润滑与密封杂志

润滑与密封杂志2025年第4期

• 非晶四面体碳膜对2Cr3WMoV合金钢表面耐磨性能的影响

  李远洁，赵玉清，王炎武，董乃强

  为提高2Cr3WMoV合金钢的表面摩擦性能，利用磁控溅射沉积技术与过滤阴极真空电弧技术分别在未经过渗碳和渗碳热处理后的2Cr3WMoV合金结构钢试样表面制备TiN过渡层及非晶四面体碳的多层结构复合膜。采用球-盘摩擦磨损试验仪、三维形貌仪、表面磨痕测量仪等对比分析不同合金结构钢试样镀膜前后的摩擦磨损性能。结果表明：渗碳热处理工艺对2Cr3WMoV合金钢制备非晶四面体碳基多层复合膜后试样的摩擦磨损性能影响较大，在渗碳2Cr3WMoV试样表面制备多层复合膜结构后，表面摩擦因数由0.54降低到0.077，磨损率由3.03×10-9cm3/（N·m） 降低到9.44×10-10 cm3/（N·m）。由于表面渗碳及抛光工艺提升了合金试样的表面硬度，并降低表面粗糙度，从而使该试样制备非晶四面体碳基复合膜后具有最为优异的摩擦磨损性能及膜层与基体的结合强度。

• 风致微动磨损对配电网接续金具电接触性能的影响

  李洪康，冯玉，蔡猛，何文信，王伟

  架空导线上的电力接续金具在风载荷的作用下会发生持续振动，振动引起的导线与金具间微动磨损特性对电接触性能有重要的影响。通过模拟导线-金具系统在微风下的卡门涡街效应，研究不同振动频率（30、40和50 Hz）下电接触界面的微动磨损行为与性能退化机制，以接触电阻作为接触性能的评价指标，揭示其随时间变化的典型特征，利用微观测试手段对损伤区域进行观测，以评估磨损表面的损伤程度、氧化程度及元素在接触区的分布，并确立磨损机制与接触电阻的关系。试验结果表明：电接触区域发生的磨损和氧化行为是影响接触电阻波动和增长的主要原因；振动频率的提高会加剧接触面的微动损伤，为氧化提供更多的新鲜金属，并在界面积累更多的氧化磨屑；磨屑的持续积累会隔离导电通路，进而降低电接触性能的稳定和可靠性。

• 动压和静压型干气密封流动特性及密封性能对比研究

  张兰霞，丁雪兴，张帅，王世鹏，洪先志，包鑫

  为进一步改善旋转机械轴端密封低寿命、可靠性差问题。以动压型、静压型及动静压组合型干气密封结构为研究对象，基于流体润滑理论，建立表征压型、静压型干气密封气膜压力分布的控制方程。采用数值仿真计算方法，以最大开启力和最小泄漏率为目标，对比分析工况参数、气膜厚度对密封性能的影响，并获得密封性能优良的结构型式及参数范围。研究结果表明：给定参数下，动静压组合型干气密封具有较大压力峰值，且出现在节流孔中心区域；随着转速增加，具有动压槽的干气密封结构的开启力呈增大趋势，因静压节流装置受转速影响小，低载荷下可获得较大的开启力，受节流孔的影响，泄漏率增加；气源压力较小或介质压力较低时，节流出口处存在明显压降和回流现象，使得动压效应和静压效应减弱，在介质压力0.3 MPa，气源压力0.45 MPa附近可获得高开启力和低泄漏率；随着气膜厚度的增大，干气密封结构泄漏率均呈增大趋势，其中有静压节流装置的干气密封结构的泄漏率变化明显。因此，在减磨抗振方面，受静压效应和动压效应综合影响的动静压组合型干气密封结构性能良好；在泄漏方面，因动压效应的影响，动压型干气密封具有最佳控漏效果。研究结果可为高性能旋转机械轴端用干气密封结构优化协调设计提供理论参考。

• 智能完井O形圈在双侧压力下的静密封分析

  郑严，蔡午阳，张辞，钟俊宇，顿志强，王龙，钱韦吉

  O形橡胶密封圈结构简单，且具有自密封性能，多用于单侧受压的密封工况。然而在深水智能完井液控滑套的轴向静密封应用中，O形圈则同时承受内部控制压力与外部环境压力。为探究O形圈在双侧压力下的静密封性能，针对井下3 000 m的实际压力环境(环境压力30 MPa)，利用ABAQUS有限元分析软件建立O形圈的有限元模型，分析不同压缩率下内外介质压力相等和内外介质压力存在压差时的O形圈静密封性能。结果表明：当内外压相同时，不同压缩率下O形圈主密封面上的接触应力均大于介质压力，但当压缩率大于23.81%后，Mises应力与剪切应力显著增长；当内压大于外压时，O形圈主密封面上的接触应力仍然大于介质压力，但其有效接触长度显著减小，当压缩率低于23.81%且内外压差为5 MPa时，O形圈主接触面上的有效接触长度占比不足50%，因此应选用使密封圈压缩率为23.81%的沟槽尺寸。设计一款专用实验设备，对压缩率为23.81%的O形圈进行密封性能试验，试验结果表明，该压缩率下的O形圈在承受35 MPa内压与30 MPa的外压时满足密封性能。

• 氮氩流量比对AlCrTiVNbN薄膜结构和摩擦学性能的影响

  阎红娟，米智丰，郑彩丽，司丽娜，程方赢

  通过磁控溅射方法在304不锈钢表面制备AlCrTiVNbN高熵合金氮化物薄膜，探究在不同氮氩流量比下薄膜的微观组织结构、力学性能和摩擦学性能。结果表明：随着氮氩流量比增加，AlCrTiVNbN薄膜呈现面心立方（FCC）结构，（111）晶面衍射峰消失，在（200）晶面择优取向且向小角度方向偏移；不同氮氩流量比下AlCrTiVNbN薄膜表面光滑、平整无孔隙，截面呈现典型的柱状结构。硬度（H）、弹性模量（E）、H/E、H3/E2随氮氩流量比的增加先增大后减小，氮氩流量比为3∶4时薄膜具有最高的硬度和弹性模量；摩擦因数和磨痕宽度随着氮氩流量比的增加先减小后增大，氮氩流量比为3∶4时摩擦因数和磨痕宽度最小，薄膜具有良好的耐磨性。AlCrTiVNbN薄膜的磨损机制为磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损。摩擦学性能改善的原因有2个：一是溅射过程中合金元素与N原子形成氮化物，具有固溶强化效应，有助于强化薄膜的性能；二是薄膜具有较高的H/E和H3/E2，具有较好抵抗弹性变形和塑性变形的能力，有助于改善薄膜摩擦学性能。

• 孔隙间距对多孔储液介质摩擦学性能的影响

  徐翔，陈江雄，曾毅，郭小雨，秦红玲

  多孔储液介质作为贫油润滑材料引起了广泛的关注。为探究孔隙间距对多孔储液介质摩擦学性能的影响，通过数值模拟得到多孔储液介质孔隙间距与摩擦因数之间的关系；同时制备不同孔隙间距的多孔储液介质试样，并开展摩擦试验。通过摩擦因数、磨损量和表面形貌的测试，结果表明：提出的CFD计算方法与试验结果得到了较好的对应，证明CFD计算方法在试验工况下的计算可行性；在试验工况下，多孔储液介质的摩擦因数随着孔隙间距的增加先升高后降低，孔隙间距存在最佳间距使其综合润滑效果最好；多孔储液介质的磨损量随着孔隙间距的增加先降低后升高，表明合理设计孔隙间距有利于减小试样的磨损量，增强试样的润滑性能。研究结果为优化多孔储液介质结构优化设计提供了理论指导。

• 石墨金属缠绕垫的孔隙结构分析与泄漏模拟

  郭璐怡，章兰珠

  金属石墨缠绕垫是石化行业中应用比较广泛的密封垫片类型之一，其中的石墨缠绕层是垫片的主要密封元件，其孔隙分布决定了垫片泄漏率的大小。基于压汞测试和CT扫描，结合Avizo软件对石墨缠绕层进行微观分析，并进行微观孔隙结构的三维重构。通过统计孔隙结构参数与压汞实验结果的对比，验证数字岩心重构的准确性和代表性，并从微观层面发现石墨材料拥有显著的均匀性和连通性。应用ANSYS软件进行金属石墨缠绕垫受压状态下应力分析，同时运用Fluent软件模拟流体在压力差的作用下在石墨微观结构的渗流行为，以及在应力作用下缠绕垫的压力和速度场分布。这种从微观到宏观的研究方法为石墨金属缠绕垫的渗透泄漏研究提供了新思路。

• 不同节流方式下的液体静压支承承载特性分析

  詹金章，尹自强，胡呈武，谢靖

  对采用小孔和毛细管节流方式的液体静压支承进行理论分析，探究节流结构参数对液体静压支承承载特性的影响规律；通过有限元分析得到液体静压支承油膜的压力分布情况，通过实验测试液压支承的承载性能。结果表明：液压支承的承载特性受到节流器尺寸与油垫结构参数的综合影响；小孔和毛细管节流方式在15 μm的初始油膜厚度和2 mm的封油边宽度下可获得最佳承载性能，在油腔深度大于100 μm时可获得较佳的承载性能；在同样的油垫结构参数下，小孔节流方式的最大承载力和刚度较毛细管节流方式的分别提高了36%和39%；偏心率大于0.35时，小孔节流方式的刚度比毛细管节流方式的低，小孔节流方式比毛细管节流方式更适用于小偏心率的工况。

• 湿式摩擦副接合过程热力学特性研究

  张毅，王其良，张兴波，王建梅，王效岗

  温度对湿式摩擦副接合可靠性和热磨损失效具有重要影响。为研究湿式摩擦副接合过程中的热力学特性，以湿式离合器摩擦副为研究对象，建立承载力模型和摩擦转矩模型，利用Runge-Kutta数值积分法求解不同工况下湿式摩擦副接合特性。基于传热理论，采用Abaqus分析软件建立湿式摩擦副热机耦合模型，采用直接耦合法分析摩擦副接合过程的温度场和应力场分布规律，研究相对转速、接合压力对对偶钢片热特性的影响。结果表明：摩擦界面温度场沿径向呈梯度分布，在靠外径处出现高温区，对偶钢片在接合开始和结束时刻出现高温热点，应力场分布规律同温度场分布规律一致；摩擦片油槽非接触区域存在强制对流换热，温度低于非油槽区；相对转速、接合压力对湿式摩擦副接合特性影响显著，相对转速越大，接合压力越小，湿式摩擦副接合时间越长，温度随转速的增加而增加，随接合压力的增大略有下降。分析结果为湿式离合器摩擦副热致磨损机制研究提供了参考。

• 脂肪醇聚氧乙烯醚对铝栅CMP中铝和多晶硅去除速率选择比的影响

  曹钰伟，王胜利，罗翀，王辰伟，张国林，梁斌，杨云点，盛媛慧

  为了提高高K金属栅结构(HKMG)化学机械拋光(CMP)中铝和多晶硅去除速率选择比，研究酸性环境下(pH=5)非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO9)对铝和多晶硅去除速率选择比的影响，并探究其作用机制。研究发现，AEO9质量分数为0.01%时，铝和多晶硅的速率选择比最高，达到了3.8，并且改善了铝和多晶硅的CMP后的表面质量，表面粗糙度分别为0.756、0.324 nm。电化学、XPS、接触角、表面张力表征结果表明，表面活性剂AEO9可以在被抛材料Al和多晶硅晶圆表面形成致密的吸附膜，从而通过影响抛光中的机械摩擦作用和化学作用，使抛光材料去除速率减小，并减小了Al和多晶硅晶圆表面的粗糙度。

• 表面织构对内燃机凸轮滚轮机构滑差特性的影响

  许磊宇，郭峰，高园杰，李书义

  设计3种不同深度和面积分布率的矩阵圆柱织构，通过飞秒激光复合织构加工系统在销轴表面进行织构处理，采用自主搭建的凸轮滚轮滑差特性测量试验台，研究销轴表面织构在不同试验工况下对内燃机凸轮滚轮打滑特性的影响。结果表明：在充分供油时，使用不同深度和面积分布率的矩阵圆柱织构销轴对于减少滚轮打滑的效果不同，但在高温高速情况下，不同深度和面积分布率的表面织构对于减少滚轮打滑的效果相差不大，因此应选择合适深度和面积分布率的表面织构进行加工处理；在限量供油时，使用无织构的销轴，滚轮打滑率会随时间增长而急速增大，而使用织构化处理的销轴，滚轮打滑率会随时间增长而缓慢下降或保持稳定；在2种不同供油条件下，使用表面织构处理的销轴均可以明显抑制滚轮打滑，并且选择较大深度和面积分布率的表面织构时其抑制滚轮打滑的效果更好。

• 离心惯性效应对螺旋槽干气密封角向动态特性及稳定性的影响

  齐元达，许恒杰，毛文元，邓强国，孙雪剑

  超临界二氧化碳干气密封通常在高压高转速环境下运行，润滑气体的高密度与主轴高转速共同作用导致显著的离心惯性效应。然而，目前关于离心惯性效应对密封角向动态特性及稳定性影响的研究尚不充分。以螺旋槽干气密封（S-DGS）为研究对象，基于小扰动法求解考虑离心惯性力效应的实际气体Reynolds方程与角向稳定性控制方程，获得不同工况条件下泵入、泵出式S-DGS端面气膜的角向刚度、阻尼和角向稳定临界频率比。研究表明：离心惯性效应会降低泵入式S-DGS的角向动态特性系数，增大泵出式S-DGS的角向动态特性系数，且其影响随压缩数的升高而增强；离心惯性效应会增大泵出式S-DGS的角向稳定临界频率比，降低泵入式S-DGS的角向稳定临界频率比；相较于进口压力与频率比，压缩数的变化对离心惯性效应强度的影响更为显著。

• 薄板连铸连轧用静动压油膜轴承润滑特性分析

  李炫儒，王建梅，邵元朝，袁彦伟

  静动压油膜轴承是薄板连铸连轧中的重要零件之一，随着轧制技术的提高，轧辊所受的压力和摩擦力越来越大。为探究轧机静动压油膜轴承的承载能力，以薄板连铸连轧机油膜轴承为研究对象，基于计算流体动力学理论，对高偏心率下油膜流体域进行数值计算，研究静压油腔形状、布置方式和轴颈转速对油膜压力和承载力的影响。研究结果表明：油腔形状对油膜压力和承载力影响较大，当各油腔形状等效面积相同时，矩形静压油腔的油膜压力和承载力最大，然后依次为圆形和椭圆形静压油腔；油腔的布置方式对油膜压力和承载力影响较大，当油腔位于承载区且不发生偏移时油膜压力和承载力达到最高；在低速重载情况下，转速与油膜压力和承载力呈正相关，但是转速对两者的影响较小。

• 乳化液体系、润滑性能及铜轧制工艺评价

  苏道昕，孙建林，黄鹏，李世森，许月婷

  筛选多种基础油及添加剂制备铜冷轧乳化液，结合分子动力学模拟与四球摩擦磨损试验，研究基础油结构、油性剂吸附能、极压剂种类等因素对润滑性能的影响。结果表明：油性剂分子吸附能越大其摩擦因数越小；除极压剂的作用外，当基础油易于被乳化或使用乳化能力较强的乳化剂时可导致最大无卡咬负荷值（pB）降低，这是由于乳化液的油滴更加细小，难以快速在摩擦面离水展着形成油膜，高载荷下油膜易破裂；而乳化能力较强的乳化剂有助于乳化液在金属表面铺展润湿；制得的铜冷轧乳化液四球摩擦磨损试验pB值达755 N，平均摩擦因数为0.075，并表现出良好的防锈效果。通过轧制实验评价不同润滑条件下的轧制厚度、轧制力，使用激光共聚焦显微镜与扫描电镜对轧后板带表面质量进行分析，结果表明，在制备的铜冷轧乳化液润滑下，轧后铜带表面无显著表面缺陷，在垂直轧制方向线粗糙度达0.062 μm。

• 低压工况O形圈动/静密封特性数值模拟与实验研究

  陈铭亮，梁晟林，戴庆文，黄巍，王晓雷

  作动筒是飞机起落架系统的重要组成部件，为起落架、舱门的放下和收上提供动力源。作动筒采用的O形圈通常工作在高速、高压、高温、高寒、振动、冲击等恶劣工况下，常常出现渗漏，影响系统的正常运行。为降低O形圈密封失效的影响，以丁腈橡胶O形圈为例，利用有限元方法分析O形圈在低压状态下的密封特性，探究压缩率、油液压力等对O形圈动/静密封效果的影响及其作用机制；同时搭建低压密封性能测试实验台进行验证。结果表明：在动/静密封工况下，随着油液压力的增加，高压缩率的O形圈表现出更好的密封性能；在动密封状态下，O形圈存在扭转现象，这进一步提升了O形圈的密封性能。

• 不同沟槽结构下水润滑轴承摩擦振动性能试验研究

  张旭，梁兴鑫，向永坤，何涛，莫司丞

  针对水下航行器对低振动、高承载、长寿命水润滑尾轴承的需求，使用仿真和试验手段，开展全沟槽结构和局部沟槽结构的两轴承试样在不同工况下的润滑和振动特性研究。试验结果表明：相较于全沟槽结构，局部沟槽结构的水润滑轴承综合性能最佳，具有较低的摩擦因数，在低速重载工况下更容易形成流体动压润滑；试验结果与仿真结果吻合；比压对两轴承摩擦因数有显著影响，全沟槽轴承摩擦因数随着比压的增大而增加，局部沟槽轴承随比压增加摩擦因数显著降低，且在流量充足的条件下全沟槽轴承温升高于局部沟槽；随着转速的升高，两轴承振动总体上呈现增大的趋势且振动主要来源于低频振动；振动随比压升高无明显变化，相较于比压，转速更能影响轴承的振动特性。

• 基于流固热多场耦合的VL形往复密封性能研究

  王跃明，邝鸿晖，陈相竹，姚志宏，胡宝银，郭飞

  以VL形橡塑组合密封为研究对象，分析其在实际应用工况下的密封性能。针对密封件及其接触界面分别开展固体力学分析、流体力学分析、接触力学分析和流固耦合分析；综合考虑密封接触区域摩擦热的影响，建立流-固-热多物理场耦合的数值计算模型；计算得到不同往复速度下密封接触区域的宏观接触压力、粗糙峰接触压力、油膜压力和油膜厚度的分布情况，以及密封系统的温度变化、泄漏率和摩擦力；同时分析了表面粗糙度对密封性能的影响。结果表明：随着往复速度的增大，净泄漏率逐渐减小，平均摩擦力整体呈上升趋势；随着表面粗糙度的增加，泄漏率逐渐增大，内外行程流量呈现先减小后增大的趋势。推荐密封表面粗糙度范围为0.8~2.6μm。

• 风速和浮盘上浮高度对外浮顶油罐密封圈最易泄漏位置的影响

  罗炜超，夏威，张思琪，李鸿泰，谈金祝

  外浮顶油罐的环形密封圈在环境风速和浮盘上浮高度变化的影响下，可能会发生密封圈最易泄漏位置变化，导致密封性能下降，造成油气泄漏等安全隐患。以某石化公司一台20 000 m3外浮顶油罐为研究对象，通过数值模拟方法，分析4种风速（2、4、6、8 m/s）和3种浮盘上浮高度（5、10、15 m）下的密封圈最易泄漏位置，并通过实验验证数值模拟结果的正确性。结果表明：环境风速大小对于密封圈最易泄漏点位置影响较小，但风速增加会造成密封圈环向压差逐渐加大；浮盘上浮高度增加可使密封圈最易泄漏点处的风向夹角逐渐减小，且能够使得密封圈环向压差逐渐减小。数值模拟和实验结果均表明，浮盘位于10 m高度且风速为4 m/s时的密封圈油气最易泄漏位置为风向夹角45°。研究结果可为降低外浮顶油罐生产安全隐患提供理论依据。

• 聚乙烯醇对单晶硅精抛的影响

  王雪洁，王辰伟，罗翀，周建伟，陈志博，杨啸，刘德正

  针对单晶硅精抛后存在沾污等缺陷，目前采用的高分子聚合物添加剂存在泡沫多或是大幅度影响去除速率等问题，选取高分子聚合物聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)作为抛光液添加剂。在SiO2磨料质量分数为0.5%且抛光液pH为10.5的条件下，研究不同质量分数的PVA对单晶硅（Si）精抛的影响，并通过拉曼光谱、XPS分析PVA的吸附方式及其作用机制。大颗粒粒度仪、接触角测量仪以及AFM和SEM分析结果表明，单晶硅精抛光液中加入PVA可以提高抛光液的润湿性，降低硅表面的颗粒沾污，提高抛光后的表面质量；拉曼光谱、XPS表征结果表明，抛光液中加入PVA会生成更多的Si-OH，保护了Si表面，减少了Si表面的颗粒数量，改善了硅表面的表面质量；在单晶硅精抛光液中加入PVA，可以满足集成电路单晶硅CMP精抛的去除速率的要求，并且能够大幅降低硅表面的颗粒沾污；当PVA质量分数为0.15%时，单晶硅精抛的去除速率为210 nm/min且抛光后的表面颗粒数量下降95%以上，具有较好的表面质量（Sq=0.326 nm）。

• 航空燃气涡轮发动机刷式密封设计及优化分析

  胡峻瑞，朱维兵，尹易，李文江，颜招强，王和顺

  针对航空燃气涡轮发动机工况，设计一种双端面刷式-迷宫组合密封装置。通过有限元数值分析方法研究该密封装置的压力和速度分布规律，并与航空燃气涡轮发动机使用的其他密封装置的密封性能进行比较，发现该装置密封性能更好。分析组合密封结构参数对密封性能的影响规律，并运用正交试验法对关键结构参数进行了优化。结果表明，结构参数对密封性能的影响程度由大到小依次为刷丝直径、刷丝倾斜角度、后挡板间隙、中间挡板间隙、刷丝束厚度、前挡板间隙。优化后的结构参数为：刷丝直径0.6 mm、刷丝倾斜角度30°、后挡板间隙1 mm、中间挡板间隙1 mm、刷丝束厚度4 mm、前挡板间隙4 mm。在发动机工况条件下，优化后的密封泄漏量为5.15 g/s，低于优化前的泄漏量17.76 g/s，优化效果良好。

• 唇口数量对弹簧蓄能密封性能的影响

  袁国海，王永红，高翔，房烨欣，金毅，卢文秀，郭飞

  针对超高压石油井安全阀的使用工况，设计一款弹簧蓄能密封结构，采用有限元分析的方法分别研究介质压力为30~150 MPa工况下，密封夹套唇口数量对弹簧蓄能密封结构的影响规律；利用流固耦合数值仿真分析模型，求解不同介质压力下，不同唇口设计结构的泄漏量，并以泄漏量为密封性能的评价标准，对不同唇口数量的密封性能进行评判。结果表明：唇口数量越多，在高温高压工况下泄漏量的增长梯度越小，低介质压力下泄漏量值较大；对于150 MPa、200 ℃高温高压工况，双唇口结构为最佳的密封结构方案。

• MoNiCu涂层对不同配副的载流摩擦磨损性能研究

  刘宇嵩，崔功军，冯小刚，尤世泉，杨荣乾

  为探究MoNiCu涂层作为载流部件保护涂层的耐磨性，采用激光熔覆技术在45CrNiMoVA钢表面制备MoNiCu涂层，分别以不锈钢440C、铝合金6061和黄铜H62作为配副，在不同电流强度和滑动速度下研究MoNiCu涂层的载流摩擦磨损性能。结果表明：制备的MoNiCu涂层主要包括Mo、Mo1.24Ni0.76、Cu0.81Ni0.19相，其结构致密，与基体为良好的冶金结合；随着电流强度和滑动速度的增大，MoNiCu涂层与3种摩擦副对摩时均表现出良好的载流摩擦磨损性能，磨损率可低至10-6mm3/（N·m）数量级；在高电流条件下，对摩球受热软化，摩擦过程中涂层表面出现摩擦膜，有效减小了涂层的磨损；当电流强度为17 A时，MoNiCu/440C摩擦副的磨损机制为磨粒磨损、电弧侵蚀和氧化磨损，MoNiCu/6061摩擦副的磨损机制为磨粒磨损、黏着磨损和轻微的氧化磨损，而MoNiCu/H62摩擦副的磨损机制为磨粒磨损和塑性变形。研究结果表明，配副材料对MoNiCu涂层载流摩擦磨损性能的影响与摩擦对偶的硬度和导热性紧密相关。

• 基于响应面法的斜轴马达配流盘形变分析与配流副结构优化

  黄振羽，袁振，甘甜

  配流副是斜轴式液压马达的重要摩擦副，配流副的油膜存在不均匀温度场和压力场，影响到配流盘的形变，从而改变配流副的摩擦特性。过大的形变将严重影响液压马达工作效率及使用寿命。以某型号斜轴式液压马达为例，采用计算流体力学和流固热多物理场耦合仿真，模拟计算球面配流盘在不同结构参数与配合间隙下的流场特性，在考虑黏温效应下计算出油膜在额定最大转速下的压力场与温度场；将得到的压力与温度作为初始条件，对配流盘进行力学仿真，求解出配流盘表面形变分布。结果表明：配流盘形变最大值处位于高压区，其次为过渡区域；温度对形变的影响要大于压力的影响，同时油膜厚度的增加也会导致最大形变的增加。通过调整配流窗口半径、阻尼槽宽度以及配流盘表面半径，对配流副结构进行仿真，并根据仿真结果进行响应面优化。结果表明：表面半径取210 mm，阻尼槽宽度取3.8 mm，配流窗口半径取73.5和36.5 mm时所产生的形变最小。

• 石墨负极材料辊压过程离散元模拟研究

  司丽娜，兰琼，黄荣，阎红娟，张淑婷

  作为锂离子电池的核心组件，极片的制备过程特别是辊压工艺是电池能量密度和综合性能提升的关键。研究辊压过程中电极材料辊压变形机制，对实现辊压过程电极材料孔隙率和压实密度精确控制、提升锂离子电池综合性能具有重要意义。基于弹塑性接触模型建立石墨负极材料极片辊压离散元模拟模型，通过微观颗粒间相互作用行为分析揭示其宏观尺度响应。采用控制变量法研究仿真容器尺寸和颗粒间摩擦因数对仿真结果的影响，确定合适的仿真容器尺寸和摩擦因数设置。结果表明：随着设置的容器底面尺寸增加，压力-位移曲线数据波动减小，容器底面尺寸为150 μm×150 μm时可以满足计算准确度要求；静摩擦因数对电极辊压过程有较大影响，静摩擦因数增大，颗粒抗力增大，同等压力对应的密度值减小；而滚动摩擦因数的大小对石墨压实特性的影响较小。

• 液压机V形组合活塞密封的密封性能研究

  高仕恒，索双富，高建辉，王海平

  V形组合密封圈作为大型液压机内主油缸主要密封形式之一，具有低泄漏、可靠性高等优点。基于ABAQUS软件对大型液压机V形组合密封进行有限元分析，采用压力渗透法解决压力接触边界不准确问题，分析高压下V形组合密封应力分布及受力情况。通过改变过盈量、唇高及唇口夹角等参数，分析不同结构参数对唇口接触应力及反向泵回率的影响规律。计算结果表明：接触应力、接触宽度与过盈量和唇高成正比，与唇口夹角成反比；唇口夹角对于改善接触宽度具有最显著效果，唇高对接触应力峰值具有最显著影响；增加过盈量及唇口夹角均不利于提高密封性能，当唇口夹角为10°时，密封环将发生失效；而唇高对密封性能影响很小可忽略。研究结果对V形组合密封结构的优化设计提供理论参考。

• 深井封隔器超弹性金属密封元件密封性能研究

  刘成宇，李纯金，姜涛，许宏锐

  针对目前油气田超高温高压井的恶劣工况条件，采用NiTiHf高温超弹性合金材料替代橡胶材料设计一种封隔器新型金属密封件。通过高温压缩试验研究NiTiHf合金高温超弹性本构模型参数，运用ABAQUS软件建立高温高压下V形密封件及其组件的数值模型，探究坐封载荷、温度和结构参数对V形金属密封件密封性能的影响规律。结果表明：坐封载荷是影响密封件密封性能的重要因素，在保证密封件结构强度的情况下应尽量增大坐封载荷；采用NiTiHf密封件的封隔器能够承受209 ℃高温、130 MPa压差，满足高温高压井下密封要求，但随着温度的升高，密封件的承载能力大大降低；增大密封面曲率半径可以有效地减小密封面泄漏，提高密封件的密封性能；开口角度决定了密封件与套管之间的间隙，为确保封隔器能够安全插入套管中，应选择较大的开口角度。该研究为高温高压井下封隔器的金属密封结构设计提供了参考。