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流水车间加工信息测度与控制

中国科学：技术科学 2024年第6期54卷 1091-1104页

作者：张志峰 JANET David 刘俊桂林航天工业学院管理学院桂林541004 Department of Engineering Science University of OxfordOxford OX13PJUK 华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074

流水车间加工信息的有效测度是实施加工批量决策的前提.当前多品种小批量生产信息控制研究多以生产技术、范式及智能算法等理论优化工作为主,极少开展生产的加工批量与其状态控制所需信息之间关系的研究,导致研究结论过于理论化而难以... 详细信息

流水车间加工信息的有效测度是实施加工批量决策的前提.当前多品种小批量生产信息控制研究多以生产技术、范式及智能算法等理论优化工作为主,极少开展生产的加工批量与其状态控制所需信息之间关系的研究,导致研究结论过于理论化而难以应用于现实生产.针对此研究局限性,本文从信息论角度出发,根据制造马尔科夫过程,定义流水车间的加工批量信息熵并解析其度量特性.进一步,构建流水车间加工批量信息熵函数,理论上证明其函数单调递减性.通过建立流水车间加工批次信息测度模型,确定生产线批次加工信息的组成结构,实现对工件加工所需信息量的测度.实证研究中,将平均调整准备时间、平均加工时间及完工时间等观测数据应用于实际企业的减速器生产线,做出不同参量与加工批量变化关系图,确定相关参数条件下生产线的最优加工批量.根据研究结果,提出有效减少管理与控制生产线所需信息量的对策,在验证所建熵模型科学性与有效性的同时,也为实际生产中的批量决策提供准确的现实指导.

关键词：流水车间加工批量熵函数信息测度

基于光斑重叠的激光表面标刻等效脉冲传热模型与工艺分析

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中国表面工程 2024年第3期37卷 204-219页

作者：邓凯蔡颂陶能如熊显文陈达徐闻声余凡湖南第一师范学院智能制造学院长沙410205 湖南工业大学机械工程学院株洲412000 华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074 武汉轻工大学机械工程学院武汉430023

目前激光表面标刻技术应用较为广泛,但标刻过程中涉及的能量耦合复杂。为满足激光标刻技术的发展需求,结合理论模型和试验分析对其能量耦合的原理进行探究。研究结果如下:重叠率在91%~99%时,激光扫描速率v或激光脉冲频率f影响下的材料... 详细信息

目前激光表面标刻技术应用较为广泛,但标刻过程中涉及的能量耦合复杂。为满足激光标刻技术的发展需求,结合理论模型和试验分析对其能量耦合的原理进行探究。研究结果如下:重叠率在91%~99%时,激光扫描速率v或激光脉冲频率f影响下的材料烧蚀深度会随重叠率的增加而增加,重叠率为99%时,材料去除率达最大;在光斑直径D影响下的烧蚀深度随重叠率的增加而减少,重叠率为91%时去除率最大。三种参数影响下,等效激光功率密度I1=3.88 W/μm^(2)时,将产生较大的反冲压力促进材料的去除,使激光标刻的能量利用率最大。面标刻中,线间距大于线段凹槽宽度时,导致线段叠加不能完全填充目标区域;线间距小于线段凹槽宽度时,会导致块体膨胀变形,表面质量被破坏;线间距与线段凹槽宽度接近时,目标区域可以被完全填充且表面质量不被破坏,标刻效果较好。通过分析空间上光斑重叠区域的能量耦合与时间上相邻脉冲的能量累积,整理得到等效脉冲传热数值模型,可对激光标刻的烧蚀深度进行更加简单有效的计算。

关键词：激光标刻高分子材料等效脉冲表面技术

具有挠曲电效应的薄膜-有限厚度基底结构的屈曲行为研究

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固体力学学报 2024年

作者：王辰宇王博张博涵黄永安欧阳华江西北工业大学工程力学系西北工业大学深圳研究院华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室西南交通大学机械工程学院

本文建立了一个具有挠曲电效应薄膜-有限厚基底结构屈曲的理论模型，通过最小能量法对结构总能量进行分析，研究了挠曲电效应对薄膜-基底结构发生屈曲演化的影响，并对全局屈曲和局部起皱两种屈曲模式进行了区分。目前研究表明薄膜中挠... 详细信息

本文建立了一个具有挠曲电效应薄膜-有限厚基底结构屈曲的理论模型，通过最小能量法对结构总能量进行分析，研究了挠曲电效应对薄膜-基底结构发生屈曲演化的影响，并对全局屈曲和局部起皱两种屈曲模式进行了区分。目前研究表明薄膜中挠曲电效应越强，结构越细长，越倾向于发生全局屈曲。同时，结构发生失稳所需的临界应变越大，且挠曲电效应对局部起皱失稳模式的影响更突出。挠曲电效应的存在会增大结构的刚度，改善结构的可拉伸性。褶皱薄膜中挠曲电效应的可控性对材料极性的产生与控制有着重要意义。这些发现将有助于微纳尺度上机电设备的设计与应用。

关键词：挠曲电效应有限厚度基底薄膜-基底结构屈曲模式

快重离子辐照改性介电聚合物的结构演变与储能性能提升

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硅酸盐学报 2024年第4期52卷 1365-1373页

作者：黄帅康郭鹏张琦忠王文涛谭划张晓东段敬来李飞郭新胡永明张海波华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074 湖北大学铁电压电材料与器件湖北省重点实验室武汉430062 中国科学院近代物理研究所兰州重离子加速器国家实验室兰州450008 西安交通大学电子陶瓷与器件教育部重点实验室西安710049 广东华中科技大学工业技术研究院广州东莞523808

由于薄膜电容器具有低极性,绝缘阻抗高,频率响应宽等优点,具有旁路、去耦、滤波和储能的功能,广泛应用于通信、电子、航空航天、医疗设备、新能源等行业。近年来,由于行业的发展,低介电损耗、高击穿场强与高能量密度的新型介电材料的研... 详细信息

由于薄膜电容器具有低极性,绝缘阻抗高,频率响应宽等优点,具有旁路、去耦、滤波和储能的功能,广泛应用于通信、电子、航空航天、医疗设备、新能源等行业。近年来,由于行业的发展,低介电损耗、高击穿场强与高能量密度的新型介电材料的研发变得愈发重要。采用氙重离子束对聚(偏二氟乙烯–六氟丙烯)进行辐照改性,系统地研究了辐照注量对材料微观结构、介电性能和储能性能的影响。结果表明,^(129)Xe^(27+)快重离子辐照促进了优势相变与表面交联结构形成,提高了材料的储能效率与击穿场强。同时,辐照断键提高了材料的介电常数,增强了有效极化。多种效应协同作用下,成功制备了高击穿场强(540 MV/m)、高放电能量密度(16.3 J/cm^(3))的辐照改性聚合物材料,为促进聚合物介质电容器的发展提供了理论与实验依据。

关键词：快重离子辐照介电材料相变交联储能密度

基于马赫-曾德尔点衍射的双模式定量相位成像研究

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光学学报 2024年

作者：董正琼王婧怡谢怡君李泽迪祝仁龙聂磊朱金龙湖北工业大学现代制造质量工程湖北省重点实验室华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室

为解决传统离轴数字全息干涉仪无法兼备反射和透射测量模式的局限，提出了一种基于马赫-曾德尔点衍射干涉的双模式定量相位显微成像方法，显微成像部分与干涉部分相对独立。使用透射照明或反射照明时，经过显微系统的物光束进入马赫-曾... 详细信息

为解决传统离轴数字全息干涉仪无法兼备反射和透射测量模式的局限，提出了一种基于马赫-曾德尔点衍射干涉的双模式定量相位显微成像方法，显微成像部分与干涉部分相对独立。使用透射照明或反射照明时，经过显微系统的物光束进入马赫-曾德尔点衍射光路后，通过分光比为9:1的分束器将其分束，使用9/10的一束通过针孔滤波器低通滤波后的作为参考光，保证与1/10的另一束物光具有相近的强度并形成干涉。实验结果表明，其在透射模式下测得石英基底表面刻蚀深度的结果为101.0±1.6nm，与标称值100.5±4.0nm相比，相对误差约为0.50%，其在反射模式下测得硅基底表面深沟槽刻蚀深度的结果为210.7±1.5nm，与商用白光干涉仪测量均值212.4nm相比，相对误差约为0.80%，验证了所提出双模式定量相位成像测量方法的有效性。

关键词：离轴数字全息马赫-曾德尔干涉仪点衍射双模式定量相位显微成像

机器人抛光M-ZnS去除函数建模与工艺参数优化

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光学精密工程 2024年第15期32卷 2387-2400页

作者：臧艺凯朱蓓蓓秦琳尚瑶尚俊豪佘中迪陈肖肖峻峰许剑锋华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074 上海航天控制技术研究所上海201108 湖北工业大学机械工程学院湖北武汉430068

为研究M-ZnS在机器人抛光过程中的材料去除模型和优化参数组合,探究M-ZnS光学元件的高精度、低成本、批量化制造方案,采用有限元法和数值仿真法,对M-ZnS的机器人抛光材料去除函数模型进行修正。基于有限元法建立了抛光盘的压力分布模型... 详细信息

为研究M-ZnS在机器人抛光过程中的材料去除模型和优化参数组合,探究M-ZnS光学元件的高精度、低成本、批量化制造方案,采用有限元法和数值仿真法,对M-ZnS的机器人抛光材料去除函数模型进行修正。基于有限元法建立了抛光盘的压力分布模型,采用曲线拟合方法得到了压力分布函数。仿真模型和实验数据对比表明,去除函数模型与实验数据中心相对偏差小于8%,证实了修正去除函数模型的有效性。然后,对抛光关键工艺参数进行优化,通过单因素实验法,获得了机器人抛光M-ZnS的优化工艺参数组合:对于10 mm的沥青盘,推荐压力为0.12~0.18 MPa,推荐的转速比为200/-10~200/-50 r/min。最后,采用修正的去除函数模型和优化工艺参数对100 mm口径的M-ZnS平面光学元件进行抛光,并对抛光前后的表面粗糙度和面形精度进行测量和对比。实验结果表明,经过单轮80.39 min抛光,表面质量明显提高,元件淡黄色逐渐褪去,表现为透明材料,面形PV从0.668μm降至0.229μm,收敛率为65%,表面粗糙度Sa从7.911 nm降低至2.472 nm,收敛率为68%。机器人抛光技术可作为M-ZnS光学元件高效高质量加工的重要手段。

关键词：机器人抛光 M-ZnS 去除函数工艺优化面形精度表面粗糙度

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砂岩压缩断裂行为的半均质近场动力学模拟

固体力学学报 2024年

作者：董文博陈子光江汉大学智能制造学院华中科技大学航空航天学院工程力学系工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室

孔隙率是砂岩复杂特性的一项关键因素，显著影响其压缩强度和变形参数。针对砂岩的压缩破坏开展孔隙率对其断裂行为影响的研究具有重要的理论意义和工程价值。本文采用半均质化近场动力学（IH-PD）模型和全均质化近场动力学（FH-PD）模... 详细信息

孔隙率是砂岩复杂特性的一项关键因素，显著影响其压缩强度和变形参数。针对砂岩的压缩破坏开展孔隙率对其断裂行为影响的研究具有重要的理论意义和工程价值。本文采用半均质化近场动力学（IH-PD）模型和全均质化近场动力学（FH-PD）模型，分别对单轴压缩加载下砂岩的断裂行为进行模拟。通过将IH-PD和FH-PD的模拟结果与实验结果进行对比，验证了IH-PD模型用于处理压缩断裂问题的准确性和优越性。结果表明，IH-PD模型能够捕捉到受压砂岩断裂过程中产生的横向裂纹，能够反映出孔隙分布变化引起的裂纹路径差异。通过模拟不同孔隙率砂岩的压缩断裂行为，研究了孔隙对受压砂岩断裂模式的影响。结果表明，单轴压缩加载下，孔隙率对砂岩中裂纹的路径、粗糙度、曲折度均产生明显影响。

关键词：近场动力学半均质化砂岩孔隙率压缩破坏

基于多目标遗传算法的斜盘式轴向柱塞泵低脉动结构优化设计

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工程设计学报 2024年第2期31卷 160-167页

作者：谢海波洪昊岑王柏村姜伟杨华勇浙江大学高端装备研究院浙江杭州310014 浙江大学流体动力基础件与机电系统全国重点实验室浙江杭州310058 华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室湖北武汉430074

由于轴向柱塞泵的非对称结构特性,其输出压力和输出流量存在脉动特性,对液压系统的输出稳定性和可靠性造成影响,因此提出了一种基于多目标遗传算法的斜盘式轴向柱塞泵低脉动结构优化设计方法。首先,通过CFD(computational fluid dynami... 详细信息

由于轴向柱塞泵的非对称结构特性,其输出压力和输出流量存在脉动特性,对液压系统的输出稳定性和可靠性造成影响,因此提出了一种基于多目标遗传算法的斜盘式轴向柱塞泵低脉动结构优化设计方法。首先,通过CFD(computational fluid dynamics,计算流体动力学)仿真分析方法,对轴向柱塞泵上/下死点位的压力-流量脉动的产生机理进行了分析;其次,对阻尼槽结构参数对轴向柱塞泵输出压力-流量脉动的影响规律进行了分析,构建了阻尼槽结构的多目标优化模型;最后,求解了低脉动阻尼槽结构。优化后的结构参数:阻尼槽半径为2.21 mm,阻尼槽长度为10.32 mm,阻尼槽错配角为16.54°。优化后压力脉动率为0.59%,相比于优化前的0.75%降低了0.16%,脉动幅值为0.25 MPa;优化后流量脉动率为12.02%,相比于优化前的5.61%降低了43.59%。研究结果为轴向柱塞泵低脉动结构的优化设计提供了有效的理论支持和实践指导。

关键词：轴向柱塞泵配流盘阻尼槽多目标优化低脉动

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超声辅助微塑性成形工艺研究进展

机械工程学报 2024年

作者：万炜强韩光超王新云吕佩刘富初胡济涛柏伟徐林红中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院中国地质大学深圳研究院华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室

随着制造技术的不断发展，产品趋于小型化和精密化。金属微塑性成形技术具有低成本、高效率和高精度优势已被广泛应用在微机电系统、航空航天、生物医疗和军事等重要领域。其中，超声辅助微塑性成形工艺具有降低成形载荷，减少工具/模... 详细信息

随着制造技术的不断发展，产品趋于小型化和精密化。金属微塑性成形技术具有低成本、高效率和高精度优势已被广泛应用在微机电系统、航空航天、生物医疗和军事等重要领域。其中，超声辅助微塑性成形工艺具有降低成形载荷，减少工具/模具型腔-试样间界面摩擦，改善成形表面质量，提高成形极限和均匀性等诸多优势，能有效解决尺寸效应导致的成形缺陷，已成为金属微塑性成形技术的重要应用发展方向。在综述超声辅助微塑性成形工艺、机理及理论模型研究现状的基础上，特别侧重分析不同超声振动模式(工具振动、工件振动、工具-工件复合振动)对微塑性成形过程中工件成形质量和力学性能的影响规律。展望了超声辅助微塑性成形技术未来的发展趋势。超声作用与尺寸效应耦合机制揭示及其量化分析，多能场和复合工艺协同应用研究等将成为微塑性成形技术发展的新方向。

关键词：超声振动微塑性成形工艺振动模式成形机理