仿生哑铃型黄麻纤维增强摩擦材料

论文摘要

地面机械制动效率是农业机械化工程领域中的重要研究内容。本论文工作以提高地面机械制动系统的制动效率、节约能源和环境保护为目标,进行了哑铃型黄麻纤维摩擦材料的研制及性能行为研究。对黄麻纤维、棉纤维及羊毛纤维增强酚醛树脂基复合材料进行了力学性能测试,以此筛选出综合性能较好的天然纤维。利用有限元方法对哑铃型纤维、平直纤维增强复合材料的弹性应力场进行了分析,考察了纤维形态结构的变化对复合材料弹性应力场的影响。依据结构仿生理论,将黄麻纤维制作成哑铃型,并将不同长径比的哑铃型黄麻纤维、平直黄麻纤维作为摩擦材料的增强相,通过摩擦磨损试验探索了纤维形态、长径比对摩擦材料性能的影响。运用均匀设计方法确定摩擦材料优化配方试验方案,采用均匀设计软件对摩擦磨损性能和力学性能测试结果进行了数据处理,从而得到了优化配方。最后,对优化配方的摩擦材料的摩擦磨损、冲击强度、洛氏硬度及密度进行了系统考察。上述研究工作为新型摩擦材料的研发、设计和制备提供了一定的理论依据,也为材料仿生拓宽了应用领域。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 选题意义
• 1.2 摩擦材料
• 1.2.1 国内外研究概况
• 1.2.2 存在的问题
• 1.2.3 常用增强纤维
• 1.3 天然纤维
• 1.3.1 天然植物纤维性能特点
• 1.3.2 天然植物纤维复合材料研发意义
• 1.3.3 天然植物纤维复合材料研究现状
• 1.3.4 天然植物纤维复合材料应用
• 1.4 材料仿生学产生及其发展
• 1.4.1 结构仿生及部分实例
• 1.4.2 过程仿生
• 1.4.3 功能仿生
• 1.5 本论文主要研究工作
• 第二章 三种天然纤维复合材料制备及力学性能研究
• 2.1 三种天然纤维及处理方法介绍
• 2.1.1 黄麻纤维和棉纤维
• 2.1.2 黄麻纤维和棉纤维的处理方法
• 2.1.3 黄麻纤维和棉纤维直径的测定
• 2.1.4 羊毛纤维
• 2.1.5 羊毛纤维处理方法
• 2.1.6 羊毛纤维细度测定
• 2.2 复合材料基体的确定
• 2.3 力学性能测试及X-射线衍射分析
• 2.4 复合材料拉伸强度试验结果
• 2.5 复合材料冲击强度试验结果
• 2.6 小结
• 第三章 短纤维增强复合材料弹性应力场的有限元分析
• 3.1 有限元方法简介
• 3.1.1 有限元分析思路和作法
• 3.1.2 建立广义坐标有限元位移插值函数的一般步骤
• 3.2 仿动物骨骼哑铃型增强体
• 3.2.1 模型的提出
• 3.2.2 模型的理论计算
• 3.3 短纤维复合材料的有限元分析
• 3.3.1 哑铃型纤维和平直纤维增强复合材料的有限元分析模型
• 3.3.2 基体和纤维及其界面中的应力分布
• 3.4 小结
• 第四章 哑铃型黄麻纤维增强摩擦材料研制及性能测试方法
• 4.1 摩擦材料原材料的选择
• 4.1.1 增强纤维
• 4.1.2 基体
• 4.1.3 填料
• 4.2 黄麻纤维增强摩擦材料研制方案
• 4.2.1 全组合试验方案
• 4.2.2 均匀设计试验方案
• 4.3 工艺设计
• 4.3.1 混料
• 4.3.2 模压成型工艺参数确定
• 4.3.3 主要试验设备
• 4.4 制动摩擦材料的性能测试方法
• 4.4.1 性能测试方法
• 4.4.2 主要试验设备
• 4.5 小结
• 第五章 哑铃型黄麻纤维增强摩擦材料力学性能和摩擦磨损特性
• 5.1 试验部分
• 5.1.1 试样制备
• 5.1.2 试验方法
• 5.1.3 摩擦磨损数据处理
• 5.2 纤维长径比及盘温对不同形态黄麻纤维增强摩擦材料摩擦磨损特性的影响
• 5.2.1 黄麻纤维长径比对摩擦因数均值和比磨损速率总和的影响
• 5.2.2 摩擦盘温度对不同形态纤维摩擦材料摩擦因数及比磨损速率的影响
• 5.3 哑铃型黄麻纤维摩擦材料配方的优化
• 5.3.1 试验结果
• 5.3.2 数据处理
• 5.4 基于优化配方的摩擦材料力学性能及摩擦磨损特性
• 5.5 摩擦磨损机理
• 5.5.1 摩擦机理
• 5.5.2 摩擦模型
• 5.5.3 优化配方的磨损表面形貌及磨损机理
• 5.6 小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间学术成果目录
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 导师及作者简介