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超临界压力流体管内湍流对流传热的计算方法

化工学报 2024年第8期75卷 2821-2830页

作者：毛宇飞曹飞上官燕琴河海大学机电工程学院江苏常州213200

将边界层积分方法应用于管内变物性湍流流动导出了剪切应力的分布方程,基于该方程可以对超临界压力流体的对流传热行为做出合理的定性解释。对于加热条件下的传热工况,结合“热可压缩”状态流体密度的变化,引入浮力阻力系数表征热流方... 详细信息

将边界层积分方法应用于管内变物性湍流流动导出了剪切应力的分布方程,基于该方程可以对超临界压力流体的对流传热行为做出合理的定性解释。对于加热条件下的传热工况,结合“热可压缩”状态流体密度的变化,引入浮力阻力系数表征热流方向上的“浮力效应”,引入加速阻力系数表征流动方向上的“加速效应”。根据边界层理论和动量-热量传递比拟法导出了新型传热关联式,该关联式将不可压缩流体和热可压缩流体的管内湍流对流传热计算统一起来。应用关联式预测不同超临界流体的管内湍流对流传热系数,计算结果与实验数据的比较表明:关联式能较为准确合理地预测出大部分传热工况下的传热强化和传热恶化行为,其预测精度与摩擦阻力系数的计算有关。

关键词：超临界流体湍流对流传热热可压缩关联式

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超声波焊接能量对铜/铝导线接头结合性能的影响

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焊接学报 2024年第4期45卷 65-70,I0006,I0007页

作者：成先明杨可邵壮王健黄思蜀张鑫河海大学机电工程学院常州213200 河海大学材料科学与工程学院常州213200

以BVR2.5铜线和BLV6铝线为研究对象,采用超声波焊接连接铜/铝异种金属导线,利用SEM,EDS,XRD和万能拉伸试验机分析超声波焊接能量对铜/铝导线焊接接头结合性能的影响.结果表明,超声波焊接可以实现铜/铝异种金属导线的有效连接.随着焊接... 详细信息

以BVR2.5铜线和BLV6铝线为研究对象,采用超声波焊接连接铜/铝异种金属导线,利用SEM,EDS,XRD和万能拉伸试验机分析超声波焊接能量对铜/铝导线焊接接头结合性能的影响.结果表明,超声波焊接可以实现铜/铝异种金属导线的有效连接.随着焊接能量增加,铜/铝界面原子相互扩散距离增加,但未形成中间相,接头抗拉力先升高后降低.当焊接能量较低时,接头抗拉强度取决于铜/铝导线冶金结合面积;当焊接能量超过300 J时,接头抗拉强度取决于铝侧有效承载面积;当焊接能量为300 J时,接头获得峰值拉伸载荷(409.8 N±8.9 N),拉伸时在铝侧断裂,断口为韧性断裂,接头性能较好.

关键词：超声波焊接焊接能量铜/铝导线结合性能

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无脉冲微流控片上蠕动微泵研制及其性能研究

中南大学学报（自然科学版） 2024年第4期55卷 1351-1360页

作者：张鑫杰包洋刘宇洋朱行杰陈亚伟河海大学机电工程学院江苏常州213022 东南大学机械工程学院江苏南京211189

为解决微流体连续输送过程中存在的流动脉冲、精度低等问题,研制一种基于微流控技术的片上蠕动微泵。该微泵由微流控芯片和电机驱动系统组成,利用驱动系统中的滚子轴承连续挤压微流控芯片中的微流道,以实现微流体的精确泵送。为研究微... 详细信息

为解决微流体连续输送过程中存在的流动脉冲、精度低等问题,研制一种基于微流控技术的片上蠕动微泵。该微泵由微流控芯片和电机驱动系统组成,利用驱动系统中的滚子轴承连续挤压微流控芯片中的微流道,以实现微流体的精确泵送。为研究微泵的流量特性,设计具有气腔稳流功能的微流道,采用光固化3D打印技术与模塑法制作微流控芯片样件;开发电机驱动系统,测试微泵在不同电机转速下的平均流量、总流量和瞬时流量,并将其流量特性与商业蠕动泵的流量特性进行对比。研究结果表明:随着电机转速增加,微泵的平均流量逐渐增大,瞬时流量误差逐渐减小;当电机转速大于60 r/min时,瞬时流量误差可控制在5%以内,其流量精度显著高于商业蠕动泵的流量精度;片上蠕动微泵可有效抑制微流体脉冲,提升微流体控制精度,在精密微流体输送中具有广阔的工程应用前景。

关键词：微流控片上蠕动微泵无脉冲气腔稳流光固化3D打印

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以用户需求为导向的智能床设计

林业工程学报 2024年第3期9卷 184-193页

作者：郑镇华严波史佳龙河海大学机电工程学院常州213022

智能床在提升家居体验、改善人们幸福感方面有着不可或缺的作用。为了有效提升用户对智能床的满意度,提出了一种集成AHP-AD-TOPSIS的智能家具设计方法,在设计过程中科学地获取智能床产品的用户需求权重、合理映射生产中设计参数及客观... 详细信息

智能床在提升家居体验、改善人们幸福感方面有着不可或缺的作用。为了有效提升用户对智能床的满意度,提出了一种集成AHP-AD-TOPSIS的智能家具设计方法,在设计过程中科学地获取智能床产品的用户需求权重、合理映射生产中设计参数及客观评估设计方案。首先,利用多渠道对智能家具产品的用户需求进行挖掘,收集智能家具的真实用户需求,运用AHP法构建用户需求层次分析模型并求解各用户需求权重值;其次,根据AD理论中的独立性公理和信息公理判断设计合理性和最优解,将用户需求转化为智能家具设计参数,并根据所得设计参数进行智能家具方案设计;最后,应用TOPSIS对设计方案及现有方案进行综合评估,以验证该方法指导下设计方案可行性,最终选出满足用户需求的智能家具设计方案。以智能床为例实证了集成AHP-AD-TOPSIS的智能家具模型可清晰呈现其设计中用户需求重要度,并规范了后续智能家具设计及评价流程。该方法可有效指导智能床产品设计决策和优选,一定程度上弥补了对用户睡眠情绪洞察欠佳和设计需求把握不足的问题,为智能家具的研发提供了新的思路。

关键词：用户需求智能床层次分析法公理设计逼近理想解法

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仿生柔性外肢体机器人的优化设计与实现

机器人 2024年第2期46卷 147-157页

作者：徐嘉骏张添一黄恺真曹凯吉爱红徐林森南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 河海大学机电工程学院江苏常州213022

纤维增强型驱动器(FRA)受到了章鱼触手多肌纤维生物学特性的启发,有望用于外肢体机器人(SRL)完成多样化的运动。本文首先介绍了FRA实现伸长、膨胀、弯曲、扭转变形的驱动原理,阐述了FRA的制备流程,并在此基础上提出了采用FRA的柔性外肢... 详细信息

纤维增强型驱动器(FRA)受到了章鱼触手多肌纤维生物学特性的启发,有望用于外肢体机器人(SRL)完成多样化的运动。本文首先介绍了FRA实现伸长、膨胀、弯曲、扭转变形的驱动原理,阐述了FRA的制备流程,并在此基础上提出了采用FRA的柔性外肢体机器人的设计与实现方法。通过建立FRA的分析模型,揭示了驱动器在不同变形模态下其构形参数与输入气压对变形量的影响规律,并通过有限元仿真加以验证。此外,还提出了柔性外肢体机器人轨迹优化算法,通过构建多目标优化函数并基于置信域方法优化各FRA的设计参数,协助穿戴者完成规定任务。通过样机试验测试了本文的外肢体机器人的系统性能,该外肢体机器人可以有效提升穿戴舒适性,实现3维空间中的灵活运动。研究结果表明,采用FRA的柔性外肢体机器人在穿戴舒适性、动作多样性、控制精准性等方面优于现有的柔性外肢体机器人。

关键词：外肢体机器人软体机器人纤维增强型驱动器有限元建模轨迹优化

管内充分发展流动与传热数值模拟的教学方法探讨

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力学与实践 2024年第1期46卷 194-200页

作者：毛宇飞上官燕琴肖洪河海大学机电工程学院江苏常州213022

由于缺乏数值计算的基础理论知识,工科本科生在学习流体流动与传热过程的数值模拟方法并进行程序设计时,往往觉得难度较大。本文围绕圆管内不可压缩流体充分发展流动与传热,采用边界层积分法,推导出无量纲控制方程组;针对层流工况和湍... 详细信息

由于缺乏数值计算的基础理论知识,工科本科生在学习流体流动与传热过程的数值模拟方法并进行程序设计时,往往觉得难度较大。本文围绕圆管内不可压缩流体充分发展流动与传热,采用边界层积分法,推导出无量纲控制方程组;针对层流工况和湍流工况,开发出相应的数值方法。基于该方法的程序代码易于理解,且计算结果表明该方法具有预测精度高、收敛速度快的优点。本文的工作可以为计算流体力学、数值传热学及热工计算等系列课程的本科教学提供参考。

关键词：边界层积分层流湍流传热数值模拟

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考虑设备劣化的加工工时预测方法

计算机集成制造系统 2024年第3期30卷 906-916页

作者：裴凤雀张佳煊刘检华庄存波河海大学机电工程学院江苏常州213022 北京理工大学机械与车辆学院北京100081

针对加工设备在不同寿命阶段造成的机加工工时波动问题,提出了考虑设备劣化的加工工时预测方法。针对单工况,构建了基于BiGCU-MHResAtt-Weibull模型的机加工工时预测模型,采用双向门控卷积单元(BiGCU)提取局部特征,利用多头残差自注意... 详细信息

针对加工设备在不同寿命阶段造成的机加工工时波动问题,提出了考虑设备劣化的加工工时预测方法。针对单工况,构建了基于BiGCU-MHResAtt-Weibull模型的机加工工时预测模型,采用双向门控卷积单元(BiGCU)提取局部特征,利用多头残差自注意力网络,获取不同特征间的影响关系,全连层输出优化后的残余寿命值并通过Weibull概率分布函数实现加工工时倍率映射;针对多工况,结合单工况模型,设计了大数据集和特征迁移模型,并通过聚类和曲线拟合生成加工工时预测谱系。最后,采用美国国家航天局提供的涡扇发动机数据集完成了模型训练和预测,验证了所提方法的有效性。

关键词： BiGCU-MHResAtt-Weibull模型设备劣化加工工时残余寿命预测

贯穿式无心磨削静态成圆稳定性模型与实验验证

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制造技术与机床 2024年第7期 63-70页

作者：刘洋马可李晨光河海大学机电工程学院江苏常州213000

为了提升具体加工条件下贯穿式无心磨削试磨中设置参数配置效率,文章建立了反映磨削参数与各阶次谐波误差增长之间定量化关系的静态成圆稳定性模型并对其进行了数值仿真。首先以切入式无心磨削为研究对象,建立了静态成圆稳定性条件。然... 详细信息

为了提升具体加工条件下贯穿式无心磨削试磨中设置参数配置效率,文章建立了反映磨削参数与各阶次谐波误差增长之间定量化关系的静态成圆稳定性模型并对其进行了数值仿真。首先以切入式无心磨削为研究对象,建立了静态成圆稳定性条件。然后以工件与导轮之间的理想线接触为要求,在三维空间内对工件与磨削系统之间几何关系进行分析,并借助齐次坐标变换法将相关参量统一于同一坐标系中进行表征,以此推导出能够求解不同轴向位置处磨削角和工件与导轮接触角的数学表达式,并与切入式无心磨静态成圆稳定性条件相结合,由此建立了贯穿式无心磨削静态成圆稳定性模型。最后对稳定性模型进行了实验验证。实验结果显示,工件各阶次谐波幅值平均下降率与静态成圆稳定性模型计算的各阶次谐波稳定性值呈正相关。表明了模型可以有效预测出实际加工中各阶次谐波幅值的变化情况。

关键词：贯穿式无心磨削静态成圆稳定性谐波误差齐次坐标变换法

基于DEFORM-3D的纯铝快速冷却搅拌摩擦焊数值模拟和试验研究

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热加工工艺 2024年第13期53卷 79-84页

作者：刘露涛顾帛坤卢正达许楠宋亓宁包晔峰河海大学机电工程学院江苏常州213022

采用DEFORM-3D软件建立了A1050纯铝传统搅拌摩擦焊(FSW)和快速冷却FSW焊缝的有限元模型,分析了冷却介质对焊缝温度场和微观组织演变的影响规律,并采用电子背散射衍射技术对两种FSW试验的结果进行分析,以验证模拟结果。结果表明:在焊接... 详细信息

采用DEFORM-3D软件建立了A1050纯铝传统搅拌摩擦焊(FSW)和快速冷却FSW焊缝的有限元模型,分析了冷却介质对焊缝温度场和微观组织演变的影响规律,并采用电子背散射衍射技术对两种FSW试验的结果进行分析,以验证模拟结果。结果表明:在焊接过程中通过添加冷媒介质,快速冷却FSW的峰值温度较传统FSW明显降低,在搅拌头后方快速冷却FSW的温度梯度明显大于传统FSW。快速冷却FSW焊缝的晶粒尺寸减小、小角度晶界比例增加且位错密度更高。模拟结果与试验结果基本吻合。

关键词：纯铝搅拌摩擦焊温度场微观组织