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高密度聚乙烯基水凝胶复合涂层制备及其摩擦学性能

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复合材料学报 2024年

作者：刘春荣刘思思邓宇星王思贤段尚豪贾海涛湘潭大学机械工程与力学学院泰州麦迪医疗科技有限公司

受天然关节结构启发，在高密度聚乙烯(HDPE)表面构建水凝胶涂层，从而提升材料润湿性能及承载性能。然而水凝胶与HDPE基体结合性能差易脱落，因此采用紫外诱导多巴胺(DA)聚合形成聚多巴胺(PDA)接枝在HDPE上，得到高密度聚乙烯-多巴胺(HD... 详细信息

受天然关节结构启发，在高密度聚乙烯(HDPE)表面构建水凝胶涂层，从而提升材料润湿性能及承载性能。然而水凝胶与HDPE基体结合性能差易脱落，因此采用紫外诱导多巴胺(DA)聚合形成聚多巴胺(PDA)接枝在HDPE上，得到高密度聚乙烯-多巴胺(HDPE-PDA)样品，随后在HDPE-PDA表面构建纳米羟基磷灰石-聚乙烯醇(HA-PVA)水凝胶涂层，得到高密度聚乙烯基-聚多巴胺-纳米羟基磷灰石-聚乙烯醇水凝胶复合涂层(HDPE-PDA-HA-PVA)样品。研究了样品的润湿性能、生物相容性、界面结合性能及摩擦学特性等。将HDPE-PDA-HA-PVA置于分别加入Na+、Ca2+、Al3+的小牛血清稀释润滑(BSA)溶液中，探究了金属离子对摩擦副的影响规律。综上发现：HDPE-PDA的静态水接触角由未接枝前的94.57°降低至26.87°，抗菌性能提升98%，与水凝胶的结合力提升了84%。在摩擦学性能研究中发现，HDPE-PDA-HA-PVA在2 N载荷水润滑条件下的摩擦系数低至0.012，仅存在微量磨损。当载荷增大至5 N时，与HDPE相比平均摩擦系数和磨损量分别降低了73%和46%。在探究含金属离子的润滑溶液对摩擦学性能的影响中发现，在3 N载荷下，含Ca2+的润滑溶液表现出较好的润滑性能，这是由于Ca2+能增强材料对润滑蛋白的吸附，易形成润滑层，表现出比其他含金属离子的润滑溶液更好的润滑特性。

关键词：高密度聚乙烯聚多巴胺水凝胶润滑剂摩擦学性能

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钛椭圆低肋横槽管外降膜蒸发流热特性

中国石油大学学报（自然科学版） 2024年第2期48卷 170-178页

作者：彭德其谢禹凡蒋卫东俞天兰吴淑英谭卓伟王志奇湘潭大学机械工程与力学学院湖南湘潭411105 湖南常兴能源环保科技有限公司湖南长沙410000 湖南工业大学机械工程学院湖南株洲412007

为提高钛椭圆低肋横槽管外降膜蒸发器传热效率,在试验验证基础上对椭圆系数E在1.0~2.0内管外液膜流热特性进行多相流数值模拟。结果表明:管外液膜分布均存在不同程度干斑,且液膜在临近干斑处较其他区域增厚明显,当E为1.2时液膜覆盖率最... 详细信息

为提高钛椭圆低肋横槽管外降膜蒸发器传热效率,在试验验证基础上对椭圆系数E在1.0~2.0内管外液膜流热特性进行多相流数值模拟。结果表明:管外液膜分布均存在不同程度干斑,且液膜在临近干斑处较其他区域增厚明显,当E为1.2时液膜覆盖率最高;液膜沿轴/周向均减速铺展,当E为1.0和1.8时管上端液膜速度在无量纲轴向长度Z*为-0.25~-0.375及0.25~0.375之间骤减,液膜厚度沿轴向从喷淋口正下方位置向喷淋口远端变化趋势为先减小后增大;最大传热系数随着E增大而增大,管壁在液膜与干斑交界区域附近传热系数最高;平均传热系数先增大后减小,相较圆管,E为1.2和2.0时平均传热系数分别增大34.5%和15.7%;槽内汽含率分布与液膜分布呈相反规律,液膜整体汽含率随E的增大先增大后减小,槽内/外平均汽含率差值随E增加而增大。

关键词：钛椭圆低肋横槽管降膜蒸发椭圆系数液膜分布汽含率

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2195铝锂合金浸入式末端淬火实验与温度场有限元模拟

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中国有色金属学报 2024年第7期34卷 2227-2239页

作者：肖博李承波曹普立郑学军赵偲湘潭大学机械工程与力学学院湘潭411105 广东兴发铝业有限公司佛山5281371

通过浸入式末端淬火实验和有限元模拟研究了2195铝锂合金的淬火温度场,获得不同位置的冷却曲线和硬度,结合微观组织分析2195铝锂合金的淬火敏感性机理。结果表明:2195铝锂合金板材的界面传热系数与表面温度之间存在非线性关系,当样品表... 详细信息

通过浸入式末端淬火实验和有限元模拟研究了2195铝锂合金的淬火温度场,获得不同位置的冷却曲线和硬度,结合微观组织分析2195铝锂合金的淬火敏感性机理。结果表明:2195铝锂合金板材的界面传热系数与表面温度之间存在非线性关系,当样品表面温度降低时,界面传热系数先升高后降低,在101℃左右达到最大值28.3 kW/(m^(2)∙℃);2195铝锂合金采用浸入式末端淬火时,淬火速率随着距离浸入端距离的增加而减小;随着淬火速率的减小,淬火析出相的尺寸和面积分数均增加,硬度随之降低;当淬火速率从402.5℃/s下降至3.9℃/s时,硬度下降率为25.6%。同时,分别建立了硬度值H和硬度下降率ΔH与淬火析出相的面积分数A的关系曲线。在慢速淬火过程中,由于大量淬火析出相的析出,影响后续时效过程中T1相的析出和长大,导致强化效果显著降低,合金的硬度大幅下降。

关键词：铝锂合金末端淬火温度场有限元法淬火析出相

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基于空洞卷积和增强型多尺度特征自适应融合的滚动轴承故障诊断

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浙江大学学报（工学版） 2024年第6期58卷 1285-1295页

作者：韩康战洪飞余军合王瑞宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211

传统卷积神经网络(CNN)在识别故障类型时存在从原始振动信号中提取特征不足以及提取特征过程中需要更大的感受野以充分捕获信号的时间相关性的局限.针对轴承振动信号固有的多尺度特征,提出基于空洞卷积和增强型多尺度自适应特征融合的模... 详细信息

传统卷积神经网络(CNN)在识别故障类型时存在从原始振动信号中提取特征不足以及提取特征过程中需要更大的感受野以充分捕获信号的时间相关性的局限.针对轴承振动信号固有的多尺度特征,提出基于空洞卷积和增强型多尺度自适应特征融合的模型(DC-MAFFM).利用空洞卷积的大感受野提取信号特征,同时引入残差连接来减少卷积层上的信息损失,从而有效过滤信号中的噪声;设计改进的多尺度特征提取模块,在不同尺度上捕获互补的诊断特征,同时在各层都进行不同尺度特征融合,充分学习信号的高频和低频特征;利用提出的特征自适应融合模块对不同尺度的特征自适应赋予权重,增强判别特征学习的能力.在2个轴承数据集上进行验证,结果表明所提模型在噪声和变工况下有较强的诊断能力.在强噪声情况下,故障诊断准确率分别达到88.08%和75.56%,与其他方法相比有显著优势.

关键词：故障诊断空洞卷积残差连接多尺度特征提取自适应融合

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基于GWO-SVR和改进SA算法的知识-业务配置

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计算机集成制造系统 2024年第1期30卷 269-288页

作者：叶晨战洪飞余军合王瑞宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211

为解决业务流程下业务单元与知识资源配置分离的问题,提出一种基于灰狼算法优化支持向量回归(GWO-SVR)和改进模拟退火算法(SA)的知识-业务优化配置策略。该策略基于用户需求和业务情景分析,将知识资源封装为知识模块。在此基础上,通过... 详细信息

为解决业务流程下业务单元与知识资源配置分离的问题,提出一种基于灰狼算法优化支持向量回归(GWO-SVR)和改进模拟退火算法(SA)的知识-业务优化配置策略。该策略基于用户需求和业务情景分析,将知识资源封装为知识模块。在此基础上,通过配置器作用实现知识模块与业务单元间的初始配置。然后,依据知识模块评价指标参数分析,构建综合评价指标体系,并运用CRITIC-模糊综合评估法得到知识-业务配置组合评价量表;基于此评价量表,构建和训练基于GWO-SVR的知识-业务配置组合动态评价模型。由于GWO-SVR是回归模型,可将该训练好的模型的函数关系式作为改进SA算法优化的目标函数导入,通过寻优迭代找到最优值对应的最优组合方案,实现满足业务需求的知识资源最优配置。以减速器箱体加工为例进行验证,证明了所用模型和算法的有效性。

关键词：知识-业务配置知识模块支持向量回归灰狼算法模拟退火算法知识服务

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机电复合传动主谐次扰动相位自适应补偿方法

机械工程学报 2024年第13期60卷 354-365页

作者：张伟刘辉刘金刚严鹏飞傅兵湘潭大学机械工程与力学学院湘潭411105 北京理工大学车辆传动国防重点实验室北京100081 中北大学机械工程学院太原030051

机电复合传动系统因具有功率密度大、调速范围广的特点得以在重型特种车辆上应用。然而,作为主要动力源的发动机,其曲轴扭矩剧烈波动引发系统扭振,影响行驶平稳性和使用寿命,传统机械减振装置减振特性无法实时调整,减振效果受限。研究... 详细信息

机电复合传动系统因具有功率密度大、调速范围广的特点得以在重型特种车辆上应用。然而,作为主要动力源的发动机,其曲轴扭矩剧烈波动引发系统扭振,影响行驶平稳性和使用寿命,传统机械减振装置减振特性无法实时调整,减振效果受限。研究了一种基于电机转矩自适应补偿的车用机电复合传动系统扭振减振方法,该方法通过重构扰动信号解决了发动机主谐次扰动前馈补偿信号的时滞问题。首先,建立了考虑轴弹性的机电复合传动系统动力学模型和发动机瞬态扭矩模型,分析了机电复合传动系统的扭振特性;其次,利用复矢量分析方法确定了双电机前馈调控方案中发动机主谐次扭振响应最优补偿条件,并通过灵敏度分析揭示了扭振主动控制力矩补偿误差的机理,然后,针对前馈控制信号相位偏差,提出了一种基于PI调节器的自适应时滞相位修正方法,该方法通过重构发动机主谐次激振信号实现时滞相位补偿。最后,进行了数值仿真和HIL测试研究。结果表明,前馈控制系统中时滞相位误差是控制效能劣化的主要因素,采用自适应PI调节器可以有效消除时滞相位误差,进而降低驱动系统转矩波动幅值,确保动力系统的平稳运行。

关键词：机电复合传动混合动力扭振补偿振动抑制自适应控制

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压电纤维致动柔性结构的仿鱼体波振动特性及流场分布研究

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中国机械工程 2024年第3期35卷 405-413页

作者：温志伟娄军强陈特欢崔玉国魏燕定李国平宁波大学机械工程与力学学院宁波315211 浙江大学机械工程学院杭州310058

提出利用压电纤维(MFC)致动柔性结构的二阶振动模态来模仿鲹科鱼类的鱼体波运动。基于假设模态法求解智能柔性结构的前三阶振型,实验测得水下柔性结构的二阶振型,验证了智能柔性结构的二阶振型逼近鲹科鲈鱼的鱼体波。采用计算流体动力学... 详细信息

提出利用压电纤维(MFC)致动柔性结构的二阶振动模态来模仿鲹科鱼类的鱼体波运动。基于假设模态法求解智能柔性结构的前三阶振型,实验测得水下柔性结构的二阶振型,验证了智能柔性结构的二阶振型逼近鲹科鲈鱼的鱼体波。采用计算流体动力学(CFD)分析了柔性结构周围流线及压力分布情况,结果表明:二阶振动行为下,柔性结构节点前后流线方向相反;两侧流场始终存在两组高、低压集中区域,且节点前后的压力集中区域分布相反;柔性结构两侧始终存在正压梯度,其中向前的压力分量为柔性结构提供持续的推进力,而节点前后压力分量产生的侧向力方向相反,部分抵消,增强了柔性结构的侧向稳定性。研究结果为水下仿生推进器的设计和性能分析提供了重要参考。

关键词：水下柔性结构仿鱼体波振动压电纤维流场分布特性计算流体动力学

碳纳米管-碳纤维增强二硫化钨/聚酰胺酰亚胺复合涂层摩擦学性能研究

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摩擦学学报 2024年第8期44卷 1125-1135页

作者：赵鼎元刘思思廖君慧傅兵刘金刚湘潭大学机械工程与力学学院湖南湘潭 411105 湖南江滨机器(集团)有限责任公司湖南湘潭 411100

通过稀土接枝方法将碳纳米管(CNTs)接枝在碳纤维(CF)表面，得到碳纳米管-碳纤维(CNTs-CF)多尺度增强体；以聚酰胺酰亚胺(PAI)为粘结剂，二硫化钨(WS2)为固体润滑填料，制备了二硫化钨/聚酰胺酰亚胺(WS2/PAI)复合涂料. 在WS2/PAI复合涂... 详细信息

通过稀土接枝方法将碳纳米管(CNTs)接枝在碳纤维(CF)表面，得到碳纳米管-碳纤维(CNTs-CF)多尺度增强体；以聚酰胺酰亚胺(PAI)为粘结剂，二硫化钨(WS2)为固体润滑填料，制备了二硫化钨/聚酰胺酰亚胺(WS2/PAI)复合涂料. 在WS2/PAI复合涂料中添加CNTs-CF，涂覆在铝合金样块表面形成碳纳米管-碳纤维增强二硫化钨/聚酰胺酰亚胺(CNTs-CF/WS2/PAI)复合涂层. 采用X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman spectra)和扫描电子显微镜(SEM)对CNTs-CF粉末进行表征；采用CFT-Ⅰ型材料表面性能综合测试仪和VH-2000C型超景深三维显微系统测试分析了不同试验条件下CNTs-CF对WS2/PAI复合涂层摩擦学性能的影响. 试验表明：在WS2/PAI复合涂层中添加适量CNTs-CF能显著提高涂层材料的结合强度和耐磨性能，并一定程度上改善涂层的润滑效果. 当CNTs-CF的质量分数为1.5%时，涂层的耐磨减摩性能最佳，在不同载荷下均表现出较低的摩擦系数和磨损率. CNTs-CF/WS2/PAI复合涂层优异的摩擦学性能主要归因于WS2的润滑作用、稀土Ce的桥接作用和CNTs-CF的增强作用.

关键词：碳纳米管碳纤维二硫化钨复合涂层摩擦学性能

来源：博看期刊

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考虑多种失效模式耦合的复合材料损伤分析

机械科学与技术 2024年第1期43卷 166-172页

作者：何易周张凝尹硕辉湘潭大学机械工程学院湖南湘潭411105

复合材料的损伤失效形式是多样的,其损伤失效形式包括层合板损伤、胶体裂纹扩展和界面脱黏。为了探讨层合板损伤、胶体裂纹扩展、界面脱黏3种损伤失效之间的内在联系,先利用ABAQUS/Explicit软件建立混合型弯曲(MMB)断裂有限元模型,通过... 详细信息

复合材料的损伤失效形式是多样的,其损伤失效形式包括层合板损伤、胶体裂纹扩展和界面脱黏。为了探讨层合板损伤、胶体裂纹扩展、界面脱黏3种损伤失效之间的内在联系,先利用ABAQUS/Explicit软件建立混合型弯曲(MMB)断裂有限元模型,通过数值仿真结果与实验结果的比较,从而证明MMB模型的准确性。然后结合Hashin失效准则、扩展有限元法(XFEM)和内聚力模型(CZM)来研究3种失效模式的内在联系。结果表明:层合板损伤不仅可以影响界面脱黏失效发生时间,同时也能影响胶体中裂纹扩展路径,为复合材料损伤问题数值分析提供了一定的参考。

关键词：层合板损伤胶体裂纹扩展界面脱黏 Hashin失效准则 XFEM CZM