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航空涡轴发动机复杂转子叶片系统动力学特性研究

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航空动力学报 2024年第10期 66-82页

作者：金淼王艾伦王青山尹伊君衡星张海彪中南大学高性能复杂制造国家重点实验室

基于赫兹接触理论与数理统计相结合的方法，构建了含有弹性、弹-塑性、完全塑性的3个变形过程在内的端齿等效接触动力学模型。针对航空涡轴转子系统复杂的结构特征，采用有限元和哈密顿变分原理建立了含有接触效应的端齿连接结构在内的... 详细信息

基于赫兹接触理论与数理统计相结合的方法，构建了含有弹性、弹-塑性、完全塑性的3个变形过程在内的端齿等效接触动力学模型。针对航空涡轴转子系统复杂的结构特征，采用有限元和哈密顿变分原理建立了含有接触效应的端齿连接结构在内的航空发动机复杂转子-叶片耦合系统的动力学分析模型，并通过与有限元结果对比验证了模型的有效性。在此基础上，研究了不同预紧力作用下耦合系统的固有频率、稳态响应以及瞬态不平衡响应特性。研究结果表明预紧力对端齿连接结构的接触状态影响非常明显，在预紧松弛状态下，其连接界面滑移会引起有效接触界面的抗弯刚度和抗扭刚度的减少，从而引起端齿连接刚度下降，同时在耦合系统的轮盘处x方向，扭转振动与叶尖弯曲方向处的瞬态和稳态不平衡响应的幅值有明显放大现象，而当预紧力设计范围为2.0×10～4～2.0×10～5 N，此时端齿连接结构近似等效于刚性连接。本文研究结果可为含有端齿连接结构的航空涡轴发动机轴向预紧力的设计提供了定量的参考依据。

关键词：端齿预紧接触模型航空涡轴发动机稳态和瞬态不平衡响应动力学特性

FGP梁非线性振动的谱几何-增量谐波平衡解法

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振动工程学报 2024年

作者：钟锐王瑞华王青山中南大学极端服役性能精准制造全国重点实验室中南大学机电工程学院

针对含几何非线性因素的功能梯度多孔（FGP）梁动力学问题，提出一种谱几何-增量谐波平衡法（SGM-IHBM）研究其非线性振动特性。根据Von-Karman理论获得梁结构的几何非线性应变-位移关系，基于Timoshenko理论推导FGP梁的拉格朗日能量泛... 详细信息

针对含几何非线性因素的功能梯度多孔（FGP）梁动力学问题，提出一种谱几何-增量谐波平衡法（SGM-IHBM）研究其非线性振动特性。根据Von-Karman理论获得梁结构的几何非线性应变-位移关系，基于Timoshenko理论推导FGP梁的拉格朗日能量泛函。使用谱几何级数表征梁结构的各位移分量，并引入线性模态分量建立FGP梁的非线性降阶方程，进而采用增量谐波平衡（IHB）法追踪FGP梁降阶模型的动力学响应解。通过SGM-IHBM解与文献解的对比验证了本文非线性模型的正确性，进而分析了孔隙率、厚度、激励幅值等对FGP梁非线性振动特性的影响。研究结果可为FGP梁的动力学环境适应性设计、评估提供理论参考。

关键词： FGP梁非线性振动谱几何增量谐波平衡法

协同Orowan绕过和攀移机制的镍基高温合金蠕变新模型

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第4期34卷 1167-1177页

作者：李昉袁丁玲陈康华陈送义李理中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083 中南大学轻合金研究院长沙410083 湖南大学机械与车辆工程学院汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

提出一种用于准确便捷预测析出相增强镍基高温合金稳态蠕变速率的蠕变新模型。基于析出相的空间分布,采用概率依赖的方法将位错-析出相交互作用中Orowan绕过和位错攀移机制的协同模式耦合到新的蠕变模型中。结果表明,新模型预测的稳态... 详细信息

提出一种用于准确便捷预测析出相增强镍基高温合金稳态蠕变速率的蠕变新模型。基于析出相的空间分布,采用概率依赖的方法将位错-析出相交互作用中Orowan绕过和位错攀移机制的协同模式耦合到新的蠕变模型中。结果表明,新模型预测的稳态蠕变速率与实验数据吻合很好。此外,当前模型不再依赖于可调参数;同时,确定了阈值应力与温度的定量关系。这项工作为蠕变变形过程中位错-析出相交互作用提供新思路,并为设计具有更优异蠕变性能的析出强化合金提供有效模型。

关键词：镍基高温合金蠕变模型稳态蠕变速率阈值应力

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基于滤波器的浸入与不变自适应控制

控制与决策 2024年第1期39卷 151-160页

作者：陈伟胡健姚建勇聂伟荣周海波南京理工大学机械工程学院南京210094 中南大学高性能复杂制造国家重点实验室长沙410000

针对机电伺服系统存在参数不确定、未建模动态及时变扰动这一问题,提出一种基于滤波器的浸入与不变自适应算法,该算法能够准确估计伺服系统中的未知参数.首先,构造系统状态及回归函数的滤波器,再根据滤波后的辅助变量构造参数估计器;然... 详细信息

针对机电伺服系统存在参数不确定、未建模动态及时变扰动这一问题,提出一种基于滤波器的浸入与不变自适应算法,该算法能够准确估计伺服系统中的未知参数.首先,构造系统状态及回归函数的滤波器,再根据滤波后的辅助变量构造参数估计器;然后,依据浸入与不变理论设计参数估计器中的辅助函数,从而保证参数估计误差的收敛性.此外,为了进一步降低集总扰动对系统闭环性能的影响,提出一种扰动观测器,这种扰动观测器结构简单,并且能保证估计误差的渐近稳定,从而有效地补偿系统中的未建模动态和外部扰动.最后,利用Lyapunov理论分别证明了参数估计器、扰动观测器及闭环系统的稳定性,仿真与实验结果验证了所提出的自适应方法及扰动观测器的有效性.

关键词：浸入与不变扰动观测器机电伺服系统自适应控制状态滤波器渐近稳定

轻质高强高阻尼HfO_(2)@CNT/聚合物/CuAlMn复合材料的制备及性能

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金属学报 2024年第3期60卷 287-298页

作者：蒋招汉邱文婷龚深李周中南大学材料科学与工程学院长沙410083 中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

由于阻尼合金和聚合物分别在减振效果和力学性能方面存在不足,为了实现宽频域和温域内的功能结构一体化,本工作采用烧结蒸发法和真空渗入工艺成功制备了一种新型阻尼复合材料。该复合材料以多孔CuAlMn形状记忆合金为骨架,孔隙中填充了负... 详细信息

由于阻尼合金和聚合物分别在减振效果和力学性能方面存在不足,为了实现宽频域和温域内的功能结构一体化,本工作采用烧结蒸发法和真空渗入工艺成功制备了一种新型阻尼复合材料。该复合材料以多孔CuAlMn形状记忆合金为骨架,孔隙中填充了负载HfO_(2)颗粒的碳纳米管与黏弹性聚合物组成的复合体。对样品进行了动态力学分析和室温单轴压缩实验,结果表明,当骨架孔隙率为80%、碳纳米管质量分数为1%时,该复合材料的压缩屈服强度和弹性模量分别为27 MPa和1040 MPa,密度仅为2.11 g/cm^(3),损耗因子在0.1~200 Hz和20~100℃范围内都在0.055以上,最大值可达0.102。相比于同等孔隙率的CuAlMn骨架,复合材料的弹性模量、压缩屈服强度和损耗因子分别提高了1、2和1.5倍。引入三相模型研究了复合材料的阻尼机理,计算结果表明,新型复合材料的主要阻尼机制是界面阻尼。

关键词：阻尼复合材料多孔CuAlMn形状记忆合金 HfO_(2) 碳纳米管聚合物界面阻尼

分布式电驱动汽车原地转向机理与控制方法研究

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中国公路学报 2024年第3期37卷 231-244页

作者：吕皓玉王翔宇谢斌李全通中国农业大学现代农业装备优化设计北京市重点实验室北京100083 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

分布式电驱动汽车能够通过原地转向功能提高车辆的机动性。原地转向下车辆的4个车轮均处于滑移状态,极易发生车身偏移甚至失控。为了实现稳定精准的原地转向控制,分析了原地转向的动力学机理,并提出横摆角速度与滑转率协同的控制策略。... 详细信息

分布式电驱动汽车能够通过原地转向功能提高车辆的机动性。原地转向下车辆的4个车轮均处于滑移状态,极易发生车身偏移甚至失控。为了实现稳定精准的原地转向控制,分析了原地转向的动力学机理,并提出横摆角速度与滑转率协同的控制策略。基于纵向动力学设计路面附着估计算法,完成原地转向前的路面状况判断;采用了分层式控制架构,上层控制器基于车辆状态协调转矩控制策略,下层控制设计横摆角速度决策框架,根据油门开度计算原地转向的名义横摆角速度,基于二次性能指标的单神经元自适应PID控制算法计算四轮驱动转矩,以实现横摆角速度的跟踪控制,并引入模糊逻辑推理得到四轮期望滑转率,通过PID算法计算驱动转矩调节量,配合横摆角速度转矩控制以抑制转向中心的偏移。仿真测试和实车试验表明:在附着系数一定的情况下,稳态原地转向的轮胎视为刚体,侧偏角与地面侧向反作用力基本不变,试验结果符合所推断的原地转向动力学机理;并验证横摆角速度跟踪控制算法在不同附着系数下具有理想的跟踪效果和鲁棒性,响应速度相比于PID提高46%,最大超调量减小24.0%,平均调节时间缩短1.3 s,平均稳态误差均在0.01 (°)·s^(-1);横摆角速度与滑转率协同控制减小横、纵坐标偏移量2.94、1.69 m,对转向中心偏移起到了抑制作用。

关键词：汽车工程原地转向协同控制分布式驱动汽车单神经元自适应PID

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Cr涂层对Zr-4合金蠕变行为的影响

Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第5期34卷 1533-1546页

作者：左鼎杜沛南罗威陈寰王昱韦天国张瑞谦刘会群中南大学材料科学与工程学院长沙410083 中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料重点实验室成都610213 中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

报道化学气相沉积Cr涂层对Zr-4合金蠕变性能的影响以及Cr涂层在服役温度下的热稳定性。利用扫描电镜、电子探针显微分析和电子背散射衍射研究样品的显微组织。结果表明:样品Zr-4基体中晶粒呈等轴状,存在明显的//ND织构。蠕变后涂层样品... 详细信息

报道化学气相沉积Cr涂层对Zr-4合金蠕变性能的影响以及Cr涂层在服役温度下的热稳定性。利用扫描电镜、电子探针显微分析和电子背散射衍射研究样品的显微组织。结果表明:样品Zr-4基体中晶粒呈等轴状,存在明显的//ND织构。蠕变后涂层样品的Zr-4合金基体中亚晶界数量明显低于无涂层样品Zr-4合金基体中亚晶界数量,表明Cr涂层显著降低了Zr-4合金基体在蠕变过程中承载的应力,提高了合金的抗蠕变性能。Cr涂层在长时间扩散实验中保持高稳定性。涂层在高蠕变应力下(350℃时不小于157 MPa,400℃时不小于137 MPa)出现裂纹。系统总结蠕变断裂的数据,得到了关于稳态蠕变速率与蠕变断裂时间的Monkman-Grant关系式。

关键词： Zr-4合金 Cr涂层蠕变行为显微组织热稳定性

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晶粒对多晶材料超精密切削影响的研究进展

机械工程学报 2024年第3期60卷 373-392页

作者：何春雷王姝淇李东洋耿昆陈光任成祖天津大学天津市装备设计与制造技术重点实验室天津300354 天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384

多晶材料是一类广泛应用于超精密切削加工的工件材料。在超精密切削中,每转进给量、切削深度等工艺参数与多晶材料的平均晶粒尺寸接近,而不同晶粒之间的力学性能存在显著差异,因此晶粒对超精密切削加工过程有重要影响,甚至成为影响多晶... 详细信息

多晶材料是一类广泛应用于超精密切削加工的工件材料。在超精密切削中,每转进给量、切削深度等工艺参数与多晶材料的平均晶粒尺寸接近,而不同晶粒之间的力学性能存在显著差异,因此晶粒对超精密切削加工过程有重要影响,甚至成为影响多晶材料超精密切削表面加工质量的关键因素。围绕该问题,针对多晶材料超精密切削加工中晶粒的影响进行综述。首先评述了晶粒对表面粗糙度影响的研究进展,重点介绍了晶界台阶现象及其影响因素;其次评述了晶粒对切削力影响的研究进展,分析了几种考虑晶粒影响的切削力模型;最后总结了超精密切削中控制晶粒影响的方法,并简要分析了相关领域的发展趋势。上述研究进展对提高多晶材料超精密切削的加工质量具有参考意义。

关键词：超精密切削多晶材料晶粒表面粗糙度切削力

往复运动对轴套式球面滚子研磨表面创成的影响研究

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中国机械工程 2024年

作者：丁嘉豪陈光苏涌翔孙永泉任成祖天津大学天津市装备设计与制造技术重点实验室天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室

为揭示轴套式球面滚子研磨新工艺中研具往复运动对球面滚子几何精度的影响规律，建立球面滚子运动学模型进行仿真计算，并基于Preston方程建立材料去除模型，推得球面滚子周向各角度的材料去除和滚动面纹理分布，然后开展球面滚子研磨... 详细信息

为揭示轴套式球面滚子研磨新工艺中研具往复运动对球面滚子几何精度的影响规律，建立球面滚子运动学模型进行仿真计算，并基于Preston方程建立材料去除模型，推得球面滚子周向各角度的材料去除和滚动面纹理分布，然后开展球面滚子研磨试验。结果表明：相对滑动率与仿真值的误差为8.33%～10.94%；极差百分比与滑动率修正的仿真值误差为11.2%～17.1%，且研磨后球面滚子的圆度误差最小值为0.78 μm；滚动面纹理偏角存在差异分布并与表面粗糙度呈正相关。试验结果证实运动学仿真分析的准确性，对提高轴套式球面滚子研磨工艺的圆度误差和表面粗糙度具有指导意义。

关键词：轴套式研磨工艺球面滚子运动学分析往复运动表面创成机制