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车载氢系统拓扑-尺寸多目标联合优化

机械设计与制造 2024年

作者：陈萌竹黄伟许恩永赵德平广西大学机械工程学院东风柳州汽车有限公司

为提升氢燃料卡车车载氢系统的性能，同时实现其轻量化，在建立有限元模型的基础上，开展有限元分析、拓扑-尺寸多目标联合优化。首先，依据GB/T 29126-2012和GB/T 26990-2011，进行六个方向8g冲击工况分析；然后，以设计区域单元密度... 详细信息

为提升氢燃料卡车车载氢系统的性能，同时实现其轻量化，在建立有限元模型的基础上，开展有限元分析、拓扑-尺寸多目标联合优化。首先，依据GB/T 29126-2012和GB/T 26990-2011，进行六个方向8g冲击工况分析；然后，以设计区域单元密度为设计变量，以六个工况的加权柔度最小为目标，以位移、应力及体积分数为约束，对框架材料分布进行拓扑优化，得到新构型车载氢系统；最后，通过相对灵敏度分析，以杆件厚度为变量，以质量为目标，以位移、应力及杆件尺寸上下限为约束，对新构型车载氢系统进行尺寸优化，得到满足强度和刚度的最小质量车载氢系统。结果表明，拓扑-尺寸联合优化后的车载氢系统较原结构，质量降低了9.95%，最大位移至高降低了23.27%，最大应力至高降低了11.45%，取得了较好的优化效果。研究结果为车载氢系统结构性能优化和轻量化设计提供重要参考。

关键词：车载氢系统冲击工况拓扑优化相对灵敏度尺寸优化

改性碳纤维-MoS_(2)复合涂层的高温摩擦学性能研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第4期44卷 482-493页

作者：高阳刘思思廖君慧赵鼎元刘金刚湘潭大学机械工程与力学学院湖南湘潭411105 湖南江滨机器(集团)有限责任公司湖南湘潭411100

为了改善高温下固体润滑复合涂层的稳定性,选择经过化学改性的纳米碳纤维对MoS_(2)涂料进行性能优化,制备添加不同比例的改性粉末的涂料.通过对粉末进行XPS、红外和形貌分析,表明碳纤维已经改性.借助CFT-I型高速往复摩擦磨损试验机分别... 详细信息

为了改善高温下固体润滑复合涂层的稳定性,选择经过化学改性的纳米碳纤维对MoS_(2)涂料进行性能优化,制备添加不同比例的改性粉末的涂料.通过对粉末进行XPS、红外和形貌分析,表明碳纤维已经改性.借助CFT-I型高速往复摩擦磨损试验机分别在不同温度条件下进行摩擦试验,利用超景深显微系统对不同条件涂层表面磨损的形貌进行观测,对磨损机理进行分析,探究添加量的最优比例.试验结果表明:在试验温度分别为20、50和100℃时,添加质量分数1.5%CF-GO(氧化石墨烯改性碳纤维)涂料制备的涂层耐磨性能均优于其他的添加比例的涂层.在干摩擦5 N载荷,试验温度为200℃时,添加质量分数1.5%CF-GO的涂层比未改性的涂层的磨痕深度、宽度分别减少66.1%、29.2%,涂层的耐磨性能有了很大的提高,进一步采用扫描电子显微镜(SEM)分析涂层的内部形貌可知,添加质量分数1.5%的CF-GO时,涂层内部形成清晰的网状结构,从而使得该比例下的涂层同时具有抗高温变形、耐磨以及耐热等优异的性能.

关键词：改性碳纤维二硫化钼复合涂层高温变形摩擦学性能

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碳纳米管-碳纤维增强二硫化钨/聚酰胺酰亚胺复合涂层摩擦学性能研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第8期44卷 1125-1135页

作者：赵鼎元刘思思廖君慧傅兵刘金刚湘潭大学机械工程与力学学院湖南湘潭411105 湖南江滨机器(集团)有限责任公司湖南湘潭411100

通过稀土接枝方法将碳纳米管(CNTs)接枝在碳纤维(CF)表面,得到碳纳米管-碳纤维(CNTs-CF)多尺度增强体;以聚酰胺酰亚胺(PAI)为粘结剂,二硫化钨(WS_(2))为固体润滑填料,制备了二硫化钨/聚酰胺酰亚胺(WS_(2)/PAI)复合涂料.在WS_(2)/PAI复... 详细信息

通过稀土接枝方法将碳纳米管(CNTs)接枝在碳纤维(CF)表面,得到碳纳米管-碳纤维(CNTs-CF)多尺度增强体;以聚酰胺酰亚胺(PAI)为粘结剂,二硫化钨(WS_(2))为固体润滑填料,制备了二硫化钨/聚酰胺酰亚胺(WS_(2)/PAI)复合涂料.在WS_(2)/PAI复合涂料中添加CNTs-CF,涂覆在铝合金样块表面形成碳纳米管-碳纤维增强二硫化钨/聚酰胺酰亚胺(CNTs-CF/WS_(2)/PAI)复合涂层.采用X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman spectra)和扫描电子显微镜(SEM)对CNTs-CF粉末进行表征;采用CFT-Ⅰ型材料表面性能综合测试仪和VH-2000C型超景深三维显微系统测试分析了不同试验条件下CNTs-CF对WS_(2)/PAI复合涂层摩擦学性能的影响.试验表明:在WS_(2)/PAI复合涂层中添加适量CNTs-CF能显著提高涂层材料的结合强度和耐磨性能,并一定程度上改善涂层的润滑效果.当CNTs-CF的质量分数为1.5%时,涂层的耐磨减摩性能最佳,在不同载荷下均表现出较低的摩擦系数和磨损率.CNTs-CF/WS_(2)/PAI复合涂层优异的摩擦学性能主要归因于WS_(2)的润滑作用、稀土Ce的桥接作用和CNTs-CF的增强作用.

关键词：碳纳米管碳纤维二硫化钨复合涂层摩擦学性能

超声振动辅助磨削CFRP复合材料薄管撕裂损伤研究

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中国机械工程 2024年第3期35卷 524-533,540页

作者：康仁科陆冰伟陈凯良李晟超戴晶滨董志刚鲍岩大连理工大学机械工程学院大连116024 上海复合材料科技有限公司上海201112

针对碳纤维增强复合材料(CFRP)薄管超声振动辅助磨削过程中存在撕裂损伤且形成原因不明确的问题,通过对M55J和T300复合材料薄管开展超声振动辅助磨削试验,探究了超声振幅、进给量及主轴转速对磨削力和撕裂尺寸的影响规律,通过对磨削过... 详细信息

针对碳纤维增强复合材料(CFRP)薄管超声振动辅助磨削过程中存在撕裂损伤且形成原因不明确的问题,通过对M55J和T300复合材料薄管开展超声振动辅助磨削试验,探究了超声振幅、进给量及主轴转速对磨削力和撕裂尺寸的影响规律,通过对磨削过程的受力分析和对最大未变形切屑厚度的计算,分析了撕裂位置的形成原因和撕裂尺寸的变化规律。结果表明:磨削力随超声振幅的增大而减小,随进给量的增大而增大,与主轴转速的关联性较小;撕裂易出现于CFRP薄管内壁,其长度与高度随超声振幅的增大而减小,随进给量的增大而增大,随主轴转速的增大而减小。

关键词：碳纤维增强复合材料薄管超声振动辅助磨削磨削力撕裂

微波等离子体飞行时间质谱仪研制及元素检测应用研究

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质谱学报 2024年第3期45卷 343-353,I0002页

作者：左凯代渐雄赵忠俊郭星段忆翔四川大学机械工程学院四川成都610065 成都艾立本科技有限公司四川成都611930

微波等离子体炬(microwave plasma torch,MPT)具有功耗低、操作方便、结构简单等优点,与质谱仪联用可快速分析元素。本文报道了一套自制的低功耗微波等离子体炬飞行时间质谱仪(MPT-TOF MS)及进样装置,并考察了维持气流速、载气流速、超... 详细信息

微波等离子体炬(microwave plasma torch,MPT)具有功耗低、操作方便、结构简单等优点,与质谱仪联用可快速分析元素。本文报道了一套自制的低功耗微波等离子体炬飞行时间质谱仪(MPT-TOF MS)及进样装置,并考察了维持气流速、载气流速、超截取锥电压、MPT炬焰位置及微波功率对元素检测的影响,系统地研究了该仪器的性能。结果表明,MPT-TOF MS具有耗气量少(氩维持气流速800 mL/min、氩载气流速400 mL/min、氮干燥气流速2000 mL/min)、离子源功耗低(100 W)的优势,且线性范围覆盖5个数量级,分辨率高,锂、钠、钾、铷和铯元素的检出限分别为0.49、3.05、1.31、0.74、0.34μg/L。该仪器可用于盐湖中锂、钠、钾、铷及铯碱金属元素的快速检测,是电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)元素检测方法的补充。

关键词：微波等离子体炬(MPT) 飞行时间质谱(TOF MS) 元素检测

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小尺寸零件的无标志点扫描测量方法

中国光学（中英文） 2024年第2期17卷 409-422页

作者：莫彩利王立忠任茂栋赵建博王森周皓骏新疆大学机械工程学院新疆乌鲁木齐830046 西安交通大学机械工程学院机械制造系统工程国家重点实验室陕西西安710049 新拓三维技术(西安)有限公司创新实验室陕西西安710086

小尺寸零件的表面积小、结构复杂,传统标志点拼接方法需要在零件表面人工粘贴标志点,导致表面的测量数据缺失出现孔洞。基于特征的点云拼接方法要求零件表面具有易区分的几何或距离特征,不适用于包含重复性特征的回转体零件。本文提出... 详细信息

小尺寸零件的表面积小、结构复杂,传统标志点拼接方法需要在零件表面人工粘贴标志点,导致表面的测量数据缺失出现孔洞。基于特征的点云拼接方法要求零件表面具有易区分的几何或距离特征,不适用于包含重复性特征的回转体零件。本文提出一种基于机械拼接的无标志点扫描测量方法,不需要粘贴标志点,不依赖于零件表面特征。首先,采用基于摄影测量的相机标定方法得到相机的高精度内外参数,重建标定板上靶点的高精度三维坐标,接着通过跟踪编码靶点的位置建立转台不同转角对应的旋转矩阵,进而解算出转轴方向向量和轴上定点坐标,实现转轴和相机的同步标定。在完成两个转轴位姿精确标定的基础上,利用转台转角构建旋转拼接矩阵,实现多视角点云粗配准。最后,基于法向迭代最近点算法(Normal Iterative Closest Point,NICP)完成点云的精配准。实验结果表明:使用靶点跟踪法标定后的两转轴夹角误差较传统的标准球拟合法低0.023°,标定后测量标准球的整体平均尺寸误差小于0.012 mm;在小尺寸零件自动化测量时,机械拼接方法在精配准后的点云拼接效果与标志点拼接方法相近,且拼接稳定性更高。机械拼接方法适用于无法粘贴标记点的小尺寸零件三维形貌测量场景。

关键词：结构光机械拼接小尺寸零件转轴标定 NICP算法

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新型行波离轴离子传输器的设计与表征

质谱学报 2024年第4期45卷 510-518,I0003页

作者：曾鹏宇何星亮郭星邓辅龙孙红恩吴斌赵忠俊段忆翔四川大学机械工程学院四川成都610044 成都艾立本科技有限公司四川成都611930

为滤除质谱系统中来自电喷雾电离源(ESI)的大量中性污染物和带电液滴,提高质谱系统的灵敏度、信噪比和耐用性,出现了一种基于行波堆叠环的离轴离子传输器。根据其结构特性,本研究设计了对应的行波射频耦合供电电源及测控系统。采用以太... 详细信息

为滤除质谱系统中来自电喷雾电离源(ESI)的大量中性污染物和带电液滴,提高质谱系统的灵敏度、信噪比和耐用性,出现了一种基于行波堆叠环的离轴离子传输器。根据其结构特性,本研究设计了对应的行波射频耦合供电电源及测控系统。采用以太网通讯协议控制现场可编程逻辑门阵列(FPGA)以实现全电路的信号控制和发生,通过12位模数转换器(ADC)和16位数模转换器(DAC)实现8通道行波幅值的监控,并设计双平面变压器耦合电路,在堆叠环上成功实现了行波提供轴向动能的效果。测试了硬件系统在离轴传输结构上的电参数稳定性和精度,结果表明:行波电源可控电压范围为0.1~100 V;行波电源脉冲频率范围为0~400 kHz;直流转直流(DC-DC)直流高压纹波小于0.03%;行波高低电压全量程检测绝对误差小于0.03 V;行波高低电压控制输出全量程绝对误差小于0.04 V;多通道射频峰峰值电压差小于1 V;行波上升下降时间均小于30 ns;射频和行波波形平滑,该电源系统能够满足堆叠环离轴传输器的电源设计要求。在粗真空下,采用利血平离子对离轴结构的性能进行测试,实验结果为行波堆叠环结构的离子传输和离轴分离提供了基本理解,对高信噪比质谱系统的研发具有重要价值。

关键词：质谱离轴离子传输器耦合电源

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碳纳米管对PDC热稳定性及力学性能的影响

稀有金属材料与工程 2024年第8期53卷 2321-2330页

作者：高中堂段迪彭腊梅丰德友王斌奇高志明西安科技大学机械工程学院陕西西安710054 陕西太合智能钻探有限公司陕西西安712000

由于现代石油、煤田开采的环境愈加复杂,对钻头的耐热性与抗冲击韧性提出了更高的要求。而聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)作为钻头工作的核心零部件,会直接影响钻头的使用寿命。在实际的工况中,PDC往往会以断... 详细信息

由于现代石油、煤田开采的环境愈加复杂,对钻头的耐热性与抗冲击韧性提出了更高的要求。而聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)作为钻头工作的核心零部件,会直接影响钻头的使用寿命。在实际的工况中,PDC往往会以断裂和耐热性差的形式失效。碳纳米管具有优异的力学性能、化学稳定性和热稳定性,将碳纳米管引入PDC层中,可以解决PDC中抗冲击韧性差、热稳定性差的问题。本研究采用碳纳米管作为PDC的增强相,在高压和高温(5.5 GPa和1300℃)的条件下制备PDC复合材料,烧结时间为90 s。对PDC复合材料的微观结构、元素分布、相组成进行了表征,分析了碳纳米管对复合材料力学性能和热稳定性的影响。结果表明,碳纳米管添加量为1.4%(质量分数)的PDC抗冲击韧性从400 J提升到550 J,比原始PDC的抗冲击韧性高37.5%,PDC复合材料抗冲击韧性的提高归因于碳纳米管在裂纹偏转过程中的拔出和桥接。碳纳米管添加量为1.6%的PDC耐热性从原始的704℃提高至813℃,摩擦系数从0.064降低到了0.048,磨耗比达到159.69×10^(4),比原始PDC提高了59.64×10^(4)。

关键词：聚晶金刚石复合片碳纳米管抗冲击韧性热稳定性摩擦系数

输出约束的有限时间自适应区间二型模糊输出反馈PMSM伺服控制

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控制与决策 2024年第4期39卷 1212-1222页

作者：刘晏李前胜姜彦辰王永富东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819 华能国际电力股份有限公司大连电厂辽宁大连116100

针对永磁同步电机驱动的伺服系统在不确定性摩擦和未知负载的影响下难以达到高精度的控制效果,提出一种基于区间二型模糊系统的带有输出约束的有限时间自适应输出反馈控制方案.首先,构建一个基于非线性扰动观测器的区间二型模糊状态观测... 详细信息

针对永磁同步电机驱动的伺服系统在不确定性摩擦和未知负载的影响下难以达到高精度的控制效果,提出一种基于区间二型模糊系统的带有输出约束的有限时间自适应输出反馈控制方案.首先,构建一个基于非线性扰动观测器的区间二型模糊状态观测器,分别完成对于未知扰动和速度的估计,区间二型模糊系统完成对于非线性摩擦的逼近;然后,在此基础上,结合滤波误差补偿机制和有限时间技术,引入障碍Lyapunov函数和反步控制技术设计输出约束的自适应区间二型模糊输出反馈控制器;最后,根据Lyapunov稳定性理论提出严格的稳定性分析,保证闭环系统的所有信号均是有限时间内有界的,并通过数值仿真和实验验证了所提出方法的有效性.

关键词：伺服系统区间二型模糊逻辑系统障碍Lyapunov 自适应反步控制永磁同步电机有限时间控制