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  • 2019年第44卷第4期文章目次
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    • 平板式固体氧化物燃料电池封接气密性的LBM模拟与分析

      2019, 44(4):1-7. DOI: 103969/jissn0254-0150201904001

      摘要 (1047) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:对平板式固体氧化物燃料电池(SOFC)的压缩密封结构的泄漏特性进行定量研究。为模拟粗糙泄漏通道的复杂形貌,采用粗糙表面数值重构技术来构建不同气体泄漏通道;考虑流动通道尺度细微、边界复杂,应用格子Boltzmann方法(LBM)对气体流动特性进行数值分析,建立包括粗糙表面几何特性参数在内的泄漏率计算模型;通过单粗糙峰微观接触力学分析,建立泄漏通道结构特征参数随应力变化的定量关系式,并分析各种因素对封接气密性的影响。结果表明:压缩密封结构的主要影响因素为粗糙表面形貌、密封材料机械力学特性、密封流体物性以及密封结构工作状态;表面粗糙度越大,温度越高,泄漏率越低;压缩密封过程中材料变形较小,对泄漏率的影响也较小;不同介质的热物理性质差异会引起泄漏率的不同。将提出的模型应用于某SOFC密封结构的泄漏率预测,计算结果与实验测量结果吻合良好,验证了模型的准确性。

    • 油溶性硼酸镧纳米微粒的制备及其在不同基础油中的摩擦学性能研究

      2019, 44(4):8-13. DOI: 103969/jissn0254-0150201904002

      摘要 (1023) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用表面修饰技术和沉淀法制备油胺修饰的硼酸镧(OAmLaBO3)纳米微粒,采用多种仪器设备分析OAm-LaF3纳米微粒的结构、形貌及化学组成,评价OAmLaBO3纳米微粒在矿物油液体石蜡(LP)和合成酯类油癸二酸二异辛酯(DIOS)基础油中的减摩抗磨性能,推测其在LP和DIOS中的摩擦学作用机制。结果表明:OAmLaBO3在LP和DIOS基础油中均具有一定的减摩、抗磨性能,其中在LP中减摩性能显著,而在DIOS中抗磨性能突出。主要原因是LP和DIOS的极性不同,OAmLaBO3纳米微粒在摩擦过程中分解的有机小分子在摩擦表面吸附的难易程度不同,造成了减摩抗磨机制不同。

    • 新型径向槽结构静压气体轴承静态特性研究

      2019, 44(4):14-19. DOI: 103969/jissn0254-0150201904003

      摘要 (1120) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计一种新型径向槽结构静压气体轴承,其周向和径向截面分别呈椭圆弧形和扇形。建立该径向槽结构静压气体轴承CFD模型,分析径向槽结构参数如深度、半径、数目、角度和试验参数供气压力,对静压气体轴承承载能力和刚度的影响。研究结果表明:静压气体轴承承载能力随槽结构深度、数目、角度和供气压力增加逐渐增大,随槽结构半径增加先增大后减小;槽结构数目和供气压力对其承载能力影响尤为显著;静压气体轴承径向槽结构参数和供气压力影响其刚度及最佳刚度对应的气膜厚度,其中槽结构半径、数目和供气压力对刚度值影响显著,槽结构角度和半径对最佳刚度对应的气膜厚度影响显著。由此可见,径向槽结构参数显著影响静压气体轴承的承载能力和刚度。

    • 汽轮机大尺寸动压轴承特性数值模拟研究

      2019, 44(4):20-26. DOI: 103969/jissn0254-0150201904004

      摘要 (1008) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:大尺寸汽轮机动压轴承与传统汽轮机以及其他常用的更小尺寸动压轴承相比,其尺寸更大、比压更高,并不完全符合经典润滑理论的层流假设,在估算其特性参数时需要进行进一步的研究。采用有限体积法,考虑滑油温黏效应和油膜空化效应,对某典型核电动压轴承在不同转速下的静态特性进行数值分析;对比层流和紊流模型以及不同空化模型得到的数值分析结果,并与文献数据进行比较。结果表明:Realizable kEpsilon紊流模型结合Singhal et al.空化模型适用于该型动压轴承的模拟。在此基础上获得了大尺寸汽轮机动压轴承在不同转速下的油膜厚度规律、压力分布、温度分布、润滑油流量等静态特性规律以及轴承刚度阻尼动态特性数据。

    • T形滑环组合密封圈密封性能研究

      2019, 44(4):27-32. DOI: 103969/jissn0254-0150201904005

      摘要 (983) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用ANSYS建立T形滑环组合密封的二维轴对称有限元模型,将密封结构划分为4个密封区域,研究静、动密封状态下介质压力、密封间隙、摩擦因数和T形滑环斜边与垂直线之间的角度,对组合密封圈密封性能的影响。仿真结果表明,T形滑环组合密封可以满足研究的压力范围下的静、动密封要求。其最大Von Mises应力和最大接触应力随介质压力增大而增大,随密封间隙增大而减小;最大Von Mises应力和最大接触应力随滑环斜边与垂直线之间角度增大而增大,当角度为25°~75°时,组合密封可达到密封要求且滑环不易磨损;摩擦因数越小,组合密封动密封性能越好。

    • 螺杆定子衬套热老化本构参数及内腔变形规律研究

      2019, 44(4):33-39. DOI: 103969/jissn0254-0150201904006

      摘要 (1055) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究定子衬套材料氢化丁腈橡胶力学性能,设计氢化丁腈橡胶的热老化试验,基于试验数据进行MooneyRivlin和Yeoh本构模型参数的拟合,并评价2种本构模型的拟合精度;建立螺杆电动机定子衬套有限元模型,分析不同井深下定子内腔位移变化规律。结果表明:相比MooneyRivlin模型,Yeoh模型能更真实地反映氢化丁腈橡胶的力学特性;不考虑老化时的定子内腔位移比考虑老化时的位移要大,并且随着温度的增加其差值增大,因此在仿真分析时应考虑老化因素的影响;不同井深下等壁厚定子位移幅值远小于常规定子,因此等壁厚定子可用较小过盈量满足密封要求,从而可降低定子衬套磨损,并提高单级承压能力。

    • 基于QPSO-SVR和声发射信号的机械密封寿命预测

      2019, 44(4):40-45. DOI: 103969/jissn0254-0150201904007

      摘要 (1118) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有机械密封监测技术难以有效预测剩余使用寿命的问题,提出基于声发射特征融合的退化指标和QPSO-SVR寿命预测模型的机械密封剩余寿命预测方法。首先通过实验采集多组机械密封的全寿命数据,进行小波阈值降噪处理,从原始声发射信号中提取出能表征机械密封运行状态的特征,利用KPCA分析优化得到的声发射特征,然后通过马氏距离对得到的特征进行融合进而得到能够表征机械密封退化的指标,利用QPSO优化SVR模型参数,建立寿命预测模型。实验结果显示:基于退化指标和QPSO-SVR模型的寿命预测方法有着较好的泛化能力和较高的精度,具有良好的工业前景。

    • 表面织构动压滑动轴承油膜力解析模型

      2019, 44(4):46-54. DOI: 103969/jissn0254-0150201904008

      摘要 (1050) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出一种求解表面织构动压轴承油膜力的解析模型。基于Sommerfeld油膜边界,通过分离变量的方法,求解表面织构动压滑动轴承二阶偏微分Reynolds方程,得到表面织构动压滑动轴承油膜压力解析式。以圆形凹坑轴承为例,在油膜区域通过积分求得织构轴承的油膜力,分析织构参数对油膜压力的影响,研究发现,表面织构位于收敛区域(升压区)的轴承,其润滑与承载性能优于表面织构位于发散区域(降压区)的轴承、全织构轴承以及光滑轴承。对比了提出的解析模型与FDM和CFD模型在不同长径比和偏心率下的计算结果,结果表明,提出的解析模型能准确地描述表面织构动压滑动轴承的油膜力,且计算结果同FDM和CFD模型计算结果基本一致,验证了该模型的正确性。

    • T形槽气膜密封槽底粗糙度有序造型的扰流效应

      2019, 44(4):55-62. DOI: 103969/jissn0254-0150201904009

      摘要 (986) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究槽底粗糙度有序造型设计对干气密封微尺度流场的影响,通过将矩形体粗糙元近似为槽深变化,同时依据流体泵入方向进行有序等值延展,建立三维几何模型,并通过Fluent软件进行模拟验证。选择T形槽干气密封(T-DGS)为目标槽型,对槽底粗糙度有序造型设计进行扰流特性分析。结果表明:粗糙度有序造型的定向调节设计对干气密封性能的影响显著,微造型结构的槽底具有较好的导流效应,在一定条件下可有效提升密封开启性能,降低密封副干磨损风险;采用槽底粗糙度有序微造型设计的T形槽干气密封,在高压、高速、小膜厚和微槽深时较无微造型T形槽干气密封具有更优异的密封性能;但当转速超过一定范围时,微造型结构的扰流效会起到主导作用,使开启力迅速降低。

    • 滚动轴承打滑蹭伤微观分析

      2019, 44(4):63-66. DOI: 103969/jissn0254-0150201904010

      摘要 (1080) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为进一步认识滚动轴承打滑蹭伤机制,借助X射线光电子能谱仪(XPS)、俄歇电子能谱仪(AES)、能谱分析仪(EDX)和X射线衍射分析仪(XRD)等手段,对打滑蹭伤轴承内圈滚道蹭伤带表面进行微观分析。结果表明:打滑蹭伤轴承内圈滚道蹭伤带表面磨损严重,粗糙度较大且发生氧化磨损形成了FeO,这可能是由于滚动轴承打滑蹭伤瞬间滚子与内圈滚道间润滑油膜遭到破坏,使两者发生了干摩擦;蹭伤带表面组织发生马氏体向奥氏体转变,且蹭伤带表面C元素含量较高,这可能是由于蹭伤瞬间形成的较高闪温达到奥氏体化温度,使得轴承内圈滚道表面发生奥氏体相变,随后润滑油迅速冷却作用使得奥氏体来不及完全转变成马氏体;由于残余奥氏体具有比马氏体更强的溶碳性,因而蹭伤带表面C元素含量较高。

    • 外部与内部激励对正时齿轮传动系统动力学的影响

      2019, 44(4):67-71. DOI: 103969/jissn0254-0150201904011

      摘要 (1072) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了分析外部与内部激励对正时齿轮传动系统动力学的影响,采用〖BF〗AVL_EXCITE〖BFQ〗 Timing Drive动力学软件建立正时齿轮传动系统的动力学模型,分析外部激励如负载扭矩、曲轴转速波动与内部激励如齿侧间隙等对动力学的影响;比较不同载荷、是否加载曲轴转速波动和不同齿侧间隙下的齿轮角速度和啮合力曲线。结果表明:角速度与啮合力曲线峰值位置与负载峰值位置相近,其峰值受负载峰值影响较大;在凸轮轴齿轮需要扭矩输出的情况下,齿轮在驱动侧产生的啮合力显著高于背隙侧产生的啮合力;曲轴转速波动的存在,使得动力学结果发生了较大的变化,为了更为准确地进行动力学分析,曲轴转速波动是必须考虑的因素;增大齿轮齿侧间隙,角速度与啮合力峰值也相应地变大,角速度波动加剧,啮合过程中的振动与冲击更加明显;齿侧间隙设计太小又会造成加工难度及成本的增加,因此需要合理地选择齿侧间隙。

    • 响应曲面法优化封隔器胶筒密封性能参数的研究

      2019, 44(4):72-78. DOI: 103969/jissn0254-0150201904012

      摘要 (983) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用有限元分析软件建立某压缩式封隔器胶筒的二维模型,分析5385 MPa轴向载荷作用下,胶筒的端面倾斜角、胶筒子厚度、筒高和摩擦因数对胶筒与套管之间最大接触应力的影响。结果表明:最大接触应力随端面角的增加呈W形分布,随子厚度的增加先增大后减小最后趋于稳定,随胶筒筒高的的增大而减小,随摩擦因数的增大先缓慢减小后急剧增大;端面角为45°,胶筒子厚度取9 mm,筒高介于80~120 mm,摩擦因数在01~03范围内时,研究的封隔器的胶筒与套管之间最大接触应力较高,胶筒的密封性能较好。基于有限元分析结果,设计响应曲面法实验,研究多因子不同水平下胶筒最大接触压力响应的变化情况。结果表明:对最大接触应力影响最大的因子是摩擦因数,最小的是筒高,交互项端面倾斜角和筒高、端面倾斜角和摩擦因数、胶筒子厚度和擦因数、筒高和摩擦因数对响应具有显著性影响;胶筒密封性能最佳的因子组合方案为端面倾斜角为482°、子厚度为9 mm、筒高为90 mm、

    • 高分子复合材料齿轮磨损模型及磨损测试研究

      2019, 44(4):79-83. DOI: 103969/jissn0254-0150201904013

      摘要 (1133) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于Archard磨损模型,建立高分子复合材料齿轮磨损量模型;分析黏弹性体高分子复合材料齿轮的啮合特性,探讨高分子复合材料齿轮磨损量测量原理。设计了一种高分子复合材料齿轮磨损量测量系统,该系统的测试原理是,通过单铰链支撑的悬臂梁和枢轴箱对齿轮动态加载,使齿轮轮齿表面发生磨损从而导致枢轴箱发生旋转,通过位移传感器测量枢轴箱的偏转角,然后由建立的偏转角与齿轮磨损量之间的关系模型计算得到磨损量。在设计的测试系统上对尼龙66齿轮进行疲劳磨损实验,实验结果和理论模型计算结果基本吻合,既验证了理论模型的正确性,也为高分子复合材料齿轮磨损测试提供了一种新方法。

    • 油-气润滑对点接触副滑动摩擦行为的影响

      2019, 44(4):84-91. DOI: 103969/jissn0254-0150201904014

      摘要 (1094) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:在MFT-3000型多功能摩擦磨损试验机上,以球/盘模型为考察对象开展油-气润滑点接触副滑动摩擦试验,并与相同工况下滴油润滑和干摩擦试验进行对比。利用白光干涉形貌仪、扫描电镜、X射线能量色散谱(EDS)和铁谱分析设备对磨痕轮廓、表面形貌、化学元素组成以及磨粒形状进行表征、分析。结果表明:在油-气润滑工况下,当供油量不足时,随供油量增加,摩擦因数、磨损量和磨痕参数等均出现明显减小趋势,但润滑性能较滴油润滑差;当摩擦副间润滑油充足,且供气速度达到一定值时,与滴油润滑相比,油-气润滑能够获得更低的摩擦因数,但磨痕形貌变化较轻微;在较低的滑动速度和载荷下,油-气润滑点接触滑动摩擦不会发生氧化磨损,油-气润滑散热功效对摩擦行为无明显影响,与滴油润滑以及干摩擦下磨损机制相同,均为磨粒磨损,摩擦过程中产生的磨屑形状以碎屑状和片状为主,伴随着少数长条状。

    • C形环在超高压大直径容器密封上的适应性研究

      2019, 44(4):99-103. DOI: 103969/jissn0254-0150201904016

      摘要 (1113) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:在超高压、大尺寸等恶劣工作环境下,常规密封件容易出现严重变形、强度不够和泄漏等问题,难于满足性能要求。为此选用C形密封环为对象,开展其在超高压大直径密封背景下的适应性研究。建立C形密封环的二维轴对称仿真模型,采用有限元方法分析有银层和无银层C形密封环的压缩回弹特性;分析C形密封环在定常和变量条件下Mises应力与接触应力变化规律,研究不同压缩量和外压对密封特性的影响。模拟结果与试验数据相近,验证了模型的准确性。结果表明:银层对C形密封环的压缩特性影响较小;包覆层回弹能力明显差于弹簧层,在超高压环境下包覆层更易达到极限强度,较弹簧层更易损坏;径向压缩量在065~085 mm范围内时,密封环具有良好的安全性和密封性能。研究表明,C形密封环在超高压大直径容器中具有良好的适应性,满足超高压密封要求。

    • 海底沉积物气密取样器翻板密封阀优化设计与实验研究

      2019, 44(4):104-108. DOI: 103969/jissn0254-0150201904017

      摘要 (1116) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对海底沉积物气密取样器保压密封的需求,设计一套偏心设置的翻板密封阀;利用三维软件Solidworks建立翻板密封阀的三维几何模型,利用有限元分析软件ANSYS分析不同偏心角度下,翻板密封阀阀体和阀盖的应力和变形的变化情况。结果表明:随着翻板密封阀偏心角度的增大,阀体和阀盖的应力和变形也随着增大,而对应的翻板密封阀的质量逐渐减小。选取最佳的偏心角度,在保证翻板阀所受的应力小于材料的许用应力的前提下,实现了翻板密封阀质量的最小化。设计翻板密封阀密封性能测试系统,通过实验验证了翻板密封阀设计的可行性和合理性。

    • 高性能不锈钢冷轧轧制油的研制:Ⅰ基础油和助剂的筛选

      2019, 44(4):109-113. DOI: 103969/jissn0254-0150201904018

      摘要 (1056) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:不锈钢冷轧轧制生产工艺和工况(高速、高温、高压)比较苛刻,轧制不锈钢板带质量要求甚高,因而对不锈钢冷轧轧制油的性能要求很高。研究高性能不锈钢冷轧轧制油基础油和添加剂的配伍性,基于挥发性、表面张力和抗氧化能力3个指标筛选出最佳的基础油,基于抗老化性和黏度2个指标筛选出最佳的抗氧剂,基于磨斑直径与摩擦因数2个指标筛选出最佳的润滑剂;基于最大无卡咬负荷、烧结负荷和摩擦因数3个指标筛选出最佳的助剂。在此基础上,筛选得到了最佳的不锈钢冷轧轧制油配方。

    • 环向裂缝缺陷管道带压密封的安全注剂压力影响因素分析

      2019, 44(4):114-119. DOI: 103969/jissn0254-0150201904019

      摘要 (1086) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高注剂式带压密封技术在管道维抢修作业过程中的安全性和成功率,采用实验和ANSYS仿真模拟相结合的方法对含环向裂缝缺陷管道的安全注剂压力进行分析。通过分析和计算,研究环向裂缝长度、管径和运行压力对注剂密封过程中缺陷管道所受到的最大等效应力的影响。结果表明:随着环向裂缝长度的增加,缺陷管道的最大等效应力减小,安全注剂压力减小;随着管径的增大,注剂压力呈现先减小后增加的趋势;管道运行压力越大,其泄漏量就越大,所需要的注剂压力也越高。所建立的有限元分析模型的分析结果与实验结果吻合较好,模型具有较高的准确性和可靠性。

    • 碳纳米管在润滑脂中的摩擦学性能及机制研究

      2019, 44(4):120-126. DOI: 103969/jissn0254-0150201904020

      摘要 (1003) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:以碳纳米管为添加剂制备锂基润滑脂,并探究碳纳米管含量、管径及管长对其摩擦学性能的影响。结果表明:碳纳米管可明显提高润滑脂的摩擦学性能;随碳纳米管质量分数的增加,润滑脂的摩擦学性能先提高后下降,碳纳米管质量分数为005%时润滑脂的摩擦学性能最佳;添加管径小、管长大的碳纳米管时润滑脂表现出更优秀的摩擦学性能,这是因为管径小、管长大的碳纳米管可能更容易被填充到表面微凸体的凹槽中。磨斑XPS结果显示,润滑膜中有氧化铁及碳纳米管的存在,氧化铁与碳纳米管等边界膜起到减摩抗磨的作用。

    • 齿轮泵无轴向泄漏的新结构研究

      2019, 44(4):127-130. DOI: 103969/jissn0254-0150201904021

      摘要 (1105) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决轴向泄漏造成齿轮泵容积效率下降的问题,提出一款无轴向泄漏的新结构,即将普通泵直径小于根圆的滑动轴承结构,变更为直径介于根圆与节圆之间的同步圆盘轴-浮动侧板轴承新结构,两对同步圆盘轴被分别固定在主动齿轮和从动齿轮的前、后两侧。推导出压紧力和压紧力系数、轴向泄漏率的计算公式,并进行实例计算及分析。结果表明:齿轮泵无轴向泄漏结构的压紧力系数为118,符合小于12的要求;新结构轴向泄漏率仅为原结构的7%,可视为无轴向泄漏;偏心率降低了11%,最小油膜厚度增加了4%,有利于润滑改善;轴宽由15 mm变为10 mm,有利于降低轴向尺寸和轻量化设计。

    • 注剂式带压密封新型四等分夹具性能分析

      2019, 44(4):131-135. DOI: 103969/jissn0254-0150201904022

      摘要 (1093) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:以突面对焊钢制管法兰的注剂式带压密封为研究对象,分别建立其通用型夹具与新型四等分夹具的有限元模型,并运用ABAQUS有限元软件分析通用型夹具和新型四等分夹具的力学性能。结果表明:当压力为6 MPa时,新型四等分夹具周向最大拉应力为通用型夹具的6697%,螺栓最大拉应力为通用型夹具的3816%,形变位移为通用型夹具的9365%。新型四等分夹具在承压能力、应力集中方面都优于通用型夹具,因而具有更高的承压能力和使用寿命。

    • 多元CrMoSiCN系列薄膜结构及摩擦学特性研究进展

      2019, 44(4):136-148. DOI: 103969/jissn0254-0150201904023

      摘要 (1060) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:从三元含Mo的CrMoN、MoSiN、MoCN薄膜到四元CrMoSiN、MoSiCN薄膜,综述多元系列薄膜的结构、力学及摩擦学性能的研究进展;分析在不同气体压力、制备方法与参数、不同元素含量下薄膜结构的变化,阐述薄膜结构与其力学性能和摩擦学特性的关联。指出:多元CrMoSiCN系列薄膜结构、硬度、摩擦因数强烈受到薄膜中Mo、Si、C、N元素含量的影响,其中力学特性还与薄膜微结构紧密相关;薄膜的摩擦学特性与晶粒生长细化和作为润滑剂的无定形基质有关;在摩擦过程中发生的摩擦化学反应也有效地提高了薄膜的耐磨性。对于四元CrMoCN和多元CrMoSiCN薄膜,建议进一步研究在水润滑与非润滑的不同条件下,例如在海水或者空气干摩擦环境下,是否由于薄膜结构组分的不同而有效地形成含Mo的氧化物的自润滑膜,以提高薄膜在更多场合下的适应性和减摩性。

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