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一种WC-Co/316Lγ射线屏蔽复合材料交替沉积制备方法

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中国科学：技术科学 2024年第5期54卷 881-897页

作者：乔春光王中华李博川姜潮湖南大学整车先进设计制造技术全国重点实验室长沙410082 湖南大学机械与运载工程学院长沙410082

核工业场景中普遍存在具有极强穿透能力的γ射线,极易造成机器人等智能装备的电路系统故障失效.传统钨、铅等屏蔽材料无法兼顾可加工性、辐射屏蔽性能及结构力学性能,难以同时满足结构承载、屏蔽功能及经济性综合最优的设计目标.基于此... 详细信息

核工业场景中普遍存在具有极强穿透能力的γ射线,极易造成机器人等智能装备的电路系统故障失效.传统钨、铅等屏蔽材料无法兼顾可加工性、辐射屏蔽性能及结构力学性能,难以同时满足结构承载、屏蔽功能及经济性综合最优的设计目标.基于此,本文以316L不锈钢为基体,以WC-Co为功能-结构增强材料,采用定向能量沉积增材制造(DED-AM)技术提出了一种新的WC-Co/316L功能-结构一体化γ射线屏蔽复合材料交替沉积制备方法.首先,研究了WC-Co/316L,316L两种粉末交替沉积工艺,通过优化调控激光功率、扫描速度、粉末配比等工艺参数,制备出WC-Co/316L功能-结构一体化γ射线屏蔽复合材料;其次,对制备出的复合材料进行微观结构与宏观力学性能表征;最后,采用蒙特卡罗粒子输运模拟方法对厚度、WC-Co含量及沉积方式不同的WC-Co/316L复合材料γ射线屏蔽性能进行分析.结果表明,该复合材料的低能γ射线屏蔽率明显提升,且在材料成型过程中增加了形核率并使晶粒细化,显著提高了材料的拉伸强度.本研究可为功能-结构一体化γ射线屏蔽材料制备提供指导.

关键词：增材制造多层交替沉积 γ射线屏蔽 WC-Co/316L

超材料梁的双阶耦合带隙调控设计与宽带减振特性

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物理学报 2024年第15期73卷 106-122页

作者：刘权兴何哲星李永强温激鸿肖勇国防科技大学智能科学学院装备综合保障技术重点实验室长沙410073

局域共振带隙和Bragg带隙可同时存在于超材料梁中,利用两种带隙之间的相互耦合效应可以实现超宽耦合带隙设计,在宽带减振领域极具应用潜力.以往研究通常考虑单振子超材料梁的单阶耦合带隙设计,因而只能实现单阶的超宽耦合带隙,无法满足... 详细信息

局域共振带隙和Bragg带隙可同时存在于超材料梁中,利用两种带隙之间的相互耦合效应可以实现超宽耦合带隙设计,在宽带减振领域极具应用潜力.以往研究通常考虑单振子超材料梁的单阶耦合带隙设计,因而只能实现单阶的超宽耦合带隙,无法满足双目标或多目标频带的宽带减振需求.为此,本文开展了双振子超材料梁的双阶耦合带隙调控设计研究,提出了一种实现双阶耦合宽带隙的设计方法,分析了所设计双阶耦合带隙相比传统单阶耦合带隙的带宽优势,并探究了双振子质量分配比对双阶耦合带隙总宽度的影响,进一步设计出最优的质量分配比,使得实现的双阶耦合带隙的总宽度最宽.此外,还采用谱元法研究了基于双阶耦合带隙设计的双振子超材料梁的减振特性,通过与有限元法进行对比,验证了谱元法的准确性,研究表明基于双阶耦合带隙设计可以实现两个宽频带范围的高效减振.

关键词：超材料梁弯曲波带隙耦合带隙宽带减振

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流体域内热量传递过程的导热-对流并联热阻分析方法

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中国科学:技术科学 2024年第9期54卷 1789-1796页

作者：王秋旺李香璇王婷麻世鸿张波马挺西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室

热阻理论被广泛用于传热过程问题的分析,传统的热阻分析方法往往只适用于一维、稳态、无内热源的热传导问题.然而,在能源电力、石油化工、航空航天等工程应用中还涉及热对流问题.针对此问题,本文提出了流体域内、多维导热-对流并联热阻... 详细信息

热阻理论被广泛用于传热过程问题的分析,传统的热阻分析方法往往只适用于一维、稳态、无内热源的热传导问题.然而,在能源电力、石油化工、航空航天等工程应用中还涉及热对流问题.针对此问题,本文提出了流体域内、多维导热-对流并联热阻分析方法以及总体热阻的概念,构建了热阻网络模型,并通过分析通道内强制对流问题证明了导热-对流并联热阻分析方法的实用性.流体域内的面积对流热阻与温度梯度及速度大小和方向密切相关,速度越大,面积对流热阻越小,同时面积对流热阻存在“负热阻”现象,相当于流体域内的“热源”或“热汇”.研究结果表明,导热-对流并联热阻网络的建立对于分析流动传热过程,以及指导传热过程的调节和优化具有重要意义.

关键词：热电比拟方法局部热阻对流热阻传热调控并联热阻

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仿生蜻蜓脉膜折纸结构的压缩性能研究

中国科学：技术科学 2024年第4期54卷 678-689页

作者：朱一然张海鹏翟思琦李静中国石油大学(华东)机电工程学院青岛266580

折纸结构具有折叠诱发的独特力学特性,在机器人、航空航天、材料科学等诸多工程领域有广泛的应用前景.基于膜结构设计的Kresling折纸承载能力小、折叠路径不稳定的不足,本研究利用蜻蜓脉膜的刚柔耦合结构进行仿生设计.以软质硅胶为膜、... 详细信息

折纸结构具有折叠诱发的独特力学特性,在机器人、航空航天、材料科学等诸多工程领域有广泛的应用前景.基于膜结构设计的Kresling折纸承载能力小、折叠路径不稳定的不足,本研究利用蜻蜓脉膜的刚柔耦合结构进行仿生设计.以软质硅胶为膜、硬质树脂内嵌为脉,形成柔性软膜与刚性内嵌互相包被的二级刚柔耦合类Kresling折纸结构.该折纸结构具有变刚度特性,有优异的折叠特性和较高的折叠比.准静态压缩试验结果表明,有内嵌折纸结构折叠路径单一稳定,轴向压缩量与层间转角呈现单自由度结构的特征.相对于无内嵌折纸结构,刚性内嵌限制了峰折折痕的屈曲,可显著提升其力学性能,其中n=4的构型中有内嵌结构支反力极大值提高了60.87%.同时,其支反力具有迟滞性,折纸结构具有稳定的滞回耗能特性,在1000次加载-回复循环后仅下降3.60%,未发生显著降低.

关键词：折纸仿生准静态压缩变刚度滞回耗能

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基于协同与耗散的能质传输理论

中国科学：技术科学 2024年第3期54卷 411-421页

作者：刘伟华中科技大学能源与动力工程学院武汉430074

本文聚焦热力学流和力的本构关系,揭示能质守恒方程中热流、质流、功流和动量流的扩散机制,协同方程中热力学力的协同机制,以及平衡方程中热力学流的耗散机制.通过考察多物理场的相互作用,建立流体传热、传质、耗功以及动量传输之间的... 详细信息

本文聚焦热力学流和力的本构关系,揭示能质守恒方程中热流、质流、功流和动量流的扩散机制,协同方程中热力学力的协同机制,以及平衡方程中热力学流的耗散机制.通过考察多物理场的相互作用,建立流体传热、传质、耗功以及动量传输之间的协同关系.通过分析传输过程的能质耗散,表征热、质、功和动能的传输损失和传递效率.最终提出宏观能质输运统一方程组,架构基于协同和耗散的能质传输理论体系.

关键词：协同耗散能质传输统一方程组

适用于实际工况的锂离子电池容量快速估计方法

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中国科学：技术科学 2024年第5期54卷 835-847页

作者：潘斌钱其峰戴松元华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 浙江芯能光伏科技股份有限公司嘉兴314400 华北电力大学新型薄膜太阳电池北京市重点实验室北京102206

锂离子电池的容量是评估电池工作状态及能力的重要指标之一,电池容量的精准预测有利于避免电池在非健康状态下工作,延长电池的使用寿命.为了实现锂离子电池容量的快速估计,提出了基于神经网络算法的电池容量快速预测模型.以商用磷酸铁... 详细信息

锂离子电池的容量是评估电池工作状态及能力的重要指标之一,电池容量的精准预测有利于避免电池在非健康状态下工作,延长电池的使用寿命.为了实现锂离子电池容量的快速估计,提出了基于神经网络算法的电池容量快速预测模型.以商用磷酸铁锂电池为研究对象,通过研究循环老化过程中电池充放电数据,提取与电池容量衰减强关联的特征参数作为神经网络输入,结果显示,经200次数据训练后,预测误差小于0.5%.该方法检测时间短,预测精度高,且对连续历史数据依赖度低,易于在能量管理系统(energy management system, EMS)上实现.预测模型中输入的特征参数可以直接由本地数据处理模块计算得到后传输给上位机或云平台,大大减小系统数据传输的压力,提高系统效率.

关键词：锂离子电池容量估计神经网络

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海洋微生物膜层激光清洗表面轮廓有限元计算

中国科学：技术科学 2024年第1期54卷 165-178页

作者：冯俊华毕思源雷正龙付伟杰薛跃文哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001

本文以高强钢表面海洋微生物膜层为研究对象,开展了激光清洗试验与数值模拟研究.基于激光清洗常用的数值建模思想建立激光辐照模型,并改进了材料的去除过程从而建立了激光烧蚀模型,采用两种模型计算比较了功率200~800 W,频率10和20 kHz... 详细信息

本文以高强钢表面海洋微生物膜层为研究对象,开展了激光清洗试验与数值模拟研究.基于激光清洗常用的数值建模思想建立激光辐照模型,并改进了材料的去除过程从而建立了激光烧蚀模型,采用两种模型计算比较了功率200~800 W,频率10和20 kHz下激光清洗的温度场和清洗轮廓,并分析了不同光斑搭接率对清洗质量的影响.结果表明:功率为600 W时激光辐照模型计算的清洗宽度达906μm,明显超过了光斑直径900μm,而激光烧蚀模型仅有882μm且功率增大到800 W也没有超过光斑直径. 200 W功率下激光清洗实验测得的最高温度约为423.5 K,激光烧蚀模型计算值为432 K,而激光辐照模型计算值高达2441 K. 200 W功率下激光清洗实验测得的清洗深度约为33.7μm,激光烧蚀模型计算值约为32.6μm,而激光辐照模型计算值高达63.9μm;因此结合试验和理论计算分析结果表明激光烧蚀模型相较激光辐照模型精确度更高.此外,采用激光烧蚀模型对5~10 kHz频率激光清洗表面进行模拟,结果显示:在采用经典高斯能量分布激光束进行激光清洗时,应保持光斑搭接率在50%以上,以保证清洗质量均匀一致.

关键词：海洋生物膜层处理激光清洗表面轮廓数值模拟