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碳纳米管黏附材料研究进展

科学通报 2024年第16期69卷 2246-2264页

作者：夏侯幸子吴思佳叶宗麟周笛徐鸣华中科技大学材料科学与工程学院武汉430074 深圳华中科技大学研究院深圳518000

干性黏附材料具有将两个界面通过表面相互作用力连接在一起的功能,是社会生活和生产中不可或缺的物质.干性黏附材料主要分为高分子黏附材料、水凝胶黏附材料以及碳纳米管黏附材料等几类.其中,碳纳米管具有超高的长径比,并且具备优越的... 详细信息

干性黏附材料具有将两个界面通过表面相互作用力连接在一起的功能,是社会生活和生产中不可或缺的物质.干性黏附材料主要分为高分子黏附材料、水凝胶黏附材料以及碳纳米管黏附材料等几类.其中,碳纳米管具有超高的长径比,并且具备优越的力学、热学和电学性能,已被证明是先进黏附材料的理想组成单元.经过长期努力,研究者已制备出具备高黏附强度的碳纳米管黏附材料,并展示了碳纳米管黏附在生物医学、电子器件等领域的应用潜力.明晰碳纳米管黏附机制、整理宏观集合体黏附性能研究进展与挑战,对于合理设计和制造碳纳米管黏附材料以及实现碳纳米管黏附实际应用具有至关重要的意义.本文首先历数碳纳米管黏附的发展历程,从微观结构探测及模拟计算出发,深入挖掘碳纳米管黏附机制.其次,归纳了碳纳米管宏观集合体的黏附性能研究手段,并列举了提升碳纳米管黏附性能的策略和方法.最后,详细对比了碳纳米管黏附材料、高分子黏附材料以及水凝胶黏附材料在制备方法、结构特征以及黏附性能等方面的差异,并对碳纳米管黏附的下一步研究方向进行了展望.

关键词：碳纳米管碳纳米管阵列干性黏附黏附机理多功能材料

马氏体时效钢激光选区熔化成形过程介观尺度数值模拟

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机械工程学报 2024年第3期60卷 282-295页

作者：宋军唐倩罗智超冯琪翔聂云飞任治好重庆大学机械与运载工程学院重庆400044 华中科技大学材料成形与模具技术全国重点实验室武汉430074 重庆邮电大学先进制造工程学院重庆400065

激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)成形过程涉及多种发生于介观尺度下的物理现象,采用试验方法难以揭示物理现象复杂的形成规律。以18Ni-300马氏体时效钢为SLM成形材料,采用离散元法与有限体积法建立了SLM成形介观尺度热流耦... 详细信息

激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)成形过程涉及多种发生于介观尺度下的物理现象,采用试验方法难以揭示物理现象复杂的形成规律。以18Ni-300马氏体时效钢为SLM成形材料,采用离散元法与有限体积法建立了SLM成形介观尺度热流耦合数值模型,并结合熔道成形试验验证模型的正确性。结合数值模拟揭示激光功率从60 W增加至270 W时单道SLM成形熔道形貌、熔池尺寸与温度、传热机制等熔池行为的基本特征;研究在0.2 J/mm、0.3 J/mm和0.45 J/mm线能量密度下不同激光功率和扫描速度组合对熔道形貌、熔池尺寸与传热机制的影响规律;结合熔道搭接理论模型计算激光功率180 W和扫描速度600 mm/s组合下无搭接缺陷的扫描间距理论临界条件约为83μm,并研究80μm、100μm和120μm扫描间距下多道多层SLM成形熔道搭接行为和演变规律。该模型可用于筛选工艺参数区间,提高工艺优化效率,为单层/多层成形的工艺试验提供指导。

关键词：激光选区熔化马氏体时效钢数值模拟熔池缺陷

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液滴撞击柔性基底研究进展

力学学报 2024年第6期56卷 1529-1539页

作者：许勇琪彭泽瑞周新平华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074 华中科技大学航空航天学院武汉430074 华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室武汉430074

液滴撞击固体基底现象广泛存在于自然界、日常生活及工业生产中.在多数液滴撞击场景中,固体基底可以近似地视为理想刚性基底.然而在一些场景中,具有较小杨氏模量或者几何结构为薄壁或细长类的固体基底在受到液滴撞击后会产生明显的变形... 详细信息

液滴撞击固体基底现象广泛存在于自然界、日常生活及工业生产中.在多数液滴撞击场景中,固体基底可以近似地视为理想刚性基底.然而在一些场景中,具有较小杨氏模量或者几何结构为薄壁或细长类的固体基底在受到液滴撞击后会产生明显的变形,而固体基底的形变反过来又会影响液滴的动力学行为.相比于刚性基底情况,液滴与柔性基底的耦合作用可能会引发新的动力学现象和机制.因此,柔性基底液滴撞击动力学的研究很有意义,也成为一些学者当前关注的研究焦点之一.根据几何结构的特点,柔性基底可以分为柔性体、柔性面和柔性杆3种类型.文章据此分类介绍与这3类柔性基底相关的液滴撞击动力学的研究进展.柔性基底的可变形性是导致其液滴动力学与刚性基底液滴动力学存在差异的根本原因.现有的研究表明,基底柔性对液滴撞击的接触时间、最大铺展因子、气泡捕获、回弹和溅射等方面均存在着影响,其中关于接触时间及溅射方面的结论可能为制造防水、抗冰和防溅射材料提供新思路.

关键词：液滴撞击柔性基底流固耦合基底形变杨氏模量

基于改进ResNet50和迁移学习的竹片表面缺陷检测方法

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控制与决策 2024年

作者：常青郑世祺邓宇书唐小琦中国地质大学(武汉)自动化学院邵阳先进制造技术研究院华中科技大学机械科学与工程学院

在竹片表面缺陷检测中，竹片表面缺陷形状各异，成像环境脏乱，现有基于卷积神经网络（CNN）的目标检测方法面对这样特定的数据时检测准确率较低；而且竹片来源复杂且有其他条件限制，例如不同季节成色各异等限制，因此无法采集所有类... 详细信息

在竹片表面缺陷检测中，竹片表面缺陷形状各异，成像环境脏乱，现有基于卷积神经网络（CNN）的目标检测方法面对这样特定的数据时检测准确率较低；而且竹片来源复杂且有其他条件限制，例如不同季节成色各异等限制，因此无法采集所有类型的数据，导致竹片表面缺陷数据量少，以至于CNN不能充分学习。针对以上问题，本文提出了一种改进的ResNet50网络与迁移学习结合的竹片缺陷识别方法。首先，将获得的正负样本数据按照一定比例分为训练集、验证集和测试集；其次，利用OTSU算法和LBP算法对竹片图像进行二值化处理和特征提取，以减少噪音影响；最后将ResNet50作为骨干网络加入L2正则化和标签平滑与迁移学习结合，得到适应于竹片缺陷检测识别的优化模型。将所提检测网络与VGG16、DenseNet121、ResNet50以及目前常用于工业检测的YOLOv3分别在相同比例训练测试集上进行训练和测试。实验结果表明，在竹片数据集上所提检测网络的平均精度均值(mAP)比VGG16、DenseNet121、YOLOv3和ResNet50的mAP值分别提高了23.45、18.6、19.51和2.76个百分点。所提方法能够针对形状各异的竹片表面缺陷进行有效检测，且降低了时间消耗，在实际工业运用中具有很好的效果。

关键词：缺陷检测竹片 OTSU算法 LBP算法 RseNet50 迁移学习

基于数字孪生和深度迁移学习的电主轴热误差建模方法

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机械工程学报 2024年

作者：马帅冷杰武陈祝云李巍华李波刘强襄阳华中科技大学先进制造工程研究院广东工业大学省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室华南理工大学机械与汽车工程学院湖北文理学院机械工程学院

热误差是电主轴系统误差的主要来源之一，热误差建模是提高系统可靠性的重要手段。电主轴装载刀具加工时，需要在多个方向上运动，导致实时测量困难，难以采集足够的热误差样本。不同工况下的数据分布差异较大，在某一工况下训练的热误... 详细信息

热误差是电主轴系统误差的主要来源之一，热误差建模是提高系统可靠性的重要手段。电主轴装载刀具加工时，需要在多个方向上运动，导致实时测量困难，难以采集足够的热误差样本。不同工况下的数据分布差异较大，在某一工况下训练的热误差预测模型难以在其他工况下取得满意的预测精度。针对上述问题，提出了一种基于数字孪生和深度迁移学习的电主轴热误差建模方法。首先，建立电主轴系统热行为数字孪生模型，模拟出不同工况下的温度场和热变形数据，缓解实际场景中热误差样本缺失的限制。其次，开发基于领域对抗机制的卷积双向长短期记忆网络，数字孪生模型生成的虚拟数据用作源域，真实数据作为目标域，不同尺度的卷积层构成特征提取器，分别提取源域和目标域温度数据的空间特征，处理多维温度特征的共线性问题。构建双向长短期记忆网络作为预测器，处理温度与热误差的时序关系并输出预测值。同时，结合领域适配的对抗训练技术，利用域判别器混淆两域特征，最小化两域数据分布，提高模型的泛化能力。最后，搭建多源数据协同采集平台，获取不同工况下的真实数据，通过不同迁移任务验证，结果表明：在热误差标签样本缺失的情况下，该方法成功实现热误差建模，具备较好的预测性能。

关键词：电主轴热误差建模数字孪生深度迁移学习领域适配

柔性压阻应变传感技术在结构健康监测领域的研究进展

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建筑结构学报 2024年第7期45卷 242-261页

作者：翁顺张之越高珂朱宏平华中科技大学土木与水利工程学院湖北武汉430074 华中科技大学控制结构湖北省重点实验室湖北武汉430074 华中科技大学国家数字建造技术创新中心湖北武汉430074

柔性压阻应变传感器具备量程大、共形能力强、稳定性好等优势,为解决传统应变传感器量程小和灵敏度低等难题提供新途径,在土木工程领域结构健康监测中有很大的应用潜力。在介绍柔性压阻应变传感器常用的材料及其传感机理基础上,归纳并... 详细信息

柔性压阻应变传感器具备量程大、共形能力强、稳定性好等优势,为解决传统应变传感器量程小和灵敏度低等难题提供新途径,在土木工程领域结构健康监测中有很大的应用潜力。在介绍柔性压阻应变传感器常用的材料及其传感机理基础上,归纳并总结了3种典型压阻传感原理的传感机制、传感器结构设计和制备方法以及在结构健康监测中的应用等三方面的研究现状。通过探讨材料选择、导电网络优化设计对传感性能调控的影响,发现采用复合导电填料和微观结构设计能一定程度提高传感性能;现阶段制造高性能且适应工程环境的柔性压阻应变传感器面临长期使用过程的性能下降、工程环境下的稳定性、监测系统集成维护等挑战;对于柔性压阻传感器的选择策略,建议选择碳系导电材料,选择不同主导的导电效应来满足对不同应变监测的需求;同时,展望了柔性压阻应变传感器在建筑结构智慧运维中的发展趋势。

关键词：结构健康监测应变感知柔性压阻传感器纳米复合材料

高重复频率、高功率高次谐波极紫外光源进展及应用

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中国激光 2024年第7期51卷 3-21页

作者：魏子娟高熙泽孟翔宇李政言张庆斌兰鹏飞陆培祥华中科技大学光学与电子信息学院湖北武汉430074 华中科技大学物理学院湖北武汉430074 华中科技大学武汉光电国家研究中心湖北武汉430074 湖北光谷实验室湖北武汉430074

超短超强激光脉冲驱动的高次谐波是一种极紫外到软X射线波段的光源,具有指向性好、时空相干性高、亮度高等优点。高次谐波不但是在阿秒时间尺度上研究电子动力学的基础,而且其各类技术优点也使之成为一种有效的桌面型极紫外相干光源,在... 详细信息

超短超强激光脉冲驱动的高次谐波是一种极紫外到软X射线波段的光源,具有指向性好、时空相干性高、亮度高等优点。高次谐波不但是在阿秒时间尺度上研究电子动力学的基础,而且其各类技术优点也使之成为一种有效的桌面型极紫外相干光源,在集成电路制造在线检测、材料科学、生物医药等领域中具有广泛应用。然而,受限于传统钛蓝宝石固体飞秒激光的平均功率和高次谐波传播过程中的转换效率,目前高次谐波极紫外光源的平均功率亟待提高。介绍了高重复频率、高平均功率高次谐波极紫外光源的产生方式及其应用。首先介绍了光纤、固体、啁啾光学参量放大器等新型高重复频率、高平均功率飞秒激光驱动源在高次谐波产生方面的研究进展,之后讨论了激光高次谐波在弱电离气体介质中的宏观传播效应和相位匹配条件。在此基础上,介绍了高平均功率高次谐波极紫外光源在成像检测方面的应用。

关键词：非线性光学高次谐波极紫外光源飞秒激光器极紫外成像检测

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硬磁软材料输流管的屈曲不稳定性分析

力学学报 2024年第3期56卷 691-703页

作者：马地龙王琳陈伟华中科技大学航空航天学院工程力学系武汉430074 华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074 智能制造装备与技术全国重点实验室武汉430074

输流管道广泛应用于海洋工程、航空航天、先进制造和生物医学等工程行业和前沿科技领域.在内部流体作用下,软材料输流管易丧失稳定性并出现较大位移.因此,如何预测其稳定性以及调控其力学行为显得至关重要.基于Hamilton原理,建立了磁调... 详细信息

输流管道广泛应用于海洋工程、航空航天、先进制造和生物医学等工程行业和前沿科技领域.在内部流体作用下,软材料输流管易丧失稳定性并出现较大位移.因此,如何预测其稳定性以及调控其力学行为显得至关重要.基于Hamilton原理,建立了磁调控下硬磁软材料输流管道的动力学理论模型,推导了铰支-可滑动铰支边界条件下输流管道的控制方程.在Galerkin方法离散的基础上,对输流管系统进行了稳定性分析.研究发现:当流速小于失稳临界值时,输流管在静态平衡位置保持稳定;当流速大于失稳临界值时,输流管以静态分岔形式发生屈曲失稳.通过求解输流管道的非线性控制方程,得到管道的非线性力学响应.研究结果显示,磁场力幅值P和磁偏角α会共同影响输流管系统的非线性力学响应行为,α的取值决定了系统临界流速和管道屈曲形状随P值增大的演化趋势,实现了对管道屈曲变形行为的磁调控.理论模型还可方便地推广应用于非均匀磁化管道的力学响应分析之中.文章采用的磁场调控方法具有非接触式和快速响应等优势,可望进一步应用于医用器械及极端环境作业等领域.

关键词：硬磁软材料输流管道稳定性磁调控屈曲

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混线自由锻协同生产多目标节能优化调度方法

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 10-16页

作者：程强李德威刘志峰郑辰仰北京工业大学先进制造与智能技术研究所北京100124 北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室北京100124 吉林大学机械与航空航天工程学院长春130015 台北科技大学工业工程与管理系台北106344

针对锻件产品多品种、小批量的需求增加和绿色生产的需要,提出一种混线自由锻协同生产的节能调度方法.将锻件温度和运输车辆最大运输质量作为调度的关键约束因素,以最大完工时间和能源消耗最小化为目标,建立虑及锻造温度的混线协同生产... 详细信息

针对锻件产品多品种、小批量的需求增加和绿色生产的需要,提出一种混线自由锻协同生产的节能调度方法.将锻件温度和运输车辆最大运输质量作为调度的关键约束因素,以最大完工时间和能源消耗最小化为目标,建立虑及锻造温度的混线协同生产多目标节能优化数学模型.结合数学模型通过改编非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),得到模型优化后的生产时间、能耗及运输次数,对比可知混线协同生产节能调度比传统非协同生产调度时间减少约20%,能耗减少约40%,运输次数减少60%,验证了混线协同节能生产调度的有效性.

关键词：锻造节能混线生产遗传算法多目标优化生产调度