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盘型声流超声电机驱动机理分析及实验研究

西安交通大学学报 2024年第6期58卷 193-202页

作者：石明辉陈书杰张绍林马鑫峰刘甫澄郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

针对传统超声电机定子与转子表面存在严重摩擦磨损导致系统性能降低的问题,提出了一种新型非接触悬浮式声流超声电机。该电机结构紧凑,能够利用声悬浮原理实现定子和转子的非接触驱动,消除传统超声电机存在的严重摩擦磨损。基于连续性方... 详细信息

针对传统超声电机定子与转子表面存在严重摩擦磨损导致系统性能降低的问题,提出了一种新型非接触悬浮式声流超声电机。该电机结构紧凑,能够利用声悬浮原理实现定子和转子的非接触驱动,消除传统超声电机存在的严重摩擦磨损。基于连续性方程,建立了悬浮间隙介质流体分析模型,并采用有限元法进行求解。搭建实验台进行转动特性测试实验,分析了新型电机的工作机理,研究了不同槽型及运转状态下的声流分布。研究结果表明:转子表面刻槽导致间隙内圆周方向产生了压力梯度,进而形成了驱动转子的转矩;随着驱动电压升高,定子盘的振动幅值及转子转速均增大,当驱动电压为1 430 V时,定子盘振动幅值为9.8μm,转子转速达到74 r·min^(-1);相较于光滑转子,刻槽型转子在槽域附近的声流场发生了明显改变。此研究可为非接触超声电机的研究提供参考,也能进一步扩展超声电机的应用领域。

关键词：超声电机声流非接触悬浮声悬浮

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碳化硅基材料在电磁波吸收领域的研究进展

化学进展 2024年第1期36卷 145-158页

作者：夏元佳陈国兵赵爽费志方张震杨自春海军工程大学动力工程学院武汉430032

研究高性能电磁波吸收材料对提升武器装备隐身性能和解决电磁污染问题具有重大意义。碳化硅(SiC)材料具有良好的耐高温、抗腐蚀和化学稳定性,在电磁波吸收领域展现出良好的应用前景,然而本征SiC材料的吸波性能较弱,如何提升其吸波性能... 详细信息

研究高性能电磁波吸收材料对提升武器装备隐身性能和解决电磁污染问题具有重大意义。碳化硅(SiC)材料具有良好的耐高温、抗腐蚀和化学稳定性,在电磁波吸收领域展现出良好的应用前景,然而本征SiC材料的吸波性能较弱,如何提升其吸波性能是一个重要的研究课题。本文从SiC材料吸波机理出发,首先分析总结了不同形貌SiC基吸波材料(核壳结构、气凝胶结构、纤维结构、中空结构、MOFs结构等)的研究现状,并详细介绍了SiC与碳化硅纤维、碳材料、磁性物质等复合材料在吸波领域的研究进展,同时综述了特殊类型SiC基吸波材料(SiC基高温吸波材料、SiC基吸波超材料、SiC基多功能吸波材料)的发展现状,最后展望了其未来的发展方向。

关键词：碳化硅吸波复合材料形貌调控超材料

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变速条件下流体动压效应稳健性分析

北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1219-1228页

作者：张泽斌景世钊袁少朋石明辉郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

以油膜作为中间介质,对于高速旋转机械传动系统的可靠性、稳定性的提升有显著优势。而高速轴承-转子系统在加工制造和运行过程中,不可避免地存在影响系统承载性能的不确定性因素,影响油膜形状,导致承载性能发生变化,实际工作性能偏离设... 详细信息

以油膜作为中间介质,对于高速旋转机械传动系统的可靠性、稳定性的提升有显著优势。而高速轴承-转子系统在加工制造和运行过程中,不可避免地存在影响系统承载性能的不确定性因素,影响油膜形状,导致承载性能发生变化,实际工作性能偏离设计目标。以高速动压油膜为研究对象,为掌握几何参数和转速对油膜承载性能波动的影响,进行稳健优化和分析,提取油膜性能稳健优化结果的特征区域。针对传动系统的不同需求,采用计算流体力学方法求解不同转速下的动压滑动轴承油膜压力场,进而求解其主要性能指标:承载力和摩擦功耗。建立研究目标的Kriging近似模型,并在样本点临近区域选择稳健目标计算的子空间,计算目标均值和方差。利用非支配排序遗传算法(NSGA-II)求解不同目标组合的Pareto最优解集。结合自组织映射图(SOM)方法进行相关性分析,提取设计目标与几何参数、转速之间的相关性特征,分析最优特征区域中偏心率对目标稳健性的影响,最终确定稳健性好的特征区域,并选择个别结果进行仿真计算验证。结果表明:所提出的最优性分析方法能够清晰展现出稳健最优性区域在设计空间中的分布情况,便于降低几何参数和转速的波动对油膜性能的影响;所提方法能提升优化设计结果的可实现性,有效促进理论设计与工程实际的衔接。

关键词：稳健设计 Kriging模型 Pareto前沿自组织映射图滑动轴承最优性分析

黏接结构在扭转循环载荷下力学行为的试验与理论研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第2期57卷 113-122页

作者：张军王壮壮李海宇张梦杰郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

在应变控制的试验条件下,对圆柱形中空对接试件进行了扭转循环加载的试验,分析了平均剪应变和剪应变幅值对黏接结构的扭转循环应力松弛和软化的影响.试验结果表明:在扭转循环载荷作用下,黏接结构的应力-应变响应曲线形状为下凹形,说明... 详细信息

在应变控制的试验条件下,对圆柱形中空对接试件进行了扭转循环加载的试验,分析了平均剪应变和剪应变幅值对黏接结构的扭转循环应力松弛和软化的影响.试验结果表明:在扭转循环载荷作用下,黏接结构的应力-应变响应曲线形状为下凹形,说明该黏接结构在扭转循环载荷下黏接界面的变形较小,且黏接结构出现了扭转循环应力松弛和循环软化情况.松弛应力在初始阶段下降较快,但随着循环次数的增加逐渐稳定.循环软化在循环加载的初始几圈较为严重,随着循环圈数的增加而减弱.平均剪应变与剪应变幅值的增大都会导致黏接结构的扭转应力松弛与循环软化加剧.此外,通过此黏接结构在扭转循环载荷作用下的力学行为试验分析,本文提出了一个可描述黏接结构在扭转循环载荷下力学响应的非线性黏-弹性循环模型,考虑了扭转循环应力松弛及循环软化的变化规律,以及平均剪应变与剪应变幅值对其力学响应的影响.通过模型计算结果与试验曲线对比,可以看出模型计算的应力-应变响应循环曲线与试验曲线重合度较好,证明该模型可以较好地描述黏接结构在不同循环载荷条件下的力学行为.此研究结果可为黏接结构及相关复合材料疲劳损伤的预测与评价提供试验和理论支持.

关键词：黏接结构扭转循环载荷非线性黏-弹性模型

外圆磨削18CrNiMo7-6力模型及表面完整性研究

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中国机械工程 2024年第3期35卷 381-393页

作者：王栋陈磊张志鹏郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

为了准确和有效地控制磨削参数对磨削力及表面完整性的影响,通过解析法,以磨粒与材料间的塑性变形、压痕理论以及剪切应变效应为理论依据,建立了三阶段的磨削力理论模型。选定棕刚玉砂轮进行磨削试验,探究了磨削参数对磨削力的影响以及... 详细信息

为了准确和有效地控制磨削参数对磨削力及表面完整性的影响,通过解析法,以磨粒与材料间的塑性变形、压痕理论以及剪切应变效应为理论依据,建立了三阶段的磨削力理论模型。选定棕刚玉砂轮进行磨削试验,探究了磨削参数对磨削力的影响以及磨削参数和磨削力对表面完整性的影响,通过外圆横向磨削正交试验获得了外圆磨削最优工艺参数。结果表明,外圆磨削力模型法向磨削力和切向磨削力的预测平均误差分别为5.56%和7.08%;砂轮径向进给速度f_(r)对磨削力的影响最大,磨削宽度b次之,工件转速n_(w)和砂轮粒度的影响较小;f_(r)和b对残余应力的影响较大,砂轮粒度对表面粗糙度的影响最大;随着磨削力的增大,表面粗糙度值一直增大,残余应力先减小后增大,沿深度方向残余应力最大值先增大后减小,在试验所取参数条件下,影响残余应力的深度分布范围基本在20~40μm;最优工艺参数组合如下:f_(r)=0.15 mm/min,n_(w)=120 r/min,b=10 mm,砂轮粒度80。

关键词：外圆磨削横向磨削磨削力模型 18CrNiMo7-6钢表面完整性

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空冷式多级热电制冷器性能综合分析

上海交通大学学报 2024年第3期58卷 371-381页

作者：孙悦桐孟凡凯周林徐辰欣海军工程大学动力工程学院武汉430033

多级热电制冷器可提供更大的制冷温差,但制冷经济性能随级数增大而迅速降低.综合考虑热电材料各种内部效应与外部传热不可逆性,建立了空冷式多级热电制冷器的有限时间热力学模型,给出了制冷量和制冷系数的计算方法.为全面描述和分析多... 详细信息

多级热电制冷器可提供更大的制冷温差,但制冷经济性能随级数增大而迅速降低.综合考虑热电材料各种内部效应与外部传热不可逆性,建立了空冷式多级热电制冷器的有限时间热力学模型,给出了制冷量和制冷系数的计算方法.为全面描述和分析多级热电制冷器性能,引入热力学完善度指标,并提出协调性能系数性能评价指标,分析了制冷器工作电流、热电臂横截面积与制冷温差对制冷量、制冷系数、热力学完善度和协调性能系数的影响.结果表明:当制冷温差为87℃时,电流分别为2.55 A和1.30 A时,热电臂横截面积分别为2.2 mm^(2)和3.0 mm^(2)时,制冷量和制冷系数分别达到最大值.综合考虑制冷能力与经济性,当电流为1.75 A时,可获得制冷量、耗功与制冷系数的最佳协调性能.

关键词：多级热电制冷有限时间热力学热力学完善度协调性能性能优化

锗溴混合掺杂调控钙钛矿太阳电池光电特性的第一性原理研究

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太阳能学报 2024年第5期45卷 475-480页

作者：郭茶秀韦智豪周俊杰余银生田禾青郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

采用第一性原理方法对锗溴混合掺杂下甲胺基钙钛矿(MAPbI3)材料的能带结构、态密度、介电函数和吸收光谱进行研究。构建MAPbI_(3)、MAPb_(0.75)Ge_(0.25)I_(3)、MAPbI_(2.5)Br_(0.5)、MAPb_(0.75)Ge_(0.25)I_(2.5)Br_(0.5)这4种钙钛矿结构模型并优化其结构,得出光电特性。研究结果表明,锗溴混合掺杂可改变价带顶与导带底位置及斜率,调控带隙值大小,同时混合掺杂也会改变价带顶与导带底的斜率,4种钙钛矿模型中锗溴混合掺杂时价带顶与导带底的斜率最小,有利于电子跃迁,提升光电转换效率;掺杂锗可提高钙钛矿在可见光区的吸收性能,掺杂溴对钙钛矿光学特性影响不大。

关键词：钙钛矿太阳电池光电特性混合掺杂第一性原理

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圆弧足被动行走机器人步态多重稳定性研究

力学学报 2024年第6期56卷 1784-1795页

作者：暴雨萌饶晓波丁顺良高建设郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

目前关于被动行走步态的研究主要是揭示参数变化对其稳定性的影响,而对于步态多重稳定性的研究则较为少见.步态的多重稳定性不仅是行走模式多样化产生的根源,还是引发步态突变的关键因素.尽管当前共存步态的存在性已受到关注,但关于这... 详细信息

目前关于被动行走步态的研究主要是揭示参数变化对其稳定性的影响,而对于步态多重稳定性的研究则较为少见.步态的多重稳定性不仅是行走模式多样化产生的根源,还是引发步态突变的关键因素.尽管当前共存步态的存在性已受到关注,但关于这些步态的产生、演化以及消失机制的系统性研究尚未开展.为此,文章以圆弧足被动行走机器人为研究对象,应用胞映射及点映射算法探索到与周期一步态共存的几种高周期步态,绘制了共存步态的三维吸引盆并对这些步态的行走特性进行了详细的对比分析.此外,基于跳跃矩阵法改进了Poincaré-Newton-Floquet(PNF)算法,对被动行走系统的不稳定轨道及其对应的Floquet乘子进行了求解,并结合吸引盆进一步揭示了步态演化过程中的分岔和激变现象.研究结果表明,共存步态的周期越高,其平均步速越快,但步态稳定性越差;这些共存步态均由极限环的折叠分岔产生,并由倍周期级联路径通向混沌,最终与不稳定轨道在吸引盆边界上产生碰撞而消失.文章的研究结果有助于理解被动行走步态的多重稳定性,并为机器人的优化设计及稳定控制提供理论依据.

关键词：被动行走多重稳定性 PNF方法倍周期分岔折叠分岔边界激变

渗碳工艺对18CrNiMo7-6合金钢缺口件疲劳性能的影响

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材料导报 2024年第2期38卷 200-206页

作者：秦盛伟邸黎寅王连翔张承昊郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

为分析渗碳工艺对18CrNiMo7-6缺口构件疲劳性能的影响,对应力集中系数Kt=1.86的缺口试样进行渗碳热处理并测定其旋转弯曲疲劳性能,同时对试样表层组织、硬度以及应力场进行了表征。结果表明,渗碳热处理可以明显提升试样表面硬度并引入... 详细信息

为分析渗碳工艺对18CrNiMo7-6缺口构件疲劳性能的影响,对应力集中系数Kt=1.86的缺口试样进行渗碳热处理并测定其旋转弯曲疲劳性能,同时对试样表层组织、硬度以及应力场进行了表征。结果表明,渗碳热处理可以明显提升试样表面硬度并引入残余压应力,并且可以显著提升缺口试样的疲劳性能,相较于未渗碳试样疲劳极限提升超过100%;随着有效硬化层深度的增加,缺口试样的疲劳极限均呈现先增后减的趋势。未渗碳试样和渗碳试样的疲劳源均在缺口根部表面处,且均为多源断裂。疲劳过程中渗碳试样表面残余奥氏体在循环应力作用下诱导马氏体相变,其转变量存在一个临界值。

关键词： 18CrNiMo7-6合金钢应力集中渗碳热处理工艺高周疲劳性能