纳米花颗粒改性水润滑轴承材料的高阻尼低摩擦性能调控
批准号:
52075399
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
董从林
依托单位:
学科分类:
摩擦学及机械表界面科学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
董从林
中文摘要
水润滑高分子尾轴承是航空母舰、舰艇和水下航行器等推进轴系的重要支撑部件,其在低速重载工况下辐射的摩擦噪声严重影响舰艇、水下航行器的隐蔽性能和生存能力。研制高阻尼低摩擦的新型水润滑尾轴承复合材料是降低摩擦噪声的关键。本项目以聚氨酯材料为研究对象,采用氧化锌(ZnO)纳米花和二硫化钼(MoS2)纳米花对其改性,研究ZnO和MoS2纳米花的结构及其组分对改性聚氨酯材料微观界面的粘-滑行为和摩擦振动噪声行为的影响规律;阐述纳米花与聚氨酯分子间的能量耗散以及减摩机理,揭示ZnO与MoS2纳米花低摩减振的协同作用机制,确定通过调控ZnO和MoS2纳米花的结构及表面修饰官能团使复合材料保持高阻尼与低摩擦性能的组分匹配体系;采用数值计算与实况模拟实验验证新型材料组分匹配体系并对其进行修正,最终制备新型高阻尼、低摩擦水润滑聚氨酯基尾轴承。旨在提升舰艇和水下航行器等海军装备推进系统的静音水平和隐蔽性能。
英文摘要
Water-lubricated stern tube bearings are the important supporting parts of the propulsion systems of aircraft carriers, ships and underwater vehicles. Their frictional noise, which generates under the low velocity or heavy load conditions, severely threats the survivability and concealment performances of the navy equipment. Developing a new type of high damping and low friction water-lubricated bearing composite material is the key for decreasing or avoiding the frictional noise. This study choose the ZnO and MoS2 nanoflower particles to modify the polyurethane material. Firstly, the influences of the nanoflower particles structures and their contents on the stick-slip behaviors and frictional vibration noise at the micro interfaces of modified polyurethane materials will be investigated. Then, the energy dissipation and friction reduction mechanisms between the nanoflower particles and polyurethane molecules will be studied to reveal the synergistic mechanisms of ZnO and MoS2 nanoflowers on the friction and vibration reduction effects. Thirdly, the nanoflower particles structures and surface modification functional groups will be regulated and controlled to obtain the their content ratios that lead the modified polyurethane materials to keep a high damping and low friction. Finally, the tribology behaviors and frictional vibration noise of the modified polyurethane materials will be examined by dynamic simulation and actual environment simulation experiments, and its recipe will be optimized, then a new type of high damping and low friction water-lubricated polyurethane composite stern tube bearing is developed to decrease or avoid the frictional noise and increase the mute level and survivability of naval equipment’s propulsion systems.
水润滑高分子材料尾轴承是舰艇和水下航行器等推进轴系的重要支撑部件,其在苛刻运行条件下(低速、重载、大潜深)的摩擦磨损以及摩擦诱导振动噪声严重影响潜艇等水下航行器的隐蔽性能、生存能力和可靠性。本项目聚焦于舰艇水润滑高分子材料尾轴承,采用ZnO和MoS2纳米花协同改性聚氨酯材料,旨在获得新型减振降噪水润滑轴承材料,主要成果如下:.(1)阐明了二硫化钼(MoS2)纳米花几何结构对热塑性聚氨酯(TPU)减振降噪性能的影响规律。适当减小MoS2的粒径有利于增强界面相互作用,提高聚合物基体与MoS2之间的应力传递,从而改善聚氨酯复合材料的机械性能,延长了MoS2摩擦膜的持续时间。这些有益的现象赋予了聚氨酯复合材料优异的摩擦学和减振性能。.(2)挖掘了T-ZnOw(氧化性纳米花)对聚氨酯(TPU)减振降噪性能的影响规律。T-ZnOw作为一种骨架颗粒,赋予TPU良好的抗变形能力,削弱了变形层在复合材料磨损面上因剪切力引起的变形量,降低了聚氨酯材料摩擦界面的形变行为,有效的降低了摩擦力的波动,最终降低摩擦诱导振动噪声水平。MoS2分子间的层间滑移导致其摩擦系数处于较低的水平,削弱了TPU/MoS2磨损界面的变形行为,降低摩擦激励力。T-ZnOw和MoS2结合具备良好的协同作用,不仅减弱了变形行为以改善摩擦行为,而且增强了聚合物的自润滑性能,进而协同改善了摩擦诱导振动行为,降低摩擦噪声。.(3)采用T-ZnOw和MoS2纳米花协同改性复合材料,制备了MoS2纳米花和T-ZnOw改进聚氨酯基水润滑轴承,进行全副轴承实验。MoS2纳米花和T-ZnOw协同改性的聚氨酯基水润滑轴承能显著的降低摩擦诱导振动噪声水平;与未改性聚氨酯基水润滑轴承相比,在相同工况条件下,其摩擦诱导振动噪声水平降低幅度大于2-3dB。.本研究的成果有利于对水润滑尾轴承摩擦诱导振动噪声行为深入理解和开发新型减振降噪水润滑轴承材料,为我国舰船、国防装备和水动力设备的关键运动部件性能提升提供参考依据。.
橡胶尾轴承的粘-滑行为与摩擦噪声之间的映射关系研究
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批准号:51605248
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2016
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负责人:董从林
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依托单位:
国内基金
海外基金