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多材复合高温基线密封件的研究进展

复合材料学报 2024年第7期41卷 3453-3466页

作者：魏雨函曾琴白鸿柏薛新福州大学机械工程及自动化学院福州350116

多材复合高温基线密封件是一种集隔热芯材、金属编织弹簧管和陶瓷纤维编织管于一体的新型多孔复合结构材料,在动载荷作用下具有柔性、耐高温、耐磨和密封等多功能优异性能,尤其对提高新一代高速飞行器热端部件的综合性能上起到关键性作... 详细信息

多材复合高温基线密封件是一种集隔热芯材、金属编织弹簧管和陶瓷纤维编织管于一体的新型多孔复合结构材料,在动载荷作用下具有柔性、耐高温、耐磨和密封等多功能优异性能,尤其对提高新一代高速飞行器热端部件的综合性能上起到关键性作用。它综合利用了内层隔热芯材的热防护、中间层高温合金编织弹簧管的弹性回复和外层陶瓷纤维管的耐热、耐磨等各自的性能优势。然而,由于各基材结构和性能之间的差异性,多材混杂结构与整体性能调控之间的内在联系尚不明确。基于此,首先介绍了多材复合高温基线密封件各组成材料特性及其制备工艺;其次,对现有高温基线密封件的理论和数值模型等研究方法进行梳理和归纳;再次,阐述了多材复合高温基线密封件在关键制备工艺和高温动载荷服役过程中存在的主要技术挑战;最后,对多材复合高温基线密封件的研究发展趋势和潜在工程应用进行了展望。

关键词：高温基线密封动密封制备工艺弹性行为耐磨

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TC4钛合金材料铣削加工分析及参数优化

吉林大学学报（工学版） 2024年第4期54卷 917-925页

作者：巩亚东丁明祥李响田近民东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819

为探究加工TC4钛合金材料时铣削加工参数对铣削力及材料去除率的影响规律并寻求最佳参数组合,基于正交实验方法设计实验,采用四刃球头铣刀进行侧铣实验。以铣削速度、每齿进给量、铣削深度和铣削宽度为变量,以铣削力和材料去除率为评价... 详细信息

为探究加工TC4钛合金材料时铣削加工参数对铣削力及材料去除率的影响规律并寻求最佳参数组合,基于正交实验方法设计实验,采用四刃球头铣刀进行侧铣实验。以铣削速度、每齿进给量、铣削深度和铣削宽度为变量,以铣削力和材料去除率为评价指标,基于极差分析法,揭示加工参数对铣削力和材料去除率的影响规律。分别采用灰色关联分析法(GRA)和粒子群优化(PSO)算法进行参数优化,基于回归分析方法建立铣削力预测模型,为PSO做准备。最后,经过试验验证,对两种优化方法进行对比分析,并对预测模型进行验证。结果表明,本文所建立的预测模型可准确高效地对铣削力进行预测,PSO优化效果更好。

关键词：机械制造钛合金铣削力材料去除率灰色关联分析粒子群优化

光纤陀螺仪光纤尾纤装配动力学建模仿真与应力计算方法

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计算机集成制造系统 2024年第9期30卷 3050-3060页

作者：孙媛陈昊敖晓辉孟军峰吕乃静刘检华龙娅杨娅姣夏焕雄北京航天时代光电科技有限公司北方工业大学机械与材料工程学院北京理工大学机械与车辆学院北京邮电大学智能工程与自动化学院

光纤陀螺仪(FOG)中光纤尾纤的装配主要依靠工人手工完成，装配应力控制凭借人工经验，一致性难以保障。针对光纤装配应力定量控制的难题，提出一种基于离散微分几何理论的光纤动力学建模仿真方法。首先，基于离散微分几何理论建立了光... 详细信息

光纤陀螺仪(FOG)中光纤尾纤的装配主要依靠工人手工完成，装配应力控制凭借人工经验，一致性难以保障。针对光纤装配应力定量控制的难题，提出一种基于离散微分几何理论的光纤动力学建模仿真方法。首先，基于离散微分几何理论建立了光纤运动学框架，并由弹性势能推导了包含拉伸、弯曲和扭转变形的光纤动力学方程以及应力计算方法。其次，提出了基于Newmark隐式算法的光纤动力学方程数值求解方法，并设计了光纤在装配过程中与周围物体的碰撞检测与响应策略。随后，进行了光纤圆周布设和弯扭变形的仿真测试。结果表明，光纤控制端与固定端之间的自由长度越短，光纤圆周布设的位置越精确；光纤截面半径越大，在同样的扭转角下光纤产生的弯扭变形程度越大。最后，设计了一种光纤陀螺仪装配布局，并通过动力学仿真得到了光纤装配过程的应力分布及最大应力变化，为陀螺仪光路低应力装配与路径规划提供了理论支撑。

关键词：光纤陀螺仪光纤尾纤动力学模型离散微分几何应力计算

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热处理时间对电子束制造Ti6Al4V合金腐蚀性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第2期53卷 357-364页

作者：黄俊媛张伟北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

通过1、3、5、7和9 h的热处理加工电子束制备的Ti6Al4V样品,进行Tafel和电化学阻抗谱实验,讨论样品电化学腐蚀行为及机理。通过分析腐蚀性能的变化机理,发现晶向越多,小角度晶界占比越大,晶粒直径越大,耐腐蚀性能越好。热处理5 h的样品... 详细信息

通过1、3、5、7和9 h的热处理加工电子束制备的Ti6Al4V样品,进行Tafel和电化学阻抗谱实验,讨论样品电化学腐蚀行为及机理。通过分析腐蚀性能的变化机理,发现晶向越多,小角度晶界占比越大,晶粒直径越大,耐腐蚀性能越好。热处理5 h的样品呈现最均匀的晶向,小角度晶界占比最大为56.2%,晶粒截距5.252μm,此时耐腐蚀性能最好,腐蚀电流为0.037μA/cm^(2)。

关键词： Ti6Al4V 电子束选区熔化耐腐蚀性能晶相晶体结构

基于骨架线特征识别的激光选区熔化区域性能匹配成形方法

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机械工程学报 2024年第15期 272-282页

作者：何骏驰张李超王森林汤名锴史玉升华中科技大学材料科学与工程学院武汉科技大学机械自动化学院

对于激光选区熔化成形存在如薄壁和尖角等特征区域的零件，不同特征区域在真实服役场景下的性能需求和与之匹配的最佳工艺策略不尽相同。针对现有激光选区熔化工艺规划及加工软件中缺乏支持各类特征区域提取并匹配不同工艺策略的情况，... 详细信息

对于激光选区熔化成形存在如薄壁和尖角等特征区域的零件，不同特征区域在真实服役场景下的性能需求和与之匹配的最佳工艺策略不尽相同。针对现有激光选区熔化工艺规划及加工软件中缺乏支持各类特征区域提取并匹配不同工艺策略的情况，提出一种基于骨架线特征识别的激光选区熔化区域性能匹配成形方法，实现薄壁、尖角和大平面等区域匹配性能需求工艺策略的一体化成形。通过仿真或实验确定各特征区域的性能需求，再提取切片轮廓的主骨架线，并依据其特征对切片轮廓进行区域划分，同时通过工艺数据库确定匹配各区域性能需求的工艺策略，将匹配性能需求的工艺策略赋予相应区域并打印成形零件。使用Ti6Al4V材料打印航空航天中常用的叶轮零件等比例缩小模型进行实验，确定叶轮的性能需求为中心处所需抗拉强度大和叶片处所需塑性好，提取叶轮切片轮廓并设置分区参数从而划分叶轮中心处和叶片处，然后将实验得到的工艺策略分别赋予叶轮中心处和叶片处并打印成形零件，最后对两处的微观组织进行分析，验证了方法的可行性。本项目所提出的基于骨架线特征识别的SLM区域性能匹配成形方法可有效实现区域性能可调控零件的一体化制造，使零件在服役过程满足不同区域对性能的差异化需求，为高性能零件一体化成形提供有效手段。

关键词：激光选区熔化骨架线特征识别成形方法

电弧熔丝增材制造传热传质数值模拟研究现状与展望

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机械工程学报 2024年第8期60卷 65-80页

作者：张云舒吴斌涛赵昀丁东红潘增喜李会军宁夏大学材料与新能源学院银川750021 江苏自动化研究所连云港222006 南京工业大学机械与动力工程学院南京211816 伍伦贡大学机械、材料、机电与生物工程学院澳大利亚伍伦贡2522

电弧熔丝增材制造具有设备成本低、制造效率高等特点,在航空航天、舰船、武器装备等领域具备广阔的应用前景。在复杂热循环的条件下,电弧行为、熔滴过渡、熔池流动与凝固以及沉积内部热积累效应等因素的耦合作用是决定结构成形与质量的... 详细信息

电弧熔丝增材制造具有设备成本低、制造效率高等特点,在航空航天、舰船、武器装备等领域具备广阔的应用前景。在复杂热循环的条件下,电弧行为、熔滴过渡、熔池流动与凝固以及沉积内部热积累效应等因素的耦合作用是决定结构成形与质量的关键,也是实现控形控性的理论基础。基于电弧熔丝增材制造的物理过程数值模拟研究现状,综述了不同热源类型电弧增材制造工艺过程中的物理机制,揭示了不同沉积过程传热传质行为的内在关联与区别。在此基础上,概述了常见形貌缺陷的形成机理、影响因素与其抑制策略,总结了不同主动控热控形控性方法的机制与特点,探讨了当前电弧熔丝增材制造传热传质数值模拟过程中存在的主要问题,并对其未来发展应用提出了思考与建议。

关键词：电弧熔丝增材制造数值模型传热传质形貌缺陷控热控形控性

功能梯度石墨烯增强多孔复合材料阶梯圆柱壳的振动特性

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振动与冲击 2024年第7期43卷 317-326页

作者：徐宏达王宇徐自强贾小羽于晓光辽宁科技大学机械工程与自动化学院辽宁鞍山114051

对功能梯度石墨烯增强多孔复合材料(FG-GPLRPC)阶梯圆柱壳的振动特性进行了研究。首先,采用Halpin-Tsai微观力学模型以及开胞体理论得到FG-GPLRPC阶梯圆柱壳的有效材料属性。其次,基于一阶剪切变形理论和惩罚参数法推导出壳体结构的能... 详细信息

对功能梯度石墨烯增强多孔复合材料(FG-GPLRPC)阶梯圆柱壳的振动特性进行了研究。首先,采用Halpin-Tsai微观力学模型以及开胞体理论得到FG-GPLRPC阶梯圆柱壳的有效材料属性。其次,基于一阶剪切变形理论和惩罚参数法推导出壳体结构的能量表达式。最后,采用Jacobi-Ritz法建立壳体结构的振动控制方程,并求得结构的无量纲频率,验证了方法的有效性和正确性。结果表明,石墨烯质量分数、孔隙系数和边界弹簧刚度值对振动特性的影响显著,层数对振动特性的影响较小,尺寸参数对振动特性的影响不同,并得到了壳体频率随周向波数先减小后增大的变化规律。

关键词：石墨烯增强多孔复合材料阶梯圆柱壳一阶剪切变形理论 Jacobi-Ritz法

Fe-3%Si合金薄带连铸板热处理过程层状异构组织演变的相场模拟研究

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材料导报 2024年第11期38卷 229-235页

作者：杨玉芳胡晋龙刘永博王明涛沈阳工学院机械工程与自动化学院辽宁抚顺113122 东北大学材料科学与工程学院沈阳110819

本研究基于Fe-3%Si合金铸轧板材组织特征,构建了不同类型柱状晶/等轴晶层状异构组织相场模型,实现了界面曲率为驱动力的情况下层状异构组织的高温粗化过程模拟,量化分析了层状异构特征对铸轧组织演化过程的影响规律。研究表明,由于晶粒... 详细信息

本研究基于Fe-3%Si合金铸轧板材组织特征,构建了不同类型柱状晶/等轴晶层状异构组织相场模型,实现了界面曲率为驱动力的情况下层状异构组织的高温粗化过程模拟,量化分析了层状异构特征对铸轧组织演化过程的影响规律。研究表明,由于晶粒长径比对晶粒尖端曲率的影响,当初始状态下柱状晶长径比较高时,在界面曲率的驱动下最终会形成等轴化的多晶组织;反之则等轴化程度减小。明确了不同类型异构组织演化特征,相同退火时间下组织的等轴化程度受其层状异构特征的影响,这一现象的本质是等轴晶通过自身演化引起柱状晶两端曲率变化,诱发柱状晶间的相互“吞噬”并发生等轴化,柱状晶则在部分结构的组织中生长至带钢表面后停止生长,最终保持柱状特征。本研究进一步加深了对铸态薄带中初始凝固组织在后续热处理时演化过程的认识,对硅钢制备工艺优化具有重要的理论指导意义和实际应用价值。

关键词： Fe-3%Si合金薄带连铸相场模拟组织演化

一种高精度四辊板带材轧机支撑辊偏心辨识的研究

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机械设计与制造 2024年第3期 205-208,213页

作者：王哲英马明旭钟山虞丁修梧州学院机械与材料工程学院广西梧州543002 东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

板带轧机中上下支撑辊偏心信号是较为典型的一种频率相近的周期波,如果仍采用传统的快速傅立叶变换(FFT)辨识该偏心信号就很难保证结果的精准性与可靠性。对此,在本课题中,笔者经过广泛且深入地探索与研究推出了可有效解决此问题的新辨... 详细信息

板带轧机中上下支撑辊偏心信号是较为典型的一种频率相近的周期波,如果仍采用传统的快速傅立叶变换(FFT)辨识该偏心信号就很难保证结果的精准性与可靠性。对此,在本课题中,笔者经过广泛且深入地探索与研究推出了可有效解决此问题的新辨识方法,即最小二乘法(LS),该算法的实现过程依托经典且成熟的观测矩阵理论,利用2范数最小的终止准则完成求解操作,并从中确定出最相近的特征参数。算例计算结果显示:当上下支撑辊的频率差为和,FFT所辨识的幅值和相角均严重失真,而LS方法所辨识的幅值精度分别可达0.064%和0.127%,相角的辨识精度分别为0.076%和0.0286%。同时利用某四机架板带连轧生产的实际采集的轧制力数据作为辨识目标,通过分析各个机架的轧辊偏心的影响,可以看出在246Hz处的轧辊偏心信号被很好地辨识。因此笔者提出的这种新方法可提供准确、可靠的辨识结果,而且不容易受外部干扰,进而从源头上提高了识别效率,保证了识别的精准度。

关键词：板带材轧机四辊轧机上下支承辊轧辊偏心快速傅里叶变换最小二乘法