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合成射流传热特性及其在MEMS散热应用研究

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机械工程学报 2023年第24期59卷 164-176页

作者：张立军刘世博甘振威徐嘉怡杨宁杨博涵王杭中国石油大学(华东)机电工程学院青岛266580

尽管现有常用冷却技术可为微电子机械系统(Micro electro mechanical systems, MEMS)的散热提供解决方案,但实现电子设备的高效散热仍然是一个严峻挑战。与传统冷却技术相比,合成射流(Synthetic jet, SJ)是一种更加有效的散热技术,它为M... 详细信息

尽管现有常用冷却技术可为微电子机械系统(Micro electro mechanical systems, MEMS)的散热提供解决方案,但实现电子设备的高效散热仍然是一个严峻挑战。与传统冷却技术相比,合成射流(Synthetic jet, SJ)是一种更加有效的散热技术,它为MEMS的散热提供了潜在解决途径。首先概述SJ的形成、发展及演变,在解释流场拓扑结构基础上对SJ传热特性进行研究,发现在驻点位置处SJ可获得最佳传热性能。然后深入分析影响SJ传热的腔体几何参数、激励器参数及流场参数,指出孔板间距是影响SJ冷却的关键因素。最后探讨基于SJ的微通道、翅片等多种新型散热器的散热性能,剖析实现微型化SJ冷却技术在SJ的特性变化规律、效率及噪声等方面存在的难点,为其未来发展提供探究方向。

关键词：合成射流微电子机械系统冷却技术传热特性散热应用

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铸铁表面摩擦涂覆和感应加热扩散渗铝方法

中国表面工程 2022年第1期35卷 257-263页

作者：贺庆强许智彬尹德聪魏晓旋汤硕杨博雅中国石油大学(华东)机电工程学院青岛266580

为了改善铸铁在恶劣环境下的腐蚀问题,采用涂覆渗铝的表面改性技术在铸铁表面进行铝涂层制备。以HT150为研究对象,对其进行摩擦涂覆渗铝处理,随后对涂层进行高频感应加热扩散和普通加热扩散处理。通过正交试验研究滚花量、扩散处理温度... 详细信息

为了改善铸铁在恶劣环境下的腐蚀问题,采用涂覆渗铝的表面改性技术在铸铁表面进行铝涂层制备。以HT150为研究对象,对其进行摩擦涂覆渗铝处理,随后对涂层进行高频感应加热扩散和普通加热扩散处理。通过正交试验研究滚花量、扩散处理温度及保温时间对渗层厚度的影响,采用SEM和EDS定量分析渗层厚度变化。结果表明:滚花处理后进行摩擦涂覆可制备较大厚度的纯铝层,显著影响扩散处理后的渗铝层厚度;两种扩散退火处理均促使渗层厚度明显增大,但相同加热温度下,高频感应加热扩散比普通加热扩散的效率更高、效果更好。采用前者,铸铁试样在2~6 min内渗层厚20~160μm。采用滚花预处理与感应扩散相结合的涂覆方式制备的渗层厚度较常规涂覆方式明显增加,采用该方式可制备腐蚀性能较好的渗铝层。

关键词：碳钢摩擦涂覆渗铝层扩散退火铁铝合金层

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移动触摸设备对老年人认知卸载的影响

东北大学学报（自然科学版） 2023年第12期44卷 1798-1804页

作者：金涛何家敏王文睿吴正新中国石油大学(华东)机电工程学院山东青岛266580

老年人身体机能和认知能力的下降影响了其与移动设备的交互能力,优化移动设备的交互方式是降低老年人认知负担的有效途径.采用改进的模式复制任务,结合主观评价法,探究移动触摸设备的输入和反馈方式对老年人认知卸载的影响.结果表明,输... 详细信息

老年人身体机能和认知能力的下降影响了其与移动设备的交互能力,优化移动设备的交互方式是降低老年人认知负担的有效途径.采用改进的模式复制任务,结合主观评价法,探究移动触摸设备的输入和反馈方式对老年人认知卸载的影响.结果表明,输入方式主效应显著,其中手写笔条件下的老年人卸载了更多的工作记忆;反馈方式主效应显著,其中视听觉组合反馈下的老年人卸载了更多的工作记忆;输入和反馈方式均会影响老年人的满意度,其中老年人对手写笔和视听觉组合反馈满意度最高.移动触摸设备的输入与反馈方式是影响老年人认知卸载行为的重要因素,该结论为优化移动触摸设备的交互方式、降低老年人的认知负担提供了重要的参考依据.

关键词：移动触摸设备老年人认知卸载输入方式反馈方式

基于蒙特卡洛模拟和动态事件树的储罐脆弱性评估

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化工进展 2023年第5期42卷 2751-2759页

作者：赵景斌王彦富王涛马伟恺王琛中国石油大学(华东)机电工程学院山东青岛266000

泄漏事件是化工罐区多米诺事故的主要原因,随着泄漏时间增加,其后续的演化有多种可能的场景,而每种场景中受影响储罐的脆弱性变化也不同。为了更全面地分析泄漏事件发生后化工储罐的脆弱性,本文基于蒙特卡洛模拟和动态事件树提出了一种... 详细信息

泄漏事件是化工罐区多米诺事故的主要原因,随着泄漏时间增加,其后续的演化有多种可能的场景,而每种场景中受影响储罐的脆弱性变化也不同。为了更全面地分析泄漏事件发生后化工储罐的脆弱性,本文基于蒙特卡洛模拟和动态事件树提出了一种动态脆弱性评估方法。该方法考虑点火概率、协同效应等因素,利用Probit模型计算储罐失效概率,通过蒙特卡洛模拟得到火灾和爆炸事故场景下的动态脆弱性;利用动态事件树将每种事故场景发生概率及对应的脆弱性变化按照时间序列结合,从而比较全面地描述泄漏事件的后续演化场景,得到考虑火灾和爆炸场景的总体脆弱性。使用两个案例验证说明了该方法的可行性,结果表明该方法能实现动态的预测和评估化工储罐的脆弱性。

关键词：多米诺效应蒙特卡洛模拟动态建模储罐脆弱性预测评估

中小直径棒料径向掰断低应力下料起裂机理研究

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第2期53卷 482-490页

作者：徐嘉怡张立军孙旭东周强杨宁中国石油大学(华东)机电工程学院山东青岛266580

针对目前的低应力下料断面质量和起裂效率很难满足工业化需求的问题,提出径向掰断低应力下料方法。采用XFEM法对中小直径金属棒料的起裂阶段进行仿真分析,以V型槽尖端起裂偏距和起裂角为评价指标,通过正交试验研究夹持力臂L_(1)、加载力... 详细信息

针对目前的低应力下料断面质量和起裂效率很难满足工业化需求的问题,提出径向掰断低应力下料方法。采用XFEM法对中小直径金属棒料的起裂阶段进行仿真分析,以V型槽尖端起裂偏距和起裂角为评价指标,通过正交试验研究夹持力臂L_(1)、加载力臂L_(2)、槽深q和底角半径ρ对起裂效果的影响规律。研究结果表明:对起裂质量影响最大的参数是底角半径ρ,夹持力臂L_(1)和加载力臂L_(2)对起裂质量影响较小。采用综合平衡法所得较优工艺参数为L_(1)=5 mm,L_(2)=35 mm,q=0.6 mm,ρ=0.1 mm,起裂角α=4.24°,起裂偏距e=0.09 mm;相比于目前的单臂加载低应力下料,掰断下料的起裂质量明显提高。本文所提确定系数R2达到0.848的临界起裂加载力计算公式能高效估算掰断下料临界起裂加载力。

关键词：径向掰断下料裂纹起裂 XFEM V型槽

CFRP-钢胶接结构内部损伤的增强型电磁感应热成像检测

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复合材料学报 2024年

作者：张玉彬陈丽娜刘鹏谦赵擎刘蕊王龙博谢静徐长航中国石油大学(华东)机电工程学院

碳纤维增强复合材料（Carbon fiber reinforced polymer，CFRP）通过胶接方式广泛应用于钢结构加固，因此对于加固后形成的CFRP-钢胶接结构进行检测以确保其结构完整性和安全性变得至关重要。然而，CFRP、环氧树脂和钢各自具有不同的物... 详细信息

碳纤维增强复合材料（Carbon fiber reinforced polymer，CFRP）通过胶接方式广泛应用于钢结构加固，因此对于加固后形成的CFRP-钢胶接结构进行检测以确保其结构完整性和安全性变得至关重要。然而，CFRP、环氧树脂和钢各自具有不同的物理性质，给准确检测此类特殊混合结构的内部损伤带来了挑战。为解决这一问题，本研究提出了一种增强型电磁感应热成像检测方法，以增强CFRP-钢胶接结构内部损伤的检测。该方法首先利用常规电磁感应热成像系统获得被检物体表面的温度数据，然后对表面温度数据进行预处理。接着，采用设计的卷积自编码器（Convolutional autoencoder，CAE）模型从预处理后的表面温度数据中提取像素级深度热特征，最后利用提取的深度热特征生成增强的检测结果，从而提高损伤的可见性。对含有脱粘、分层和裂纹的CFRP-钢胶接结构试件进行的实验结果表明，增强型电磁感应热成像能够有效提高内部损伤的可见性，这有助于准确评估CFRP-钢胶接结构的质量，从而提高此类结构的安全性。

关键词： CFRP-钢胶接结构增强型电磁感应热成像卷积自编码器特征提取无损检测

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主动径向转向架动力学仿真及磨耗性能评价

铁道科学与工程学报 2024年

作者：纪佳馨杨培杰张维家中国石油大学(华东)机电工程学院

为了探究地铁列车通过曲线时主动径向转向架对轮轨磨耗的影响，基于Simpack和Matlab/Simulink软件搭建主动径向车体动力学模型，通过轮轨横向力、轮对冲角、轮对横向位移以及脱轨系数等动力学仿真指标来评价车辆的曲线通过性及安全性，... 详细信息

为了探究地铁列车通过曲线时主动径向转向架对轮轨磨耗的影响，基于Simpack和Matlab/Simulink软件搭建主动径向车体动力学模型，通过轮轨横向力、轮对冲角、轮对横向位移以及脱轨系数等动力学仿真指标来评价车辆的曲线通过性及安全性，最后利用JENDEL磨耗模型来评价车辆过曲线时轮轨的磨耗性能。研究结果表明：编制控制算法时，利用侧滚角速度对滤波后的横向加速度信号进行实时补偿是合理的，补偿后作动器实际动作位移与理论动作位移相比只存在少许波动；当车辆通过曲线时，主动径向转向架与常规转向架相比，轮对冲角最大值由4.5 mrad下降到1.2 mrad，降低了73.3%，轮轨横向力最大值由14.1 kN降至1.8 kN，下降了87.2%，轮轨之间的横向位移也从12.2 mm下降到8.5 mm，下降了30.3%，脱轨系数从0.225下降到0.05，降低了77.8%，车辆的曲线通过性和运行安全性得到了提高；主动径向转向架使轮轨的磨耗位置发生改变，从轮缘和钢轨侧面磨耗发展到了车轮踏面和钢轨头顶面磨耗，减缓了轮缘和钢轨侧面的磨损，延长了车轮镟修周期，增加了使用寿命；利用JENDEL磨耗模型进行仿真分析，主动径向转向架与常规转向架相比，轮轨磨耗量明显降低，主动轮对外侧车轮和轨道磨耗量分别降低74.5%和75.9%，内侧车轮和轨道分别降低61.6%和61%，从动轮对外侧车轮和轨道磨耗量分别降低39.2%和43.7%，内侧车轮和轨道分别降低41.5%和44.3%。研究结果为主动径向控制的有效性提供了依据。

关键词：主动径向转向架曲线轮轨磨耗

基于电磁超声SH导波的钢管外水泥固化状态监测方法研究

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机械工程学报 2023年

作者：殷晓康朱鹏飞赵雨生邵鑫宇石昆三张宏远李伟中国石油大学(华东)机电工程学院

钢管水泥胶结结构被广泛应用于工业界，其中钢管与水泥的胶结质量可直接影响结构的服役安全。超声检测技术是评价钢管与水泥胶结质量最主要的手段，然而目前的多数研究均致力于检测水泥固化后出现的胶结缺陷，对可直接影响水泥最终质量... 详细信息

钢管水泥胶结结构被广泛应用于工业界，其中钢管与水泥的胶结质量可直接影响结构的服役安全。超声检测技术是评价钢管与水泥胶结质量最主要的手段，然而目前的多数研究均致力于检测水泥固化后出现的胶结缺陷，对可直接影响水泥最终质量的固化过程关注较少。在此基础上，提出一种基于电磁超声SH导波的钢管外水泥固化状态的监测方法，该方法利用SH导波对钢管外水泥剪切特性的敏感性，通过测量并计算不同位置处接收信号幅值的衰减来判断钢管外水泥的剪切特性，从而监测其固化状态。首先，建立钢管周向SH导波的频散方程并绘制频散曲线，选取激励频率并设计电磁声换能器；其次，在COMSOL软件中建立单一钢管和带管外水泥环钢管的有限元模型，通过对比研究了SH导波在钢管外水泥层中传播及衰减情况；最终，搭建电磁超声监测系统并配制水泥进行模拟监测试验。仿真和试验结果表明，SH导波在单一钢管中衰减较小，且传播距离长，但在带管外水泥环钢管中衰减明显，且随着水泥固化过程衰减越来越大，验证了SH导波对钢管外胶结介质剪切特性的敏感性，进而验证了在不耦合条件下利用SH导波监测钢管外水泥固化状态的可行性。

关键词：电磁声换能器 SH导波钢管水泥胶结结构水泥固化监测

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大型H型垂直轴风电机组排布方式

中国石油大学学报（自然科学版） 2022年第1期46卷 147-154页

作者：张立军胡阔亮焦刘阳孙学法张亚广刘静李昌良中国石油大学(华东)机电工程学院山东青岛266580 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580

为提高垂直轴风电机组的出力效果和使用寿命,对1.5 MW大型H型垂直轴风力机,以最大力矩系数和最小变异系数为研究目标,通过FLUENT软件研究反向旋转的双风机和三风机的排布方式对其气动载荷的影响,并提出采用变异系数衡量主轴偏振效应。... 详细信息

为提高垂直轴风电机组的出力效果和使用寿命,对1.5 MW大型H型垂直轴风力机,以最大力矩系数和最小变异系数为研究目标,通过FLUENT软件研究反向旋转的双风机和三风机的排布方式对其气动载荷的影响,并提出采用变异系数衡量主轴偏振效应。结果表明最佳的双风机排布间距为Y_(r)=1.3D,最佳旋转方向为CFR;紧密排布条件下三风机最佳排布间距为X_(r)=(1.8~2)D和Y_(r)=1.6D,最佳旋转方向为CW3;双风机排布增大了叶片内外表面压差,其平均力矩系数相比单风机的最大提高了5.9%,变异系数降低了19.26%;三风机排布形成峡谷效应增大了下游风机的来流风速,其平均力矩系数相比单风机最大提高了5.53%,变异系数最小增大了1.27%,且后排风机排布在前排风机的中垂线上可获得最佳的增益效果。

关键词：垂直轴风力机机组排布方式气动载荷主轴偏振