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斜面多道熔覆涂层平整度的数值模拟与试验研究

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表面技术 2024年第5期53卷 126-136页

作者：练国富李益褚梦雅陈昌荣黄旭冯美艳福建理工大学机械与汽车工程学院福州350118 福建理工大学福建省智能加工技术及装备重点实验室福州350118

目的揭示扫描方式、基材倾角、搭接率对斜面熔池成形的影响规律,提高斜面多道搭接涂层的平整度。方法采用数值模拟探究激光扫描方式、基材倾斜角度、搭接率对倾斜基材表面熔覆涂层平整度的影响机理,并结合正交试验进行验证。结果模拟所... 详细信息

目的揭示扫描方式、基材倾角、搭接率对斜面熔池成形的影响规律,提高斜面多道搭接涂层的平整度。方法采用数值模拟探究激光扫描方式、基材倾斜角度、搭接率对倾斜基材表面熔覆涂层平整度的影响机理,并结合正交试验进行验证。结果模拟所得平整度随扫描方式、倾斜角度、搭接率变化规律与试验一致。激光扫描方式对水平基材的多道搭接平整度无明显影响,但对倾斜基材表面的多道平整度影响显著。相同扫描方式下,不同倾斜角度的基材适应的搭接率不同。结论相比其他扫描方式,扫描方式1(SM1)和扫描方式5(SM5)得到的熔覆层平整度和熔覆效率相对较高。平整度和熔覆效率随基材倾斜角度的增大而逐渐减小。以扫描方式5进行熔覆时,水平基材最佳搭接率为30%,基材倾斜40°时最合适的搭接率为15%~20%。显然,倾斜角度和搭接率的交互作用对平整度影响显著。

关键词：激光熔覆倾斜基材数值模拟扫描方式熔池演变平整度

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中型挖掘机泵控系统与阀控系统的能效对比

液压与气动 2024年第7期48卷 129-134页

作者：国钰张树忠王亚兵许弘焜王博瑞福建理工大学福建省智能加工技术及装备重点实验室福建福州350108

为降低传统液压挖掘机动力系统的能量消耗,提出一种单定量泵控缸的分布式直驱液压系统,开展中型挖掘机泵控系统与阀控系统的能效对比。首先,对双泵双回路阀控液压系统和分布式泵控液压系统的原理进行分析;随后,在MATLAB/Simulink中建立... 详细信息

为降低传统液压挖掘机动力系统的能量消耗,提出一种单定量泵控缸的分布式直驱液压系统,开展中型挖掘机泵控系统与阀控系统的能效对比。首先,对双泵双回路阀控液压系统和分布式泵控液压系统的原理进行分析;随后,在MATLAB/Simulink中建立机械多体动力学模型、泵控液压系统模型和速度前馈PID位置反馈控制器;根据GB/T 36695—2018中的典型挖掘机循环,分别进行阀控系统实验和泵控系统仿真;最后将实验结果和仿真结果进行对比分析。结果表明:在同一工况下,两者的工作装置能耗基本相当(泵控系统比阀控系统高8.5%),但泵控系统效率(62.1%)是阀控系统效率(23.5%)的2.6倍,泵控系统总能耗降低了62.4%。

关键词：液压挖掘机节能泵控系统阀控系统典型挖掘循环

基于6D位姿识别面向任意物体的智能人-机协同递送

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工程科学学报 2024年第1期46卷 148-156页

作者：张树忠朱祺张弓陈旭飞杨根吴月玉齐春雨邸思福建理工大学福建省智能加工技术及装备重点实验室福州350108 广州先进技术研究所广州511458 中国科学院大学北京100049

在日常实践中存在大量人与人之间的多样性物体递送需求,这可以依靠协作机器人来完成这些简单、耗时又耗力的任务.为此,针对人-机协同递送过程中无法精确识别物体位姿导致难以准确抓取的问题,引入基于Pn P算法(Perspective-nPoint)的物... 详细信息

在日常实践中存在大量人与人之间的多样性物体递送需求,这可以依靠协作机器人来完成这些简单、耗时又耗力的任务.为此,针对人-机协同递送过程中无法精确识别物体位姿导致难以准确抓取的问题,引入基于Pn P算法(Perspective-nPoint)的物体6D位姿识别网络,实现待递送物体位姿的精确识别;提出改进的被递送物体数据集制作方法,实现面向任意物体的精准识别;通过视觉系统标定、坐标转换以及抓取方案改进,实现物体的精确位姿定位与准确抓取;为验证所提出的人-机协同递送系统的有效性,进行了基于LineMod数据集和自制数据集的人-机物体递送对比实验.结果表明,面向自制数据集的物体递送提出的人-机递送系统平均误差距离为1.97 cm,递送平均成功率为76%,平均递送时间为30 s;如不考虑抓取姿势,其递送成功率可达89%;具有较好的鲁棒性,应用前景良好.

关键词：人-机协同物体递送 PnP算法残差网络数据集

基于SLM的316L不锈钢椭圆截面体心四方点阵结构压缩性能

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航空材料学报 2024年第6期44卷 97-106页

作者：朱峰立许明三韦铁平叶建华潘文瀚杨林沂福建省智能加工技术及装备重点实验室福州350118 福建理工大学机械与汽车工程学院福州350118

基于选区激光熔化工艺(selective laser melting,SLM)制备的316L不锈钢椭圆截面体心四方点阵结构(elliptic section body-centered tetragonal,E-BCT)是一种抗压性能增强型点阵结构。通过优化传统体心四方(body-centered tetragonal,BCT)点阵结构杆件截面形状,提升点阵结构的压缩性能。基于E-BCT点阵结构数学模型、理论受力模型和铁木辛柯梁理论推导出结构参数与相对密度、等效弹性模量的关系模型。通过选区激光熔化工艺制备不同截面半长轴的E-BCT点阵结构,完成该点阵的静态压缩实验与有限元仿真分析。研究表明,随着椭圆截面半长轴、截面形状系数的增长,E-BCT点阵结构相较于BCT点阵结构性能有较大提升。等效弹性模量最大提升637%,实验与理论、仿真平均误差分别为6.5%、5.1%;屈服强度最大提升654%,实验与仿真平均误差为5.4%;比刚度和比强度分别最大提升308%和321%。

关键词：选区激光熔化点阵结构椭圆截面实验与仿真压缩性能

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斜面激光熔覆粉末流场及光粉耦合机理研究

表面技术 2023年第7期52卷 369-383页

作者：褚梦雅练国富姚明浦冯美艳福建理工大学福建省智能加工技术及装备重点实验室福州350118 福建理工大学机械与汽车工程学院福州350118 Research Center for Advanced Manufacturing Lyle School of EngineeringSouthern Methodist UniversityDallasTX 75205USA

目的扩展增材制造在斜面复杂零部件修复领域的应用,弥补倾斜熔覆过程中粉末流动行为研究的空缺。方法采用RSM进行模拟方案设计与数据处理,通过拟合输入参数与输出之间的数学模型,探究送粉电压、气流量、基体倾斜角度对倾斜基体上粉末浓... 详细信息

目的扩展增材制造在斜面复杂零部件修复领域的应用,弥补倾斜熔覆过程中粉末流动行为研究的空缺。方法采用RSM进行模拟方案设计与数据处理,通过拟合输入参数与输出之间的数学模型,探究送粉电压、气流量、基体倾斜角度对倾斜基体上粉末浓度和粉斑直径的影响规律。结合数值模拟和试验研究对光粉耦合机理进行分析,探究光粉平衡关系对涂层形貌的影响机理。结果粉末颗粒速度随气流量的增加而增大;倾斜基体上最大粉末浓度随气流量的增大而降低,随送粉电压的增大而增高;倾斜基体上的粉斑直径随基体倾斜角度和气流量的增大而增大。以倾斜基体上的粉末浓度最大、倾斜基体上的粉斑直径最小为优化目标,0°、10°、20°、30°倾斜基体上最大粉末浓度模拟值与预测值的误差分别为4.34%、3.61%、5.82%、13.15%,基体上粉斑直径模拟值与预测值的误差分别为2.95%、3.22%、3.57%、4.10%,说明该模型对倾斜基体上最大粉末浓度及粉斑直径的预测精度较高。结论气流量对粉末颗粒速度影响显著,送粉电压、气流量对基体上最大粉末浓度的影响显著,倾斜角度、倾斜角度与气流量的交互项对倾斜基体上的粉斑直径影响显著。研究结果为激光熔覆在斜面零件修复领域应用中基体的布置和工艺参数选取提供了理论指导。

关键词：激光熔覆数值模拟粉斑直径粉末浓度倾斜基体响应面法

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三体颗粒下对制动副的稳定性试验分析

机械科学与技术 2023年

作者：林东东鄢晓宇陈丙三丁逸宁佘娜张福江福建省智能加工技术及装备重点实验室(福建理工大学) 福建理工大学机械与汽车工程学院

为探究在三体颗粒入侵下对制动副稳定性的影响，本文搭建摩擦块-橡胶盘结构试验机展开试验研究。利用白光干涉仪等仪器，观察制动过程中，三体颗粒入侵对摩擦副的表面微观形貌的变化。此外，试验机在颗粒入侵下，对摩擦副的摩擦学参数... 详细信息

为探究在三体颗粒入侵下对制动副稳定性的影响，本文搭建摩擦块-橡胶盘结构试验机展开试验研究。利用白光干涉仪等仪器，观察制动过程中，三体颗粒入侵对摩擦副的表面微观形貌的变化。此外，试验机在颗粒入侵下，对摩擦副的摩擦学参数（转速、压力、质量、制动半径等）进行试验探究，利用多谱分析法以及自相关系数这一数学工具分析制动时摩擦副的时变振动信号，挖掘各关键变量和摩擦副非线性振动特性之间的内在联系。结果表明:双块三体试验对比单块三体试验能够减少摩擦力信号的混沌振动；在不同的压力、不同的摩擦块质量、摩擦盘半径的情况下，制动摩擦力信号的混沌特性出现扩大或减小的趋势，可以通过调整摩擦学关键参数来抑制混沌振动。该研究可以为制动副(地面与轮胎间的摩擦)的制动策略优化与减噪抑振提供一定参考。

关键词：三体颗粒自相关系数混沌特性摩擦振动试验分析

基于三维离散元模型粉末压制中力链对阻塞行为的影响机制

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粉末冶金技术 2024年第4期42卷 403-410,417页

作者：张炜萧伟健袁传牛张宁陈荣昕福建理工大学机械与汽车工程学院福州350118 福建理工大学福建省智能加工技术及装备重点实验室福州350118

基于三维离散元建模技术,按照实验级配分布生成三维颗粒堆积,模拟单轴粉末压制过程,研究了压制过程中力链的演化规律及拓扑特性,通过颗粒系统中的速度与配位数分析了阻塞现象,并讨论了力链与阻塞行为间的关联机制。结果表明,在粉末压制... 详细信息

基于三维离散元建模技术,按照实验级配分布生成三维颗粒堆积,模拟单轴粉末压制过程,研究了压制过程中力链的演化规律及拓扑特性,通过颗粒系统中的速度与配位数分析了阻塞现象,并讨论了力链与阻塞行为间的关联机制。结果表明,在粉末压制过程中,随着上模冲压强从0逐渐增加至60 MPa,力链颗粒数目占比迅速上升至40.0%以上,高应力颗粒数目占比稳定在12.5%以上;当压强大于60 MPa后,力链开始出现弯曲并形成环状结构,从而导致了阻塞现象的产生,因此将60 MPa定为阻塞点。阻塞现象对粉体的致密化产生了影响,在压制过程中,与下层粉体颗粒相比,上层区域的粉体颗粒轴向速度更快,变化幅度更大;当压制结束时,上层区域的粉体颗粒致密化程度比下层区域更高。

关键词：粉末压制颗粒物质离散元阻塞力链

热处理对SLM成形TiN/AlSi10Mg合金复合材料组织性能及残余应力的影响

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金属热处理 2023年第11期48卷 161-167页

作者：黄卫东王璐黄旭成徐珩福建省智能加工技术及装备重点实验室福建福州350118 福建理工大学机械与汽车工程学院福建福州350118

为了进一步提高样件力学性能和消除成形过程的残余应力,研究了不同热处理工艺(时效、去应力退火、固溶+人工时效(T6))对SLM(selective laser melting)成形TiN/AlSi10Mg合金复合材料的组织性能和残余应力的影响。结果表明,成形态样品的... 详细信息

为了进一步提高样件力学性能和消除成形过程的残余应力,研究了不同热处理工艺(时效、去应力退火、固溶+人工时效(T6))对SLM(selective laser melting)成形TiN/AlSi10Mg合金复合材料的组织性能和残余应力的影响。结果表明,成形态样品的平均硬度为136.2 HV0.2,抗拉强度为397.7 MPa,伸长率12.5%,显微组织由初生α-Al基体和亮白色网状共晶Si组成。对成形态样品进行T6处理后,连续的Al-Si共晶结构在520℃、2 h下解体,离散的Si颗粒发生Ostwald熟化,伸长率(11.0%)与成形态样品相近,抗拉强度降至239.1 MPa。经过250℃×2 h去应力退火处理后,少量网状Si边界出现球化现象,抗拉强度和伸长率分别下降至344.9 MPa和8.8%。经160℃×6 h时效处理后,SLM成形过程中形成的a-Al/Si共晶组织基本保留,残余应力降低了78.9%,同时又促进了纳米级Si相和Mg2Si强化相的析出,获得了最佳材料力学性能,其硬度为143.5 HV0.2,抗拉强度为408.7 MPa,伸长率为15.3%。此结果表明,采用适当的时效处理可以获得最佳的综合力学性能,同时还能显著降低残余应力。

关键词：增材制造选区激光熔化 TiN/AlSi10Mg合金复合材料热处理力学性能

有序多孔不锈钢催化剂主动负载工艺及制氢性能

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石油化工 2023年第11期52卷 1489-1496页

作者：詹友基邱泓桑郑天清福建理工大学机械与汽车工程学院福建省智能加工技术及装备重点实验室福建福州350118

提出了有序多孔不锈钢的催化剂主动负载新工艺,并开发了相应的主动负载装备。通过SEM与超声振动技术等分析了主动负载工艺参数对有序多孔不锈钢负载性能的影响,并研究了采用主动负载工艺负载催化剂的有序多孔不锈钢的制氢性能。实验结... 详细信息

提出了有序多孔不锈钢的催化剂主动负载新工艺,并开发了相应的主动负载装备。通过SEM与超声振动技术等分析了主动负载工艺参数对有序多孔不锈钢负载性能的影响,并研究了采用主动负载工艺负载催化剂的有序多孔不锈钢的制氢性能。实验结果表明,通过驱动催化剂前体溶液在浸渍容器与储液容器之间往复流动可实现有序多孔不锈钢的催化剂主动负载。适宜的主动负载工艺参数为驱动压力0.002MPa、溶液流量0.3L/min。在该条件下,有序多孔不锈钢上催化剂负载均匀,且未堵塞多孔流道。在反应温度360℃、甲醇水混合溶液注射流量4 mL/h的条件下,相比采用传统工艺负载催化剂的有序多孔不锈钢,采用催化剂主动负载工艺负载催化剂的有序多孔不锈钢的甲醇转化率、H2流量与CO选择性分别提升了4.34%,4.23%,1.89%。

关键词：有序多孔不锈钢催化剂载体主动负载催化剂分布制氢性能