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模内键合聚合物微流控芯片键合强度分析

中南大学学报（自然科学版） 2015年第12期46卷 4460-4468页

作者：楚纯朋蒋炳炎周明勇朱来余中南大学高性能复杂制造国家重点实验室湖南长沙410083

利用分子动力学分析方法对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微流控芯片模内键合过程进行模拟,研究聚合物界面分子的运动规律以及键合过程中界面结合能的变化规律,分析芯片键合强度的形成机制;利用拉伸测试法测试不同工艺环境下芯片的键合强度,分... 详细信息

利用分子动力学分析方法对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微流控芯片模内键合过程进行模拟,研究聚合物界面分子的运动规律以及键合过程中界面结合能的变化规律,分析芯片键合强度的形成机制;利用拉伸测试法测试不同工艺环境下芯片的键合强度,分析工艺参数对键合强度的影响。研究结果表明:聚合物芯片键合强度的形成是界面分子扩散和吸附共同作用的结果。适当增加键合压力,可以显著提升键合强度,并缩短键合时间;键合温度和键合时间的提升,能够增加键合界面间分子的相互扩散,提高界面分子间的作用力,从而提高键合强度。键合温度达到聚合物材料的玻璃转化温度,键合压力能够增加键合界面的接触面积,并持续一定的键合时间,芯片可获得较高的键合强度。

关键词：模内键合 PMMA 微流控芯片键合强度

拉锥球透镜光纤和柱状楔形透镜光纤与半导体激光器耦合的比较研究

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中南大学学报（自然科学版） 2014年第1期45卷 71-76页

作者：卢胜强郑煜邓圭玲段吉安中南大学高性能复杂制造国家重点实验室湖南长沙410083

分析光通信领域光发射次模块中拉锥球透镜光纤和柱状楔形透镜光纤与半导体激光器耦合的技术,建立这2种透镜光纤与半导体激光器耦合的模型。通过数学推导与软件仿真,得到出射波长为1 310 nm,平行结平面与垂直结平面发散角分别为13.00°与... 详细信息

分析光通信领域光发射次模块中拉锥球透镜光纤和柱状楔形透镜光纤与半导体激光器耦合的技术,建立这2种透镜光纤与半导体激光器耦合的模型。通过数学推导与软件仿真,得到出射波长为1 310 nm,平行结平面与垂直结平面发散角分别为13.00°与38.27°的双异质结激光器与这2种透镜光纤耦合时的耦合效率及多种对准误差的容忍度。同时,将这2种耦合方式的耦合效率、微透镜加工精度要求、纵向间隙与横向偏移容忍度、角度偏差容忍度以及同时存在有横向偏移与角度偏差时的容忍范围进行比较。研究结果表明:柱状楔形透镜耦合效率最大值达96.09%,远高于拉锥球透镜的耦合效率,而与柱状楔形透镜相比,拉锥球透镜在容忍度方面没有显著的优势,总体上,柱状楔形透镜光纤在与半导体激光器耦合中较拉锥球透镜光纤有更好的表现。

关键词：耦合效率容忍度拉锥球透镜光纤柱状楔形透镜光纤

大型模锻压机极低速驱动系统的仿真建模、实验验证与性能分析

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中南大学学报（自然科学版） 2014年第6期45卷 1804-1811页

作者：谢金晶黄明辉陆新江汪志能邓坎中南大学高性能复杂制造国家重点实验室湖南长沙410083

高性能复杂整体模锻件的等温制造要求大惯量模锻装备必须在极低速下稳定运行,但非线性、时变的锻件变形抗力和柱塞缸所受的非线性摩擦力导致该装备难以在极低速下获得所需的锻压性能。针对这一问题,在考虑锻件的流变特性、低速下特有的... 详细信息

高性能复杂整体模锻件的等温制造要求大惯量模锻装备必须在极低速下稳定运行,但非线性、时变的锻件变形抗力和柱塞缸所受的非线性摩擦力导致该装备难以在极低速下获得所需的锻压性能。针对这一问题,在考虑锻件的流变特性、低速下特有的静-动交替变换的摩擦特性以及工艺过程和装备运行之间关联作用的基础上,建立基于AMESim与Simulink的大惯量模锻装备低速锻造过程的联合仿真平台,通过实验验证该仿真平台的有效性与精确性,实现低速锻造过程的仿真建模。利用该平台对系统性能的影响规律进行研究,首先揭示了材料成形过程对系统低速性能的影响规律:比较流变特性参数对系统驱动能力的影响程度。研究结果表明:材料参数对系统的驱动力影响由大至小依次是物理化学性质常数y、强度系数c、材料硬化指数n与应变速率敏感性指数m;其次,研究了摩擦力对低速爬行的影响规律。导致低速爬行的2个条件是实际速度接近摩擦的临界速度以及最大静摩擦力与库仑摩擦力的差值太大。这些规律可为大惯量装备的极低速稳定运行提供基础与保证。

关键词：模锻压机 AMESim Simulink仿真变形抗力驱动力摩擦力速度爬行

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改进型飞秒写制长周期光纤光栅及其高温特性

光电子．激光 2014年第10期25卷 1859-1864页

作者：李海涛孙小燕董欣然段吉安周剑英胡友旺王聪中南大学高性能复杂制造国家重点实验室湖南长沙410083

基于双CCD对光纤夹持运动系统进行五维初步定位,通过计算机控制运动平台和飞秒激光,采用改进型的逐点扫描方法在未经载氢的SMF-28光纤纤芯区域进行矩形区域扫描,降低了逐点刻写法对聚焦光点与纤芯对准的敏感性,成功刻写出在1 250-1 400n... 详细信息

基于双CCD对光纤夹持运动系统进行五维初步定位,通过计算机控制运动平台和飞秒激光,采用改进型的逐点扫描方法在未经载氢的SMF-28光纤纤芯区域进行矩形区域扫描,降低了逐点刻写法对聚焦光点与纤芯对准的敏感性,成功刻写出在1 250-1 400nm波段主谐振峰值达-19dB的长周期光纤光栅（LPFG）,光栅长为16.5mm。对写制的LPFG进行高温特性分析,实验获得其在300-800℃范围主谐振峰的温度响应灵敏度达到139.27pm/℃,线性度为0.993。研究表明：改进型的飞秒激光逐点扫描方法稳定可靠,刻写的光栅尺寸小,并且光栅在高温范围有很高的响应灵敏度,特别适用于高温检测。

关键词：飞秒激光长周期光纤光栅(LPFG) 高温检测改进型的逐点扫描方法

模锻压机低速运行摩擦力的参数辨识与补偿控制

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华南理工大学学报（自然科学版） 2013年第7期41卷 38-44页

作者：李毅波张猛黄明辉陆新江中南大学高性能复杂制造国家重点实验室湖南长沙410083

重型模锻压机低速运行时极易出现爬行、抖动等现象,非线性摩擦力是该现象的主要成因.文中首先建立了40MN等温模锻压机低速运行时的动态特性测试系统,进行了锻件的等温模锻试验,获得了压机在低于5μm/s的超低速度下运行时的加速度数据;... 详细信息

重型模锻压机低速运行时极易出现爬行、抖动等现象,非线性摩擦力是该现象的主要成因.文中首先建立了40MN等温模锻压机低速运行时的动态特性测试系统,进行了锻件的等温模锻试验,获得了压机在低于5μm/s的超低速度下运行时的加速度数据;然后基于Stribeck非线性摩擦模型,采用粒子群算法对摩擦力参数进行辨识并进行了验证;最后建立了重型模锻压机非线性摩擦的T-S模糊模型,并应用于摩擦前馈补偿控制系统.结果表明,Stribeck非线性摩擦模型可以较好地描述压机低速运行时的非线性摩擦,基于T-S模糊模型的摩擦前馈补偿能极大地提高非线性摩擦作用下系统的动态性能.

关键词：模锻压机非线性摩擦力参数辨识补偿控制低速运行

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铝合金超声搅拌复合焊接

焊接学报 2011年第12期32卷 70-72,108页

作者：贺地求李剑李东辉梁健章中南大学高性能复杂制造国家重点实验室长沙410083

铝合金的搅拌摩擦焊(FSW)通常在焊接区形成上高下低"浅漏斗状"的温度场,使焊缝厚度方向的组织性能差异较大.为了得到更好的焊接效果,文中提出超声搅拌复合焊思想,将超声波通过搅拌头导入焊缝纵深处,以改善焊缝组织性能.试验采用2.5 mm厚... 详细信息

铝合金的搅拌摩擦焊(FSW)通常在焊接区形成上高下低"浅漏斗状"的温度场,使焊缝厚度方向的组织性能差异较大.为了得到更好的焊接效果,文中提出超声搅拌复合焊思想,将超声波通过搅拌头导入焊缝纵深处,以改善焊缝组织性能.试验采用2.5 mm厚的2219铝合金分别用上述两种方法进行焊接,并对焊缝的微观组织和力学性能进行了分析比较.结果表明,两种方法焊接的2219铝合金均可得到成形美观内部无缺陷的焊缝,超声搅拌复合焊的焊缝力学性能明显要优于搅拌摩擦焊.

关键词：超声搅拌复合焊搅拌摩擦焊 2219铝合金

流场分布对纳米结构模板电沉积成型质量的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2017年第5期48卷 1211-1217页

作者：吕辉蒋炳炎翁灿周明勇黎醒中南大学高性能复杂制造国家重点实验室湖南长沙410083

提出采用新型阴极多自由度运动电沉积技术制作纳米结构模塑成型镍模板,研究不同流场分布状态下电沉积成型模板的厚度分布、表面质量和纳米结构成型精度。研究结果表明:阴极定轴转动可使其表面流体流动增强,但对电解液的整体搅拌作用较弱... 详细信息

提出采用新型阴极多自由度运动电沉积技术制作纳米结构模塑成型镍模板,研究不同流场分布状态下电沉积成型模板的厚度分布、表面质量和纳米结构成型精度。研究结果表明:阴极定轴转动可使其表面流体流动增强,但对电解液的整体搅拌作用较弱,需辅助高压空气搅拌等措施以增强传质效果;阴极水平往复运动对电解液整体搅拌作用较强,但阴极表面电铸液流动性较差,上部区域存在流动死角;当阴极定轴旋转转速为150 r/min,水平往复移动速度为250 mm/s时,镀层厚度偏差可分别降低至17.26%和20.93%;运动阴极电沉积制得的镍模板表面气孔缺陷明显减少,纳米结构的复制精度显著提高,可应用于纳米结构模塑成型工艺。

关键词：纳米结构电沉积流体分布厚度均匀性表面质量

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20CrMo材料本构模型及其有限元模拟

中南大学学报（自然科学版） 2012年第11期43卷 4268-4273页

作者：严宏志龚黎军中南大学高性能复杂制造国家重点实验室湖南长沙410083

基于Johnson-Cook材料热-黏塑性本构模型,通过准静态压缩力学实验确定20CrMo材料的本构模型应变强化项系数;通过正交切削实验并运用Oxley-Welsh切削理论分析确定模型的应变速率和热软化效应系数,由此建立20CrMo材料的热-黏塑性本构模型... 详细信息

基于Johnson-Cook材料热-黏塑性本构模型,通过准静态压缩力学实验确定20CrMo材料的本构模型应变强化项系数;通过正交切削实验并运用Oxley-Welsh切削理论分析确定模型的应变速率和热软化效应系数,由此建立20CrMo材料的热-黏塑性本构模型。在此基础上,以剪切失效为切屑分离准则,仿真分析正交切削条件下的切削温度及切削力。对比仿真结果与切削实验测试结果可知:最大相对误差在20%以内,说明仿真分析较精确,也说明了建立的20CrMo本构模型有较高的准确性。

关键词： 20CrMo材料 Johnson-Cook模型切削实验有限元仿真

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超声塑化对聚合物熔融指数的影响

中南大学学报（自然科学版） 2018年第11期49卷 2670-2676页

作者：蒋炳炎邹洋刘弢张英平吴旺青中南大学高性能复杂制造国家重点实验室湖南长沙410083

为量化研究超声塑化对聚合物流动性能的影响,研制超声塑化熔融指数检测装置,以PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PP(聚丙烯)、PA66(聚酰胺66)为研究对象,得到超声塑化工艺参数及超声振动外场对聚合物熔融指数的影响规律。研究结果表明:超声塑化... 详细信息

为量化研究超声塑化对聚合物流动性能的影响,研制超声塑化熔融指数检测装置,以PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PP(聚丙烯)、PA66(聚酰胺66)为研究对象,得到超声塑化工艺参数及超声振动外场对聚合物熔融指数的影响规律。研究结果表明:超声塑化能够永久增强聚合物流动性能,增大超声振幅、塑化压力和塑化时间可提高聚合物熔融指数;超声塑化对PMMA,PP和PA66流动性能影响程度不同,聚合物熔融指数增大率从大至小依次为PMMA,PP和PA66;低强度超声振动外场能够小幅度提高聚合物熔融指数,由此产生的流动性能改变可恢复。

关键词：超声塑化聚合物熔融指数超声振动外场