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激光内送粉变姿态熔覆非水平熔池流场的数值模拟

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表面技术 2024年第9期53卷 190-199,208页

作者：陈海俊朱刚贤贺继宏王丽芳苏州大学机电工程学院江苏苏州215137 苏州大学工程训练中心江苏苏州215137

目的提高激光内送粉变姿态熔覆层成形质量,对变姿态熔覆时非水平熔池流场随基板倾斜角的演变规律进行研究。方法首先,利用FLUENT软件中离散相模型对喷嘴流场进行模拟,获取粉末频次的分布规律。其次,采用流体体积法耦合熔化/凝固模型对... 详细信息

目的提高激光内送粉变姿态熔覆层成形质量,对变姿态熔覆时非水平熔池流场随基板倾斜角的演变规律进行研究。方法首先,利用FLUENT软件中离散相模型对喷嘴流场进行模拟,获取粉末频次的分布规律。其次,采用流体体积法耦合熔化/凝固模型对熔池流场进行计算。通过施加质量源项引入同步送粉,施加能量源项模拟激光热输入,选取姿态角为30°、60°、90°进行计算,对熔池流场及熔覆层界面进行追踪分析。最后,基于激光内送粉熔覆工艺进行实验测定。结果粉斑内粉末量呈“中间均匀,两端密集”的分布规律。熔池流动为“双环流”分布特征,但流动方向受重力影响,产生偏转。取3种姿态角计算时间同为0.3 s时,熔池中心处流体的偏转角分别为2°、4°、6°,并且随着倾斜角的增大,熔覆层高度分别增加了0.28%、0.83%、1.45%,熔覆层宽度减小了1.19%、1.28%、1.73%,熔覆层顶点偏移量增大到48.08、86.54、105.76μm。最后结合实验测定,数值计算与实验结果一致。结论Marangoni应力使得激光内送粉熔覆熔池流体产生由中心向边界流动的“双环流”分布特征,非水平熔池流动方向受重力影响产生偏转。随着基板倾斜角增大,熔覆层截面高度增加、宽度降低、顶点偏移量增加。为提高不便摆平非水平基面的激光内送粉变姿态熔覆再制造成形质量提供了指导。

关键词：激光熔覆光内送粉变姿态熔池流场数值模拟

基于相变材料和铌酸锂薄膜的可重构多功能起偏器

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光学学报 2024年第13期44卷 145-152页

作者：许孟翔倪屹徐银费耶灯夏骏江南大学物联网工程学院江苏无锡214122 苏州大学光电科学与工程学院&苏州纳米科技协同创新中心江苏苏州215006 江苏省先进光学制造技术重点实验室&苏州大学教育部现代光学技术重点实验室江苏苏州215006

针对集成光学系统对可重构和多功能偏振器件的需求日趋增加的问题,本文提出了一种基于相变材料(PCM)和铌酸锂薄膜(LNOI)的可重构多功能起偏器。通过控制相变材料的相态,可以控制TE和TM模式的通断,从而实现四种输出模式。利用三维时域有... 详细信息

针对集成光学系统对可重构和多功能偏振器件的需求日趋增加的问题,本文提出了一种基于相变材料(PCM)和铌酸锂薄膜(LNOI)的可重构多功能起偏器。通过控制相变材料的相态,可以控制TE和TM模式的通断,从而实现四种输出模式。利用三维时域有限差分(3D-FDTD)法对器件进行参数优化和性能分析。结果表明,该器件可以很好地实现四种输出模式,即TE通、TM通、TE+TM通和无输出。器件长度为69μm、波长为1550 nm时,TE模式的消光比(PER)为34.2 dB,插入损耗(IL)为0.27 dB;TM模式的PER为34.3 dB,IL为0.42 dB。此外,1530~1580 nm的波长范围内该器件具有28 dB以上的PER。还研究分析了器件的工艺容差,结果表明设计具有一定的鲁棒性。这种具有可重构和多功能的高性能起偏器在LNOI平台集成光学系统中具有广泛的应用潜力。

关键词：集成光学相变材料铌酸锂起偏器

主动磁悬浮轴承系统保护轴承热特性研究及减摩设计

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中国机械工程 2024年第4期35卷 646-655页

作者：李迎春聂傲男杨明宣朱定康邱明杨更生河南科技大学机电工程学院洛阳471003 河南科技大学机械装备先进制造河南省协同创新中心洛阳471003

针对主动磁悬浮轴承系统(AMBs)转子跌落过程中转子与保护轴承碰摩产生巨大冲击、振动和大量摩擦热,易使保护轴承失效的问题,对立式转子跌落到保护轴承过程中的热特性进行了研究,分析了转子跌落对保护轴承造成破坏的主要影响因素,进而提... 详细信息

针对主动磁悬浮轴承系统(AMBs)转子跌落过程中转子与保护轴承碰摩产生巨大冲击、振动和大量摩擦热,易使保护轴承失效的问题,对立式转子跌落到保护轴承过程中的热特性进行了研究,分析了转子跌落对保护轴承造成破坏的主要影响因素,进而提出了一种采用磁控溅射技术在保护轴承关键表面沉积固体润滑薄膜(类石墨碳基薄膜,GLC)的减摩方法,并对镀膜、未镀膜的保护轴承进行了转子跌落试验。研究结果表明:跌落转速为20000 r/min时,保护轴承的最高温度为210.60℃,出现在转子与轴承内圈端面高速碰摩阶段,该温度超过了轴承钢160℃的回火温度,导致轴承烧伤而失效。在跌落试验中,镀有GLC薄膜的自润滑保护轴承试验后的沟道和端面外观明显优于未镀膜保护轴承,由碰摩发热导致的内圈端面硬度下降也较轻,质心轨迹和轴向位移更加平稳,温升更低,GLC薄膜起到了关键的自润滑和减摩功能,提高了保护轴承的使用寿命和服役可靠性,为解决主动磁悬浮轴承系统中保护轴承易失效而发生重大事故的问题提供了一种思路和方法。

关键词：主动磁悬浮轴承系统保护轴承类石墨碳基薄膜减摩

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考虑协调接触的圆兜孔圆柱滚子轴承动力学研究

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航空动力学报 2024年第4期39卷 251-266页

作者：刘延斌黄杰李旭莹河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 河南科技大学机械装备先进制造河南省协同创新中心河南洛阳471003

针对接触廓形高度密合的滚子-兜孔圆弧面、滚子-兜孔端面、滚子-挡边等协调接触副,基于Winkler弹性基础模型,提出一种协调接触建模方法,然后结合牛顿-欧拉动力学理论,提出考虑协调接触的圆兜孔圆柱滚子轴承的六自由度动力学建模方法,通... 详细信息

针对接触廓形高度密合的滚子-兜孔圆弧面、滚子-兜孔端面、滚子-挡边等协调接触副,基于Winkler弹性基础模型,提出一种协调接触建模方法,然后结合牛顿-欧拉动力学理论,提出考虑协调接触的圆兜孔圆柱滚子轴承的六自由度动力学建模方法,通过与文献结果和实验数据对比,验证了建模方法的有效性,在此基础上仿真研究了保持架质量偏心和内外圈角度不对中对保持架打滑/涡动、滚子打滑/偏歪斜、滚子-兜孔碰撞以及滚子-挡边碰撞的影响,结果表明:保持架质量径向偏心会加剧保持架和滚子的打滑,但有助于提高保持架涡动的稳定性,而轴向偏心会引起滚子的偏歪斜,当轴向偏心与径向偏心叠加时,滚子与兜孔、挡边更易产生边缘碰撞;内外圈角度不对中也容易引起滚子的偏歪斜,以及滚子与兜孔、挡边的边缘碰撞,但可明显降低保持架和滚子的打滑。

关键词：圆柱滚子轴承圆兜孔协调接触六自由度动力学模型动态性能

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考虑动态时变载荷的滚动轴承寿命评估方法

工程设计学报 2024年

作者：李军星高锐邱明李燕科刘静涛刘志卫河南科技大学机电工程学院机械装备先进制造河南省协同创新中心高端轴承河南省协同创新中心

载荷是滚动轴承运作过程中不可忽视的关键因素，不同特征的载荷会对轴承的可靠性产生差异影响。针对滚动轴承实际当量动载荷具有动态随机时变的特点，提出了一种考虑动态时变载荷的滚动轴承寿命评估方法，以解决传统方法忽略轴承载荷时... 详细信息

载荷是滚动轴承运作过程中不可忽视的关键因素，不同特征的载荷会对轴承的可靠性产生差异影响。针对滚动轴承实际当量动载荷具有动态随机时变的特点，提出了一种考虑动态时变载荷的滚动轴承寿命评估方法，以解决传统方法忽略轴承载荷时变性而导致评估精度下降的问题。利用灰色预测模型，构建了轴承当量动载荷随机时变过程的分析模型，对小样本载荷数据进行预测补充；在此基础之上，提出了基于动态应力-强度干涉模型的轴承可靠性与寿命评估方法，得到了动载荷的工作区间，从而获得轴承可靠度与寿命区间估计；进行NU206E圆柱滚子轴承寿命实验，对该方法进行验证。实验结果表明：与传统方法相比，采用所提出的方法得到的轴承寿命评估结果实验值更加接近，精度更高，且能获得覆盖所有实验值的寿命区间，并进一步缩短了评估耗时间。结合灰色预测模型和动态应力-强度干涉模型的滚动轴承寿命评估方法具有良好的工程应用价值，为变载工况下的滚动轴承可靠性评估提供了新的思路。

关键词：滚动轴承可靠性评估灰色模型时变应力应力-强度干涉模型

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计算全息图的高效编码方法

激光与光电子学进展 2024年第8期61卷 83-88页

作者：李春琦黄启泰任建锋苏州大学光电科学与工程学院江苏苏州215006 苏州大学苏州纳米科技协同创新中心江苏苏州215006 苏州大学江苏省先进光学制造技术重点实验室江苏苏州215006 苏州大学教育部现代光学技术重点实验室江苏苏州215006

利用计算全息图(CGH)能够实现对非球面面形的高精度检测。为了提高CGH的编码效率,提出一种以圆弧为基元对刻线条纹进行分段描述的编码方法,该方法将编码过程分为二值化编码和曲线描述两个步骤。二值化编码采用牛顿迭代法将相位等高分界... 详细信息

利用计算全息图(CGH)能够实现对非球面面形的高精度检测。为了提高CGH的编码效率,提出一种以圆弧为基元对刻线条纹进行分段描述的编码方法,该方法将编码过程分为二值化编码和曲线描述两个步骤。二值化编码采用牛顿迭代法将相位等高分界线离散化;曲线描述结合二分法及残余误差均方根最小准则,利用圆弧对条纹离散点进行编码计算,从而得到刻线条纹。针对一离轴非球面,进行了CGH的设计、编码与制作,在编码精度优于λ/1000的前提下,运算时间仅需3 h,编码文件仅为39 MB,刻蚀时长仅需40 min,证明所提方法相对于传统编码方法能够大幅度提高编码效率,且误差分析表明CGH的波前root-sum square(RSS)误差仅为0.00255λ,证明所提编码方法高效可行。

关键词：计算全息图编码计算圆弧刻线条纹

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基于卷积神经网络的干涉投影畸变校正方法

激光与光电子学进展 2024年第8期61卷 69-75页

作者：颜蒙黄启泰任建锋苏州大学光电科学与工程学院&苏州纳米科技协同创新中心江苏苏州215006 江苏省先进光学制造技术重点实验室&教育部现代光学技术重点实验室江苏苏州215006

在非球面零位干涉检测中,待测面检测误差分布与实际误差分布间存在干涉投影畸变。针对目前投影畸变校正方法计算复杂、通用性差等问题,提出一种基于卷积神经网络(CNN)的投影畸变校正方法。该方法首先在待测面上加入井字形柔性遮挡物,并... 详细信息

在非球面零位干涉检测中,待测面检测误差分布与实际误差分布间存在干涉投影畸变。针对目前投影畸变校正方法计算复杂、通用性差等问题,提出一种基于卷积神经网络(CNN)的投影畸变校正方法。该方法首先在待测面上加入井字形柔性遮挡物,并根据投影畸变系数范围合成干涉图像作为CNN的数据集;然后选择合适的网络结构基于该数据集来训练网络;最后将实际干涉图像输入该网络以预测畸变系数,从而实现投影畸变的标定与校正。实验结果表明,该方法的理论校正误差小于1 pixel,实际误差校正精度优于传统标记点法,证明了该方法高效可行。

关键词：干涉检测畸变校正深度学习卷积神经网络系统标定

大相对孔径激光测距接收光学系统及杂散光抑制

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激光与光电子学进展 2024年第5期61卷 496-504页

作者：周星宇孙亮潘俏吴绍龙曹国洋李孝峰苏州大学光电科学与工程学院江苏苏州215006 苏州大学苏州纳米科技协同创新中心江苏苏州215006 苏州大学教育部现代光学技术重点实验室江苏苏州215006 苏州大学江苏省先进光学制造技术重点实验室江苏苏州215006

为解决目前激光测距接收光学系统存在的难点,即系统在具有充足进光量的同时又要保证其低制造成本和轻小型化,基于拉格朗日不变量理论分析设计了一种大相对孔径接收光学系统。系统采用6片式伽利略型标准球面镜,使用光敏面直径为0.5 mm的... 详细信息

为解决目前激光测距接收光学系统存在的难点,即系统在具有充足进光量的同时又要保证其低制造成本和轻小型化,基于拉格朗日不变量理论分析设计了一种大相对孔径接收光学系统。系统采用6片式伽利略型标准球面镜,使用光敏面直径为0.5 mm的雪崩光电二极管(APD)探测回波光信号,优化后的系统入瞳直径为50 mm,相对孔径为1∶0.9,系统总长为114.9 mm,拉格朗日不变量为125 mrad·mm,获得了较为充足的进光量的同时满足低成本小型化要求。为降低杂散光的影响,进一步设计了遮光罩及镜筒栅栏结构。杂散光模拟追迹结果表明,系统在20°~85°离轴角视场外的杂散光抑制可以达到激光测距系统要求。在接收光学系统拉格朗日不变量为125 mrad·mm的前提下,激光测距系统的测距量程在加入光学系统后综合提升了21倍,表明该接收光学系统具有较大应用价值。

关键词：激光测距光学设计拉格朗日不变量大相对孔径杂散光分析

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莫尔成像薄膜的研究和应用进展

印刷与数字媒体技术研究 2024年第2期 1-10页

作者：罗万里谢一张研郑伟伟申溯苏州大学光电科学与工程学院苏州215006 苏州大学苏州纳米科技协同创新中心苏州215006 深圳劲嘉集团股份有限公司深圳518052 苏州印象技术有限公司苏州215128

光场成像是一类新型的成像技术。作为光场成像技术的重要组成部分,莫尔成像薄膜以其优异的三维和动态成像特性,近年来引起人们的广泛关注。本文综述了莫尔成像薄膜的研究和应用进展,主要介绍了莫尔成像薄膜的成像原理,给出了莫尔成像薄... 详细信息

光场成像是一类新型的成像技术。作为光场成像技术的重要组成部分,莫尔成像薄膜以其优异的三维和动态成像特性,近年来引起人们的广泛关注。本文综述了莫尔成像薄膜的研究和应用进展,主要介绍了莫尔成像薄膜的成像原理,给出了莫尔成像薄膜中人们最为关注的放大倍率、取向角、立体景深和动感参数的基本原理和计算公式。进一步地,讨论了大幅面微透镜阵列模具的制备技术、分辨率大于8000dpi的纳米印刷技术和对准微纳压印技术。最后讨论了莫尔成像技术的未来发展机会和挑战,为莫尔成像薄膜未来在安全防伪、动态显示等方向的应用提供了借鉴。

关键词：莫尔现象微透镜阵列纳米印刷防伪