检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：孙博颖西安石油大学

学位级别：硕士

伴随着气井的不断采收,井筒中会形成以地层凝析水为主的井底积液段塞,这会降低地层压力和气井产量,甚至引起停产。柱塞排水采气工艺简单、成本较低,因而广泛应用于气井排液。但现有柱塞密封结构单一,对柱塞举液上行时的积液漏失缺乏理... 详细信息

伴随着气井的不断采收,井筒中会形成以地层凝析水为主的井底积液段塞,这会降低地层压力和气井产量,甚至引起停产。柱塞排水采气工艺简单、成本较低,因而广泛应用于气井排液。但现有柱塞密封结构单一,对柱塞举液上行时的积液漏失缺乏理论研究,柱塞在井筒中运行状态难以监测,工艺制度只能依据生产经验制定,大大降低了柱塞的排液效率。针对这些不足,在现有智能柱塞排水采气工艺研究基础上,本文建立了智能柱塞举液漏失模型,依据仿生学原理,设计了四种不同表面织构的智能柱塞密封体,分析了其举液时间隙流场特性,研究了其形貌尺寸对柱塞密封性能的影响。本文以环形间隙流动理论为基础,建立了柱塞举液时的积液漏失模型,并进行了相关数值模拟研究。柱塞举液时的漏失量与柱塞表面织构、柱塞和油管间隙大小、柱塞上行速度和柱塞两端压力梯度有关。而柱塞速度、压力梯度与生产井况相关且在柱塞举液过程中不断变化,柱塞和油管间隙过大会增加举液漏失的瞬时流量,间隙过小则会增加举液上行时间,而在柱塞表面加工织构可以有效降低漏失。为研究表面织构对柱塞举液时漏失量的影响,依据仿生学原理,以贝壳表面沟槽、蚯蚓体表的环槽、蚯蚓和水蛭体表背孔为原型,设计了矩形槽、柱状坑、圆弧槽、半球坑四种不同的表面织构智能柱塞密封体,分别对其举液时的流场进行建模分析:四种不同表面织构智能柱塞流场内均出现了湍流漩涡,这些漩涡可以降低柱塞举液上行时的积液漏失,四种表面织构密封体的密封性能依次为半球坑>圆弧槽>矩形槽>柱状坑。在四种表面织构中密封性能最优的半球坑织构的基础上,为研究半球坑的形貌尺寸对密封体性能的影响,从球坑半径、织构层间织构、周向织构个数、相邻织构层夹角四个因素进行了分析,通过对其流场特性分析,最佳半球坑形貌尺寸组合为球坑半径6.5mm,织构层间距6mm,周向织构均布12个,相邻织构层夹角15°。

关键词：排水采气智能柱塞仿生表面织构举液漏失优化设计

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仿生表面结构在改性UHMWPE水润滑轴承上的减摩应用研究

仿生表面结构在改性UHMWPE水润滑轴承上的减摩应用研究

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作者：李云凯青岛理工大学

学位级别：硕士

在当今时代绿色发展的背景下,水润滑轴承成为了在船舶工程、海洋机械等领域为保护环境而替代传统油润滑轴承的良好选择,对其轴瓦材料的研究也成为了热点。其中,超高分子量聚乙烯(UHMWPE)作为一种新型的水润滑轴承轴瓦材料,因其优异的摩... 详细信息

在当今时代绿色发展的背景下,水润滑轴承成为了在船舶工程、海洋机械等领域为保护环境而替代传统油润滑轴承的良好选择,对其轴瓦材料的研究也成为了热点。其中,超高分子量聚乙烯(UHMWPE)作为一种新型的水润滑轴承轴瓦材料,因其优异的摩擦磨损性能受到了众多研究者的青睐。为了使其获得更优的摩擦学性能,本文开展了仿生表面结构在改性UHMWPE水润滑轴承上的减摩应用研究。首先,进行仿生猪笼草结构的水润滑轴承摩擦学性能有限元分析研究。设计一种轴瓦具有仿生猪笼草结构的水润滑轴承,主要为蜡质区的月牙形结构和唇部的径向脊形结构两类。利用有限元分析软件对简化后的轴承润滑水膜模型进行流场分析,改变不同转速、载荷和不同织构形状、尺寸,探究水膜承载能力和减摩性能的优化情况并进行机理分析。其次,研究卤化改性UHMWPE的亲水性与摩擦学性能优化。通过卤化改性得出亲水性最佳的三组UHMWPE,并结合表面形貌与能谱分析探究卤化改性提升其亲水性的机理。使用环块磨损试验机测试了一组未改性和三组卤化改性后亲水性最佳的UHMWPE在不同试验条件下的摩擦系数,并结合磨损率和三维磨损表面形貌分析其摩擦磨损机理。再利用润滑机理解释了亲水性提升对摩擦学性能的协同优化作用,以及界面性能变化对磨损机理的影响。然后,研究具有仿生猪笼草蜡质区表面结构的UHMWPE摩擦学性能。采用纳秒激光器在UHMWPE表面加工织构并测试不同织构UHMWPE的表面润湿性,测试了一组无织构和三组不同表面织构的UHMWPE在不同试验条件下的摩擦系数,并结合磨损率和三维磨损表面形貌分析其摩擦磨损机理,总结出仿生表面结构影响UHMWPE摩擦学性能的机理。最后,研究卤化改性具有仿生猪笼草唇部表面结构的UHMWPE摩擦学性能。采用纳秒激光器在UHMWPE表面加工织构并进行卤化改性,测试加工和改性前后材料的润湿性并结合表面形貌与能谱分析探究表面结构和卤化改性对其亲水性的综合影响。测试了不同表面织构及卤化改性前后共六组UHMWPE在不同试验条件下的摩擦系数,并结合磨损率和三维磨损表面形貌分析其摩擦磨损机理,总结出不同仿生表面结构与卤化改性影响UHMWPE摩擦学性能的机理。

关键词：仿生表面织构卤化改性 UHMWPE 水润滑轴承摩擦学性能

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仿生猪笼草结构的水润滑轴承摩擦学性能有限元分析研究

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摩擦学学报 2021年第3期41卷 344-356页

作者：李云凯王优强菅光霄罗恒青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 工业流体节能与污染控制教育部重点实验室山东青岛266520

水润滑轴承的轴瓦结构设计对其摩擦磨损和润滑性能有着重要影响.为提升其摩擦学性能,设计一种轴瓦布置有仿生猪笼草结构的水润滑轴承,主要为蜡质区的月牙形结构和唇部的径向脊形结构两类.利用ANSYS Fluent对简化后的轴承润滑水膜模型进... 详细信息

水润滑轴承的轴瓦结构设计对其摩擦磨损和润滑性能有着重要影响.为提升其摩擦学性能,设计一种轴瓦布置有仿生猪笼草结构的水润滑轴承,主要为蜡质区的月牙形结构和唇部的径向脊形结构两类.利用ANSYS Fluent对简化后的轴承润滑水膜模型进行流场分析,改变不同转速、载荷和不同织构形状、尺寸,探究水膜承载能力和减摩性能的优化情况并进行机理分析.结果表明:通过比较不同织构形状、尺寸下的轴承水膜最大压力与摩擦系数,发现型号CC1006的月牙形织构和型号DR0102的径向脊形织构的水膜承载能力和减摩性能综合优化最佳.通过改变不同载荷,发现轴瓦布置有仿生猪笼草结构的水润滑轴承更适合应用于中速中载的条件下,此时其拥有优异的水膜承载能力与减摩性能.该研究为仿生表面结构的水润滑轴承设计及摩擦学性能提升等提供了分析方法和理论依据.

关键词：仿生表面织构猪笼草水润滑轴承摩擦学性能有限元分析

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多介质纳米复合材料摩擦副的噪声研究进展与展望

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化工进展 2017年第6期36卷 2197-2207页

作者：王志强孙雨晴余小龙倪敬杭州电子科技大学机械工程学院浙江杭州310018 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室浙江杭州310058

摩擦副性能的优良、工作效能的好坏与其材料特性、振动噪声以及微观结构等有直接关系,对其进行材料构型、改性制造及减阻降噪的研究将有助于提高摩擦副的耐磨性及可靠性,延长其工作寿命。本文对国内外关于多介质复合材料噪声检测及声波... 详细信息

摩擦副性能的优良、工作效能的好坏与其材料特性、振动噪声以及微观结构等有直接关系,对其进行材料构型、改性制造及减阻降噪的研究将有助于提高摩擦副的耐磨性及可靠性,延长其工作寿命。本文对国内外关于多介质复合材料噪声检测及声波信号处理方面取得的成果、微凝胶与复合材料的黏结对摩擦阻力的改善、纳米复合材料的减阻耐磨性能以及仿生表面织构对摩擦副减阻降噪的影响进行了综述,并对其前景进行了展望。指出虽然现有研究已取得一些值得关注的成果,但对噪声在摩擦副材料中的传播特性、多种介质造成的声速及衰减特性差异、表面微结构与流体的耦合降噪作用等的研究则开展很少,因此加大这方面的研究对进一步提升摩擦副的性能具有重要的理论意义及应用价值。

关键词：复合材料纳米材料摩擦副纳米结构数值模拟仿生表面织构减阻降噪

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基于仿生结构的PE-UHMW水润滑尾轴承的摩擦性能

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工程塑料应用 2018年第8期46卷 1-6页

作者：谭欣然郭智威常铁胡东崔旨桃武汉理工大学能源与动力工程学院武汉430063 国家水运安全工程技术研究中心可靠性工程研究所武汉430063

以鲨鱼皮为仿生对象,通过在超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)水润滑尾轴承表面设计出菱形和棱条两种表面织构,研究在水润滑条件下PE-UHMW的摩擦性能。利用CBZ–1船舶轴承摩擦磨损试验机进行滑动摩擦磨损实验并对其摩擦系数进行监测采集,使用... 详细信息

以鲨鱼皮为仿生对象,通过在超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)水润滑尾轴承表面设计出菱形和棱条两种表面织构,研究在水润滑条件下PE-UHMW的摩擦性能。利用CBZ–1船舶轴承摩擦磨损试验机进行滑动摩擦磨损实验并对其摩擦系数进行监测采集,使用表面轮廓仪及超景深显微镜对其表面形貌进行观察,并测量了试样的平均磨损速率。结果表明:在载荷为0.8MPa下,当转速为50r/min时,棱条织构试样短时间内能够有效地降低摩擦系数;但随着转速上升至150r/min和500r/min时,棱条织构恶化了PE-UHMW试样的摩擦性能,而菱形织构试样的摩擦系数一直低于无织构试样;在转速为150r/min状态下,随着载荷从0.4MPa增加到0.8MPa,三种试样的平均摩擦系数及平均磨损速率逐渐上升,同时两种织构对PE-UHMW试样表面的摩擦性能起到不同程度的改善作用。

关键词：超高分子量聚乙烯鲨鱼皮仿生表面织构水润滑尾轴承摩擦性能

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表面织构与磁流体对30CrMo3A摩擦学性能的协同作用研究

表面织构与磁流体对30CrMo3A摩擦学性能的协同作用研究

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作者：赵涛青岛理工大学

学位级别：硕士

齿轮副有时长期处于混合润滑或者边界润滑的状态,尤其是在低速重载等特殊工况下,接触面之间常常由于润滑剂的缺失而造成齿面的过度磨损,并且齿轮在长期的摩擦过程中容易出现点蚀、磨损和胶合等现象。齿轮一旦损坏,将对整个机械系统和操... 详细信息

齿轮副有时长期处于混合润滑或者边界润滑的状态,尤其是在低速重载等特殊工况下,接触面之间常常由于润滑剂的缺失而造成齿面的过度磨损,并且齿轮在长期的摩擦过程中容易出现点蚀、磨损和胶合等现象。齿轮一旦损坏,将对整个机械系统和操作人员造成很大的安全隐患。因此,如何在齿轮啮合接触区进行特定的轮齿表面结构设计,将润滑油精确地集中定位于啮合轮齿接触副表面,从而达到持久润滑,以满足不同环境下齿轮的润滑要求,是科研工作者面临的崭新问题。为了减少齿面摩擦,改善齿面润滑状态,本文结合仿生微织构技术和纳米磁流体技术,研究了二者的协同作用对齿轮合金摩擦学性能的影响机制。主要研究内容如下:(1)根据猪笼草的径向脊状结构、月牙形结构和蜡状晶体结构分别构造了仿生沟槽形织构、仿生月牙形织构和仿生圆形织构,利用三维建模软件建立具有不同仿生织构的齿轮简化模型,通过静力学仿真分析了三种不同类型的仿生织构对齿轮强度的影响规律;同时构建仿生织构流体域单元模型,通过流体仿真分析了织构的流体动压效应。(2)采用单因素实验探究了激光扫描速度、激光功率和脉冲重复频率对织构尺寸的影响规律,得出最优激光参数;利用优化的激光参数在齿轮合金表面加工出上述三类仿生织构,并利用球-盘摩擦磨损实验机对其摩擦磨损性能展开研究,结合磨屑、磨损表面形貌及其表面的元素分布,揭示织构化齿轮合金的摩擦磨损机理。(3)选用仿生圆形织构作为研究对象,探究了织构协同磁流体在低速轻载、中载和重载下的摩擦磨损性能,通过对比分析织构单一作用、磁流体单一作用、织构与磁流体协同作用下齿轮合金的摩擦因数、磨损率和磨损形貌,揭示表面织构与磁流体的协同减摩作用机制。(4)搭建了点接触式摩擦磨损实验平台,并耦合温度控制模块。利用此实验平台对富油润滑下,织构协同不同质量分数的磁流体在宽温域下的摩擦学性能展开研究,并结合对磨副的磨斑直径、磨损表面形貌以及元素含量分析了宽温域下织构与磁流体的协同减摩机理。针对高温条件下更容易引起润滑剂的缺失而造成摩擦副过度磨损的问题,本节进一步探究了织构协同磁流体在高温乏油润滑工况下的摩擦磨损性能,并通过磨损表面形貌进一步揭示了其磨损机理。

关键词：仿生表面织构齿轮合金磁流体协同作用机制摩擦学性能

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压裂泵柱塞密封副织构参数优选

压裂泵柱塞密封副织构参数优选

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作者：廖文玲西南石油大学

学位级别：硕士

油气田开发过程中,压裂技术是一种提高油气井产量的有效方法,但在高压、循环载荷及腐蚀性工况下,压裂泵柱塞的磨粒磨损成为限制压裂泵工作性能和使用寿命的主要因素,如何降低压裂泵柱塞密封副的磨损率成为提升压裂泵综合性能亟需解决的... 详细信息

油气田开发过程中,压裂技术是一种提高油气井产量的有效方法,但在高压、循环载荷及腐蚀性工况下,压裂泵柱塞的磨粒磨损成为限制压裂泵工作性能和使用寿命的主要因素,如何降低压裂泵柱塞密封副的磨损率成为提升压裂泵综合性能亟需解决的问题。大量的研究资料表明,仿生表面织构技术能有效提高相对滑动摩擦副表面的摩擦学性能,但织构参数的选择对其减磨效果有重要的影响。基于此,本文开展压裂泵模拟工况下的织构化柱塞密封副润滑性能数值仿真及单元摩擦学实验,本文的主要工作如下:(1)在假设润滑介质为牛顿体、润滑介质流动状态为层流和不考虑流体体积力、边界滑移及惯性力条件下,结合柱塞密封副几何结构、雷诺方程和织构几何方程建立了单一织构化柱塞密封副润滑理论模型,完成了不同参数织构对柱塞密封副润滑性能影响的数值仿真,并得到:织构分布角度对动压润滑性能的影响与织构的对称性及织构深度有关;不同织构长宽比对织构动压润滑性能有不同的影响,但织构长宽比优选同样需结合织构深度进行;不同类型织构表面偏态越小、峰值越大,织构表面动压润滑性能越好;不同横截面形状织构平均深度与最小油膜厚度间的差距越小,织构的动压润滑性能越好。(2)结合摩擦磨损试验机(MDW-100型)摩擦副几何结构及3000型压裂泵的实际工况,完成织构化柱塞密封副试样单元摩擦磨损实验方案的设计。通过等效计算,确定了柱塞密封副单元实验模拟工况:润滑介质为L-CKD150润滑油、试验载荷为400N、转速为332r/min以及常温环境。在研究不同激光参数对所加工织构几何尺寸影响的基础上,确定了柱塞单元试样表面织构加工的激光加工参数为:激光扫描速度500mm/s、激光功率8W、加工次数2次。(3)通过数值仿真和单元摩擦学实验分析了织构加工缺陷对织构化柱塞密封副表面润滑及摩擦磨损性能的影响。结果表明:织构内部存在加工不足时将造成理论设计织构深度与实际织构深度间存在一定的差异,但并不会影响其余织构参数对织构动压润滑性能的影响规律;织构周围存在金属堆积时将增加摩擦副表面的相互刮擦和犁沟效应,继而对织构润滑减磨性能造成一定的消极影响。(4)单元摩擦学实验结果指出:合理参数织构才能有效提高销、盘单元试样摩擦副表面的摩擦学性能;椭圆织构在不同分布角度下,为获得较优的织构润滑减磨性能,应使织构长轴尽可能垂直速度方向,与此类似,等边三角形织构在不同分布角度下,为获得较优的织构润滑减磨性能,应使等边三角形织构任意一边垂直于速度方向;织构不同长宽比条件下,织构垂直于速度方向的轴长大于平行于速度方向轴长时织构润滑减磨性能更优;针对圆形、椭圆形和条形三种织构而言,圆形织构化摩擦副表面摩擦磨损性能最优,其次是条形织构化表面,椭圆形织构化表面最差。综上所述,本文通过开展压裂泵模拟工况下的织构化柱塞密封副动压润滑性能数值仿真和单元摩擦学实验,找到了织构分布角度、织构长宽比、织构类型和织构横截面形状等参数对柱塞密封副摩擦学性能的影响规律,并掌握了压裂泵柱塞密封副表面织构参数优选的基本方法,本文的研究成果对促进仿生表面织构技术在压裂柱塞泵领域的深入研究及最终的应用具有重要的意义。

关键词：压裂泵柱塞密封副仿生表面织构摩擦学性能参数优选

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复合型织构的水润滑轴承减摩性能分析

复合型织构的水润滑轴承减摩性能分析

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作者：胡宇青岛理工大学

学位级别：硕士

在高速发展的今天,社会对环境保护、安全健康和可持续发展等需求逐渐增大,水润滑轴承的发展就格外引人注目。而在机械传动中,摩擦又是无法避免的问题。因此,改善水润滑轴承的摩擦学性能也成为了各国研究学者主要关注的重点。硅藻因其独... 详细信息

在高速发展的今天,社会对环境保护、安全健康和可持续发展等需求逐渐增大,水润滑轴承的发展就格外引人注目。而在机械传动中,摩擦又是无法避免的问题。因此,改善水润滑轴承的摩擦学性能也成为了各国研究学者主要关注的重点。硅藻因其独特的多层结构,表现出了非常优秀的机械性能。为了获得更优的摩擦性能,本文研究了基于硅藻结构的复合型织构在水润滑轴承的减摩性能。首先,本文通过建立矩形-半球型的复合型织构单个单元模型,进行流固耦合分析,研究滑动表面润滑性能在不同面积率和织构深度的条件下的变化趋势;对具有复合型织构的单元模型进行研究,依照硅藻的多孔结构,设计出矩形-半球型、矩形-半椭球型、圆柱-半球型及圆柱-半椭球型4种类型的织构,建立这几种复合型织构的单个单元模型。分析这几种不同形状的织构模型,在不同面积率和织构深度条件下,对滑动表面的润滑性能所产生的影响。其次,对具有该复合型织构的水润滑轴承进行流固耦合分析,将具有仿生硅藻的多孔结构(矩形-半球型复合型织构)应用在轴承表面。分析具有矩形-半球型的复合织构的水润滑轴承在不同载荷、织构宽度、织构间距以及织构位置的作用下,其摩擦学特性的变化,并探究其摩擦学性能机理。然后,进行热流固耦合分析,对复合型织构的水润滑轴承进行研究,将依照仿生硅藻的多孔结构—矩形-半球型复合型织构应用在轴承的高压区位置。分析具有矩形-半球型的复合型织构在不同进水温度下的变化。并分析在不同进水温度下,复合型织构随着不同转速和织构尺寸的摩擦学特性的变化情况。最后,在计入空化效应的条件下,研究具有仿生硅藻结构的复合型织构对滑动轴承润滑性能的影响。对复合型织构的单元模型进行流固耦合研究,分析在空化条件下,具有复合型织构的单元模型在不同面积率、结构尺寸、流体速度及油膜厚度条件下织构的摩擦学特性变化情况。

关键词：仿生表面织构复合型织构水润滑轴承流固耦合摩擦学性能

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