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Improving the high cycle fatigue property of Ti6Al4V ELI alloy by optimizing the surface integrity through electric pulse combined with ultrasonic surface rolling process

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Journal of Materials Science & Technology 2024年第3期170卷 103-121页

作者： Pengfei Sun shengguan qu Chenfeng Duan Xiongfeng Hu Xiaoqiang Li National Engineering Research Center of Near-Net-Shape Forming for Metallic Materials South China University of TechnologyGuangzhou 510640China School of Mechanical and Automotive Engineering South China University of TechnologyGuangzhou 510640China

To improve the surface integrity and high cycle fatigue property of Ti6Al4V ELI alloy,the electric pulse has been introduced into the ultrasonic surface rolling process(USRP),which is called electric pulse-assisted ultrasonic surface rolling process(EUSRP).With the help of“electroplasticity”of the electric pulse,the thickness of the surface gradient deformation layer was about three times of the USRP specimens by adjusting the pulse current level.However,the surface hardness decreases due to the continuous effect of the pulse current and the“skin effect”during treatment.It is worth noting that the higher the applied pulse current,the more severe the softening.This paradox causes the fatigue performance of EUSRP specimens lower than that of USRP specimens.To break this paradox,the EUSRP treatment is followed by a USRP treatment.The EUSRP-2(with a pulse current of 200 A)+USRP specimens exhibit excellent surface hardness,a gradient deformation layer thickness of about 400μm,low surface roughness and high compressive residual compressive stress.Besides,the hardening mechanisms of the different surface strengthening specimens have been quantitatively analyzed in combination with microstructure analysis.The fatigue life of Ti6Al4V ELI alloy can be improved by about 25 times at 780 MPa using the EUSRP-2+USRP treatment,the main reason for the highest fatigue life is the deepest surface gradient layer and the deepest crack initiation site.The fatigue limit of the EUSRP-2+USRP specimens is not the highest because too much surface hardening causes compressive residual stress relaxation during cycling and the beneficial effect of compressive residual stress is eliminated.

关键词： Ti6Al4V ELI alloy Combined surface treatment Transmission electron microscopy Residual stress Fatigue performance

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Design of the Pneumatic Pressure Smart Shoes for an Ankle-Assisted Exoskeleton

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Journal of Bionic Engineering 2023年第4期20卷 1613-1625页

作者： Tianwen Yao Jiliang Lv Liang Yang Aimin Xu shengguan qu School of Mechanical and Automotive Engineering South China University of TechnologyGuangzhou510640China

Ankle injury is one of the most common joint diseases that people experience during exercise.Most people have suffered ankle injuries at least once in their lives.The studies have shown that the ankle joint provides the most power and torques during the act of walking,compared to the knee and hip joints.This paper presents an ankle joint exoskeleton device,which is mainly used to provide assistance and protection to the human ankle joint with a pneumatic assist drive during walking.The pneumatic pressure smart shoes for this ankle exoskeleton were designed for detecting the human gaits to control the exoskeleton with certain supporting forces to the ankle joints at the appropriate timing.Each smart shoe has two sensors placed in between the wearable layer and the sole.The changes of the foot pressures were measured by the sensors for a microcontroller to control the exoskeleton.Two sets of experimental tests which were 2-month trials and gait selection were used to test the shoes.The experiments of 2-month trials were made to evaluate the stability of the shoes.The results showed that the shoes had no damages,no air leakage,and no malfunctions after the trials.The trials of gait selection were made to test the recognition rate which reached at 99.9%for the shoe system.The results showed that the design of the pneumatic smart shoes for the ankle-assisted exoskeleton met the requirements.

关键词： Exoskeleton Pneumatic pressure sensor Gait detection Ankle joint Bionic

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架空导线压接对边距的图像测量方法

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电子测量与仪器学报 2024年第3期38卷 236-244页

作者：关华深张俊杰屈盛官孙国富邵徽图广东电网有限责任公司江门供电局江门529000 华南理工大学机械与汽车工程学院广州510641

压接导线主要应用于架空线路建设,其对边距对线路安全运行及服役期限起到重要作用。针对传统人工测量存在的可靠性差、效率低的缺点,提出了一种基于图像处理的压接对边距测量方法。首先根据图像的累计灰度突变点自动裁剪被测区域并进行... 详细信息

压接导线主要应用于架空线路建设,其对边距对线路安全运行及服役期限起到重要作用。针对传统人工测量存在的可靠性差、效率低的缺点,提出了一种基于图像处理的压接对边距测量方法。首先根据图像的累计灰度突变点自动裁剪被测区域并进行中值滤波,然后基于改进Otsu阈值法获得边缘连续的二值图像;再分别使用形态学处理和高斯曲线拟合法对边缘进行二次定位,得到亚像素级边缘点;最后采用基于随机抽样一致性(random sample consensus, RANSAC)的最小二乘拟合方法完成上下边缘点的曲线拟合,实现压接对边距的测量。通过模拟试验表明了RANSAC拟合经过10次迭代后测量算法的效果较好,测量误差小于0.1 pixels;而实际导线测量试验结果表明,改进Otsu算法对光照强度具有适应性,同时与人工测量相比,图像测量方法的最大相对偏差为1.82%,重复标准差提高60%,平均耗时仅为人工测量的1/10,能够实现压接对边距高效可靠的测量。

关键词：导线压接对边距二值化亚像素边缘图像测量

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Manufacturing a TiAl alloy by high-energy ball milling and subsequent reactive sintering

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Rare Metals 2006年第1期25卷 21-26页

作者： qu shengguan LI Xiaoqiang LI Yuanyuan HU Lianxi WANG Erde College of Mechanical Engineering South China University of Technology Guangzhou 510640 China College of Materials Science ＆ Engineering Harbin Institute of Technology Harbin 150001 China

A TiAl alloy was fabricated by high-energy ball milling and subsequent reactive sintering from the mixed powders of Ti and Al. High-energy ball milling produced a kind of particular composite powders with an extremely fine altemative Ti and Al lamella structure. The composite powders not only possessed good consolidation and densification characteristics, but also resulted in the augment of nucleation rate of α and γ titanium aluminides during solid-phase reactive sintering After a series of processing, pressing, degassing, extrusion, and sintering, the resultant TiAl alloy presented high relative density and refined grain sizes of （α2 ＋ γ） lamella and γ phases. The compressive yield strength of the sintered TiAl reached 600 MPa at 800℃.

关键词： TiAl alloy high-energy ball milling reactive sintering

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WEAR AND SEALING CHARACTERISTICS OF ENGINE VALVE GUIDE

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Chinese Journal of Mechanical Engineering 2005年第3期18卷 434-438页

作者： qu shengguan Xia Wei Han Lifa Xiao Zhiyu Chen Weiping LiYuanyuan College of Mechanical Engineering South China University of Technology Guangzhou 510640 China

A novel powder metallurgy （P/M） material with high wear resistance is developed in order to decrease the wear and lubricant-leakage of a diesel engine valve guide. The friction and wear tests of this material are conducted. It indicates that the wear resistance of the newly developed P/M material has been improved and much better than that of the formerly used alloy steel. Moreover, three different sealing structures are designed and theoretically analyzed with respect to the characteristic of hydrodynamic sealing. Through comparative experiments of component leakage and engine run-in for different valve guide structures, it proves that the structure with a machined sealing groove but not installed with a seal-ring cannot only reduce the specific lubricant consumption （SLC） of cylinder head, but also decrease the wear of valve stern and valve guide.

关键词： Engine valve guide Powder metallurgy material Friction and wear Sealing

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基于多传感器信息融合的外骨骼运动意图辨识

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信息与控制 2023年第2期52卷 142-153页

作者：石磊尹鹏杨铭屈盛官华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510000 广州视源电子科技股份有限公司广东广州510300

为了实现外骨骼机器人的柔顺运动控制,需要对穿戴者的运动意图进行实时准确地辨识与预测。本研究利用多传感器信息融合的方法完成对穿戴者运动意图的识别。通过对多种机器学习算法在识别准确性、资源消耗和处理实时性进行比较、最终确... 详细信息

为了实现外骨骼机器人的柔顺运动控制,需要对穿戴者的运动意图进行实时准确地辨识与预测。本研究利用多传感器信息融合的方法完成对穿戴者运动意图的识别。通过对多种机器学习算法在识别准确性、资源消耗和处理实时性进行比较、最终确定利用支持向量机(SVM)实现对日常8个运动模式(静坐、双腿站立、步行、跑步、上下斜坡和上下楼梯)完成动作模式的识别,识别平均准确率达到95%。对于运动相位和运动切换事件的预测,利用神经-模糊推理理论完成运动相位识别与状态切换事件的预测。在给定的测试集上相位识别准确率为99%,且预测的状态切换时刻与真实时间的偏移绝对值的均值为61.6 ms,满足外骨骼柔顺控制对预测时间的要求。

关键词：下肢增强型外骨骼机器人多传感器信息融合算法机器学习意图识别神经-模糊推理系统

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基于SVMBP的下肢外骨骼步态检测及识别研究

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机械工程学报 2022年第12期58卷 29-38页

作者：曾德政吕继亮屈盛官尹鹏李小强华南理工大学机械与汽车工程学院广州510000

下肢外骨骼机器人是一种用于辅助人体下肢运动的智能化可穿戴装置,而人体步态识别是实现外骨骼机器人智能化最重要的技术之一。研制出一种适用于下肢外骨骼机器人的步态检测系统,并将硬件系统集成于智能传感鞋中,小巧而实用;在此基础上... 详细信息

下肢外骨骼机器人是一种用于辅助人体下肢运动的智能化可穿戴装置,而人体步态识别是实现外骨骼机器人智能化最重要的技术之一。研制出一种适用于下肢外骨骼机器人的步态检测系统,并将硬件系统集成于智能传感鞋中,小巧而实用;在此基础上以下肢助力外骨骼样机为试验平台,完成了人体步态数据采集试验。另外,将支持向量机(Support vector machine,SVM)和逆传播神经网络(Back propagation neural network, BPNN)算法模型进行优化和整合,提出了基于SVMBP的运动识别算法,试验结果表明基于SVMBP的下肢外骨骼机器人步态检测系统能够完成6路足底压力信号的采集与实时显示,SVMBP算法对步行相位的平均分类识别准确率达99.39%,其平均识别准确率高于单一的SVM和BPNN算法,对于步行中各相位的识别更稳定,增强了算法的可靠性并且提高了算法的识别准确性。

关键词：智能传感鞋步态检测识别支持向量机神经网络 SVMBP模型下肢外骨骼

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非等温蠕变时效对Al-Zn-Mg-Cu合金力学性能和耐腐蚀性能的影响

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稀有金属材料与工程 2023年第3期52卷 867-875页

作者：王令姣李小强潘存良朱德智屈盛官黄遐华南理工大学、广东省金属新材料制备与成形重点实验室广东广州510640 华南理工大学、国家金属材料近净成形工程技术研究中心广东广州510640 中国航空制造技术研究院北京100024

研究了非等温蠕变时效处理中升温速率和峰值温度对Al-Zn-Mg-Cu合金回弹性能、力学性能和耐腐蚀性能的影响。通过透射电镜分析了合金的析出行为和时效强化机理。结果表明:随着加热速率的降低和峰值温度的升高,合金的回弹率降低;晶内析出... 详细信息

研究了非等温蠕变时效处理中升温速率和峰值温度对Al-Zn-Mg-Cu合金回弹性能、力学性能和耐腐蚀性能的影响。通过透射电镜分析了合金的析出行为和时效强化机理。结果表明:随着加热速率的降低和峰值温度的升高,合金的回弹率降低;晶内析出相的尺寸增大,而体积分数先增大后减小;晶界析出相逐渐变得不连续,无析出区扩大。经非等温蠕变时效(20℃/h,180℃)处理后的合金主要析出相为致密的η’相,晶界析出相不连续,无析出区的宽度约为44.2 nm。非等温蠕变时效(20℃/h,180℃)处理的合金力学性能和耐腐蚀性能均优于常见的等温蠕变时效(120℃,24 h)处理的合金,并且时效时间缩短了67%。

关键词： Al-Zn-Mg-Cu合金非等温蠕变时效析出相力学性能耐腐蚀性能

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电流对7075-T6铝合金双丝脉冲冷金属过渡焊接接头组织和力学性能的影响

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焊接学报 2022年第11期43卷 68-77,I0006,I0007页

作者：张泽桦李小强朱德智屈盛官王学程华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心广州510641

为提高7075-T6铝合金熔化焊接接头性能,提出了一种双丝脉冲冷金属过渡(DW-CMTP)焊接方法,并研究了双丝平均电流大小对6 mm厚7075-T6铝合金对接接头组织和力学性能的影响.结果表明,通过调控主、从丝电流可实现DW-CMTP焊接过程无明显飞溅... 详细信息

为提高7075-T6铝合金熔化焊接接头性能,提出了一种双丝脉冲冷金属过渡(DW-CMTP)焊接方法,并研究了双丝平均电流大小对6 mm厚7075-T6铝合金对接接头组织和力学性能的影响.结果表明,通过调控主、从丝电流可实现DW-CMTP焊接过程无明显飞溅且焊后接头成形效果良好;增加主、从丝平均电流分别能够促进熔深和熔宽;提高主丝平均电流可增大气泡上浮力,提高从丝平均电流则可加强熔池流动,以致均促进了焊缝中气体逸出,且从丝平均电流的增大对气孔降低效果更为显著;接头强度随主丝平均电流增大呈现先增加后降低的趋势,随从丝平均电流的增大则呈现先降低后增加的趋势,焊接接头最大强度达到389 MPa,为母材强度的70.8%.

关键词： 7075铝合金双丝脉冲冷金属过渡焊显微组织力学性能气孔

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1400℃放电等离子烧结制备MgO-B_(2)O_(3)增韧无金属黏结相WC硬质合金

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材料工程 2022年第11期50卷 73-80页

作者：赖佳明李京懋朱德智梁良屈盛官李小强华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心广州510640

为了降低无金属黏结相碳化钨(WC)硬质合金的烧结温度并获得较高的断裂韧度,采用MgO和B_(2)O_(3)协同增韧WC硬质合金。通过放电等离子烧结技术(SPS)在1400℃的较低温度下制备出致密的WC-MgO-B_(2)O_(3)硬质合金块体材料,研究MgO-B_(2)O_... 详细信息

为了降低无金属黏结相碳化钨(WC)硬质合金的烧结温度并获得较高的断裂韧度,采用MgO和B_(2)O_(3)协同增韧WC硬质合金。通过放电等离子烧结技术(SPS)在1400℃的较低温度下制备出致密的WC-MgO-B_(2)O_(3)硬质合金块体材料,研究MgO-B_(2)O_(3)对无金属黏结相WC硬质合金的烧结机理、微观组织演变以及力学性能的影响规律。结果表明:MgO-B_(2)O_(3)的添加促进了WC的烧结致密化,显著降低了无金属黏结相WC硬质合金的烧结温度。随着MgO-B_(2)O_(3)添加量的提高,组织中的部分第二相形貌发生显著改变,逐渐由短杆状转变为长杆状,再转变为聚集时的块状。当MgO-B_(2)O_(3)添加量达到8%(质量分数)时,块体材料具有较好的断裂韧度,为(9.45±0.37)MPa·m^(1/2),同时其硬度为(18.16±0.17)GPa。

关键词： WC MgO B_(2)O_(3) 烧结机理组织演变力学性能烧结温度

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