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超弹性液态金属基摩擦电纤维和织物

北京工业大学学报 2025年第3期51卷 327-336页

作者：潘胜利何蕙羽程昭晨辛利桃李彪王璞北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院北京100124

为了解决摩擦电纤维在制备工艺、柔软性、灵变性等方面的问题,以液态金属EGaIn作为导电电极、热塑性弹性体材料作为纤维套管,采用挤压-填充技术研制了超弹性摩擦电纤维。该纤维能够承受2200%的应变,并表现出优异的电输出性能。以5 cm的... 详细信息

为了解决摩擦电纤维在制备工艺、柔软性、灵变性等方面的问题,以液态金属EGaIn作为导电电极、热塑性弹性体材料作为纤维套管,采用挤压-填充技术研制了超弹性摩擦电纤维。该纤维能够承受2200%的应变,并表现出优异的电输出性能。以5 cm的单根纤维作为介质进行摩擦电能采集,当纤维与纸接触时可提供7 V的未饱和平均开路电压;同时在200 MΩ的外部负载电阻下,瞬时功率密度可达1.6μW/m。将该纤维编织成8 cm×8 cm织物,电输出可达120 V、280 nA、28 nC。研究表明,挤压-填充技术为研制可拉伸摩擦电纤维提供了一种有效的新途径,该超弹性纤维有望应用于多功能可穿戴智能织物。

关键词：柔性可穿戴摩擦纳米发电机超弹性纤维织物电输出

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锂离子电池荷电状态和内部缺陷的超声透射特性仿真研究

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北京工业大学学报 2025年第3期51卷 258-268页

作者：张斌鹏吕炎宋国荣高杰李永春何存富北京工业大学材料与制造学部北京100124 北京工业大学信息学部北京100124 台湾成功大学机械工程系中国台湾台南701

采用有限元法分别对锂离子电池的荷电状态(state of charge,SOC)、内部缺陷(气泡缺陷、析锂缺陷和浸润不完全缺陷)与超声透射特性之间的影响规律进行了仿真分析。首先,利用Voronoi多边形建立了锂离子电池内部的多层多孔结构;其次,在仿... 详细信息

采用有限元法分别对锂离子电池的荷电状态(state of charge,SOC)、内部缺陷(气泡缺陷、析锂缺陷和浸润不完全缺陷)与超声透射特性之间的影响规律进行了仿真分析。首先,利用Voronoi多边形建立了锂离子电池内部的多层多孔结构;其次,在仿真过程中,通过改变正负极材料的力学参数(杨氏模量和密度)实现了锂离子电池不同荷电状态下超声透射特性的提取。仿真结果表明,随着荷电状态的增加,快纵波的声强幅值和慢纵波的声强幅值均呈现线性增加的规律,慢纵波的渡越时间呈现线性减小的规律。随后,对锂离子电池内部不同缺陷形式进行仿真分析。通过对比正常电池和缺陷电池的声透射信息可以发现:当锂离子电池底部存在气泡缺陷时,透射信号的声强幅值显著衰减,且随着气泡厚度的增加,声强幅值的衰减也在增加;此外,随着气泡位置的改变,透射信号的声强幅值也呈现规律性变化;当锂离子电池内部存在析锂缺陷时,透射信号的声强幅值和渡越时间均随着析锂厚度的增加而逐渐减小;当锂离子电池内部存在浸润不完全缺陷时,仿真模型将退化为单相多孔介质,频域中也只存在一个频率成分,且声强幅值存在衰减。研究内容解决了用有限元法对锂离子电池荷电状态、内部缺陷进行模拟处理的问题,且慢纵波波速的仿真结果与理论结果吻合良好。

关键词：锂离子电池 Voronoi多边形缺陷荷电状态超声透射有限元仿真

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7075铝合金CMT电弧增材组织及性能研究

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机电工程技术 2025年第4期 34-37+84页

作者：徐望辉李雨刘莉董春林刘锐哲广州航海学院智能制造学院北京工业大学材料科学与工程学院

由于铝合金具有高强度、低密度、和抗腐蚀性等优良特性，在航空航天、舰艇制造和汽车交通等领域具有广泛应用。电弧增材制造具有高的沉积速率和材料利用率，以及好的设计裕度，非常适用于高强铝合金构件的制造。然而，目前增材制造的高... 详细信息

由于铝合金具有高强度、低密度、和抗腐蚀性等优良特性，在航空航天、舰艇制造和汽车交通等领域具有广泛应用。电弧增材制造具有高的沉积速率和材料利用率，以及好的设计裕度，非常适用于高强铝合金构件的制造。然而，目前增材制造的高强铝合金普遍存在气孔较多、层间未熔合等缺陷，进而影响构件力学性能。针对这些问题，以电弧增材制造的Al-Zn-Mg-Cu合金为研究对象，使用光学显微镜观察沉积样品的宏观形貌跟金相组织，使用扫描电子显微镜观察样品的微观组织，使用电子万能拉伸机检测沉积样品的拉伸性能。研究结果表明，添加TiC纳米颗粒后，沉积态样品气孔较少，组织均匀，得到的组织均为等轴晶，未出现颗粒聚集的现象，在晶界处可以析出η MgZn2相，经T6热处理之后，沉积态样品横向跟纵向的极限抗拉强度分别为469 MPa和476 MPa，力学性能表现优异。研究结果为增材制造铝合金材料的开发和设计提供了重要的思路和参考。

关键词：电弧增材 Al-Zn-Mg-Cu合金 TiC纳米颗粒微观组织力学性能

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偏心荷载作用下钢楔式活络端力学性能研究

北京工业大学学报 2025年第1期51卷 59-71页

作者：谢治天牛晓凯李鹏飞张明聚刘晓宋伟北京工业大学材料与制造学部北京摇100124 北京市市政工程研究院北京100037 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

为了解决钢楔式活络端在偏心荷载作用下工作机理的研究相对较少的问题,该文定量研究钢楔式活络端的抗弯性能,首先建立经过试验结果验证的有限元模型,然后通过数值分析的方法,系统研究偏心载荷作用下钢楔式活络端的变形和受力机理,并对... 详细信息

为了解决钢楔式活络端在偏心荷载作用下工作机理的研究相对较少的问题,该文定量研究钢楔式活络端的抗弯性能,首先建立经过试验结果验证的有限元模型,然后通过数值分析的方法,系统研究偏心载荷作用下钢楔式活络端的变形和受力机理,并对钢楔式活络端的抗弯性能进行参数化分析,基于参数分析结果,建立适用于钢楔式活络端的弯矩-转角模型。研究结果显示:钢楔式活络端的抗弯性能随偏心距、钢楔高度和中肋板高度的增加而降低,随钢楔长度、钢楔宽度、槽钢厚度和钢管壁厚的增加而增加,同时本文所建立的弯矩-转角模型能够准确地预测钢楔式活络端的弯矩-转角曲线、初始抗弯刚度和塑性抗弯承载力。

关键词：基坑工程钢楔式活络端抗弯性能弯矩-转角模型有限元模型参数分析

激光选区熔化GH3536高温合金的静态再结晶行为及力学性能

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材料工程 2025年第2期53卷 142-151页

作者：刘记张云龙朱彬程亮李赛王亚松白洁马瑞江苏理工学院材料工程学院江苏常州213001 西北工业大学重庆科创中心重庆401135 北京动力机械研究所北京100074 华中科技大学材料科学与工程学院武汉430074

为了研究激光增材制造高温合金的静态再结晶行为及其对力学性能的影响。以固溶强化型镍基高温合金GH3536为研究对象,采用激光选区熔化(SLM)制备试块和试棒,对其在1175℃进行不同时间的固溶处理,基于EBSD分析研究其在热处理过程中的静态... 详细信息

为了研究激光增材制造高温合金的静态再结晶行为及其对力学性能的影响。以固溶强化型镍基高温合金GH3536为研究对象,采用激光选区熔化(SLM)制备试块和试棒,对其在1175℃进行不同时间的固溶处理,基于EBSD分析研究其在热处理过程中的静态再结晶行为,探讨其对拉伸性能的影响。结果表明:沉积态组织以沿建造方向生长的柱状晶为主,具有〈001〉丝织构。1175℃保温1 h的再结晶分数为61.8%,孪晶是再结晶形核的主要方式,再结晶程度随着保温时间的延长逐渐提高。根据Avirami方程拟合得到再结晶动力学曲线,与实验结果匹配良好。静态再结晶可以显著减弱力学性能的各向异性。保温时间超过1 h之后,力学性能变化幅度较小。

关键词：激光选区熔化 GH3536 固溶处理静态再结晶

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搅拌摩擦沉积增材制造机理及展望:机遇与挑战

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机械工程学报 2025年第2期61卷 56-85页

作者：申志康李冬晓孙中刚马良超刘小超田艳红郭伟侯文涛朴钟宇杨新岐李文亚西南大学工程技术学院重庆400715 西北工业大学陕西省摩擦焊接工程技术重点实验室西安710072 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001 北京卫星制造厂有限公司北京100092 南京工业大学材料科学与工程学院南京211816 中国兵器科学研究院宁波分院宁波315103 东南大学机械工程学院南京211189 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 浙江工业大学机械工程学院杭州310023 天津大学材料科学与工程学院天津300350

航空航天、兵器等重大装备大型关键结构整体化设计和一体化制造已成为轻量化和服役性能的重要保障。增材制造作为实现创新结构的变革技术被广泛关注和应用,但高强铝合金、镁合金等轻质高强金属增材制造仍面临诸多挑战。搅拌摩擦以强塑... 详细信息

航空航天、兵器等重大装备大型关键结构整体化设计和一体化制造已成为轻量化和服役性能的重要保障。增材制造作为实现创新结构的变革技术被广泛关注和应用,但高强铝合金、镁合金等轻质高强金属增材制造仍面临诸多挑战。搅拌摩擦以强塑性非熔化方式为此类合金高质量增材制造提供了新的思路和方法,并基于此形成了固相增材制造技术与装备。搅拌摩擦增材制造技术的突出优势迅速引发了全球范围的广泛关注和研究,但当前该技术的基础理论和沉积材料组织性能等尚待进一步厘清。系统梳理了搅拌摩擦增材制造领域的最新研究进展,全面评述了国内外在搅拌摩擦增材制造产热机制、材料流动行为、打印工具设计、工艺参数和组织性能等方面的研究成果及装备开发和工程应用现状。最后,展望了搅拌摩擦增材制造技术的未来机遇和发展趋势。

关键词：搅拌摩擦增材制造基本原理高性能材料组织性能

电介质表面金属功能图案激光加工技术研究进展

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航空制造技术 2025年第1期68卷 22-35页

作者：肖荣诗魏佳硕崔梦雅黄婷北京工业大学材料科学与工程学院北京100124 北京工业大学物理与光电工程学院北京100124

电介质表面金属功能图案在航空航天、消费电子、柔性传感等领域的需求日益增长。激光加工作为一种无需掩膜的柔性制造技术,具有加工精度高、非接触式加工、制造效率高等优点,可以在多种电介质表面实现金属功能图案的直接制造,近年来发... 详细信息

电介质表面金属功能图案在航空航天、消费电子、柔性传感等领域的需求日益增长。激光加工作为一种无需掩膜的柔性制造技术,具有加工精度高、非接触式加工、制造效率高等优点,可以在多种电介质表面实现金属功能图案的直接制造,近年来发展迅速。按照自上而下和自下而上的技术路线,分别概述激光刻蚀、选择性激光烧结、脉冲激光沉积、激光诱导化学液相沉积、激光诱导化学气相沉积、激光辅助化学镀6种激光加工技术的原理和优势,及它们在电介质表面加工金属功能图案的最新研究进展,并总结相应的技术瓶颈和未来发展趋势。

关键词：激光加工金属功能图案激光刻蚀选择性激光烧结(SLS) 脉冲激光沉积(PLD) 激光诱导化学液相沉积(LCLD) 激光诱导化学气相沉积(LCVD) 激光辅助化学镀(LEP)

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先进电子封装用焊锡球关键尺寸检测研究

电子与封装 2025年

作者：李赵龙王同举刘亚浩张文倩雷永平北华航天工业学院电子与控制工程学院北京工业大学材料与制造学部

焊锡球圆度和粒径的精度决定着BGA、CSP等先进芯片封装产品的质量。在对焊锡球进行检测时，焊锡球会粘连在检测视野内，难以快速精确的批量测量其圆度和粒径。为实现对760μm以下粘连焊锡球的精准检测，提出了一种基于凹点检测与椭圆拟... 详细信息

焊锡球圆度和粒径的精度决定着BGA、CSP等先进芯片封装产品的质量。在对焊锡球进行检测时，焊锡球会粘连在检测视野内，难以快速精确的批量测量其圆度和粒径。为实现对760μm以下粘连焊锡球的精准检测，提出了一种基于凹点检测与椭圆拟合相结合的检测算法。该算法运用Harris角点检测算子检测图像中粘连焊锡球的凹点，结合凹点最短路径匹配准则实现焊锡球分离。通过Canny边缘检测算子检测焊锡球的边缘轮廓，基于轮廓点坐标拟合出椭圆曲线，从而实现焊锡球圆度与粒径的检测。检测结果表明：与扫描电镜测量值相比，算法检测的焊锡球圆度误差可控制在3%以下，粒径相对误差可控制在1%以下。该技术为焊锡球的批量检测提供了一种快速有效的方法。

关键词：先进封装焊锡球粘连图像分割尺寸测量

原位热轧和热循环对电弧增材制造低合金钢微观组织和力学性能的影响

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金属加工(热加工) 2025年

作者：王锐任杰王义朋祝弘滨李红 ERIKA Hodúlová 北京工业大学材料科学与工程学院中车工业研究院有限公司中车科技创新(北京)有限公司斯洛伐克科学院

在本研究中，应用原位热轧辅助电弧增材制造技术，采用ER55-B2低合金钢焊丝对电动机轴进行增材再制造。这一技术路径旨在通过精确控制的电弧沉积与即时热轧处理，实现电动机轴性能的恢复与提升通过单层和双层试样的对比研究，揭示原位... 详细信息

在本研究中，应用原位热轧辅助电弧增材制造技术，采用ER55-B2低合金钢焊丝对电动机轴进行增材再制造。这一技术路径旨在通过精确控制的电弧沉积与即时热轧处理，实现电动机轴性能的恢复与提升通过单层和双层试样的对比研究，揭示原位热轧和热循环对低合金钢增材组织和力学性能的影响。结果表明：没有轧制时的组织主要为板条马氏体结构，轧制后的板条马氏体变得破碎和细化，在热循环的作用下可进一步转变为回火马氏体。双层轧制试样的奥氏体晶粒以等轴晶为主，并且有不连续动态再结晶的特征，相比单层轧制样品，原奥氏体平均晶粒尺寸从95.1μm显著降低至32.8μm。此外，在双层轧制样品沉积层的稀释区，显微硬度明显下降。经过轧制过后的试样与未轧制的试样相比，抗拉强度从734MPa增加到856MPa，延伸率略微降低。

关键词：电弧增材制造原位热轧低合金钢微观组织机械性能