大学机械与汽车工程学院青岛266520 青岛理工大学工业流体节能与污染控制教育部重点实验室青岛266520

钛合金(TC4)是一种航空航天中广泛应用的材料,其具有强度高、耐高温、耐腐蚀等优良特性,但其摩擦学性能限制了其进一步的应用。近年来水基磁流体作为一种智能环保型润滑剂在解决极端工况条件下的润滑问题发挥着巨大优势。利用摩擦磨损... 详细信息

钛合金(TC4)是一种航空航天中广泛应用的材料,其具有强度高、耐高温、耐腐蚀等优良特性,但其摩擦学性能限制了其进一步的应用。近年来水基磁流体作为一种智能环保型润滑剂在解决极端工况条件下的润滑问题发挥着巨大优势。利用摩擦磨损实验机研究了磁场作用下水基磁流体对钛合金摩擦学性能的影响。首先实验研究了水基磁流体的磁学性能。采用超声清洗机对原磁流体进行稀释,获得质量分数分别为0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、10%、20%、36%稳定的水基磁流体。利用振动样品磁强计(VSM)、场发射透射电镜(TEM)和静态接触角测量仪分别测试了磁性颗粒的大小和形貌,研究了不同质量分数的水基磁流体的润湿性,探讨了水基磁流体的磁学性能。实验结果表明:Fe3O4颗粒呈球形,平均粒径为14 nm,具有良好的顺磁性。水基磁流体的润湿性随质量分数的增大而增大。其次,研究了水基磁流体的摩擦学性能。以TC4钛合金与Si3N4陶瓷球为试件,利用UMT-3往复摩擦磨损试验机测定了不同磁场强度下不同质量分数水基磁流体润滑时钛合金表面的摩擦因数,并用高精度粗糙度仪对磨损量进行测量。结果表明,通过与基液实验结果进行对比发现,不同质量分数的水基磁流体都表现出一定的减摩效果,其中质量分数为1.2%的磁流体减摩效果最好,摩擦因数降低了16.99%。但在施加外磁场时,不同质量分数的水基磁流体的磨损量都会比基液水润滑时有所增加。但是,随着颗粒质量分数和磁场强度的增大,磨损量逐渐减少。最后,通过实验数据对不同磁场作用下不同质量分数水基磁流体的摩擦学性能的作用机理进行分析,为水基磁流体将来在润滑领域的应用提供了实验依据。

关键词：纳米添加剂水基磁流体磁场强度摩擦学减摩润滑性能

微量润滑工况下纳米粒子协同微织构对刀具切削性能的影响

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表面技术 2024年第10期53卷 183-195页

作者：刘朝伟杨发展姜芙林黄珂杨宇赵烁隋潇斌青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 工业流体节能与污染控制教育部重点实验室山东青岛266520

目的探究微量润滑工况下纳米粒子与织构协同作用对刀具切削性能的影响及其变化规律。方法通过有限元数值模拟软件ABAQUS对不同工况下刀具的等效塑性应变、等效应力以及切削力的变化进行仿真和预测评估。同时,通过切削试验进行验证分析,... 详细信息

目的探究微量润滑工况下纳米粒子与织构协同作用对刀具切削性能的影响及其变化规律。方法通过有限元数值模拟软件ABAQUS对不同工况下刀具的等效塑性应变、等效应力以及切削力的变化进行仿真和预测评估。同时,通过切削试验进行验证分析,并结合刀具前刀面的磨损状态、前刀面磨损区主要元素含量、切屑形貌及其变化以及已加工表面质量对刀具的切削性能进行综合评价,以探究纳米粒子与织构刀具的协同作用对刀具切削性能的影响机制。结果仿真结果表明,N-O-M切屑的等效塑性应变较小,切屑层较薄,与N-O-T相比,最大等效应力值降低了26.4%,平均切削力为232N,刀具减摩效果最为明显;不同工况下平均切削力误差均控制在10%以内,试验值与仿真值高度一致;N-O-M磨损面积仅为1.95×10^(-2) mm^(2),刀具表面无明显的黏结物和崩刃现象,磨损面积仅为N-O-T的39.8%;N-O-M切屑卷曲半径最小,已加工工件表面脊线较长,工件表面质量较优。结论微量润滑工况下纳米粒子与表面织构的协同作用对提高刀具切削加工性能具有重要意义。微液滴在一定的压力下能渗入刀-屑界面接触区形成液膜,织构沟槽中的纳米粒子随着液膜中润滑介质的流动能够周期性释放到摩擦副的接触表面,持续作用于切削区域改变原有的摩擦接触状态和润滑方式,促进摩擦副间摩擦形式由滑动摩擦向滚动摩擦状态转变,实现减摩降磨的目标。

关键词：微量润滑纳米粒子协同作用微织构切削性能减摩降磨

Fe_(3)O_(4)@CuO磁流体的制备和边界润滑性能

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材料导报 2024年第8期38卷 113-119页

作者：何彦王优强莫君赵涛朱玉玲李梦杰青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 工业流体节能与污染控制教育部重点实验室山东青岛266520

采用化学共沉淀法合成了纳米Fe_(3)O_(4)和纳米Fe_(3)O_(4)@CuO粒子。采用场发射透射电镜(FETEM)、X射线衍射仪(XRD)、振动样品磁强计(VSM)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对纳米粒子进行表征。采用表面活性剂法制备了不同粒子含量的PAO3... 详细信息

采用化学共沉淀法合成了纳米Fe_(3)O_(4)和纳米Fe_(3)O_(4)@CuO粒子。采用场发射透射电镜(FETEM)、X射线衍射仪(XRD)、振动样品磁强计(VSM)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对纳米粒子进行表征。采用表面活性剂法制备了不同粒子含量的PAO3磁流体。利用磁流体对外加磁场的响应特性和紫外分光光度计对磁流体分散性进行了表征。采用摩擦副为12CrNi4A和Si_(3)N_(4)的UMT-3往复摩擦磨损试验机对磁流体的摩擦学性能进行了评估。摩擦实验结果表明,含纳米Fe_(3)O_(4)粒子的PAO3基磁流体的润滑效果比较差。而质量分数为1%的纳米PAO3基Fe_(3)O_(4)@CuO粒子磁流体润滑时的摩擦系数相比于PAO3油润滑降低了29.6%,磨痕宽度降低了49.6%。从磨痕表面分析来看,这得益于CuO的摩擦烧结作用,在摩擦表面形成了有效的摩擦膜并修复磨损表面。

关键词：航空润滑油纳米粒子磁流体减摩抗磨

动态膜厚的超声实时测量方法及测量盲区影响因素

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摩擦学学报（中英文） 2024年第2期44卷 214-232页

作者：孙炜梁鹏郭峰孔令胜姜芙林白清华刘晓玲青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 青岛理工大学工业流体节能与污染控制教育部重点实验室山东青岛266520

基于超声波技术的弹簧模型与共振模型之间存在一段膜厚测量盲区,本文中提出了1种复合模型可覆盖测量盲区.为实现膜厚在线监测,自主搭建了动态膜厚的超声实时测量系统,并研究了配副类型和润滑剂种类对测量盲区的影响.构建了超声测量试验... 详细信息

基于超声波技术的弹簧模型与共振模型之间存在一段膜厚测量盲区,本文中提出了1种复合模型可覆盖测量盲区.为实现膜厚在线监测,自主搭建了动态膜厚的超声实时测量系统,并研究了配副类型和润滑剂种类对测量盲区的影响.构建了超声测量试验的理论模型,对超声波在介质内的传播规律进行了仿真分析.结果表明,自主搭建的膜厚实时测量系统可精密跟踪不同周期及不同波形的膜厚;提出的复合模型可实现单个探头对宽范围膜厚的全域测量;随着下摩擦副声阻抗和润滑剂声阻抗的增大,膜厚测量盲区逐步缩小;但当润滑剂声阻抗过小时,容易出现无法监测的“测量真空区”.本文工作可为金属摩擦副在实际工况下的动态膜厚在线监测提供理论和技术参考.

关键词：润滑膜厚度在线测量仿真计算超声波技术测量盲区

主轴划痕对轴承系统抵御多种载荷冲击的动态性能影响

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摩擦学学报（中英文） 2024年第8期44卷 1050-1063页

作者：李兴阳梁鹏郭峰梁庆琛栗心明张晓寒刘晓玲姜芙林青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 青岛理工大学工业流体节能与污染控制教育部重点实验室山东青岛266520

建立了1个考虑主轴划痕、轴瓦变形和沟槽结构的水润滑橡胶轴承混合润滑瞬态模型,研究了划痕对水润滑橡胶轴承在周期性载荷及非周期性载荷作用下的动态行为影响.结果表明:在偏心载荷下,划痕的存在会使得主轴与轴承出现“高温布朗运动”... 详细信息

建立了1个考虑主轴划痕、轴瓦变形和沟槽结构的水润滑橡胶轴承混合润滑瞬态模型,研究了划痕对水润滑橡胶轴承在周期性载荷及非周期性载荷作用下的动态行为影响.结果表明:在偏心载荷下,划痕的存在会使得主轴与轴承出现“高温布朗运动”般的反复碰撞现象,且划痕深度及宽度的增大均会延长启动过程中的微凸体接触时间,严重降低水润滑轴承寿命;在受到脉冲载荷后,划痕会使轴心的运动范围变大,导致轴承与主轴更容易发生碰摩,降低轴承抵抗脉冲载荷冲击的能力;深划痕及宽划痕时,水润滑轴承受到阶跃载荷干扰会从弹流润滑状态进入混合润滑状态.主轴表面出现划痕使轴承系统遭遇外载荷干扰时的自动抵御能力退化.

关键词：水润滑橡胶轴承主轴划痕偏心载荷脉冲载荷阶跃载荷

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固液两相流体属性对滚针轴承润滑与承载特性的影响

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表面技术 2024年第15期53卷 77-87,108页

作者：宋琦王优强竺俊杰马金月徐莹娄元豪青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 青岛理工大学工业流体节能与污染控制教育部重点实验室山东青岛266520

目的探究线接触滚针轴承润滑剂中颗粒对润滑特性的影响,为提高滚针轴承的润滑性能提供数据参考。方法建立两相流润滑模型及两相流中含有的颗粒变形承载数学模型。其中,颗粒变形承载模型基于变形连续性假设,综合考虑在弹性变形、弹塑性... 详细信息

目的探究线接触滚针轴承润滑剂中颗粒对润滑特性的影响,为提高滚针轴承的润滑性能提供数据参考。方法建立两相流润滑模型及两相流中含有的颗粒变形承载数学模型。其中,颗粒变形承载模型基于变形连续性假设,综合考虑在弹性变形、弹塑性变形和完全塑性变形3个阶段下颗粒的变形承载力,研究不同尺寸、质量分数和密度对颗粒承载量和两相流体润滑特性的影响。结果润滑油中含有颗粒时,颗粒会承担部分外载荷,但承载量相较于油膜承担的载荷量较少。在相同的变速条件下,颗粒尺寸越大,会因产生较大的尺寸变形而增大颗粒的承载量,进而降低油膜承载力,增大油膜厚度,0.5μm的颗粒承担的载荷相较于0.3μm的颗粒提高了119.2%;颗粒密度的减小和质量分数的增大均会增大两相流中颗粒的数量,进而提高两相流中颗粒的承载量,质量分数为10%颗粒的承载量相比于质量分数为2%颗粒增大了251.8%,密度为3×10^(3)kg/m^(3)的颗粒相较于密度为7×10^(3)kg/m^(3)的颗粒的承载量增大了86.9%。承载颗粒会因接触表面变形而产生接触摩擦力,且接触摩擦力远大于油润滑产生的摩擦力,该摩擦力对系统产生的负效应远大于颗粒承载产生的正效应。结论润滑油中颗粒的存在会改变其润滑性能,颗粒与轴承表面的接触摩擦会导致接触表面出现点蚀等现象,进而降低轴承的使用寿命,应尽量避免润滑油中含有尺寸较大、数量较多的杂质颗粒。

关键词：滚针轴承两相流体颗粒承载弹塑性变形接触摩擦表面点蚀

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克希荷夫旋转声场预估方法

哈尔滨工业大学学报 2024年第8期56卷 103-111,123页

作者：李建华刘志红孙琪张开业徐希鑫青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 工业流体节能与污染控制教育部重点实验室(青岛理工大学) 山东青岛266520

为精确预估旋转声场的声辐射,提出了一种克希荷夫旋转声场预估方法。以旋转点声源的声辐射为基础,利用球谐波、勒让德函数和偶极子几何关系,构建了旋转横向和纵向两种偶极子源的声辐射频域解析式,量化了横向和纵向偶极子源对旋转声场声... 详细信息

为精确预估旋转声场的声辐射,提出了一种克希荷夫旋转声场预估方法。以旋转点声源的声辐射为基础,利用球谐波、勒让德函数和偶极子几何关系,构建了旋转横向和纵向两种偶极子源的声辐射频域解析式,量化了横向和纵向偶极子源对旋转声场声辐射的贡献;引入克希荷夫积分,融合旋转点源及偶极子源,构造了旋转克希荷夫源,推导了旋转克希荷夫源的声辐射预估数学模型及其声压解析式,确定了解析无限项谐波阶次截断的关键影响因素及其截断门限值。经数值仿真,探讨了旋转马赫数Ma室对旋转声场进行实验测试,结果表明:与仿真一致,验证了克希荷夫积分方法的有效性和精确性;该方法通过构建的旋转克希荷夫源代替传统点源叠加,有效提高了旋转声辐射预估精确性。

关键词：声辐射偶极子源截断误差克希荷夫积分方程克希荷夫源

考虑温度变化的复合织构轴承的摩擦学性能仿真

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中国表面工程 2024年第4期 218-228页

作者：王优强胡宇徐莹房玉鑫莫君青岛理工大学机械与汽车工程学院工业流体节能与污染控制教育部重点实验室

表面微织构化是改善轴承摩擦学性能重要手段之一，目前对于表面微织构的设计多以加工简单的单层形状为主，但在对轴承织构化试验和数值模拟研究中发现，单层微织构在减少摩擦磨损和降低能耗方面仍不够突出。基于圆筛藻壳的多层孔状结构... 详细信息

表面微织构化是改善轴承摩擦学性能重要手段之一，目前对于表面微织构的设计多以加工简单的单层形状为主，但在对轴承织构化试验和数值模拟研究中发现，单层微织构在减少摩擦磨损和降低能耗方面仍不够突出。基于圆筛藻壳的多层孔状结构，设计矩形-半球型双层复合微织构，并应用于水润滑轴承的高压区，采用热流固耦合的方法，探究在考虑进水温度变化的条件下、双层复合型织构的尺寸变化和轴承转速对水润滑轴承摩擦性能的影响。结果表明：对于任何进水温度，双层复合型织构轴承的减摩性能优于光滑轴承和单层织构轴承。复合织构尺寸效应对润滑水膜压力影响不稳定，但对摩擦因数的影响相对平稳。另外，在任何温度下，复合型织构轴承的转速越高，润滑水膜压力和摩擦因数越大。研究成果在改善水润滑轴承摩擦学性能方面有更进一步的突破，可为减小摩擦磨损及延长轴承使用寿命的相关研究提供借鉴。

关键词：矩形-半球型复合织构水润滑轴承热流固耦合有限元分析