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不同冷却条件下钛铝合金切削加工材料去除机理和加工表面完整性

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航空学报 2024年第13期45卷 210-228页

作者：王相宇王锦辉仇文豪牛金涛付秀丽乔阳济南大学机械工程学院济南250022

钛铝合金具有密度小、强度高、抗高温蠕变与抗氧化能力强等优势,在航天航空工业的应用前景广阔。但由于材料导热性能差、加工硬化严重、低温脆性,在切削加工中切削温度高,导致切削加工效率低、刀具寿命低和表面完整性差,限制了材料的应... 详细信息

钛铝合金具有密度小、强度高、抗高温蠕变与抗氧化能力强等优势,在航天航空工业的应用前景广阔。但由于材料导热性能差、加工硬化严重、低温脆性,在切削加工中切削温度高,导致切削加工效率低、刀具寿命低和表面完整性差,限制了材料的应用推广。针对钛铝合金切削温度高的问题,基于其力学性能对温度敏感的特性,在钛铝合金Ti-48Al-2Cr-2Nb材料力学性能、材料去除机理和切削加工表面完整性等方面开展了研究工作。通过霍普金森冲击剪切试验研究了材料在不同温度下的动态失效行为和断裂机理;通过有限元仿真和试验研究了不同冷却条件和切削参数下直角车削的切屑形貌及其形态演化,分析了材料去除机理;对材料进行了3种冷却条件下的端面车削试验,分析了表面粗糙度的变化规律;结合材料的断裂机理和片层组织断裂形式,揭示了微凹坑与微裂纹等表面缺陷的形成原因;结合切削力与切削温度分析了加工硬化程度与硬化层深度,揭示了硬度的变化原因。

关键词：冷却条件切削温度钛铝合金表面完整性材料去除机理

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基于熵产理论的航空柱塞泵涡轮增压系统优化

航空学报 2024年第4期45卷 280-292页

作者：陈远玲陈家文潘越洋闫明洋广西大学机械工程学院南宁530004

在航空柱塞泵的进油端集成涡轮增压系统,有利于提高航空液压系统的集成度,并解决柱塞泵在高转速下因吸油不足而产生的空化、脱靴等难题。针对涡轮增压系统中叶片和压水室流道的优化设计问题,基于熵产理论对增压系统中的能量损失及其空... 详细信息

在航空柱塞泵的进油端集成涡轮增压系统,有利于提高航空液压系统的集成度,并解决柱塞泵在高转速下因吸油不足而产生的空化、脱靴等难题。针对涡轮增压系统中叶片和压水室流道的优化设计问题,基于熵产理论对增压系统中的能量损失及其空间分布进行了研究,构建了涡轮自增压轴向柱塞泵的流体域模型,探究压水室形式、断面形状、进口宽度、断面面积变化规律以及涡轮叶片形式与熵产率的关系,以熵产最小为目标优化涡轮增压系统的结构:涡轮采用扭曲叶片,压水室采用螺旋形、断面形状采用圆弧形、压水室进口宽度采用8 mm、断面面积变化规律为U型时,增压系统的总熵产下降约0.032 W/K,较优化前降低了13%,增压值上升约0.22 bar,较优化前增加7%。最后采用试制的样机搭建试验系统,测试了直叶片形式和扭曲叶片形式的涡轮增压值,试验结果与仿真结果基本一致。

关键词：航空柱塞泵涡轮增压熵产理论能量损失结构优化

机械滥用下锂离子电池的力学响应及安全性预测研究进展

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材料导报 2024年第2期38卷 10-18页

作者：尹啸笛张涛张新春刘南南黄子轩邹有云华北电力大学机械工程系河北保定071003 河北省电力机械装备健康维护与失效预防重点实验室河北保定071003

由于具有能量密度高、循环寿命长、质量轻、节能环保和自放电低等优点,锂离子电池近年来在交通工程、航空航天、新能源、机械工程等工业领域得到广泛应用。但锂离子电池在服役过程中不可避免会遭受机械滥用,引发电池内部短路,从而导致... 详细信息

由于具有能量密度高、循环寿命长、质量轻、节能环保和自放电低等优点,锂离子电池近年来在交通工程、航空航天、新能源、机械工程等工业领域得到广泛应用。但锂离子电池在服役过程中不可避免会遭受机械滥用,引发电池内部短路,从而导致热失控,甚至发生着火和爆炸等灾难性后果。因此,亟需开展机械滥用下锂离子电池的力-电-热响应特性和安全性预测方面的研究。本文首先介绍锂离子电池的结构及工程应用,综述了各种机械滥用下锂离子电池力学性能的国内外研究现状,阐明了不同工况下锂离子电池的失效机理;其次,从耐撞性和安全风险预测的角度出发,对锂离子电池的耐撞性指标、安全性评估的研究现状进行了评述;最后,在机械滥用及多物理场耦合下以更全面的视角展望了锂离子电池的未来发展前景,可为锂离子电池多功能结构一体化设计提供一定的参考。

关键词：锂离子电池机械滥用力学响应失效行为安全性

基于数据驱动的纤维增强复合材料自动铺放速度预测与规划

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航空学报 2024年第10期45卷 314-330页

作者：杨倩王彦哲杨迪李泽众曲巍崴浙江大学机械工程学院杭州310027

复合材料自动铺放(AFP)过程中,铺放速度的突变极易引起丝束翻折、褶皱、滑移等缺陷,从而降低铺放质量和铺放效率。基于铺放速度的预测结果进行优化调整,是提高铺放速度稳定性、保障铺放质量的重要途径。为此,提出一种基于数据驱动的铺... 详细信息

复合材料自动铺放(AFP)过程中,铺放速度的突变极易引起丝束翻折、褶皱、滑移等缺陷,从而降低铺放质量和铺放效率。基于铺放速度的预测结果进行优化调整,是提高铺放速度稳定性、保障铺放质量的重要途径。为此,提出一种基于数据驱动的铺丝机速度预测及规划方法。首先,基于随机森林方法,建立了以铺丝机运动轴为子树的铺放速度预测模型,提出以关节标称速度、加速度、关节轨迹夹角为输入特征,以关节实际速度为输出特征的随机森林模型特征参数定义方法;进一步,基于铺放速度预测结果分析,提出了指令速度的分段匀速规划方法;最后,给出了参考指令速度的制造周期预估方法。采用六自由度卧式机床的进气道铺放实验对上述方法进行验证。结果表明,该方法对同训练角度铺层铺放速度的预测准确度达到91%,随着学习数据增加,各角度铺层路径的速度预测精度均有提升。采用基于铺放速度预测结果的指令速度分段规划方法,可显著降低速度突变,有效提升铺放质量。在计算成本方面,通过与神经网络方法相比,证明了随机森林方法具备高效的铺放速度预测水平。

关键词：复合材料自动铺丝铺放速度速度预测数据驱动模型

添加稀土元素的TC4钛合金激光焊接头纵向超塑性能研究

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焊接学报 2024年第7期45卷 19-26页

作者：程东海张声金陶玄宇张华张夫庭亓安泰肖雄南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063 北京石油化工学院机械工程学院北京102617

针对钛合金激光焊接接头超塑性能低的难题,提出在焊缝中以Yb_(2)O_(3)的方式添加稀土Yb元素,分析Yb_(2)O_(3)含量对TC4钛合金激光焊接头高温拉伸峰值流变应力、断后伸长率及组织的影响.结果表明,Yb_(2)O_(3)能够促进变形过程的组织等轴... 详细信息

针对钛合金激光焊接接头超塑性能低的难题,提出在焊缝中以Yb_(2)O_(3)的方式添加稀土Yb元素,分析Yb_(2)O_(3)含量对TC4钛合金激光焊接头高温拉伸峰值流变应力、断后伸长率及组织的影响.结果表明,Yb_(2)O_(3)能够促进变形过程的组织等轴化进程,减小焊缝β晶粒尺寸和接头超塑性变形流变应力,并提高断后伸长率.随着Yb_(2)O_(3)含量增加,接头应力应变曲线下移,峰值流变应力呈先降低后升高的趋势,而断后伸长率则为先增大后减小.在超塑性变形过程中,Yb_(2)O_(3)含量6%时峰值流变应力最低为11.9 MPa,断后伸长率为572.3%;焊缝中心β晶粒尺寸最小为127μm,相较于未添加Yb_(2)O_(3)时β晶粒尺寸的337μm细化了62.3%.此时,马氏体组织发生相变,形态转变成片层,焊缝区域组织等轴化程度最高,焊缝的超塑性能最好.

关键词： Yb_(2)O_(3)含量激光焊 TC4钛合金超塑性能

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基于模仿学习的眼底手术行为机器人复现

机器人 2024年第3期46卷 361-369页

作者：李至潘越陈殿生秦雪娇王韫王俊杰北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 山东大学山东济南250100

针对现有眼底手术专家紧缺的问题,提出了一种获取与学习医生眼底手术操作技能的方法。首先,基于深度相机构建了手术操作行为采集平台,对手术操作轨迹进行采集;其次,依据医生在不同手术阶段的操作意图,基于隐马尔可夫模型,实现了对医生... 详细信息

针对现有眼底手术专家紧缺的问题,提出了一种获取与学习医生眼底手术操作技能的方法。首先,基于深度相机构建了手术操作行为采集平台,对手术操作轨迹进行采集;其次,依据医生在不同手术阶段的操作意图,基于隐马尔可夫模型,实现了对医生操作技能的分割与表征;再次,基于模仿学习算法设计了医生手术操作学习方法,并进一步实现了对医生手术操作的复现;最后借助睿尔曼RM65-B机器人对相关方法进行了实验验证。结果显示,本文的眼底手术行为模仿学习方法可有效实现手术操作技能的表征与学习,并指导机器人完成相关手术操作。

关键词：眼底手术模仿学习机器人行为复现

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数字孪生驱动的航空发动机转子精密堆叠装配

航空学报 2024年

作者：王泽生王辉张鹏飞杜立峰包宏强林东中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司清华大学机械工程系北京航空航天大学航空发动机研究院

航空发动机极高的结构复杂度和高性能、高稳定性的严格要求对航空发动机制造技术提出了挑战。装配是控制航空发动机产品质量的关键制造环节，其中，转子作为航空发动机的核心动力部件，其装配精度和质量极大地影响着航空发动机的使用性... 详细信息

航空发动机极高的结构复杂度和高性能、高稳定性的严格要求对航空发动机制造技术提出了挑战。装配是控制航空发动机产品质量的关键制造环节，其中，转子作为航空发动机的核心动力部件，其装配精度和质量极大地影响着航空发动机的使用性能。转子由多级零件串联装配而成，装配过程中零件误差积累和传递、连接结构挤压变形等因素都容易导致装配偏差产生。针对航空发动机转子装配偏差问题，开展了数字孪生驱动的装配工艺优化方法研究。结合数字孪生方法展开装配工艺机理分析，从转子装配单元数字孪生总体技术框架、装配工艺数字化内核分析、装配工艺综合评价与决策方法三方面开展数字孪生装配优化技术研究，融合多物理因素分析模型建立装配工艺数字化分析模型，实现了数据驱动的转子装配过程监控和工艺优化分析。通过转子装配实验应用验证，所提出优化方法给出的优化装配结果与最大可能偏差相比降低了57.4%，证明所提出的数字孪生转子装配优化方法能够有效解决实际问题，为航空发动机转子装配质量预测和优化提供了新的途径。

关键词：航空发动机转子装配数字孪生装配仿真数字化装配

基于多层次迭代修正的纤维增强复合薄壁截顶圆锥壳振动响应分析

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同方期刊数据库

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复合材料学报 2024年第3期41卷 1601-1610页

作者：许卓许沛尧初晨姚楠李晖顾大卫李鹤闻邦椿东北电力大学机械工程学院吉林132011 东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室沈阳110819 浙江工业大学机械工程学院杭州310014

提出了一种纤维增强复合薄壁截锥壳的振动响应分析模型。针对纤维增强复合薄壁截锥壳的结构特点,考虑基础激励载荷方向与母线的夹角、纤维铺层方向与x轴的夹角,利用板壳振动理论、复弹性模量等方法对所研究结构进行了理论建模。利用双... 详细信息

提出了一种纤维增强复合薄壁截锥壳的振动响应分析模型。针对纤维增强复合薄壁截锥壳的结构特点,考虑基础激励载荷方向与母线的夹角、纤维铺层方向与x轴的夹角,利用板壳振动理论、复弹性模量等方法对所研究结构进行了理论建模。利用双向梁函数法表示振型函数,并通过能量法和模态叠加法对其固有特性和振动响应进行求解。为了验证模型的正确性,基于自行搭建的振动测试平台,以TC300/环氧树脂基纤维增强复合薄壁截锥壳为对象,进行了振动特性测试。为减小因样件加工时产生的材料参数误差影响,开发了二分粒子群迭代法对材料参数进行修正。研究发现,测试结果与理论计算获得的共振响应误差最大不超过3.0%,验证了所提出的理论模型与计算方法的正确性和有效性。

关键词：纤维增强圆锥壳基础激励多层次迭代修正振动响应

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带后掠桨尖旋翼/螺旋桨的悬停气弹特性分析

中国机械工程 2024年第2期35卷 191-200页

作者：黄薇池骋南京理工大学机械工程学院南京210094 马里兰大学航空工程学院大学公园市20742

针对旋翼/螺旋桨的大负扭和后掠桨尖设计在桨叶内部所带来的严重应力应变集中问题,结合三维结构动力学模型、旋翼气动模型和旋翼配平方法,对复合材料旋翼/螺旋桨进行了综合建模与气弹载荷分析,并通过悬停实验验证了综合模型的准确性。... 详细信息

针对旋翼/螺旋桨的大负扭和后掠桨尖设计在桨叶内部所带来的严重应力应变集中问题,结合三维结构动力学模型、旋翼气动模型和旋翼配平方法,对复合材料旋翼/螺旋桨进行了综合建模与气弹载荷分析,并通过悬停实验验证了综合模型的准确性。对比分析了无负扭、大负扭和大负扭带后掠桨尖的桨叶气弹特性,发现大负扭导致桨叶应力集中区域扩大,后掠桨尖使桨尖过渡区域的应力集中区域扩大,集中程度加剧。

关键词：旋翼/螺旋桨复杂几何外形桨叶旋翼气弹耦合三维桨叶力学模型三维应力应变