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热-结构耦合作用下压电式力传感器热应力分析

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西安交通大学学报 2025年第1期59卷 194-205页

作者：周远琴李映君李宏宇王桂从济南大学机械工程学院济南250022

针对极端环境下高温传感器的可靠性受限于热应力,导致传感器零漂和温漂甚至失效的问题,提出了一种基于热-结构耦合的高温压电式力传感器热应力计算方法及其有限元模型。基于平衡方程和热-弹性理论,建立了传感器热弹性力学物理方程,分析... 详细信息

针对极端环境下高温传感器的可靠性受限于热应力,导致传感器零漂和温漂甚至失效的问题,提出了一种基于热-结构耦合的高温压电式力传感器热应力计算方法及其有限元模型。基于平衡方程和热-弹性理论,建立了传感器热弹性力学物理方程,分析了封装材料和温度对压电式力传感器热应力的影响规律。通过分析高温环境下压电式力传感器的热应力分布,确定传感器应力集中位置。对传感器热应力进行溯源,得到封装材料和晶组材料的热膨胀系数不一致导致热失配应力产生。将随机振动功率谱密度转换为加速度时域信号,利用多物理场耦合方法,分析得到传感器的最大热应力为134.61 MPa,小于材料的屈服强度300 MPa,验证了传感器在高温、高压和随机振动综合环境下具有良好的可靠性。通过研究氧化铝和氧化锆绝缘层对传感器最大热应力的影响,研究结果表明,温度为420℃时氧化铝绝缘层传感器的最大热应力比无绝缘层传感器的最大热应力小9.18 MPa,比氧化锆绝缘层传感器最大热应力小79.31 MPa,该工作可为高温环境下减小传感器热应力措施提供一定的参考。

关键词：高温传感器热应力多物理场压电

7050铝合金阳极氧化后表面激光清洗参数优化

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表面技术 2025年第1期54卷 191-204页

作者：姜远茂王守仁王高琦肖振李沛凝张路雨济南大学机械工程学院济南250022

目的明确激光清洗7050铝合金阳极氧化膜的工艺参数。方法采用高斯脉冲光纤激光器对7050铝合金阳极氧化后表面进行激光清洗,通过改变激光功率以及扫描次数来探究去除阳极氧化膜的最佳参数,并对不同参数激光清洗后表面的各项性能进行研究... 详细信息

目的明确激光清洗7050铝合金阳极氧化膜的工艺参数。方法采用高斯脉冲光纤激光器对7050铝合金阳极氧化后表面进行激光清洗,通过改变激光功率以及扫描次数来探究去除阳极氧化膜的最佳参数,并对不同参数激光清洗后表面的各项性能进行研究,同时分析激光清洗铝合金阳极氧化膜的清洗阈值以及机理。结果经过合理激光参数清洗的样品,表面氧化膜被完全去除,对基体没有明显损伤。单次扫描最佳与2次扫描最佳的样品的显微硬度分别提升到182.86HV、187.36HV,相对于基体分别提升了7.9%、10.6%。单次扫描最佳与2次扫描最佳样品的自腐蚀电流密度量级相对于基体均从10^(–4)减小到10^(–5),两者差值仅有10^(–6)。单次扫描最佳与两次扫描最佳样品的磨痕深度相对于基体分别减少6.3、6.8μm,摩擦因数均小于0.3。激光清洗前后试样的磨损机制均是磨粒磨损、黏着磨损以及氧化磨损相互结合的混合磨损,区别可能在于三者所占比重以及发生的时间和位置不同。结论激光清洗7050铝合金阳极氧化膜的清洗阈值在150~180 W,最佳参数是170 W扫描2次。在合适的激光清洗参数下,材料的各项性能优于基体。高斯脉冲激光清洗7050铝合金阳极氧化膜的机理是以振动为主,烧蚀为辅。

关键词：激光清洗铝合金阳极氧化膜工艺参数优化性能研究机理分析

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港口重载AGV转向稳定性容错控制策略

计算机集成制造系统 2025年第1期31卷 47-55页

作者：刘璇刘玉卿王子航张明路张建华河北工业大学机械工程学院天津300401 北京科技大学机械工程学院北京100083

针对四轮独立驱动与转向(4WID-4WIS)型港口重载自动导引车(AGV)常见的驱动电机失效情况,提出了三层控制结构的容错控制策略来进行转向稳定性容错控制。上层控制模块设计为模型预测控制器(MPC)与PI车速跟随控制器,实现港口AGV的路径跟踪... 详细信息

针对四轮独立驱动与转向(4WID-4WIS)型港口重载自动导引车(AGV)常见的驱动电机失效情况,提出了三层控制结构的容错控制策略来进行转向稳定性容错控制。上层控制模块设计为模型预测控制器(MPC)与PI车速跟随控制器,实现港口AGV的路径跟踪;中层控制模块设计为横摆角速度、质心侧偏角RBF神经网络鲁棒滑模控制器,用来计算出最佳附加横摆力矩;下层控制模块设计为失效分配策略,对力矩进行重新分配。最后,搭建了CarMaker测试平台,通过实验验证了容错控制策略的有效性与优越性。

关键词：港口重载AGV 模型预测控制器 PI车速跟随控制器 RBF神经网络滑模控制失效分配

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直接反射在线可视铁谱暗场显微成像特性分析

西安交通大学学报 2025年第2期59卷 189-200页

作者：李博袁勋尹智吴伟邵军马富银西安石油大学机械工程学院西安710065 西安交通大学机械工程学院西安710049

为评估直接反射在线可视铁谱(OLVF)暗场显微成像特性,提出了一种磨粒暗场显微成像模型。基于朗伯余弦和光后向散射理论建立了直接反射OLVF显微成像系统的反射光辐照度叠加模型,以实现磨粒暗场显微成像质量的定量评价;仿真计算互补金属... 详细信息

为评估直接反射在线可视铁谱(OLVF)暗场显微成像特性,提出了一种磨粒暗场显微成像模型。基于朗伯余弦和光后向散射理论建立了直接反射OLVF显微成像系统的反射光辐照度叠加模型,以实现磨粒暗场显微成像质量的定量评价;仿真计算互补金属氧化物半导体(CMOS)像面的反差透视比,分析了光学倍率、油液衰减系数和后向散射角变化对磨粒暗场显微成像清晰度的影响规律,确定了磨粒暗场显微成像的最优光学倍率为2.2和油液衰减系数大于2.0;明确CMOS像面的反差透视比在0.210~0.846范围内变化,直接反射OLVF可通过暗场显微成像获得较高清晰度的磨粒图像,其磨粒探测精度约为10μm。磨粒图像采集实验测试结果表明:直接反射OLVF暗场显微成像不仅能够从油液衰减系数大于2.28的原油、柴油机油中可靠捕获磨粒视觉信息,而且可从油液衰减系数小于2.0的液压油、齿轮油中获取磨粒谱片图像,解决了不同油液中金属磨粒探测问题,为在线监测采油装备磨损提供了可能性。

关键词：直接反射在线可视铁谱暗场显微成像反差透视比原油磨粒

TC4表面镍基涂层的微观组织及高温抗变形性能

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华南理工大学学报(自然科学版) 2025年第1期53卷 108-117页

作者：付宇明李长城闫茂荣郑立娟燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004

为研究TC4表面激光熔覆涂层的耐高温抗变形性能,采用激光熔覆技术,以GH4169镍基高温合金粉末为基粉,HfC、ZrC、TaC、NbC过渡族碳化物为增强相,在TC4基材上制备不同比例的镍基金属-多元陶瓷复合涂层,通过组织表征和性能测试系统研究了不... 详细信息

为研究TC4表面激光熔覆涂层的耐高温抗变形性能,采用激光熔覆技术,以GH4169镍基高温合金粉末为基粉,HfC、ZrC、TaC、NbC过渡族碳化物为增强相,在TC4基材上制备不同比例的镍基金属-多元陶瓷复合涂层,通过组织表征和性能测试系统研究了不同多元陶瓷粉末含量涂层的微观组织、涂层硬度和高温抗变形能力。研究结果表明:碳化物陶瓷增强相的添加使涂层微观组织细化,硬度得到提升,当陶瓷增强相添加量为15%时涂层硬度最高,是基材的2.54倍;随温度升高,纯镍基熔覆涂层内部枝晶组织发生了溶解和分离,并逐渐等轴化;添加15%陶瓷粉末的镍基熔覆涂层中出现了枝晶破碎情况,熔覆层中弥散分布的陶瓷增强相发生了聚集长大现象;在3种高温压缩试验温度(700、800、900℃)下,试件的最大等效应力和最大等效应变均出现在基材内部,相比于TC4试件,激光熔覆试件在涂层结合区产生应力突变,涂层的抗变形能力有所增强。

关键词： TC4钛合金激光熔覆微观组织显微硬度高温压缩

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数字孪生驱动的风力发电机远程监控系统研究

太阳能学报 2025年第1期46卷 78-87页

作者：包胜辉孙文磊刘涵江伦王炳楷王一新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830017

针对目前风力发电机监控系统可视化程度低、数据无法进行远程实时传输等问题;提出一种数字孪生驱动的风力发电机远程监控系统框架,从6个模块进行研究。通过利用实体建模、模型轻量化、行为规则模型和动态模型构建、远程实时数据传输、Un... 详细信息

针对目前风力发电机监控系统可视化程度低、数据无法进行远程实时传输等问题;提出一种数字孪生驱动的风力发电机远程监控系统框架,从6个模块进行研究。通过利用实体建模、模型轻量化、行为规则模型和动态模型构建、远程实时数据传输、Unity3D引擎可视化等技术,开发数字孪生驱动的风力发电机远程监控系统。最后,通过实验验证系统的可行性和有效性,实现了实时动态状态监测、故障报警、人机交互的风力发电机的远程智能化监控。

关键词：风力发电机监控可视化数字孪生孪生模型状态监测

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舰船设备关键零件的冲击损伤累积及寿命预测方法

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振动与冲击 2025年第3期44卷 163-170页

作者：陈卓闫明金映丽沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870

针对舰船设备在海战时遭受敌方武器及自身火炮后坐力冲击造成的损伤累积问题,提出了隶属函数和Miner损伤累积理论相结合的冲击疲劳寿命预测方法。从外界冲击中提取冲击幅值和均值,根据GM(1,1)模型预测冲击幅值的参数,并利用BP(back prop... 详细信息

针对舰船设备在海战时遭受敌方武器及自身火炮后坐力冲击造成的损伤累积问题,提出了隶属函数和Miner损伤累积理论相结合的冲击疲劳寿命预测方法。从外界冲击中提取冲击幅值和均值,根据GM(1,1)模型预测冲击幅值的参数,并利用BP(back propagation)神经网络修正残差提高预测精度。利用疲劳模数与寿命的联系提出一种新的应力-寿命模型,并基于多项式变异理论确定模型中的参数。将舰船设备上的关键零件6061铝合金轴作为试验对象,并结合几种隶属函数预测试件的冲击疲劳寿命。结果表明:采用Γ分布隶属函数求得的冲击疲劳寿命预测值与试验值相比误差最小,且当Γ分布中的k值一定时,参数a_(1)的变化在初始阶段对预测值基本不产生影响,只有当a_(1)逐渐接近S_(0)时才会有微小的影响。说明提出的疲劳寿命预测方法是可靠的,为舰船设备关键零件的冲击损伤累积研究及寿命预测提供理论参考和数据基础。

关键词：灰色估计多项式变异冲击损伤累积隶属函数寿命预测

界面调控水下气泡捕获—输运—收集的研究和应用现状

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清华大学学报(自然科学版) 2025年第2期65卷 249-268页

作者：高翔李昊洋张福建宋云云张忠强丁建宁江苏大学机械工程学院扬州大学机械工程学院

水下甲烷及其他燃料气体的捕获、输运与收集在当前全球环境与能源危机中扮演着至关重要的角色。甲烷作为温室气体，使气候变暖的能力是二氧化碳的25倍，因此水下甲烷的泄露不仅加剧全球变暖，对地球健康构成严重威胁，也阻碍了中国“双... 详细信息

水下甲烷及其他燃料气体的捕获、输运与收集在当前全球环境与能源危机中扮演着至关重要的角色。甲烷作为温室气体，使气候变暖的能力是二氧化碳的25倍，因此水下甲烷的泄露不仅加剧全球变暖，对地球健康构成严重威胁，也阻碍了中国“双碳”目标的实现。水下燃料气体资源在近海区域广泛分布，通过有效的界面调控技术手段捕获、输运并收集水下甲烷气泡，既能缓解温室效应，助力气候改善，又能开发新型能源供给方案，为全球能源危机的解决提供新思路。该文分析了捕获、输运与收集气泡过程中存在的问题，从气泡捕获的基本原理与方法、气泡的输运方式、气泡一体化收集方法、气膜稳定性及流固界面减阻等方面进行了综述，总结了捕获、输运与收集气泡过程中存在的挑战，并给出合理建议。未来的技术突破将集中在设备小型化、集成化和智能化方面，可借助微流控技术、智能界面控制系统和新材料，实现更加高效的气泡捕获—输运—收集一体化操作。

关键词：界面调控气泡输运气泡收集气泡减阻

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基于人工势场法的复杂环境下多无人车避障与编队控制

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工程科学学报 2025年第2期47卷 364-373页

作者：梅艺林崔立堃胡雪岩胡广琦王浩陕西理工大学机械工程学院汉中723001

针对动态、密集障碍物等复杂环境下多车避障与编队控制存在的容易与障碍物碰撞、编队不稳定等问题,提出一种基于势场法的多车避障与编队控制方法.修改引力势场函数使引力大小在距离较大或较小时收敛于某一值,解决前期引力过大引起的无... 详细信息

针对动态、密集障碍物等复杂环境下多车避障与编队控制存在的容易与障碍物碰撞、编队不稳定等问题,提出一种基于势场法的多车避障与编队控制方法.修改引力势场函数使引力大小在距离较大或较小时收敛于某一值,解决前期引力过大引起的无人车与障碍物碰撞以及目标点不可达问题;采用更平滑的斥力计算公式对斥力势场函数进行优化,解决无人车距离障碍物过近时斥力过大引起的无人车在障碍物附近徘徊的问题;定义编队稳定力使编队前进过程中保持稳定队形的同时解决传统人工势场法存在的局部极小值问题;引入动态障碍物速度斥力势场与障碍物数量稀疏区域引力势场使编队在复杂环境下具有更高的避障与路径规划成功率.通过仿真实验与传统人工势场法以及改进后的算法进行对比,实验结果表明:本文方法在复杂环境下能够维持编队稳定性,具有较高的抗干扰能力;相较于传统算法与文献算法在动态障碍物环境下避障成功率分别提高了35%与10%,在密集动态障碍物环境下分别提高了55%与10%;能够在密集动态障碍物环境下躲避障碍物规划出合理的路径.

关键词：人工势场编队控制避障动态障碍物密集障碍物