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铜微针阵列结构犁挤-切削加工及其成形机理

机械工程学报 2025年

作者：张保玉邓文君汤勇唐恒安徽大学电气工程与自动化学院合肥工业大学机电产品低碳循环利用技术与装备安徽省重点实验室华南理工大学机械与汽车工程学院深圳大学机电与控制工程学院

金属微针阵列是滴状冷凝强化表面的通用基底，在沙漠集水、海水淡化、高效换热等领域得到广泛应用。然而，微针针体的细长锥形结构和极小尺寸导致现有加工工艺无法实现微针阵列结构的高效制造。为此，基于塑性金属单元切屑成形原理，提... 详细信息

金属微针阵列是滴状冷凝强化表面的通用基底，在沙漠集水、海水淡化、高效换热等领域得到广泛应用。然而，微针针体的细长锥形结构和极小尺寸导致现有加工工艺无法实现微针阵列结构的高效制造。为此，基于塑性金属单元切屑成形原理，提出一种微针阵列犁挤-切削加工新方法，并对微针阵列的加工参数和成形机理进行分析。结果发现，微针阵列的成形能力与相对犁切深度tpd和刀具前角γc呈负相关性，与犁切深度tp呈正相关性。前置犁挤过程将切削层金属分为分离层和成形层，分离层用于产生微针阵列底部的连续带材，成形层通过金属大塑性“层积和挤裂”过程产生圆形截面的微针单元。犁挤-切削加工法通过调控工艺参数可制备挺拔、细长的针体结构，是一种简单、可行的微针阵列高效加工方法。

关键词：犁挤-切削加工微针阵列结构切屑成形高效制造表面结构

基于拓扑优化的变密度点阵结构体优化设计方法

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机械工程学报 2019年第8期55卷 65-72页

作者：廖中源王英俊王书亭华南理工大学机械与汽车工程学院聚合物新型成型装备国家工程研究中心广州510641 华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074

点阵材料是一种超轻高强的高性能多孔材料,目前主要以等密度构建点阵结构体。在实际情况下,点阵材料的各部分承受着不同的载荷,等密度点阵材料存在性能不能充分发挥的问题。针对上述问题,将拓扑优化引入点阵材料设计中,提出一种基于均... 详细信息

点阵材料是一种超轻高强的高性能多孔材料,目前主要以等密度构建点阵结构体。在实际情况下,点阵材料的各部分承受着不同的载荷,等密度点阵材料存在性能不能充分发挥的问题。针对上述问题,将拓扑优化引入点阵材料设计中,提出一种基于均匀化方法的多尺度拓扑优化方法,实现了变密度点阵结构体的优化设计,可根据实际载荷设计出最优的变密度点阵结构体,以达到最优性能。以汽车连杆为例,与现有商业软件HyperWorks采用的梁模型点阵优化方法进行对比验证。结果表明,所提出方法优化所得连杆的轻量化效果更好,应力分布更合理。该方法生成的变密度点阵结构有着更优异的性能,更适合变密度点阵结构体的优化设计。

关键词：点阵结构变密度拓扑优化有限元分析 3D打印

基于GPU加速的等几何拓扑优化高效多重网格求解方法

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中国机械工程 2024年第4期35卷 602-613页

作者：杨峰罗世杰杨江鸿王英俊华南理工大学机械与汽车工程学院聚合物新型成型装备国家工程研究中心广州510641 华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室武汉430074

针对大规模等几何拓扑优化(ITO)计算量巨大、传统求解方法效率低的问题,提出了一种基于样条h细化的高效多重网格方程求解方法。该方法利用h细化插值得到粗细网格之间的权重信息,然后构造多重网格方法的插值矩阵,获得更准确的粗细网格映... 详细信息

针对大规模等几何拓扑优化(ITO)计算量巨大、传统求解方法效率低的问题,提出了一种基于样条h细化的高效多重网格方程求解方法。该方法利用h细化插值得到粗细网格之间的权重信息,然后构造多重网格方法的插值矩阵,获得更准确的粗细网格映射信息,从而提高求解速度。此外,对多重网格求解过程进行分析,构建其高效GPU并行算法。数值算例表明,所提出的求解方法与线性插值的多重网格共轭梯度法、代数多重网格共轭梯度法和预处理共轭梯度法相比分别取得了最高1.47、11.12和17.02的加速比。GPU并行求解相对于CPU串行求解的加速比高达33.86,显著提高了大规模线性方程组的求解效率。

关键词：等几何拓扑优化方程组求解 h细化多重网格法 GPU并行计算

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拉伸流场诱导聚丙烯/聚乙烯结构性能演变

高分子材料科学与工程 2021年第1期37卷 8-15页

作者：黄照夏瞿金平聚合物新型成型国家工程研究中心聚合物成型加工工程教育部重点实验室广东省高分子先进制造技术及装备重点实验室华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510641

相容性是阻碍废旧塑料高质高值回收的主要问题。文中采用自行研制偏心转子挤出机所提供的拉伸流场,以常用的PP和PE为研究对象,研究拉伸流场作用下PP/PE不相容体系结构性能演变行为,着重考察偏心转子挤出机加工转速和PP/PE组分比的影响... 详细信息

相容性是阻碍废旧塑料高质高值回收的主要问题。文中采用自行研制偏心转子挤出机所提供的拉伸流场,以常用的PP和PE为研究对象,研究拉伸流场作用下PP/PE不相容体系结构性能演变行为,着重考察偏心转子挤出机加工转速和PP/PE组分比的影响。通过扫描电镜证明了拉伸流场可以诱导PP/PE不相容体系形成类蜂窝结构,并建立了结构演变规律。通过对制品力学性能的表征,证明了拉伸流场可以有效实现PP/PE的物理强制增容,并阐明了拉伸强度与拉伸流场强度和PP/PE组分比的关系。该文可以为聚合物不相容体系的物理强制增容提供理论和实验支撑,也可以为废旧塑料污染提供一条切实可行的高质、无污染、低成本回收路线。

关键词：拉伸流场聚丙烯聚乙烯不相容体系

甲基丙烯酸甲酯固相接枝蔗渣对聚乙烯醇/淀粉共混物结构与性能的影响

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高分子材料科学与工程 2016年第1期32卷 79-82,88页

作者：戈明亮郑罗云周向阳杜明艺贾志欣华南理工大学机械与汽车工程学院聚合物成型加工工程教育部重点实验室聚合物新型成型装备国家工程研究中心广东广州510640 仲恺农业工程学院化学化工学院广东广州510225 华南理工大学材料科学与工程学院广东广州510640

首次采用固相接枝法将甲基丙烯酸甲酯(MMA)接枝到碱处理后的甘蔗渣(SCB)表面,得到接枝改性蔗渣SCB-gMMA,通过红外光谱、核磁共振和扫描电镜表征了SCB-g-MMA的结构,表明MMA已经成功接枝到SCB上。将SCB-gMMA作为改性剂加入到聚乙烯醇(PVA)... 详细信息

首次采用固相接枝法将甲基丙烯酸甲酯(MMA)接枝到碱处理后的甘蔗渣(SCB)表面,得到接枝改性蔗渣SCB-gMMA,通过红外光谱、核磁共振和扫描电镜表征了SCB-g-MMA的结构,表明MMA已经成功接枝到SCB上。将SCB-gMMA作为改性剂加入到聚乙烯醇(PVA)/淀粉复合材料基体中,扫描电镜测试表明在SCB-g-MMA存在的情况下,复合材料的界面模糊,相容性较好。SCB-g-MMA的用量对其在PVA/淀粉基体中的分散产生了一定的影响,当用量为10phr时,SCB-g-MMA出现团聚现象。拉伸强度和断裂伸长率在SCB-g-MMA含量为7 phr时达到最大,相比于PVA/淀粉基体分别提升了153.1%和277.5%。

关键词：甘蔗渣固相接枝聚乙烯醇淀粉相容性

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二氧化硅增强增韧不饱和聚酯

华南理工大学学报（自然科学版） 2008年第7期36卷 106-110,116页

作者：徐喻琼游敏瞿金平郑小玲华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心广东广州510640 三峡大学机械与材料学院湖北宜昌443002

采用二氧化硅对不饱和聚酯树脂进行增强增韧，发现在所采取的试验条件下，SiO2的添加量对材料性能有显著影响，添加量为8％（质量分数）时拉伸断裂能达最大值，添加量为8％～12％时所得复合材料有较低的固化收缩率．用红外光谱法研究复... 详细信息

采用二氧化硅对不饱和聚酯树脂进行增强增韧，发现在所采取的试验条件下，SiO2的添加量对材料性能有显著影响，添加量为8％（质量分数）时拉伸断裂能达最大值，添加量为8％～12％时所得复合材料有较低的固化收缩率．用红外光谱法研究复合材料中分子特征基团的变化及氢键对材料性能的影响，发现在SiO2添加量低于10％时，随添加量增加，不饱和双键和羟基的吸收峰显著增强．

关键词：不饱和聚酯树脂二氧化硅复合材料拉伸性能

不确定离散线性系统的鲁棒单调反馈–前馈迭代学习控制

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控制理论与应用 2014年第4期31卷 485-492页

作者：李致富胡跃明郭琪伟马鸽华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640 华南理工大学精密电子制造装备教育部工程研究中心广东广州510640

针对一类不确定离散线性系统,提出一种沿迭代方向鲁棒单调收敛和沿时间方向有界输入有界输出(bouned-input bounded-output,BIBO)稳定的反馈–前馈迭代学习控制策略.首先,将不确定反馈–前馈迭代学习系统表示为不确定二维Roesser模型系... 详细信息

针对一类不确定离散线性系统,提出一种沿迭代方向鲁棒单调收敛和沿时间方向有界输入有界输出(bouned-input bounded-output,BIBO)稳定的反馈–前馈迭代学习控制策略.首先,将不确定反馈–前馈迭代学习系统表示为不确定二维Roesser模型系统;然后,把二维系统沿迭代方向的鲁棒单调收敛问题转化成一维系统的H∞干扰抑制控制问题,并给出系统的稳定性证明和用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)表示的沿迭代方向鲁棒单调收敛的充分条件,该LMI充分条件不仅可以用于确定反馈–前馈控制器的增益矩阵,而且还可以保证系统沿时间轴方向是BIBO稳定的;最后,仿真结果证明了该反馈–前馈迭代学习控制策略的有效性.

关键词：迭代学习控制不确定系统鲁棒单调收敛线性矩阵不等式

具有弹性扭转悬架的非公路车辆平顺性及侧倾稳定性分析

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振动与冲击 2019年第4期38卷 191-198,212页

作者：柴牧 Subhash Rakheja 上官文斌华南理工大学机械与汽车工程学院广州510641

建立了装备弹性扭转悬架的三维非公路车辆模型,研究了不同弹性扭转悬架布置方式下车辆的平顺性及侧倾稳定性。由后轴装备弹性扭转悬架的车辆试验验证了模型的准确性;通过对驾驶室座椅处的振动响应和车身侧倾角响应的分析可知,弹性扭转... 详细信息

建立了装备弹性扭转悬架的三维非公路车辆模型,研究了不同弹性扭转悬架布置方式下车辆的平顺性及侧倾稳定性。由后轴装备弹性扭转悬架的车辆试验验证了模型的准确性;通过对驾驶室座椅处的振动响应和车身侧倾角响应的分析可知,弹性扭转悬架不仅可提高车辆的平顺性,还能提高其侧倾稳定性;且具有前后弹性扭转悬架的车辆对座椅处各方向的振动抑制效果最好,而仅前轴装有弹性扭转悬架比仅后轴有弹性扭转悬架车辆具有更好的乘坐舒适性;最后对比了载荷变化对不同悬架布置方式下车辆振动响应的影响。结果表明,载荷变化对装备弹性扭转悬架的车辆影响较小。

关键词：非公路车辆弹性扭转悬架平顺性侧倾稳定性

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不同重力环境下间隙铰链关节磨损分析

宇航学报 2018年第4期29卷 442-449页

作者：屈盛官段勇赖福强杨超李小强华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640

为研究不同重力环境对空间机构间隙铰链关节磨损的影响,将机械系统摩擦学行为和动力学行为相耦合,建立了磨损与动力学耦合分析模型和数值计算框架。首先采用非线性弹簧阻尼模型作为间隙处接触碰撞力的计算模型,同时采用Coulomb法来计算... 详细信息

为研究不同重力环境对空间机构间隙铰链关节磨损的影响,将机械系统摩擦学行为和动力学行为相耦合,建立了磨损与动力学耦合分析模型和数值计算框架。首先采用非线性弹簧阻尼模型作为间隙处接触碰撞力的计算模型,同时采用Coulomb法来计算运动副间隙处的摩擦力,进而建立了含间隙的机构动力学模型;然后通过基于Archard磨损模型二次开发的ANSYS程序来计算磨损,其中运用节点位移的方法来描述磨损过程。结果表明:当间隙关节转速较低时,重力对于关节轴承的磨损分布和磨损程度的影响很大,轴承出现集中磨损现象,磨损间隙急剧增加,严重影响机构的性能和精度;随着关节转速升高,重力对间隙关节磨损的影响逐渐减弱,轴承的磨损分布、磨损程度和关节最大磨损间隙的增长率将逐渐与微重力环境下趋同。

关键词：不同重力环境磨损间隙关节耦合