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介电弹性体材料及其驱动器多层堆叠工艺研究进展（英文）

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Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering) 2024年第3期 183-206页

作者：蒋升超彭俊博王吕婷马涵之石烨浙江大学，伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院浙江大学，机械工程学院浙江大学，高分子科学与工程系

介电弹性体（DE）具有驱动应变大、响应快、能量密度高、可灵活处理各种配置等特点，已成为最具前景的人工肌肉技术之一。在过去的二十年中，研究人员一直致力于开发性能改善的DE材料，并探索介电弹性体驱动器（DEA）的创新应用。本文... 详细信息

介电弹性体（DE）具有驱动应变大、响应快、能量密度高、可灵活处理各种配置等特点，已成为最具前景的人工肌肉技术之一。在过去的二十年中，研究人员一直致力于开发性能改善的DE材料，并探索介电弹性体驱动器（DEA）的创新应用。本文重点讨论了两大主题：介电弹性体的材料创新和介电弹性体驱动器多层堆叠工艺的发展，这对推动介电弹性体的商业化应用具有重要意义。本文对高性能介电弹性体材料和多层堆叠方法的最新进展进行了综述，强调了在该领域取得的进展，并讨论了未来潜在的研究方向。在广泛的商业应用之前，DE仍有几个问题需要解决。第一，设计能够在高驱动频率（100 Hz量级）下保持大而稳定驱动应变（超过100%）的DE材料。第二，解决DE和DEA长时间使用的稳定性。为了提高寿命，应仔细研究失效机理，并根据机理适当调整DE材料的介电性能。第三，需要开发具有高环境耐受性的DE材料。最后，需要解决高电压驱动导致的安全问题。叠层DE驱动器（MDEA）的开发与DE的材料创新同样重要，但MDEA的制备仍存在许多挑战。适用于超薄DE薄膜堆叠的叠层工艺需要被探索。此外，提高当前叠层方法的扩展性也很重要，以兼容大规模制造工艺。

关键词：介电弹性体驱动器介电弹性体材料合成叠层方法

基于BSS从多角度X射线投影分离聚焦层的DBT重建

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光学学报 2024年第8期44卷 169-181页

作者：喻春雨刘明睿孙宁宁南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院江苏南京210023 美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校电子与计算机工程学院伊利诺伊厄巴纳61801美国北京邮电大学电子工程学院北京100876

提出一种基于盲源分离(BSS)从多角度投影提取出任意深度聚焦层的数字乳腺层析合成摄影(DBT)重建算法。首先,通过DBT成像设备采集乳腺的多角度投影,并对投影进行校正、对数变换等预处理工作;然后以中心投影为基准,根据成像几何将多角度... 详细信息

提出一种基于盲源分离(BSS)从多角度投影提取出任意深度聚焦层的数字乳腺层析合成摄影(DBT)重建算法。首先,通过DBT成像设备采集乳腺的多角度投影,并对投影进行校正、对数变换等预处理工作;然后以中心投影为基准,根据成像几何将多角度投影通过位移聚焦到所选的重建深度z处;最后,将位移后的多角度投影视为由一个聚焦层内信息和若干层外信息构成的线性组合,进而通过BSS将聚焦层信息分离出来,由此快速重建出乳腺厚度范围内任意深度z处的层面。以中心投影为参考,将位移叠加(SAA)法、滤波反投影(FBP)法、最大似然期望最大化(MLEM)3种当前DBT重建的主要算法与所提重建算法进行比较,4种算法对原投影的噪声污染的改善程度分别为13.4%、18.8%、88.5%、73.6%,图像对比度分别下降83.7%、81.4%、74.6%、10.7%,与中心投影的特征相似性分别为0.841、0.866、0.861、0.886,结构相似性分别为0.596、0.594、0.628、0.787,伪影扩散平均值分别为0.571、0.254、0.189、0.146。此外所提算法的重建速度小于SAA、FBP,但比采用2次迭代的MLEM高56.0%,因此所提算法在降低噪声、保持细节、抑制伪影、重建速度方面的综合性能优秀,且随着BSS技术和计算机硬件水平的快速发展而不断提高其分离重建性能,因此所提算法是一种实用性强、极具发展潜力的DBT重建算法。

关键词： X射线光学数字乳腺层析合成摄影盲源分离伪影扩散函数聚焦层重建

刀具偏心跳动下侧铣硬脆材料的瞬时铣削力模型

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航空学报 2024年第4期45卷 270-279页

作者：马廉洁杜文豪赵镇邱喆东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819 东北大学秦皇岛分校控制工程学院秦皇岛066004

以侧铣可加工微晶陶瓷为对象,建立了瞬时整体铣削力模型,研究了刀具偏心跳动状态下立铣刀侧刃铣削瞬时铣削力。通过铣削刀具与工件的次摆线运动,获得了其瞬时切削厚度、瞬时切削面积。通过线性搜索法确定了刀具偏心量和偏心角的最优解,... 详细信息

以侧铣可加工微晶陶瓷为对象,建立了瞬时整体铣削力模型,研究了刀具偏心跳动状态下立铣刀侧刃铣削瞬时铣削力。通过铣削刀具与工件的次摆线运动,获得了其瞬时切削厚度、瞬时切削面积。通过线性搜索法确定了刀具偏心量和偏心角的最优解,利用一维搜索算法进行了瞬时铣削力作用点的精确求解,并以刀具偏心跳动状态下的瞬时转角予以表达。以Martellotti模型为基础,建立了新的瞬时铣削力模型。以最小二乘法进行了瞬时铣削力模型系数辨识。并从铣削力作用点(瞬时转角)视角,研究了瞬时铣削力的变化特性。铣削实验验证结果表明,铣削力模型预测值与实验值吻合程度较高,平均相对误差不超过8%,该瞬时铣削力模型具有较高的预测精度。

关键词：刀具偏心跳动瞬时铣削力模型瞬时切削面积铣削力作用点硬脆材料

基于改进JH-2模型的氟金云母本构关系开发与模拟

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东北大学学报（自然科学版） 2024年第6期45卷 837-842,849页

作者：马廉洁于学荞韩智斌潘帅东北大学秦皇岛分校控制工程学院河北秦皇岛066004 东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

基于JH-2理论模型,建立了针对脆性材料有限元仿真改进的JH-2离散化模型,以此为本构模型对DEFORM软件的用户端模块进行了二次开发并对工程陶瓷的切削力进行了仿真分析.通过氟金云母车削试验,对比了JH-2离散化模型和J-C理想化模型的仿真效... 详细信息

基于JH-2理论模型,建立了针对脆性材料有限元仿真改进的JH-2离散化模型,以此为本构模型对DEFORM软件的用户端模块进行了二次开发并对工程陶瓷的切削力进行了仿真分析.通过氟金云母车削试验,对比了JH-2离散化模型和J-C理想化模型的仿真效果,分析了切削速度、进给速度和切削深度三种工艺参数对切削力仿真的影响并验证了JH-2模型的准确性和可靠性.试验结果表明,切削力仿真值与试验值变化趋势相同且精度良好,相比于J-C理想化模型,JH-2离散化模型模拟的脆性材料加工形貌更符合实际情况.因此,在针对工程陶瓷的有限元研究中,改进的JH-2离散化模型相对于J-C模型在理论分析和仿真预测上均具有显著优势.

关键词： JH-2模型脆性材料 DEFORM软件二次开发工艺参数

第三代半导体材料及器件中的热科学和工程问题

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物理学报 2021年第23期70卷 330-334页

作者：程哲伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校材料科学和工程系伊利诺伊61801

简单回顾了半导体材料的发展历史,并以基于氮化镓的高电子迁移率晶体管为例,介绍了第三代半导体器件的产热机制和热管理策略.以β相氧化镓为例,简单讨论了新兴的超宽禁带半导体的发展和热管理挑战.然后重点讨论了一些界面键合技术用于... 详细信息

简单回顾了半导体材料的发展历史,并以基于氮化镓的高电子迁移率晶体管为例,介绍了第三代半导体器件的产热机制和热管理策略.以β相氧化镓为例,简单讨论了新兴的超宽禁带半导体的发展和热管理挑战.然后重点讨论了一些界面键合技术用于半导体散热的进展,同时指出这些器件中大量存在的界面散热的工程难题背后的科学问题:界面传热的物理理解.在回顾了之前界面传热的理论发展后,指出了理解界面传热当前遇到的一些困难、机遇和方向.

关键词：第三代半导体热管理界面

超声协同SDS-Na_(2)CO_(3)提取丝素蛋白及高强韧纳米纤维膜的制备与细胞相容性研究

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东华大学学报（自然科学版） 2024年第4期50卷 148-155页

作者：牛佳杰寿万刘雍天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室纺织科学与工程学院天津阿肯色大学费耶特维尔分校机械工程系阿肯色州美国

为解决提取过程中丝素蛋白极易受损的问题,提出以Na_(2)CO_(3)和表面活性剂SDS(十二烷基磺酸钠)的复合体系为脱胶剂,再结合超声处理的一体化天然蚕丝脱胶方案。采用该方案所得丝素蛋白纤维表面更加光洁平整,纤维损伤显著减少;相比传统的... 详细信息

为解决提取过程中丝素蛋白极易受损的问题,提出以Na_(2)CO_(3)和表面活性剂SDS(十二烷基磺酸钠)的复合体系为脱胶剂,再结合超声处理的一体化天然蚕丝脱胶方案。采用该方案所得丝素蛋白纤维表面更加光洁平整,纤维损伤显著减少;相比传统的100℃碱液脱胶(30min完全脱胶),该方案在75℃下仅用10min即完成脱胶。以该方案所得脱胶纤维为原料,通过静电纺丝技术制备丝素蛋白纳米纤维膜,所得纤维膜经乙醇处理后,β折叠链片晶含量增至49.58%,展现出高达5.27MPa的断裂应力和123.49%的断裂应变。在5d的细胞培养试验中,丝素蛋白纳米纤维膜支持细胞的黏附、铺展和增殖,表现出良好的细胞相容性。这些研究成果将为制备高性能丝素蛋白纳米纤维膜提供解决方案,并有望推动丝素蛋白材料在生物医用领域的进一步应用和发展。

关键词：丝素蛋白脱胶静电纺丝细胞相容性

基于MTF和改进残差网络的轴承故障定量诊断方法

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东北大学学报（自然科学版） 2024年第5期45卷 697-706页

作者：李凌轩马振玮于泽峻邢壮东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 东北大学秦皇岛分校控制工程学院河北秦皇岛066004

有别于目前滚动轴承故障诊断多集中在定性分析阶段,提出了一种使用图像分类的滚动轴承故障定量诊断方法.采用重叠采样方法,对一维时序数据进行数据增强,使用马尔可夫转换场(Markov transition field,MTF)方法将一维时序数据转换成二维图... 详细信息

有别于目前滚动轴承故障诊断多集中在定性分析阶段,提出了一种使用图像分类的滚动轴承故障定量诊断方法.采用重叠采样方法,对一维时序数据进行数据增强,使用马尔可夫转换场(Markov transition field,MTF)方法将一维时序数据转换成二维图像,为输入到神经网络模型中提供二维图像样本并保留了时域信息,搭建和训练基于迁移学习微调处理的ResNeXt和ResNeSt改进残差网络,将故障图像进行分类并实现故障诊断.采用混淆矩阵和t分布领域嵌入(t-distributed stochastic neighbor embedding,t-SNE)可视化方法进行实验,结果表明,该滚动轴承故障定量诊断方法能够实现多工况滚动轴承故障的定量诊断,且具有诊断精度高和训练速度快的优点.

关键词：轴承故障马尔可夫转换场残差网络迁移学习定量诊断

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一种新型装载机工作装置的运动学与动力学分析

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机械工程学报 2024年

作者：黄鹏张金程丁华锋陈子明赵玉倩东北大学机械工程与自动化学院燕山大学机械工程学院中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院东北大学秦皇岛分校控制工程学院

为实现具有自主知识产权的装载机工作装置的研发设计，针对一种八杆含单个复铰的新型装载机工作装置进行运动学与动力学分析。通过对新型装载机工作装置的自由度分析，验证了该工作装置满足装载机作业要求的一个旋转自由度和一个移动自... 详细信息

为实现具有自主知识产权的装载机工作装置的研发设计，针对一种八杆含单个复铰的新型装载机工作装置进行运动学与动力学分析。通过对新型装载机工作装置的自由度分析，验证了该工作装置满足装载机作业要求的一个旋转自由度和一个移动自由度。采用复矢量法对新型工作装置进行运动学分析，建立了铲斗末端的位姿空间和各构件的角加速度与驱动空间的映射关系。基于虚功原理，建立了新型工作装置的动力学模型，推导出液压缸驱动力的数学模型。对液压缸的运动进行规划，采用两种装载机常用的铲掘方法，基于Matlab和ADAMS软件对装载机的一个作业循环进行动力学仿真对比分析，得到举升液压缸与转斗液压缸驱动力的变化规律，仿真结果误差在合理范围之内，验证了动力学模型的正确性。以动臂举升工况为例，研究了不同液压缸驱动速度和加速度对液压缸驱动力的影响，得到当液压缸驱动速度和加速度小幅度变化时，液压缸驱动力受到的影响较小而工作装置惯性力受到的影响较大。此外，工作装置所受的重力和外负载对于液压缸的驱动力起决定性作用。研究结果为装载机工作装置的研发设计提供了重要理论依据，对于工作装置的液压系统设计具有指导意义。

关键词：新型装载机工作装置复矢量法运动学分析虚功原理动力学模型液压缸驱动力

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一种新型液压装载机工作装置的运动学分析

机械工程学报 2024年

作者：黄鹏李长硕丁华锋陈子明赵玉倩东北大学秦皇岛分校控制工程学院东北大学机械工程与自动化学院燕山大学机械工程学院中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院

针对一种新型液压装载机工作装置进行运动学分析。首先，采用修正的Grübler-Kutzbach公式计算新型液压装载机工作装置的自由度，分析得出工作装置符合液压装载机的作业要求，可以实现铲斗相对机架的转动和竖直提升运动。其次，基于机... 详细信息

针对一种新型液压装载机工作装置进行运动学分析。首先，采用修正的Grübler-Kutzbach公式计算新型液压装载机工作装置的自由度，分析得出工作装置符合液压装载机的作业要求，可以实现铲斗相对机架的转动和竖直提升运动。其次，基于机构运动环路理论建立新型液压装载机工作装置的运动学正反解数学模型，通过算例与仿真对比运动学正反解的结果，验证机构位置的准确性。第三，采用Denavit-Hartenberge法建立新型液压装载机工作装置的关节空间模型，并对工作装置的关节空间进行求解分析，验证机构运动过程的准确性。最后，通过对新型液压装载机工作装置虚拟样机的一个工作循环进行仿真，分析工作装置最大卸载高度、最大卸载距离、平移性、卸载性和回位性等性能参数，验证新型液压装载机工作装置的实用性。研究结果表明该新型液压装载机工作装置符合实际工作要求，为液压装载机工作装置设计提供了重要的理论依据。

关键词：液压装载机工作装置自由度运动学关节空间工作循环