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Cooling and Crack Suppression of Bone Material Drilling Based on Microtextured Bit Modeled on Dung Beetle

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Chinese Journal of Mechanical Engineering 2023年第2期36卷 116-128页

作者： yunsong lian Xiande Chen Chaoping Xie Yangyang Long Fengtian Lin Wei Zhou Xuyang Chu Department of Mechanical and Electrical Engineering Xiamen UniversityXiamen 361102China Institute of Dynamics and Vibration Research Leibniz Universitat Hannover30167 HannoverGermany Xiamen Golden Egret Special Alloy Co. LtdXiamen 361100China

In recent years,the number of patients with orthopedic diseases such as cervical spondylosis has increased,resulting in an increase in the demand for orthopedic surgery.However,thermal necrosis and bone cracks caused by surgery severely restrict the development and progression of orthopedic surgery.For the material of cutting tool processing bone in bone surgery of drilling high temperature lead to cell death,easy to produce the problem such as crack cause secondary damage effects to restore,in this paper,a bionic drill was designed based on the micro-structure of the dung beetle's head and back.The microstructure configuration parameters were optimized by numerical analysis,and making use of the optical fiber laser marking machine preparation of bionic bit;through drilling test,the mathematical model of drilling temperature and crack generation based on micro-structure characteristic parameters was established by infrared thermal imaging technology and acoustic emission signal technology,and the cooling mechanism and crack suppression strategy were studied.The experimental results show that when the speed is 60 m/min,the cooling effects of the bionic bit T1 and T2 are 15.31%and 19.78%,respectively,and both kinds of bits show obvious crack suppression effect.The research in this paper provides a new idea for precision and efficient machining of bone materials,and the research results will help to improve the design and manufacturing technology and theoretical research level in the field of bone drilling tools.

关键词： Bionic drill Bone material cutting Laser processing Thermal imaging camera Acoustic emission

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硬质合金内冷钻头三维参数化建模研究

西安交通大学学报 2015年第10期49卷 48-53页

作者：潘俊浩卓勇连云崧张祥雷厦门大学物理与机电工程学院福建厦门361005

针对硬质合金内冷钻头结构复杂、尺寸多、建模难度大的问题,进行三维参数化建模,在UG软件中建立了三维参数化设计系统。按照设计参数,首先将端刃截形沿螺旋线扫掠,生成内冷钻头的螺旋槽模型。其次,与传统麻花钻的钻尖仅包含单曲面或双... 详细信息

针对硬质合金内冷钻头结构复杂、尺寸多、建模难度大的问题,进行三维参数化建模,在UG软件中建立了三维参数化设计系统。按照设计参数,首先将端刃截形沿螺旋线扫掠,生成内冷钻头的螺旋槽模型。其次,与传统麻花钻的钻尖仅包含单曲面或双曲面不同,内冷钻头的钻尖包含了第一后刀面、第二后刀面等多个曲面;根据端刃第一后角、第二后角、Gash角等具体参数,建立了第一后刀面、第二后刀面、Gash面等钻尖曲面的模型。在细节处理部分,由于退刀槽由光滑曲面过渡衔接而成,难以通过数学模型的方式进行建模,因此利用UG强大的曲面造型功能,使用桥接曲线、网格曲面等操作,生成了过渡自然的退刀槽模型。运行实例表明,硬质合金内冷钻头三维参数化设计系统能够根据设计需要快速完成三维模型的建立,生成的模型准确描述了螺旋角、端刃后角、Gash角等关键参数,在退刀槽等细节部位过渡自然,实现了硬质合金内冷钻头三维模型的精确表达。

关键词：硬质合金内冷钻头数学模型参数化建模二次开发

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质子交换膜燃料电池的三维流场技术研究进展

机械工程学报 2021年第8期57卷 2-12页

作者：周伟朱鑫宁连云崧游昌堂厦门大学机电工程系厦门361005

流场板是质子交换膜燃料电池的核心组件之一,其流场结构直接影响着反应气体的传输分配以及燃料电池的排水与散热性能。常规流场往往存在水分布不均和局部热点的现象,容易导致燃料电池输出性能退化,甚至造成系统崩溃。三维流场具有优异... 详细信息

流场板是质子交换膜燃料电池的核心组件之一,其流场结构直接影响着反应气体的传输分配以及燃料电池的排水与散热性能。常规流场往往存在水分布不均和局部热点的现象,容易导致燃料电池输出性能退化,甚至造成系统崩溃。三维流场具有优异的传质传热特性,能有效提高质子交换膜燃料电池性能,已成为当前研究热点。根据流场结构形式的不同,三维流场可分为复杂三维流场、销形三维流场、泡沫三维流场、集成三维流场、波浪三维流场和仿生三维流场等。通过介绍质子交换膜燃料电池的三维流场工作原理,重点分析了不同三维流场结构在水热管理方面的优势,并进一步讨论了增强水热管理的技术措施;总结概述了三维流场结构的常用加工制造技术,详细分析了加工制造技术的优缺点;最后归纳分析了三维流场在实际应用中面临的挑战及未来的发展趋势。

关键词：质子交换膜燃料电池三维流场水热管理

基于血蚶表面微结构的仿生刀具干切削GH4169的性能研究

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机械工程学报 2021年第13期57卷 242-251页

作者：连云崧谢超平周伟褚旭阳赵国龙厦门大学机电工程系厦门361102 南京航空航天大学江苏省精密微制造技术重点实验室南京210016

GH4169具有优异的抗疲劳、抗氧化和耐腐蚀性能,因此广泛应用于航空航天、核能、石油工业等领域,但切削过程中切削力大、切削温度高、刀具粘结磨损严重等切削特性使其成为典型的难加工材料。为改善刀具切削GH4169的恶劣环境,利用血蚶表... 详细信息

GH4169具有优异的抗疲劳、抗氧化和耐腐蚀性能,因此广泛应用于航空航天、核能、石油工业等领域,但切削过程中切削力大、切削温度高、刀具粘结磨损严重等切削特性使其成为典型的难加工材料。为改善刀具切削GH4169的恶劣环境,利用血蚶表面微结构具有的减摩耐磨特性,将其应用于刀具前刀面的刀-屑接触区域,通过激光加工制备出仿生刀具。采用切削仿真优化仿生刀具表面微结构参数,选取三组仿生刀具和一组普通刀具进行干切削对比试验。研究结果表明,相比于普通刀具,经过优化后的仿生刀具T8和T20干切削GH4169时在切削力、切削温度、粘结磨损等方面能起到一定程度的改善作用,而未经优化的仿生刀具T25改善效果并不显著。

关键词：仿生刀具干切削微结构切削性能 GH4169

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柑橘果实囊衣发育与化渣性的形成

中国农业科学 2023年第2期56卷 333-344页

作者：李菲菲廉雪菲尹韬常媛媛金燕马小川陈岳文叶丽李云松卢晓鹏湖南省农业科学院园艺研究所湖南农业大学园艺学院/国家柑橘改良中心长沙分中心

【目的】揭示柑橘果实囊衣发育和化渣性形成的规律，为改良柑橘果实化渣性品质提供理论依据。【方法】以‘爱媛30’杂柑、‘诺瓦’杂柑、‘兴津’温州蜜柑、‘园丰’脐橙、‘纽荷尔’脐橙、‘安江’香柚和‘江永’香柚等不同类型柑橘果... 详细信息

【目的】揭示柑橘果实囊衣发育和化渣性形成的规律，为改良柑橘果实化渣性品质提供理论依据。【方法】以‘爱媛30’杂柑、‘诺瓦’杂柑、‘兴津’温州蜜柑、‘园丰’脐橙、‘纽荷尔’脐橙、‘安江’香柚和‘江永’香柚等不同类型柑橘果实为材料，在细胞及生理生化水平通过比较不同类型柑橘果实囊衣的超微结构、发育过程中囊衣的发育规律，分析囊衣细胞壁主要生理生化指标。【结果】不同类型柑橘果实囊衣均表现出外侧面粗糙而内侧面光滑的特征；囊衣内侧面表面蜡质层明显，其下1—2层细胞排列整齐、细胞壁增厚，囊衣细胞排列致密度由内侧面向外侧面逐渐降低。内侧面蜡质层及其下1—2层细胞形态变化、排列特征的显现是囊衣发育成熟的标志。柚类果实囊衣最厚、化渣性最差，主要原因是其囊衣细胞层数多、细胞体积大、果胶含量高。果实发育过程中，不同柑橘类型果实在花蕾至落花期，其子房内部已分化出心室，未来形成囊衣的心室间隔细胞大小一致且排列紧密，尚无明显的囊衣细胞排列特征。随着果实的膨大及成熟，‘沙田柚’（Citrus grandis Osbeck cv. Shatianyou）果实囊衣发育成熟后细胞壁增厚期最长，厚度最厚且细胞层数多，果胶含量显著高于‘园丰’脐橙（Citrus sinensis Osbeck cv. Yuanfeng）和‘橘湘早’温州蜜柑（Citrus unshiu Marc. cv. Juxiangzao）；‘园丰’脐橙囊衣成熟后细胞壁增厚期较长、细胞层数中等，原果胶含量高于‘橘湘早’温州蜜柑；‘橘湘早’温州蜜柑囊衣成熟后细胞壁增厚期最短，厚度最薄、细胞层数最少。10月，温州蜜柑成熟时，‘沙田柚’‘园丰’脐橙和‘橘湘早’温州蜜柑的原果胶含量分别为364.22、208.48和165.39 mg·g-1，‘沙田柚’分别较其他两个品种高74.7%和120.2%。【结论】柑橘果实囊衣厚度、细胞层数和细胞壁增厚程度影响果实化渣性，果胶含量可以反映果实囊衣化渣性程度。

关键词：柑橘囊衣化渣性超微结构细胞壁成分

N_2流量对多弧离子镀ZrTiN涂层性能的影响

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制造技术与机床 2011年第6期 122-124,159页

作者：陈振邓建新颜培连云松山东大学机械工程学院山东济南250061

采用离子束轰击辅助多弧离子镀法,在硬质合金YT15刀片上沉积ZrTiN涂层。研究了沉积过程中不同N2流量对ZrTiN涂层性能的影响,结果表明:当N2流量为140 mL/min时,涂层表面熔滴、缺陷较少,表面平整,粗糙度值最小。在该N2流量下,由于真空室... 详细信息

采用离子束轰击辅助多弧离子镀法,在硬质合金YT15刀片上沉积ZrTiN涂层。研究了沉积过程中不同N2流量对ZrTiN涂层性能的影响,结果表明:当N2流量为140 mL/min时,涂层表面熔滴、缺陷较少,表面平整,粗糙度值最小。在该N2流量下,由于真空室内各种粒子结合率较高,沉积速率适中,涂层生长致密,其硬度和结合力的综合性能最佳,另外当N2流量为120 mL/min时,涂层沉积速率最快达到24.6 nm/min。

关键词： ZrTiN涂层多弧离子镀 N2流量硬度结合力

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TiN涂层刀具的抗热冲击性能

制造技术与机床 2012年第6期 60-63页

作者：崔海冰邓建新刘爱华连云松山东大学机械工程学院山东济南250061

采用激光照射的方法研究了TiN涂层刀具的抗热冲击性能,并用有限元的方法计算了TiN涂层刀具在激光照射过程中产生的应力分布。结果表明:利用激光照射的方法研究涂层刀具的抗热冲击性能是可行的,将激光的临界功率密度作为评价涂层刀具抗... 详细信息

采用激光照射的方法研究了TiN涂层刀具的抗热冲击性能,并用有限元的方法计算了TiN涂层刀具在激光照射过程中产生的应力分布。结果表明:利用激光照射的方法研究涂层刀具的抗热冲击性能是可行的,将激光的临界功率密度作为评价涂层刀具抗热冲击性能的参数;涂层在激光照射过程中产生的压应力作用下发生失稳翘曲,进而导致裂纹的产生。试验结果和有限元计算结果吻合良好。

关键词：抗热冲击性能激光 TiN 涂层刀具有限元

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甲醇重整制氢微反应器的研究进展

厦门大学学报（自然科学版） 2021年第3期60卷 598-613页

作者：周伟李新颖钟雨晨褚旭阳连云崧厦门大学航空航天学院福建厦门361102

微反应器是利用精密加工技术制造出的通道特征尺寸在1~1000μm之间的微型反应器.由于拥有微小的通道尺寸和极大的比表面积,微反应器具有优异的传热传质能力和很好的防爆安全性,可以实现物料的瞬间均匀混合、高效的热能传导以及反应参数... 详细信息

微反应器是利用精密加工技术制造出的通道特征尺寸在1~1000μm之间的微型反应器.由于拥有微小的通道尺寸和极大的比表面积,微反应器具有优异的传热传质能力和很好的防爆安全性,可以实现物料的瞬间均匀混合、高效的热能传导以及反应参数的精确控制,近年来在甲醇重整制氢反应等领域中应用前景广阔.本文首先介绍甲醇重整制氢微反应器的系统组成和运行原理,接着重点围绕甲醇重整制氢微反应器的结构设计、加工技术、供热模式等进行分析,同时对其现有的和潜在的应用场景等方面进行介绍,最后对其未来的发展趋势进行预测与展望.

关键词：微反应器微通道甲醇重整制氢

面向绿色切削的表面微织构刀具设计及其切削性能的有限元仿真研究

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工具技术 2018年第4期52卷 13-20页

作者：陈汇丰连云崧穆晨亮厦门大学

采用DEFORM-3D有限元仿真软件对梯形槽表面微织构刀具进行切削仿真研究。通过正交试验法,结合等离子刻蚀加工的实际情况,设计了具有不同织构参数的梯形槽表面微织构刀具。研究了织构上宽度、织构间距、织构深度、织构刃边距、织构刃边... 详细信息

采用DEFORM-3D有限元仿真软件对梯形槽表面微织构刀具进行切削仿真研究。通过正交试验法,结合等离子刻蚀加工的实际情况,设计了具有不同织构参数的梯形槽表面微织构刀具。研究了织构上宽度、织构间距、织构深度、织构刃边距、织构刃边角五个因素对表面微织构刀具切削性能的影响,经优化后得到了具有最佳织构参数的梯形槽表面微织构刀具。结果表明:合理的织构参数具有良好的减摩效果,能够改善刀具和切屑之间的摩擦状况,促进刀尖处的散热,从而达到降低切削力和切削温度的作用。

关键词：有限元仿真正交试验等离子刻蚀加工织构参数切削力切削温度