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基于分子动力学模拟的挤压铸造工艺参数研究

热加工工艺 2024年

作者：邓建新黄海宾王令广西大学广西制造系统与先进制造技术重点实验室广西大学机械工程学院

挤压铸造工艺参数设计是挤压铸造的关键，目前主要通过物理实验和数值模拟来确定，成本高，效率低，不便于观察微观机理。结合分子动力学解释微观机理的独特优势，建立了基于分子动力学的挤压铸造成形机理模拟方法，构建了7075铝合金多... 详细信息

挤压铸造工艺参数设计是挤压铸造的关键，目前主要通过物理实验和数值模拟来确定，成本高，效率低，不便于观察微观机理。结合分子动力学解释微观机理的独特优势，建立了基于分子动力学的挤压铸造成形机理模拟方法，构建了7075铝合金多晶体分子铸造模型，使用分子动力学软件模拟该铝合金挤的压铸造成形过程，从微观角度研究了工艺参数对铸件性能和微观结构的影响，并得到最佳工艺参数。研究结果可为挤压铸造工艺参数设计及其材料选择提供新方法，节省大量设计时间和资源。

关键词：挤压铸造工艺参数分子动力学 7系铝合金挤压压力

石墨烯/氮化镓异质结构界面热输运性质的分子动力学研究

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物理学报 2024年

作者：刘东静周福胡志亮黄家强广西制造系统与先进制造技术重点实验室桂林电子科技大学机电工程学院

异质结构界面热输运的性能决定微纳米器件工作的可靠性。本文采用分子动力学方法，研究石墨烯/氮化镓三明治结构异质界面的热输运特性，分析温度、缺陷以及尺寸对异质结构界面热导的影响。研究发现，随着温度的升高，界面热导增加；当... 详细信息

异质结构界面热输运的性能决定微纳米器件工作的可靠性。本文采用分子动力学方法，研究石墨烯/氮化镓三明治结构异质界面的热输运特性，分析温度、缺陷以及尺寸对异质结构界面热导的影响。研究发现，随着温度的升高，界面热导增加；当温度为1100 K时，三层石墨烯异质结构的界面热导增加61%，分析认为这主要是温度增加导致晶格振动增加，进而激发更多的平面外声子。氮化镓中的少量空位缺陷导致界面热导增加，当缺陷率为20%时，界面热导达到最大值0.0357 GW/(m2·K)，分析认为缺陷会增加额外的热输运通道；随后界面热导开始降低，分析认为缺陷率增大导致界面耦合强度降低。随着氮化镓层数从8层到24层的增加，界面热导下降，计算声子模态发现参与界面热输运声子数量减少；而石墨烯从2层到6层时，界面热导先上升后下降，分析认为这是与声子匹配和耦合强度的初期提高和后期声子散射及局部化增加有关。该研究结果为调控微电子器件界面热输运提供理论依据。

关键词：异质结构界面热导空位缺陷尺寸效应

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模拟口腔环境下脂肪对沙拉酱顺滑感的影响

中国食品学报 2022年第12期22卷 165-173页

作者：王亮钱善华丁宗如倪自丰卞达江南大学机械工程学院江苏无锡214122 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室江苏无锡214122

脂肪对维持沙拉酱良好的品质发挥关键的作用,其含量变化影响沙拉酱的质构特性。摩擦测试是用于评价食品部分质构属性的常用方法。为弄清脂肪含量对沙拉酱顺滑感的影响,对不同脂肪含量的市售沙拉酱进行粒径和质构剖面分析(TPA),在聚二甲... 详细信息

脂肪对维持沙拉酱良好的品质发挥关键的作用,其含量变化影响沙拉酱的质构特性。摩擦测试是用于评价食品部分质构属性的常用方法。为弄清脂肪含量对沙拉酱顺滑感的影响,对不同脂肪含量的市售沙拉酱进行粒径和质构剖面分析(TPA),在聚二甲基硅氧烷(PDMS)及模拟唾液所构建的模拟口腔环境摩擦副上研究其摩擦性能。结果表明,沙拉酱的粒径随脂肪含量的降低而增大,与其摩擦性能显著相关(P<0.05),与TPA参数和摩擦性能无显著的关联性。在唾液作用下,高脂沙拉酱平均摩擦系数显著低于低脂沙拉酱,且随脂肪含量的增加,沙拉酱的摩擦系数总体上呈线性降低;选择合适的工况参数更有利于表征沙拉酱顺滑感的差异。研究结果将为低脂沙拉酱及同类健康食品的研发提供参考。

关键词：沙拉酱脂肪含量食品质构颗粒尺寸摩擦系数

各向异性超弹性的皮肤本构模型参数识别方法研究

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应用力学学报 2022年

作者：温广全纪小刚李华彬孙榕江南大学机械工程学院江苏省食品先进制造装备技术重点实验室

通过力学建模方法对病人皮肤组织疾病进行诊断、评估和治疗，需要准确识别皮肤组织的力学性能。为此，提出了一种运用自适应模拟退火优化算法结合代理模型技术的皮肤组织本构参数识别方法。首先，采用有限元方法模拟皮肤单轴拉伸试验，...

通过力学建模方法对病人皮肤组织疾病进行诊断、评估和治疗，需要准确识别皮肤组织的力学性能。为此，提出了一种运用自适应模拟退火优化算法结合代理模型技术的皮肤组织本构参数识别方法。首先，采用有限元方法模拟皮肤单轴拉伸试验，获取不同参数组合下，皮肤组织的数值计算力学响应数据。为提高参数识别的计算效率，分别构建了响应面模型、克里金模型、椭球基神经网络三种代理模型来代替重复的仿真计算过程，并采用决定系数R对三种代理模型的拟合精度进行校验。最后，利用自适应模拟退火优化算法，以试验曲线与数值计算曲线均方根误差最小为优化目标，通过反演识别出了与普通家猪腹肋部皮肤组织单轴拉伸试验结果最匹配的本构参数：C=0.1401MPa、k=24.51MPa、k=0.4961、κ=0.3171、φ=13.86°。结果表明，椭球基神经网络模型更适合拟合皮肤本构模型参数与应力应变响应间的非线性关系。对比识别出的数值计算曲线与试验曲线，表明自适应模拟退火算法结合代理模型技术是识别皮肤组织各向异性超弹性本构参数的快速、可靠方法。

关键词：

球磨时间对Ti-13Nb-5Sn牙科合金耐蚀与耐磨性能的影响

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材料工程 2022年

作者：颉芳霞陆东兴黄家兵张文成孙琪超何雪明江苏省食品先进制造装备技术重点实验室江南大学机械工程学院

采用粉末冶金法制备了Ti-13Nb-5Sn牙科合金，研究了不同球磨时间(3、12、24、48 h)对粉末特性、材料微观结构、电化学腐蚀和摩擦学行为的影响规律。结果表明，随着球磨时间从3 h增加至48 h，粉末形貌由大块状逐渐变成细小颗粒，部分Nb... 详细信息

采用粉末冶金法制备了Ti-13Nb-5Sn牙科合金，研究了不同球磨时间(3、12、24、48 h)对粉末特性、材料微观结构、电化学腐蚀和摩擦学行为的影响规律。结果表明，随着球磨时间从3 h增加至48 h，粉末形貌由大块状逐渐变成细小颗粒，部分Nb和Sn原子扩散到Ti晶格中，形成了一定体积的Ti(Nb)和Ti(NbSn)固溶体；等轴α-Ti减少变为柱状的晶界α-Ti，网篮组织变为魏氏组织；动电位极化曲线显示，合金在人工唾液(AS)和模拟体液(SBF)中的腐蚀电位(E)和极化电阻(R)呈上升趋势，腐蚀电流密度(I)呈下降趋势，α-Ti减少，β-Ti增多，使得合金耐腐蚀性变好；合金的硬度升高，而摩擦因数、磨痕深度和磨损率逐渐降低，细化粉末在烧结中会产生更多的晶界，使得合金的耐磨性变好。机械合金化结合模压烧结制备的Ti-13Nb-5Sn合金显示了良好的耐蚀与耐磨性能，在牙科领域具有潜在的应用前景。

关键词：钛合金机械合金化微观组织耐腐蚀性耐磨性

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基于植物纤维的食品包装疏水化研究进展

中国食品学报 2022年第3期22卷 388-396页

作者：王飞杰王利强张新昌江南大学机械工程学院江苏无锡214122 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室江苏无锡214122

石油基化合物有良好的防水性,然而废弃物难降解。纤维素具有质量轻、可降解以及高表面积等优点,在食品包装领域受到广泛关注,然而其自身结构特性导致亲水性强,使应用范围受限。本文主要对近年的疏水食品包装进行研究,通过化学和物理处... 详细信息

石油基化合物有良好的防水性,然而废弃物难降解。纤维素具有质量轻、可降解以及高表面积等优点,在食品包装领域受到广泛关注,然而其自身结构特性导致亲水性强,使应用范围受限。本文主要对近年的疏水食品包装进行研究,通过化学和物理处理以诱导纤维表面疏水改性方式分别进行归纳总结,为扩大纤维素的疏水研究提供参考。

关键词：纤维疏水化学改性物理改性

柔性压电宏纤维致动器的偏置迟滞建模及前馈线性化控制

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振动工程学报 2024年

作者：沈佳乐娄军强柳丽李国平陈海荣魏燕定浙江大学浙江省先进制造技术重点研究实验室宁波大学机械工程与力学学院

柔性压电宏纤维（Macro Fiber Composite, MFC）具有柔性好且驱动精度高等优点，在仿生驱动控制领域应用广泛，但是MFC固有的偏置迟滞和复合多相特性对其致动精度及控制带来不利影响。建立了由多项式和Prandtl-Ishlinskii (PI)模型级联... 详细信息

柔性压电宏纤维（Macro Fiber Composite, MFC）具有柔性好且驱动精度高等优点，在仿生驱动控制领域应用广泛，但是MFC固有的偏置迟滞和复合多相特性对其致动精度及控制带来不利影响。建立了由多项式和Prandtl-Ishlinskii (PI)模型级联加权的多项式PI(Polynomial Prandtl–Ishlinskii, PPI)迟滞模型；并基于多项式一阶导数的正负一致性，提出了保证各阶多项式算子任意时间序列单调变化的解析约束表达式，保证了PPI逆模型解的唯一性。实验结果表明PPI模型能够准确描述MFC的双极性偏置迟滞特性，且MFC迟滞环的拟合相对误差由11.82%（经典PI模型）降至2.09%(PPI模型)。基于PPI逆模型前馈线性化控制器，柔性MFC致动器跟踪等幅和变幅轨迹的实测结果与期望轨迹基本重合，增强了柔性压电宏纤维致动器的驱动性能与跟踪精度，验证了所提出PPI模型的有效性。

关键词：柔性压电宏纤维双极性偏置迟滞多项式前馈线性化

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面向口腔软接触的蔗糖溶液润滑特性研究

食品科学技术学报 2022年第5期40卷 120-128页

作者：丁宗如钱善华王亮周帅帅卞达江南大学机械工程学院江苏无锡214122 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室江苏无锡214122

低摩擦特性的饮品具有较好的顺滑感和吞咽的舒适性,而蔗糖是常见饮品的主要成分,口腔环境下蔗糖溶液的润滑特性研究将有助于发现低摩擦饮品的影响因素。配制6组不同质量分数的蔗糖溶液,开展蔗糖溶液黏度随剪切速率的变化试验;通过聚二... 详细信息

低摩擦特性的饮品具有较好的顺滑感和吞咽的舒适性,而蔗糖是常见饮品的主要成分,口腔环境下蔗糖溶液的润滑特性研究将有助于发现低摩擦饮品的影响因素。配制6组不同质量分数的蔗糖溶液,开展蔗糖溶液黏度随剪切速率的变化试验;通过聚二甲基硅氧烷制备球-盘的软接触摩擦副,对蔗糖溶液的润滑特性进行研究;建立口腔软接触的滑移模型,将滑移模型中摩擦系数结果与同等条件下试验结果对比。研究结果表明:6组蔗糖溶液近似为牛顿流体,且随着蔗糖质量分数的增加,溶液黏度也逐渐升高;蔗糖溶液的润滑性能与速黏积(uη)密切相关,随着uη的增加,蔗糖溶液的平均摩擦系数经历了先稳定后减小再增加的变化,属于Stribeck曲线的典型特性,uη在0.001~0.010 Pa·m时,蔗糖溶液有较低的摩擦系数;软接触滑移模型能够获得光滑和粗糙表面条件下蔗糖溶液在流体润滑区域内润滑性能,并验证同等工况参数下部分试验结果的有效性。研究结果旨在为口腔环境下流体食品润滑状态的判别和饮品的研发提供技术参考。

关键词：口腔软接触润滑区域速黏积摩擦系数滑移模型

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压裂酸化井口管道模拟

装备制造技术 2022年第9期 92-94页

作者：徐婷婷丁智超戴兵江苏腾龙石化机械有限公司江苏盐城224000 淮阴工学院江苏省先进制造技术重点实验室江苏淮安223003

压裂酸化井口为油田采油地面重要设施,其整体性能直接影响油气开采成本及质量,作为油气井重要的地上采油气装置,其在高压环境下常出现井口内管道冲蚀现象,严重影响油气井生产安全。压裂井口通道作为压裂液的主要流通通道,承载着介质双... 详细信息

压裂酸化井口为油田采油地面重要设施,其整体性能直接影响油气开采成本及质量,作为油气井重要的地上采油气装置,其在高压环境下常出现井口内管道冲蚀现象,严重影响油气井生产安全。压裂井口通道作为压裂液的主要流通通道,承载着介质双向流动,保证其在高压情况下可靠工作。而井口中阀体连接处因管道内壁发生变化使得其通道内常出现通道连接处的破裂甚至穿孔,影响井口设备的使用效率,因此需要对高压管道连接部件进行失效分析。通过对一种高压压裂酸化井口装置阀体连接处管道进行分析,利用solidworks软件进行三维建模,并运用workbenchfluent软件进行模拟仿真分析,根据其具体使用工况建立三维模型模拟验证,得到其模拟速度和压力云图,模拟结果实现其对压力集中点易造成磨损的具体位置可视化。结果显示,管道连接处高速流体集中在管道中间,且呈现均匀分布,流体高压力出现管道连接处和前端、且压力点较为集中,以上结果对后期井口装置管道连接处密封和保护起到一定借鉴作用。

关键词：压裂酸化井口模拟分析流体压力