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氟等离子体对石墨烯纳晶碳膜的刻蚀加工及摩擦学性能调控

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机械工程学报 2024年第15期60卷 216-226页

作者：郭美玲杨雷李鹏阳许振涛许超愿王权岱李言西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室

针对石墨烯低摩擦特性在宏观应用中存在的机械强度低、磨损寿命短等问题，提出采用氟等离子体刻蚀加工调控石墨烯纳晶碳膜以提升其摩擦学性能。通过表征刻蚀加工对碳膜形貌和结构的影响，提出氟等离子体刻蚀加工机理包括原子去除和离子... 详细信息

针对石墨烯低摩擦特性在宏观应用中存在的机械强度低、磨损寿命短等问题，提出采用氟等离子体刻蚀加工调控石墨烯纳晶碳膜以提升其摩擦学性能。通过表征刻蚀加工对碳膜形貌和结构的影响，提出氟等离子体刻蚀加工机理包括原子去除和离子注入两方面。一方面刻蚀加工可通过物理轰击或发生化学反应去除碳膜表面原子，有效降低碳膜表面粗糙度。另一方面刻蚀加工可通过亚表面注入使碳膜表层结构重组，sp3键含量增加，氟原子含量增加。通过测试刻蚀加工对碳膜性能的影响，发现刻蚀后碳膜表层引入的氟原子使其表面悬键钝化、表面能降低，表层sp3键含量的增加使碳膜的硬度提高。最终相比石墨烯纳晶碳膜，刻蚀重构碳膜展现出优异的摩擦学性能：当法向载荷为2N时，摩擦因数从0.22降低至0.08，磨损寿命从120圈增加至大于15 000圈。并分析得到摩擦学性能提升原因在于表面粗糙度的显著降低、表面悬键钝化和机械性能的提升。

关键词：氟等离子体刻蚀石墨烯基碳膜表层结构重组表面悬键钝化摩擦磨损性能

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煤矿井下供水管网智能调控策略方法研究

煤炭工程 2024年第8期56卷 105-111页

作者：赵安新刘鼎程华西安科技大学通信与信息工程学院陕西西安710054 陕西长武亭南煤业有限责任公司陕西长武713600

煤矿井下供水管网系统是保证煤矿安全生产的关键环节,针对煤矿井下供水管网系统能耗高、管网漏损率高以及调控复杂度增加等问题,以陕西亭南煤矿井下实际供水系统工况展开智能调控策开研究。综合管网影响调控因素建立两级优化调度模型,... 详细信息

煤矿井下供水管网系统是保证煤矿安全生产的关键环节,针对煤矿井下供水管网系统能耗高、管网漏损率高以及调控复杂度增加等问题,以陕西亭南煤矿井下实际供水系统工况展开智能调控策开研究。综合管网影响调控因素建立两级优化调度模型,通过一级优化调度确定每个水泵房的最佳供水压力与供水量,然后以泵组的运行费用为目标函数,建立二级优化模型寻求水泵的最佳运行方案。求解模型中针对传统遗传算法易陷入局部最优解的问题,采用了组合变异算子进行改进。实验结果表明,通过优化调度后,煤矿井下供水系统的能耗明显降低,节能效果显著,在保障供水系统的安全运行的前提下平均日节能8.8%。

关键词：煤矿井下供水管网节能减耗遗传算法调控策略

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超磁致伸缩超声换能器结构研究

振动与冲击 2021年第11期40卷 196-201页

作者：李鹏阳刘强李伟周玄王李梦王权岱袁启龙西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048

为了实现大功率、大振幅的超声振动输出,设计了一种新型的超磁致伸缩超声换能器,换能器的形状是一个窗形的结构,用ANSYS软件对设计的超磁致伸缩换能器进行动力学分析,验证了设计方法的有效性。采用ansoft Maxwell软件分别对窗形换能器... 详细信息

为了实现大功率、大振幅的超声振动输出,设计了一种新型的超磁致伸缩超声换能器,换能器的形状是一个窗形的结构,用ANSYS软件对设计的超磁致伸缩换能器进行动力学分析,验证了设计方法的有效性。采用ansoft Maxwell软件分别对窗形换能器和棒形换能器进行了磁分析,发现窗形换能器的磁路是一个闭合的磁路,漏磁较少。分别对窗形换能器和棒形换能器的阻抗和振幅进行测量。结果表明,窗形换能器和棒形换能器的谐振频率基本一致,窗形换能器的阻抗比棒形换能器的阻抗要小很多,但是在相同的驱动电压下,窗形换能器的平均振幅大约是棒形换能器平均振幅的1.5倍。窗形换能器的阻抗小、结构紧促、输出振幅大,是未来超磁致伸缩换能器发展的新方向。

关键词：超磁致伸缩材料超声换能器窗形换能器仿真分析

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考虑微凸体侧接触的结合面法向接触刚度建模

西安交通大学学报 2022年第2期56卷 118-129页

作者：王世军杨昭吴敬伟李鹏阳西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048 西安昆仑工业(集团)有限责任公司技术部西安710043

提出了一种考虑微凸体侧接触影响的结合面法向刚度建模方法。通过采样获取接触表面轮廓数据后,用统计方法研究了接触表面上微凸体之间的水平距离分布,发现微凸体之间的水平距离分布近似呈正态分布。基于微凸体侧接触理论和微凸体连续变... 详细信息

提出了一种考虑微凸体侧接触影响的结合面法向刚度建模方法。通过采样获取接触表面轮廓数据后,用统计方法研究了接触表面上微凸体之间的水平距离分布,发现微凸体之间的水平距离分布近似呈正态分布。基于微凸体侧接触理论和微凸体连续变形理论,建立微凸体的法向接触刚度模型后,根据微凸体水平距离的分布规律,利用统计理论,构建了结合面法向接触刚度模型。分析结果表明:在两个接触表面平均间距相同时,提出模型的法向接触载荷大于KE模型,小于高志强(GZQ)模型;在间距较小时,提出模型接触刚度小于KE(Kogut L和Etsion I)模型接触刚度,在间距较大时,提出模型接触刚度大于KE模型接触刚度,并且提出模型的法向接触刚度总是小于GZQ模型接触刚度;基于提出模型的有限元分析获得的前三阶模态与试验结果一致,固有频率与试验结果最大相差8.2%,说明提出的模型能够比较准确地预测结合面的法向动态特性。

关键词：微凸体水平距离正态分布侧接触法向刚度

光-热双固复合材料3D打印成型数值模拟及实验验证

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机械工程学报 2023年第15期59卷 293-303页

作者：王权岱强昊文叶思彤李鹏阳郑建明李言西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048

光-热双固化碳纤维增强复合材料3D打印成型综合了增材制造零件高精度无模快速成型和热固化基质材料力学性能优良的优势,具有广阔的应用前景。针对光-热双固化复合材料制件变形带来的制件疲劳寿命降低以及连接装配损伤等问题,综合考虑光... 详细信息

光-热双固化碳纤维增强复合材料3D打印成型综合了增材制造零件高精度无模快速成型和热固化基质材料力学性能优良的优势,具有广阔的应用前景。针对光-热双固化复合材料制件变形带来的制件疲劳寿命降低以及连接装配损伤等问题,综合考虑光固化动力学、热固化动力学及固化变形建立了光-热双固复合材料成型的多物理场理论模型,研究了复合材料光-热双固3D打印成型过程中单层固化厚度、光-热双固数值材料组分及纤维含量和长径比对制件变形的影响,并通过实验验证了模型及理论分析结论的正确性。结果表明,增加单层固化厚度从而减少分层数可以降低制件固化后的应力应变和翘曲变形;光-热双固化树脂中光固化树脂分数增加会使制件的翘曲变形量增大;提高纤维体积分数和纤维长径比可以降低制件膨胀系数,从而降低制件的翘曲变形量。复合材料光-热双固化3D打印成型过程的多物理场建模计算方法可以为相关研究提供借鉴,基于该方法的研究结果对于优化工艺参数从而提升成型质量具有参考价值。

关键词：光-热双固化 3D打印多物理场耦合数值模拟翘曲变形

考虑变时滞效应的弱刚度球头铣刀铣削稳定性研究

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仪器仪表学报 2021年第10期42卷 148-160页

作者：董永亨李淑娟张倩李鹏阳李旗西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048 桂林电子科技大学机电工程学院桂林541004

弱刚度球头铣刀广泛应用于深腔模具零件的铣削中,加工过程中容易发生颤振,确定加工稳定域是实现稳定铣削的重要手段,但该铣削系统具有变时滞特点,稳定性分析的难度较大,制约着加工质量的提高。为此,提出一种弱刚度球头铣刀铣削稳定性分... 详细信息

弱刚度球头铣刀广泛应用于深腔模具零件的铣削中,加工过程中容易发生颤振,确定加工稳定域是实现稳定铣削的重要手段,但该铣削系统具有变时滞特点,稳定性分析的难度较大,制约着加工质量的提高。为此,提出一种弱刚度球头铣刀铣削稳定性分析方法。首先,建立弱刚度刀具系统的动力学方程;接着,基于Newton-Raphson求解出刀齿选定点的时滞量;最后,基于全离散法提出考虑变时滞再生效应的稳定性分析方法,并利用Floquet定理获得了不同转速所对应的临界切深,构建出铣削稳定性叶瓣图。实验结果表明在叶瓣图的非稳定域铣削时铣削力中含颤振频率成分,所加工表面的S_(y)和S_(a)比稳定域内加工表面增大35%和42%,说明该分析方法是可靠的,可为切削参数的选择和优化提供依据。

关键词：弱刚度球头铣刀振动变时滞稳定性全离散建模法

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基于半解析法的球头铣刀静态铣削力的建模

机械工程学报 2022年第11期58卷 282-294页

作者：董永亨李淑娟张倩洪贤涛李鹏阳李旗李言西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048 桂林电子科技大学机电工程学院桂林541004 成都航利(集团)实业有限公司成都610000

提出球头铣刀静态铣削力的半解析建模方法。基于齐次坐标变换原理建立考虑刀具姿态调整的刀齿切削运动轨迹方程。用球面代替刀齿扫掠面,将加工过程中刀具和工件瞬时接触区域(简称刀-工切触区域)的识别转换为其三条边界线和三个交点的求... 详细信息

提出球头铣刀静态铣削力的半解析建模方法。基于齐次坐标变换原理建立考虑刀具姿态调整的刀齿切削运动轨迹方程。用球面代替刀齿扫掠面,将加工过程中刀具和工件瞬时接触区域(简称刀-工切触区域)的识别转换为其三条边界线和三个交点的求解问题,基于齐次坐标逆变换原理提出刀-工切触区域的半解析求解方法。通过Newton-Raphson数值法计算出参考线与刀齿实际扫掠面的交点,获得瞬时未变形切屑厚度。基于改进机械建模法求得微元铣削力,借助齐次坐标变换原理将微元铣削力转化至主轴随动坐标系,并通过积分法求解出瞬时静态铣削力。切削力验证试验表明,所提出的球头铣刀铣削力求解方法可以有效地预测铣削力,与改进Z-MAP法相比具有更高的计算效率。

关键词：球头铣刀铣削铣削力刀-工切触区域未变形切屑厚度半解析法

考虑微凸体水平距离分布及相互作用的结合面法向接触刚度建模

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机械工程学报 2022年第21期58卷 201-214页

作者：范凌松王世军吴敬伟李鹏阳西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048 西安昆仑工业(集团)有限责任公司技术部西安710043

在涉及微凸体侧接触的粗糙表面接触建模过程中,通常需要假定微凸体之间侧接触的角度分布规律。提出一种考虑微凸体水平距离分布及相互作用的结合面法向接触刚度建模方法,该方法不再需要假定角度分布规律,而是基于首次发现的单个粗糙表... 详细信息

在涉及微凸体侧接触的粗糙表面接触建模过程中,通常需要假定微凸体之间侧接触的角度分布规律。提出一种考虑微凸体水平距离分布及相互作用的结合面法向接触刚度建模方法,该方法不再需要假定角度分布规律,而是基于首次发现的单个粗糙表面微凸体水平距离正态分布规律,根据统计学理论进行考虑微凸体相互作用的结合面法向接触刚度建模。对模型进行数字仿真发现:结合面法向接触刚度与接触载荷均随着微凸体水平距离标准差的减小而增大,并且考虑微凸体相互作用会使得结合面的法向接触刚度减小。结合面法向接触刚度随弹性模量的增大而减小,随材料硬度的增大而增大。通过有限元仿真结果与模态试验结果对比可知,基于模型的有限元仿真前三阶固有频率与试验所得结果基本吻合,并且误差相对GZQ模型更小。旨在通过研究单个粗糙表面微凸体水平距离分布,突破侧接触建模时接触角度分布函数仍需假设的理论瓶颈,为更加准确地预测结合面接触特性奠定基础。

关键词：水平距离分布侧接触相互作用接触刚度

含润滑介质的正交各向异性结合面接触特性研究

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振动工程学报 2023年第4期36卷 909-922页

作者：王世军崔圣奇吴敬伟卫娟娟李鹏阳西安理工大学机械与精密仪器工程学院陕西西安710048 西安昆仑工业(集团)有限责任公司技术部陕西西安710043

提出了一种含润滑介质的正交各向异性结合面法向接触刚度的分形模型。该模型基于含椭圆修正因子的Hertz接触理论,并根据考虑润滑介质的侧向泄漏的平均雷诺方程,推导出固体接触刚度与流体刚度之间的解析关系。通过分析不同因素对结合面... 详细信息

提出了一种含润滑介质的正交各向异性结合面法向接触刚度的分形模型。该模型基于含椭圆修正因子的Hertz接触理论,并根据考虑润滑介质的侧向泄漏的平均雷诺方程,推导出固体接触刚度与流体刚度之间的解析关系。通过分析不同因素对结合面的法向接触刚度的影响,发现当无量纲固体真实接触面积小于0.05时,结合面的法向接触刚度受流体刚度的影响较大。随着润滑介质发生侧向泄漏,固体真实接触面积逐渐增大,固体接触刚度对结合面的法向接触刚度的影响越来越显著。给定不同预紧力,对比试验与有限元仿真获得的前三阶固有频率,其最大相对误差为4.11%,证明本文构建的模型可以准确地预测结合面的接触性能。

关键词：椭球形微凸体 Hertz接触理论法向接触刚度平均雷诺方程有限元法

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