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不同冷却条件下钛铝合金切削加工材料去除机理和加工表面完整性

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航空学报 2024年第13期45卷 210-228页

作者：王相宇王锦辉仇文豪牛金涛付秀丽乔阳济南大学机械工程学院济南250022

钛铝合金具有密度小、强度高、抗高温蠕变与抗氧化能力强等优势,在航天航空工业的应用前景广阔。但由于材料导热性能差、加工硬化严重、低温脆性,在切削加工中切削温度高,导致切削加工效率低、刀具寿命低和表面完整性差,限制了材料的应... 详细信息

钛铝合金具有密度小、强度高、抗高温蠕变与抗氧化能力强等优势,在航天航空工业的应用前景广阔。但由于材料导热性能差、加工硬化严重、低温脆性,在切削加工中切削温度高,导致切削加工效率低、刀具寿命低和表面完整性差,限制了材料的应用推广。针对钛铝合金切削温度高的问题,基于其力学性能对温度敏感的特性,在钛铝合金Ti-48Al-2Cr-2Nb材料力学性能、材料去除机理和切削加工表面完整性等方面开展了研究工作。通过霍普金森冲击剪切试验研究了材料在不同温度下的动态失效行为和断裂机理;通过有限元仿真和试验研究了不同冷却条件和切削参数下直角车削的切屑形貌及其形态演化,分析了材料去除机理;对材料进行了3种冷却条件下的端面车削试验,分析了表面粗糙度的变化规律;结合材料的断裂机理和片层组织断裂形式,揭示了微凹坑与微裂纹等表面缺陷的形成原因;结合切削力与切削温度分析了加工硬化程度与硬化层深度,揭示了硬度的变化原因。

关键词：冷却条件切削温度钛铝合金表面完整性材料去除机理

铜合金表面激光制备Ni60-WC-Cu涂层的显微组织与摩擦磨损性能

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中国有色金属学报 2024年第4期34卷 1252-1267页

作者：张振宇王守仁王高琦段旭楠赵鹏杨海宁济南大学机械工程学院济南250022

激光熔覆涂层是解决铜合金零件因摩擦磨损导致失效的一种方法,但铜合金由于其对激光能量的高反射性、高导热性,使得在铜合金表面进行激光制备涂层成为一个难题。本文在白铜基体表面制备了不同WC含量的Ni60-WC-Cu复合涂层,对涂层相结构... 详细信息

激光熔覆涂层是解决铜合金零件因摩擦磨损导致失效的一种方法,但铜合金由于其对激光能量的高反射性、高导热性,使得在铜合金表面进行激光制备涂层成为一个难题。本文在白铜基体表面制备了不同WC含量的Ni60-WC-Cu复合涂层,对涂层相结构、微观形貌和显微硬度进行分析,并通过摩擦磨损试验,研究了涂层的耐磨性及磨损机理。结果表明:涂层中的相主要为NiW,其峰值随着WC含量的增加而增大;WC含量在20%与25%时观察到熔覆区出现大量的胞晶、枝晶组织,涂层顶部出现团聚状硬质相;涂层硬度均高于基体,WC含量为25%涂层的平均硬度为908.4HV;涂层耐磨性优于铜合金基体,随着WC含量增加,涂层耐磨性逐渐提高并均优于基体,氧化磨损、疲劳磨损和磨粒磨损;WC含量为25%时,涂层表现出最好的耐腐蚀性能;WC含量为20%时,表现出良好的导电率。

关键词：激光熔覆铜合金复合涂层显微组织摩擦磨损

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超声滚压表面复合强化研究综述

表面技术 2024年第10期53卷 41-55,109页

作者：梁浩潘永智孙玉涵张艺嘉潘延安付秀丽济南大学机械工程学院济南250022

超声滚压技术通过位错的湮灭和产生将晶粒细化至纳米级,提高了材料硬度和耐磨损等性能。探讨了如何进一步提升材料的使役性能,通过将超声滚压与其他处理技术相结合形成复合加工工艺,克服单一超声滚压处理工艺的局限性,如超过塑性变形的... 详细信息

超声滚压技术通过位错的湮灭和产生将晶粒细化至纳米级,提高了材料硬度和耐磨损等性能。探讨了如何进一步提升材料的使役性能,通过将超声滚压与其他处理技术相结合形成复合加工工艺,克服单一超声滚压处理工艺的局限性,如超过塑性变形的极限或过度强化带来的起皱、开裂和压溃等。超声滚压表面复合强化技术作为特种复合加工工艺,在零件高性能表面制造中具有明显优势。根据超声滚压在复合工艺中的位置顺序,分别介绍了超声滚压前端强化、同步强化和后续强化3种加工类型。超声滚压前端复合加工技术主要包括超声滚压复合物理气相沉积技术和超声滚压复合离子注入技术等。在超声滚压同步强化方面,讨论了声电耦合和温度场辅助超声滚压对变形层厚度和摩擦磨损性能的影响。在超声滚压后续强化方面,介绍了涂层复合超声滚压技术,讨论了它对涂层裂纹、孔隙以及表面粗糙度的影响。此外,分析了超声滚压对复合强化过程中材料微观组织演化和塑性变形的作用机制,总结了这些技术在改善表面强化效果和满足复杂服役要求方面的研究现状。最后,展望了超声滚压复合强化技术的应用前景和发展方向,强调了它在提高材料使役性能方面的研究价值和目标。

关键词：超声滚压复合强化微观组织演化表面强化

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AP2铝硅合金超疏水表面的制备和耐腐蚀性研究

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表面技术 2024年第8期53卷 191-201,219页

作者：焦一帆王守仁王高琦张明远济南大学机械工程学院济南250022

目的针对AP2铝硅合金中相组织结构种类较为丰富的特点,通过化学刻蚀的方法,构建出层次丰富、耐腐蚀性强的超疏水表面结构。方法由于在不同刻蚀溶液中,所构建出的表面润湿性存在较大差距。因此采用正交设计的方法设计试验,找到最适宜的... 详细信息

目的针对AP2铝硅合金中相组织结构种类较为丰富的特点,通过化学刻蚀的方法,构建出层次丰富、耐腐蚀性强的超疏水表面结构。方法由于在不同刻蚀溶液中,所构建出的表面润湿性存在较大差距。因此采用正交设计的方法设计试验,找到最适宜的刻蚀浓度和反应时间。由于AP2铝硅合金中含量最多的Al与Si元素之间的固溶度低,NaOH溶液可以对主体α-Al相进行刻蚀,HCl溶液可以腐蚀Al、Cu、Mg、Si等元素形成的金属间相(IMPs)和共晶硅相,采用先碱后酸的刻蚀方法相比使用单一的刻蚀溶液推测能形成更丰富的触突结构。结果在0.25 mol/L NaOH溶液和9 mol/L HCl溶液中分别刻蚀60 s,在2%(质量分数)十七氟癸基三甲氧基硅烷(FAS-17)溶液表面改性的条件下,成功构建出了表面接触角为157°,滚动角为5.64°的超疏水表面。表面腐蚀电位由抛光后的−1.282 V提高到了超疏水表面制备完成后的–1.228 V,腐蚀速率由抛光后的1.07×10^(–4)A/cm^(2)降低到7.44×10^(–5)A/cm^(2),耐腐蚀性显著提高。结论制备的超疏水表面的耐腐蚀性有显著提高,为亚共晶铝硅合金材料在超疏水方向的应用提供了一定的参考。

关键词：铝硅合金先碱后酸超疏水化学刻蚀耐腐蚀

高频动态压电式压力传感器结构设计与实验研究

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西安交通大学学报 2024年第6期58卷 203-214页

作者：王桂从孟令源李映君刘源蔡思康济南大学机械工程学院济南250022

针对激波压力信号快速测量需求的提升,提出了一种基于压电效应的高频动态激波压力传感器结构形式及测量原理。通过分析激波信号的时频特性,确定高频动态压电式压力传感器的性能需求;采用高频动态压电式压力传感器的测量原理,对提出的激... 详细信息

针对激波压力信号快速测量需求的提升,提出了一种基于压电效应的高频动态激波压力传感器结构形式及测量原理。通过分析激波信号的时频特性,确定高频动态压电式压力传感器的性能需求;采用高频动态压电式压力传感器的测量原理,对提出的激波压力测量进行了分析;基于变形协调一致原则,建立了静力学和动力学模型,分析传感器结构参数对灵敏度和固有频率的影响规律;将优化后的传感器三维模型导入ANSYS中进行静力学、动力学和压电耦合分析,验证了传感器结构及其测量原理的可行性。通过准静态标定和动态标定实验,得到传感器的电压灵敏度、非线性度和固有频率等测量性能指标,实验结果表明:研制的高频动态压电式激波压力传感器样机具有高灵敏度3.19 mV/kPa、高固有频率特性95.625 Hz和短上升时间10.45μs特性,能够满足实际测试需求。

关键词：力学模型压力传感器激波标定实验压电陶瓷

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力学系统的任意阶分数维梯度表示

力学学报 2024年第8期56卷 2408-2414页

作者：齐皓晖王鹏济南大学土木建筑学院济南250022

梯度系统是一类重要的数学系统,其性质适用Lyapunov函数研究系统的平衡和稳定性.约束力学系统的稳定性研究具有重要应用价值.若约束力学系统可转化为梯度系统,则可利用梯度系统性质研究其稳定性.然而有些约束力学系统并没有梯度表示,如... 详细信息

梯度系统是一类重要的数学系统,其性质适用Lyapunov函数研究系统的平衡和稳定性.约束力学系统的稳定性研究具有重要应用价值.若约束力学系统可转化为梯度系统,则可利用梯度系统性质研究其稳定性.然而有些约束力学系统并没有梯度表示,如果可以将其拓展到分数阶情形,可为这类约束系统的稳定性研究提供新思路.目前关于约束力学系统的分数维梯度表示限于二阶梯度系统(分数阶导数的阶数α=2),对任意阶导数的梯度系统还未有报道,限制了其应用.不同以往限于力学系统的二阶分数维梯度表示,文章研究力学系统的一类新分数维梯度表示,即任意阶分数维梯度表示.首先建立系统的微分方程,进而给出了力学系统可以表示为任意阶(α为正整数或任意分数)的分数维梯度系统的条件及其任意阶分数维梯度形式,通常梯度系统和二阶分数维梯度系统是文章结果的特例,然后讨论结果的一般性,发现不同分数阶导数定义下同阶分数维梯度系统的阶数取值范围并不同.通过算例说明了结果的适用性.

关键词：任意阶分数维梯度系统非保守系统分数阶导数

KNbO_(3)纳米线/P(VDF–HFP)&PMMA复合薄膜的储能性质

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硅酸盐学报 2024年第4期52卷 1320-1325页

作者：郇宇王晓智彭博朱元娜济南大学材料科学与工程学院济南250022

高性能的铁电纳米材料经常被填充进聚合物,来提高聚合物电容器的储能性质。通过水热法合成了结晶性好、长径比高的KNbO_(3)纳米线,并与偏氟乙烯–六氟丙烯和聚甲基丙烯酸甲酯聚合物复合制备了复合薄膜。KNbO_(3)纳米线大幅度提高了复合... 详细信息

高性能的铁电纳米材料经常被填充进聚合物,来提高聚合物电容器的储能性质。通过水热法合成了结晶性好、长径比高的KNbO_(3)纳米线,并与偏氟乙烯–六氟丙烯和聚甲基丙烯酸甲酯聚合物复合制备了复合薄膜。KNbO_(3)纳米线大幅度提高了复合薄膜的极化强度,略微降低了复合薄膜的击穿场强。当KNbO_(3)纳米线的填充量为7.5%(质量分数)时,储能性能达到最优值,此时复合薄膜的储能密度为14.3 J/cm^(3),储能效率为72%。本工作证实KNbO_(3)纳米线填料可以有效增强复合薄膜的储能性质。

关键词：聚合物储能电容器纳米线铌酸钾铁电材料

粉煤灰-矿渣基免烧人造轻集料的制备及性能研究

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材料导报 2024年第13期38卷 146-154页

作者：黄京立侯杰郑沛祺王嘉伟陶文宏段广彬张秀芝济南大学材料科学与工程学院济南250022

为减轻对自然资源的开采,合理有效地利用粉煤灰(FA),本工作以FA和磨细粒化高炉矿渣(GGBFS)为原料制备了碱激发免烧人造轻集料(CAALA),研究了原材料配合比对CAALA的造粒效率、物理性能以及抗冻融性能的影响,并分析了CAALA的碱溶出。结果... 详细信息

为减轻对自然资源的开采,合理有效地利用粉煤灰(FA),本工作以FA和磨细粒化高炉矿渣(GGBFS)为原料制备了碱激发免烧人造轻集料(CAALA),研究了原材料配合比对CAALA的造粒效率、物理性能以及抗冻融性能的影响,并分析了CAALA的碱溶出。结果表明,FA掺量对CAALA的性能具有显著影响,当FA掺量增加,水化产物中C-A-S-H凝胶量减少,CAALA中有害孔(>200 nm)的占比增加;结合造粒效率与筒压强度,FA与GGBFS最佳质量比为1∶1,此时CAALA的造粒效率为92.01%、堆积密度为1072 kg/m^(3)、1 h吸水率为10.8%,筒压强度为14.65 MPa,24 h溶出液的pH为11.87,经过15次冻融循环后的质量损失率为3.34%,可供C30等级以下的非结构混凝土使用。

关键词：人造轻集料圆盘造粒机碱激发材料筒压强度耐久性

基于精英回溯-模拟退火混合算法的参数耦合变更路径优选

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机械工程学报 2024年第15期60卷 316-333页

作者：王殿熙杨波成保忠段明宇高常青济南大学机械工程学院济南250022

产品变更设计过程中参数的耦合变更不可避免,为顺利完成解耦,提高变更设计效率,提出一种基于精英回溯-模拟退火混合算法的参数耦合变更路径优选方法。首先,以产品参数及参数间的设计公式为节点,构建以零件为社区的产品参数复杂网络模型... 详细信息

产品变更设计过程中参数的耦合变更不可避免,为顺利完成解耦,提高变更设计效率,提出一种基于精英回溯-模拟退火混合算法的参数耦合变更路径优选方法。首先,以产品参数及参数间的设计公式为节点,构建以零件为社区的产品参数复杂网络模型,通过对模型中参数关联的分析,建立变更传播基本模型;对特征向量中心性算法进行改进,以计算参数变更传播指数,进而结合关联传播强度及成本系数量化参数变更传播代价。在此基础上,考虑参数变更过程中耦合情况的差异性,建立产品参数耦合变更的解耦模型,通过潜在解耦参数节点对耦合的衰减作用,解决参数耦合变更问题。然后,将精英回溯算法同模拟退火算法进行混合,以一定的概率接受其他潜在传播参数作为备选参数,通过变更回溯及路径重构优选变更传播代价最小的传播路径。最后,以某型号桥式起重机小车参数耦合变更为例验证了该方法的有效性。

关键词：参数耦合变更路径优选变更解耦模型变更传播代价精英回溯-模拟退火混合算法