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考虑滚柱偏斜的行星滚柱丝杠载荷分布计算方法

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机械工程学报 2024年第13期60卷 247-256页

作者：付晓军徐烨刘更李欣马尚君西北工业大学陕西省机电传动与控制工程实验室西安710072

滚柱在实际工作状态下不可避免的偏斜,会引起螺纹严重承载不均,是导致螺纹发生严重压溃失效的主要原因之一。针对现有静力学模型均基于螺母、丝杠和滚柱轴线相互平行假设的不足,提出了一种考虑滚柱偏斜及螺纹牙脱啮现象的行星滚柱丝杠... 详细信息

滚柱在实际工作状态下不可避免的偏斜,会引起螺纹严重承载不均,是导致螺纹发生严重压溃失效的主要原因之一。针对现有静力学模型均基于螺母、丝杠和滚柱轴线相互平行假设的不足,提出了一种考虑滚柱偏斜及螺纹牙脱啮现象的行星滚柱丝杠载荷分布计算方法。建立了包含滚柱相对螺母与丝杠偏斜的静力学模型,推导了计入各对螺纹牙啮合状态变化的刚度矩阵和平衡方程,给出多载荷步求解流程。通过与有限元模型在无误差及包含滚柱偏斜时的载荷分布计算结果对比,验证其正确性。分析了滚柱偏斜对行星滚柱丝杠螺纹牙啮合状态和载荷分布的影响规律。结果表明,滚柱偏斜角ϕq和ψq均会对螺纹牙间的载荷分布产生显著影响。合适的偏斜角ϕq能够改善螺纹牙之间的载荷分布。偏斜角ψq的增加会引起螺纹牙所受最大接触力的急剧增加。当|ψq|>1.0′时,螺纹牙会出现明显脱啮现象,且最大螺纹牙受力约为理想状态的3倍。

关键词：行星滚柱丝杠偏斜脱啮载荷分布弹性变形

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生物质基硬碳储钠负极材料研究进展

工程科学学报 2024年第9期46卷 1685-1701页

作者：周世晋韩文佳陈安祥张文浩焦丹丹李霞齐鲁工业大学生物基材料与绿色造纸国家重点实验室济南250300

钠离子电池因其具有优异的低温性能、成本优势以及较高的安全性,有望逐渐成为锂离子电池在低速两轮车和大规模储能领域的补充者,开发低成本、高可逆容量和优异循环稳定性的钠离子电池负极材料成为行业难点,生物质基硬碳因其原料来源丰... 详细信息

钠离子电池因其具有优异的低温性能、成本优势以及较高的安全性,有望逐渐成为锂离子电池在低速两轮车和大规模储能领域的补充者,开发低成本、高可逆容量和优异循环稳定性的钠离子电池负极材料成为行业难点,生物质基硬碳因其原料来源丰富、成本低廉、更易获得、碳产率高、环境友好且含有多种元素等优势而备受关注,其低廉的价格和独特的微观结构在众多钠离子电池负极材料中展现出明显的优势和巨大的商业潜力.为了寻找和开发性能优异的生物质基硬碳材料,本文首先对钠离子在硬碳表面活性位点的吸附行为和进入石墨片层的过程顺序进行了分析,讨论了有争议的四种钠离子存储机制.深入分析了钠离子在硬碳中的储存机理,并基于此进一步讨论了不同生物质基前驱体硬碳的差异,并通过硬碳负极的微观结构提出钠离子电池负极的优化策略,对钠离子电池的发展具有一定的指导意义.

关键词：生物质基钠离子电池前驱体硬碳改进策略

Kriging-高维代理模型建模方法研究与改进

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机械工程学报 2024年第5期60卷 249-263页

作者：孟原史宝军张德权河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300401 河北工业大学先进智能防护装备技术教育部重点实验室天津300401 河北工业大学机械工程学院天津300401

传统代理模型技术在处理高维问题时,由于变量维数增加使得建模所需样本数量呈指数型增长,将导致计算成本显著提高。为了构建适用于高维问题的代理模型,在DIRECT优化算法基础上,改进其初始样本点位置,实现初始样本集的扩充,并将克里金(Kr... 详细信息

传统代理模型技术在处理高维问题时,由于变量维数增加使得建模所需样本数量呈指数型增长,将导致计算成本显著提高。为了构建适用于高维问题的代理模型,在DIRECT优化算法基础上,改进其初始样本点位置,实现初始样本集的扩充,并将克里金(Kriging)建模方法与高维代理模型(High-dimensional model representation,HDMR)相结合,这样可避免建立的模型陷入局部最优,提出一种改进的Kriging-HDMR建模方法。iKriging-HDMR建模方法利用高维代理模型的优点,将高维问题的响应函数等效为一系列低维函数的叠加,发挥iKriging-HDMR建模方法的优势以减少建模过程所需样本点个数,提出一种新的收敛条件,从而减小代理模型的局部误差以保证建立的代理模型具有较高的精度。通过数值算例和机器人工程应用,验证了提出方法的有效性。结果表明,所提出的iKriging-HDMR建模方法可显著减少建模所需样本点数量,具有很好的计算精度和效率。

关键词：高维代理模型 Kriging DIRECT采样试验设计工业机器人

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基于定子电流法的绕线转子无刷双馈发电机偏心故障研究

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中国电机工程学报 2024年第8期44卷 3260-3268,I0027页

作者：阚超豪张恒方裕超蒋涛程源新能源利用与节能重点实验室(合肥工业大学) 安徽省合肥市230009

绕线转子无刷双馈电机在船舶轴带发电以及风力发电等领域中具有良好的应用前景。转子偏心是一种常见的机械故障,威胁着现代化工业体系的稳定运转,因此实现其状态检测和故障诊断非常关键。由于无刷双馈电机具有特殊的定、转子绕组结构以... 详细信息

绕线转子无刷双馈电机在船舶轴带发电以及风力发电等领域中具有良好的应用前景。转子偏心是一种常见的机械故障,威胁着现代化工业体系的稳定运转,因此实现其状态检测和故障诊断非常关键。由于无刷双馈电机具有特殊的定、转子绕组结构以及复杂的气隙磁场,因此传统的故障检测方法无法直接用于该类电机。该文通过定子电流法提取了功率绕组电流的特征频率分量作为故障指标,实现对静偏心、动偏心以及混合偏心的无创诊断。建立故障电机的时步有限元模型,并通过详细的故障机理分析,得出不同类型的偏心故障可能导致的特征频率信号。最后,以一台2/4对极无刷双馈电机为例,并通过有限元仿真、样机试验验证解析法的结论,为绕线转子无刷双馈电机偏心故障的精准检测提供了理论依据。

关键词：无刷双馈发电机转子偏心时步有限元法频谱分析故障诊断

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机械式真空快速切换开关机构多目标优化设计

机械工程学报 2024年第6期60卷 153-162页

作者：姜文涛刘晓明李培源陈海张煦松天津工业大学机械工程学院天津300387 天津工业大学天津市电气装备智能控制重点实验室天津300387 河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130

针对机械式真空切换开关斥力机构设计参数相互耦合、输出动态特性相互关联的多变量多目标优化问题,提出一种基于非支配排序粒子群的多目标优化方法。计及材料特性影响的快速切换开关机构物体模型(实模)与数值模拟模型(理模)建模与分析,... 详细信息

针对机械式真空切换开关斥力机构设计参数相互耦合、输出动态特性相互关联的多变量多目标优化问题,提出一种基于非支配排序粒子群的多目标优化方法。计及材料特性影响的快速切换开关机构物体模型(实模)与数值模拟模型(理模)建模与分析,是机构本体设计和过往载荷全生命周期性能评估的基础。理模参数设计难以真实反映实模在不确定性条件与不同工况下输出特性及可靠性。采用数字孪生方法,进行理模与实模特征量设计,将理模与实模耦合建模计算层、多目标优化计算层相结合,优化机构本体参数;并与物理实体层参数同步实现孪生,进而实现机构整机理模到实模的多目标优化设计。数字孪生处理后的电流误差下降5.69%,分闸时间误差下降5.49%,为新一代智能电器产品多目标优化设计提供了一种新的可行性方法。

关键词：快速切换开关斥力机构非支配排序粒子群优化多场耦合数字孪生

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镍磷合金微沟槽金刚石切削泊松毛刺形成机理

光学精密工程 2024年第8期32卷 1140-1152页

作者：李晓蓬余亮宝孙占文王素娟广东工业大学省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室广东广州510006

为了探究镍磷合金超精密切削过程中泊松毛刺的形成原因及规律,并且寻求泊松毛刺尺寸更精准的表征方式,本文通过对镍磷合金泊松毛刺的形成机理进行理论分析,建立其正交切削过程中的泊松毛刺高度和宽度预测模型,并通过实验分析切削参数对... 详细信息

为了探究镍磷合金超精密切削过程中泊松毛刺的形成原因及规律,并且寻求泊松毛刺尺寸更精准的表征方式,本文通过对镍磷合金泊松毛刺的形成机理进行理论分析,建立其正交切削过程中的泊松毛刺高度和宽度预测模型,并通过实验分析切削参数对泊松毛刺高度和宽度的影响,通过实验观察可知,切削深度对毛刺尺寸影响显著,切削深度由3μm增加至9μm时,毛刺高度增加了0.0998μm,毛刺宽度增加了1.06μm,而切削速度对毛刺高度及宽度的影响很小。且通过对比实验得到的毛刺数据和预测数据可知,毛刺高度和宽度预测模型的平均相对误差值分别为5.43%和8.17%,验证了预测模型的准确性。同时目前的泊松毛刺高度和宽度表征方法具有一定的误差,因此本文提出了利用积分法计算泊松毛刺体积的方法,并基于体积法建立了更准确的泊松毛刺尺寸表征方法,通过计算得到体积的预测模型平均相对误差值为4.81%,可知泊松毛刺体积的预测模型准确度相对更高。研究结果为镍磷合金正交切削过程中合理选择切削参数和泊松毛刺尺寸评估方法提供了理论指导。

关键词：微沟槽切削镍磷合金毛刺生成金刚石切削

聚赖氨酸抗菌肽改性明胶多功能水凝胶的构建与应用

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高等学校化学学报 2024年第1期45卷 164-172页

作者：江云静黄童黛曹玉玉白荣先吴杰王祖曦孙红梅湖北工业大学生物工程与食品学院发酵工程教育部重点实验室国家细胞调控与分子药物“111”引智基地工业微生物湖北省重点实验室湖北省工业发酵协同创新中心武汉430068

将ε-聚赖氨酸(EPL)抗菌肽接枝到明胶上,合成ε-聚赖氨酸改性明胶(GEL-E)后,以GEL-E、羧甲基壳聚糖(CMC)和氧化硫酸软骨素(OCS)为原料,制备了一种具有可注射性、自愈合性及抗菌性的多功能快速凝胶化水凝胶——GEL-E/CMC/OCS水凝胶.该水... 详细信息

将ε-聚赖氨酸(EPL)抗菌肽接枝到明胶上,合成ε-聚赖氨酸改性明胶(GEL-E)后,以GEL-E、羧甲基壳聚糖(CMC)和氧化硫酸软骨素(OCS)为原料,制备了一种具有可注射性、自愈合性及抗菌性的多功能快速凝胶化水凝胶——GEL-E/CMC/OCS水凝胶.该水凝胶具有较高的储能模量、弹性形变性能、自愈合性能、可注射性能以及抗菌性能.将甘草酸二钾(DG)载入水凝胶,赋予水凝胶抗炎特性以及促伤口愈合能力.初步评价了水凝胶的释药行为.结果表明,药物释放可达100%.同时,评价了载药后水凝胶的细胞相容性以及促细胞迁移能力,发现水凝胶对细胞的毒性很低,且可以促进细胞迁移.研究结果表明,该水凝胶具有良好的力学性能、生物相容性以及促细胞迁移能力,在促进伤口愈合领域具有广阔的应用前景.

关键词：多功能水凝胶聚赖氨酸抗菌肽伤口敷料

人工智能在太赫兹超材料设计与优化领域的研究进展

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激光与光电子学进展 2024年

作者：葛宏义补雨薇蒋玉英季晓迪贾柯柯吴旭阳张元张玉洁孙庆成王顺河南工业大学信息科学与工程学院河南工业大学粮食信息处理与控制教育部重点实验室河南工业大学人工智能与大数据学院河南省粮食光电检测与控制重点实验室

近年来，基于人工智能技术的超材料器件设计方法成为当前研究的焦点。人工智能技术的加入显著降低了超材料器件传统设计方法对设计人员电磁学理论及仿真经验的依赖，并有效缩减研究者的设计周期。然而，尽管该领域取得了一定进展，太赫... 详细信息

近年来，基于人工智能技术的超材料器件设计方法成为当前研究的焦点。人工智能技术的加入显著降低了超材料器件传统设计方法对设计人员电磁学理论及仿真经验的依赖，并有效缩减研究者的设计周期。然而，尽管该领域取得了一定进展，太赫兹波段的器件设计仍然是一个相对欠发展的领域。本文首先从器件功能的角度出发，对太赫兹超材料器件传统设计方法进行了细致梳理，同时关注可调谐多功能超材料器件的研究现状。此外，文章详细阐述了人工智能技术（机器学习、进化算法、深度学习等）如何为超材料器件基于结构参数的正向优化与基于电磁响应的逆向设计过程提供支持。最后对该领域的未来发展和挑战进行了探讨，旨在为从事相关研究的科研人员提供有益参考。

关键词：太赫兹超材料器件优化人工智能

飞秒相干反斯托克斯拉曼散射光谱测温研究进展

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光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 901-909页

作者：云胜章媛张盛张志斌邓岩岩田亮刘照虹刘硕张勇王雨雷吕志伟夏元钦河北工业大学先进激光技术研究中心天津300401 河北省先进激光与装备重点实验室天津300401 河北工业大学能源与环境工程学院天津300401 哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001

当今世界大约90%的能量供应都是由燃烧生成的。在燃烧场中,火焰的温度影响着场中各种组分链式反应的途径和浓度,获取燃烧场温度信息可以为提高燃料燃烧效率,改进燃烧装置的设计提供重要的支撑依据。随着我国在航空、航天和航海这类高端... 详细信息

当今世界大约90%的能量供应都是由燃烧生成的。在燃烧场中,火焰的温度影响着场中各种组分链式反应的途径和浓度,获取燃烧场温度信息可以为提高燃料燃烧效率,改进燃烧装置的设计提供重要的支撑依据。随着我国在航空、航天和航海这类高端制造业领域的不断发展,各种大型燃气轮机和超声速发动机的研发进入加速期,此类燃烧装置产生的火焰具有高温、高压、湍流超声速和持续时间短等特点。传统的接触式测温法难以对这类湍流燃烧场进行温度测量,近年以激光光谱法为代表的非接触式测温技术逐渐走向成熟,并获得了广泛地应用。与超短脉冲相结合的飞秒相干反斯托克斯拉曼散射光谱测温技术凭借可提供高时间分辨率(每秒可提供上千个测温数据)、高测温精度和高测温灵敏度等优势而被应用到各种高温、湍流等复杂燃烧场景温度诊断中。文章概述了飞秒相干反斯托克斯拉曼散射测温技术的基本原理,综述了该技术在稳态火焰、加热气体、模拟燃气轮机等燃烧环境中测温工作的研究进展,简要介绍了飞秒时间分辨相干反斯托克斯拉曼光谱的研究和应用,着重介绍了可以实现毫秒量级时间分辨率的飞秒啁啾探测脉冲相干反斯托克斯拉曼散射测温技术和混合飞秒/皮秒相干反斯托克斯拉曼散射测温技术的基本原理和应用进展。指出了三种测温技术的优缺点,并提出飞秒相干反斯托克斯拉曼散射测温技术目前需要关注并解决的技术问题,主要为在高温高压湍流燃烧等极端条件下实现高精度CARS光谱高保真反演出温度信息,以及高温高压湍流燃烧场极端条件下如何获得高信噪比CARS信号的问题。展望了今后的发展趋势:通过高时间分辨的测量,获得湍流火焰中温度的瞬时演化规律,并建立各种复杂火焰的温度演化信息数据库,为研究各种发动机机理提供支撑。

关键词：飞秒激光相干反斯托克斯拉曼散射光谱高温湍流燃烧场温度测量