水润滑轴承材料表面微观形貌的摩擦学性能及其评价方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51909023
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1104.航海与海事技术
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Driven by the growing pressure on marine environment and regional marine protection regulations, applying the marine propulsion system based on water lubrication technology and improving the corresponding tribological performance of water-lubricated bearings have increasingly become a focus of worldwide study. Based on the concept of improving the properties of friction reduction and lubrication through reasonable design of surface texture, this project is proposed to study the effects and the underlying mechanism of surface micro-/nano-structures of water-lubricated bearing materials on the tribological performance. The micro-/nano-structured surfaces of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) and its metallic counterpart will be manufactured by the laser surface texturing or the conventional machining methods. Then, the synergistic enhancement effects of surface micro-textures and surface roughness on the tribological properties will be carefully investigated by the friction and wear experiments. By synthesizing the assessment parameters including the geometric parameters of micro-texture, surface roughness, surface waviness, fractal dimension and hydrophobic properties, the synthetic evaluation method on tribological properties will be proposed in order to optimize the surface micro-/nano-topographies and forecast the corresponding tribological properties on rough surface. By applying various simulation methods under different scales, the cavitation effect and hydrodynamic lubrication effect induced by surface micro-/nano-morphologies, as well as the corresponding influence on tribological properties, will be studied. Moreover, the wear process and the friction reduction mechanism, will be investigated at the molecular scale. The results will provide theoretical and experimental support for the design of UHMWPE-based water-lubricated bearings and the evaluation of the tribological performance.
在海洋环境压力和地区海洋保护法规的推动下,应用基于水润滑的船舶推进系统并提高水润滑轴承的摩擦学性能,已成为国内外研究焦点。基于表面织构化设计增强材料减摩润滑性能的理念,本项目研究水润滑轴承材料表面的微纳结构特征对其摩擦学性能的影响规律及作用机理。借助激光造型技术或常规机械加工方法在超高分子量聚乙烯(UHMWPE)及其摩擦对偶件表面制备微纳结构,通过摩擦磨损实验分析表面微织构和粗糙度协同增强水润滑轴承材料表面摩擦学性能的作用规律;基于微织构几何参数、粗糙度、波纹度、分形维数和疏水性等评定参数,提出表面微观形貌摩擦学性能的评价方法,实现表面微观形貌的优化设计和对摩擦学性能的预测;采用多种尺度的模拟方法,研究微纳结构产生的空化效应和动压润滑效应,并从分子角度揭示织构化表面的磨损过程及减摩作用机理。本项目的研究成果能为UHMWPE水润滑轴承的设计及其摩擦学性能的评价提供理论和实验支持。

结项摘要

设计和制备基于水润滑的船舶推进系统,同时提高水润滑轴承的摩擦学性能,已成为缓解海洋环境压力和适应地区海洋保护法规的关键内容。基于表面织构化设计增强材料减摩润滑性能的理念,本项目研究了水润滑轴承材料表面微织构的摩擦学性能,并对水润滑摩擦副表面微观形貌的减摩机理进行了深入研究。建立了有序微织构(光滑织构)表面和计入随机粗糙度的表面织构模型,借助流体动力学计算方法分析了表面微织构和粗糙度协同增强水润滑摩擦副表面摩擦学性能的作用规律。借助飞秒激光加工工艺和铣削工艺制备了不同形式的表面微纳结构及其复合结构,获得了微结构尺寸参数和铣削轮廓参数(如粗糙度、刀痕高度和宽度)对润滑特性的影响规律。结果表明合理的粗糙表面能够提升摩擦副的润滑效果,且在最优的铣削加工表面在引入织构后摩擦系数较光滑织构表面摩擦系数进一步降低。通过球-盘摩擦实验,研究了不同摩擦条件下金属对偶件表面UHMWPE转移膜的形成规律,发现干摩擦条件下钢球表面始终难以形成较为稳定的转移膜;而在水润滑条件下,钢球表面可形成均匀且连续的UHMWPE转移膜。借助基于反应力场的分子模拟方法,研究了UHMWPE转移膜形成的机理。在摩擦过程中UHMWPE经历剪切变形,此时靠近摩擦界面的聚乙烯发生断裂并粘附在金属表面,不断堆积而最终形成转移膜。借助经典分子动力学模拟方法建立了UHMWPE的分子摩擦模型,分析了非晶态UHMWPE基底的摩擦剪切变形过程,发现摩擦过程中UHMWPE基底逐渐发生解缠结,并伴随着结晶度不断提高。在水润滑条件下,摩擦界面的水分子在摩擦过程中将逐渐扩散到UHMWPE中,界面水分子在扩散过程中更倾向于聚集成单独的团簇,并破坏相邻PE链之间的分子间吸引力,进而加剧UHMWPE基底的磨损。本项目的研究成果将为UHMWPE水润滑轴承的设计及其摩擦学性能的评价提供理论和实验支持。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
非牛顿流体剪切稀化特性的分子动力学模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨刚;郑庭;程启昊;张会臣
  • 通讯作者:
    张会臣
Penetration of lubricating water molecules at the frictional interface of UHMWPE: Insights from molecular dynamics simulations
润滑水分子在 UHMWPE 摩擦界面的渗透:分子动力学模拟的见解
  • DOI:
    10.1016/j.molliq.2022.120760
  • 发表时间:
    2022-11
  • 期刊:
    Journal of Molecular Liquids
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Zheng Ting;Li Xin;Gu jingxuan;Liu Shuning;Zhang Huichen
  • 通讯作者:
    Zhang Huichen
Molecular investigations of tripeptide adsorption onto TiO2 surfaces: Synergetic effects of surface nanostructure, hydroxylation and bioactive ions
TiO2 表面三肽吸附的分子研究:表面纳米结构、羟基化和生物活性离子的协同效应
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2020.145713
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Applied Surface Science
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Zheng Ting;Zhang Yu;Wu Chunya;Zhou Lin;Cummings Peter T.
  • 通讯作者:
    Cummings Peter T.
Molecular investigations on the adsorption and flow behavior of hydroxyl-terminated polybutadiene (HTPB) binders on Cu surfaces: The effects of surface nanostructure and perfluorosilylation
端羟基聚丁二烯 (HTPB) 粘合剂在铜表面吸附和流动行为的分子研究:表面纳米结构和全氟硅烷化的影响
  • DOI:
    10.1016/j.porgcoat.2020.105575
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Progress in Organic Coatings
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Zheng Ting;Wu Chunya;Zhu Qing;Li Shanbin
  • 通讯作者:
    Li Shanbin
The disentanglement and shear properties of amorphous polyethylene during friction: Insights from molecular dynamics simulations
无定形聚乙烯在摩擦过程中的解缠结和剪切性能:来自分子动力学模拟的见解
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2021.152301
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
    Applied Surface Science
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Zheng Ting;Wang Shukai;Zhou Lin;Li Xin;Zhang Huichen
  • 通讯作者:
    Zhang Huichen

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码