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关键词： Airborne-particle abrasion   Biaxial flexural strength   Crystalline structure   Low-temperature degradation   Monolithic zirconia   5 mol% yttria-stabilized zirconia  

摘要： Monolithic dental prostheses fabricated from 5 mol% yttria-stabilized zirconia (5YZ) have been developed to improve the translucency of conventional 3 mol% yttria-stabilized zirconia. In this study, we aimed to evaluate the influence of airborne-particle abrasion (APA) and low-temperature degradation (LTD) on the mechanical properties of 5YZ in association with the crystalline phase transformation. In total, 120 disc-shaped specimens of two brands of 5YZ (Lava Esthetic and Katana UTML) were prepared. The specimens were divided into four groups (n = 15 for each group): (i) control, (ii) APA, (iii) LTD, and (iv) APA + LTD groups. APA was performed with 50 mu m alumina particles, and LTD was induced by autoclaving at 134 degrees C for 50 h. The biaxial flexural strength of the specimens was assessed using a piston-on-three-ball test according to ISO 6872:2015, and Vickers hardness was determined using a microhardness tester. The crystalline phase was analyzed by the Rietveld refinement of X-ray diffraction patterns. APA significantly increased the flexural strength of the Lava Esthetic specimens, whereas LTD hardly affected the strength of both materials. APA and APA + LTD significantly increased the Vickers hardness of both materials. According to Rietveld analysis, the pseudocubic phase was predominant in both materials, i.e., 66 mass% and 81 mass% in the Lava Esthetic and Katana UTML specimens, respectively. APA induced the rhombohedral phase at approximately 37 mass% in both materials, while LTD induced the monoclinic phase at 2.8 mass% in the Lava Esthetic specimens and 0.9 mass% in the Katana UTML specimens. APA + LTD weakly affected the amount of the rhombohedral phase but slightly increased the amount of the monoclinic phase. These findings suggest that APA may improve the mechanical properties of 5YZ, particularly hardness, via the generation of the rhombohedral phase. In contrast, the influence of LTD on the mechanical and microstructural properties of 5YZ wa

关键词： 机械系统  

ISBN: (纸本)9787565050152

摘要： 本书主要介绍基于ADAMS及MATLAB/Simulink的机械系统仿真方法与原理。全书共分9章，具体内容包括：机械系统仿真概论、MATLAB/Simulink简介、ADAMS简介、单自由度系统仿真、二自由度系统仿真、平面机构仿真、机械机构的轨迹规划、机械仿真中的间隙副问题、ADAMS参数化建模及优化设计。

关键词： 轴向柱塞泵   双金属复合材料   有限元仿真   粉末冶金   硬质颗粒  

摘要： 轴向柱塞泵作为液压系统的核心动力元件,因其额定压力高、容积效率高、流量大等特点而被广泛用于工程建设和航空航天等领域。柱塞泵常会因为在工作时剧烈的柱塞副磨损导致功率损耗变大、容压减小、工质泄露、内衬材料脱落和咬合等问题而失效,上述问题严重影响了轴向柱塞泵的工作效率、整机性能和使役寿命。因此,增强柱塞泵柱塞副在严苛工况下的耐磨性能,成为延长设备使役寿命和提高机械设备整体性能的关键因素。本研究基于轴向柱塞泵柱塞副工作原理和运动规律,建立实验室摩擦试验模型。摩擦试验均在MRH-3型高速“环-块”磨损试验机上完成,其中摩擦试验的对偶环选用GCr15轴承钢环,试样为粉末冶金方法制备的铜基双金属复合材料。研究主要分以下几个方面进行:首先,利用有限元仿真软件建立了“环-块”摩擦试验模型,对摩擦试样的应力应变进行可视化分析,通过考察不同铜层厚度摩擦副的承载能力和强度,优选最佳铜层厚度,为后续试验的研究提供参考和指导。其次,采用完全合金粉末和扩散合金铜锡粉末烧结制备了Cu Sn10(D)、Cu Sn10、Cu Sn10Pb10(D)和Cu Sn10Pb10四种自润滑铜合金复合材料。观察了原粉及其烧结后的铜合金复合材料的不同表面形貌、元素分布和显微组织。通过“环-块”摩擦试验研究了铜合金在不同工况下的摩擦学性能,分析了磨损界面和磨屑形貌以及第三体层的形成过程。最后,研究了硬质颗粒Ti B对Cu Sn10Bi3双金属轴承材料摩擦学性能的影响,并分析比较了不同工况下的金相组织结构和摩擦学特性。结果表明,当自润滑铜层厚度为0.3 mm时,双金属摩擦副材料的应力变化更加稳定。扩散合金粉末具有不规则的枝晶形貌,其孪晶组织结构提高了成型材料的硬度和承载能力;与完全合金化粉末烧结Cu Sn10试样相比,扩散合金粉末磨损率在各种工况条件下都大大降低。扩散合金粉末烧结试样在磨损轨迹上倾向于形成一个更连续、更完整的第三体层,具有更好的耐磨性能。同样,硬质颗粒Ti B的添加细化了铜合金晶粒,钝化了晶界边缘,降低了样品的表面孔隙率。当Ti B含量为1%时,磨损率急剧下降,故具有抗磨性能的Ti B硬质颗粒增强了铜合金基体材料的强度,提高了摩擦副材料的耐磨性能。综上所述,借助仿真手段确定了最佳的双金属自润滑铜层厚度。通过改变冶金粉末类型和添加硬质增强相的方法来改善和提高柱塞副材料的摩擦磨损性能,并分析了摩擦副材料在不同工况条件下的摩擦学行为,深入表征了其磨损机理,为揭示柱塞副的摩擦学行为和耐磨性机理提供了研究方法和理论指导。

关键词： 粗糙度轮廓仪   安装误差   迭代滤波   Archard公式   磨损预测  

摘要： 齿轮是通过啮合的齿面相互作用传递运动和动力的重要零部件。在各种类型的机械传动中,圆柱齿轮约占48%,广泛地应用在传动、变速和换向等机械装备中。在齿轮的各种失效形式中,因磨损失效约占60%～80%。Archard磨损公式是目前齿轮磨损预测中应用最广泛的公式,通过Archard磨损公式,可实现磨损预测,进而指导齿轮设计,但该公式中磨损系数的难以精确确定,影响了磨损预测的准确性。针对该问题,本文首次提出考虑安装误差的FZG齿轮试验中齿廓偏差精确获取方法;然后,基于所得齿廓偏差利用迭代滤波实现齿廓磨损量精确评定,并沿齿廓方向逐点计算磨损系数;最后,结合计算各点微点蚀安全系数,实现齿廓磨损预测。论文主要研究内容如下:(1)提出了在FZG齿轮试验中,基于粗糙度轮廓仪的齿廓在线测量装置安装误差修正方法。理论分析了FZG试验中,齿廓在线测量装置安装误差对测量结果的影响规律,设计了基于轮廓仪的齿轮测量实验验证理论推导的正确性。最后提出了向垂直于齿轮基准轴的平面投影的安装误差补偿方法,实现了FZG齿轮试验中不同阶段所测得的齿廓偏差曲线的计算。(2)提出了面向磨损量精确评定的齿廓偏差曲线迭代滤波算法,以获取齿廓偏差曲线的上轮廓线。研究了迭代滤波中滤波器类型选择、截止波长和停止条件的设定方法。基于所得到的不同阶段齿廓偏差曲线的上轮廓线,得到了每个阶段齿廓上各个点的磨损量。(3)研究了基于齿廓各点磨损量与Archard磨损公式,确定齿廓上各点磨损系数的方法。根据国际标准ISO/TS 6336,逐点计算了齿廓表面上各个阶段的比油膜厚度、许用油膜厚度与安全系数等参数,确定了发生微点蚀磨损的安全系数阈值,实现了FZG齿轮试验中齿廓磨损的预测。本文系统研究了FZG试验过程中,齿廓磨损量的精确测量与评定方法。在此基础上,确定了Archard公式中的磨损系数,并结合微点蚀安全系数实现了圆柱齿轮在润滑条件下的磨损预测,为进行齿轮摩擦学设计提供了依据。

关键词： 化学链燃烧   铁基载氧体   磨损   增韧   CO2捕集  

摘要： 化学链燃烧技术被认为是最具有发展潜力的碳捕集技术,具有CO内分离的优点,借助于传递晶格氧和热量的载氧体,实现了低耗能、低成本地捕集CO,应用前景广阔。载氧体是化学链燃烧技术的核心组成部分,其磨损行为极大地缩短了它的运行寿命,严重阻碍了化学链燃烧技术的大规模商业化运行。本文针对载氧体的磨损现象,采用机械混合法分别制造了煅烧温度为1300℃、1400℃和1500℃的FeO/AlO载氧体和添加AlO纤维的铁矿石载氧体,通过流化床反应器开展了相对长周期载氧体的流化磨损实验和添加铝纤维载氧体的磨损实验测试,分别从载氧体的流化磨损特性和磨损时变规律、磨损机理和颗粒的破碎过程以及添加AlO纤维载氧体的增韧机理等三个方面进行了研究。在载氧体流化磨损特性方面的研究中,深入分析了反应器内载氧体磨损性能的变化规律。通过巧妙地设计并开展了冷态、热态以及反应态的流化磨损实验,发现在不同实验条件下同一种载氧体的磨损速率遵守冷态<热态<反应态的规律。在60个循环以后,煅烧温度为1300℃、1400℃和1500℃载氧体在反应态实验中的磨损速率分别为0.65wt.%/h、0.1wt.%/h和0.13wt.%/h,结合氧运输能力可知,煅烧温度为1400℃载氧体的循环稳定性能最好,其综合性能最佳。对反应前后的载氧体进行了粒径分布和微观形貌的研究,结合Gwyn动力学方程拟合参数分析,确定了在冷态和热态实验中的载氧体主要发生了表面磨损,而反应态实验中的颗粒遭受了以体相断裂为主的混合磨损机制。定量分析了机械应力、热应力和化学反应力对载氧体的磨损贡献率,揭示了机械应力和热应力在循环反应初期时对其磨损贡献率较大,而在循环反应的中后期,化学反应力逐渐增加了对颗粒磨损贡献的占比,并在后期完全占据主导地位的规律。在载氧体磨损机理的探索方面,阐明了反应态中载氧体的磨损机理和破碎过程。结合宏观磨损速率和微观的表征分析,研究了反应过程中载氧体的机械强度和磨损速率演变之间的关系,结果表明在循环的化学反应过程中,机械强度大的颗粒其磨损速率不一定小,两者间没有明确的相关性。借助于扫描电子显微镜观察不同实验前后载氧体的微观形貌,确定化学反应促进了颗粒表面裂纹的萌生与扩展,并且使其组织结构变得疏松多孔。结合其它表征方式的结果分析得到,在还原阶段中载氧体的扩孔效应和氧化过程中颗粒表面形成富铁层的协同效应下,在流动颗粒的机械碰撞过程中,载氧体内部的支撑骨架结构遭到了严重的破坏。总之,在以化学反应为内因和机械碰撞为外因的共同作用下,载氧体颗粒发生了磨损与破碎。在延长载氧体寿命方面的研究中,提出了一种由AlO纤维增韧铁矿石载氧体并提高其抗磨损性能的方案,详细阐述了纤维对颗粒的增韧机理。通过对添加铝纤维铁矿石和铁矿石载氧体分别进行磨损实验和机械强度的测试,发现铝纤维能够显著提升载氧体的机械强度和抗磨损性能。结合扫描电子显微镜分析,发现实验中添加铝纤维铁矿石表面的裂纹扩展出现了偏转、分叉和钝化现象,纤维阻碍了颗粒表面裂纹的扩展,消耗了裂纹扩展的能量,表明纤维对铁矿石载氧体起到了良好的增韧作用。本论文有图62幅,表12个,参考文献131篇。

关键词： 旋转超声磨削   磨损模型   磨损形式   Si3N4陶瓷  

摘要： 随着现代航空航天技术的飞速发展,对材料性能要求也越来越高。热压烧结SiN陶瓷作为新型航空航天材料,具有优良的耐磨性及化学稳定性,以及密度小、高温力学性能高等特点。但热压烧结SiN陶瓷作为典型的硬脆材料,加工起来十分困难。旋转超声磨削加工较好的解决了这一问题,它是集超声高频振动与旋转磨削加工复合的一种加工工艺方法。旋转超声磨削加工具有磨削力较小、加工表面质量高等优点。但是在加工过程中,磨具磨损不仅会影响到SiN陶瓷表面加工质量,还会对磨具的使用寿命有较大的影响。为了提高加工表面质量,减小磨具磨耗并降低加工成本,开展基于旋转超声磨削的金刚石磨具磨损行为演变机制研究具有重要的意义。首先,针对热压烧结SiN陶瓷在超声磨削加工过程中金刚石磨具超声振动磨削特性,对单个金刚石磨粒进行受力分析,并分析不同结合剂的特性。将磨粒与结合剂之间的镶嵌机制进行理论分析,并确定磨具在超声磨削加工过程中金刚石磨具的磨损形式及磨损阶段。其次,建立金刚石磨粒三维随机模型。结合金刚石磨粒形貌随机属性,依据虚拟格子法,并根据磨具随机形貌生成磨具三维随机模型,最后根据试验结果,按照磨损形式所占比例建立磨具磨损表面形貌三维模型,实现磨具磨损随机形貌三维建模。最后进行旋转超声磨削实验,根据试验后得出的磨具磨损的数据,分析金刚石磨具在不同工艺参数和工具参数条件下对磨具磨损的影响。并根据试验结果,分析金刚石工具磨损的影响规律。进行磨具破坏性磨损试验和磨具磨削力检测试验,观测磨具出现的破坏性磨损形式,判断磨具磨损阶段,并使用扫描电镜观测磨具磨损表面形貌和陶瓷表面形貌,通过能谱分析探索磨具破坏磨损的产生原因,分析不同磨损阶段材料表面加工质量的规律。

关键词： 聚醚醚酮   磨损   接触应力   交叉剪切  

摘要： 当今人口老龄化越来越严重,患有关节疾病的人数不断上升,不少年轻人由于工作强度大等因素导致关节磨损严重引起关节受损。置换人工关节已成为治疗关节疾病的非常有效的措施,而由于患者需要进行步行、深蹲、上下楼等日常活动,置换的人工关节对磨损性能有很高的要求。本文通过改变运动形式及承受的压力来研究人工关节材料的磨损性能。本文以超高分子量聚乙烯（ultra-high molecular-weight polyethylene,UHMWPE）与聚醚醚酮（PEEK）和碳纤维增强聚醚醚酮（CFR-PEEK）为研究对象,分别展开UHMWPE/PEEK及UHMWPE/CFR-PEEK这两种配副在不同接触应力及不同交叉剪切比下销盘磨损试验研究,通过分析不同试验条件下测得的磨损体积和磨损系数并结合表面形貌分析,揭示了两种材料配副的磨损特性,得到了以下结论:磨损试验结果表明,不论在何种接触应力下,UHMWPE/PEEK配副中销的由磨损量计算得到的磨损系数都远远大于UHMWPE/CFR-PEEK配副,前者约为后者的5倍。两者的磨损体积和磨损系数均在接触应力为3.18 MPa时最小。随着交叉剪切比的增大,UHMWPE/PEEK配副销的磨损体积和磨损系数变化不规律,而UHMWPE/CFR-PEEK配副中销的磨损体积和磨损系数随交叉剪切比不断增大。前者磨损系数对交叉剪切的变化有很强的依赖性,而后者的磨损系数在交叉剪切比0到0.087间受其影响并不大。通过观察试验前后试样的表面形貌图结合其表面形貌表征Sa、Ssk和Sku参数,观察到UHMWPE/PEEK配副中接触应力为3.18 MPa时表面以波谷为主,储油能力更佳,解释了磨损系数随接触应力增大而减小的现象。交叉剪切比不同时,销的Sa区别较大,表面凸起的形状及面积变化没有规律性。而UHMWPE/CFR-PEEK配副中销的Sa不论在何种试验条件下均小于前者,且各项表面形貌参数受试验条件影响较小,表面更平坦。综上所述,UHMWPE/CFR-PEEK配副磨损性能在本文所采用的不同接触应力和不同交叉剪切条件下较UHMWPE/PEEK配副更优。

关键词： Ni/Si3N4复合镀层   电泳-电沉积   水润滑   低摩擦系数   磨损  

摘要： 近年来,环境污染和能源短缺问题持续恶化。水润滑技术具有绿色节能和清洁安全的优点,并得到了众多关注。在水润滑材料中,氮化硅陶瓷机械性能优异,并且能够在水润滑环境中实现超低摩擦。然而,氮化硅陶瓷具有难加工性,在水润滑领域的应用受到限制。由于复合镀层技术能够提升材料的综合性能,本文利用共沉积法和电泳-电沉积法制备了不同颗粒含量的Ni/SiN复合镀层,并研究了复合镀层的水润滑行为和其他性能。全文的主要结论如下:（1）相较于共沉积法,电泳-电沉积法制备的Ni/SiN复合镀层颗粒含量更高,体积分数最高为45.67%。氮化硅颗粒提高了复合镀层的表面粗糙度、结合力和硬度,也提升了复合镀层在干摩擦和水润滑条件下的耐磨性能;（2）在水润滑条件下,电泳时间为3min或5min的Ni/SiN复合镀层能够达到低摩状态（约为0.015）,实现低摩的原因在于光滑磨损表面的形成以及SiN摩擦化学反应可能在磨损表面形成的润滑膜;（3）在本文中,电泳时间为3min的Ni/SiN复合镀层在水中均实现了低摩。滑行速度的增加有利于减少配对副的磨合时间和磨损率。复合镀层的磨合时间随表面粗糙度的增加而增加。水温的上升增加了配对副的磨合时间以及磨损率。在水中加入Na Cl或Si O均能够减少复合镀层的磨损率,但增加了其磨合时间。而在水中加入NaSi O不仅减少了复合镀层的磨合时间和磨损率,还减小了磨合期的摩擦系数。