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初始残余应力的检测方法及其在薄壁叶片加工变形分析中的应用研究

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Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2024年第2期41卷 158-173页

作者：张华赵晟强孙豪彭芳瑜闫蓉唐小卫单玉楠华中科技大学机械科学与工程学院国家数控系统工程研究中心中国武汉430074 华中科技大学机械科学与工程学院数字化制造装备与技术国家重点实验室中国武汉430074

薄壁叶片是航空发动机的关键部件,在加工过程中极易发生剧烈的变形。已有的变形研究控制重点关注在减小切削力和加工残余应力(Machining‑induced residual stress,MIRS)这两方面。本文利用材料热处理和锻造过程中产生的初始残余应力(Ini... 详细信息

薄壁叶片是航空发动机的关键部件,在加工过程中极易发生剧烈的变形。已有的变形研究控制重点关注在减小切削力和加工残余应力(Machining‑induced residual stress,MIRS)这两方面。本文利用材料热处理和锻造过程中产生的初始残余应力(Initial residual stress,IRS)来减轻薄壁零件受切削力与加工残余应力影响所产生的变形。由于初始残余应力测量困难且具有破坏性,本文提出了一种初始残余应力逆辨识方法来测量Ti6Al4V的初始残余应力。与传统的初始残余应力测量方法相比,逆辨识方法更符合应力分布和叶片变形的分布趋势。为了研究和解耦初始残余应力、加工残余应力和切削力之间对加工变形影响的相互作用,针对钛合金直纹叶片为对象进行实验验证,并建立了有限元预测模型。在分析切削力与加工残余应力对变形的影响后,可以得到切削力占变形程度的46.17%,平均值为26.36μm,而加工残余应力占变形程度的53.83%,平均值为30.70μm。耦合初始残余应力后使得整体的变形减小,受加工残余应力影响的最大挠度变形从35.32μm降低到15.50μm,该分析为利用初始残余应力减小薄壁叶片加工变形提供了新的方法。

关键词：薄壁叶片加工变形残余应力分析切削力模型

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医用可降解镁合金应用及表面改性研究进展

表面技术 2024年第7期53卷 15-30页

作者：王国庆李广芳刘宏芳华中科技大学化学与化工学院武汉430074 华中科技大学生物医用与防护材料湖北省工程研究中心武汉430074 华中科技大学能量转换与存储材料化学教育部重点实验室武汉430074 华中科技大学材料化学与服役失效湖北省重点实验室武汉430074

镁及其合金作为新一代生物医用可降解材料,具有良好的经济性、力学性能、生物相容性、可降解性能,在骨科、心血管科、消化科等领域具有广阔的应用前景。镁合金具有较高的化学活性,因此其降解速率较快,力学性能的维持受限,植入时可能发... 详细信息

镁及其合金作为新一代生物医用可降解材料,具有良好的经济性、力学性能、生物相容性、可降解性能,在骨科、心血管科、消化科等领域具有广阔的应用前景。镁合金具有较高的化学活性,因此其降解速率较快,力学性能的维持受限,植入时可能发生的细菌感染会引发炎症和腐蚀加速等问题,因此需要通过表面改性来制备多功能一体化的涂层。综述了医用可降解镁合金作为接骨板、螺钉、血管支架、胃肠吻合器、胆管支架等植入材料的应用现状及最新研究成果。讨论了医用可降解镁合金在植入生物体时面临的析氢、pH升高、腐蚀加速、力学性能衰减、稀土元素毒性及内膜增生等具体问题,在此基础上,考察了化学转化、等离子喷涂、微弧氧化、聚合物涂层等4种镁合金表面改性技术的最新研究动态。结合体内试验和体外试验,概述了表面改性对镁合金安全性、耐蚀性、抗菌性、生物相容性等方面的影响,并简要对比了几种表面改性技术的优缺点。最后展望了医用可降解镁合金表面改性技术的发展方向。

关键词：镁合金可降解植入材料表面改性耐蚀性

基于遗传算法的太赫兹多功能可重构狄拉克半金属编码超表面

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物理学报 2024年第14期73卷 107-120页

作者：栾迦淇张亚杰陈羽郜定山李培丽李嘉琦李佳琪南京邮电大学电子与光学工程学院南京210023 华中科技大学武汉光电国家研究中心武汉430074

多功能可重构超表面能够满足对器件小型化、集成化、适用于多场景应用的需求,是近几年的研究热点之一.本文采用狄拉克半金属作为可控材料,提出了一种太赫兹多功能可重构编码超表面.首先设计了一种顶部由狄拉克半金属材料构成的“回”字... 详细信息

多功能可重构超表面能够满足对器件小型化、集成化、适用于多场景应用的需求,是近几年的研究热点之一.本文采用狄拉克半金属作为可控材料,提出了一种太赫兹多功能可重构编码超表面.首先设计了一种顶部由狄拉克半金属材料构成的“回”字形结构的三层太赫兹编码超表面单元,利用外加偏置电压动态调节狄拉克半金属介电常数,使超表面单元在1.95 THz处实现2 bit编码.然后基于设计的编码超表面单元结构,利用遗传算法对编码超表面的阵列排布进行逆向设计,从而实现波束赋形、涡旋波束产生及雷达散射截面缩减等功能.研究结果表明,针对波束赋形,在1.95 THz处可以实现俯仰角在40°范围内、方位角在360°范围内任意角度的单波束与多波束反射,并且多波束中的各个波束的俯仰角和方位角都可以单独调控,提高了对太赫兹波束调控的灵活性;针对涡旋波束,可以产生拓扑电荷数为l=±1,l=±2的单涡旋波束,并且可以实现俯仰角在30°范围内、方位角在360°范围内任意角度的单涡旋波束与多涡旋波束调控;此外,在1.72—2.51 THz范围内可以实现大于10 dB的雷达散射截面缩减.因此,提出的狄拉克半金属编码超表面可以实现多种功能,且性能优良,在通信网络、天线和雷达系统等领域具有一定的应用前景.

关键词：狄拉克半金属遗传算法编码超表面多功能可重构

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高重复频率、高功率高次谐波极紫外光源进展及应用

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中国激光 2024年第7期51卷 3-21页

作者：魏子娟高熙泽孟翔宇李政言张庆斌兰鹏飞陆培祥华中科技大学光学与电子信息学院湖北武汉430074 华中科技大学物理学院湖北武汉430074 华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074 湖北光谷实验室湖北武汉430074

超短超强激光脉冲驱动的高次谐波是一种极紫外到软X射线波段的光源,具有指向性好、时空相干性高、亮度高等优点。高次谐波不但是在阿秒时间尺度上研究电子动力学的基础,而且其各类技术优点也使之成为一种有效的桌面型极紫外相干光源,在... 详细信息

超短超强激光脉冲驱动的高次谐波是一种极紫外到软X射线波段的光源,具有指向性好、时空相干性高、亮度高等优点。高次谐波不但是在阿秒时间尺度上研究电子动力学的基础,而且其各类技术优点也使之成为一种有效的桌面型极紫外相干光源,在集成电路制造在线检测、材料科学、生物医药等领域中具有广泛应用。然而,受限于传统钛蓝宝石固体飞秒激光的平均功率和高次谐波传播过程中的转换效率,目前高次谐波极紫外光源的平均功率亟待提高。介绍了高重复频率、高平均功率高次谐波极紫外光源的产生方式及其应用。首先介绍了光纤、固体、啁啾光学参量放大器等新型高重复频率、高平均功率飞秒激光驱动源在高次谐波产生方面的研究进展,之后讨论了激光高次谐波在弱电离气体介质中的宏观传播效应和相位匹配条件。在此基础上,介绍了高平均功率高次谐波极紫外光源在成像检测方面的应用。

关键词：非线性光学高次谐波极紫外光源飞秒激光器极紫外成像检测

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图计算体系结构和系统软件关键技术综述

计算机研究与发展 2024年第1期61卷 20-42页

作者：张宇姜新宇余辉赵进齐豪廖小飞金海王彪余婷大数据技术与系统国家地方联合工程研究中心(华中科技大学) 武汉430074 服务计算技术与系统教育部重点实验室(华中科技大学) 武汉430074 集群与网格计算湖北省重点实验室(华中科技大学) 武汉430074 华中科技大学计算机科学与技术学院武汉430074 之江实验室杭州311121

图计算作为分析事物之间关联关系的重要工具,近年来已成为各国政府及公司争夺的关键技术.学术界和工业界在图计算体系结构和系统软件关键技术方面取得了一定进展.然而,现实场景图计算大多具有动态变化、应用需求复杂多样等特征.这给图... 详细信息

图计算作为分析事物之间关联关系的重要工具,近年来已成为各国政府及公司争夺的关键技术.学术界和工业界在图计算体系结构和系统软件关键技术方面取得了一定进展.然而,现实场景图计算大多具有动态变化、应用需求复杂多样等特征.这给图计算在基础理论、体系架构和系统软件关键技术方面提出了新的需求,同时也带来了新的挑战.为应对这些挑战,科研人员提出了一系列图计算系统或图计算加速器,通过高性能计算、并行计算等技术来优化图计算过程.综述国内外图计算体系结构和系统软件关键技术的研究发展现状,对国内外研究的最新进展进行归纳、比较和分析,并结合国家发展战略和重大应用需求,选取与我国国计民生密切相关的领域,从典型应用分析总结图计算相关技术的行业进展.最后,就未来的技术挑战和研究方向进行展望.

关键词：图计算体系结构系统软件图遍历图挖掘图神经网络单机系统分布式系统加速器行业应用

面向散热性能的多孔结构多尺度等几何拓扑优化

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机械工程学报 2024年第1期60卷 54-64页

作者：黄明喆肖蜜刘喜亮沙伟周冕高亮华中科技大学国家智能设计与数控技术创新中心武汉430074 华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室武汉430074

多孔结构具有轻质、散热快等特点,在航空航天、信息电子等领域应用广泛,提出了一种面向散热性能的多孔结构多尺度等几何拓扑优化方法。在微观尺度,采用水平集函数描述三周期极小曲面点阵的几何构型,构建了Kriging元模型,预测点阵的宏观... 详细信息

多孔结构具有轻质、散热快等特点,在航空航天、信息电子等领域应用广泛,提出了一种面向散热性能的多孔结构多尺度等几何拓扑优化方法。在微观尺度,采用水平集函数描述三周期极小曲面点阵的几何构型,构建了Kriging元模型,预测点阵的宏观等效热学属性,从而降低计算成本;在宏观尺度,以最小散热柔度为目标,建立了多孔结构的多尺度拓扑优化模型,引入等几何分析提高了结构性能分析的计算精度,结合等几何映射技术开展了非规则几何结构的多尺度拓扑优化设计,避免了非规则设计域中点阵裁剪导致的几何特征缺损等问题;最后,通过数值算例验证了所提出方法的有效性。结果表明,提出方法可实现非规则几何结构的散热性能优化设计,优化得到的轻质梯度多孔结构具有较好的散热性能,在实际工程中具有广阔的应用前景。

关键词：等几何分析多尺度拓扑优化三周期极小曲面 Kriging元模型散热性能

分布式布里渊光纤传感系统中的数字信号处理技术研究进展

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光学学报 2024年第1期44卷 90-102页

作者：杨贵江钱宇昊周旖艺王亮唐明华中科技大学光学与电子信息学院下一代互联网接入系统国家工程研究中心湖北武汉430074

布里渊光纤传感系统由于其分布式监测的工作原理,会产生大量的数据。然而,相比于硬件技术的突破,海量数据处理技术的发展尤为不足。如何智能化、快速化、精确化处理海量数据从而更进一步提升系统性能、获取更为准确的传感信息是当今发... 详细信息

布里渊光纤传感系统由于其分布式监测的工作原理,会产生大量的数据。然而,相比于硬件技术的突破,海量数据处理技术的发展尤为不足。如何智能化、快速化、精确化处理海量数据从而更进一步提升系统性能、获取更为准确的传感信息是当今发展面临的最大难题。因此,研发先进的数字信号处理(DSP)技术用于处理海量数据刻不容缓。回顾近几年国内外用于传感系统数据处理的DSP技术,重点介绍图像视频降噪技术和机器学习信息提取识别技术在分布式光纤传感中的应用,进而为未来基于DSP技术的布里渊光纤传感研究提供参考。

关键词：光纤传感器布里渊散射数字信号处理图像处理机器学习

考虑局部过热约束的自支撑结构等几何拓扑优化

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机械工程学报 2024年第11期60卷 41-52页

作者：宗子凯肖蜜周冕沙伟高亮华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室武汉430074 华中科技大学国家智能设计与数控技术创新中心武汉430074

等几何拓扑优化方法实现结构几何、分析和优化模型的统一,在结构优化领域具有重要的应用潜力。拓扑优化设计的结构构型复杂,通常需要采用增材制造加工成型。为确保结构的可制造性,其必须满足特定的工艺条件,因此,在优化设计阶段考虑制... 详细信息

等几何拓扑优化方法实现结构几何、分析和优化模型的统一,在结构优化领域具有重要的应用潜力。拓扑优化设计的结构构型复杂,通常需要采用增材制造加工成型。为确保结构的可制造性,其必须满足特定的工艺条件,因此,在优化设计阶段考虑制造工艺约束显得尤为重要。针对金属增材制造中常见的局部过热现象和悬垂角要求,提出一种约束局部过热的自支撑结构等几何拓扑优化方法。采用基于等几何分析的变密度法,引入可打印密度的概念,将不满足打印要求的单元过滤,实现结构自支撑;采用稳态热过程模拟模型近似评估结构的局部过热程度,并将其引入等几何拓扑优化模型中加以约束。数值算例和仿真结果表明,相比于传统等几何拓扑优化方法和仅考虑自支撑特性的等几何拓扑优化方法,该方法设计的结构在满足自支撑特性的基础上,能有效缓解增材制造中结构的局部过热现象,从而减小结构的热变形,提高尺寸精度。

关键词：等几何拓扑优化悬垂角约束局部过热约束增材制造

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用于细胞活性研究的高重频脉冲磁场装置

电工技术学报 2024年第13期39卷 3907-3916页

作者：樊俊显张绍哲李可欣相文佩韩小涛华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心武汉430074 强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院) 武汉430074 华中科技大学同济医学院生殖健康研究所武汉430074

一定时间的脉冲磁场序列可刺激某些类型的细胞和组织产生有益的生物效应。由于磁体本质上是一个大感性负载,难以同时实现磁体电流的高di/dt和高精度调节。为此,该文提出一种两级联合调控拓扑,前级电路为同步降压电路,用于实现di/dt随磁... 详细信息

一定时间的脉冲磁场序列可刺激某些类型的细胞和组织产生有益的生物效应。由于磁体本质上是一个大感性负载,难以同时实现磁体电流的高di/dt和高精度调节。为此,该文提出一种两级联合调控拓扑,前级电路为同步降压电路,用于实现di/dt随磁场期望值同步调节,后级电路是桥式电路,用于实现脉冲磁场波形周期、振幅、稳定度、刺激间隔等参数的控制,为了实现电流从快速上升到稳定值的平滑过渡,引入一种由滞环控制器和PI控制器组成的混合型控制器。在此基础上,研制了频率范围为1 Hz~5 kHz、脉冲边沿小于50μs、可调精度为0.1 mT、峰值强度高达10 mT的便携式高频脉冲磁场发生装置样机,并应用于脉冲磁场对高龄小鼠的体外成熟卵母细胞受精和胚胎发育能力影响的研究。在脉冲磁场作用下囊胚形成率从15.15%提高至52.94%,表明脉冲磁场显著促进了高龄小鼠体外成熟卵母细胞的发育能力。

关键词：重频脉冲磁场细胞活性磁场发生装置混合型控制器

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