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润湿性梯度对仿生织构表面摩擦学行为的影响

摩擦学学报（中英文） 2024年第3期44卷 300-311页

作者：王胡军谢正灿赵修远田炉林郑靖西南交通大学机械工程学院摩擦学研究所四川成都610031

润湿性调控和仿生织构设计是实现表面减摩耐磨的重要方法.利用飞秒激光在AISI 440C不锈钢表面制备了仿生微凹坑,在微凹坑中沉积润湿性可调的超疏水涂层,通过紫外线辐照构筑了4种梯度润湿性仿生织构表面.采用往复滑动摩擦磨损试验,以水... 详细信息

润湿性调控和仿生织构设计是实现表面减摩耐磨的重要方法.利用飞秒激光在AISI 440C不锈钢表面制备了仿生微凹坑,在微凹坑中沉积润湿性可调的超疏水涂层,通过紫外线辐照构筑了4种梯度润湿性仿生织构表面.采用往复滑动摩擦磨损试验,以水为润滑剂,对比研究了不同载荷和速度下润湿性梯度对仿生织构表面摩擦学行为的影响.结果表明,在低载高速条件下,当表面形成低黏附性超疏水-弱疏水的润湿性梯度时,耐磨性最佳,相较于AISI 440C不锈钢抛光表面,磨损率降低47.9%,说明润湿性梯度耦合仿生织构能够有效减小磨损.

关键词：润湿性梯度仿生织构水润滑耐磨飞秒激光

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基于销/盘试验机的摩擦噪声试验与仿真研究

润滑与密封 2024年第4期49卷 162-167页

作者：赵鹏鹏陈光雄董丙杰冯晓航曾子毅何泉鑫西南交通大学摩擦学研究所四川成都610031

为了研究摩擦噪声的产生机制和影响因素,利用销/盘试验机对以转子式压缩机曲轴-法兰材料制成的销/盘试样进行摩擦噪声试验研究;应用ABAQUS有限元软件,建立销/盘试验机有限元模型,利用复特征值分析方法预测该系统摩擦噪声的主频,并与试... 详细信息

为了研究摩擦噪声的产生机制和影响因素,利用销/盘试验机对以转子式压缩机曲轴-法兰材料制成的销/盘试样进行摩擦噪声试验研究;应用ABAQUS有限元软件,建立销/盘试验机有限元模型,利用复特征值分析方法预测该系统摩擦噪声的主频,并与试验结果进行对比;讨论相关参数对系统的稳定性和摩擦噪声的影响。结果表明:销与盘法向和横向振动的耦合是引起系统自激振动和摩擦噪声的重要因素;当系统摩擦界面处的摩擦因数大于系统临界摩擦因数时,系统开始出现不稳定振动,且摩擦因数越大,系统越不稳定,越易出现摩擦噪声;法向载荷对系统稳定性的影响不大;选择具有合适弹性模量的摩擦副材料可以抑制摩擦噪声的产生。

关键词：摩擦噪声复特征值方法摩擦自激振动销/盘试验机转子式压缩机

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航空液压柱塞泵滑靴镀银层摩擦磨损机理研究

摩擦学学报 2024年

作者：管博文龚适张峰孙同明刘晓红左骏红蔡振兵国营芜湖机械厂西南交通大学摩擦学研究所

由于液压柱塞泵柱塞长期在高压、高速和高载的极端工况下运动，界面发生的摩擦磨损导致其滑靴端面出现镀银层剥落和网纹腐蚀等损伤现象，严重影响了装备服役安全。利用超景深显微镜、维氏硬度计、SEM (扫描电镜)和EDS (能量色散X射线谱... 详细信息

由于液压柱塞泵柱塞长期在高压、高速和高载的极端工况下运动，界面发生的摩擦磨损导致其滑靴端面出现镀银层剥落和网纹腐蚀等损伤现象，严重影响了装备服役安全。利用超景深显微镜、维氏硬度计、SEM (扫描电镜)和EDS (能量色散X射线谱仪)对服役后的滑靴端面进行表征，并探究滑靴锡青铜表面网纹形成及镀银层剥落机理。研究结果表明：滑靴锡铸造青铜表面存在的孔隙和组织偏析等缺陷会导致镀银层结合强度下降，在实际工况下发生严重的摩擦磨损导致镀银层发生剥落，剥落的银屑颗粒在磨损过程中进一步导致镀银层磨损加剧。对滑靴表面黑色网纹的产生机理进行了分析，发现基体铸造锡青铜逆偏析纹路在退镀银过程中，受到酸性溶液腐蚀形成Cu-Sn-O化合物，导致界面出现类似金相晶界纹路的黑色网纹。

关键词：柱塞滑靴镀银层摩擦磨损表面网纹损伤机理

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环境湿度对浸金属碳滑板磨损及温升的影响

润滑与密封 2024年第2期49卷 98-105页

作者：曾子毅何泉鑫陈光雄赵鹏鹏董丙杰西南交通大学摩擦学研究所四川成都610031

为探究环境湿度对弓网摩擦副载流滑动过程中电弧放电能量、浸金属碳滑板温升及滑板磨损量的影响,采用环-块式高速载流摩擦磨损试验台,对比不同湿度条件下,电弧能量、滑板温升及滑板磨损量随滑动速度、电流强度、法向力的变化情况。试验... 详细信息

为探究环境湿度对弓网摩擦副载流滑动过程中电弧放电能量、浸金属碳滑板温升及滑板磨损量的影响,采用环-块式高速载流摩擦磨损试验台,对比不同湿度条件下,电弧能量、滑板温升及滑板磨损量随滑动速度、电流强度、法向力的变化情况。试验结果表明:不同环境湿度下,滑动速度和电流强度的增大均会导致电弧能量及滑板温升急剧增大;电弧热是导致温升的主要热源;增大法向力对于抑制电弧放电、降低滑板温升均有显著效果,而对于滑板磨损量变化的影响,不同湿度情况则截然相反;高湿度环境下接触副附着的水膜改善了接触状况和散热情况,电弧能量及滑板温升都小于低湿度环境;低湿度环境下滑板表面受到更严重的机械摩擦,其表面状态相比高湿度更差;在平均湿度较高的夏季适当增加升弓压力,在平均湿度较低的冬季适当降低列车行驶速度可以减少浸金属碳滑板磨损。

关键词：浸金属碳滑板环境湿度弓网摩擦副温升电弧放电

陶瓷框架增强聚四氟乙烯仿生复合材料及其摩擦学性能研究

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摩擦学学报 2024年

作者：伍雨驰雷磊刘旻帑赵仲航郑靖周仲荣西南交通大学机械工程学院摩擦学研究所

针对聚四氟乙烯自润滑复合材料耐磨性差这一工业润滑领域的瓶颈问题，本研究受人牙釉质釉柱/釉间质微观结构的抗磨作用机制启发，基于有限元分析和1种乙酸锆改进的定向冷冻技术，设计制备了定向多孔氧化锆陶瓷框架增强聚四氟乙烯仿生复... 详细信息

针对聚四氟乙烯自润滑复合材料耐磨性差这一工业润滑领域的瓶颈问题，本研究受人牙釉质釉柱/釉间质微观结构的抗磨作用机制启发，基于有限元分析和1种乙酸锆改进的定向冷冻技术，设计制备了定向多孔氧化锆陶瓷框架增强聚四氟乙烯仿生复合材料，并对其力学性能和摩擦学行为进行了试验研究。结果显示，仿生复合材料的自润滑性能良好，力学性能和耐磨性远优于聚四氟乙烯和商用聚四氟乙烯自润滑复合材料易格斯。与易格斯材料相比，仿生复合材料的硬度提高约1.8倍，弹性模量提高约15.2%，抗压强度提高约2.8倍，磨损体积降低约76.6%。仿生复合材料优异的摩擦学性能与定向多孔陶瓷框架增强结构密切相关，这种陶瓷框架增强结构具有Voigt模型(复合材料承载能力上限)承载特性，能够大幅提高复合材料的承载能力，避免材料表面发生严重变形和破坏，提高耐磨性。同时，仿生复合材料的氧化锆陶瓷框架占比仅为25.6%(体积分数)，高含量的聚四氟乙烯填料能够有效地在摩擦接触界面形成自润滑转移膜，实现良好润滑。

关键词：聚四氟乙烯复合材料定向多孔陶瓷框架仿生设计耐磨性能自润滑

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不同刃型TBM滚刀载荷与振动特性实验研究

中南大学学报（自然科学版） 2024年第4期55卷 1340-1350页

作者：张皓诣张蒙祺莫继良段文军周仲荣西南交通大学机械工程学院摩擦学研究所四川成都610031 西南交通大学盾构/TBM装备摩擦学设计实验室四川成都610031 中铁高新产业股份有限公司北京100070

全断面隧道掘进机(TBM)地下工况复杂,破岩产生的振动冲击使得滚刀和刀盘异常失效,易造成重大经济损失。为探究在不同刀盘进给参数下滚刀截面形状(即刃型)对滚刀振动影响机理,开展滚刀破岩实验,获取滚刀载荷和振动信号。研究结果表明:随... 详细信息

全断面隧道掘进机(TBM)地下工况复杂,破岩产生的振动冲击使得滚刀和刀盘异常失效,易造成重大经济损失。为探究在不同刀盘进给参数下滚刀截面形状(即刃型)对滚刀振动影响机理,开展滚刀破岩实验,获取滚刀载荷和振动信号。研究结果表明:随着刀盘总推力和转速增加,滚刀振动幅度增大,这是由于推力与转速以不同方式增加了单位时间内岩石破碎的体积,因此岩石应变能的储存—释放过程更为剧烈,滚刀振动加剧;不同刃型滚刀侵入岩石的能力不同,亦会改变单位时间内破岩体积,影响滚刀振动;冲击与载荷突变同时发生,这是因为岩石蓄积的弹性应变能在岩石破裂时集中释放。本文研究可为滚刀选型、研发低振动新型滚刀结构、减少滚刀及刀盘开裂提供参考。

关键词：全断面隧道掘进机滚刀刃型破岩实验振动特性进给参数

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钢轨波磨激励下的e型弹条振动疲劳断裂机理

西南交通大学学报 2024年

作者：董丙杰陈光雄冯晓航任文娟宋启峰梅桂明西南交通大学牵引动力国家重点实验室西南交通大学摩擦学研究所

为了探究地铁小半径曲线轨道上e型弹条异常断裂的机理，本文通过长期跟踪和测量成都地铁X号线钢轨波磨的发展情况，并基于摩擦自激振动理论，建立了轮对-轨道-扣件系统的全实体单元有限元模型，并结合包含e型弹条的扣件系统模型的谐响... 详细信息

为了探究地铁小半径曲线轨道上e型弹条异常断裂的机理，本文通过长期跟踪和测量成都地铁X号线钢轨波磨的发展情况，并基于摩擦自激振动理论，建立了轮对-轨道-扣件系统的全实体单元有限元模型，并结合包含e型弹条的扣件系统模型的谐响应分析，研究了短波长波磨、长波长波磨对e型弹条振动疲劳寿命的影响。研究表明，这两种类型的钢轨波磨都会导致地铁e型弹条振动疲劳寿命寿命的减小；波磨的幅值越大，导致弹条的振动疲劳寿命越小。钢轨波磨不仅能够引起e型弹条产生与钢轨波磨“同频”的受迫振动，还容易激发弹条产生该频率的倍频振动。对于短波长波磨而言，由于2倍频的存在，在相同波深幅值的短波长波磨的影响下，25 mm 和40 mm波长的钢轨波磨最容易导致e型弹条产生振动疲劳断裂；波长为120 mm的长波长波磨的波深幅值较大时，激发出的6倍频振动导致弹条的振动疲劳寿命急剧减小。由于振动强度的减弱，波长为240 mm的长波长波磨对弹条振动疲劳寿命的影响有限。

关键词：地铁e型弹条疲劳寿命钢轨波磨谐响应分析有限元方法

人工髋关节超高分子量聚乙烯高边衬垫的接触力学和边缘负载

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第3期64卷 442-453页

作者：冯涛张小刚张国贤谢庆云张亚丽靳忠民西南交通大学机械工程学院摩擦学研究所成都610031 中国人民解放军西部战区总医院成都610083

全髋关节置换术后衬垫边缘出现边缘负载不仅会增加脱位风险,而且会加剧假体的摩擦磨损。发生边缘负载与假体的安装位置、几何设计及患者运动状态等高度相关。该文基于金属-聚乙烯接触副建立了髋关节高边衬垫在步态载荷下的接触力学和边... 详细信息

全髋关节置换术后衬垫边缘出现边缘负载不仅会增加脱位风险,而且会加剧假体的摩擦磨损。发生边缘负载与假体的安装位置、几何设计及患者运动状态等高度相关。该文基于金属-聚乙烯接触副建立了髋关节高边衬垫在步态载荷下的接触力学和边缘负载的有限元分析模型。该模型考虑了日常生活中正常行走、上楼梯、下楼梯和深蹲4种步态及20种相对极端的臼杯安装位置,以研究高边衬垫的接触应力、边缘负载和等效塑性应变情况。结果表明:衬垫的等效塑性应变、发生塑性变形的体积、边缘负载和边缘负载的持续时间都随臼杯外展角和前倾角增加而增加;相比于另外3种步态,深蹲步态更容易使衬垫产生塑性形变,对衬垫造成的破坏最大;在臼杯外展角不低于50°的情况下,将高边衬垫的高边放置于人体后上方不但能避免出现边缘负载,还能显著降低衬垫的塑性应变。

关键词：接触力学人工髋关节边缘负载超高分子量聚乙烯高边衬垫

31CrMoV9钢离子渗氮层的微动摩擦磨损特性研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第5期44卷 633-643页

作者：龙有红任岩平何添李洪洋彭金方朱旻昊西南交通大学机械工程学院摩擦学研究所四川成都610031 西南交通大学力学与航空航天学院四川成都610031 西南交通大学材料科学与工程学院四川成都610031 西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室四川成都610031

针对31CrMoV9钢基体及其渗氮层,采用切向微动磨损试验机开展球/平面接触模式下的切向微动磨损试验探究了在法向载荷为20 N时,不同位移幅值下(D=5、10、50μm)的切向微动损伤机制和损伤演变规律.采用X射线衍射仪(XRD)对试样表层物相进行... 详细信息

针对31CrMoV9钢基体及其渗氮层,采用切向微动磨损试验机开展球/平面接触模式下的切向微动磨损试验探究了在法向载荷为20 N时,不同位移幅值下(D=5、10、50μm)的切向微动损伤机制和损伤演变规律.采用X射线衍射仪(XRD)对试样表层物相进行分析,扫描电子显微镜(SEM)和白光干涉仪对试样磨损区进行形貌表征,能谱仪(EDS)和电子探针显微分析仪(EPMA)进行化学元素分析.结果表明:离子渗氮处理后在基体表面形成了化合物层和扩散层,显著提高了表面硬度.在法向载荷F_(n)=20 N时,随着微动位移幅值的增大,31CrMoV9基体及其渗氮层的微动运行区均由部分滑移区逐渐向混合、完全滑移区转变,磨损体积增大,磨损更加严重,稳定阶段的摩擦系数逐渐增大.在部分滑移区和完全滑移区,渗氮层较基体在稳定阶段的摩擦系数更小,而在混合区基体的摩擦系数更小在混合区和完全滑移区时,基体及渗氮层的损伤机制均为剥层、磨粒磨损和氧化磨损.离子渗氮生成的化合物层能提高材料的抗微动磨损性能,在D=10和50μm时,磨损率分别降低了约38.5%和70.2%.研究结果可为轨道交通等领域结构件的选材和抗微动磨损设计提供参考.

关键词：表面工程 31CrMoV9 离子渗氮微动磨损损伤机制