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预退火温度对半固态铜合金坯料组织演变和力学性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第2期53卷 457-464页

作者：孙震崔鋆昕张雄超周瑀杭陈昊肖寒昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093

将铸态CuSn10P1铜合金先预退火处理,随后采用冷轧等温处理应变诱导熔化激活法(CRITSIMA)制备成半固态坯料。采用金相显微镜、配置能谱仪的扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子探针和布氏硬度计,研究预退火温度对半固态铜合金坯料的组织... 详细信息

将铸态CuSn10P1铜合金先预退火处理,随后采用冷轧等温处理应变诱导熔化激活法(CRITSIMA)制备成半固态坯料。采用金相显微镜、配置能谱仪的扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子探针和布氏硬度计,研究预退火温度对半固态铜合金坯料的组织演变及力学性能的影响。结果表明:随着预退火温度的升高,半固态铜合金坯料的平均晶粒尺寸增加,晶粒形状因子和液相率均降低;随着预退火温度升高,α-Cu相中固溶更多的Sn元素,减弱了Sn元素偏析,晶间脆硬相δ相含量减少,布氏硬度逐渐减小。在半固态铜合金坯料中检测到新相Cu_(13.7)Sn的存在,这与晶间Sn元素的高度偏析有关。600℃预退火2h制备的半固态铜合金坯料显微组织晶粒均匀细小,力学性能较好,其平均晶粒尺寸为68.34μm、晶粒形状因子为0.78,布氏硬度(HB)为1254.4MPa。

关键词：预退火温度半固态铜合金组织演变元素偏析硬度

基于多分辨率-多边形单元建模策略的多材料结构动刚度拓扑优化方法

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工程力学 2024年第2期41卷 222-235页

作者：江旭东马佳琪熊志滕晓艳王亚萍哈尔滨理工大学机械动力工程学院哈尔滨150080 哈尔滨工程大学机电工程学院哈尔滨150001

利用多边形有限单元的高精度求解优势,融合多分辨率拓扑优化方法,实现粗糙位移网格条件下的高分辨率构型设计,由此提出多材料结构动刚度问题的拓扑优化方法。将多边形单元(位移场求解单元)劈分为精细的小单元,构造设计变量与密度变量的... 详细信息

利用多边形有限单元的高精度求解优势,融合多分辨率拓扑优化方法,实现粗糙位移网格条件下的高分辨率构型设计,由此提出多材料结构动刚度问题的拓扑优化方法。将多边形单元(位移场求解单元)劈分为精细的小单元,构造设计变量与密度变量的重叠网格,形成多分辨率-多边形单元的优化建模策略;以平均动柔度最小化为目标和多材料的体积占比为约束,建立多材料结构的动力学拓扑优化模型,通过HHT-α方法求解结构动响应,采用伴随变量法推导目标函数和约束的灵敏度表达式,利用基于敏度分离技术的ZPR设计变量更新方案构建多区域体积约束问题的优化迭代格式;通过典型数值算例分析优化方法的可行性和动态载荷作用时间对优化结果的影响机制。

关键词：拓扑优化多材料多分辨率多边形单元动刚度优化

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兆瓦级高速永磁电机新型转子冷却结构研究

电机与控制学报 2024年第5期28卷 38-47页

作者：蔡蔚牛金花唐跃哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江哈尔滨150080

兆瓦级高速永磁电机转子侧无强迫冷却措施时转子侧温升高、永磁体失磁风险高,基于此问题,提出一种新型的加强筋转子轴向通风结构,该结构能够提高转子侧的壁面对流散热系数、提升转子侧的散热能力、降低电机温度。以一台1 MW、18000 r/mi... 详细信息

兆瓦级高速永磁电机转子侧无强迫冷却措施时转子侧温升高、永磁体失磁风险高,基于此问题,提出一种新型的加强筋转子轴向通风结构,该结构能够提高转子侧的壁面对流散热系数、提升转子侧的散热能力、降低电机温度。以一台1 MW、18000 r/min的高速永磁电机为例,建立该电机的三维全域流固耦合求解模型,基于计算流体力学和有限元法对电机流体场与温度场进行分析,揭示电机在额定工况下的流体与温度分布规律。将新冷却结构与传统冷却结构的散热性能及温升变化进行对比,验证新型冷却结构在提升电机散热性能方面的有效性。最后,分析入口风速对电机最高温度的影响,得到适合该冷却结构的入口风速范围,为外部风压设备的选择提供理论支撑。

关键词：兆瓦级高速永磁电机电机损耗转子通风冷却流体场温度场冷却结构优化

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1.1 MW高速内置式永磁同步电机新型转子拓扑设计与强度优化

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电机与控制学报 2024年第6期28卷 66-75页

作者：谢颖王泽兵蔡蔚李道璐杨艳会张燚哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江哈尔滨150080

大功率高速永磁电机中通常采用绑扎碳纤维护套的方式来降低转子应力,然而护套厚度过大会导致等效气隙增加,电机性能随之降低。针对这一问题,设计了一种具有新型转子拓扑结构的1.1 MW、18 000 r/min的内置式高速永磁同步电机。该结构采... 详细信息

大功率高速永磁电机中通常采用绑扎碳纤维护套的方式来降低转子应力,然而护套厚度过大会导致等效气隙增加,电机性能随之降低。针对这一问题,设计了一种具有新型转子拓扑结构的1.1 MW、18 000 r/min的内置式高速永磁同步电机。该结构采用永磁体分段设计,并增设加强筋,分担转子隔磁桥处的应力,使护套厚度得到有效降低。同时,将转子外部隔磁桥处替换为非导磁填充块,阻断漏磁路径,提升永磁体利用率。最后,有限元分析结果表明,相较于初始模型,新型结构电机在等效气隙增大1.5 mm的情况下,输出转矩达到600.44 N·m,增加了16.86 N·m,并且新型转子铁心最大应力降低了496.82 MPa,转子结构的机械强度得到显著提高,可为大功率高速永磁电机转子拓扑设计提供参考。

关键词：高速永磁电机转子机械强度碳纤维护套加强筋非导磁填充块

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基于虚拟阻抗优化的VSG暂态功角稳定自适应控制策略

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电机与控制学报 2024年第1期28卷 35-48页

作者：孙久亮蔡蔚郭庆波哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江哈尔滨150080

在电网短路故障发生的情况下,虚拟同步发电机系统不仅会发生暂态功角失稳,同时还可能会出现过流。为了提升虚拟同步发电机的暂态功角稳定性及故障电流限制性能,首先建立了包含电压和电流控制环、虚拟阻抗及功率控制环结构的虚拟同步发... 详细信息

在电网短路故障发生的情况下,虚拟同步发电机系统不仅会发生暂态功角失稳,同时还可能会出现过流。为了提升虚拟同步发电机的暂态功角稳定性及故障电流限制性能,首先建立了包含电压和电流控制环、虚拟阻抗及功率控制环结构的虚拟同步发电机系统的总体控制结构,给出了虚拟阻抗功率模型建立的理论依据。对无功功率控制环路恶化暂态功角稳定性,提出了设置电压增量自由控制支路来实现提高暂态功角稳定性的方法。其次,在无功功率控制环路及电压增量自由控制支路的共同作用下,对“不考虑切除故障”和“考虑切除故障”两种不同的运行工况,提出了能够同时满足暂态功角稳定性和故障电流限制的虚拟阻抗优化方法。最后提出了虚拟同步发电机的暂态功角失稳控制和故障电流限制的自适应控制算法,以满足实际运行工况的需求,通过Simulink仿真模型验证了所提自适应控制策略的有效性和可行性。

关键词：虚拟同步发电机同步稳定性等面积法则虚拟阻抗故障电流限制李雅普诺夫稳定性

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转子激励对永磁同步电机电磁振动影响分析

电机与控制学报 2024年第6期28卷 36-44页

作者：郭冠宁蔡蔚邵佰成哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江哈尔滨150080

对于电动汽车用永磁同步电机,气隙内的电磁激励会产生高频振动和噪音。通常将气隙电磁激振力施加到定子齿部,并通过理论计算或仿真得到定子或壳体外表面的振动噪音响应,而由转子激励引起的振动噪音被忽略。为研究转子激励对整体电磁振... 详细信息

对于电动汽车用永磁同步电机,气隙内的电磁激励会产生高频振动和噪音。通常将气隙电磁激振力施加到定子齿部,并通过理论计算或仿真得到定子或壳体外表面的振动噪音响应,而由转子激励引起的振动噪音被忽略。为研究转子激励对整体电磁振动噪音的贡献度,首先依据麦克斯韦应力张量法对气隙电磁力谐波进行理论分析,同时建立单电机的电磁振动仿真模型。然后以一台8极定子48槽内置式永磁同步电机为样机,通过试验模态分析和仿真分别对定子和转子的材料参数进行修正。再分别进行转子动力学和电磁激励下的整机动力学仿真,结果表明由转子偏心引起的不平衡电磁激励能够引起转子系统共振,并且在单位电磁力波的激励下,转子激励引起的响应与定子激励引起的响应在低频段具有同等的重要性。最后通过样机振动试验对上述结论进行了验证。

关键词：永磁同步电机转子偏心电磁力波模态分析临界转速电磁振动

基于材料冲击特性的碳化硅超声磨削机理及亚表面损伤特征研究

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机械工程学报 2024年第9期60卷 75-85页

作者：梁奉爽吴明阳刘立飞哈尔滨理工大学机械动力工程学院哈尔滨150080 重庆理工大学机械工程学院重庆400054

碳化硅是空间光学元件理想材料之一,但其磨削亚表面会产生较严重的面损伤,影响光学元件生产效率、性能发挥及使用寿命。为了更好地控制碳化硅超声磨削亚表面损伤,开展了超声辅助磨削数值仿真和试验研究,建立磨粒的运动轨迹方程,研究加... 详细信息

碳化硅是空间光学元件理想材料之一,但其磨削亚表面会产生较严重的面损伤,影响光学元件生产效率、性能发挥及使用寿命。为了更好地控制碳化硅超声磨削亚表面损伤,开展了超声辅助磨削数值仿真和试验研究,建立磨粒的运动轨迹方程,研究加工参数对运动学特性的影响规律,分析超声振动辅助对磨削过程材料去除的影响机理,讨论加工参数影响下的碳化硅超声磨削去除机理和亚表面损伤特征,建立亚表面损伤深度预测模型。结果表明,施加超声振动辅助后磨粒的运动学特性发生周期性变化,磨粒周期性地冲击工件;碳化硅在超声磨削过程中主要有三种去除方式:穿晶裂纹撕裂晶粒发生脆性断裂去除、晶界裂纹扩展至碳化硅表面导致单颗晶粒脱落以及晶界裂纹沿多颗晶粒的晶界扩展至碳化硅表面导致块状脱落;经验证,亚表面损伤深度模型预测精度较好,预测值与检测值的方差为0.219。

关键词：碳化硅超声振动辅助磨削亚表面损伤

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含卟啉聚肽的合成及其自组装行为研究

高分子学报 2024年第2期55卷 172-181页

作者：王寅超郑家豪张伟安蔡春华林嘉平华东理工大学材料科学与工程学院上海200237

以带有炔丙基端基的聚(γ-苄基-L-谷氨酸酯)(PBLG)和含单叠氮基团的卟啉衍生物(TFPP-N3)为反应物,利用点击反应,合成了含卟啉聚肽(TFPP-PBLG).运用核磁共振氢谱(1H-NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见光光度计(UV-Vis)和凝胶渗... 详细信息

以带有炔丙基端基的聚(γ-苄基-L-谷氨酸酯)(PBLG)和含单叠氮基团的卟啉衍生物(TFPP-N3)为反应物,利用点击反应,合成了含卟啉聚肽(TFPP-PBLG).运用核磁共振氢谱(1H-NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见光光度计(UV-Vis)和凝胶渗透色谱(GPC)表征了聚合物的结构、分子量及其分布.采用有机共溶剂溶解、选择性溶剂(水)诱导组装并透析的方法,制备得到碗状胶束.通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、动态激光光散射(DLS)和小角X射线散射仪(SAXS)表征了组装体的形貌与结构,并探究其自组装机理.结果表明,卟啉基团间的π-π堆叠作用使得胶束具有较为稳定结构;在透析过程中,胶束内部的溶剂向外扩散,导致胶束塌陷形成了纳米碗.增加PBLG链段长度,会进一步提高初始胶束的结构稳定性,导致在透析过程中胶束结构保持完整不能得到纳米碗.初始胶束的结构稳定性是决定其在后续溶剂交换过程中是否发生凹陷从而形成纳米碗的关键.

关键词：聚肽卟啉点击反应自组装碗状胶束

两性纤维素多孔凝胶球的制备及其动态吸附性能

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纺织学报 2024年第5期45卷 102-112页

作者：郑康龚文丽鲍杰刘琳浙江理工大学材料科学与工程学院浙江杭州310018

用于废水处理的多孔凝胶球存在制备工艺繁琐,吸附种类单一,吸附效率低等不足;为提高多孔凝胶球的性能,采用滴入相分离、酯化反应引入羧基及希夫碱反应引入氨基的化学改性方法,制备得到兼具高孔隙率、高力学性能和羧基/氨基活性基团的两... 详细信息

用于废水处理的多孔凝胶球存在制备工艺繁琐,吸附种类单一,吸附效率低等不足;为提高多孔凝胶球的性能,采用滴入相分离、酯化反应引入羧基及希夫碱反应引入氨基的化学改性方法,制备得到兼具高孔隙率、高力学性能和羧基/氨基活性基团的两性纤维素多孔凝胶球(ACM),并构建动态吸附柱装置以探究不同条件下ACM对染料的动态吸附性能。结果表明:通过降低染料初始质量浓度,增加填料高度和减慢进液流速的方式可有效提高吸附柱的动态吸附效率;0.8 g的ACM可处理7.5 L含染料的废水;对ACM的动态吸附过程进行动态模型拟合,其与Thomas和Yoon-Nelson模型的拟合程度高,表明吸附是均匀表面的单分子层吸附,动态吸附过程中存在2个或多个速率控制步骤,内部扩散和外部扩散均不是吸附过程中的限速步骤。基于ACM优异的分级孔结构、丰富的活性位点和低传质阻力等优势,认为ACM展现出良好的动态吸附性能,在印染废水处理方面有较大应用潜力。

关键词：纤维素两性凝胶球吸附分离阴阳离子染料动态吸附性能印染废水废水处理