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关键词： 构型复合材料   颗粒增强   磨料磨损   耐腐蚀性  

摘要： 为改善矿山机械部件磨损和腐蚀问题,制备了蜂窝构型氧化锆增韧氧化铝颗粒增强铁基(ZTAp-Fe)复合材料,对ZTAp占比为5%,10%和15%(质量分数)的蜂窝预制体,浇铸30SiMn钢液进行复合铸造。采取X射线衍射仪(XRD)、能谱(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、三体磨料磨损和腐蚀浸泡对其进行性能测试和表征。结果表明:ZTAp占比为5%和10%时,复合材料界面间结合情况良好,含量为15%时颗粒堆积严重,铸造过程热量传递受阻碍明显,出现气孔缺陷,使得ZTAp与铁基体间机械结合效果差;ZTAp含量由5%提升至15%,蜂窝构型ZTAp-Fe复合材料的耐磨性先增加后减弱,硬质相颗粒对磨料的阻挡作用显著,表面划痕和微犁沟减少,ZTAp含量为10%时复合材料耐磨性最佳;其相对耐磨性是HARDOX450耐磨钢的4.89倍,是NM450耐磨钢的4.81倍,是30SiMn钢的5.3倍。絮状腐蚀产物主要出现在30SiMn钢部分,随时间增加表面腐蚀产物和腐蚀程度加深,最终其表面出现黑色腐蚀坑;铁基体中含有大量Cr元素,耐腐蚀性良好,与30SiMn钢的冶金熔合区腐蚀量较少。所使用的铸造工艺可使该复合材料与矿用耐磨钢进行有效装配,显著提高其耐磨性和耐腐蚀性。

关键词： 活塞销磨损   振动特征提取   正交经验模态分解   连续小波变换   主元分析   K-means聚类  

摘要： 由于活塞销磨损特征信号容易受到柴油机运行过程中的环境振动噪声干扰,构建有效的振动信号分解和降噪算法体系是实现活塞销磨损信号特征提取的有效途径,这对于建立可靠、精确的二元分类器模型来识别活塞销磨损至关重要。针对振动信号分解和降噪问题,本文提出一种基于正交经验模态分解(Orthogonal empirical mode decomposition,OEMD)结合连续小波变换(Continuous wavelet transform,CWT)和主元分析(Principal component analysis,PCA)的振动信号特征提取法。利用正交传感器布局采集实际运行中柴油机活塞销的振动信号,采用OEMD将正交融合后的振动信号分解为多个经验模态函数(Intrinsic mode function,IMF),然后选取能量占比85%的前4个IMF分量进行CWT处理得到小波系数矩阵,最后将该矩阵经PCA运算后的最优得分矩阵输入K-means聚类算法中进行分类。实际实验数据验证了所提方法的有效性,正交融合结果综合了整体趋势和极值分布,因此比单一传感器更可靠,从而避免了因传感器安装位置不合适而造成的干扰或特征缺失。通过与EMD-AR谱算法以及变分模态分解(Variational mode decomposition,VMD)算法对比,本文所提方法具有更强的降噪和特征提取能力,在K-means算法中分类效果较为明显,为二分类器建模识别活塞销磨损奠定了基础。

关键词： 核岛机械系统   极端工况   可靠性优化   预测性维护  

摘要： 研究旨在探究核岛机械系统在极端工况下的可靠性及其优化方法。首先,确定了极端工况下核岛机械系统的性能标准和要求,并分析了极端工况对系统可靠性的影响。其次,提出了4种优化方法,即强化设计方法以提高系统固有可靠性、冗余设计策略增加系统在关键部件失效时的备用能力、通过预测性维护和健康监测预防故障以及应急响应和恢复策略以优化系统在极端事件后的快速恢复能力。这些策略的实施,旨在提升核岛机械系统在面对极端条件时的稳定性和可靠性。

关键词： 蒸汽发生器   换热管   冲击磨损   微动磨损   Inconel 690TT  

摘要： 为了研究冲击微动磨损对蒸汽发生器换热管的影响,在200,250,285℃温度下开展了Inconel 690TT管与SUS405支撑的冲击微动磨损试验研究,通过扫描电子显微镜和能谱仪手段对磨损特征开展系统分析。结果表明,250℃和285℃温度下的磨损量相近,明显大于200℃下的试验结果。对磨损表面的分析发现,温度的升高会导致表面产生更为显著的剥层现象和表面硬度降低,进而导致磨损体积的增加。从能谱仪分析结果来看,在250℃和285℃下,氧化变得严重,但从C和Fe的含量来看,质量转移并不严重,但随温度上升质量转移略有上升。这说明冲击磨损主要的磨损机制是剥层,粘着磨损随着温度升高有上升趋势。冲击微动磨损机理研究结果对蒸汽发生器后续研究、设计和维护具有重要意义。

关键词： 掘进机刀圈   磨损仿真   Archard模型   UMESHMOTION子程序   H13  

摘要： 刀圈作为掘进机破岩的关键零部件,其表面的磨损性能是影响掘进机服役寿命的主要因素之一,因此对TBM刀圈材料H13磨损行为进行仿真分析。通过试验研究TBM刀圈材料H13的磨损深度和磨损形貌;建立有限元模型,基于Archard模型计算磨损深度;引入ABAQUS二次开发UMESHMOTION子程序,配合ALE自适应网格修复机制,搭建刀圈原料受损情况的有限元磨损模型,得到H13材料的磨损分布特征和磨损深度分析结果。结果表明:随着磨损圈数增加,试样的磨损深度逐渐增加。仿真磨损深度与试验测验值较吻合。当磨损圈数为3000时,试样的磨损形貌及其内部区域单元节点分布特征为在高应力集中区内节点沿厚度方向(z向)发生偏移。在磨损时间为1 s时,试样接触应力达到最大值,随着磨损的进行,磨损深度下降速度逐渐降低。磨损区域的滑移距离与磨损分布特征保持一致,发生滑移越大区域磨损越深。

关键词： 基体表面粗糙度   非晶碳薄膜   摩擦磨损   601EF润滑脂   Si_3N_4球  

摘要： 为了探究不同基体表面粗糙度对非晶碳薄膜摩擦磨损性能的影响,改善2Cr13试样表面在601EF润滑脂润滑下的摩擦学性能,使用机加工、抛光等方式在2Cr13试样表面制备不同的表面粗糙度,然后采用磁控溅射法在不同粗糙度样件表面制备非晶碳薄膜,采用球-盘接触的摩擦磨损试验研究了在601EF润滑脂润滑条件下非晶碳薄膜及氮化硅球的摩擦磨损性能,通过光学显微镜对磨损处进行分析。结果表明:与基体表面对摩的Si_(3)N_(4)球均磨出了明显的平台,而基体表面并未出现明显的磨痕,Ra范围在0.20~0.75μm样品对偶球的磨损量要小,磨斑面积范围为0.152~0.165 mm^(2),磨损形式为黏着磨损,Ra范围在0.95~3.19μm样品对偶球的磨损量要大,磨斑面积范围为0.228~0.275 mm^(2),出现了犁沟状磨痕,磨损较为严重;在相同的工况条件下,随着基体表面粗糙度的增大,两摩擦副间的启动、平均摩擦系数以及Si_3N_4球的磨损量均呈先减小后增大再减小的趋势,当Ra为0.56μm时,非晶碳薄膜的摩擦学性能最好,摩擦系数曲线较为稳定,平均摩擦系数为0.162,其对偶球磨损量最小,为0.152 mm^(2)。基体表面粗糙度影响非晶碳薄膜的摩擦学性能,通过机加工、抛光等手段在基体表面制备合适的粗糙度可以得到具有良好减摩性能的表面。

关键词： 高强钢   热冲压   模芯磨损   Archard修正模型   响应面模型  

摘要： 针对BR1500HS高强钢加强板热冲压过程中凹模模芯磨损量大的问题,利用Deform有限元软件进行了加强板的热冲压磨损分析。通过建立高强钢的材料模型并应用Archard修正模型来准确预测模芯的磨损行为,选取对模芯磨损影响较大的板料加热温度、模芯预热温度、冲压速度以及模具间隙4个因素作为优化变量,以模芯最大磨损深度为优化目标,结合响应面理论建立了各变量关于优化目标的二阶响应面回归分析模型,得到了模芯最大磨损深度随各变量的变化规律。模型寻优后确定的最佳工艺参数为:板料加热温度为680℃、模芯预热温度为380℃、冲压速度为45mm·s1、模具间隙为2.25mm。采用优化后的参数进行实际冲压试验,模芯寿命提高了32.2%,解决了模芯磨损严重的问题。同时,实际模芯寿命与响应面模型预测值和有限元模拟预测值相近,验证了建模及优化结果的准确性。

关键词： T800-CFRP   刀具结构优化   鲸鱼优化算法   ABAQUS  

摘要： 碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)因其比强度高、抗疲劳和耐腐蚀等优异性能在航空航天领域得到了广泛应用。然而,CFRP材料的非均质性和各向异性使其加工过程与传统金属相比更为复杂,容易产生表面缺陷,且由于碳纤维以及碳纤维粉末的高硬度,使得刀具磨损剧烈,加工效率低。为此,以PCD刀具铣削T800-CFRP多向层合板为研究对象,综合仿真分析和铣削试验,从刀具磨损、已加工表面粗糙度和毛刺因子等方面研究分析了铣削该类材料时的刀具结构对刀具寿命及加工表面质量的影响。基于刀具磨损和表面质量试验结果,以刀具后刀面磨损带宽、表面粗糙度、毛刺因子为优化目标,建立了后刀面磨损带宽VB、表面粗糙度Sa、毛刺因子Fb关于刀具齿数、前角和后角的映射关系模型和综合评价模型,进而通过鲸鱼优化算法,获得了最优的刀具结构参数,并通过试验验证,刀具磨损减小了16.95%,表面粗糙度减小了32.41%,毛刺因子减小了52.93%。

关键词： LuGre摩擦模型   参数辨识   误差补偿   机械系统  

摘要： 文章对机械系统中LuGre摩擦模型的参数辨识与误差补偿方法进行了文献综述,并从参数辨识和误差补偿两个方面对该模型的应用进行了探讨。首先,介绍了LuGre摩擦模型的基本原理和数学表达式。其次,概述了常见的LuGre摩擦模型参数辨识方法。然后,讨论了LuGre模型的误差补偿方法。最后,指出了未来研究的发展方向。通过对LuGre模型参数辨识与误差补偿方法的综述,可为相关领域的研究者提供参考和启示,有助于进一步推进摩擦补偿技术的发展和应用。

关键词： TiB_(2)/WS_(2)复合薄膜   退火处理   硫元素流失   摩擦磨损  

摘要： 在严苛的航空航天工况环境下,WS_(2)基复合薄膜在减摩耐磨方面的结构演变和失效规律仍须进一步探索。为扩展其在温域上的应用范围,采用磁控溅射技术在硅片和718高温合金块上沉积TiB_(2)/WS_(2)复合薄膜,分别在200、450和600℃大气环境下对复合薄膜进行退火处理。利用扫描电子显微镜、透射电镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、纳米压痕仪和球盘高温摩擦试验机等分析技术对退火处理前后薄膜的组分、结构、力学性能和摩擦磨损性能进行研究。结果表明:随着退火温度的升高,复合薄膜中硫元素的分解率增大,S/W比降低,薄膜氧化程度增加。未退火处理薄膜在摩擦过程中由于形成易于剪切滑移的WS_(2)(002)晶体取向结构保持了低且稳定的摩擦因数。200℃退火处理后薄膜的致密性增加,硬度得到明显的提升,显示良好的减摩耐磨性能[摩擦因数<0.075,磨损率为9.21×10^(-6)mm^(3)/(m·N)量级]。450℃退火处理后薄膜中生成的氧化相WO_(3)、TiO_(2)导致摩擦因数波动上升,磨损率增加。600℃退火处理后薄膜瞬时失效,主要是由于薄膜中硫元素的大量分解流失难以形成润滑相和薄膜表面形成松散堆积结构所造成的。通过观察退火处理前后复合薄膜微观结构的变化明确了其在不同温度下的磨损失效演化规律。