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关键词： Mass-spring systems   Rod and beam   Interface states   Deep-subwavelength   Quasi-static band gap  

摘要： Topological interface states in mechanical systems are the analogues of the edge modes in topological insulators from the field of condensed matter physics. The interface states produced and reported in the existing literature are located in the Bragg Scattering band gaps of phononic crystals. The corresponding frequencies of the interface states are thus high. This paper proposes a novel mechanical system that can produce an ultra-low frequency interface state in the deepsubwavelength region. Due to the periodic spring connections to the ground, a quasi-static band gap with a starting frequency of 0 Hz can be produced in the proposed system. The spring connections can be tuned to alter the polarization direction of the mode shape. Through a mass-spring model, the formation of an interface state in the quasi-static band gap is demonstrated. Moreover, it is found that by carefully configuring the spring connections to the ground, the interface state in the quasi-static band gap can be tuned to an arbitrarily low frequency. In addition, practical systems based on rod and beam structures are constructed following a similar design methodology. Theoretical analyses demonstrate that for the longitudinal/transverse wave mode in the topological rod/beam structure, a deep-subwavelength interface state can always form in the quasi-static band gap. The possibility of producing the deep-subwavelength interface state at an arbitrarily low frequency is also confirmed in a rod and a beam lattice system.

关键词： surface coatings   abrasion indicator   supraparticles   magnetic particle spectroscopy   identification  

摘要： Identifying and ensuring the integrity of products plays an important role in today's globalized world. Miniaturized information taggants in the packaging surface are therefore required to monitor the product itself instead of applying external labels. Ideally, multiple types of information are stored in such additives. In this work, micrometer-sized core-shell particles (supraparticles) were developed to provide material surfaces with both an identifier and a surface abrasion indication functionality. The core of the supraparticles contains iron oxide nanoparticles that allow identification of the surface with a spectral magnetic code resolved by magnetic particle spectroscopy. The fluorescent silica nanoparticles in the supraparticle shell can be abraded by mechanical stress and resolved by fluorescence spectroscopy. This provides information about the mechanical integrity of the system. The application as surfaces, that contain several types of information in one supraparticle, was demonstrated here by incorporating such bifunctional supraparticles as additives in a surface coating.

关键词： 激光加工   凹坑织构   烧结   磨损  

摘要： 在45钢试件表面激光加工出凹坑织构,并且采用常压、保压烧结方法制备出MoS_(2)填充凹坑织构试件。通过销盘式摩擦磨损实验对比了两种试件表面的摩擦磨损性能,观察了填充表面、磨损表面、对摩球表面,测量了MoS;的脱落面积、磨痕截面面积及对摩球磨损体积。实验结果表明,与常压烧结方法相比,保压烧结方法使试件表面的未填充率降低了66.7%,摩擦系数降低了78.6%,磨痕截面面积减少了48.4%,并且凹坑内MoS;的脱落率下降了53.1%。采用保压烧结方法,可以提高织构表面的凹坑填充率,减少MoS;脱落,改善MoS;填充激光凹坑织构表面的摩擦磨损性能。

关键词： 海上平台   滑动轴承   油液分析   电镜能谱分析   异常磨损  

摘要： 通过对海上平台燃气轮机发电机的在用油进行分析,发现了设备的异常磨损故障及其产生原因。对发电机滑动轴承在用汽轮机油的理化指标、污染指标、磨损指标进行检测分析,对油中的磨损金属颗粒进行电镜能谱分析,并对轴瓦结构及滑动轴承润滑油膜进行讨论。其中,水分污染和油品氧化造成了在用汽轮机油的油膜强度下降,过滤器滤芯精度不够造成了油中的大尺寸颗粒难以被滤除,而且钢质和铜合金磨粒尺寸大于油膜厚度,这些因素共同造成了轴瓦的异常磨损。对磨粒材质和滑动轴承的设计进行分析发现,滑动轴承轴瓦的磨损比较严重,已经磨损到了钢背层。故障分析的过程及结果为发电机组的状态监测和故障检修提供了依据,也为其他机械设备的润滑磨损故障分析提供了思路。

关键词： 纯铜   双层辉光等离子合金化   渗钽层   微观结构   耐磨性能   耐腐蚀性能  

摘要： 目的提高纯铜表面等离子渗钽层的耐磨性能和耐腐蚀性能。方法采用双辉等离子表面合金化技术在纯铜表面制备渗钽层。通过扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪分析渗钽层的微观形貌、元素分布和物相结构。利用纳米压入和表面划痕试验测量渗钽层的硬度和与基体的结合强度。通过摩擦磨损和电化学试验评价渗钽层的耐磨性能和耐腐蚀性能。结果使用双层辉光等离子表面合金化技术可以在纯铜表面制备出组织致密均匀、内部无孔隙的渗钽层,与基体结合良好,膜层厚度约为12μm且与基体存在3μm厚的互扩散过渡层。渗层物相主要为α-Ta,与基体的结合力为25.8 N,渗Ta处理后,试样表面纳米硬度从1.5 GPa提高到7.0 GPa。与纯铜基体相比,渗钽层的摩擦因数从1.15降低到0.82,比磨损率由基体的46.97×10^(−5) mm^(3)/(N·m)降至渗钽层的22.91×10^(−5) mm^(3)/(N·m),耐磨性得到提高。纯铜基体主要表现出黏着磨损现象,而渗钽层则表现出轻微的磨粒磨损。渗钽试样在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电位和极化电阻均显著提高,自腐蚀电流密度下降,耐腐蚀性能优异,渗钽层对基体起到很好的腐蚀保护作用。结论通过双层辉光等离子表面合金化技术在纯铜表面制备得到致密均匀的渗钽层,可有效地提高纯铜的耐磨性能和耐腐蚀性能。

关键词： 水平井   井眼轨迹   套管壁厚   钻杆接头耐磨带   套管磨损   剩余强度  

摘要： 在水平井钻井过程中,受造斜段井眼曲率大、水平段钻具受重力影响躺在井眼底边等原因,技术套管磨损问题极为突出,井筒完整性存在极大隐患,对水平井套管磨损及剩余强度的分析展开系统性的研究是非常有必要的。文章采用套管磨损实验和套管磨损效率预测模型相结合的方法,对技术套管的磨损厚度、磨损系数、磨损后套管的剩余强度进行了研究分析,得到了在水平井磨损系数为1.52×10^(-13)Pa^(-1)、井眼曲率在(2~6)°/30 m时的套管磨损厚度、磨损后套管的剩余抗内压强度和剩余抗外挤强度,并对磨损后套管剩余强度进行安全评价。随后从井眼轨迹优化、套管内径及钻杆接头耐磨带选择等出发,总结出水平井技术套管防磨优化建议。此项研究结果对水平井技术套管防磨设计及防磨措施具有指导意义。

关键词： 自修复   磨损   疲劳   腐蚀   复合材料  

摘要： 机械零件的几种典型失效均源自于材料表面早期的微观损伤,在磨损、腐蚀、疲劳等工况条件下服役的零件往往因为材料表面局部损伤而导致整体失效,最终引起设备故障甚至造成灾难性后果。传统工程材料在化学成分与制备工艺确定后,其物相构成、组织结构、力学性能和使役行为随即确定,其难以满足机械零件极端工况、高可靠性和长寿命的新需求。生物系统通过自主修复来应对自身损伤,帮助生物体恢复健康并延续生命。近年来,受生物体损伤自修复与自愈合过程的启发,在智能材料、先进表面技术、仿生科学和信息技术等交叉融合的基础上,发展形成的集损伤感知激励、状态智能诊断、在线修复愈合于一体的智能自修复材料与技术,为解决材料早期微观损伤的修复问题,提高工程系统的运行效率、可靠性和延长使用寿命提供了新的解决方案。经过几十年的研究和发展,自修复材料已涵盖了混凝土、聚合物、陶瓷、金属等多个领域,自修复过程针对的损伤形式也覆盖了磨损、腐蚀、疲劳等多种失效模式。该研究领域涉及自修复材料设计、自修复体系构筑、自修复性能评价和自修复机理等多个方面,是多学科综合交叉的热点方向。本文介绍了典型自修复材料体系的分类及基本原理,综述了针对磨损、疲劳、腐蚀三种典型损伤失效形式的自修复材料的研究进展,分析了该领域当前存在的问题及未来的发展趋势。

关键词： 多喷嘴对置式水煤浆气化炉   激冷室   灰渣颗粒   磨损   数值模拟  

摘要： 多喷嘴对置式水煤浆气化技术是我国自主研发的一种洁净煤技术,具有转化率高、有效气含量高等优点.气化炉是煤气化工艺的核心设备之一,其主体结构包括燃烧室与激冷室两部分.燃烧室反应生成的粗合成气夹带固体灰渣颗粒进入激冷室液池,在气液两相湍流作用下与炉体发生碰撞,造成冲蚀磨蚀等破坏,对气化炉安全和长周期稳定运行造成影响.本文以多喷嘴对置式气化炉为研究对象,建立了激冷室三维物理模型;利用VOF多相流模型和DPM离散相模型研究了气液固三相流场,得到连续流场和不同粒径颗粒的分布状态;通过Fluent UDF对灰渣颗粒与炉体碰撞位置和碰撞参数进行了统计分析,得到激冷室内碰撞多发区域及破坏机理.研究结果表明:合成气进入激冷室液池中形成负浮力射流,动量逐渐衰减,最终改变运动方向而向上反折流动;不同粒径的颗粒在激冷室流场中的分布不同,粒径较小的颗粒气相跟随性更为明显,分布范围更广;颗粒粒径影响其与激冷室壁面主要碰撞区域,粒径为0.05 mm和0.1 mm的小尺寸灰渣颗粒碰撞主要发生在下降管下端;0.5 mm的大尺寸灰渣颗粒碰撞主要发生在激冷室炉体下部,在设计制造过程中要重点关注;分析碰撞角度发现各壁面碰撞破坏机理不同:下降管下端壁面主要是撞击磨损;激冷室炉体则是冲刷磨损和撞击磨损的耦合作用.

关键词： 中速柴油机   配气凸轮   摇臂滚轮   磨损  

摘要： 针对某型柴油机出现配气凸轮与摇臂滚轮异常磨损的情况进行故障成因排查研究,结果表明:配气凸轮与摇臂滚轮发生异常磨损时,摇臂滚轮与滚轮轴同时存在“拉毛”及转动不灵活现象,主要原因是滚轮轴与滚轮之间间隙偏小,摇臂表面粗糙度较差,引起润滑油不能顺畅地进入滚轮和滚轮轴,油膜建立不良、润滑冷却不好,导致摇臂滚轮与滚轮轴早期磨损,进而引发凸轮与滚轮的异常磨损。据此进行了摇臂表面质量改进以增加润滑油流动顺畅性,实施了滚轮轴与滚轮间隙控制以保证油膜良好建立,将凸轮轴油孔直径增大以增加润滑油量。

关键词： 柔性机械系统   分布参数建模   控制策略   控制方法   振动抑制  

摘要： 近年来,柔性机械系统以其轻量化、低耗能、操作灵活等优势在航空航天、海底勘探、机器人、机械制造等领域得到了广泛关注,其建模和控制问题也成为了当今国内外学者研究的热点问题。在本文中,首先介绍了柔性机械系统的部分应用背景,紧接着汇总了柔性机械系统常见的分布参数建模方法、控制策略、控制方法以及实际工程问题。最后,对柔性机械系统分布参数建模与控制问题进行了总结,并对未来的研究方向进行了展望。