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福州大学摩擦学研究所

(发布日期:2024-08-27 点击数:7)

Ø 研究所简介:

福州大学摩擦学研究所是中国机械工程学会摩擦学分会副理事长单位,长期开展摩擦学基础研究和应用基础研究。研究所立足国家战略需求,旨在为能源装备节能延寿和国防装备的安全可靠服役提供技术支撑,形成了能源装备摩擦学团队。

团队发起人为高诚辉教授,师从中国科学院院士雷天觉。历经30余年发展,在能源装备的摩擦减振、载流摩擦、摩擦制动、绿色润滑等领域实现技术突破,形成新质生产力。近十年,研究所承担了包括国家自然科学基金(联合重点项目、面上项目、青年项目)18项;教育部创新团队、国家重点研发计划课题、中央军委科技委创新特区项目、装备部预先研究项目和省重大专项等近30项科研任务。研究成果获省部级科技进步一等奖2项、二等奖8项、三等奖3项。发表相关学术论文600多篇,其中三大检索系统收录400多篇;获中国发明专利授权100余项;出版学术专著6部。

Ø 团队学科布局:

(1)摩擦减振领域。从减振关键基础件金属编织物(金属橡胶)的设计方法与干摩擦耗能机理出发,研制了包括减振垫、减振环及非线性隔振器等五大系列16种高性能金属橡胶产品,成功解决了核辐射、高温环境下核电机组VVP母管与小支管、动力设备、舰船高温管道、机载电子设备等振动抑制的技术难题,故障率大幅下降,有力保障了我国核动力装备、深海舰船、核电等“国之重器”安全可靠服役。

(2)载流摩擦领域。通过分析发电机组集电环-碳刷载流摩擦界面过热、打火、电蚀等故障机理及关键致因,进行滑环装置散热-排尘-碳粉收集功能结构一体化设计,大幅提升系统的运行稳定性,可实现10年免维护。该技术服务于长江电力、华电集团、南方电网等大型发电企业旗下发电装备。

(3)摩擦制动领域。重点攻关高速重载、紧急制动等工况下刹车片的热衰退难题,研制出新一代绿色高性能无铜树脂基制动材料,该材料在300-350℃的高温摩擦系数不仅没有降低,反而升高,具有极为出色的抗热衰退性能,实现了其在高性能制动领域的应用。

(4)绿色润滑领域。面向福建智能装备制造领域对机器人关节减速器的迫切需求,聚焦齿轮传动部件精度退化问题,与中石化等企业合作,开发的环保润滑剂能使传动系统减少20~30%的磨损量,实现了此类装备减磨延寿系列润滑产品的研发及产业化示范应用。

Ø 团队成员简介:

团队现有教师20名,其中教授9名,博士生导师6名;包括国务院政府特贴专家1名,闽江学者特聘教授2名,福建省高层次人才5名;在读硕博士生100余名。

代表性论文:

[1] Ling Pan*, Jinliang Lian, Yunli Wu, Jinyang Guo. Tribological Properties of Polyaromatic Organics as Lubricating Grease.Wear, 2024, 548-549: 205378.(摩擦学国际顶刊,中科院一区,Top)

[2] Ling Pan*, Bin Lin, Zhiqiang Yin, Hao Zhang, Xuqing Xie. Study on Trapping Behaviour of SiO2-containing Droplets on the Solid Surface.Journal of Molecular Liquids, 2024, 402: 124776.(中科院一区,Top)

[3] Ling Pan*, Yunhui Chen, Zhi Li, Xuqing Xie. Dynamical Behaviors of Nanodroplets Impinging on Solid Surfaces in the Presence of Electric Fields.Nanoscale, 2023, 15: 6215-6224.

[4] Liming Guo,Ling Pan*, Zhi Li. Study on the Sliding Tribological Behavior of Oleic Acid-Modified MoS2 under Boundary Lubrication.Langmuir, 2023, 39: 14562-14572.

[5] Yuqing Han,Ling Pan*, Hao Zhang, Yi Zeng, Zhiqiang Yin. Effect of Lubricant Additives of Cu, Fe and Bimetallic CuFe Nanoparticles on Tribological Properties.Wear, 2022, 508-509: 204485.(摩擦学国际顶刊,中科院一区,Top)

代表性论文:

[1] Kaikui Zheng*, Xinzhe Zhao, Ling Pan*, Zhiying Ren.Ultrasonicrollingstrengthening of TC11titaniumalloysurface: Corrosion andwearproperties underextremeconditions.Wear, 2024, 550-551: 205415.(摩擦学国际顶刊,中科院一区,Top)

[2] Kaikui Zheng*, Youxi Lin, Tingzheng Lai, Chenghui Gao, Ming Liu*, Zhiying Ren. Replacing copper in composites with waste foundry sand: A novel approach for Cu-free resin-based braking material.Tribology International, 2024, 191: 109110.(摩擦学国际顶刊,中科院一区,Top)

[3] Kaikui Zheng*, Youxi Lin*, Shanmin You, Zhiying Ren, Jianmeng Huang.Copper-free resin-based braking materials: A new approach for substituting copper with fly-ash cenospheres in composites.Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2024, 37: 28. (国内顶刊,中科院二区)

[4] Kaikui Zheng*, Youxi Lin, Jianguo Cai, Chengqian Lei. Corrosion resistance and tribological properties of laser cladding layer of H13 die steel strengthened by ultrasonic rolling.Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2022, 35: 137. (国内顶刊,中科院二区)

[5] 郑开魁,林有希*,蔡建国,雷成迁.超声滚压工艺对模具钢激光熔覆层表面质量的影响.机械工程学报, 2022, 58(12): 111-120.(卓越期刊)

代表性论文:

[1] Yu Yang,Zhiying Ren*,Chunhui Zhou, Youxi Lin*, Linxi Hou, Linwei Shi, Shuncong Zhong*. 3D-printed robust dual superlyophobic Ti-based porous structure for switchable oil/water emulsion separations. Advanced Functional Materials, 2023,33(15): 202212262.(材料国际顶刊,中科院一区,Top)

[2] Zhou Chunhui,Ren Zhiying*,Zihao Huang, Linwei Shi, Caijun Xun, Wei Huang, Youxi Lin*. Damage hysteresis dynamic model of tangled metal wire based on higher-order dry friction (HDF).Mechanical Systems and Signal Processing, 2024, 208:111073.(入选高被引论文,热点论文,中科院一区,Top)

[3] Linwei Shi,Zhiying Ren*,Chunhui Zhou, Liangliang Shen, Hongbai Bai, Zihao Huang. Numerical simulation of entangled wire-silicone rubber continuous interpenetration structure based on domain meshing method.Composites Part B- Engineering, 2023, 256: 110648.(入选高被引论文,中科院一区,Top)

[4] Yu Yang,Zhiying Ren*,Weiping Chen, Mingzhi Fan, Youxi Lin*, Zhiguang Guo*. Superhydrophobic wire-cotton woven porous material with excellent durability for emulsion separation.Tribology International, 2023, 320: 124175.(摩擦学国际顶刊,中科院一区,Top)

[5] Liangliang Shen,Zhiying Ren*,Jian Xu*, Lin Pan, Youxi Lin, Hongbai Bai. Dry friction damping mechanism of flexible microporous metal rubber based on cell group energy dissipation mechanism.Friction, 2023, 11(2): 259-279.(摩擦学国际顶刊,中科院一区,Top)

代表性论文:

[1] Kangni Chen, Hongling Qin*,Zhiying Ren. Establishment of the microstructure of porous materials and its relationship with effective mechanical properties.Scientific Reports, 2023, 13: 18064.(中科院二区)

[2] Yang Fu,Hongling Qin*, Xiang Xu, Xiaolong Zhang, Zhiguang Guo*. The effect of surface texture and conductive grease filling on the tribological properties and electrical conductivity of carbon brushes.Tribology International, 2021, 153:106637.(摩擦学国际顶刊,中科院一区,Top)

[3] Hongling Qin, Chang Yang, Hefa Zhu, Xuefei Li, Zhixiong Li, Xiang Xu. Experimental analysis on friction-induced vibration of water-lubricated bearings in a submarine propulsion system.Ocean Engineering, 2020,203: 107239. (中科院一区,Top)

[4] Xiaolong Zhang, Yang Dong, Zhao He, Hanyuan Gong, Xiang Xu, Meiyun Zhao,Hongling Qin*. Efficient gas transportation using bioinspired superhydrophobic yarn as the gas-siphon underwater.ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12: 18174−18181. (中科院二区,Top)

[5] Wenyu Peng, Xuelian Gou,Hongling Qin*, Meiyun Zhao, Xinze Zhao, Zhiguang Guo. Robust Mg(OH)2/epoxy resin superhydrophobic coating applied to composite insulators.Applied Surface Science, 2019, 466: 126-132.(中科院一区,Top)

代表性论文:

[1] 王伟, 马乾伦, 白振华, 王子昂. 基于梯度提升决策树的冷轧高强钢卷力学性能预测. 中国机械工程, 2023, 34(18): 2222-2229.

[2] 王伟,黄宇星,余鸿敏.基于CART决策树的冲压成形仿真数据挖掘.工程科学学报, 2018,40(11): 1373-1379.

[3] 王伟,李鑫,黄金哲.冷轧铝工作区的混合润滑特性研究.润滑与密封, 2022, 47(03): 81-88.

[4] 张波, 王伟, 李世苗. 冷轧铝带卷取内部应力有限差分仿真研究. 精密成形工程, 2018, 10(01): 127-131.

[5] 王伟, 刘传相. 铝带冷轧机工作辊分段冷却热辊型调控功效分析. 精密成形工程, 2017, 9(01): 71-75.

代表性论文:

[1] Ming Liu*, Shuai Chen. Micromechanical characterization of zirconia and silicon nitride ceramics using indentation and scratch methods.Ceramics International, 2024, 50: 19982-20010.(中科院一区,Top)

[2] Dongyang Hou,Ming Liu*, Sheng Liu*, Fuqian Yang*. Indentation fracture of 4H-SiC single crystal.International Journal of Mechanical Sciences, 2024, 270: 109096.(中科院一区,Top)

[3] Ming Liu*, Zhitong X. Micromechanical characterization of microwave dielectric ceramic BaO–Sm2O3–5TiO2 by indentation and scratch methods.Journal of Advanced Ceramics, 2023, 12: 1136-1165. (中科院一区)

[4] Ming Liu*, Dongyang Hou, Yan Wang, G. Lakshminarayana. Micromechanical properties of Dy3+ ion-doped (LuxY1-x)3Al5O12 (x = 0, 1/3, 1/2) single crystals by indentation and scratch tests.Ceramics International, 2023, 49: 4482-4504. (中科院一区,Top)

[5] Ming Liu*. Characterization of bulk metallic glasses by microscratch test under Rockwell C diamond indenter and progressive normal load.Engineering Fracture Mechanics, 2023, 281: 109126.(中科院一区,Top)

代表性论文:

[1] Fuqiang Lai, Guilin Gao, Xiangfei Hao, Anqiong Hu, Xin Xue, Hongbai Bai, Lihua Fu, Yiwan Wu*. Research on performance degradation patterns of metal rubber components under the coupling of static compression and full immersion corrosive environment.Materials Today Communications, 2024, 39: 109107.

[2] Fuqiang Lai, Anqiong Hu, Yiwan Wu, Hongbai Bai, Xin Xue*. Mechanical property and failure mechanism of metal rubber/ZA8 composite made by squeeze casting process.Advanced Engineering Materials, 2023, 25(22): 2301256.

[3] Fuqiang Lai, Xiangfei Hao, Niuniu Liu*, Yiwan Wu, Xin Xue, Hongbai Bai. Creep properties of cylinder metal rubber under static compression at elevated temperatures.Symmetry-Basel, 2023, 15(2): 281-300.

[4] Xin Xue, Chao Zheng,Fuqiang Lai*, Xueqian Wu*. Mechanical property of cylindrical sandwich shell with gradient core of entangled wire mesh.Defence Technology, 2024, 31: 510-522. (中科院二区)

[5] Guoqiang Zheng,Fuqiang Lai*, Youxi Lin*, Jie Yu, Zhiying Ren. Study on the friction-reducing mechanisms of surface texture cemented carbide under dry sliding.Journal of Materials Engineering and Performance, 2022, 32(5): 2074-2083.

代表性论文:

[1] 张兆想,蔡茂坤,任志英,贾晓红,郭飞.温度及其波动对橡胶密封硫化过程影响的仿真分析.化工学报, 2024, 75(02): 715-726.

[2] Zhaoxiang Zhang, Xiaohong Jia, Fei Guo, Yuming Wang. Effect of vulcanization on the tribological behavior and sealing performance of EPDM seals: Experimentation and simulation.TribologyInternational, 2021, 164: 107219.(摩擦学国际顶刊,中科院一区,Top)

[3] Zhaoxiang Zhang, Xiaohong Jia, Fei Guo, Zhongde Shan, Yuming Wang. Effect of contact forms on the wear of hard silicon surfaces by soft polymers.Friction, 2021, 9: 918-928. (摩擦学国际顶刊,中科院一区,Top)

[4] Zhaoxiang Zhang, Fei Guo, Yuchao Ke, Chong Xiang, Xiaohong Jia. Effect of vulcanization on deformation behavior of rubber seals: Thermal–mechanical–chemical coupling model, numerical studies, and experimental validation.Materials & Design, 2022, 224: 111314. (中科院一区,Top)

[5] Zhaoxiang Zhang, Fei Guo, Wei Song, Xiaohong Jia, Yuming Wang. Empirical correction of kinetic model for polymer thermal reaction process based on first order reaction kinetics.Chinese Journal of Chemical Engineering, 2021, 38: 132-144.

Ø 团队承担国家自然科学基金项目概况:

序号

项目号

项目名称

负责人

经费(万元)

起止年限

项目类别

1

U2330202

辐射/力/热耦合下金属橡胶疲劳失效机理与寿命预测方法研究

任志英

300

2024-2027

国家自然科学基金联合基金重点项目

2

52275177

多孔储液自润滑介质摩擦磨损-疲劳损伤与调控机理研究

秦红玲

54

2023-2026

国家自然基金面上项目

3

52275178

新型无铜树脂基制动材料摩擦膜生成、演变机理与调控策略研究

郑开魁

54

2023-2026

国家自然基金面上项目

4

52175162

金属橡胶无序非连续结构热力耦合下动态演化及其微动失效行为研究

任志英

58

2022-2025

国家自然基金面上项目

5

51975325

多孔储液介质仿生自适应润滑机理与结构设计研究

秦红玲

66

2020-2023

国家自然基金面上项目

6

51975123

铜基复合材料高速切削过程摩擦效应研究

林有希

60

2020-2023

国家自然基金面上项目

7

51875106

制动复合材料的界面力学行为及其对摩擦学性能的影响

高诚辉

60

2019-2022

国家自然基金面上项目

8

51375094

高性能树脂基复合材料高速切削过程摩擦学行为研究

林有希

78

2014-2017

国家自然基金面上项目

9

51175085

双粗糙面滑动摩擦随机相嵌微凸体的微观热动力学行为研究

高诚辉

60

2012-2015

国家自然基金面上项目

10

51075074

新型汽车制动材料特殊工况下摩擦学行为研究

林有希

38

2011-2013

国家自然基金面上项目

11

50775039

粗糙表面弹塑性接触滑动摩擦的热动力学研究

高诚辉

32

2008-2010

国家自然基金面上项目

12

50375028

盘式制动器摩擦、磨损热动力学研究

高诚辉

28

2004-2008

国家自然基金面上项目

13

52305186

橡胶密封硫化成型过程性形演变跨尺度分析及调控研究

张兆想

30

2024-2026

国家自然基金青年基金项目

14

52205185

奥氏体耐热钢盘锥面冷镦压﹣渗氮复合强化的高温磨损机理研究

赖福强

30

2023-2025

国家自然基金青年基金项目

15

51805086

金属橡胶螺旋网状结构线匝空间多点随机接触特性研究

任志英

27

2019-2021

国家自然基金青年基金项目

16

51705082

表面微观形貌和局部倾斜对压印和划痕测量的影响研究

刘明

24

2018-2020

国家自然基金青年基金项目

17

51405265

固-液耦合作用下颗粒在水润滑粘弹性体/金属界面间的运动及其对磨损的影响研究

秦红玲

25

2014-2016

国家自然基金青年基金项目

18

51205062

覆膜基底与微悬臂梁间粗糙面重复冲击接触-分离的动态接触特性分析

黄健萌

25

2013-2015

国家自然基金青年基金项目

Ø 团队场地与设备概况:

团队现有科研和办公场所共2400平方米,拥有摩擦材料制备实验室、摩擦磨损实验室、微观力学实验室、研发工作室等多个专业实验室。具有摩擦材料制备、摩擦学性能测试与表征、现代材料仪器分析和数值模拟等相关设备,共计3000多万元。

序号

设备名称

型号

价格(万元

1

万能磨损试验机

UMT Tribolab

120

2

微纳米力学划痕仪

AntonParr

148

3

原子力显微镜

MFP3D

152

4

多功能摩擦磨损试验机

Rtec MFT-5000

218

5

表面粗糙度测试仪

德国Mahr

63

6

Chase摩擦试验机

XYC-A

19

7

摩擦磨损性能试验机

MM1000-II

28

8

摩擦磨损试验机

MMS-2A

13

9

调压变速摩擦试验机

X-DM

10

10

表面三维轮廓仪

STIL Micromeasure2

57

11

四柱式万能液压机

YQ32-315

17

12

五轴加工中心

KMC600S U

181

13

车削中心

ELITE 51B MYT

123

14

金属3D打印机

Metal M3

278

15

金属3D打印机

Metal M2

88

16

3D打印机

Dream X6

36

17

金属表面加工设备

HK30F

34

18

三分量高精密切削力测量系统

Kistler

39

19

动态信号分析仪

35670A

14

20

激光快速成型机

SPS600

106

21

刀片服务器

HP BL460c Gen9

82

22

扫描电化学显微镜

CHI900D

24

23

台式扫描电镜

Phenom pro

56

24

油液颗粒度分析仪

PLD-0201

18

25

五维激光测量系统

5/6-D

38

26

声振分析仪

LMS SCM05

36

27

信号采集分析测试仪

Pxie-1082

50

28

声学分析测试系统

3050-A-040

33

29

动态测试分析系统

DH5922

48

30

三维激光扫描仪

VLS-200+

21

31

高频疲劳试验机

GPS-200

32

32

伺服液压测试系统

MTS Landmark 370.10

272

33

高低温动静万能试验机

SDS-200

54

34

金属橡胶冲压成型设备

THD32-800

84

35

大型金属橡胶缠绕设备主机

CRJ-1200-500

39

36

自动化缠绕设备

SMT-ZDCR-005

12

37

自动化编织设备

SMT-ZDBZ-002

20

38

自动化铺设设备

SMT-ZDPS-002

20

39

自动化辊压机

SMT-PBGY-001

45