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介质微球光场调控制备多级银微纳结构及其表面增强拉曼光谱研究(特邀)

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中国激光 2024年第4期51卷 266-277页

作者：陈冰冰闫胤洲赵晨赵艳蒋毅坚北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院北京100124

表面增强拉曼光谱(SERS)是一种高灵敏的分子振动指纹光谱技术。光辅助化学还原制备SERS衬底具有成本低、环境适用性强等优势,但在微纳结构多样化制造方面存在局限性,限制了SERS衬底的检出性能。笔者系统研究了介质微球独特的聚焦特性,... 详细信息

表面增强拉曼光谱(SERS)是一种高灵敏的分子振动指纹光谱技术。光辅助化学还原制备SERS衬底具有成本低、环境适用性强等优势,但在微纳结构多样化制造方面存在局限性,限制了SERS衬底的检出性能。笔者系统研究了介质微球独特的聚焦特性,揭示了微球直径对聚焦光场分布的调控规律,在微球底部实现了可控的光场空间分布,实现了多级银微纳结构的快速光还原合成。进一步,通过优化制备参数(前驱液浓度比、激光辐照功率及辐照时间),成功制备了具有优异拉曼增强效果的多级银纳米颗粒/银微环/介质微球(AgNPs/AgMRs/MS)复合结构。通过介质微球和多级银微纳结构(AgNPs/AgMRs)中的光场耦合,即微球聚焦、多级银微纳结构局域表面等离激元共振以及复合结构定向发射等,实现了10^(-14)mol/L的痕量检测,增强因子可达9.50×10^(9),为光化学还原制备高性能介质-金属复合SERS衬底提供了新思路。

关键词：光谱学表面增强拉曼光谱多级银微纳结构光化学还原介质微球

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圆柱滚子轴承的径向刚度分析

航空动力学报 2024年第2期39卷 212-220页

作者：张跃明贾迎帅纪姝婷北京工业大学材料与制造学部北京100124 北京智同工大智能传动技术研究院有限公司北京110112

为了揭示滚子凸度和轴承转速对圆柱滚子轴承径向刚度的影响规律,采用隐函数微分方法,建立了考虑滚子凸度和轴承转速的圆柱滚子轴承径向刚度解析模型。分析了滚子凸度、轴承转速、径向游隙、径向载荷等因素对轴承径向刚度的影响规律,并... 详细信息

为了揭示滚子凸度和轴承转速对圆柱滚子轴承径向刚度的影响规律,采用隐函数微分方法,建立了考虑滚子凸度和轴承转速的圆柱滚子轴承径向刚度解析模型。分析了滚子凸度、轴承转速、径向游隙、径向载荷等因素对轴承径向刚度的影响规律,并与其他文献方法进行比较,验证了所建立解析模型的正确性。研究结果表明:圆柱滚子轴承径向刚度随滚子凸度、径向游隙的增加而减小,随着轴承转速、径向载荷的增加而增加;随着径向载荷的增大,滚子凸度、轴承转速、径向游隙等因素对轴承径向刚度的影响减弱。

关键词：圆柱滚子轴承径向刚度滚子凸度轴承转速径向游隙

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基于声发射信号稀疏表示的铝合金板材拉伸过程识别方法

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机械工程学报 2024年第2期60卷 1-9页

作者：焦敬品孙延东李光海赵鹏经吴斌何存富北京工业大学材料与制造学部北京100124 中国特种设备检测研究院北京100029

针对钣金成形过程质量监测的需要,提出一种基于声发射信号稀疏表示的铝合金板材拉伸过程自动识别方法。该方法对钣金拉伸过程监测的声发射信号进行非负矩阵分解,提取其在低维子空间映射的特征系数,用于构造训练字典和测试样本,并利用l1... 详细信息

针对钣金成形过程质量监测的需要,提出一种基于声发射信号稀疏表示的铝合金板材拉伸过程自动识别方法。该方法对钣金拉伸过程监测的声发射信号进行非负矩阵分解,提取其在低维子空间映射的特征系数,用于构造训练字典和测试样本,并利用l1范数进行稀疏分解和信号重构,进而实现对拉伸过程中弹性、塑性、屈服、强化和颈缩5个不同应力-应变状态的自动识别。同时,研究了声发射信号的数据类型对不同应力-应变状态识别准确率的影响。结果表明,提出的基于声发射信号稀疏表示方法可以很好实现铝合金拉伸过程中5个不同应力-应变状态的识别,相较于快速傅里叶变换类型数据,利用短时傅里叶变换数据的识别准确率更高。研究工作为钣金成型质量监控提供了可行的解决方案。

关键词：拉伸过程稀疏表示声发射应力-应变状态非负矩阵分解

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高温管道热损伤共线混频非线性超声检测方法

核动力工程 2024年第1期45卷 218-224页

作者：焦敬品李智强孙俊俊万国荣李骥何存富吴斌北京工业大学北京100124 中国核动力研究设计院成都610213

面向电厂安全运行需要,开展了高温管道热损伤共线混频非线性超声检测方法研究。通过扫频实验,确定了显著混频效应的激励条件,并对4个不同热损伤程度的Super304H管材进行非线性超声检测实验。对检测信号进行双谱分析,研究和频分量的双谱... 详细信息

面向电厂安全运行需要,开展了高温管道热损伤共线混频非线性超声检测方法研究。通过扫频实验,确定了显著混频效应的激励条件,并对4个不同热损伤程度的Super304H管材进行非线性超声检测实验。对检测信号进行双谱分析,研究和频分量的双谱值在相位区间的分布,确定了热损伤引起的非线性响应在相位区间上的分布范围。结果表明,依次提取的非线性声学系数与试件的热损伤程度呈现很好的相关性,可用于管道热损伤的表征。研究工作为电厂高温管道热损伤检测提供了可行方案。

关键词：高温管道热损伤混频非线性超声检测双谱分析

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脉冲激光辅助激光增材制造研究进展

表面技术 2024年第13期53卷 1-12,32页

作者：郑敏黄婷肖荣诗北京工业大学智能光子制造研究中心北京100124

针对辅助脉冲激光作用在固相区的情况,分别论述了非同步式表面、非同步式层间以及同步式脉冲激光辅助激光增材制造的工艺特点,分析了增材制造构件组织、成形缺陷以及应力分布的调控机理,并系统对比了非同步式和同步式脉冲激光辅助激光... 详细信息

针对辅助脉冲激光作用在固相区的情况,分别论述了非同步式表面、非同步式层间以及同步式脉冲激光辅助激光增材制造的工艺特点,分析了增材制造构件组织、成形缺陷以及应力分布的调控机理,并系统对比了非同步式和同步式脉冲激光辅助激光增材制造的调控效果,总结了同步式脉冲激光辅助激光增材制造的工艺优势。针对辅助脉冲激光作用在熔池区的情况,研究了脉冲激光功率密度、频率对熔池热动力学行为的作用机理(Marangoni对流、超声波搅拌空化、冲击波效应等),进而明晰了辅助脉冲激光冲击熔池对增材制造构件组织、成形缺陷的影响机理。最后,对脉冲激光辅助激光增材制造技术的研究进展进行了总结,并对下一阶段的发展方向进行了展望。

关键词：激光增材制造脉冲激光冲击组织成形缺陷残余应力

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适用于倾斜自由面的黏弹性人工边界方法

工程力学 2024年

作者：孙国富李吉祥刘旭陈云龙北京工业大学重庆研究院北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室

倾斜自由面地基比水平自由面地基的反射波场更为复杂，兼具了垂直入射和斜入射的反射特征，现有的黏弹性人工边界方法用于倾斜自由面模型动力分析时存在边界应力吸收效果欠佳的问题。本文根据应力波斜入射的反射波场分解思想，对P波垂... 详细信息

倾斜自由面地基比水平自由面地基的反射波场更为复杂，兼具了垂直入射和斜入射的反射特征，现有的黏弹性人工边界方法用于倾斜自由面模型动力分析时存在边界应力吸收效果欠佳的问题。本文根据应力波斜入射的反射波场分解思想，对P波垂直入射自然斜坡进行反射波场分解，推导了适用于倾斜自由面动力模型的黏弹性应力修正公式，并采用Python语言对ABAQUS进行二次开发，实现人工边界快速精确地施加方法与地震动输入。经数值模型验证表明：本文的黏弹性人工边界方法用于倾斜自由面地基的动力响应分析时，可消除左边界上的残余应力波和减轻内场反射波紊乱程度。具有圆弧形坡角的自然斜坡在坡顶处因其传播特征及反射波交叉干扰导致反射波场出现紊乱甚至畸变，而坡脚处反射波场一般不会出现紊乱。但对于具有折角形坡顶坡脚的人工边坡，坡顶处反射波场畸变严重而复杂，坡脚处反射波场也呈现一定的紊乱。等效节点力的地震动输入法比位移输入法和加速度输入法更适用于倾斜自由面动力模型求解，其人工边界处的位移和应力条件与远置边界大模型最接近。

关键词：黏弹性人工边界倾斜自由面波场分解数值模拟 Python

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量子博弈——“PQ”问题

物理学报 2024年第3期73卷 82-88页

作者：杨晓堃李维黄永畅北京工业大学理论物理研究所北京100022

研究了量子博弈中的“PQ”问题,重点探讨了参与者策略制定、收益分配和量子效应对博弈结果的影响.首先回顾了量子博弈理论的发展,并对经典博弈与量子博弈进行了对比,详细定义了参与者和策略空间,并利用收益矩阵和量子操作符进行了建模.... 详细信息

研究了量子博弈中的“PQ”问题,重点探讨了参与者策略制定、收益分配和量子效应对博弈结果的影响.首先回顾了量子博弈理论的发展,并对经典博弈与量子博弈进行了对比,详细定义了参与者和策略空间,并利用收益矩阵和量子操作符进行了建模.为解决“PQ”问题,提出了量子策略选择和优化算法,并设计了针对该问题的量子算法.在实际应用和案例研究方面,通过评述经典双人博弈——“PQ翻硬币”问题,表明当其中一个参与人采用量子策略时,他可以打败他的经典对手,获得更高的收益.通过量化手段,把整个“PQ”问题放在一个更为普遍和公平的条件下,对其推广并从多个方面和角度再次对其进行研究.同时,给出了“不完全公平博弈”和“完全公平博弈”的定义,对量子硬币翻转博弈(Meyer 1999 ***.821052)进行了修改,使博弈公平,并研究了量子硬币翻转的多轮版本.最后对“PQ”问题的局限性与扩展性进行了讨论,并展望了量子博弈研究的未来发展方向.

关键词：量子博弈经典博弈量子计算 “PQ”问题

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摆线针轮减速机参数对传动效率的影响与参数优化

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华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 77-87页

作者：张跃明李天宇纪姝婷北京工业大学材料与制造学部北京100124

为进一步提高摆线针轮减速机的传动效率,对减速机传动效率的影响规律进行了深入研究,提出了考虑设计参数与工况参数变化的摆线针轮减速机传动效率计算模型,并对参数进行了优化。首先,考虑摩擦力和啮合齿隙,建立了摆线针轮传动机构的多... 详细信息

为进一步提高摆线针轮减速机的传动效率,对减速机传动效率的影响规律进行了深入研究,提出了考虑设计参数与工况参数变化的摆线针轮减速机传动效率计算模型,并对参数进行了优化。首先,考虑摩擦力和啮合齿隙,建立了摆线针轮传动机构的多齿承载接触分析模型,计算了摆线针齿啮合力与载荷分布规律;然后,考虑摆线针轮减速机的啮合损耗、输出损耗、轴承损耗、润滑损耗和密封损耗,提出了摆线针轮减速机传动效率计算模型,并分析了设计参数和工况参数对摆线针轮减速机传动效率的影响规律。研究表明,在考虑摩擦受力的情况下,转速、负载、针齿销半径、针齿分布圆半径、偏心距、针齿套半径是影响传动效率的主要参数,针齿销数、柱销分布圆半径、柱销半径和摆线轮齿宽次之。最后,以齿轮强度、齿轮宽度、齿廓形状、齿间间隙和承载能力作为参数优化范围,将效率和体积作为目标对设计参数进行多目标优化分析,得到最优参数解,进而获得了更小体积、更高传动效率的摆线针轮减速机。

关键词：减速机摆线针轮传动摩擦损耗传动效率多目标优化

3D打印连续纤维复合材料工艺、结构优化研究进展

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力学进展 2024年第2期54卷 391-425页

作者：叶红玲董永佳毛鹏琪肖扬解佳琳北京工业大学力学系北京100124

连续纤维增强复合材料由于优异的比强度、比刚度、可设计性和轻量化特质,日益受到航空航天等高端装备制造领域的青睐.3D打印技术的发展改变了连续纤维复合材料结构的生产制造流程,使复杂结构的自由成型成为可能,为先进结构材料提供了巨... 详细信息

连续纤维增强复合材料由于优异的比强度、比刚度、可设计性和轻量化特质,日益受到航空航天等高端装备制造领域的青睐.3D打印技术的发展改变了连续纤维复合材料结构的生产制造流程,使复杂结构的自由成型成为可能,为先进结构材料提供了巨大的设计空间.为充分发挥先进材料性能优势和3D打印成型灵活性,研究人员分别从材料性能和结构设计出发,探索与3D打印连续纤维复合材料相适应的设计制造一体化解决方案,实现产品创新设计和性能提升.本文系统性地回顾了面向连续纤维复合材料性能分析、工艺改进和结构优化的研究工作,结合研究实践对连续纤维复合材料的结构多尺度优化方法进行总结分析,并对未来先进材料结构设计实时化、功能化、智能化的发展趋势进行探讨和展望.

关键词：连续纤维复合材料 3D打印力学性能工艺优化多尺度优化

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