科技成果丨【东华大学科技成果展示】机械工程类成果（四）- 大数跨境

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科技成果丨【东华大学科技成果展示】机械工程类成果（四）

东华科技园

2023-03-27

导读：为充分整合利用东华大学国家大学科技园平台优势，建立创新资源校企合作共享机制，扩大科技成果的源头供给

为充分整合利用东华大学国家大学科技园平台优势，建立创新资源校企合作共享机制，扩大科技成果的源头供给，东华大学国家大学科技园微信公众号，将不定期整合推介东华大学科技成果，敬请关注。如有合作需求，欢迎来电来访咨询。

1.高性能纤维的变径立体管状织造技术

针对碳纤维、玻璃纤维等高强度纤维耐磨性差、不宜织造的缺点，本项目提出经垂法和纬垂法两种生产管状立体织物的工艺原理，并研发出高性能纤维织造管状立体织物的装备，实现了机械化、连续化生产；同时，解决了等密度、变管径立体织物的经纱控制问题。生产的立体管状织物可作为固体复合材料或柔性复合材料的增强体，替代金属构件，达到提高强度、减轻重量、延长寿命等作用。（成果372）

2.超高强纤维3D 数字化编织技术

针对应用领域对异形截面编织物需求的增加，本项目系统地研究了异形截面立体织物的编织技术，设计了通过变轨技术实现灵活改变纱锭运行轨迹的方法和控制策略，总结了纱锭排布不干涉原则及其算法，以及编织过程中纱线张力控制和补偿的方法，研制的样机成功地编织 T 型、X 型、U 型、十型、口型截面实体织物，以及管状变截面、分叉织物。可编织芳纶、高强度聚乙烯、碳纤维、玻璃纤维等高性能纤维。（成果373）

3.大丝束碳纤维展宽织物生产技术及成套装备

针对大丝束碳纤维树脂浸润性差、成型过程中易出现纤维屈曲及角度错位而导致力学性能分散性大的问题，本项目与企业联合攻关，利用超声波实现大丝束碳纤维的展纤，结束了国外技术垄断。并在此基础上，实现展纤织造工艺技术的突破，降低了同类产品的进口价格。展纤织物作为复合材料预制体大大增加了复合材料的纤维体积分数。复合材料可替代传统的无人机全机体结构材料、义肢结构材料、以及汽车中减重材料和特制的隔音板结构材料，从而达减轻重量、提高强度、节省材料的目的。（成果374）

4.润滑脂纤维团在往复运动-微动过程的失效机制

探究环境工况与润滑脂成分对结构与性能之间的影响变化规律对于开发高品质润滑脂，进而提高轴承高可靠长寿命服役具有重要意义。润滑脂的技术水平不仅是影响轴承高可靠、长寿命运行的关键因素也是制约我国高端装备制造业发展的技术瓶颈。对润滑脂组成成分与结构和应用环境工况进行基础研究、发展轴承润滑脂技术既是推进轴承产业发展的关键一步，也是满足我国高端装备润滑需求的重要举措，同时是打破国外高端装备润滑脂研发技术封锁的必经之路。针对润滑脂在连续多周期的往复运动或微动下的摩擦学行为进行了研究。结合摩擦学中的润滑和磨损两个方面，以润滑膜变化作为前期预测，以表面磨损结果作为最终验证，旨在建立两大领域的联系。本文同时考虑了连续多个周期下脂润滑从成膜到失效的变化过程。具体的研究方法为从较长冲程纯滚往复运动脂膜分布规律入手，以油润滑往复-微动油膜分布和磨损失效为基础，逐层深入到脂润滑在这一过渡阶段所表现出的润滑特性，最后考虑了特殊情况下滑滚比和自由水对脂膜分布的影响，论文包括以下内容：使用球-盘点接触光弹流试验台研究了稳态和非稳态纯滚运动下脂润滑多周期成膜规律。实验发现，随着脂润滑工作周期数的增加，往复运动减弱了润滑脂增稠纤维的堆积，最大膜厚在往复运动的冲程末端附近形成。1000 个工作周期后，接触区发生严重乏脂现象，导致在一个工作周期内，中心和最小膜厚的值几乎保持不变。当冲程长度缩短时，增稠纤维被碾压铺展开，经历 1000 个工作周期未从接触区中消失。当往复运动的最大卷吸速度增大到一定数值时，接触区会迅速发生严重乏脂现象，造成表面损伤。实验结果证明了脂润滑在非稳态条件下的寿命远低于稳态条件下的寿命。

针对滑滚比以及变速条件对润滑脂增稠剂聚集团分解时间进行了研究，实验同时考虑了稳态以及往复运动。在稳态条件下，当卷吸速度大于临界速度时，润滑脂增稠剂维持较短时间，随着滑滚比增大，增稠剂存在时间变短。当卷吸速度小于临界速度，增稠剂纤维团在接触区内存在较长时间并提供相当厚的脂膜，其存在时间随着滑滚比的增大而缩短。往复运动工况下，润滑脂增稠剂纤维团的存在时间进一步缩小。研究通过对比润滑脂在滑滚比条件下稳态和往复运动的失效，对设计和研发润滑脂时应考虑的增稠剂疲劳寿命问题，提出了应重点关注润滑脂的黏度的建议。

未来研究方向：目前已有的皂基纤维团都会在变速和滑滚比存在条件下因迅速分解失效，导致润滑失效。针对微纳米纤维制造新型润滑脂，对于开发国产高品质润滑脂，进而提高脂润滑工业链条、滚动轴承等的高可靠长寿命服役具有非常重要的指导意义。（成果375）

5.大型复合材料构件打磨装备开发（以导弹发射箱为例）

针对当前以碳纤维、玻璃纤维等以纺织构型为特点的大型复合材料构件（如玻纤为主要构件材料的导弹发射箱）变刚度、表面加工质量控制困难等技术挑战，以国防、航空航天、风电等工业领域打磨装备开发的重大需求为导向。本项目开展了在线可监测、适应大型构件变刚度特点、高自动化率、环境友好的大型机电一体化的打磨装备的技术需求，开发了打磨装备的检测打磨一体化打磨头技术，恒力传感器技术、机器人打磨姿态控制技术；研究了以纺织型结构为特点或纤维平行铺装结构为特点复合材料力学特性，开展了打磨工艺优化研究，该大型复合打磨装备开发技术和工艺研究在国防、航空航天、风电等领域具有广阔的应用前景。（成果376）

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