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关键词： 冲击式水轮机   喷射机构   水气沙三相流动   泥沙磨损特性   影响机制  

摘要： 泥沙磨损是冲击式水轮机面临的核心问题之一，特别是喷射机构直面高速含沙水流冲击极易磨损破坏，威胁机组安全运行。为深究喷射机构的磨损特性及影响机制，本文基于VOF模型、欧拉-拉格朗日方法及Oka磨损模型，构建了喷射机构的磨损分析模型。结合流动与颗粒运动轨迹分析可知，磨损最严重的位置在喷嘴喉部及喷针尖部，喷嘴喉部呈片状磨损且受迪恩涡对的影响在内侧的磨损范围更大，而喷针尖部主要呈点状磨损。本文选取喷针过渡段直径、喷针角度和喷嘴角度三个喷射机构的关键结构参数开展磨损特性影响机制的研究。结果表明，三个参数对喷嘴和喷针不同区域的磨损特性影响机制不同。其中喷针角度的影响最为显著，且其对磨损特性与水力性能的影响存在互抑性。一定范围内，随喷针过渡段直径的增大，喷针的磨损程度加剧，当过渡段直径增大至接近喷针直径时，针尖的平均磨损率急剧恶化为小直径时的9倍；随喷针角度增大，喷嘴喉部和喷针尖部的磨损程度改善，喷针尖部的平均磨损率最大可降低94.17%，但喷针角度对磨损特性与水力性能的影响存在互抑性；随喷嘴角度增大，可有效抑制喷针过渡段的磨损程度。因此，设计较大的喷针角度，配合较大的喷嘴角度与较小的喷针过渡段直径，可改善喷针的高磨损区与减小整体的磨损范围，并兼顾考虑水力性能的要求，进而可保障机组的高效安全运行。

关键词： 搅拌机   磨损   离散元法   Archard磨损模型  

摘要： 强制搅拌机叶片在复杂工况下的磨损失效将直接降低沥青混合料的质量和生产效率。为揭示沥青混合料搅拌过程中搅拌叶片的磨损特征，保障搅拌机安全高效生产，利用离散元软件EDEM建立了沥青混合料搅拌运动过程中的耦合模型，考虑了沥青混合料温度，基于Archerd 磨损模型和离散元法对搅拌筒和拌叶片进行了数值模拟。结果表明，搅拌叶的磨损程度远大于搅拌筒，其中搅拌叶片4磨损深度最大，最容易发生失效，磨损程度最大处为搅拌叶外侧边缘，且切向磨损大于法向磨损，可以通过增大安装角来降低切向力导致的磨损，搅拌叶4安装角由0°优化为30°，安装角优化后使用寿命可以提升15.5%，优化后搅拌叶片最大工况下预计工作415 d需要更换，为提升搅拌叶片使用寿命和更换时间提供了依据。

关键词： Cu-15Ni-8Sn合金   变形量   磨损行为   工作介质  

摘要： Cu-15Ni-8Sn因其优异的耐磨性广泛应用于轴承制造、航空航天、汽车制造、船舶工程、重型机械等多个领域，受到人们的广泛关注。本文研究了不同冷变形量的Cu-15Ni-8Sn-0.3Fe-0.3Er合金在不同工作介质下的摩擦磨损行为，采用扫描电镜（SEM）观察磨痕形态，并结合能谱仪（EDS）分析磨痕的元素分布情况。结果表明：90%冷变形的Cu-15Ni-8Sn-0.3Fe-0.3Er合金具有最小的摩擦系数并表现出最佳的耐摩擦磨损性能，其主要磨损机制包括磨粒磨损、氧化磨损和粘着磨损。油摩擦条件下，液压油可以有效的减小两摩擦副之间的接触面积，从而减轻合金表面的磨损程度，并且表现出的摩擦磨损性能较为优异，仅存在磨粒磨损。然而在NaCl溶液中的耐摩擦磨损性能相对较差，磨损机制主要包括磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损，主要原因是氯离子(Cl-)易导致合金发生点蚀，加剧了摩擦磨损的程度。

关键词： 航空发动机   摩擦磨损   高速   高温   虚实结合  

摘要： 航空发动机机械基础零部件材料的高速高温摩擦磨损测试具有实验周期长、实验过程复杂、安全风险多等特点，为了降低学习者使用实物测试装置时的风险因素、实验周期与教学成本，设计了一种用于航空发动机中轴承、齿轮、密封等关键机械基础零部件材料的高速高温摩擦磨损测试装置，以及与此实物装置高度一致的虚拟仿真实验系统。通过虚拟仿真实验和实物操作训练相结合的方式，辅助熟悉掌握高速高温摩擦磨损测试的基础知识、操作步骤、实验过程、结果展示等，并实现不受时空条件限制、实验设备限制的实践训练。在完成虚拟仿真实验后再开展线下实物操作训练，让学习者对高速高温摩擦磨损测试装置的结构组成和操作流程形成实感认知，教师则对学生的虚拟仿真实验、实际操作实验、最终实验报告等分别进行过程性和结果性综合评价，以提升摩擦磨损的测试效率和实践效果。

关键词： 制动   热复合   温度分布   摩擦   磨损  

摘要： 持续制动条件与车轮踏面最大温度和温差的关系，是评价车轮热负荷能力的一个关键指标。本文基于1：1制动试验台，针对闸瓦与车轮踏面构成的摩擦副，在不同制动压力、制动速度和制动持续时间的条件下，进行超长大坡道持续制动试验，研究踏面温度在制动过程中的分布规律。结果表明，制动速度由40km/h增至70km/h时，在制动0～1200s，1200～2400s和2400～3600s三个阶段，各阶段的最高温度分别升高97%、118%和86%，最大温差分别增大113%、150%和128%。制动速度的增加，对前两个阶段的温差增幅影响大，缘于制动初始摩擦面温度较低，闸瓦接触区域耐磨而不容易加快接触面积的增加。在制动速度70km/h条件下，压力由3kN增至7kN时，踏面最高温度由321℃增至436℃，增幅为36%，这缘于制动压力的增加，提高了摩擦功率，放大了局部接触状态对摩擦温度的影响，导致踏面温度分布不均匀程度加剧。在制动压力3kN条件下，速度由40km/h增至70km/h，踏面最高温度由176℃增至328℃，增幅为86%，速度的增加在提高制动能量的同时，又增加了制动功率，导致高温区大幅度增加。

关键词： 超高分子量聚乙烯   磨损   变质层   力学性能   微观结构  

摘要： 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)作为人工关节的主要衬垫材料，材料磨损及磨屑形成是影响其植入寿命的关键问题。本文中通过表征UHMWPE表面磨损区域微观形貌和微观组织变化规律，分析磨损区域变质层的演化规律与力学特性。在摩擦磨损试验的基础上，通过压痕试验和划痕试验发现，随摩擦速度和压力增加，磨损区表面硬度增加，且沿滑动方向的划痕阻力减小。借助拉曼光谱分析发现，即随摩擦速度增加，磨损区域表层材料的结晶度增加，即聚乙烯分子链会形成长程有序的分布状态。借助分子动力学模拟方法分析了金刚石压头在UHMWPE表面压痕和划痕的分子过程，分子模拟结果显示压痕深度和划痕阻力也随UHMWPE结晶度增加而降低。当UHMWPE表面结晶度较高时，聚乙烯分子更容易在金刚石压头的挤压作用下发生塑性流动；相反，结晶度较低时，彼此缠结聚乙烯分子链不利于其塑性流动，导致沿摩擦方向的划痕阻力增加。因此，磨损后的UHMWPE表面形成了微观组织和力学性能差别于基体的磨损变质层。随摩擦工况加剧或时间延长，磨损变质层内的或者与基体相连的聚乙烯分子链发生断裂，将造成UHMWPE表面疲劳断裂或形成剥层磨损。本研究UHMWPE磨损区变质层的演化与力学性能变化规律，对于评价人工关节使用性能具有重要参考价值。

关键词： 偏微分方程   高速滚动轴承   振动控制   偏微分界域   前馈补偿控制器  

摘要： 振动行为是导致高速滚动轴承出现谐振位移的主要原因，而谐振位移过于明显则会使轴承敏感性下降，从而影响机械元件的回转精度;为有效抑制轴承谐振位移，设计基于偏微分方程的高速滚动轴承振动控制系统;按需连接滚动轴承振动换能器、轴承振幅控制电路与滚动速率计量装置，完成高速滚动轴承振动控制系统的硬件模块设计;设置偏微分界域，计算偏微分方程数值解，完成偏微分方程表达式的定义，再通过离散化振动信号的方式，确定振动信号参数的数值范围，实现基于偏微分方程的高速滚动轴承振动信号参数求解;搭建前馈补偿控制器模型，完善振动行为的补偿控制算法，以实现对控制向量的容错处理，对轴承振动行为进行补偿性控制，联合硬件模块，完成高速滚动轴承振动控制系统设计。实验结果表明，该控制系统的应用可将高速滚动轴承的谐振位移控制在0～0.5 mm内，不会因明显振动问题使轴承敏感性下降，故机械元件的回转精度能够得到保障。

关键词： 盾构机   盘形滚刀磨损   格拉姆角差场   卷积神经网络  

摘要： 为了提高盾构机掘进效率、有效预测滚刀磨损，采用将格拉姆角差场法（GADF）与改进的卷积神经网络（CNN）结合的预测方法，建立了盾构盘形滚刀磨损预测模型。以某输水工程的盾构数据为研究对象，建立了以滚刀磨损影响因素为主体的磨损数据集，利用格拉姆角差场法转换为二维图像集，以此为输入层训练、优化卷积神经网络模型，确定了最佳网络参数。通过对测试样本的预测结果对比分析，表明GADF－CNN模型的预测误差明显较小，测试样本的平均误差为2.75%，综合预测效果优于简化CSM模型，验证了GADF－CNN模型用于预测盾构盘形滚刀磨损量，具有较高精度和一定可行性。

关键词： 推力圆柱滚子轴承   织构化   磨损量   摩擦系数  

摘要： 为揭示凹坑对滚动轴承摩擦磨损性能的影响，采用激光打标机在81107-TN型推力圆柱滚子轴承轴圈表面制备了直径60μm、250μm，深度1μm、8μm的不同表面织构，然后利用MMW-1A立式万能摩擦磨损试验机与光滑轴承进行了对比试验。试验后采用三维非接触式形貌仪和电子天平对磨损表面和磨损量进行表征。结果表明：与光滑轴承相比较，织构化轴承增加了润滑油作用时间。与其他几种织构的摩擦系数曲线相比，直径60μm、深度1μm的织构化轴承摩擦系数曲线低且平稳。织构深度1μm时轴圈的磨损量降低，最高可降低10.21%。保持架和座圈的磨损量也均低于光滑轴承，其中保持架磨损量最高可降低40.47%，座圈磨损量最高可降低27.51%。纹理更密集、较浅的特征容易产生均匀且覆盖面积大的尼龙膜，这对滚子轴承的减磨更有效果。