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面向微纳技术的液桥断裂研究进展

过程工程学报 2023年第6期23卷 814-825页

作者：朱朝飞楚亚龙高羡明陕西科技大学机电工程学院陕西西安710021

受尺度效应的影响,液桥的形态特征决定了液桥力的变化,液桥力的变化对液桥的形成与断裂具有重要影响。基于液桥形态学的液桥断裂机理是生物、化学、材料、微纳技术等研究领域的理论基础。目前,液桥断裂研究属于跨学科研究,涉及数学、流... 详细信息

受尺度效应的影响,液桥的形态特征决定了液桥力的变化,液桥力的变化对液桥的形成与断裂具有重要影响。基于液桥形态学的液桥断裂机理是生物、化学、材料、微纳技术等研究领域的理论基础。目前,液桥断裂研究属于跨学科研究,涉及数学、流体力学、界面化学、材料学等学科,但较少有专注于液桥形态学的液桥断裂研究的综述。本综述总结了轴对称液桥、非轴对称液桥和非牛顿流体液桥的断裂理论模型和实验方法。首先,介绍了平衡或稳定状态下,液桥受迫拉伸、断裂过程中产生的流体弱非线性行为。其次,描述了液体体积、黏度、表面张力、表面润湿性和粗糙度、断裂速度、液桥形态等关键因素对液桥断裂位置或分配率的影响,归纳了研究影响液桥断裂参数时所采用的实验方法,讨论了不同实验装置的结构特征及其优缺点,总结并提出了该研究的创新特性和高价值的研究方向。最后,展望了微纳技术领域的液桥断裂的前沿研究方向,指出建立更全面的液桥断裂模型、研究多参数约束下的液桥断裂机理和控制方法是未来的研究重点。

关键词：表面张力断裂液桥形态液桥微纳技术

核主泵液钠润滑导轴承特性分析及参数优化设计

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机械设计 2023年

作者：高羡明蔡志祥张功学杨存磊杨汶轩陕西科技大学机电工程学院

液钠轴承是核电站二回路主循环泵的核心部件。随着主循环泵向大容量、高负荷方向发展，对液钠轴承的承载性能和润滑可靠性提出了更高的要求，而轴承的工况参数和结构参数很大程度上决定了轴承的承载性能和可靠性。因此本文针对液钠轴承... 详细信息

液钠轴承是核电站二回路主循环泵的核心部件。随着主循环泵向大容量、高负荷方向发展，对液钠轴承的承载性能和润滑可靠性提出了更高的要求，而轴承的工况参数和结构参数很大程度上决定了轴承的承载性能和可靠性。因此本文针对液钠轴承的复杂流场特性，首先建立该轴承的流体动力学模型，研究偏心率、间隙和进油口压力对液钠轴承液膜流体动力学特性的影响，探明了轴承静特性和动特性随偏心率、间隙和进油口压力的变化规律。其次构建径向基神经网络（RBF）代理模型，在此代理模型的基础上，以液钠轴承的刚度系数最大和摩擦因数最小为优化目标，使用非劣分层遗传算法（NSGA-Ⅱ）获得Pareto最优解集；并采用逼近理想解排序法（TOPSIS）来获得不同权重系数下的最优非劣解。研究结果为液钠轴承的研发设计以及国产化提供了理论依据。

关键词：液钠轴承润滑特性代理模型优化设计

风电齿轮箱迷宫密封泄漏量分析及结构优化设计

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机电工程 2023年

作者：高羡明张洋张功学杨汶轩蔡志祥陕西科技大学机电工程学院

为了分析某风电齿轮箱内迷宫密封各参数对泄漏量的影响，利用数值模拟和构建代理模型对迷宫密封的泄漏行为开展了研究。首先，根据风电齿轮箱三维实体模型构建了其迷宫密封三维流场模型；然后，基于FLUENT软件，通过单一变量法研究了迷... 详细信息

为了分析某风电齿轮箱内迷宫密封各参数对泄漏量的影响，利用数值模拟和构建代理模型对迷宫密封的泄漏行为开展了研究。首先，根据风电齿轮箱三维实体模型构建了其迷宫密封三维流场模型；然后，基于FLUENT软件，通过单一变量法研究了迷宫密封泄漏量随进出口压力比、润滑液动力黏度、高速轴与低速轴的转速和迷宫密封的密封齿间隙的变化规律；最后，构建了径向基神经网络（RBF）代理模型，在该代理模型的基础上，在影响迷宫密封性能的因素中，选取了密封间隙、密封腔体高度和密封腔体高度三个结构参数作为设计变量，以迷宫密封的最小泄漏量和出口最大速度为优化目标，使用非劣分层遗传算法（NSGA-Ⅱ）获得了最优解。研究结果表明：迷宫密封泄漏量受两个转轴的转速影响很小；泄漏量与进出口压力比、密封间隙成正比，而与润滑油动力黏度成反比；求得最优解对应的参数所对应泄漏量减小了47%，出口最大速度降低了36%，数值模拟与优化理论计算结果一致。该结果可为研究迷宫密封泄漏量的影响特性提供了理论依据。

关键词：风电机组齿轮箱迷宫密封泄漏量数值模拟优化设计径向基神经网络(RBF)代理模型

机床多体系统空间刚度场约束下的加工误差预测

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西安交通大学学报 2016年第6期50卷 90-96,158页

作者：高羡明洪军甄宜超西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049 西安精雕软件科技有限公司西安710119

针对机床加工误差预测结果不连续的问题,提出了一种基于多体系统理论的机床加工空间连续误差预测方法。该方法结合多体系统运动学求解特点,将机床部件视作弹性体,利用低序体阵列和传递矩阵来描述机床部件之间的运动关系;基于刚度缩聚理... 详细信息

针对机床加工误差预测结果不连续的问题,提出了一种基于多体系统理论的机床加工空间连续误差预测方法。该方法结合多体系统运动学求解特点,将机床部件视作弹性体,利用低序体阵列和传递矩阵来描述机床部件之间的运动关系;基于刚度缩聚理论与最小二乘法原理,提取体单元移动载荷约束下的刚度缩聚模型;基于雅克比传递矩阵建立整机空间加工误差模型。结合切削工艺模拟方法,以某镗铣复合加工中心加工发动机壳体为例,对发动机壳体的立面、底面以及孔特征进行立铣、端铣、镗孔加工误差预测。基于复合工艺约束下的加工误差预测模型,对多种装夹角度下的发动机壳体加工误差进行了对比分析,结果表明,利用多体系统进行低序体阵列描述,有利于实现组合式加工误差求解,可用于机床的组合优化分析;结合切削工艺模拟的复合加工误差分析,以发动机壳体装夹角度为优化目标进行加工工艺优化设计,当转角为90°时,加工精度可提高35%。该方法能够有效地预测加工误差,进而支持机床的工艺优化设计。

关键词：数控机床多体系统理论误差预测加工空间工艺优化

基于内窥图像畸变校正的孔内表面尺寸测量方法

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光学学报 2023年第3期43卷 114-123页

作者：盛强郑建明陈婷杨秀秀高羡明西安理工大学机械与精密仪器工程学院陕西西安710048 陕西科技大学机电工程学院陕西西安710021 西安理工大学经济与管理学院陕西西安710054

针对孔内表面缺陷尺寸测量难的问题,提出一种内窥图像校正方法以实现孔内表面尺寸测量。根据内窥成像原理,在考虑应用场景几何约束的情况下,将图像畸变分解为周向畸变和轴向畸变,将校正模型中的参数简化为图像中心坐标和一个非线性增长... 详细信息

针对孔内表面缺陷尺寸测量难的问题,提出一种内窥图像校正方法以实现孔内表面尺寸测量。根据内窥成像原理,在考虑应用场景几何约束的情况下,将图像畸变分解为周向畸变和轴向畸变,将校正模型中的参数简化为图像中心坐标和一个非线性增长函数,进而提高了内窥镜图像边缘区域的校正精度。采用Hough变换和图像像素标定的方法得到相关参数,为克服轴向校正对标定结果的依赖,采用神经网络算法拟合包含像素相对位置和孔径的轴向校正函数。实验结果表明,基于像素标定的6组实验的平均测量误差为1.95%,准确度高。对于不具备标定条件的孔内表面缺陷,采用轴向校正函数进行校正和测量,3组实验的平均测量误差为6.75%,结果较为理想。所提出的校正方法通用性好、准确率高,可用于孔类零件及管道的自动化检测和智能检测。

关键词：测量畸变校正内窥图像尺寸测量孔内表面图像处理

曲线刃车刀片热力耦合场分析及其高速切削性能评价

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曲线刃车刀片热力耦合场分析及其高速切削性能评价

作者：高羡明哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

高速切削机理的研究作为高速切削技术的理论基础,是高速切削技术应用和发展的基石。刀具刃口刃形对高速切削过程有着重要的影响,刃口刃形上热力耦合场的分布及变化影响刀具的切削性能。目前对高速切削的热力耦合场分析主要集中在针对特... 详细信息

高速切削机理的研究作为高速切削技术的理论基础,是高速切削技术应用和发展的基石。刀具刃口刃形对高速切削过程有着重要的影响,刃口刃形上热力耦合场的分布及变化影响刀具的切削性能。目前对高速切削的热力耦合场分析主要集中在针对特定刀片的单物理场分析,没有对其作用规律进行分析研究。因此,有必要对其热力耦合场的分布和变化规律进行深入的研究。在基于曲线刃刀片的高速切削机理研究的基础上,以曲线刃高速车刀车削铝合金过程下的刃口刃形为研究对象,提取曲线刃刀片刃口刃形的特征参数,运用自适应有限元网格划分等有限元方法,建立高速车削热力耦合仿真模型,根据高速切削热力耦合场分布情况的模糊性,建立高速切削模糊物元评判模型,对曲线刃车刀刀刃上各点刃口刃形的优化,获得其最佳切削性能。主要研究内容包括以下几个方面:首先,分析曲线刃车刀刀片刃口刃形对高速切削过程的影响,建立曲线刃切削层参数的理论模型;依据模型抽取刀具刃口刃形的特征参数,并分析了其对力热的影响情况。其次,针对高速切削问题,运用高速切削热力耦合理论,构建工件材料的非线性本构模型;根据曲线刃刀具高速切削的特点,以对切削模拟中的网格畸变以及自适应网格划分等问题的研究为基础,建立了曲线刃高速切削热力耦合有限元模型,并对模拟结果进行了分析。最后,通过对有限元模拟结果的分析,针对模拟结果的模糊性和不相容性问题,采用模糊物元评判理论,通过对力、热权重的分析,建立曲线刃车刀片刃口刃形的模糊物元评判模型。利用模型对曲线刃车刀刃口刃形进行了优化,结果和试验表明,对刀具的刃口刃形优化可以有效的提高刀具的切削性能。

关键词：高速车削切削刃曲率半径热力耦合场

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基于缩聚理论的主轴箱刚度表征方法

机床与液压 2023年第3期51卷 156-161页

作者：高羡明华梦怡张功学李端玲郭宁波陕西科技大学机电工程学院陕西西安710021

基于刚度缩聚的思想,提出面向复杂载荷的机床及其零部件的刚度矩阵归一化表征模型,能够实现任意载荷构型下刚度特性的一致性表达。以主轴箱为工程对象进行实例应用,建立包含参数信息的刚度表征模型,识别刚度薄弱方向,明确刚度设计的优... 详细信息

基于刚度缩聚的思想,提出面向复杂载荷的机床及其零部件的刚度矩阵归一化表征模型,能够实现任意载荷构型下刚度特性的一致性表达。以主轴箱为工程对象进行实例应用,建立包含参数信息的刚度表征模型,识别刚度薄弱方向,明确刚度设计的优化目标。分别采用刚度表征模型和有限元分析法求解镗削加工主轴箱变形量,验证刚度表征模型的准确性。对比两种方法的求解结果,可知基于缩聚理论的刚度表征方法能够在保留系统刚度特性的同时,快速求解变形量,提高了分析效率。

关键词：机床刚度表征方法缩聚理论加工精度

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液体毛细力驱动的微纳组装技术的研究进展

微纳电子技术 2023年第10期60卷 1551-1563页

作者：高羡明楚亚龙朱朝飞宋龙刚董亮徐磊磊陕西科技大学机电工程学院西安710021

液体毛细力驱动下的微纳组装技术可以实现胶体颗粒、纤维、薄膜和芯片等微型结构的定向运输与自组装。基于毛细力的自组装技术研究涉及多学科交叉,对微纳芯片装配、纳米材料制备和大分子聚合物制备等领域的发展有重要意义。从理论和实... 详细信息

液体毛细力驱动下的微纳组装技术可以实现胶体颗粒、纤维、薄膜和芯片等微型结构的定向运输与自组装。基于毛细力的自组装技术研究涉及多学科交叉,对微纳芯片装配、纳米材料制备和大分子聚合物制备等领域的发展有重要意义。从理论和实验两方面综述了近年来毛细力自组装技术的研究重点,介绍了毛细力和液气界面形态学的研究模型;从组装对象的结构维度、材料的刚柔特性方面分析了毛细力自组装技术的特点和组装方法,并指出结构间距、材料性质、三相接触线形状、接触角、润湿性差异和液体体积等因素对自组装的影响。最后总结了毛细力自组装技术的优缺点以及应用中存在的问题,展望了未来微纳组装技术的研究重点。

关键词：毛细力自组装技术微纳组装胶体颗粒纳米材料大分子聚合物

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激光微纳加工微槽道试验研究

陕西科技大学学报 2023年第1期41卷 138-143页

作者：高羡明郭宁波张功学华梦怡李夏霜陕西科技大学机电工程学院陕西西安710021 西北工业大学航空学院陕西西安710072

针对100 mm×100 mm×2 mm铜制均热板进行微槽道激光加工试验研究,初步探究激光重复频率、扫描速度和扫描方式等工艺参数对微槽道微观结构及表面质量的影响规律,并对9组试件微槽道深度及表面质量进行了试验分析.结果表明,激光扫描速度越... 详细信息

针对100 mm×100 mm×2 mm铜制均热板进行微槽道激光加工试验研究,初步探究激光重复频率、扫描速度和扫描方式等工艺参数对微槽道微观结构及表面质量的影响规律,并对9组试件微槽道深度及表面质量进行了试验分析.结果表明,激光扫描速度越快,槽道表面质量越差;重复频率越高,表面形貌越光滑;使用多次加工方式比一次加工成型得到的微槽道热影响低,表面质量高.最终确定,铜制材料在填充间距0.01 mm、功率18 W、激光扫描速度300 mm/s、频率50 KHz、多次加工工艺下的微槽道加工工艺质量最优.

关键词：均热板微槽道激光加工加工工艺微观形貌表面质量