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基于阳极键合玻璃与铜的钎焊连接机理研究及其力学性能分析

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机械工程学报 2024年第2期60卷 140-149页

作者：贾旭胡利方李子昊郑植刘伟张鹏太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 太原理工大学机械与运载工程学院太原030024

以铝箔作为中间层,采用Sn-9Zn-3Bi钎料通过阳极键合及钎焊工艺成功地实现了玻璃与铜片的连接。利用扫描电镜观察了玻璃-铝-钎料-铜接头的微观组织,分别讨论了钎焊温度和钎焊时间对连接过程的影响以及钎料和铝、铜的界面反应演化机制。... 详细信息

以铝箔作为中间层,采用Sn-9Zn-3Bi钎料通过阳极键合及钎焊工艺成功地实现了玻璃与铜片的连接。利用扫描电镜观察了玻璃-铝-钎料-铜接头的微观组织,分别讨论了钎焊温度和钎焊时间对连接过程的影响以及钎料和铝、铜的界面反应演化机制。研究发现玻璃-铝-钎料-铜的连接界面良好,玻璃表面阳极键合的铝箔随钎焊时间的增加逐渐被消耗,当钎焊温度为240℃,钎焊时间为15 min时铝箔消耗完毕。钎料与铜在240℃钎焊温度下随钎焊时间的延长依次出现Cu_(5)Zn_(8)和CuZn_(5)金属间化合物层,且随钎焊时间的延长Cu_(5)Zn_(8)金属间化合物层厚度逐渐增加,CuZn_(5)金属间化合物层由锯齿状逐渐变平缓。研究发现随钎焊温度升高,铝箔同样被逐渐消耗,界面处生成的金属间化合物层厚度也逐渐增加,且CuZn_(5)金属间化合物层锯齿状更加明显。通过剪切试验发现玻璃-铜接头的剪切强度随钎焊时间的延长呈先增加后降低的趋势,在钎焊时间为10min时剪切强度具有最大值20.29 MPa,断裂发生在玻璃基体内部,说明玻璃与铜实现了可靠连接。

关键词：阳极键合钎焊玻璃铝铜

基于动网格6DOF模型的框架式流速仪水力特性数值模拟与明渠测流速率常数预测

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农业机械学报 2024年第9期55卷 371-381页

作者：唐渊申丽霞吴建华张玉胜成一雄胥云彬太原理工大学水利科学与工程学院太原030024 太原理工大学土木工程学院太原030024

为分析明渠内框架式流速仪流场特性与运动姿态,同时对流速仪倍常数K和摩阻系数C进行率定,根据不可压缩流体流动的Navier-Stokes方程和SST k-ω湍流模型,结合VOF多相流模型,建立动态网格下的6自由度(6DOF)刚体动力学耦合数值仿真模型,对... 详细信息

为分析明渠内框架式流速仪流场特性与运动姿态,同时对流速仪倍常数K和摩阻系数C进行率定,根据不可压缩流体流动的Navier-Stokes方程和SST k-ω湍流模型,结合VOF多相流模型,建立动态网格下的6自由度(6DOF)刚体动力学耦合数值仿真模型,对水冲击流速仪旋桨使之被动旋转过程进行了仿真,分析了流速仪在不同位置对流速仪倍常数K和摩阻系数C的影响规律。结果表明:采用动网格6DOF模型可以较好地模拟框架式流速仪在明渠的流动状态,仿真结果可靠性较高;通过对不同时刻转速与流速拟合曲线分析可知,流速仪位置不同会影响流速仪摩阻系数C,对流速仪倍常数K影响不大。研究结果可为进一步研究框架式流速仪优化和不同含沙水流条件下对流速仪的磨损提供参考。

关键词：明渠测流水力特性框架式流速仪法动网格6DOF仿真模型速率常数预测

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碳纤维/不锈钢极薄带纤维金属层板制备工艺及其弯曲性能

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复合材料学报 2024年第2期41卷 1047-1057页

作者：马威管海陆张晓琼王涛太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 太原理工大学先进成形与智能装备研究院太原030024

不锈钢极薄带这一新型精密带材具有质量轻(厚度仅为0.01~0.1 mm)、强度高、易成型、耐腐蚀等诸多优点,是一种极具应用前景的轻质高强材料。为了探讨不锈钢极薄带作为纤维金属层板组分材料的可行性及评估其力学性能优劣,通过对比6种不同... 详细信息

不锈钢极薄带这一新型精密带材具有质量轻(厚度仅为0.01~0.1 mm)、强度高、易成型、耐腐蚀等诸多优点,是一种极具应用前景的轻质高强材料。为了探讨不锈钢极薄带作为纤维金属层板组分材料的可行性及评估其力学性能优劣,通过对比6种不同的不锈钢极薄带表面处理工艺,探明了6种工艺中机械打磨+丙酮清洗+10wt%氢氧化钠溶液腐蚀+1wt%偶联剂是不锈钢极薄带与碳纤维预浸料复合的最优表面处理工艺,其单搭接拉伸剪切强度值为21.3 MPa。基于该工艺,采用T700碳纤维单向预浸料、T300编织布预浸料及0.1 mm厚软态、半硬态与硬态不锈钢极薄带分别制备出含不同层数与不同类型不锈钢极薄带的纤维金属层板。并通过三点弯曲实验对所制层板的弯曲性能与变形失效机制进行了系统研究。结果表明:碳纤维/不锈钢极薄带纤维金属层板弯曲失效模式主要受钢带强韧性变化影响,弯曲变形主要受钢带含量影响。

关键词：纤维金属层板不锈钢极薄带表面处理抗弯性能弯曲失效

超高强Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si钛合金的强化行为及模型

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第4期34卷 1136-1149页

作者：石晓辉张琪荆镇范智渊刘江林乔珺威太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 太原理工大学机械与运载工程学院太原030024

基于XRD、OM、SEM和TEM分析,研究超高强Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si钛合金的组织演变及强化行为。结果表明,位错强化和析出强化效应对该合金的屈服强度影响较大。冷轧+再结晶+冷轧+双时效组合工艺可获得1518 MPa的最高屈服强度,这主要归因... 详细信息

基于XRD、OM、SEM和TEM分析,研究超高强Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si钛合金的组织演变及强化行为。结果表明,位错强化和析出强化效应对该合金的屈服强度影响较大。冷轧+再结晶+冷轧+双时效组合工艺可获得1518 MPa的最高屈服强度,这主要归因于显微组织中的高密度残存位错及密集而细小的次生α相。建立复合强化模型,其预测误差在16.6%以内。此外,研究发现次生α相体积分数的增加可以不断强化晶内区域,这使得沿晶断裂开始出现并逐渐占据整个断裂面。

关键词：强化模型超高强强化行为钛合金 Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si

基于图像与点云融合的巷道锚护孔位识别定位方法

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煤炭科学技术 2024年第5期52卷 249-261页

作者：王宏伟李进闫志蕊郭军军张夫净李超太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 太原理工大学山西省煤矿智能装备工程研究中心山西太原030024 太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

煤矿掘进巷道锚护位置的精准识别与定位是钻锚机器人实现智能永久支护亟需突破的关键技术。笔者提出一种基于视觉图像与激光点云融合的巷道锚护孔位智能识别定位方法,包括图像目标识别、点云图像特征融合和定位坐标提取3个步骤:①针对... 详细信息

煤矿掘进巷道锚护位置的精准识别与定位是钻锚机器人实现智能永久支护亟需突破的关键技术。笔者提出一种基于视觉图像与激光点云融合的巷道锚护孔位智能识别定位方法,包括图像目标识别、点云图像特征融合和定位坐标提取3个步骤:①针对煤矿井下低照度、水雾和粉尘等环境因素导致的锚孔轮廓成像模糊的问题,采用IA(Image-Adaptive)-SimAM-YOLOv7-tiny网络对巷道待锚护孔位进行视觉识别,该网络能够自适应地增强图像亮度和对比度,恢复锚孔边缘的高频信息,并使模型重点关注锚孔特征,提高锚孔检测的成功率;②求解激光雷达和工业相机联合标定的外参矩阵,将图像检测的锚孔边界框通过透视投影关系生成锥形感兴趣区域(Region Of Interest,ROI),获得对应的目标点云团簇;③采用点云处理算法提取锚护孔位边界点云,获得孔位中心坐标及其法向量,并通过坐标深度差比较判断锚孔识别的正确性。文中搭建了锚杆台车机械臂钻孔定位系统,对算法自主定位的精度以及准确度进行验证,试验结果表明:IA-SimAM-YOLOv7-tiny模型的平均精度均值(Mean Average Precision,mAP)为87.3%,较YOLOv7-tiny模型提高了4.6%;提出的融合算法定位误差为3 mm,单锚孔情况下系统平均识别时间为0.77 s,与单一视觉方法相比,采用激光与视觉多源融合不仅可以降低环境和小样本训练对定位性能的影响,而且可以获得锚护孔位的法向量,为机械臂调整钻孔位姿实现精准锚固提供依据。

关键词：锚孔精准定位图像识别点云处理激光雷达和相机联合标定数据融合

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国Ⅵ柴油机颗粒捕集器性能仿真研究

机械设计与制造 2024年第9期403卷 30-35页

作者：马好娜王铁石晋宏宇文浩男太原理工大学车辆工程系山西太原030024

以提升柴油机颗粒捕集器(DPF)的性能为目的,该文运用AVL-Boost软件建立柴油机后处理仿真模型,并对其可信性进行验证分析,通过分析孔目数、壁厚、直径与长度对DPF压降特性的影响,并基于DPF捕集机理,分析了排气参数和孔隙率等对DPF捕集效... 详细信息

以提升柴油机颗粒捕集器(DPF)的性能为目的,该文运用AVL-Boost软件建立柴油机后处理仿真模型,并对其可信性进行验证分析,通过分析孔目数、壁厚、直径与长度对DPF压降特性的影响,并基于DPF捕集机理,分析了排气参数和孔隙率等对DPF捕集效率的影响。结果表明:当碳载量一定时,增加孔目数、减少壁厚与长径比,有利于降低DPF压降;在一定范围内减小微孔直径与排气流量可以提高DPF捕集效率;在结构参数中,孔隙率对捕集效率影响最大。应用响应面分析对DPF结构参数进行优化,结果表明:当孔密度为0.62,壁厚为0.19mm,长度为288.39mm,直径为163.64mm,孔隙率为0.28时,DPF综合捕集效率能够保持在98%以上。

关键词：颗粒捕集器压降特性捕集效率响应面分析

薄层碳纤维/不锈钢极薄带纤维金属层板的高速冲击性能

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航空学报 2024年第14期45卷 299-316页

作者：魏士博舒洪基张晓琼赵婷婷王涛王志华黄庆学太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 太原理工大学金属成形技术与重型装备全国重点实验室太原030024

为了增强碳纤维复合材料的韧性并提升其高速冲击性能,提出一种组分材料分别为30μm厚薄层碳纤维预浸料和50μm厚不锈钢极薄带的新型纤维金属层板——薄层碳纤维/不锈钢极薄带纤维金属层板(CUSFML)。在金属体积含量(MVF)为0.250~0.625的... 详细信息

为了增强碳纤维复合材料的韧性并提升其高速冲击性能,提出一种组分材料分别为30μm厚薄层碳纤维预浸料和50μm厚不锈钢极薄带的新型纤维金属层板——薄层碳纤维/不锈钢极薄带纤维金属层板(CUSFML)。在金属体积含量(MVF)为0.250~0.625的范围内,制备了3类薄层CUSFML。利用空气炮在45~120 m/s速度范围内对纯碳纤维层板和3类薄层CUSFML开展了高速冲击实验研究,并结合修正后的三维Hashin失效准则在ABAQUS/Explicit软件中对薄层CUSFML的高速冲击响应进行了数值仿真。系统分析了高速冲击下MVF数值变化对薄层CUSFML的动态响应特征和能量吸收的影响规律。研究结果表明:薄层CUSFML在高速冲击下的性能较传统碳纤维复合材料有显著提升。经实验数据分析及数值计算可知,所制备的薄层CUSFML的比吸能最高可达8.51 J·m2/kg,较纯碳纤维层板提升19.2%;冲击承载最高可达6713 N,约为纯碳纤维层板的2.5倍。提高薄层CUSFML中不锈钢极薄带的体积含量在一定范围内可增强金属层塑性变形和断裂在能量吸收中的主导作用,提升层板的高速冲击性能。但随着MVF数值的持续增加,薄层CUSFML的比吸能会出现小幅下降。对比各类层板的动态响应特征后发现薄层CUSFML在MVF为0.455附近的抗冲击性能及吸能性能最为优异。

关键词：纤维金属层板薄层碳纤维不锈钢极薄带高速冲击能量吸收

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宏观压痕测量血管壁力学性能方法的研究

生物医学工程学杂志 2024年第3期41卷 469-475页

作者：曹祎凡高志鹏石怡柯李芬宋辉张倩倩赵雅威陈凌峰李晓娜陈维毅太原理工大学生物医学工程学院太原030024 太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 太原理工大学应用力学研究所太原030024

在动脉疾病的诊断和治疗中,有效评估血管壁局部生物力学特性至关重要。压痕测量可用于评估动脉局部力学性能,但压头的几何结构和分析理论对测量结果的影响尚不清楚。本文采用4种压头对猪的肺动脉、胸主动脉近心端和胸主动脉远心端进行测... 详细信息

在动脉疾病的诊断和治疗中,有效评估血管壁局部生物力学特性至关重要。压痕测量可用于评估动脉局部力学性能,但压头的几何结构和分析理论对测量结果的影响尚不清楚。本文采用4种压头对猪的肺动脉、胸主动脉近心端和胸主动脉远心端进行测量,并通过斯内登(Sneddon)和瑟尔吉(Sirghi)理论计算动脉弹性模量,探究压头几何结构和分析理论对弹性模量测量值的影响。结果显示,圆柱形压头测量的动脉弹性模量值低于球形压头测量值;其次,与Sirghi理论计算结果相比,通过不考虑黏附力的Sneddon理论获得的动脉弹性模量值略大。综上,本研究可为毫米级压痕技术有效测量动脉局部力学特性提供参数支持。

关键词：生物力学动脉压痕实验

一类附加斜弹簧支撑的悬臂梁碰撞系统的全局动力学

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振动工程学报 2024年第8期37卷 1308-1319页

作者：张绎沣徐慧东张建文太原理工大学数学学院山西太原030024 太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024

本文研究了双侧非对称刚性约束下附加斜弹簧支撑的悬臂梁碰撞系统的次谐分岔和混沌的全局动力学。由于斜弹簧支撑结构的刚度项为超越函数,给解析研究系统混沌和次谐分岔造成很大的困难。本文近似拟合了该系统的刚度项,并对比分析了近似... 详细信息

本文研究了双侧非对称刚性约束下附加斜弹簧支撑的悬臂梁碰撞系统的次谐分岔和混沌的全局动力学。由于斜弹簧支撑结构的刚度项为超越函数,给解析研究系统混沌和次谐分岔造成很大的困难。本文近似拟合了该系统的刚度项,并对比分析了近似系统和原系统的同宿轨道及其内部的次谐轨道。将Melnikov方法发展应用于非光滑的碰撞悬臂梁系统,给出了发生同宿混沌和次谐分岔的阀值条件。利用光滑流形的特征乘子结合碰撞函数分析了碰撞次谐轨道的稳定性,并分析了次谐分岔与混沌的关系。基于阀值条件研究了阻尼、激励频率、激励幅值以及碰撞恢复系数对混沌和次谐分岔的影响,进一步验证了理论分析的正确性。

关键词：非线性振动碰撞悬臂梁同宿混沌次谐分岔 Melnikov方法

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