脂润滑关节轴承的摩擦副表面织构设计及摩擦性能试验

为研究具有相对滑动运动的织构摩擦面在大载荷脂润滑条件下的摩擦特性,在关节轴承内圈表面设计制造了凹槽和凹坑2种不同形状的织构,采用表面形貌参数中的偏态、峰态和平均谷体积等参数对织构表面形貌进行表征。在专用的疲劳摩擦磨损试验机上对轴承进行摩擦性能试验,润滑剂为二硫化钼锂基润滑脂,载荷分别为20,40和60 k N,滑动速度范围为5.2~20.9 mm/s。结果表明:控制织构参数可获得所需的表面形貌参数,进而控制接触表面的摩擦学性能。对于相同的织构形状,在织构宽度(或直径)和面积密度一定时,织构深度越大,则偏态越小,峰态和平均谷体积越大,从而表面的摩擦系数也就越小;在织构深度和宽度(或直径)一定时,织构面积密度减小,则偏态减小,峰态和平均谷体积增大,滑动摩擦系数也减小。设计合理的表面织构能有效减小滑动摩擦系数,在该试验的速度和载荷范围内,与接触面未织构的轴承相比,凹槽织构和凹坑织构能使轴承滑动摩擦系数最大减小46.2%和60%。该研究可为脂润滑条件下相对滑动摩擦面的织构设计和摩擦性能预测提供参考。     

滑动接触失效判据的适用性研究

界面温度是影响滑动摩擦副失效的重要因素。该文在考虑热源强度的非均匀性和表面膜影响的基础上对微凸体滑动接触时的界面瞬时温度进行了研究,并通过量纲分析给出了计算混合润滑状态下微凸体滑动接触界面瞬时温度的近似公式。针对滑动接触失效时普遍存在的塑性变形特征,以该公式为基础并综合考虑表面膜丧失对微凸体塑性变形的影响,对摩擦副失效的温度判据——Blok闪温理论、临界速度和临界PV值等判据的适用性问题进行了分析。指出对于不同的微凸体几何特征、压力、速度组合,发生失效时的界面温度可低于或高于Blok闪温,并据此给出了Blok闪温理论的适用范围。     

生物质燃油摩擦磨损特性试验分析

采用四球摩擦磨损试验等方法,研究了热解液化方法制备的生物质燃油的摩擦学特性.借助SEM,XPS,GC-MS,TGA等分析测试技术考察了摩擦磨损实验后的摩擦副磨痕表面形貌,磨痕表面元素的化学结合状态,摩擦磨损实验前后生物质燃油的主要化学成分的变化及其热化学物理特性.结果表明:生物质燃油的最大无卡咬负荷(PB值)为392 N,在196N和294N压力,生物质燃油的平均摩擦系数为0.083和0.097,磨痕表面呈带状犁沟:磨痕表面出现了含-OH、-COOH基闭的有机物和FeS、FeSO4的能谱吸收峰;摩擦磨损实验后生物质燃油的醛酸类物质含量明显变化.生物质燃油的摩擦磨损机理归因于在摩擦表面形成了含FeS、FeSO4等的化学反应膜以及含有-OH、-COOH等极性基团的有机物的吸附油膜的存在,使钢球摩擦副之间保持了良好的边界润滑.     

环文蛤贝壳微观形貌及摩擦学行为特性

环文蛤贝壳具有优异的力学性能,对其进行仿生设计并开发新材料已经成为研究热点。该文以辽宁营口的环文蛤贝壳为研究对象,应用JSM-6700F冷场发射扫描电子显微镜对环文蛤贝壳各层微观形貌结构进行了观察,发现角质层表面比较光滑,背面布满大量无规则的球形颗粒,而棱柱层表面存在大量孔洞,颗粒与孔洞提高了二者的有效接触面积,增强了结合强度,环文蛤的分泌黏液通过这些孔洞到达角质层表面,当粒径与孔洞处于嵌合状态时,在黏液的作用下使角质层与棱柱层紧密结合在一起,能够进一步地提高环文蛤贝壳的机械强度;采用微观摩擦磨损试验机UMT对环文蛤贝壳的摩擦性能进行测量,试验表明,试验因素对摩擦因数的影响大小依次为砂纸规格、法向载荷、时间、滑动速度;对磨损量的影响大小依次砂纸规格、时间、滑动速度、法向载荷。采用JSM-6360LV扫描电子显微镜对环文蛤贝壳磨损表面微观形貌进行观察,环文蛤贝壳的主要磨损机理为较低试验载荷条件下的磨料磨损和轻微剥层磨损,以及在较高试验载荷条件下的磨料磨损和严重剥层磨损。     

粉-气混合流润滑试验装置及摩擦学特性

为了研究粉气混合流在摩擦副间的润滑状况,采用空气压缩机及油水分离器提供高压干燥空气,并结合粉末流化和喷粉设备构建了向环块摩擦副间输送粉气混合流的粉末润滑试验装置。基于Timken摩擦磨损试验机,用石墨粉末进行一系列润滑试验。结果表明:此供粉装置能提供稳定持续的粉气混合流;石墨粉气混合流能进入到环块摩擦副中,使其保持良好的线接触并起到良好的润滑作用,摩擦系数在载荷达到450N时还不足0.1,并且随着载荷增大有减小趋势;摩擦力随着载荷的提高而增大,但总体上相对较小;磨损量也比较小,试件块的磨痕呈细细的条状;石墨粉气流通过环块摩擦副时将环块表面间的摩擦转换为石墨颗粒间的摩擦,并通过空气流将大部分热量带走,从而有效降低摩擦副的温度。     

硅灰石纤维填充超高分子量聚乙烯基复合材料干滑动摩擦磨损的BP神经网络分析

超高分子量聚乙烯及其复合材料由于其优良的自润滑和防黏性能可用于农业工程装备中的滑动接触部件和触土部件。基于人工神经网络在复杂系统建模问题上的优越性,考察了几种因素对硅灰石纤维增强复合材料的摩擦和磨损性能影响的模型。考虑到输入、输出数据个数,调试设计了一个3×10×2的BP神经网络,其输入层由3个神经元构成,分别为硅灰石纤维的处理方法、硅灰石纤维的加入量和试验过程中的法向载荷。隐含层有10个神经元。输出层2个神经元分别为材料的摩擦系数和磨损量。基于上述BP神经网络对硅灰石纤维增强超高分子量聚乙烯基复合材料的干滑动摩擦磨损性能进行了模拟和预测。对神经网络的训练和检验表明该BP神经网络能够较好地预测影响因素对复合材料的干滑动摩擦和磨损的作用,大部分数据的预测值与试验值的误差在10%以内,其仿真精度能够满足实际的摩擦磨损预测要求。     

固体颗粒对高压叶片泵配流副油膜特性影响的数值模拟

叶片泵对油液的清洁度要求较高,油液中混入的少量固体颗粒会引起泵内部摩擦副磨损而使其间隙增大,影响叶片泵的容积效率。为了探明颗粒在叶片泵配流副油膜内部的分布状态及其对配流副损坏机制,该研究使用理论分析、数值模拟和试验测试的方法,研究油液中的固体颗粒对高压叶片泵配流副油膜特性的影响。应用Fluent内置的两相流模型,分别改变固体颗粒直径（0.5～13μm）和固相体积分数（0.2%～1%）、泵的工作压力和转速,开展子母叶片泵配流副油膜内部的固相体积分数分布与温度分布的数值模拟,并对数值模拟结果进行验证。结果表明,油液中的固体颗粒基本不影响配流副油膜的压力数值及其分布,但会引起排油区的油膜温度下降低。随着颗粒直径的增大,吸油区油膜固相体积分数减小,最大变化量为0.25%,排油区油膜固相体积分数增大,最大变化量为0.35%,油膜固相体积分数整体上呈增大趋势变化。叶片泵容积效率随着固体颗粒直径的增大而下降,二者近似线性关系。随着颗粒固相体积分数的增加,油膜固相体积分数整体呈增大的趋势变化,最大变化量为0.72%,引起叶片泵容积效率下降,且颗粒固相体积分数与容积效率之间呈非线性关系。油膜表面的温度随颗粒固相体积分数的增加而减小,吸油区各区域油膜温度变化较小,排油区油膜温度最大变化量为2 K。配流副油膜受压差流影响较大的区域内固相体积分数随工作压力升高而减小,最大变化量为0.3%,油膜表面各区域的温度有所上升,核心区域温度变化量为4 K。油膜大部分区域的油膜固相体积分数和温度都随着泵转速的增大而增大,影响较大的区域中固相体积分数最大变化量为0.2%,温度最大变化量为3 K。研究结果可为高压叶片泵配流副的设计提供参考。     

谷子摩擦特性试验及其影响因素分析

为了给谷子机械化播种、收获、加工、储运等作业装备设计及相关技术应用提供摩擦特性参数,该文运用自制的小籽粒休止角测定装置、摩擦系数仪、直剪仪等试验设备,测定了含水率分别为10.7%、13.7%、16.0%、19.8%的谷子的形态尺寸和休止角、滑动摩擦系数、内摩擦系数等摩擦特性参数。分别分析了含水率对谷子各摩擦力学特性参数的影响规律,不同接触材料对谷子滑动摩擦系数的影响,以及剪切速度和垂直应力对谷子内摩擦系数的影响规律。试验结果表明：含水率的变化对谷子形态尺寸的影响不显著（P>0.05）;谷子休止角随含水率增加而线性增大（R2=0.9875）;谷子与钢板、铁板、亚克力板间的动、静滑动摩擦系数均随含水率的增加而线性增大（R2≥0.9795）,与钢板间的滑动摩擦系数最小,亚克力板次之,铁板最高;谷子内摩擦系数受剪切速度的影响并不显著（P>0.05）,随着含水率的增加而线性增大（R2≥0.908）,随着垂直应力的增大而减小。研究结果可为谷子机械化装备的研发与设计提供参考。     

热红外成像用于番茄花叶病早期检测的研究

由于蒸腾作用与植物叶片温度成负相关;利用热红外成像技术研究感染番茄花叶病的番茄叶片表面温度的变化与叶片病变程度的关系,可为实现番茄花叶病早期检测提供依据。以感染番茄花叶病的番茄叶片为材料,在温室条件下,利用热红外成像仪连续检测受病害侵染的番茄叶片表面的温度变化,发现在叶片的病变部位高于正常叶片0.5～1.2℃,且在肉眼无法观测到病变时,从热红外图像已经能发现感染叶片与正常叶片间明显的温度差异。因此,在温室条件下,感染番茄花叶病的叶片表面温差可以显著反应番茄叶片染病程度,叶面温差可以作为鉴别叶片是否感染番茄花叶病的一个指标,将热红外成像技术运用于番茄花叶病早期检测是可行的。     

燃油稀释低黏度机油对柴油机缸套活塞环润滑性能的影响

为研究燃油稀释低黏度润滑油对缸套活塞环润滑性能的影响,该研究以农用柴油机为研究对象,基于燃油湿壁现象考察了燃油稀释低黏度润滑油对混合液的黏度变化影响。试验结果显示,随着燃油稀释率增大,混合液的动力黏度呈现先急剧下降后缓慢下降的变化规律,稀释率从0增加到10%,动力黏度降幅达44.9%,表明少量柴油稀释低黏度润滑油将导致黏度迅速降低。通过构建缸套-活塞环润滑摩擦理论模型,采用数值计算方法探究了燃油湿壁效应对缸套-活塞环摩擦性能的影响机理。模拟计算结果显示,随稀释率的增加,缸套-活塞环之间的油膜厚度变薄,流体动压润滑区间不断缩小,而混合润滑区间不断扩大,导致摩擦副表面微凸体接触增多,特别是在压缩行程上止点附近,缸套-活塞环的摩擦力随着稀释率增加而增大;而缸套-活塞环摩擦副的循环摩擦损失随稀释率增大呈现先降低后升高的趋势,稀释率为10%时摩擦损失最小。通过搭建发动机测试台架进行倒拖试验发现,当稀释率从0增大到30%时倒拖转矩呈现先减小后增大的趋势,且当稀释率为10%时倒拖转矩最小,验证了不同燃油稀释率下倒拖转矩变化与模拟计算结果的一致性。在发动机中应用低黏度润滑油,应控制其稀释率低于20%,以保持必要的润滑作用。研究结果可为为低黏度润滑油的推广应用提供指导。     

土壤粒径对灌木植物根-土摩阻特性影响

为了系统性研究灌木植物根系的固土力学效应,探讨土体对根系的摩阻特性,以4种不同土壤粒径（原级配,1.0~2.0,0.5~1.0,<0.5 mm）和3年生的典型护坡植物种火棘及紫穗槐为研究对象,采用室内直剪的方式对根系进行根—土界面直剪摩擦试验。结果表明：（1）根—土及土—土界面的摩阻强度与垂直荷载呈明显的正线性关系;随土体粒径的增加,根—土及土—土界面的摩阻强度、摩擦系数、黏聚力和摩擦角均呈现下降趋势,且在相同粒径范围内,火棘根—土界面摩阻特性显著优于紫穗槐和素土;（2）根—土界面与素土界面的剪应力随位移的增长速率呈现先增大后减小的趋势;根—土界面剪应力与位移关系曲线呈现曲折蜿蜒式上升,而素土曲线表现为平缓式上升;（3）土体粒径越小,根土间接触面的比表面积越大,细小的土壤颗粒与根表面发生镶嵌,加大接触面的咬合力,使摩阻能力加大。研究结果对进一步探讨灌木植物根—土相互作用力学机制,以及利用灌木植物提高试验区边坡土体稳定性、防治坡面浅层滑落具有一定的理论指导意义。     

黄土区灌木柠条锦鸡儿根-土间摩擦力学机制试验研究

为系统研究灌木植物根系的拉拔摩擦力学机制,该项研究在西宁盆地黄土区的自建试验区内选取生长期为2 a的柠条锦鸡儿作为供试种进行根系拉拔摩擦试验。试验结果表明:柠条锦鸡儿主根的作用主要为提供根-土间静摩擦力,侧根的作用则主要表现为增大根-土间最大静摩擦力、根-土间最大摩擦力及根-土间最大摩擦力对应的根系位移;柠条锦鸡儿根-土间最大摩擦力随着根系总表面积、根系总体积、根系总长、根系总干质量、侧根数5个根系形态学指标的增加而增大,根-土间最大摩擦力与5个根系形态学指标之间可建立幂函数关系,且通过相关性分析可知,根系总表面积是与柠条锦鸡儿根-土间最大摩擦力相关程度相对较为显著的根系形态学指标;在本试验条件下(土体质量含水率15.1%,密度1.65g/cm3)由单根(不含侧根的主根)拉拔摩擦试验所得到的柠条锦鸡儿主根与土体间静摩擦系数为0.738 9±0.04,该值显著大于区内不含根系土体内摩擦系数0.504 0±0.03,表明柠条锦鸡儿根-土界面间的摩擦力值及抵抗变形的能力大于不含根系土体。该项研究结果对于进一步探讨研究区灌木根系的拉拔摩擦力学机制,以及科学有效地防治坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害具有指导意义和实际应用价值。     

基于热红外发射率光谱的土壤盐分预测模型的建立与验证

该研究尝试性地分析盐渍化土壤热红外发射率光谱特征,并建立土壤盐分高光谱预测模型,旨在为遥感传感器识别土壤盐分信息奠定基础。首先,采用FTIR（Fourier transform infrared spectrometer）温度与发射率分离处理软件进行土壤温度和发射率的分离。运用高斯滤波平滑法对研究区野外测的土壤样品热红外发射率光谱数据进行滤波去噪处理。其次,对不同土壤含盐量热红外发射率光谱数据进行特征分析;然后在原始热红外发射率光谱数据的基础上进行4种形式的数学变换,分析热红外发射率光谱数据的变换处理形式与土壤含盐量之间的定量相关性。最后,使用多元回归方法建立预测模型并进行精度评价。结果表明：经过数据变换处理后,发射率光谱差异性有所提高;以平方根变换后的热红外光谱数据建立的预测模型效果较好,R2达到0.82。该研究将热红外遥感独特的发射率光谱特性应用于土壤盐渍化的实际科学问题中,为定量地分析盐渍土热红外发射率光谱信息提供参考。     

散料在锥仓中的静压接触状态与影响因素

为研究散料属性与锥仓结构对散料与锥仓之间接触状态的影响,建立了自由开接触、滑移闭接触、黏着闭接触等状态的接触条件与数学求解模型;以葵花籽、玉米、煤粉、圆砾石、小麦为实例,进行了散料在不同倾角锥仓中的静压接触状态有限元分析,给出了5种散料在倾角分别为20°、33.7°、45°的锥仓中的接触状态。结果显示:散料堆积密度、弹性模量、泊松比、膨胀角、内摩擦角、内聚力等属性对散料在锥仓中的接触状态影响程度不同,其中膨胀角和内聚力有较大影响,膨胀角很小时,可能会有开接触状态,内聚力越大,则黏着接触区越小;锥仓由深向浅过渡时,开接触区域会消失,滑移接触区会变小,黏着接触区会增大。当散料黏着接触区增加时,不利于锥仓卸料;滑移接触区增加则对锥仓表面摩擦损伤大。通过散料在锥仓中的接触状态研究可从力学特性上评价锥仓设计与储料效率。     

Competitive adsorption between phosphate and carboxylic acids: quantitative effects and molecular mechanisms

The competitive adsorption at the water‐goethite interface between phosphate and a carboxylic acid, either oxalate, citrate, 1,2,3,4‐butanetetracarboxylic acid (BTCA), mellitate or Suwannee River Standard Fulvic Acid 1S101F (FA), was investigated over a wide pH range (3–9) by means of batch experiments and attenuated total reflectance Fourier transform infrared (ATR‐FTIR) spectroscopy. The quantitative results from the competitive adsorption measurements show that the efficiency of the organic acids in competing with phosphate was in the order oxalate < citrate < BTCA ≅ FA < mellitate. Oxalate showed no detectable effect, whereas the effect in the mellitate system was strong, and the aggregative results indicate that an increasing number of carboxylic groups favours competitive ability towards phosphate. The infrared spectroscopic results show conclusively that competition for goethite surface sites between carboxylic acids and phosphate is not a ligand‐exchange reaction between inner‐sphere surface complexes. Instead, ligands capable of multiple H‐bonding interactions are required to out‐compete and desorb surface complexes of phosphate. The fact that partially protonated organic acids are the most efficient emphasizes the importance of both H‐accepting carboxylate groups and H‐donating carboxylic acid groups for the competitive effect.     

基于复合滑移理论的轮胎抓地状态建模与验证

为了精确地估计轮胎抓地状态,该文针对影响汽车行驶稳定性和安全性的轮胎和地面之间的相互作用模型进行了深入研究。采用轮胎刷子模型,同时考虑纵向滑移和侧向滑移情况,提出了改进的复合滑移轮胎刷子模型。利用抓地力和最大滚动摩擦系数确定轮胎抓地状态。通过定义复合滑移系数建立了一个关于抓地状态的一元三次方程式,讨论模型中参数对抓地状态的影响,为了提高模型适应性,同时考虑了速度与最大滚动摩擦系数的变化关系。选用225/60R18轮胎的某车型进行3次重复双移线试验,结果显示:在转向时间段内(1.8~2,3.2~3.4,4.4~4.6 s)抓地状态分别为0.54、0.79和0.39,与估计值极限误差分别为4%、5.4%和5.2%,而在直线行驶时测量值与估计值误差小于2%,说明此解析模型可为预测轮胎滑移状态提供一种新的方法。该文对汽车操纵稳定性的研究具有一定的指导意义。     

基于热成像技术的牛舍围护结构传热阻测试方法

针对传统的接触式传热阻测试方法对测试场合要求高、操作复杂、操作时间相对较长等难以应用于环境较为恶劣的畜禽舍问题,该文引入热成像技术,开展了黑龙江地区2种不同类型牛舍的围护结构热特性参数现场测试,获得了基于热成像法和传统接触式测试法下牛舍墙体、屋面、门窗的特征温度值。在此基础上,计算了牛舍围护结构材料的传热阻,并与相应建筑材料的传热阻理论计算值进行了对比分析。结果表明,对于墙体、屋面等围护结构,2种方法所获得的传热阻测试值与理论计算值的偏差小于15%;对于围护结构窗体和门,2种方法所获得的传热阻测试值与理论计算值的偏差在20%~30%之间;虽然热成像法和接触式测试法现场实测值与理论计算值之间都存在偏差,但因现场测试能综合材料老化、脱落、受潮和施工质量等实际情况,相对而言实测值的可信度更高;但综合考虑2种方法,热成像法的操作简单、便捷,可以很好地用于畜禽舍围护结构的热工性能评价。     

不同胶粘面积钢板加气混凝土砌块粘结性能试验

针对新型地下粮仓采用钢板作为防水层、环氧结构胶粘结钢板与加气混凝土砌块作为防潮层的构造做法,分析在粮食水平侧压力及竖向摩擦力作用下该构造层的安全性与可靠性,设计3种胶粘面积分别为A、0.8A、0.5A的试件（A为单块加气混凝土砌块与钢板的接触面积）,分别对其进行竖向单向加载与水平-竖向双向加载,分析3种胶粘面积及2种受力状态对钢板加气混凝土砌块构造层的荷载-位移、承载能力、粘结强度及破坏形态的影响。研究结果表明：水平荷载即仓内储粮产生的水平侧压力对界面粘结性能是有利的;试件在水平-竖向双向加载时更有利于界面的稳定;竖向单向加载作用下胶粘面积为0.5A时的理论最大储粮高度最小,且大于实际储粮高度,说明在地下粮仓设计中,当环氧结构胶粘结面积超过加气混凝土砌块与钢板接触面积的50%时,能够满足储粮荷载作用下的承载能力及粘结强度要求。研究成果可为新型地下粮仓防水防潮构造层的安全性与可靠性提供参考依据。