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基于增材制造的激光焊接保护喷嘴设计

机械工程学报 2024年第14期60卷 185-193页

作者：肖锋刘佳石岩长春理工大学机电工程学院长春130022 光学国际科技合作基地(光学) 长春130022

针对钛合金等化学活性强的金属焊接易氧化,导致焊接质量严重下降的问题。以钛合金激光焊接试验保护装置为研究对象,以获得良好焊接保护效果为目的,设计了一种双层同轴激光焊接保护喷嘴。运用Fluent流场仿真软件对双层同轴保护喷嘴的内... 详细信息

针对钛合金等化学活性强的金属焊接易氧化,导致焊接质量严重下降的问题。以钛合金激光焊接试验保护装置为研究对象,以获得良好焊接保护效果为目的,设计了一种双层同轴激光焊接保护喷嘴。运用Fluent流场仿真软件对双层同轴保护喷嘴的内外层壁面结构、外层保护喷嘴进气口数量、进气口角度、出气口处有无螺旋结构以及保护气流量等参数进行了仿真优化,通过对比保护区域气流的保护效果,获得了最终的保护喷嘴结构。采用增材制造技术对优化后的保护喷嘴进行了加工制造,通过改变内外层喷嘴保护气体的流量对所设计的激光焊接保护喷嘴进行了钛合金激光焊接试验验证,并与旁轴喷嘴的保护情况进行对比。结果表明:具有弧型内外壁面结构、4个45°进气口以及出口处有倾角为30°螺旋结构的保护喷嘴,仅对内层喷嘴通入保护气体时,保护范围有限,焊缝颜色为深黄色,氧化污染严重。随着外层保护气体流量的不断增加,焊缝颜色变为黄色、银白色、蓝色。在内外层保护气体流量分别通入为10 L/min和20 L/min时焊接保护效果最好。且保护效果不受焊接方向变化的影响,能够对工件形成良好的气体保护环境。

关键词：激光焊接双层同轴保护喷嘴 Fluent 增材制造

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草鱼敏感的负趋音筛选

水产学报 2024年第4期48卷 366-375页

作者：杨吉邬玉娇李晓兵尼玛旦增达瓦张占刘国勇许家炜柯森繁李卫东李冬晴石小涛三峡大学水利与环境学院三峡大学湖北省鱼类过坝技术国际科技合作基地中水北方勘测设计研究有限责任公司西藏自治区水利电力规划勘测设计研究院河海大学水利水电学院

声学屏障是一种阻拦鱼类进入危险区域进而保护鱼类资源的重要手段，为筛选鱼类敏感的负趋音作为声学屏障，本研究采用6种单频音(500～3 000 Hz)和1种宽频音(扬子鳄吼叫声)作为实验用音对草鱼幼鱼进行负趋音的筛选研究，通过在水槽两端... 详细信息

声学屏障是一种阻拦鱼类进入危险区域进而保护鱼类资源的重要手段，为筛选鱼类敏感的负趋音作为声学屏障，本研究采用6种单频音(500～3 000 Hz)和1种宽频音(扬子鳄吼叫声)作为实验用音对草鱼幼鱼进行负趋音的筛选研究，通过在水槽两端交替播音来对比草鱼幼鱼对不同声音的行为反应。结果显示，大多数实验鱼对声音有反应，扬子鳄吼叫声与其他声音组的差异显著。单频音实验组中播放500 Hz单频音时平均反应次数最大，为(1.7±0.6)次，而播放扬子鳄吼叫声时平均反应次数高达(5.0±0.9)次，显著高于其他实验音。在总平均速度中，宽频音组中草鱼的总平均速度显著高于其他组，表明草鱼对扬子鳄吼叫声敏感，产生逃窜行为。研究表明，草鱼对扬子鳄吼叫声具有负趋音性，扬子鳄吼叫声是一种对草鱼具有驱赶、威慑作用的声音。本研究可为过鱼设施中辅助诱驱鱼手段及水利结构中避免鱼类的夹带提供参考依据。

关键词：草鱼幼鱼扬子鳄负趋音性单频音宽频音

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鳙幼鱼4种典型游泳状态特性研究

水生态学杂志 2022年第2期43卷 95-101页

作者：李鸿郭文韬何鹏刘炫赤甘建政谭红林陈磊石小涛谭均军湖北省鱼类过坝技术国际科技合作基地三峡大学湖北宜昌443002 三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002 三峡工程鱼类资源保护湖北省重点实验室中国长江三峡集团有限公司中华鲟研究所湖北宜昌443100

研究鳙(Hypophthalmichthys nobilis)游泳行为特性与水流流速变化的响应关系,补充四大家鱼游泳特性指标,为四大家鱼资源保护、鱼类洄游通道建设提供参考依据。试验水温(23±0.5)℃,鳙幼鱼体长5.0~9.0 cm、体重2.5~11.5 g,游泳水槽300 mm... 详细信息

研究鳙(Hypophthalmichthys nobilis)游泳行为特性与水流流速变化的响应关系,补充四大家鱼游泳特性指标,为四大家鱼资源保护、鱼类洄游通道建设提供参考依据。试验水温(23±0.5)℃,鳙幼鱼体长5.0~9.0 cm、体重2.5~11.5 g,游泳水槽300 mm×5 mm×75 mm,体积5 L。结果表明该体长范围鳙幼鱼的平均临界游泳速度为(0.468±0.161)m/s,平均突进游泳速度为(0.672±0.154)m/s,且绝对临界游泳速度和绝对突进游泳速度均随体长的增加而线性增加,相对突进游泳速度随体长的增加而线性减小;绝对突进游泳速度与绝对临界游泳速度存在如下关系:Uburst=1.922Ucrit+56.726;鱼类游泳行为随水流流速变化存在4种游泳状态(顶流前进、顶流后退、顶流静止、顺流而下)相互穿插现象。以鳙幼鱼为过鱼对象的鱼道池室主流流速为16.0~46.5 cm/s,鱼道高流速区的竖缝、孔口等最佳流速为46.5~85.4 cm/s。

关键词：鳙突进游泳速度临界游泳速度游泳特性

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D形柱对摆动水翼水动力性能影响分析

广西大学学报（自然科学版） 2024年第1期49卷 69-77页

作者：舒蒋鹏石小涛陈小龙周柳青王思莹胡晓张立胜三峡大学湖北省鱼类过坝技术国际科技合作基地湖北宜昌443002 三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002 武汉理工大学新材料力学理论与应用湖北省重点实验室湖北武汉430063

为了研究D形柱对摆动水翼的水动力性能影响机制,基于计算流体力学(CFD)方法,利用Fluent的动网格技术,计算均匀流场和D形柱尾流场中摆动水翼的水动力性能。通过改变摆动水翼的摆动频率和升沉振幅,计算摆动水翼在均匀流场下以及D形柱尾流... 详细信息

为了研究D形柱对摆动水翼的水动力性能影响机制,基于计算流体力学(CFD)方法,利用Fluent的动网格技术,计算均匀流场和D形柱尾流场中摆动水翼的水动力性能。通过改变摆动水翼的摆动频率和升沉振幅,计算摆动水翼在均匀流场下以及D形柱尾流场中的推进性能,并结合流场的压力分布云图和涡结构进行分析。结果表明:摆动频率和升沉振幅的增加均可以提升摆动水翼的平均推力;D形柱尾流场中摆动水翼的平均推力始终大于均匀流场中摆动水翼的平均推力;D形柱脱落的涡与摆动水翼前缘涡发生挤压作用,使摆动水翼的尾涡区域增大,脱落的涡耗散得更快,涡对之间诱导作用更强,产生更大的推力。

关键词：摆动水翼水动力性能动网格 D形柱涡结构

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葛洲坝至胭脂坝长江干流段江豚活动规律

湖泊科学 2024年第4期36卷 1163-1172页

作者：石小涛朱梦娜王克雄郝玉江李冬晴陈伟王楠楠季怀耀庞凯文俞晓伟柯森繁三峡大学水利与环境学院宜昌443002 三峡大学湖北省鱼类过坝技术国际科技合作基地宜昌443002 三峡大学生物与制药学院宜昌443002 中国科学院水生生物研究所中国科学院水生生物多样性与保护重点实验室武汉430072

长江江豚是我国一级保护野生动物,也是长江生态系统的指示性物种,其种群数量恢复情况及活动规律一直备受关注。本文选择长江宜昌段江豚活动频繁的葛洲坝下游至胭脂坝江段为研究区域,于2021年6月2022年5月采用定点目测、水上流动监测与... 详细信息

长江江豚是我国一级保护野生动物,也是长江生态系统的指示性物种,其种群数量恢复情况及活动规律一直备受关注。本文选择长江宜昌段江豚活动频繁的葛洲坝下游至胭脂坝江段为研究区域,于2021年6月2022年5月采用定点目测、水上流动监测与无人机监测相结合的方法分区监测长江江豚的游泳行为,分析长江江豚的活动规律,构建了长江江豚出水头次的零膨胀泊松回归模型,识别影响长江江豚出水头次的关键因素,建立长江江豚出水头次与各因素间的相关关系。结果表明:(1)葛洲坝至胭脂坝长江干流段监测到最大江豚出水头次为19头次,长江江豚集群规模以2~3头最为常见,占比达58.1%;长江江豚主要表现出4种行为特征,各行为占比从大到小依次为:玩耍>休息>摄食>抚幼。(2)长江江豚在葛洲坝下游近坝区(A区,葛洲坝至至喜长江大桥)出水头次最多,且在秋冬季节累计出水头次多于春夏季节,冬季累计出水头次最高,达252头次。(3)长江江豚出水头次与电站下泄流量呈显著负相关;浊度增大,长江江豚出水的概率减小。本文研究结果对长江江豚生态保护策略及长江十年禁渔效果评估具有重要参考价值。

关键词：长江江豚活动规律电站下泄流量葛洲坝

超声振动对高氮钢激光-电弧复合焊接接头组织与性能的影响研究

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机械工程学报 2018年第16期54卷 118-126页

作者：刘佳白陈明崔博石岩李忠张宏长春理工大学机电工程学院长春理工大学国家国际科技合作基地(光学)

为解决高氮钢熔焊过程中由于气孔缺陷以及氮流失所引起的接头力学性能下降的问题,针对6.5 mm厚的高氮钢板开展了超声辅助激光-电弧复合焊接研究。通过对不同超声功率条件下所获得的接头组织和性能分析发现:熔池中超声能量的导入使其流... 详细信息

为解决高氮钢熔焊过程中由于气孔缺陷以及氮流失所引起的接头力学性能下降的问题,针对6.5 mm厚的高氮钢板开展了超声辅助激光-电弧复合焊接研究。通过对不同超声功率条件下所获得的接头组织和性能分析发现:熔池中超声能量的导入使其流动状态发生了改变,提高焊缝的熔合比,但过高的超声功率会导致焊缝表面质量的恶化;超声的空化作用使得气孔缺陷随超声功率的增加呈现先减少后增加的趋势,但超声振动的加入对焊缝氮含量的影响并不显著;超声振动可以抑制粗大树枝晶的生长,改变晶粒生长取向,细化组织,显著地提高了柱状晶区的显微硬度;随着超声功率的增加,焊缝抗拉强度和冲击韧度均呈现先升后降的趋势;拉伸强度受气孔和组织的共同影响,而晶粒细化可以改善焊接接头的断裂方式,提高焊缝韧性。与未加入超声振动时相比,当施加的超声功率为160 W时,焊缝中气孔显著减少,晶粒得到了细化,使得拉伸强度提高了3.97%,冲击韧度提高了10.8%。

关键词：高氮钢复合焊接超声振动微观组织力学性能

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静水环境下草鱼幼鱼摆尾-滑行动力学研究

长江科学院院报 2024年第8期41卷 82-89页

作者：胡晓陈伟黄慧玲张奔杨国党石小涛龙泽宇三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002 三峡大学湖北省鱼类过坝技术国际科技合作基地湖北宜昌443002 上海勘测设计研究院有限公司上海200050 华能西藏雅鲁藏布江水电开发投资有限公司拉萨850000

为研究静水环境下幼鱼摆尾-滑行时的推、阻力形成过程和鱼体周身流体作用机理,以草鱼幼鱼(Ctenopharyngodon idella)为研究对象,利用粒子图像测速技术(PIV)测量了草鱼幼鱼周身流场,计算了草鱼幼鱼周身由流体正压和流体负压产生的作用力... 详细信息

为研究静水环境下幼鱼摆尾-滑行时的推、阻力形成过程和鱼体周身流体作用机理,以草鱼幼鱼(Ctenopharyngodon idella)为研究对象,利用粒子图像测速技术(PIV)测量了草鱼幼鱼周身流场,计算了草鱼幼鱼周身由流体正压和流体负压产生的作用力,比较了草鱼幼鱼头、中、尾部产生的推、阻力占比和游泳效率。结果表明:摆尾阶段的幼鱼推力主要来源于流体负压;滑行阶段的幼鱼则主要依靠鱼体周身流体正压形成的推力推动自身前进。整个摆尾-滑行周期内,草鱼幼鱼尾部流体形成的推力占总推力的48.81%,是推力的主要产生部位,且尾部的平均游泳效率(77.28%±16.87%)要明显高于头部和中部;草鱼幼鱼中部集中的阻力最多,占总阻力的67.82%,是幼鱼的主要阻力形成部位。

关键词：草鱼幼鱼摆尾-滑行推力阻力粒子图像测速技术(PIV) 流体压力游泳效率

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基于PIV的草鱼动力学研究

基于PIV的草鱼动力学研究

2020（第八届）中国水生态大会

作者：张奔李鸿湖北省鱼类过坝技术国际科技合作基地三峡大学三峡大学水利与环境学院

为了研究鱼类在运动过程的力学机理,本文选取草鱼幼鱼为实验对象,利用PIV(Particle Image Velocimetry)技术对草鱼幼鱼进行运动学和动力学分析,实验结果表明:草鱼幼鱼在运动过程中,鱼体质心的横向速度明显要远大于侧向速度,一个周期结束... 详细信息

为了研究鱼类在运动过程的力学机理,本文选取草鱼幼鱼为实验对象,利用PIV(Particle Image Velocimetry)技术对草鱼幼鱼进行运动学和动力学分析,实验结果表明:草鱼幼鱼在运动过程中,鱼体质心的横向速度明显要远大于侧向速度,一个周期结束时,鱼体质心的速度和横向速度变化趋近于0.86m/s,而侧向速度迅速降低接近于0。沿体表负压区域对草鱼鱼体作用的前拉力占时均总推力的70%,后拉力占时均总阻力的56.91%,压力对鱼体产生的净推进力的大小和时间趋势几乎完全由所受的负压区域的净影响决定,负压区域对草鱼幼鱼运动的贡献占主导地位。同时草鱼幼鱼在一个运动周期内的平均运动效率为55.14%,其中以负压区产生的吸力的推进效率为55.14%,以正压区产生的推力的推进效率为48.31%,进一步验证了负压区域在草鱼运动过程的主导作用,同时负压区域产生的拉力还能通过更高的利用效率来实现草鱼幼鱼的运动。

关键词：草鱼幼鱼 PIV 负压区域前拉力推进效率

来源： cnki会议评论

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草鱼幼鱼常规转弯过程的游泳动力特征分析

实验力学 2022年第4期37卷 561-572页

作者：黄慧玲胡晓张奔杨国党龙泽宇石小涛三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002 三峡大学湖北省鱼类过坝技术国际科技合作基地湖北宜昌443002 上海勘测设计研究院有限公司上海200050 华能西藏雅鲁藏布江水电开发投资有限公司西藏拉萨850008

为研究幼鱼在常规转弯过程中的推、阻力形成过程,本文以草鱼幼鱼(Ctenopharyngodon idella)为研究对象,利用PIV(Particle Image Velocimetry)对转弯过程中“C”形弯曲阶段和回摆阶段幼鱼鱼体周身的压力分布,以及分别由流体正、负压形成... 详细信息

为研究幼鱼在常规转弯过程中的推、阻力形成过程,本文以草鱼幼鱼(Ctenopharyngodon idella)为研究对象,利用PIV(Particle Image Velocimetry)对转弯过程中“C”形弯曲阶段和回摆阶段幼鱼鱼体周身的压力分布,以及分别由流体正、负压形成的推、阻力和侧向力变化规律进行分析。结果表明:草鱼幼鱼在整个转弯过程中平均能产生118.05μN的推力,其中53.99%来源于尾部,鱼体受到的平均阻力达到99.16μN,鱼体中部产生的阻力占比高达54.70%。在“C”形弯曲阶段,幼鱼周身分布的流体负压产生的推力占比达61.56%,是主要的推力形成来源,此时侧向力增大为幼鱼鱼体转弯提供必要的向心力以完成大部分的转弯动作,草鱼幼鱼做加速运动;在回摆阶段,草鱼幼鱼周身流体正压产生的推力占比高达73.80%,此时侧向力迅速减小为0,然后上升以阻止鱼体的继续转动,幼鱼做减速运动。

关键词： PIV 转弯流体压力推力阻力侧向力