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热轧Q235碳钢复合板有限元模拟及试验分析

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热加工工艺 2024年

作者：牛高林李海斌徐惠婷宁可李扬帅美荣祁宏鹏太原科技大学重型机械教育部工程研究中心

通过热力耦合有限元仿真计算了不同压下率的不锈钢/碳钢复合板热轧过程中温度变化与轧后残余应力。结果表明，轧制结束后，对碳钢而言，压下率20%试样比10%的试样温度低18℃，压下率为35%时，温度下降速率明显变快，比10%试样温度降低5... 详细信息

通过热力耦合有限元仿真计算了不同压下率的不锈钢/碳钢复合板热轧过程中温度变化与轧后残余应力。结果表明，轧制结束后，对碳钢而言，压下率20%试样比10%的试样温度低18℃，压下率为35%时，温度下降速率明显变快，比10%试样温度降低52℃；压下率40%试样比10%试样温度低67℃。对不锈钢而言，压下率由10%增加至20%时，试样平均残余应力由63.7 MPa提高至81.7 MPa；压下率增加至35%，平均残余应力为141.5 MPa；压下率40%试样的残余应力最大。实验结果表明，基板碳钢中珠光体体积分数随平均残余应力增加而减小。未轧制试样珠光体体积分数为12%；当压下率达到40%，珠光体体积分数仅为5%。

关键词：热轧复合板有限元仿真残余应力珠光体体积

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高铬铸铁/低碳钢热变形行为和微观组织演变

热加工工艺 2024年

作者：杨惠桢王效岗邢煜林程竑力陈星睿太原科技大学重型机械教育部工程研究中心

通过对高铬铸铁/低碳钢两金属进行碳钢包套约束，在Gleeble-3800热模拟试验机上，在温度为1050～1150℃，分别以0.05、0.5、5 s-1的应变速率，采用热压缩连接工艺制备了以高铬铸铁(HCCI)为内层、低碳钢(LCS)为外层的层状复合材料，系统... 详细信息

通过对高铬铸铁/低碳钢两金属进行碳钢包套约束，在Gleeble-3800热模拟试验机上，在温度为1050～1150℃，分别以0.05、0.5、5 s-1的应变速率，采用热压缩连接工艺制备了以高铬铸铁(HCCI)为内层、低碳钢(LCS)为外层的层状复合材料，系统研究了低碳钢包覆热压工艺对高铬铸铁微观组织及力学性能的影响。研究发现，在热压缩条件下两种材料实现了冶金结合，且不会影响基材原本的属性，高铬铸铁实现了良好的热塑性变形，材料韧性低的问题得到改善，提高了材料的可加工性。

关键词：高铬铸铁热压缩层状复合材料微观组织显微硬度

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人工海水中Q345钢的腐蚀磨损行为研究

润滑与密封 2024年

作者：裴兵兵裴文乐王建梅谢壮壮裴晓亮太原科技大学重型机械教育部工程研究中心

基于海洋工程机械中Q345钢在常见服役环境的摩擦学行为，本文采用CS350电化学工作站和MS-M9000摩擦试验机，开展Q345钢试样在空气、3.5%NaCl溶液和阴极保护下的摩擦磨损试验，分析了不同环境下摩擦系数、极化曲线、开路电位、表面形貌... 详细信息

基于海洋工程机械中Q345钢在常见服役环境的摩擦学行为，本文采用CS350电化学工作站和MS-M9000摩擦试验机，开展Q345钢试样在空气、3.5%NaCl溶液和阴极保护下的摩擦磨损试验，分析了不同环境下摩擦系数、极化曲线、开路电位、表面形貌和磨损量，系统的研究了不同法向载荷下摩擦磨损与电化学腐蚀的交互作用。结果表明：相比空气环境，3.5%NaCl溶液和阴极保护环境有利于摩擦系数的降低；在同一服役环境下，随着法向载荷的增加，磨损量也相应增加，阴极保护条件下Q345钢因保护电流的作用磨损体积损失远小于3.5%NaCl腐蚀介质中的磨损体积；腐蚀条件下，载荷的增加使得腐蚀面积变大，同时加速了腐蚀介质进入基体内层，开路电位明显负移，腐蚀电流增加，材料耐腐蚀性能退化；腐蚀磨损过程中，机械作用是材料体积损失的主要原因，腐蚀和磨损之间存在明显的交互作用，且在低载荷下交互作用最为明显。

关键词： Q345钢阴极保护腐蚀磨损交互作用

载荷和温度对CuSn12Ni2-C-GZ润滑磨损特性的影响研究

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润滑与密封 2024年

作者：李振华张帆成凌锋王其良王建梅太原科技大学重型机械教育部工程研究中心

为了研究风电齿轮箱行星齿轮用滑动轴承在重载低速工况下的润滑磨损特性，本文以滑动轴承拟用铸造锡青铜材料为对象，通过标准摩擦学实验，分析CuSn12Ni2-C-GZ在载荷和温度影响下的摩擦磨损规律及高温重载下的磨损机制。结果表明：实验... 详细信息

为了研究风电齿轮箱行星齿轮用滑动轴承在重载低速工况下的润滑磨损特性，本文以滑动轴承拟用铸造锡青铜材料为对象，通过标准摩擦学实验，分析CuSn12Ni2-C-GZ在载荷和温度影响下的摩擦磨损规律及高温重载下的磨损机制。结果表明：实验参数范围内，CuSn12Ni2-C-GZ在混合润滑下的摩擦系数在0.05-0.07范围内，载荷变化对摩擦系数和磨损体积的影响较大，温度变化对摩擦系数和磨损体积的影响在高载荷下范围内较大；相同参数下，室温时的比磨损率随着载荷的增大先增大后减小，75 ℃时的比磨损率随载荷的增大而减小；在磨损机制方面，室温时，随着载荷增大，CuSn12Ni2-C-GZ磨损机理从轻微的磨粒磨损转变为塑性变形磨损；75 ℃时，随着载荷增大，磨损机理从磨粒磨损、氧化磨损和轻微的剥层磨损转变为氧化磨损、粘着磨损、严重塑性变形磨损和剥层磨损。

关键词： CuSn12Ni2 润滑磨损特性滑动轴承低速重载

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湿式摩擦副接合过程热力学特性研究

润滑与密封 2024年

作者：张毅王其良张兴波王建梅王效岗太原科技大学重型机械教育部工程研究中心

温度对湿式摩擦副接合可靠性和热磨损失效具有重要影响。为了研究湿式摩擦副接合过程中的热力学特性，本文以湿式离合器摩擦副为研究对象，建立了承载力模型和摩擦转矩模型，同时利用Runge-Kutta数值积分法求解不同工况对湿式摩擦副接... 详细信息

温度对湿式摩擦副接合可靠性和热磨损失效具有重要影响。为了研究湿式摩擦副接合过程中的热力学特性，本文以湿式离合器摩擦副为研究对象，建立了承载力模型和摩擦转矩模型，同时利用Runge-Kutta数值积分法求解不同工况对湿式摩擦副接合特性的影响。基于传热理论，采用Abaqus分析软件建立湿式摩擦副热机耦合模型，分析了摩擦副接合过程温度场和应力场分布规律，研究了相对转速、接合压力对对偶钢片热特性的影响。结果表明：摩擦界面温度场非均匀分布，沿径向呈梯度分布，在靠外径处出现高温区，对偶钢片在接合开始和结束时刻出现高温热点，应力场分布规律同温度场分布规律一致；摩擦片油槽非接触区域存在强制对流换热，温度低于非油槽区；相对转速、接合压力对湿式摩擦副接合特性影响显著，相对转速越大，接合压力越小，湿式摩擦副接合时间越长，温度随转速的增加而增加，随接合压力的增大略有下降。本文分析结果为湿式离合器摩擦副热致磨损机理研究提供了参考。

关键词：湿式摩擦副温度场应力场接合特性热机耦合

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静动压油膜轴承油腔结构优化设计

轴承 2024年第2期 23-29页

作者：张婉茹王建梅太原科技大学重型机械教育部工程研究中心太原030024

静动压油膜轴承作为无头轧制粗轧机组支承传动轴的部件,在低速重载工况下建立动压油膜困难,静压支承供油系统需长期连续工作。静压油腔压力流量特性直接影响静压支承性能,设计满足工况的静压油腔结构并与供油参数的相互匹配尤为重要。... 详细信息

静动压油膜轴承作为无头轧制粗轧机组支承传动轴的部件,在低速重载工况下建立动压油膜困难,静压支承供油系统需长期连续工作。静压油腔压力流量特性直接影响静压支承性能,设计满足工况的静压油腔结构并与供油参数的相互匹配尤为重要。设计了一种非对称三油腔静动压油膜轴承结构,以静压油腔包角、宽度、中心间距、周向夹角、节流器尺寸为影响因素,通过封油面流量法建立以静压油腔压力、流量为目标函数的优化模型,基于正交试验法对轴承结构参数进行优化设计及多因素方差分析。研究结果表明:非对称三油腔轴承,采用恒流量供油,静压油腔压力大;减小静压油腔包角、宽度,周向夹角,增大中心间距有利于提高静压油腔压力和承载力。

关键词：滑动轴承油膜轴承非对称油腔优化设计正交试验

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不同因素对动压油膜轴承空化效应的影响

轴承 2024年第3期 36-42页

作者：邵元朝王建梅李卓学周海太原科技大学重型机械教育部工程研究中心太原030024

以高偏心率动压油膜轴承为研究对象,基于质量守恒边界条件与Elrod算法建立了关于完整油膜和空化区域的统一润滑方程。通过研究Zwart-Gerber-Belamri(ZGB)空化模型、Schnerr-Sauer(SS)空化模型和无空化模型对仿真结果的影响,明确了在流... 详细信息

以高偏心率动压油膜轴承为研究对象,基于质量守恒边界条件与Elrod算法建立了关于完整油膜和空化区域的统一润滑方程。通过研究Zwart-Gerber-Belamri(ZGB)空化模型、Schnerr-Sauer(SS)空化模型和无空化模型对仿真结果的影响,明确了在流体仿真中考虑空化模型的必要性,并在ZGB空化模型下探究了不同因素对油膜轴承空化效应及压力峰值的影响,结果表明:空化面积随转速增大而增大,随供油压力增大而减小,随油液黏度增大而增大;正压力峰值随转速增大而增大,随供油压力增大而增大,随油液黏度增大而增大,负压力的峰值波动较小;此外,表面织构可以有效减小空化面积,增强正压力峰值,但对负压力峰值的影响相对较小。

关键词：滑动轴承油膜轴承润滑空化压力峰值表面织构偏心率

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卷积神经网络与有限元分析在棒材轧制孔型参数仿真中的应用

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材料与冶金学报 2024年第4期23卷 379-385页

作者：张芳萍张宏政贾怀博张帆高毅太原科技大学重型机械教育部工程研究中心太原030024

为了实现智能化轧制仿真过程,提出了将卷积神经网络(CNN)与有限元分析相结合的方法,利用机器代替人工选择出最佳的轧制仿真结果,并确定最优的孔型参数.首先,将CNN用于轧件道次分类,可发现“卷积神经网络+图像预处理”测试模型精度最高,... 详细信息

为了实现智能化轧制仿真过程,提出了将卷积神经网络(CNN)与有限元分析相结合的方法,利用机器代替人工选择出最佳的轧制仿真结果,并确定最优的孔型参数.首先,将CNN用于轧件道次分类,可发现“卷积神经网络+图像预处理”测试模型精度最高,为91.84%~96%;其次,使用5种评估方法对比轧制仿真结果与理想仿真结果后可得出,均方根误差和感知哈希对仿真结果更为敏感;最后,将孔型参数朝轧制仿真结果变优方向进行修正,对比仿真结果与修正前结果后发现,第2次修正更为理想.本研究中实现了CNN对棒材轧制道次分类,利用机器识别出更优的轧制仿真结果,并确定了更适合的孔型参数,在降低人力、物力消耗,以及实现仿真智能化等方面具有重要的理论意义和实际应用价值.

关键词：卷积神经网络有限元分析轧制孔型参数智能化

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非共格金属复合界面原子迁移扩散分子动力学模拟

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复合材料学报 2024年

作者：陈新毅帅美荣王建梅李海斌史靖邬莹太原科技大学重型机械教育部工程研究中心高端重型机械装备研究院

深入探究不锈钢/碳钢金属界面原子扩散行为以及相变的发生发展规律，对于提升金属间冶金结合质量、实现产品性能调控具有重要意义。本文基于分子动力学材料计算方法，建立COMPASS力场下的不锈钢FCC-Fe和碳钢BCC-Fe晶胞模型；在热压缩高... 详细信息

深入探究不锈钢/碳钢金属界面原子扩散行为以及相变的发生发展规律，对于提升金属间冶金结合质量、实现产品性能调控具有重要意义。本文基于分子动力学材料计算方法，建立COMPASS力场下的不锈钢FCC-Fe和碳钢BCC-Fe晶胞模型；在热压缩高温保温和连续压缩两个阶段分别采用NVT和NPT系综，保温温度1423K，压应力分别为2GPa和4GPa；通过研究界面微观结构、均方位移分布、径向分布函数和界面元素分布模拟非共格金属界面结构演变行为。结果表明，在保温阶段，碳钢侧晶体发生BCC-Fe→FCC-Fe相变，空间群由P1向FM-3M的转变过程为无序长程扩散。在加载200ps弛豫结束时刻，不锈钢与碳钢侧原子相互嵌入，形成统一的面心立方晶体；且随着压力增加，界面结构以最密排的（111）晶面为单位产生大量的滑移和错排，两组元原子能够发生有效的扩散迁移。

关键词：非共格金属界面分子动力学微观结构应变分配元素扩散