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超声冲击对增材制造组织改善及强化机理影响的研究进展

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金属学报 2024年第3期60卷 273-286页

作者：孙徕博黄陆军黄瑞生徐锴武鹏博龙伟民姜风春方乃文中国机械总院集团哈尔滨焊接研究所有限公司哈尔滨150028 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001 郑州机械研究所有限公司新型钎焊材料与技术国家重点实验室郑州450001 哈尔滨工程大学烟台研究院烟台264000

增材制造作为一种快速发展的先进技术已在制造业领域得到广泛应用,但在金属制件增材制造过程中存在的晶粒粗大、组织方向性明显等问题制约了该技术的发展。超声冲击处理作为一种强化手段,因其能够有效改善增材制造金属制件应力状态、细... 详细信息

增材制造作为一种快速发展的先进技术已在制造业领域得到广泛应用,但在金属制件增材制造过程中存在的晶粒粗大、组织方向性明显等问题制约了该技术的发展。超声冲击处理作为一种强化手段,因其能够有效改善增材制造金属制件应力状态、细化组织并提高其综合性能等特点而得到认可。本文从超声冲击在金属增材制造过程中对组织的作用机制和强化机理出发,总结了基于表面塑性变形实现增材制造强化的理论观点及局限性,阐述了超声冲击和增材制造复合作用下的组织细化机理和柱状晶向等轴晶转变机制,最后提出了超声冲击辅助金属增材制造强化理论建立过程中仍需进行深入研究的问题及建议。

关键词：超声冲击处理增材制造强化机制组织转变机理

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厚板窄间隙焊接技术研究现状与应用进展

焊接学报 2024年第1期45卷 116-128,I0010页

作者：滕彬范成磊徐锴武鹏博聂鑫黄瑞生哈尔滨工业大学哈尔滨150001 中国机械总院集团哈尔滨焊接研究所有限公司哈尔滨150028

窄间隙焊接技术已经成为现代工业生产中厚板结构的首选技术,其技术和经济优势决定了它是今后厚板焊接技术发展的主要方向之一,近年来随着科技工作者的不断探索和研发,相继涌现了多种窄间隙焊接方法,文中对电弧焊、激光焊和激光-电弧复... 详细信息

窄间隙焊接技术已经成为现代工业生产中厚板结构的首选技术,其技术和经济优势决定了它是今后厚板焊接技术发展的主要方向之一,近年来随着科技工作者的不断探索和研发,相继涌现了多种窄间隙焊接方法,文中对电弧焊、激光焊和激光-电弧复合焊等窄间隙焊接制造技术进行了系统阐述,概述了不同热源窄间隙焊接制造过程中的焊接质量、焊接效率的影响因素,归纳了不同热源窄间隙焊的工艺特点及应用领域,结合国内外相关技术的发展现状,总结了窄间隙焊技术面临的问题,提出了后续的发展建议,为相关领域的科研工作者提供参考.

关键词：窄间隙焊电弧焊激光焊激光-电弧复合焊

新型并联谐振直流环节软开关逆变器改进调制策略

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电工技术学报 2024年第2期39卷 487-500页

作者：李思杨明马宇宋天佑徐殿国哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨150001 北京机械设备研究所北京100854

针对新型并联谐振直流环节软开关逆变器的辅助电路运行过程中电流应力高、导通损耗大的问题,提出一种基于不连续的脉冲宽度调制且采用斜率正负交替锯齿载波的改进调制策略。与原调制策略相比,首先,该文所提调制策略在保留辅助电路动作... 详细信息

针对新型并联谐振直流环节软开关逆变器的辅助电路运行过程中电流应力高、导通损耗大的问题,提出一种基于不连续的脉冲宽度调制且采用斜率正负交替锯齿载波的改进调制策略。与原调制策略相比,首先,该文所提调制策略在保留辅助电路动作频率最小化优点的基础上,不仅实现了全部开关管的软开关,而且将第二辅助开关管的电流应力降为谐振电流峰值。然后,通过合理的参数设计,进一步降低辅助电路电流应力,从而减少辅助电路损耗。然后,根据所提调制策略分析工作原理、对比不同文献、规划参数设计、进行损耗分析。最后,使用SiC MOSFET制作一台5 kW/40 kHz通用样机,通过实验验证所提调制策略对原拓扑效率提升与电流应力降低的有效性。

关键词：并联谐振直流环节辅助电路调制策略电流应力导通损耗

基于CFD的仿生水动力学数值计算方法及其验证

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船舶力学 2024年第2期28卷 204-219页

作者：冯亿坤苏玉民徐小军刘焕兴王兆立国防科技大学智能科学学院长沙410073 哈尔滨工程大学水下机器人技术重点实验室哈尔滨150001 北京特种机械研究所北京100143 北京控制工程研究所北京100094

鱼类经过长期的进化与自然选择,有着优异的水中游动能力,鱼类借助尾鳍能够进行快速高效的定向游动和快速启动/机动,借助胸鳍能够进行前进、后退和灵活的转向。本文基于计算流体力学(CFD)方法,给出适用于求解鱼类尾鳍/胸鳍的刚性运动以... 详细信息

鱼类经过长期的进化与自然选择,有着优异的水中游动能力,鱼类借助尾鳍能够进行快速高效的定向游动和快速启动/机动,借助胸鳍能够进行前进、后退和灵活的转向。本文基于计算流体力学(CFD)方法,给出适用于求解鱼类尾鳍/胸鳍的刚性运动以及身体躯干的柔性运动的网格划分策略,对仿生尾鳍、仿生胸鳍和仿生鱼在均匀来流中的水动力性能以及仿生鱼在静水中的自主游动进行数值计算。结果表明:基于CFD方法,采用结构与非结构混合的网格划分策略,应用动网格方法能够对仿生鱼的各类鳍及身体躯干的刚性或柔性运动进行有效的模拟,通过与实验结果进行对比,验证了对水动力性能求解的有效性。数值计算方法和验证算例对仿生水动力学的研究具有一定的理论参考意义。

关键词：仿生水动力尾鳍胸鳍仿生鱼自主游动

复杂曲面微织构五轴联动激光微铣削精密加工技术研究

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机械工程学报 2024年第15期60卷 368-378页

作者：李鹤赵学森张俊杰马文启胡振江孙涛哈尔滨工业大学精密工程研究所哈尔滨150001

激光微加工被广泛用于制备平面功能表面微织构,具有质量高、成本低和效率高等优势,但是在加工曲面微织构时存在烧蚀范围有限、光束入射角频繁变化而导致加工质量低等问题。为了实现曲面工件高质量表面微织构的高精度激光加工,提出一种... 详细信息

激光微加工被广泛用于制备平面功能表面微织构,具有质量高、成本低和效率高等优势,但是在加工曲面微织构时存在烧蚀范围有限、光束入射角频繁变化而导致加工质量低等问题。为了实现曲面工件高质量表面微织构的高精度激光加工,提出一种将多轴联动精密运动平台与纳秒脉冲激光束耦合的多轴联动激光微铣削加工方法,采用激光束与曲面法线恒定重合的策略来实现高质量曲面微织构的激光微加工。首先,解析研究平面-曲面微织构的投影变化法则、激光-曲面相互作用点位置和姿态调整的运动学特性,确定激光加工轨迹的离散约束条件。其次,提出激光束与曲面法线恒定重合的加工策略,设计并研制了五轴联动激光微铣削机床,通过开发虚拟仿真环境确定其加工性能。最后,开展复杂曲面微织构的五轴联动激光微铣削加工实验和表征,在高陡度小尺寸的不锈钢曲面工件上制备了形状复杂的高精度表面微织构。研究结果显示,采用多轴联动精密运动平台与纳秒脉冲激光束耦合的加工方法可以实现曲面微织构连续且均匀地激光微加工,为在高陡度小尺寸复杂曲面上制备高质量微织构提供了一种可行方法。

关键词：曲面微织构激光微铣削五轴联动运动位姿调控

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基于生物质可降解薄膜的制备与应用

化学学报 2024年第2期82卷 242-256页

作者：郭建荣张书玉贺军辉任世学中国科学院理化技术研究所北京100190 东北林业大学材料科学与工程学院哈尔滨150040

石油基塑料制品加工性好、低成本等优点在各行各业中需求量大且应用广泛,为人类生活带来了极大便利,促进了人类社会发展.然而在使用之后常以焚烧与填埋等处理方式直接排放到自然环境中,塑料在环境中难以降解,这将对环境与生命健康造成... 详细信息

石油基塑料制品加工性好、低成本等优点在各行各业中需求量大且应用广泛,为人类生活带来了极大便利,促进了人类社会发展.然而在使用之后常以焚烧与填埋等处理方式直接排放到自然环境中,塑料在环境中难以降解,这将对环境与生命健康造成严重威胁,产生日益严重的“微塑料”问题.在当前“禁塑令”以及“碳达峰、碳中和”的背景下,开发生物质可降解材料取代石油基塑料已成为人们关注的焦点.生物质种类丰富,源于自然植物,产量高,可再生,完全生物可降解,生物相容性好,环境友好,是完美的石油基塑料替代品.然而,经调研发现,从生物质原材料出发制备与石油基塑料具有类似性能的生物可降解材料也面临很多技术挑战,例如复杂的加工过程、成型差、机械强度较低、透明度差等.因此本综述重点聚焦于基于不同类型生物质原料制备可降解薄膜材料研究进展,分别从淀粉、果胶与壳聚糖直接生物质原料,秸秆、果壳与木材间接生物质原料出发,从生物质原料来源、组成、结构与提取,以及薄膜制备方法,包括溶剂铸造法、吹塑法、挤压法、静电纺丝等,并对所获得生物基薄膜的性能与应用进行综述.最后,梳理了当前基于生物质所制备可降解薄膜存在的不足之处和面临的挑战,并对生物质可降解薄膜材料未来的研究进行了展望.

关键词：生物质生物降解薄膜包装材料

新型SSRMS构型可重构空间机械臂的运动学奇异性分析

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机械工程学报 2024年第5期60卷 19-35页

作者：赵智远杨晓航徐梓淳李云涛汤家文赵京东哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所绵阳621999

大型化、多样化和高精度化的在轨建造任务日趋增多,对舱外作业空间机械臂的能力提出了新的需求。传统SSRMS构型空间机械臂虽然被广泛地应用于在轨服务,但是其具有针对于特定任务设计的结构特点,限制了单个机械臂执行不同种类任务的能力... 详细信息

大型化、多样化和高精度化的在轨建造任务日趋增多,对舱外作业空间机械臂的能力提出了新的需求。传统SSRMS构型空间机械臂虽然被广泛地应用于在轨服务,但是其具有针对于特定任务设计的结构特点,限制了单个机械臂执行不同种类任务的能力,难以适应未来在轨任务复杂化发展的应用需求。为此,提出了一种新型的具有两个被动式伸缩臂杆的SSRMS构型可重构空间机械臂,并对其运动学奇异性进行了深入分析。首先,通过介绍新型机械臂的结构特点及可重构原理,总结了此类机械臂的工作性能优点,证明了其具备在未来的复杂在轨任务中扮演重要角色的潜力。然后,建立了新型机械臂分别在自由空间操作和重构操作时的微分运动学方程,通过对微分逆运动学方程的分析确定出了包含运动学奇异条件的雅可比矩阵。接着,提出了一种简单可靠的运动学奇异性分析方法,在雅可比矩阵中求解得到了新型机械臂的全部运动学奇异条件。最后,以新型机械臂为例进行了实验验证,结果表明:奇异条件不仅能够正确的确定出新型机械臂的奇异位形,而且在机械臂执行操作任务时可作为先验条件指导机械臂的避奇异运动控制,为操作任务的可靠执行提供了有力保障。

关键词：空间机械臂可重构机械臂被动式伸缩臂杆微分运动学奇异性分析

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空间微泵气液溶解与析出流动及传质研究

工程热物理学报 2024年第7期45卷 1970-1976页

作者：任志鹏李德友王洪杰刘锦涛李永哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001 北京控制工程研究所北京高效能及绿色宇航推进技术工程研究中心北京100094

在轨加注技术利用空间微型泵输送气液混合流体,这种高速旋转的流体机械影响气液传质过程。结合Singhal全空化模型、Henry定律和已发表的实验,创新地开发出气液溶解与析出计算模型,并将其应用于空间微型泵。洞塞流验证表明,基于新的计算... 详细信息

在轨加注技术利用空间微型泵输送气液混合流体,这种高速旋转的流体机械影响气液传质过程。结合Singhal全空化模型、Henry定律和已发表的实验,创新地开发出气液溶解与析出计算模型,并将其应用于空间微型泵。洞塞流验证表明,基于新的计算模型和实验的之间的溶解氧浓度差异小于2.0%;空间微泵的计算和实验外特性的平均误差小于8.1%。结果表明,在叶轮流域,长叶片吸力面附近出现了气体聚集,这与气体的析出相关。气体析出的位置靠近靠近叶片吸力面,这与旋转机械空化发生位置一致。当溶液浓度较大时,气体的析出现象使得气液之间的传质方向快速变化,加剧了转轮非稳定脉动。本文为在轨加油气液混合输送状态提供了指导。

关键词：溶解与析出模型空间微泵在轨加注数学模型多相流

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搅拌摩擦固相沉积增材制造研究现状

材料导报 2024年第9期38卷 162-177页

作者：王子健孙舒蕾肖寒冉旭东陈强黄树海赵耀邦周利黄永宪哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工业大学(威海)山东省特种焊接技术重点实验室山东威海264209 中国兵器工业第五九研究所重庆400039 上海航天精密机械研究所上海201600

基于搅拌摩擦焊与增材制造技术开发的搅拌摩擦固相沉积增材制造为金属增材制造提供了一种独特的固相加工路线,其具有适用材料范围广、构件综合性能良好、效率高、成本低等优点,在航空航天、武器装备等领域金属及金属基复材结构件制备方... 详细信息

基于搅拌摩擦焊与增材制造技术开发的搅拌摩擦固相沉积增材制造为金属增材制造提供了一种独特的固相加工路线,其具有适用材料范围广、构件综合性能良好、效率高、成本低等优点,在航空航天、武器装备等领域金属及金属基复材结构件制备方面具有广阔的应用潜力。鉴于搅拌摩擦固相沉积增材制造的独特优势,本文首先对搅拌摩擦固相沉积增材制造技术的基本原理、完全耦合的热变形过程以及沉积层宏观成形进行了简单介绍,之后对增材沉积层微观组织演变和力学性能进行了重点论述,大量研究表明搅拌摩擦固相沉积增材制造中独特固相成形可使增材构件产生类锻造态显微组织,该技术已被逐步应用于结构件制备、修复、涂层加工等领域中。最后对搅拌摩擦固相沉积增材制造技术进行了展望,指出该技术未来需在仿真模拟、制造工艺、技术优化、质量监测、复杂构件制备等领域中进一步研究和突破。

关键词：搅拌摩擦固相沉积增材制造材料热变形行为宏观成形微观组织演变力学性能