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关键词： 原子力显微镜   探针弹性系数   针尖磨损   量化评估   图像重构  

摘要： 鉴于原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)技术在纳米尺度表面分析中的核心作用,以及探针性能对测量结果准确性的直接影响,准确测量AFM探针的弹性系数和量化评估针尖磨损对于提升AFM技术的可靠性和精度至关重要。本研究致力于开发一种精确测量AFM探针弹性系数的方法,并对探针针尖的磨损进行量化评估。 以下是本研究的主要工作内容: (1)采用热噪声法对探针的弹性系数进行标定。在此过程中,通过引入修正因子,修正探针倾角对弹性系数的影响,并设计高速数据采集系统,以确保在环境条件下准确采集探针的热振动信号。同时,开发专门的软件用于分析和拟合探针热振动信号,从而精确获取探针的弹性系数。 (2)提出一种基于尖锐结构的针尖磨损评估方法。该方法通过扫描具有尖锐结构的样品,并利用图像扫描数据对探针针尖进行建模,定量分析针尖在扫描过程中的磨损。此外,结合功率谱密度的分析方法,深入探讨探针磨损对图像在频域内的影响。 (3)深入研究扫描参数对探针磨损和成像质量的影响。详细分析在磨损发生前后,探针扫描所得图像的变化,并结合幅值误差和质量参数Q,探讨了轻敲模式下不同扫描参数对图像质量的影响。通过磨损实验,对扫描前后的探针进行了建模,并结合图像的表面粗糙度,系统研究了扫描参数对探针磨损的影响。 (4)通过模拟探针扫描栅格样品,分析针尖半径和针尖角度对AFM扫描样品的影响。利用扫描的栅格图像建立探针模型,并应用此探针模型对AFM图像进行重构。在本研究中,采用了数学形态学方法对AFM图像进行校正,以减小针尖直径和角度对图像的影响,从而完成图像的重构。 实验结果表明,本研究开发的方法能够提供更为精确和可靠的AFM探针弹性系数数据。同时,针尖磨损的量化评估对于指导探针的优化设计和使用寿命评估具有一定意义。

关键词： 航空发动机   机械磨损   故障诊断   全寿命管理   智能诊断  

摘要： 本文旨在系统分析航空发动机机械磨损故障的成因，并探究有效的诊断方法。通过分析磨损的特性，从材料、设计工艺、工作环境和维护保养等方面剖析了磨损产生的原因。在诊断方法上，重点研究了声发射、振动分析、油液监测和智能诊断等技术在磨损故障诊断中的应用。结果表明，航空发动机机械磨损是多因素耦合作用的结果，采用多源异构信息融合诊断方法有助于提高诊断精度。研究认为，应加强全寿命防控，并积极应用智能化诊断方法，为航空发动机的可靠运行提供保障。

关键词： 轧机滚动轴承   接触应力   故障动力学   磨损   轴向冲击  

摘要： 轧机滚动轴承作为轧机设备的核心组件,其性能状况直接关联轧机的安全与高效运行,辊系装配不当或部件损耗可能诱发异常轴向力,导致轴承超负荷运行,进而产生裂纹、磨损等局部故障,严重时可能引发轴承抱死或轧辊损坏。现有研究在轴承磨损方面往往未能全面考虑多种因素的交互作用,本研究重点分析轴承滚动体的滚动与滑动行为,深入探讨接触应力和相对滑动速度的分布特征,旨在揭示轧机轴承滚动体磨损故障的成因、发展过程以及与故障动力学响应之间的联系。 通过构建考虑辊系交叉的力学模型,本研究详细求解工作辊轴承在轴向冲击下的受力状况。采用离散化方法处理滚动体接触区域的载荷,通过柔度矩阵法建立滚动体接触力学模型,描述滚动体接触应力分布,并考虑高速轧制引起的离心载荷,结合轴承整体力学平衡方程,实现对轧机轴承接触特性更精确的描述。 针对滚动体磨损后滚动轴承的动态响应,本研究提出一种多自由度的滚动轴承滚动体故障动力学模型,该模型考虑了陀螺效应和重力影响,并基于滚动体、保持架、内外圈的瞬时位置来模拟滚动体与滚道之间的接触,所提出的模型在滚动体缺陷的受力阶段的载荷变化更接近实际,能更精确地模拟轴承故障部件的实际接触情况。 采用准静态分析方法,基于Archard磨损模型和赫兹接触理论,建立滚动轴承磨损深度的计算模型。模型综合考虑滚动体的滚动与滑动特性,对接触区域的应力和滑动速度进行分析,特别关注轴向载荷对磨损深度的影响,并对接触应力与磨损深度之间的动态关系进行探讨。

关键词： 浮环密封   浸渍石墨   摩擦磨损   分形理论   腐蚀特性  

摘要： 石墨密封材料作为典型的动密封材料,具有耐热冲击性、低膨胀系数和自润滑性等特点而被广泛应用在各种密封场合;但其本身硬度低、耐磨性不足,在运行过程中密封表面容易发生异常磨损,导致接触表面粗糙不平,进而影响密封装置的磨损特性和密封性能。因此,研究不同接触形式对石墨材料的磨损行为和腐蚀特性的影响,以及磨损端面分形特征随载荷的变化,以期为石墨密封材料的设计与选择提供试验支持和理论依据。 本文采用球-面和面-面接触形式,进行了常温干摩擦和腐蚀-磨损交互试验。通过对石墨材料磨损过程中的磨损特性、磨痕形貌和拉曼光谱分析,揭示石墨材料在不同环境工况下的摩擦行为和磨损机制。并基于分形理论,重构二维表面轮廓和三维形貌探究不同参数下的磨损特性。本文主要研究成果如下: （1）接触形式的不同和法向载荷的增加,使得合金压头与基体材料的接触状态和滑移条件有所不同。面-面接触相比于点-面接触时石墨表面损伤特征减轻,形成的磨损表面更为光滑。石墨磨损表面的ID/IG值随载荷的升高而降低,石墨损伤区域和摩擦转移膜的结构由无序向有序转变,完整有序的转移膜可以起到良好的润滑减摩作用。 （2）在不同环境下,浸渍石墨的磨损深度均随着载荷的增大而加深,磨损特征表现为磨损边缘隆起,中间区域呈不规则“锯齿”状,在接触区两端出现凹陷特征。磨损体积与摩擦耗散能呈正相关性,能量磨损系数呈下降的趋势。点-面接触时上试样对石墨的切削作用强,摩擦系数波动较大;面-面接触下石墨的摩擦系数更为稳定。 （3）石墨在干摩擦条件下表面损伤以黏着磨损和磨粒磨损为主,伴有轻微的疲劳损伤。纯水介质中表面损伤以磨粒磨损为主。海水介质中接触表面间腐蚀产物与石墨碎屑压实形成致密的钝化膜。表面损伤以黏着磨损为主,并伴有轻微的磨粒磨损。酸雨介质中石墨表面存在大量的裂纹和犁沟现象,表面损伤以疲劳磨损和磨粒磨损为主。 （4）使用结构函数法识别磨损表面轮廓的分形特征,随着载荷的增大,分形维数指标增大,摩擦表面接触状态趋于稳定,轮廓曲线幅值减小,凸峰和凹谷的坡度平缓,三维粗糙面更加均匀。分形维数能够较为明确地体现磨损中表面轮廓的变化情况和表面粗糙度的特征。特征尺度系数的变化只与轮廓的高度呈正相关性。 （5）浸渍石墨在纯水中的开路电位十分稳定,其相位角、极化电阻均大于海水与酸雨,纯水中石墨材料几乎不发生腐蚀;在三种腐蚀溶液中浸渍石墨的自腐蚀电位的大小与载荷的变化呈负相关,自腐蚀电流的密度与载荷的大小呈正相关,表明了石墨的腐蚀倾向随着载荷的增大而增强,机械磨损加速了电化学的腐蚀作用。随着腐蚀性离子的增多石墨在摩擦腐蚀过程中钝化膜的形成难度增大,腐蚀倾向严重。

关键词： 果蝇优化算法   机械零件   机械加工   缺陷检测  

摘要： 为提高机械零件加工缺陷检测的精度，保证机械产品的整体性能、安全性和使用寿命。本文利用果蝇优化算法，开展了机械零件加工缺陷检测方法研究。首先，利用面阵CCD相机，采集机械零件表面图像；其次，从图像中提取加工缺陷边缘，强调并锐化缺陷边缘的关键信息；最后，利用果蝇优化算法，全方位检测机械零件加工缺陷。实验结果表明，提出方法应用后，在六种不同类型的机械零件加工缺陷检测中均表现出较高的精度和可靠性，检测结果与模拟情况更加接近，能够准确检测出零件加工缺陷尺寸。

关键词： 起重机械   钢丝绳   磨损机理   寿命预测  

摘要： 钢丝绳是起重机械常用的关键受力构件，其磨损失效是导致起重机械事故的主要原因之一。本文基于钢丝绳磨损机理，建立了考虑接触压力、张力和弯曲应力等因素的磨损计算模型，并结合实际工况参数，对钢丝绳的磨损寿命进行了预测分析。研究表明，接触压力是影响钢丝绳磨损的主要因素，提高润滑、减小载荷可有效延长其使用寿命。本研究可为起重机械钢丝绳的设计选型、维护保养及寿命预测提供重要参考。