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单向CFRP复合材料高速直角切削实验研究

机械工程学报 2024年

作者：徐捷冯平法乐祺中尚凯锋王昱天冯峰清华大学深圳国际研究生院清华大学机械工程系

直角切削试验是理解材料去除机理、验证理论模型的重要手段。然而，关于单向碳纤维增强复合材料(UD-CFRPs)的直角切削试验主要集中在低速和低中速，而现有的直线加速平台试验成本高昂，难以开展全因素分析试验。因此，本研究通过动静刚... 详细信息

直角切削试验是理解材料去除机理、验证理论模型的重要手段。然而，关于单向碳纤维增强复合材料(UD-CFRPs)的直角切削试验主要集中在低速和低中速，而现有的直线加速平台试验成本高昂，难以开展全因素分析试验。因此，本研究通过动静刚度分析、动平衡优化，在经典车床上搭建了可实现最高31.40 m/s的高速直角切削试验平台，并开展了不同钝圆半径、前后角以及切削速度的直角切削试验，重点分析了切削力、已加工表面和亚表面损伤行为在不同速度、每齿进给下的区别。结果表明：“速度效应”主要体现在切削力数值大小，对于不同前、后角以及钝圆半径的切削力、已加工表面趋势与现有结论趋势一致。另一方面，切削速度对亚表面损伤行为影响较为显著，纤维最大变形角度从8.2°逐渐减少到1.6°。本研究为高速直角切削机理研究、理论模型验证以及UD-CFRPs刀具结构优化提供了简易可靠的实验方法。

关键词：高速直角切削碳纤维增强复合材料切削力亚表面损伤已加工表面

机器人化装备测量-加工一体化技术现状及展望

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机器人 2024年第1期46卷 118-128页

作者：王卓群谢福贵解增辉刘辛军清华大学机械工程系北京100084 清华大学精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室北京100084

面对非结构化的加工场景以及多品种小批量复杂构件的定制化加工需求,机器人化装备需具备感知待加工件和加工场景的能力,对测量技术与加工技术的深度融合需求迫切,但目前尚无成熟的技术体系。本文围绕测量-加工一体化技术所涉及的测量数... 详细信息

面对非结构化的加工场景以及多品种小批量复杂构件的定制化加工需求,机器人化装备需具备感知待加工件和加工场景的能力,对测量技术与加工技术的深度融合需求迫切,但目前尚无成熟的技术体系。本文围绕测量-加工一体化技术所涉及的测量数据获取、加工特征提取、加工方案生成和末端闭环控制4项关键技术进行综述,总结了测量-加工一体化技术的现状与面临的技术挑战,对测量-加工一体化技术在构建跨尺度测量场、优化数据驱动方式、集成多功能测量、拓展智能化应用等方面的发展趋势进行了分析和探讨。

关键词：测量-加工一体化机器人化装备智能化加工跨尺度测量

NH_(3)/CH_(4)/CH_(3)OH多孔介质燃烧特性模拟研究

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中国电机工程学报 2024年第1期44卷 174-181,I0014页

作者：李亮张瑞方张扬张海热科学与动力工程重点实验室(清华大学能源与动力工程系) 北京市海淀区100084

氨(NH_(3))是一种无碳燃料,有望作为热能发电的替代燃料降低碳排放。多孔介质燃烧是一种可提高燃烧速率和稳定性的燃烧技术,实验表明其用于氨与反应性更强的燃料进行混燃可以同时提高燃烧强度和燃烧稳定性,但缺乏相应的模型研究。该文... 详细信息

氨(NH_(3))是一种无碳燃料,有望作为热能发电的替代燃料降低碳排放。多孔介质燃烧是一种可提高燃烧速率和稳定性的燃烧技术,实验表明其用于氨与反应性更强的燃料进行混燃可以同时提高燃烧强度和燃烧稳定性,但缺乏相应的模型研究。该文基于多孔介质导热强度高的特性,其内部燃烧满足一维假设,建立了一维多孔介质燃烧模型,对NH_(3)分别与甲烷(CH_(4))、甲醇(CH_(3)OH)掺混时的燃烧特性进行模型计算。计算结果显示多孔介质对两种混合燃料的作用不同,对于CH_(4)/NH_(3)燃料,多孔介质可以明显提高燃烧速率并降低富燃状态的NH_(3)残留;对于CH_(3)OH/NH_(3)燃料,提高燃烧速率和降低NH_(3)残留的效果较差;对两种混合燃料,可燃气体预混后直接送入多孔介质燃烧都增加一定的NOx排放,增加效果相同,而分级燃烧可以显著降低NOx排放。

关键词：多孔介质氨燃烧模拟研究燃烧速率 NOx排放

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黄河下游平滩流量的模拟方法

水利学报 2024年第7期55卷 791-801页

作者：吴保生沈逸马子普郑珊清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084 清华大学水利部水圈科学重点实验室北京100084 清华大学水利水电工程系北京100084 天津大学建筑工程学院天津300072

在黄河流域水沙变异背景下,准确计算黄河下游平滩流量对于河道冲淤趋势预测与悬河治理十分重要。本文在比较分析已有多个黄河下游平滩流量计算方法基础上,首先建立了考虑非汛期水沙条件影响的平滩流量滞后响应模型,再提出了基于滞后响... 详细信息

在黄河流域水沙变异背景下,准确计算黄河下游平滩流量对于河道冲淤趋势预测与悬河治理十分重要。本文在比较分析已有多个黄河下游平滩流量计算方法基础上,首先建立了考虑非汛期水沙条件影响的平滩流量滞后响应模型,再提出了基于滞后响应模型和能量法的平滩流量模拟方法,结果表明:(1)小浪底运行后非汛期水沙条件发生了重要改变,已有研究提出的三种黄河下游平滩流量计算方法中,滑动平均法、滞后响应模型、能量法均无法有效模拟2000年后的黄河下游河道平滩流量。(2)建立了考虑非汛期水沙条件影响的滞后响应模型,以反映小浪底水库运行以来非汛期来水来沙条件的影响,虽然提高了平滩流量的模拟精度,但平滩流量平衡值的计算公式中部分参数差异较大,结构形式不稳定。(3)借鉴能量法的优点,改进了平滩流量平衡值计算公式,改进后的平滩流量计算方法不仅可反映全年来水来沙的影响,而且可同时反映以床沙中值粒径为代表的床面阻力的影响,新方法不仅具有一定的理论基础,而且提高了平滩流量的模拟精度。

关键词：黄河下游平滩流量来水来沙床沙中值粒径滞后响应能量法

离散Boltzmann方程的求解:基于有限体积法

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物理学报 2024年第11期73卷 70-79页

作者：孙佳坤林传栋苏咸利谭志城陈亚楼明平剑中山大学中法核工程与技术学院珠海519082 清华大学能源与动力工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 新加坡国立大学机械工程系新加坡119260

近十年来,离散Boltzmann方法在复杂非平衡流体系统领域的应用取得了显著的进展,这种方法已逐步成为描述和预测流体系统行为的重要手段.该方法的控制方程是一套简单统一的离散Boltzmann方程,其离散格式的选取对于数值模拟的计算精度和稳... 详细信息

近十年来,离散Boltzmann方法在复杂非平衡流体系统领域的应用取得了显著的进展,这种方法已逐步成为描述和预测流体系统行为的重要手段.该方法的控制方程是一套简单统一的离散Boltzmann方程,其离散格式的选取对于数值模拟的计算精度和稳定性有着直接影响.为了提高数值模拟的可靠性,本文引入有限体积法用于求解离散Boltzmann方程.有限体积法是一种常用的数值计算方法,具有守恒性强、精度高等特点,可用于有效处理高速可压缩流体的数值计算问题.本文采用MUSCL格式进行重构,并引入了通量限制器以提高数值计算的稳定性.最后,对基于有限体积的离散Boltzmann方法进行了验证,数值算例包括冲击波、Lax激波管以及声波.结果表明,该方法能够准确刻画冲击波、稀疏波、声波,以及物质界面的演化,同时确保系统的质量、动量和能量守恒,还可以准确测量流体系统的流体力学和热力学非平衡效应.

关键词：离散Boltzmann方法有限体积法非平衡效应可压缩流

马尼拉俯冲带最大可能地震对南海诸岛的海啸灾害评估

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第4期64卷 612-618页

作者：赵广生牛小静清华大学水圈科学与水利水电工程全国重点实验室北京100084 清华大学水利部水圈科学重点实验室北京100084 清华大学水利水电工程系北京100084

马尼拉俯冲带是南海可能发生大型地震海啸的地质构造带,一旦发生大地震海啸将对南海沿岸和岛礁地区造成严重灾害。该文通过分析马尼拉俯冲带最大地震震级并模拟诱发海啸过程,评估在最大震级地震发生时南海岛礁面临的海啸危险性。研究综... 详细信息

马尼拉俯冲带是南海可能发生大型地震海啸的地质构造带,一旦发生大地震海啸将对南海沿岸和岛礁地区造成严重灾害。该文通过分析马尼拉俯冲带最大地震震级并模拟诱发海啸过程,评估在最大震级地震发生时南海岛礁面临的海啸危险性。研究综合考虑地震震中、震源深度和断层滑动非均匀性等因素对海啸的影响,模拟了最大震级条件下70万个可能的海啸情景。其中,基于GPS大地测量数据的俯冲带闭锁反演和历史地震数据,选取评估结果500年一遇地震震级8.9级作为最大可能地震。研究给出了南海主要岛礁在发生8.9级地震时的岸外海啸波高,结果表明:即使在同一震级下,海啸波高也有很大的随机性,东沙岛的海啸波高可从1.8 m增加到6.2 m。断层非均匀性对海啸波高影响显著,忽略断层非均匀滑动分布的传统模型会低估海啸波高约20%~50%。从空间分布来看,西沙宣德群岛的南沙洲、南岛和北岛,以及东沙群岛的海啸危险性最大,海啸波高超过4 m。

关键词：马尼拉俯冲带 TDEFNODE 断层闭锁南海诸岛海啸灾害评估

基于LIF对水包油型轻质油乳化液的分类识别

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光谱学与光谱分析 2024年第11期44卷 3064-3068页

作者：陈晓玉宁晓东李心怡杜雅欣孔德明燕山大学信息科学与工程学院电子与通讯工程系燕山大学电气工程学院仪器科学与工程系

海面溢油是海洋污染的重要形式之一，溢油在风化迁移过程中，形成如水包油，油包水，水包油包水等乳化液，其中水包油类型的乳化液受水分子的影响较大，荧光特性不突出，导致轻质油乳化液分类的困难，因此如何进行高效识别，对污染治理... 详细信息

海面溢油是海洋污染的重要形式之一，溢油在风化迁移过程中，形成如水包油，油包水，水包油包水等乳化液，其中水包油类型的乳化液受水分子的影响较大，荧光特性不突出，导致轻质油乳化液分类的困难，因此如何进行高效识别，对污染治理有重要意义。选取常见的几种轻质油分别与海水、乳化剂按照不同配比混合配置水包油类型的轻质油乳化液。采用实验室搭建的便捷激光诱导荧光(LIF)系统探测轻质油乳化液的荧光光谱。构建麻雀搜索算法(SSA)优化支持向量机(SVM)的分类模型(以下简称SSA-SVM),实现乳化阶段溢油的分类识别。采用主成分分析法(PCA)对荧光光谱进行降维，选取累计贡献率为99%的前三个主成分作为输入，轻质油的种类作为输出；采用SSA迭代得到SVM的最优参数，并构建SSA-SVM分类模型；最后将测试集样本代入到模型中进行分类识别，识别准确率为100%。该研究同时构建了粒子群算法(PSO)优化支持向量机模型(简称PSO-SVM)和遗传算法(GA)优化支持向量机模型(简称GA-SVM)作为对照，实验结果表明，SSA-SVM相比PSO-SVM和GA-SVM,测试集的轻质油乳化液分类识别准确率同比提升1.77%和3.04%;并且适应度曲线在第2代就达到最高，优于PSO的第4代和GA的第36代，收敛速度更快。采用激光诱导荧光技术实现了水包油类型的轻质油乳化液的分类识别，推进了海面溢油区域分类探测机理的发展；提出的SSA-SVM模型，为轻质油乳化液的分类识别研究提供了新思路。

关键词：激光诱导荧光麻雀搜索算法轻质油乳化液水包油支持向量机

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低温锂电池电解液的研究与应用

储能科学与技术 2024年第7期13卷 2224-2242页

作者：陆洋闫帅帅马骁刘誌章伟立刘凯清华大学化学工程系北京100084

随着电动汽车和消费电子领域的快速发展,由锂电池主导的现代新能源市场对电化学储能技术的性能要求愈发多元化。锂电池的有效工作温度范围是影响其实际应用的关键性能之一,但是在低温环境下,商用碳酸酯基电解液的电导率明显下降,黏度上... 详细信息

随着电动汽车和消费电子领域的快速发展,由锂电池主导的现代新能源市场对电化学储能技术的性能要求愈发多元化。锂电池的有效工作温度范围是影响其实际应用的关键性能之一,但是在低温环境下,商用碳酸酯基电解液的电导率明显下降,黏度上升,电极和电解液中锂离子的迁移变得困难,导致电池放电容量下降,循环寿命缩短,严重限制了锂电池的实际应用范围,因此,设计高性能的低温电解液用于提高锂电池低温性能是拓宽锂电池实际应用范围的关键。本文针对性分析了锂电池低温性能衰退的原因,从传统电解液优化和新型低温电解液两个方面综述了低温电解液的研究发展现状,归纳总结了低温电解液中有关溶剂、溶质、添加剂和溶剂化结构的相关研究。本文着重介绍了优化锂离子去溶剂化过程在低温电解液设计中的指导性意义,强调了微观溶剂化结构对理解低温下的界面和锂离子的迁移行为的关键作用,旨在从更全面的角度、更有效地指导未来低温电解液的设计,为低温环境下大容量储能系统研究提供借鉴。

关键词：锂离子电池锂金属电池低温电解液溶剂化结构

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双浮体直驱波浪发电装置建模分析与基于模型预测控制的能量提取算法研究

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电工技术学报 2024年第2期39卷 445-454页

作者：黄宣睿林泽川肖曦清华大学电机系北京100084

基于振荡浮体结构的直驱波浪发电装置具有损耗低、控制灵活等优点,近年来,逐渐成为波浪发电领域的研究热点。双浮体直驱波浪发电装置不需要海上固定平台,能够通过锚系结构在海水中工作,是一种工程可行的直驱波浪发电方案,但其动力学模... 详细信息

基于振荡浮体结构的直驱波浪发电装置具有损耗低、控制灵活等优点,近年来,逐渐成为波浪发电领域的研究热点。双浮体直驱波浪发电装置不需要海上固定平台,能够通过锚系结构在海水中工作,是一种工程可行的直驱波浪发电方案,但其动力学模型更为复杂,相关控制算法缺少实际装置测试。该文通过等效电路的方法对双浮体装置进行建模分析,指出采用张力锚结构可将双浮体装置等效为单浮体装置进行分析,简化控制器的分析与设计,从而建立基于模型预测控制的高效波浪能提取问题。提出一种结合波浪激励力辨识、预测与快速模型预测求解的控制算法,并且设计了双浮体直驱波浪发电装置,在不同波浪条件下进行了相关实验测试。实验结果表明,所提控制算法能够在有效降低运算复杂度的前提下提高装置的波浪能提取效率。

关键词：双浮体直驱波浪发电能量提取优化算法装置建模分析波浪水槽模型预测控制