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热-结构耦合作用下压电式力传感器热应力分析

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西安交通大学学报 2025年第1期59卷 194-205页

作者：周远琴李映君李宏宇王桂从济南大学机械工程学院济南250022

针对极端环境下高温传感器的可靠性受限于热应力,导致传感器零漂和温漂甚至失效的问题,提出了一种基于热-结构耦合的高温压电式力传感器热应力计算方法及其有限元模型。基于平衡方程和热-弹性理论,建立了传感器热弹性力学物理方程,分析... 详细信息

针对极端环境下高温传感器的可靠性受限于热应力,导致传感器零漂和温漂甚至失效的问题,提出了一种基于热-结构耦合的高温压电式力传感器热应力计算方法及其有限元模型。基于平衡方程和热-弹性理论,建立了传感器热弹性力学物理方程,分析了封装材料和温度对压电式力传感器热应力的影响规律。通过分析高温环境下压电式力传感器的热应力分布,确定传感器应力集中位置。对传感器热应力进行溯源,得到封装材料和晶组材料的热膨胀系数不一致导致热失配应力产生。将随机振动功率谱密度转换为加速度时域信号,利用多物理场耦合方法,分析得到传感器的最大热应力为134.61 MPa,小于材料的屈服强度300 MPa,验证了传感器在高温、高压和随机振动综合环境下具有良好的可靠性。通过研究氧化铝和氧化锆绝缘层对传感器最大热应力的影响,研究结果表明,温度为420℃时氧化铝绝缘层传感器的最大热应力比无绝缘层传感器的最大热应力小9.18 MPa,比氧化锆绝缘层传感器最大热应力小79.31 MPa,该工作可为高温环境下减小传感器热应力措施提供一定的参考。

关键词：高温传感器热应力多物理场压电

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主路式水肥一体机施肥系统的设计与试验

农机化研究 2025年第2期47卷 68-74页

作者：李擎李家春熊贤沙蔡家斌贵州大学机械工程学院贵阳550025

针对现阶段水肥一体化设备存在施肥不均、自动化程度不高及滞后性严重的问题,根据现代化农业节水省肥和减少环境污染的灌溉要求,设计了一款可实现自动混肥、施肥、节水灌溉的主路式水肥一体化施肥机。根据液肥的EC和pH值调节过程的特点... 详细信息

针对现阶段水肥一体化设备存在施肥不均、自动化程度不高及滞后性严重的问题,根据现代化农业节水省肥和减少环境污染的灌溉要求,设计了一款可实现自动混肥、施肥、节水灌溉的主路式水肥一体化施肥机。根据液肥的EC和pH值调节过程的特点,开发了以SIEMENS S7-1200为核心的液肥控制系统硬件,并结合MatLab设计了以模糊PID为控制器的液肥EC和pH值控制系统。为验证施肥机在实际应用中的精确性和鲁棒性,设计了施肥系统动态调节性能试验,结果表明:在施肥阶段,模糊PID控制系统具有较短的稳态时间和较小的超调量,相比于PID控制系统,对EC和pH值进行调节的稳态时间分别减少了37.7%和52.1%,稳态超调量分别降低了1.2%和2.2%,可实现对混肥溶液进行迅速有效的调节,满足现代农业实际生产需要。

关键词：水肥一体化施肥机模糊PID 过程控制

基于SCARA的柔性葡萄采摘机械臂设计与试验

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农机化研究 2025年第1期47卷 72-78,86页

作者：杨语录李长勇新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830047

针对现今葡萄种植环境狭小且复杂、常见关节型机械臂空间运动灵活度较小和避障能力较弱等问题,为了适应葡萄植株下层枝叶较少、障碍物较少,上层枝叶较多、障碍物较多的特点,设计并开发一款基于SCARA的柔性葡萄采摘机械臂,其底部为SCARA... 详细信息

针对现今葡萄种植环境狭小且复杂、常见关节型机械臂空间运动灵活度较小和避障能力较弱等问题,为了适应葡萄植株下层枝叶较少、障碍物较少,上层枝叶较多、障碍物较多的特点,设计并开发一款基于SCARA的柔性葡萄采摘机械臂,其底部为SCARA机械臂,上部为柔性机械臂部分;同时,设计了SCARA与柔性机械臂的协调运动控制系统。通过分析机械臂的机械结构和工作原理确定机械臂的末端空间位置和机械臂的运动学关系,利用MatLab绘制其工作空间,并绘制柔性机械臂在随机两个空间点运动的轨迹、速度、加速度图,从而实现SCARA机械臂与柔性机械臂的运动控制。

关键词：采摘柔性机械臂运动空间运动学求解 SCARA机械臂葡萄

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微涡轮角接触球轴承打滑性能分析

轴承 2025年第1期 61-68页

作者：王宇王镇韩清鹏朱瑞吕杭原上海电力大学能源与机械工程学院上海201306 东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819

在赫兹接触理论的基础上,通过拟静力学方程对高速旋转,承受联合载荷和角偏斜的微涡轮角接触球轴承进行计算,得到不同轴向预紧力、径向载荷及偏转角下的轴承受力及其打滑情况,并基于Hirano打滑准则得到轴承的打滑临界曲线。结果表明:为... 详细信息

在赫兹接触理论的基础上,通过拟静力学方程对高速旋转,承受联合载荷和角偏斜的微涡轮角接触球轴承进行计算,得到不同轴向预紧力、径向载荷及偏转角下的轴承受力及其打滑情况,并基于Hirano打滑准则得到轴承的打滑临界曲线。结果表明:为了防止球打滑,以较高转速运转的角接触球轴承需要较大的轴向预紧力;当不承受径向载荷且轴向预紧力低于100 N时,轴承在20000~70000 r/min转速内均发生打滑,当径向载荷增至2000 N时,轴承在20000~70000 r/min转速内均不发生打滑;随着转速的增加,轴承所受离心力增加,球与外圈间的接触载荷增加,球与内圈间的接触载荷减小,导致轴承在高速下的打滑加剧;随着轴承力矩载荷或轴向预紧力的增大,偏转角增大;存在角偏斜的情况下,随着轴向预紧力的增大,球受力增大,离径向载荷作用线越近的球受力更明显,球Hirano打滑系数增大,轴承越不易打滑。

关键词：滚动轴承角接触球轴承径向载荷轴向载荷接触力赫兹接触

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基于载锰沸石分子筛的臭氧催化分解特性

工程科学学报 2025年第1期47卷 170-178页

作者：陈浩玥郭卓男刘应书杨雄裴有康李子宜北京科技大学能源与环境工程学院北京100083 香港中文大学(深圳)理工学院深圳518172 明尼苏达大学机械工程系明尼阿波利斯55455

臭氧作为重点防控的室内气态污染物广泛存在于人类生产、生活中,亟待开发高效的臭氧分解转化器从源头进行净化,催化剂是其核心关键.本文基于金属离子改性沸石分子筛进行臭氧催化性能研究,基于不同沸石拓扑结构、阳离子种类、改性手段及... 详细信息

臭氧作为重点防控的室内气态污染物广泛存在于人类生产、生活中,亟待开发高效的臭氧分解转化器从源头进行净化,催化剂是其核心关键.本文基于金属离子改性沸石分子筛进行臭氧催化性能研究,基于不同沸石拓扑结构、阳离子种类、改性手段及干燥方法,优选得到了采用等体积浸渍法和微波干燥法组合制备的载锰USY沸石Mn-USY-DT/WB,相较商用臭氧分解催化剂具有可逆再生的优势.通过系列表征,提出了可能的长效稳定催化臭氧的机制:单位时间内臭氧分子在沸石上的吸附与催化分解的相互协调,决定了沸石对臭氧的稳态催化分解,呈现宏观所得的脱除效率随时间变化曲线.通过XPS表征分析优选沸石升温可逆再生的潜在原因,再生后Mn-USY-DT/WB的平均化合态(Average oxidation state,AOS)由2.95降至2.81,经过加热处理后部分吸附在活性位点的中间氧物种脱附,氧空位释放,因此催化活性恢复.将优选沸石涂敷制得整体式蜂窝沸石催化剂,在实际应用条件(170℃、50000 h-1空速)下可维持99%臭氧分解效率1000 h以上.本工作为长效低阻臭氧分解催化剂的开发提供了新思路.

关键词：臭氧催化剂沸石分子筛整体式蜂窝催化剂再生

激光去除AH32钢漆层的数值模拟及实验研究

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光电子·激光 2025年第1期36卷 93-99页

作者：张鑫王涛冯伟峰顾志同河北工业大学机械工程学院

采用有限元模拟软件建立激光去除AH32钢表面环氧树脂漆层的数值模型，并在其表面加载脉冲激光清洗过程。探究了不同激光参数对激光去除AH32船用钢表面漆层的温度场影响。模拟结果表明，漆层表面最高温度随光斑中心的移动而变化，其扫描... 详细信息

采用有限元模拟软件建立激光去除AH32钢表面环氧树脂漆层的数值模型，并在其表面加载脉冲激光清洗过程。探究了不同激光参数对激光去除AH32船用钢表面漆层的温度场影响。模拟结果表明，漆层表面最高温度随光斑中心的移动而变化，其扫描轨迹呈彗星状；漆层表面最高温度随光斑直径和扫描速度的增大而减小，随激光重复频率和激光功率的增大而增大，并通过实物清洗实验验证此规律，观察其清洗后的表面形貌，得到当激光功率为28W,光斑直径为0.05 mm,重复频率为50 kHz,扫描速度为1 000 mm/s时，不仅能完全把漆层去除，而且不会损伤基底材料。研究结果为激光清洗船用钢表面漆层提供理论依据和实验参照。

关键词：激光清洗数值模拟 AH32船用钢表面形貌

激光清洗铝合金表面漆层的实验与工艺参数优化研究

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光电子·激光 2025年第2期 208-215页

作者：顾志同王涛冯伟峰张鑫姚涛河北工业大学机械工程学院

采用了纳秒脉冲激光对7050铝合金表面的丙烯酸聚氨酯漆进行了激光清洗，研究了激光功率、扫描速度和重复频率对除漆率和表面粗糙度的影响。通过对基体表面的超景深图像进行二值化处理，实现了对除漆率的定量分析。结果表明，随着激光功... 详细信息

采用了纳秒脉冲激光对7050铝合金表面的丙烯酸聚氨酯漆进行了激光清洗，研究了激光功率、扫描速度和重复频率对除漆率和表面粗糙度的影响。通过对基体表面的超景深图像进行二值化处理，实现了对除漆率的定量分析。结果表明，随着激光功率的增大，除漆率逐步提高，表面粗糙度先降低后升高。随着扫描速度和重复频率的增大，除漆率先升高后降低，表面粗糙度先降低后升高。采用GRNN(generalized regression neural network)神经网络模型建立了激光工艺参数与清洗质量之间的关联密度函数，通过MOSSA(multi-objective sparrow search algorithm)算法对模型进行多目标优化，得到了最佳的激光除漆工艺参数组合。在该激光工艺参数下，除漆率为99.16%,表面粗糙度为1.32μm。

关键词：激光清洗激光除漆神经网络优化算法

知识图谱和大语言模型辅助新工科课程教学资源建设方法

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高等工程教育研究 2025年第1期 40-46+110页

作者：王佐旭北京航空航天大学机械工程及自动化学院

新工科专业课程资源建设常要求内容新、教学方法新，同时满足学生个性化学习。知识图谱由于其强大的结构化表示能力、高效的知识检索能力和优秀的知识推理能力，适用于工科课程教学资源的建设。同时，大语言模型具有优异的自然语言理解... 详细信息

新工科专业课程资源建设常要求内容新、教学方法新，同时满足学生个性化学习。知识图谱由于其强大的结构化表示能力、高效的知识检索能力和优秀的知识推理能力，适用于工科课程教学资源的建设。同时，大语言模型具有优异的自然语言理解和推理能力，能够基于预训练模型完成知识抽取、自然语言问答等功能，可与知识图谱相结合来构建新工科课程教学资源平台。本文提出了一个知识图谱和大语言模型技术辅助工科课程教学资源建设的方法，结合自然语言处理技术、深度学习技术、预训练语言模型等技术完成工科课程知识的本体构建、知识抽取和知识图谱快速构建，并以制造信息学原理与应用课程为例进行了应用验证。结果表明，该方法可以在较短的时间内完成新工科专业课程资源的整理和建设，对新工科专业建设提供了借鉴意义。

关键词：工科课程知识图谱大语言模型教学资源建设知识抽取

基于人工势场法的复杂环境下多无人车避障与编队控制

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工程科学学报 2025年第2期47卷 364-373页

作者：梅艺林崔立堃胡雪岩胡广琦王浩陕西理工大学机械工程学院汉中723001

针对动态、密集障碍物等复杂环境下多车避障与编队控制存在的容易与障碍物碰撞、编队不稳定等问题,提出一种基于势场法的多车避障与编队控制方法.修改引力势场函数使引力大小在距离较大或较小时收敛于某一值,解决前期引力过大引起的无... 详细信息

针对动态、密集障碍物等复杂环境下多车避障与编队控制存在的容易与障碍物碰撞、编队不稳定等问题,提出一种基于势场法的多车避障与编队控制方法.修改引力势场函数使引力大小在距离较大或较小时收敛于某一值,解决前期引力过大引起的无人车与障碍物碰撞以及目标点不可达问题;采用更平滑的斥力计算公式对斥力势场函数进行优化,解决无人车距离障碍物过近时斥力过大引起的无人车在障碍物附近徘徊的问题;定义编队稳定力使编队前进过程中保持稳定队形的同时解决传统人工势场法存在的局部极小值问题;引入动态障碍物速度斥力势场与障碍物数量稀疏区域引力势场使编队在复杂环境下具有更高的避障与路径规划成功率.通过仿真实验与传统人工势场法以及改进后的算法进行对比,实验结果表明:本文方法在复杂环境下能够维持编队稳定性,具有较高的抗干扰能力;相较于传统算法与文献算法在动态障碍物环境下避障成功率分别提高了35%与10%,在密集动态障碍物环境下分别提高了55%与10%;能够在密集动态障碍物环境下躲避障碍物规划出合理的路径.

关键词：人工势场编队控制避障动态障碍物密集障碍物