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轻量化材料新型连接工艺与应用现状

机械工程学报 2024年第4期60卷 259-283页

作者：张越卢岩彭锐涛朱琳伟雷贝蒋家传湘潭大学机械工程与力学学院湘潭411105 湘潭大学力学博士后流动站湘潭411105

随着全球汽车产业低碳化转型,与车身轻量化相关的连接技术挑战不断增加,综合考虑轻量化的成本与效果,合理选用车身材料,搭配不同连接工艺,在满足行业质量标准降低产品重量的前提下为产品设计提供更多思路,已经成为轻量化技术发展的必然... 详细信息

随着全球汽车产业低碳化转型,与车身轻量化相关的连接技术挑战不断增加,综合考虑轻量化的成本与效果,合理选用车身材料,搭配不同连接工艺,在满足行业质量标准降低产品重量的前提下为产品设计提供更多思路,已经成为轻量化技术发展的必然趋势。合理运用各类轻量化材料,可以有效减轻车身重量、提高车身性能,对不同的车身轻量化材料的若干新型连接工艺的研究进展进行系统归纳,从冶金连接技术、机械连接技术、粘接技术及复合连接技术四个方面进行综述分析,阐述近年来各种新型工艺及其延伸工艺的研究进展,重点分析各类工艺的技术原理、连接强度准则、工艺优势、局限性及应用现状,以期为汽车轻量化材料新型连接工艺的设计与制造提供有益借鉴,为车身轻量化连接工艺保驾护航。

关键词：轻量化连接工艺冶金连接机械连接复合连接

聚乳酸/壳聚糖/肉桂醛单向阻湿双层膜的制备及其在秀珍菇保鲜中的应用

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食品科学 2024年第10期45卷 232-241页

作者：陈秀梅林妍陈俊宇谭小丽车金鑫陶能国湘潭大学化工学院湖南湘潭411105

为改善秀珍菇富含营养和水分,采后极易失水萎蔫降低商品价值,而膜包装易导致内部环境湿度大造成腐烂的问题,本研究以聚乳酸(polylactic acid,PLA)和壳聚糖(chitosan,CS)为成膜基质,制备含有0.25%肉桂醛纳米乳(cinnamaldehyde nano-emuls... 详细信息

为改善秀珍菇富含营养和水分,采后极易失水萎蔫降低商品价值,而膜包装易导致内部环境湿度大造成腐烂的问题,本研究以聚乳酸(polylactic acid,PLA)和壳聚糖(chitosan,CS)为成膜基质,制备含有0.25%肉桂醛纳米乳(cinnamaldehyde nano-emulsion,CANE)的单向阻湿双层膜(0.25%CANE-PLA-CS),探讨该膜的微观结构、物理性能、光学性能、机械性能、水蒸气的阻隔性能和缓释性能,最终将其应用在秀珍菇贮藏保鲜中。结果表明:PLA和CS两者间的复合可有效弥补单体膜的缺陷,0.25%CANE-PLA-CS双层膜层与层之间结合紧密,对CA的保留率是42%,抗紫外线能力强,水滴沉降速度最小且P层有较好的水蒸气阻隔性,C层具有较好的亲水性。秀珍菇保鲜实验发现,与PE膜包装相比,0.25%CANE-PLA-CS双层膜对秀珍菇采后的褐变有明显的抑制作用;有效抑制秀珍菇贮藏期间的呼吸强度,延缓秀珍菇质量损失率、可溶性固形物、褐变度、电导率以及丙二醛含量的上升;降低秀珍菇贮藏期间的多酚氧化酶和过氧化物酶活性,维持了秀珍菇较高的超氧化物歧化酶活性。这些结果表明该单向阻湿双层膜能够有效延缓秀珍菇褐变、衰老和维持其商品价值,为制备菇类新型保鲜材料提供理论支撑,对降低秀珍菇采后损失具有较好的指导价值。

关键词：单向阻湿双层膜聚乳酸壳聚糖肉桂醛乳液秀珍菇保鲜

基于55 nm DICE结构的单粒子翻转效应模拟研究

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物理学报 2024年第6期73卷 295-304页

作者：张幸刘玉林李刚燕少安肖永光唐明华湘潭大学材料科学与工程学院湘潭411105

单粒子翻转(single event upset,SEU)是器件在辐照空间中应用的关键难题,本文以55 nm加固锁存单元为研究载体,通过三维数值模拟方法,获得了重离子不同入射条件下的线性能量转移(linear energy transfer,LET)阈值和电压脉冲变化曲线,研... 详细信息

单粒子翻转(single event upset,SEU)是器件在辐照空间中应用的关键难题,本文以55 nm加固锁存单元为研究载体,通过三维数值模拟方法,获得了重离子不同入射条件下的线性能量转移(linear energy transfer,LET)阈值和电压脉冲变化曲线,研究了双互锁存储单元(dual interlockded storage cell,DICE)的抗辐照性能和其在不同入射条件下的SEU效应.研究表明,低LET值的粒子以小倾斜角入射器件时,降低了器件间的总电荷收集量,使得主器件节点的电压峰值和电压脉宽最小,器件SEU敏感性最低;由于空穴与电子迁移率的差异,导致DICE锁存器中Nhit的入射角敏感性远大于Phit;合理调节晶体管间距可以削弱电荷共享效应,使得从器件总电荷收集量减小,仿真计算得到此工艺下晶体管间距不能小于1.2μm.相关仿真结果可为DICE锁存单元单粒子效应的物理机制研究和加固技术提供理论依据和数据支持,有助于加快存储器件在宇航领域的应用步伐.

关键词：双互锁存储单元数值模拟单粒子翻转效应电荷共享效应

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基于融合策略的块体金属玻璃形成能力预测

Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第5期34卷 1558-1570页

作者：张婷龙志林彭黎湘潭大学土木工程学院湘潭411105

提出一种融合策略来提高随机森林(RF)、k近邻(KNN)、梯度提升决策树(GBDT)和极端梯度提升(XGBoost)模型预测块体金属玻璃(BMGs)形成能力(GFA)的准确性。该策略使用训练好的卷积神经网络(CNN)模型提取来特征向量,且合金的成分信息是唯一... 详细信息

提出一种融合策略来提高随机森林(RF)、k近邻(KNN)、梯度提升决策树(GBDT)和极端梯度提升(XGBoost)模型预测块体金属玻璃(BMGs)形成能力(GFA)的准确性。该策略使用训练好的卷积神经网络(CNN)模型提取来特征向量,且合金的成分信息是唯一的输入变量,不需要通过实验获得其他物理和化学特性。此外,通过网格搜索方法和k折交叉验证对RF、KNN、GBDT和XGBoost模型的超参数进行了优化。结果表明,本文作者提出的4种融合模型CNN-RF、CNN-KNN、CNN-GBDT和CNN-XGBoost比上述4种机器学习模型(即RF、KNN、GBDT和XGBoost模型)预测精度更高,这表明训练好的CNN模型比人工特征提取更为高效。此外,与已报道的机器学习模型和GFA判据相比,本文作者提出的融合模型可以更精准地预测金属玻璃的形成能力。

关键词：块体金属玻璃玻璃形成能力机器学习卷积神经网络合金成分

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湍流风况顺桨风力机叶片气动阻尼特性研究

力学学报 2024年第5期56卷 1366-1376页

作者：唐新姿李可翔何文双胡聪芳彭锐涛湘潭大学机械工程与力学学院湖南湘潭411105

当前风电技术大型化发展,叶片气弹失稳问题特别是特殊工况下的稳定性问题成为国内外各界关注的热点和难点.湍流风况下顺桨风电叶片气弹稳定性直接影响风电机组的安全可靠性.气动阻尼是叶片稳定性判断的重要指标.为探究湍流风况顺桨风电... 详细信息

当前风电技术大型化发展,叶片气弹失稳问题特别是特殊工况下的稳定性问题成为国内外各界关注的热点和难点.湍流风况下顺桨风电叶片气弹稳定性直接影响风电机组的安全可靠性.气动阻尼是叶片稳定性判断的重要指标.为探究湍流风况顺桨风电叶片气弹失稳特性规律,以NERL 5 MW风力机叶片为研究对象,基于修正叶素动量理论、欧拉-伯努利梁模型和气动阻尼计算方法,建立顺桨叶片气动阻尼计算模型,采用Kaimal湍流风模型进行瞬态分析,获得风况参数对风力机叶片气动稳定性的影响规律及叶片的气动失稳概率,为大型风力机叶片气弹稳定性设计与控制提供参考.结果表明:顺桨叶片气动阻尼在全周风向上呈180°周期特性,且25°风向为相对危险工况;风速越大气动阻尼负值越显著,气动不稳定风向范围越大,失稳概率越大;湍流强度增加,一阶挥舞气动阻尼下限降低幅度明显,气动不稳概率增加;湍流风况下顺桨叶片平面外方向的失稳概率较平面内方向更大,且两个方向失稳概率曲线呈相似周期性规律.

关键词：风力机叶片停机顺桨气弹耦合湍流强度气动阻尼

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基于多尺度轻量化注意力的钢材缺陷检测

控制与决策 2024年第3期39卷 901-909页

作者：周彦孟江南王冬丽谭雅琴湘潭大学自动化与电子信息学院湖南湘潭411105 湘潭大学计算机学院·网络空间安全学院湖南湘潭411105

针对当前YOLOv5算法检测钢材表面缺陷精度不高、速度慢等问题,提出一种基于多尺度轻量化注意力的YOLO-Steel钢材表面缺陷检测方法.首先,提出一种轻型通道注意力模块,仅需少量计算成本即可有效关注重要通道;然后,利用空洞卷积扩大感受提... 详细信息

针对当前YOLOv5算法检测钢材表面缺陷精度不高、速度慢等问题,提出一种基于多尺度轻量化注意力的YOLO-Steel钢材表面缺陷检测方法.首先,提出一种轻型通道注意力模块,仅需少量计算成本即可有效关注重要通道;然后,利用空洞卷积扩大感受提出一种轻型空间注意力模块,能够在空间维度上提取有价值信息;接着,提出金字塔注意力结构,利用多级池化放缩特征图在不同分辨率特征图上使用空间注意力模块学习其空间依赖信息,对多级特征图使用通道注意力模块重构其通道相关信息,改善检测效果.实验结果表明, YOLO-Steel在钢材表面缺陷数据集上平均精度均值(mAP)可达77.2%,比YOLOv5s算法提高1.8%,模型时间、空间复杂度与YOLOv5s基本持平,在保证检测速度的基础上能够有效提高精确度.

关键词： YOLOv5 钢材表面缺陷检测注意力机制金字塔多级注意力

基于J-C模型修正的7150-T6航空铝合金薄壁开孔圆管结构优化

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机械工程学报 2024年第11期60卷 95-104页

作者：陈睿程诗敏温仕成赵子衡彭锐涛胡聪芳肖湘武湘潭大学机械工程与力学学院湘潭411105 湘潭大学复杂轨迹加工工艺及装备教育部工程研究中心湘潭411105

为了提高薄壁结构的耐撞性能,提出了一种改进的Johnson-Cook材料本构模型,结合数值计算和智能算法开展了航空铝合金薄壁开孔结构优化设计。对7150-T6航空铝合金材料进行了静动态压缩试验,其结果表明该材料具有显著的应变速率敏感性。综... 详细信息

为了提高薄壁结构的耐撞性能,提出了一种改进的Johnson-Cook材料本构模型,结合数值计算和智能算法开展了航空铝合金薄壁开孔结构优化设计。对7150-T6航空铝合金材料进行了静动态压缩试验,其结果表明该材料具有显著的应变速率敏感性。综合材料的静动态力学特性,提出一种改进的Johnson-Cook模型,并且通过试验验证该模型能更好地描述材料的动态力学行为。结合改进的本构模型和分离式霍普金森压杆试验,建立有效可靠的薄壁圆管霍普金森杆轴向冲击有限元模型,并探讨了等距离设置长方形孔对薄壁圆管构件的耐撞性和最大峰值载荷的影响。利用遗传算法开展航空铝合金薄壁开孔圆管的多目标优化设计,并将其优化结果与试验进行验证。结果表明:改进的模型能够很好地描述7150-T6航空铝合金在不同应变速率下的塑性流动应力特性,且优化后的开孔圆管具有较好的耐撞性能和稳定的变形模式,能为薄壁结构的设计与性能研究提供有效参考。

关键词： 7150-T6航空铝合金结构优化 Johnson-Cook本构模型修正 SHPB试验

一种自适应扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机无位置传感器矢量控制

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电机与控制学报 2024年第3期28卷 141-148页

作者：兰志勇李延昊罗杰李福戴珊琪湘潭大学自动化与电子信息学院湖南湘潭411105

在粗差干扰或噪声统计偏差情况下,扩展卡尔曼滤波(EKF)对永磁同步电机(PMSM)的速度和转子位置估计存在精度下降问题,为此提出一种基于新息序列的自适应扩展卡尔曼滤波算法(AEKF)。首先,将粗差干扰加入系统观测方程中,分析粗差干扰对系... 详细信息

在粗差干扰或噪声统计偏差情况下,扩展卡尔曼滤波(EKF)对永磁同步电机(PMSM)的速度和转子位置估计存在精度下降问题,为此提出一种基于新息序列的自适应扩展卡尔曼滤波算法(AEKF)。首先,将粗差干扰加入系统观测方程中,分析粗差干扰对系统观测精度的影响。其次,为增强算法的抗扰性能,在新息协方差计算中设置加权系数,通过调整临近时刻的新息协方差阵权重,计算出新息协方差值,并更新到卡尔曼增益的计算。最后,建立AEKF数学模型,并对比粗差干扰与噪声统计出现偏差情况下,AEKF与EKF两种策略的观测性能。仿真和实验结果表明,在粗差干扰或噪声统计信息出现偏差情况下,AEKF算法对永磁同步电机转速的观测具备更强的鲁棒性及更高的预测精度。

关键词：永磁同步电机转子位置与速度估计无位置传感器自适应扩展卡尔曼滤波矢量控制

金属间化合物MoSi_(2)协同SiC晶须增韧Si_(3)N_(4)陶瓷刀具的制备及切削性能

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材料导报 2024年第2期38卷 168-172页

作者：周后明周金虎刘刚陈皓月湘潭大学机械工程学院湖南湘潭411105

为进一步提高Si_(3)N_(4)陶瓷刀具的强度和韧性,克服单一增韧方式以及金属粘结剂增韧的局限性,本工作利用金属间化合物协同晶须对其增韧补强,将MoSi_(2)颗粒和SiC晶须添加到Si_(3)N_(4)陶瓷基体中,制备出Si_(3)N_(4)/MoSi_(2)/SiC_(w)(S... 详细信息

为进一步提高Si_(3)N_(4)陶瓷刀具的强度和韧性,克服单一增韧方式以及金属粘结剂增韧的局限性,本工作利用金属间化合物协同晶须对其增韧补强,将MoSi_(2)颗粒和SiC晶须添加到Si_(3)N_(4)陶瓷基体中,制备出Si_(3)N_(4)/MoSi_(2)/SiC_(w)(SMC)复合陶瓷刀具材料。结果表明:SiC晶须的加入可以有效提高Si_(3)N_(4)陶瓷的断裂韧性,MoSi_(2)的加入可以显著提升Si_(3)N_(4)陶瓷的抗弯强度。连续干切削45#淬火钢时,相较于商用刀具YBC251,SMC复合陶瓷刀具的寿命及切削稳定性提升显著。其中,添加了SiC晶须的SMC3(MoSi_(2)10%(未作特别说明时均为质量分数),SiC_(w)10%)及SMC2(MoSi_(2)0%,SiC_(w)10%)刀具的寿命均比未添加SiC_(w)的SMC1(MoSi_(2)10%,SiC_(w)0%)更长。随着切削深度的增加,未添加MoSi_(2)的SMC2易出现崩刃现象,切削稳定性不如协同增韧的SMC3。

关键词：陶瓷刀具协同增韧切削力学性能微观结构