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石墨烯改性水润滑轴承高聚物材料的摩擦磨损及振动噪声行为研究
| 论文题名： | 石墨烯改性水润滑轴承高聚物材料的摩擦磨损及振动噪声行为研究 |
| 关键词： | 船舶推进系统;水润滑尾管轴承;高密度聚乙烯;石墨烯纳米片;化学改性;摩擦学特性;振动噪声 |
| 摘要： | 水润滑尾管轴承是船舶推进系统的重要组成部件，其可靠性、耐磨性和稳定性直接影响船舶航行安全。高聚物材料发展迅速，已大量应用于船舶水润滑尾管轴承制造。然而，高聚物材料在极端运行工况下，摩擦副发生润滑不良的状况，出现严重的摩擦磨损现象，诱导产生显著的振动噪声，在揭示相关的机理并探求解决方案方面仍需开展大量研究。本文聚焦于水润滑高聚物材料尾轴承的摩擦诱导振动噪声行为研究，使用石墨烯纳米片改性高密度聚乙烯复合材料，探明石墨烯纳米片含量对高密度聚乙烯机械性能的影响规律，揭示石墨烯纳米片对高聚物摩擦磨损机理的影响机制，明晰高聚物材料在摩擦磨损过程中的摩擦学特性与摩擦诱导振动噪声特性之间的内在联系，为设计新型减摩抗磨减振降噪的水润滑轴承提供理论参考。本论文的主要研究内容和成果如下： 首先，配制六组不同质量比例的石墨烯纳米片和高密度聚乙烯的混合原料，使用密炼机充分混合，利用热压注塑机制备石墨烯纳米片改性高密度聚乙烯高聚物试样。针对高聚物试样进行拉伸强度、撕裂强度、肖氏硬度等典型机械性能检测。石墨烯纳米片含量的增加提升高聚物材料的拉伸强度、撕裂强度和肖氏硬度，添加质量分数为1.5%石墨烯纳米片的复合材料表现出最优异的机械性能。 然后，利用Rtec摩擦磨损试验机进行复合材料的摩擦学性能测试，添加石墨烯纳米片减小了复合材料的摩擦系数，摩擦系数表现出明显的三个阶段分布现象：减摩阶段、增摩阶段和高摩擦系数阶段。利用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜检测复合材料的磨痕轮廓、磨损体积以及磨损表面形貌，随着石墨烯纳米片含量增加，复合材料微观磨损形貌变得更加光滑平整。通过X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜和能谱仪进行自润滑层分析，混合自润滑层改善复合材料严重的摩擦磨损行为。高含量石墨烯纳米片能促进有效自润滑层的形成，高载荷以及高速不利于自润滑层的持续建立。 最后，使用Bamp;K振动噪声传感器采集摩擦诱导振动噪声信号，利用傅里叶变换将时域信号转变为频域信号进行分析。随着石墨烯纳米片含量的增加，高聚物粘弹性提升，吸收振动的能力增强，由摩擦力引起的塑性变形被削弱，摩擦振动噪声信号稳定且幅值降低。填充1.5%石墨烯纳米片的改性高聚物抑制振动噪声效果最强。 |
| 作者： | 张栗源 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 袁成清 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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