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改进的坐标残差网络应用于17-4PH材料蚀后剩余寿命预测研究

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西安交通大学学报 2025年第1期59卷 206-214页

作者：邸娟王程波贺磊牛亚龙彭超义王建锋太原科技大学车辆与交通工程学院太原030024 株洲时代新材料科技股份有限公司湖南株洲412007 湖南大学材料科学与工程学院长沙410082 同济大学工程结构性能演化与控制教育部重点实验室上海200092

为解决材料汽蚀损伤后剩余使用寿命预测困难的科学问题,提出了一种融合卷积神经网络技术的寿命预测方法,具体采用残差网络(ResNet)模型,并嵌入坐标注意力机制(CA),通过对模型进行卷积、通道数及下采样方式的优化,构建改进的坐标残差网络... 详细信息

为解决材料汽蚀损伤后剩余使用寿命预测困难的科学问题,提出了一种融合卷积神经网络技术的寿命预测方法,具体采用残差网络(ResNet)模型,并嵌入坐标注意力机制(CA),通过对模型进行卷积、通道数及下采样方式的优化,构建改进的坐标残差网络(CA-ResNet)模型,以实现对17-4PH材料汽蚀损伤后剩余使用寿命的精确预测。基于超声波汽蚀试验得到的汽蚀特性曲线,通过逻辑回归(Logistic)方程对汽蚀阶段进行定量划分,并定义寿命系数ζ,同时借助超景深显微镜获取材料损伤后不同时刻的显微图像数据库,并与寿命系数ζ相对应。研究结果表明,改进的CA-ResNet网络模型在CIFAR10公开数据集上验证准确率可达92.2%,在收集的17-4PH材料的汽蚀损伤数据集上的验证准确率可达93.2%,相比ResNet18网络模型,准确率分别提高了1.5%和3.5%。通过学习率、批处理量等超参数优化后,该模型在汽蚀损伤数据集上准确率可达95.0%。采用端到端的数据驱动思想,可实现从汽蚀损伤形貌到汽蚀寿命的精确预测。

关键词：残差网络坐标注意力机制汽蚀寿命预测

基于第一性原理和热力学计算的TiAl-Nb金属间化合物稳定性和相关系研究

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原子与分子物理学报 2025年第5期42卷 151-162页

作者：汪文洋徐勇田彬甘信柱王志刚梁永锋林均品山东建筑大学材料科学与工程学院济南250101 北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083

采用基于广义梯度近似密度泛函理论的第一性原理计算和相图计算方法,研究了TiAl-Nb合金中γ、α_(2)、O_(2)和ωo相的热力学和力学性质以及相转变关系.研究表明,第一性原理计算得到的化合物相的参数是准确的,且分析结果与相图计算结果... 详细信息

采用基于广义梯度近似密度泛函理论的第一性原理计算和相图计算方法,研究了TiAl-Nb合金中γ、α_(2)、O_(2)和ωo相的热力学和力学性质以及相转变关系.研究表明,第一性原理计算得到的化合物相的参数是准确的,且分析结果与相图计算结果相一致.四个化合物相都是能够稳定存在的相.通过热力学和力学性质的分析,发现α_(2)相更容易转变为O_(2)相,并且在一定条件下可以通过相变反应生成ωo相.而γ相更容易转变为ωo相,但无法生成O_(2)相.

关键词： TiAl合金第一性原理相图声子谱及态密度热力学性质

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梯度人工骨修复支架调控骨骼系统组织的修复与再生

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中国组织工程研究 2025年第4期29卷 846-855页

作者：张煜徐睿安方蕾历龙飞刘姝妍丁凌雪王悦熹郭子琰田丰薛佳佳有机无机复合材料国家重点实验室生物医用材料北京实验室先进弹性体材料研究中心材料科学与工程学院北京化工大学北京市100029

背景:梯度人工骨修复支架模拟了骨骼系统中的独特特征,在骨骼系统再生中具有巨大的应用潜力。目的:综述梯度人工骨修复支架在骨骼系统组织工程中的最新研究进展,并阐述了其优势与制造策略。方法:由第一作者检索Web of Science和PubMed... 详细信息

背景:梯度人工骨修复支架模拟了骨骼系统中的独特特征,在骨骼系统再生中具有巨大的应用潜力。目的:综述梯度人工骨修复支架在骨骼系统组织工程中的最新研究进展,并阐述了其优势与制造策略。方法:由第一作者检索Web of Science和PubMed数据库2000-2023年发表的文献,英文检索词为“gradient,bone regeneration,scaffold”,最终筛选后对76篇文献进行分析总结。结果与结论:①作为骨骼系统组织高效、高质量修复的重要手段,梯度人工骨修复支架目前针对骨组织、骨-软骨、肌腱-骨组织的天然梯度特征进行了仿生设计,这些支架能够一定程度地从结构、成分上模拟原生组织的细胞外基质,从而促进细胞黏附、迁移、增殖和分化,促进受损组织向原生状态再生恢复。②先进制造技术为梯度人工骨修复支架制备提供了更多可能;目前已经开发了通过空间差异化纤维排布和生物活性物质加载构建的梯度电纺纤维支架;分层叠加、分级孔隙率与生物3D打印技术制造的梯度3D打印支架;原位分层注射、简单逐层叠加、冷冻干燥法制造的梯度水凝胶支架;另外还包括其他方式或多方法联用的支架;这些支架在体外实验中展示了良好的生物相容性,在小型动物实验中能够加速组织再生并且观察到组织学结构明显改善。③目前开发的梯度人工骨修复支架仍需进一步优化,提高在梯度尺度上的匹配性,进一步明确材料与组织相互作用,避免降解产物导致的副反应等问题,未来需要结合相关学科优势与临床需求进一步优化。

关键词：梯度支架骨骼系统先进制造组织再生应用策略骨组织修复静电纺丝水凝胶 3D打印

后续热处理对激光3D打印GH4099合金微观组织和高温力学性能的影响

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金属学报 2025年第1期 165-176页

作者：赵亚楠郭乾应刘晨曦马宗青刘永长天津大学材料科学与工程学院

激光粉末床熔融（LPBF） 3D打印技术具有跨维度多尺度成形的技术特点，同时表现出非平衡快速凝固的冶金特征，与传统制造工艺形成的微观组织存在明显差异。基于传统制造工艺发展而来的热处理工艺难以适用于LPBF制备的样品，因此，研究L... 详细信息

激光粉末床熔融（LPBF） 3D打印技术具有跨维度多尺度成形的技术特点，同时表现出非平衡快速凝固的冶金特征，与传统制造工艺形成的微观组织存在明显差异。基于传统制造工艺发展而来的热处理工艺难以适用于LPBF制备的样品，因此，研究LPBF打印件专用的后续热处理制度对于其组织和性能调控具有重要的意义。本工作以LPBF制备的GH4099合金为研究对象，研究了后续热处理对3D打印高温合金非平衡微观组织和高温力学性能的影响。结果表明，固溶处理不仅影响打印组织的再结晶行为，而且也与碳化物和γ'相的析出行为密切相关，因而对GH4099合金的高温延伸率影响较大。LPBF制备GH4099合金中的多尺度异质结构使其组织热稳定性明显高于传统铸锻件，因此需要更高的固溶热处理温度以促进其完全再结晶。经1150℃固溶处理1.5 h后，GH4099打印件中柱状晶转变为等轴晶并形成大尺寸孪晶，同时晶界处M23C6碳化物的析出也受到抑制。在随后的时效热处理过程中，由于再结晶释放了3D打印晶粒内部储存的畸变能，使得基体中γ'相的析出受到了明显抑制。基于上述结果，通过优化热处理制度，GH4099合金打印件实现了高温强度和塑性的良好匹配。

关键词：激光粉末床熔融非平衡组织热处理 γ'相高温力学性能

Allvac 718Plus高温合金第二相演变与性能研究进展

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金属学报 2025年第1期 43-58页

作者：唐丽婷郭倩颖李冲丁然刘永长天津大学材料科学与工程学院

Allvac 718Plus合金是在Inconel 718合金的基础上通过成分优化研制出的一种新型镍基高温合金，最高服役温度较Inconel 718合金提高约55℃，因其具有优异的抗蠕变、抗疲劳性能以及锻造、焊接等加工性能，在制造700℃服役部件上具有巨大... 详细信息

Allvac 718Plus合金是在Inconel 718合金的基础上通过成分优化研制出的一种新型镍基高温合金，最高服役温度较Inconel 718合金提高约55℃，因其具有优异的抗蠕变、抗疲劳性能以及锻造、焊接等加工性能，在制造700℃服役部件上具有巨大潜力。作为一种应用时间较短的沉淀强化型高温合金，阐明其热处理过程中的第二相演变规律对于通过热处理调控组织从而优化合金性能具有重要意义。本文主要介绍了合金中的第二相，包括强化相γ′相、晶界相η相，以及在特定条件下析出的γ″相、δ相、σ相和C14 Laves相；分析了Allvac718Plus合金标准热处理过程中γ′相和η相的析出行为，预固溶处理和直接时效处理的应用，以及长期时效过程中的第二相演变规律，提出复合γ″-γ′结构是实现合金长时服役的策略；结合高温服役过程中第二相的组织演变，分析了2种主要第二相对抗疲劳性能和抗蠕变性能的影响；确定了合金中缓慢的γ′相析出动力学与合金可焊性的匹配性，总结了Laves相和η相对焊接过程中的开裂及应变时效开裂的影响。

关键词： Allvac 718Plus合金第二相热处理高温性能焊接性能

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土壤微塑料的来源、检测方法及赋存特征

有色金属（冶炼部分） 2025年第1期 126-140页

作者：代祎炜刘欣颖王雲凤金智扬蔡家辉李梦曦彭楚南开大学环境科学与工程学院环境污染过程与基准教育部重点实验室天津300350

微塑料是粒径小、来源广、比表面积大、化学性质稳定的新污染物。它们可通过各种方式进入土壤环境中,破坏土壤结构,并对植物、微生物等土壤生态系统造成影响。因此,有必要分析土壤微塑料的来源,检测其种类与丰度,评估土壤微塑料污染程度... 详细信息

微塑料是粒径小、来源广、比表面积大、化学性质稳定的新污染物。它们可通过各种方式进入土壤环境中,破坏土壤结构,并对植物、微生物等土壤生态系统造成影响。因此,有必要分析土壤微塑料的来源,检测其种类与丰度,评估土壤微塑料污染程度,以保障土壤环境安全。在介绍土壤微塑料主要来源的基础上,综述了目前常用的土壤微塑料的分离、除杂方法和检测技术,并从检测精度、所需时间以及处理技术复杂程度等方面对它们进行比较。同时,对土壤微塑料的赋存特征进行归纳与分析,并展望了未来研究方向。

关键词：土壤微塑料分离检测赋存特征

非对称型假体设计及全膝关节置换后的力学分析

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中国组织工程研究 2025年第3期29卷 510-516页

作者：苏德君董万鹏董跃福张吉超张震上海工程技术大学材料科学与工程学院上海市201620 徐州医科大学附属连云港医院江苏省连云港市222061

背景:全膝关节置换是治疗膝关节晚期病症的有效手段,但假体衬垫容易因内部应力变化而产生磨损失效,寿命有限且术后患者的活动能力降低。如何对假体进行改进设计来满足患者更多的需求是假体研究的重要方向。目的:基于半月板的形态设计一... 详细信息

背景:全膝关节置换是治疗膝关节晚期病症的有效手段,但假体衬垫容易因内部应力变化而产生磨损失效,寿命有限且术后患者的活动能力降低。如何对假体进行改进设计来满足患者更多的需求是假体研究的重要方向。目的:基于半月板的形态设计一种非对称型假体,并与对称设计的后稳定型假体进行比较,分析2种假体的应力分布情况和衬垫的接触面积变化,以探究非对称型假体设计是否存在优势。方法:通过有限元方法对1例膝骨关节炎患者进行模拟截骨和假体装配,建立基于非对称型假体及对称设计的后稳定型假体的全膝关节置换术后膝关节模型。在0°,10°,20°,30°的屈膝条件下,探究股骨假体、胫骨假体以及衬垫上的Mises应力,并通过对比衬垫内外侧的接触面积,分析全膝关节置换后膝关节生物力学变化和运动行为的改变。结果与结论:(1)在0°-30°的屈膝过程中,2种假体衬垫上的Mises应力峰值均表现出先减小后增大的趋势,且内侧始终大于外侧。(2)非对称型设计的假体与后稳定型假体相比,应力峰值更低;在屈膝30°时,非对称型假体衬垫内外侧的Mises应力峰值分别为15.81 MPa和11.95 MPa,后稳定型衬垫为16.70 MPa和13.76 MPa,两者内侧差值约为5.33%,而外侧则相差13.15%;对比股骨假体和胫骨假体上的Mises应力峰值,非对称型假体在屈膝过程中始终低于后稳定型假体。(3)在0°站立位时,后稳定型假体衬垫的内侧接触面积为17.96 mm^(2)、外侧为34.10 mm^(2);而非对称型假体衬垫的内外侧接触面积分别为105.47 mm^(2)和107.80 mm^(2),具有更大的接触面积且两侧差距更小。(4)结果表明,非对称型假体的生物力学表现更好,且能够对维持膝关节稳定性、提升关节活动度有所帮助。这种设计能够在一定程度上还原膝关节以内侧髁为轴进行外旋的运动机制,是一种更为有效的膝关节假体选择方案。

关键词：膝关节全膝关节置换非对称型假体设计生物力学有限元分析

微孔/微介孔H-ZSM-5分子筛上甲苯甲醇的烷基化性能

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高等学校化学学报 2017年第10期38卷 1834-1840页

作者：赵丽于东霓戴卫理武光军李兰冬关乃佳南开大学材料科学与工程学院国家新材料研究院天津300350

以不同硅铝比的H-ZSM-5分子筛为研究对象,考察了Na OH碱处理、酒石酸处理及Na OH碱处理-酒石酸处理相结合的方法对其物化性能和催化性能的影响.处理前后分子筛的表征结果表明,酸处理和碱处理可通过调变催化剂的酸性和孔道结构影响其催... 详细信息

以不同硅铝比的H-ZSM-5分子筛为研究对象,考察了Na OH碱处理、酒石酸处理及Na OH碱处理-酒石酸处理相结合的方法对其物化性能和催化性能的影响.处理前后分子筛的表征结果表明,酸处理和碱处理可通过调变催化剂的酸性和孔道结构影响其催化性能.酸处理对低硅铝比H-ZSM-5的酸性和催化性能影响较大,而碱处理则主要影响高硅铝比分子筛的酸性和催化性能.酸处理和碱处理相结合则能同时调变分子筛的酸性和孔道结构,进而提高其在甲苯甲醇制二甲苯反应中的催化活性.其中,碱处理的高硅铝比H-ZSM-5分子筛表现出最优异的催化活性.

关键词：酸处理碱处理脱硅介孔甲苯甲醇烷基化

基于变密度法的SLM增材制造无人机承载接头结构拓扑优化设计

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工程科学学报 2025年第1期47卷 56-65页

作者：原帅超王建峰段宇航郝璐静占小红南京航空航天大学材料科学与技术学院南京211106

针对某大型无人机机身轻量化需求,以选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)制造的承载接头结构为研究对象建立有限元模型,基于ANSYS Workbench计算接头结构在不同极限工况下的强度、刚度性能,并根据材料最大许用应力准则进行校核... 详细信息

针对某大型无人机机身轻量化需求,以选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)制造的承载接头结构为研究对象建立有限元模型,基于ANSYS Workbench计算接头结构在不同极限工况下的强度、刚度性能,并根据材料最大许用应力准则进行校核.采用拓扑优化变密度法,以应力最小化为目标、保留质量40%为响应约束,对接头结构进行拓扑优化,根据优化结果设计两种重构方案并进行静力学验证.结果表明,两种模型重构方案分别减重了13.8%和13.3%,在轻量化程度相近的情况下,方案Ⅱ明显具有更小的应力分布以及变形程度,即最优重构方案成功实现轻量化设计,与原结构件相比质量减轻13.3%,且相较于其他方案承载能力最强,满足静态结构设计要求.为大型无人机承载接头结构实现低成本、轻量化的结构设计探索了新的途径.

关键词：拓扑优化静力学分析增材制造轻量化设计结构设计