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CMAS、CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐作用下热障涂层的腐蚀行为与机理

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中国表面工程 2024年第1期37卷 75-86页

作者：郭磊张馨木杨硕天津大学材料科学与工程学院天津300072 天津大学天津市现代连接技术重点实验室天津300072 天津大学分析测试中心天津300072

环境沉积物(CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2),CMAS)的高温腐蚀已成为航空发动机涡轮叶片热障涂层过早失效的重要原因之一。然而涡轮叶片工作环境复杂,熔盐、海盐常与CMAS耦合,一起对热障涂层造成多元复杂腐蚀,但目前关于CMAS与盐类的多元... 详细信息

环境沉积物(CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2),CMAS)的高温腐蚀已成为航空发动机涡轮叶片热障涂层过早失效的重要原因之一。然而涡轮叶片工作环境复杂,熔盐、海盐常与CMAS耦合,一起对热障涂层造成多元复杂腐蚀,但目前关于CMAS与盐类的多元耦合腐蚀行为鲜有报道。针对Y2O_(3)部分稳定ZrO_(2)(YSZ)热障涂层在CMAS、CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐作用下的腐蚀行为进行对比研究。通过XRD、SEM等方法对不同条件下腐蚀后的涂层进行表征,并分析热处理温度、腐蚀物种类对腐蚀行为的影响。结果表明:与CMAS相比,CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐会在更低的温度下损伤涂层(1200℃)。当三种腐蚀物均能完全熔化时(1250℃),CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐熔体则由于更大的流动性而大量渗入,腐蚀内部涂层。其中,CMAS+海盐熔体在涂层内的渗透性最强,1250℃热处理4 h后,渗透深度超过400μm。盐类的共存会改变CMAS的性质,增强熔体的渗透能力,增加涂层内部甚至底部失效的倾向。研究结果有助于理解盐类与CMAS耦合时混合熔体对热障涂层的破坏机理及潜在威胁。

关键词：热障涂层 CMAS+海盐 CMAS+NaVO_(3) 耦合腐蚀腐蚀机理

微量TiC粉末合金化改善电弧增材制造Ti-6Al-4V合金的组织和性能

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焊接学报 2024年第6期45卷 12-19页

作者：姚兴中李会军杨振文王颖天津大学天津市现代连接技术重点实验室天津300072

原位合金化是调控增材制造钛合金微观组织和力学性能的有效方法,文中研究了添加微量TiC粉末对电弧增材制造Ti-6Al-4V合金微观组织和力学性能的影响.结果表明,添加微量TiC粉末后,Ti-6Al-4V合金中的柱状β晶粒尺寸减小,α-Ti相细化,微观... 详细信息

原位合金化是调控增材制造钛合金微观组织和力学性能的有效方法,文中研究了添加微量TiC粉末对电弧增材制造Ti-6Al-4V合金微观组织和力学性能的影响.结果表明,添加微量TiC粉末后,Ti-6Al-4V合金中的柱状β晶粒尺寸减小,α-Ti相细化,微观组织为精细的网篮组织,抗拉强度和断后伸长率达到了1029 MPa和14.8%,分别提高了12.8%和26.5%,实现了电弧增材制造Ti-6Al-4V合金强度和塑性的协同改善.同时,沉积合金的显微硬度提高至362.9HV,相比Ti-6Al-4V合金提高了11.4%.通过电子背散射衍射(electron backscatter diffraction,EBSD)分析得出,TiC粉末的添加降低了沉积合金的织构强度,增加α-Ti相的取向.添加微量TiC粉末后,Ti-6Al-4V合金力学性能的提高主要归因于细晶强化和固溶强化效应,其中细晶强化是主要的强化机制.对比分析两种沉积合金的拉伸试样断口得出,Ti-6Al-4V合金的断口形貌呈现出塑性-脆性混合断裂,添加质量分数0.5%TiC粉末后,断口形貌呈现出塑性断裂.证实了TiC粉末作为电弧增材制造Ti-6Al-4V合金晶粒细化剂的潜力.

关键词：原位合金化电弧增材制造微观组织力学性能

多换流器直流系统的虚拟惯性评估与控制参数协调设计

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电力系统自动化 2024年第10期48卷 87-95页

作者：张可心朱琳赵学深李霞林郭力王成山智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津市300072 天津市智慧能源与信息技术重点实验室天津市300072

针对基于类虚拟同步发电机(AVSG)的多换流器直流系统遇到的非预期虚拟惯性问题,提出了一种多换流器直流系统虚拟惯性通用分析方法,有效修正了系统级等效AVSG外特性。首先,将多个AVSG控制回路等效为一个等值AVSG控制回路,建立了直流系统... 详细信息

针对基于类虚拟同步发电机(AVSG)的多换流器直流系统遇到的非预期虚拟惯性问题,提出了一种多换流器直流系统虚拟惯性通用分析方法,有效修正了系统级等效AVSG外特性。首先,将多个AVSG控制回路等效为一个等值AVSG控制回路,建立了直流系统的等值单台AVSG模型。其次,提出了一种系统级虚拟惯性评估方法,从等值单台AVSG模型的输出阻抗频域响应特性角度对系统级虚拟惯性进行评估。然后,讨论了电压比例-积分(PI)控制参数对虚拟惯性特性的影响,并开展了电压PI控制参数和虚拟惯性系数间的协调设计。最后,在PLECS仿真软件及RT-BOX硬件在环实验平台上搭建了多换流器直流系统的开关模型,通过多种实验工况验证了等值单台AVSG模型和控制参数协调设计的有效性和可行性。

关键词：类虚拟同步发电机输出阻抗直流系统等效降阶模型虚拟惯性协调设计

9Cr-1.5W-0.15Ta耐热钢搅拌摩擦焊焊缝组织和冲击性能分析

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焊接学报 2024年第4期45卷 36-42,I0005页

作者：张超周猛兵崔雷陶欣王军王伟刘永长中国核动力研究设计院第四研究所成都610213 天津大学天津市现代连接技术重点实验室天津300354 天津大学水利安全与仿真国家重点实验室天津300354

对9Cr-1.5W-0.15Ta耐热钢搅拌摩擦焊焊缝的微观组织演变和冲击性能进行了分析.结果表明,由于搅拌针剧烈的机械搅拌和焊接热循环的双重作用,搅拌摩擦焊缝区域内发生晶粒破碎、完全奥氏体化动态再结晶、晶界处M23C6相溶解和晶内M3C相析出... 详细信息

对9Cr-1.5W-0.15Ta耐热钢搅拌摩擦焊焊缝的微观组织演变和冲击性能进行了分析.结果表明,由于搅拌针剧烈的机械搅拌和焊接热循环的双重作用,搅拌摩擦焊缝区域内发生晶粒破碎、完全奥氏体化动态再结晶、晶界处M23C6相溶解和晶内M3C相析出,焊后较大的冷却速率抑制晶粒长大,促进了马氏体转变.在−100~20℃温度内进行了冲击试验,随着冲击试验温度的增加,母材和FSW焊缝的冲击吸收能量均表现为单调增大的特征,同时冲击断裂模式由脆性断裂逐渐转变为延性断裂.由于FSW焊缝中板条马氏体的形成、“针状”M3C碳化物的析出,FSW焊缝的硬度显著增大,并且在相同温度下FSW焊缝的冲击韧性发生降低,韧—脆转变温度由母材的−50℃升高至−40.2℃.

关键词： 9Cr-1.5W-0.15Ta耐热钢搅拌摩擦焊微观组织冲击韧性韧—脆转变温度

面向可再生能源集成的综合能源系统熵态计算模型

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电力系统自动化 2024年第11期48卷 162-172页

作者：李宜哲王丹李家熙贾宏杰周天烁刘佳委智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津市300072 天津市智慧能源与信息技术重点实验室(天津大学) 天津市300072

综合能源系统(IES)熵态机理与分析方法为面向可再生能源集成的IES能量品质分析提供了一种新的理论基础。针对不同的能源系统规模和场景,如何系统性求解大规模能源系统熵态分布是后续系统规划、运行和能量管控等亟须解决的基础问题之一。... 详细信息

综合能源系统(IES)熵态机理与分析方法为面向可再生能源集成的IES能量品质分析提供了一种新的理论基础。针对不同的能源系统规模和场景,如何系统性求解大规模能源系统熵态分布是后续系统规划、运行和能量管控等亟须解决的基础问题之一。在IES熵态理论的基础上,进一步梳理了系统熵态分布的计算体系与思路;根据熵增流求解的需要,定义了一些关键计算矩阵与计算列向量;结合IES㶲流模型和熵态网络的定义,考虑能量枢纽(能源站)熵增流转化与分配机制,建立了基于顺序求解和联立求解的IES熵态计算模型,通过算例验证了两种计算模型的正确性与有效性,并讨论了两种计算方法的异同与适用性。

关键词：综合能源系统可再生能源能量品质熵态熵增流㶲流㶲损

基于变速GTAW焊接温度场解析模型的熔深预测研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第1期57卷 64-72页

作者：武少杰曲皇屹程方杰天津大学材料科学与工程学院天津300350 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 天津市现代连接技术重点实验室天津300350

焊接热过程解析模型是一种能够直观反映焊接过程中工件内部的热行为、明确焊接工艺参数与熔池形貌间的物理关系、快速计算得到熔深的方法.目前常用的焊接温度场解析模型通常将电弧近似为一个功率恒定的匀速运动热源进行计算,而非参考实... 详细信息

焊接热过程解析模型是一种能够直观反映焊接过程中工件内部的热行为、明确焊接工艺参数与熔池形貌间的物理关系、快速计算得到熔深的方法.目前常用的焊接温度场解析模型通常将电弧近似为一个功率恒定的匀速运动热源进行计算,而非参考实际焊接过程,即通过实时调整焊接热输入(焊接电流或焊接速度)来保证熔透.因此,目前的焊接温度场解析模型并不适用于焊接熔透控制.为了使解析模型能够计算时变速度下的熔深,本文针对钨极氩弧焊(GTAW)工艺建立了适用于计算时变焊接速度的焊接温度场解析模型.首先以匀速移动点热源的温度场解析模型为基础,推导出了时变焊接速度移动点热源在热源作用时间内引起的温度变化公式,通过连续性证明验证了公式的连续可积性并进一步推导出了适用于时变焊接速度运动单椭球热源的焊接温度场解析模型.为了提高计算速度,减少计算量,采用坐标变化方法实现了热源及其附近温度场的快速求解.基于数值积分法得到了解析模型求解方法,实现了熔池温度场的准确计算,并通过提取等温线实现了熔深和熔宽的预测.最后,通过工艺试验验证了解析模型的精度.结果表明:在0~4 s阶段,计算熔深基本与实际测得的熔深相同,误差控制在6%以内;在速度发生改变的4~16 s阶段,由于热源系数不再适用,计算误差增大,但熔深计算误差仍控制在17%以内,熔宽计算误差在12%以内.因此,建立的焊接温度场解析模型基本可以满足时变速度下的熔深预测.

关键词：钨极氩弧焊解析计算焊接温度场熔深预测

计及站-网损耗分摊的区域综合能源系统碳排放流计算方法

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电力系统自动化 2024年第12期48卷 14-23页

作者：曹逸滔王丹贾宏杰周天烁李宜哲张帅泽智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津市300072 天津市智慧能源与信息技术重点实验室(天津大学) 天津市300072

为应对日益严重的环境和能源问题,碳减排相关研究已成为重中之重,碳排放流能够辨析碳要素的流动。以此为研究背景,提出一种计及站-网损耗分摊的区域综合能源系统碳排放流计算方法。依据双层结构热力系统等效变换规则,构建电-气-热网络... 详细信息

为应对日益严重的环境和能源问题,碳减排相关研究已成为重中之重,碳排放流能够辨析碳要素的流动。以此为研究背景,提出一种计及站-网损耗分摊的区域综合能源系统碳排放流计算方法。依据双层结构热力系统等效变换规则,构建电-气-热网络统一结构模型。在此基础上,对区域综合能源系统网络损耗实现双向分摊,碳排放流损耗等效至管线两端节点,明确网络损耗对应碳排放责任的主体。针对能源站碳责任的界定问题,在考虑能源站损耗的碳排放流集线器模型基础上,推广至标准化矩阵碳排放流集线器,并采用区域综合能源系统碳排放流统一矩阵计算方法,实现站-网损耗分摊下的碳排放流计算和分析。算例结果验证了所提方法的合理性和有效性,网损的双向分摊和考虑能源站损耗的碳排放流集线器模型使发电侧和用户侧更加公平地承担对应的碳排放责任,分布式多类型可再生能源的接入有利于提高全域新能源渗透率,降低站-网综合碳排放流损耗。

关键词：综合能源系统新能源碳排放流网络损耗

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基于VMD的MAG焊输入端电信号频域分析

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第4期57卷 394-402页

作者：吕小青苏浩洋天津大学材料科学与工程学院天津300350 天津市先进连接技术重点实验室天津300350

通过电信号采集平台,对焊机输入输出端电信号进行同步采集.分析弧焊电源整流电路,对输入电信号进行整流处理得到输入电压与电流,最终计算得到弧焊电源的输入功率.经过对比发现输出电流与瞬时输入功率峰值变化趋势基本一致.论述了变分模... 详细信息

通过电信号采集平台,对焊机输入输出端电信号进行同步采集.分析弧焊电源整流电路,对输入电信号进行整流处理得到输入电压与电流,最终计算得到弧焊电源的输入功率.经过对比发现输出电流与瞬时输入功率峰值变化趋势基本一致.论述了变分模态分解(VMD)原理及方法,并对瞬时输入功率进行分解,得到一系列特征BLIMFs信号.通过对不同过渡模式(大滴过渡、短路过渡和混合过渡)下瞬时输入功率信号、特征IMF信号和焊接输出电流信号在频域上的对比分析,发现VMD能够有效得到低频(IMF1)、中频(IMF2)和高频信号(IMF3),且中频和高频信号表现出了焊机不控整流的脉动信息(300 Hz)以及电网的干扰.而低频IMF1信号与焊接输出电流信号频域一致性良好,并在时域上也有良好的一致性.结果表明了通过对输入瞬时功率的VMD,其低频分量能够有效表征焊接过程,从而为从输入端评定过渡过程稳定性提供了一种新思路.

关键词： MAG焊瞬时输入功率变分模态分解频谱分析

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内孤立波作用下缓波形立管动力特性研究

船舶力学 2024年第6期28卷 803-817页

作者：余杨刘晓伟李振眠孙若飞杨政龙徐立新天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300072 天津大学天津市港口与海洋工程重点实验室天津300072

我国南海活跃着大量内孤立波,严重威胁海洋工程作业的安全。本文采用向量式有限元方法分析内孤立波作用下深海缓波形钢悬链立管动力特性,建立考虑触地段土反力和内孤立波载荷的缓波形钢悬链立管动力模型,根据mKdV方程求解内孤立波载荷,... 详细信息

我国南海活跃着大量内孤立波,严重威胁海洋工程作业的安全。本文采用向量式有限元方法分析内孤立波作用下深海缓波形钢悬链立管动力特性,建立考虑触地段土反力和内孤立波载荷的缓波形钢悬链立管动力模型,根据mKdV方程求解内孤立波载荷,基于向量式有限元梁单元编制Fortran计算程序。分析不同入射角内孤立波作用下立管的位移极值、张力及弯矩变化趋势,并比较缓波形立管与简单钢悬链立管在内孤立波作用下的动力特性。结果表明:内孤立波作用下,缓波形钢悬链立管会有较大的位移响应,特别是顶部悬垂段会有较大的水平位移;缓波形立管比简单钢悬链立管有更显著的张力变化幅值,有更加复杂的弯矩变化趋势。

关键词：缓波形钢悬链立管内孤立波向量式有限元 KdV理论动力响应