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热-结构耦合作用下压电式力传感器热应力分析

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西安交通大学学报 2025年第1期59卷 194-205页

作者：周远琴李映君李宏宇王桂从济南大学机械工程学院济南250022

针对极端环境下高温传感器的可靠性受限于热应力,导致传感器零漂和温漂甚至失效的问题,提出了一种基于热-结构耦合的高温压电式力传感器热应力计算方法及其有限元模型。基于平衡方程和热-弹性理论,建立了传感器热弹性力学物理方程,分析... 详细信息

针对极端环境下高温传感器的可靠性受限于热应力,导致传感器零漂和温漂甚至失效的问题,提出了一种基于热-结构耦合的高温压电式力传感器热应力计算方法及其有限元模型。基于平衡方程和热-弹性理论,建立了传感器热弹性力学物理方程,分析了封装材料和温度对压电式力传感器热应力的影响规律。通过分析高温环境下压电式力传感器的热应力分布,确定传感器应力集中位置。对传感器热应力进行溯源,得到封装材料和晶组材料的热膨胀系数不一致导致热失配应力产生。将随机振动功率谱密度转换为加速度时域信号,利用多物理场耦合方法,分析得到传感器的最大热应力为134.61 MPa,小于材料的屈服强度300 MPa,验证了传感器在高温、高压和随机振动综合环境下具有良好的可靠性。通过研究氧化铝和氧化锆绝缘层对传感器最大热应力的影响,研究结果表明,温度为420℃时氧化铝绝缘层传感器的最大热应力比无绝缘层传感器的最大热应力小9.18 MPa,比氧化锆绝缘层传感器最大热应力小79.31 MPa,该工作可为高温环境下减小传感器热应力措施提供一定的参考。

关键词：高温传感器热应力多物理场压电

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直接反射在线可视铁谱暗场显微成像特性分析

西安交通大学学报 2025年第2期59卷 189-200页

作者：李博袁勋尹智吴伟邵军马富银西安石油大学机械工程学院西安710065 西安交通大学机械工程学院西安710049

为评估直接反射在线可视铁谱(OLVF)暗场显微成像特性,提出了一种磨粒暗场显微成像模型。基于朗伯余弦和光后向散射理论建立了直接反射OLVF显微成像系统的反射光辐照度叠加模型,以实现磨粒暗场显微成像质量的定量评价;仿真计算互补金属... 详细信息

为评估直接反射在线可视铁谱(OLVF)暗场显微成像特性,提出了一种磨粒暗场显微成像模型。基于朗伯余弦和光后向散射理论建立了直接反射OLVF显微成像系统的反射光辐照度叠加模型,以实现磨粒暗场显微成像质量的定量评价;仿真计算互补金属氧化物半导体(CMOS)像面的反差透视比,分析了光学倍率、油液衰减系数和后向散射角变化对磨粒暗场显微成像清晰度的影响规律,确定了磨粒暗场显微成像的最优光学倍率为2.2和油液衰减系数大于2.0;明确CMOS像面的反差透视比在0.210~0.846范围内变化,直接反射OLVF可通过暗场显微成像获得较高清晰度的磨粒图像,其磨粒探测精度约为10μm。磨粒图像采集实验测试结果表明:直接反射OLVF暗场显微成像不仅能够从油液衰减系数大于2.28的原油、柴油机油中可靠捕获磨粒视觉信息,而且可从油液衰减系数小于2.0的液压油、齿轮油中获取磨粒谱片图像,解决了不同油液中金属磨粒探测问题,为在线监测采油装备磨损提供了可能性。

关键词：直接反射在线可视铁谱暗场显微成像反差透视比原油磨粒

TC4表面镍基涂层的微观组织及高温抗变形性能

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华南理工大学学报(自然科学版) 2025年第1期53卷 108-117页

作者：付宇明李长城闫茂荣郑立娟燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004

为研究TC4表面激光熔覆涂层的耐高温抗变形性能,采用激光熔覆技术,以GH4169镍基高温合金粉末为基粉,HfC、ZrC、TaC、NbC过渡族碳化物为增强相,在TC4基材上制备不同比例的镍基金属-多元陶瓷复合涂层,通过组织表征和性能测试系统研究了不... 详细信息

为研究TC4表面激光熔覆涂层的耐高温抗变形性能,采用激光熔覆技术,以GH4169镍基高温合金粉末为基粉,HfC、ZrC、TaC、NbC过渡族碳化物为增强相,在TC4基材上制备不同比例的镍基金属-多元陶瓷复合涂层,通过组织表征和性能测试系统研究了不同多元陶瓷粉末含量涂层的微观组织、涂层硬度和高温抗变形能力。研究结果表明:碳化物陶瓷增强相的添加使涂层微观组织细化,硬度得到提升,当陶瓷增强相添加量为15%时涂层硬度最高,是基材的2.54倍;随温度升高,纯镍基熔覆涂层内部枝晶组织发生了溶解和分离,并逐渐等轴化;添加15%陶瓷粉末的镍基熔覆涂层中出现了枝晶破碎情况,熔覆层中弥散分布的陶瓷增强相发生了聚集长大现象;在3种高温压缩试验温度(700、800、900℃)下,试件的最大等效应力和最大等效应变均出现在基材内部,相比于TC4试件,激光熔覆试件在涂层结合区产生应力突变,涂层的抗变形能力有所增强。

关键词： TC4钛合金激光熔覆微观组织显微硬度高温压缩

舰船设备关键零件的冲击损伤累积及寿命预测方法

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振动与冲击 2025年第3期44卷 163-170页

作者：陈卓闫明金映丽沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870

针对舰船设备在海战时遭受敌方武器及自身火炮后坐力冲击造成的损伤累积问题,提出了隶属函数和Miner损伤累积理论相结合的冲击疲劳寿命预测方法。从外界冲击中提取冲击幅值和均值,根据GM(1,1)模型预测冲击幅值的参数,并利用BP(back prop... 详细信息

针对舰船设备在海战时遭受敌方武器及自身火炮后坐力冲击造成的损伤累积问题,提出了隶属函数和Miner损伤累积理论相结合的冲击疲劳寿命预测方法。从外界冲击中提取冲击幅值和均值,根据GM(1,1)模型预测冲击幅值的参数,并利用BP(back propagation)神经网络修正残差提高预测精度。利用疲劳模数与寿命的联系提出一种新的应力-寿命模型,并基于多项式变异理论确定模型中的参数。将舰船设备上的关键零件6061铝合金轴作为试验对象,并结合几种隶属函数预测试件的冲击疲劳寿命。结果表明:采用Γ分布隶属函数求得的冲击疲劳寿命预测值与试验值相比误差最小,且当Γ分布中的k值一定时,参数a_(1)的变化在初始阶段对预测值基本不产生影响,只有当a_(1)逐渐接近S_(0)时才会有微小的影响。说明提出的疲劳寿命预测方法是可靠的,为舰船设备关键零件的冲击损伤累积研究及寿命预测提供理论参考和数据基础。

关键词：灰色估计多项式变异冲击损伤累积隶属函数寿命预测

基于LBM-IBM-DEM多孔介质内双/三颗粒迁移特性研究

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工程热物理学报 2025年第1期46卷 164-169页

作者：沈小又朱康宁佛斌蔡杰席剑飞顾中铸南京师范大学能源与机械工程学院南京210023

本文为构建数值模拟模型,通过格子Boltzmann法求解液相流场,在模拟中采用IBM和DEM描述细颗粒在拉格朗日坐标下的受力、运动、碰撞和轨迹追踪,通过模拟双/三颗粒在多孔介质内的迁移,研究细颗粒之间的相互干涉,结果表明细颗粒在多孔介质... 详细信息

本文为构建数值模拟模型,通过格子Boltzmann法求解液相流场,在模拟中采用IBM和DEM描述细颗粒在拉格朗日坐标下的受力、运动、碰撞和轨迹追踪,通过模拟双/三颗粒在多孔介质内的迁移,研究细颗粒之间的相互干涉,结果表明细颗粒在多孔介质内的迁移受到其他细颗粒的干涉,该干涉依赖于介质内的流体,当一个细颗粒堵塞时,压力分布会重新调整影响其他细颗粒的迁移,同时其他细颗粒的存在可促进或阻碍细颗粒在多孔介质内的迁移。

关键词：多孔介质格子Boltzmann方法孔隙率穿透率

基于LEAP模型的江苏省重点行业碳达峰碳中和情景

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环境科学 2025年第1期46卷 1-9页

作者：罗闯黎林王雨豪姜宜东赵传文葛晖骏南京师范大学能源与机械工程学院南京210046

通过对江苏省未来能源需求和碳排放情景的深入分析,制定达到碳达峰和碳中和目标的战略.采用LEAP模型对2021~2060年不同情景下的能源需求和碳排放进行预测.研究发现,在基准情景下,江苏省重点行业的能源需求呈高速增长,2021~2060年能源消... 详细信息

通过对江苏省未来能源需求和碳排放情景的深入分析,制定达到碳达峰和碳中和目标的战略.采用LEAP模型对2021~2060年不同情景下的能源需求和碳排放进行预测.研究发现,在基准情景下,江苏省重点行业的能源需求呈高速增长,2021~2060年能源消费量增加2.35倍,年均增速为3.46%.而在政策执行、可持续发展和创新推进情景下,能源消费总量显著降低,分别为45.98%、58.96%和86.13%,展现出了不同程度的节能潜力.对碳排放的预测显示,在基准情景下,碳排放总量呈持续增长趋势,达到2060年的5.99亿t,年均增速为4.47%.而在3种情景下,碳排放量显著降低,表现为峰值达到2025年或2030年,并逐步下降.具体来看,工业部门逐年降低,交通运输部门呈增长趋势,建筑部门相对稳定.总体而言,随着产业结构调整和技术水平提升,江苏省有望实现碳排放的逐步减少,但需关注交通运输部门的碳排放增加趋势.

关键词： LEAP模型碳达峰碳中和重点行业情景分析

基于因果稀疏优化的运动想象脑电意图解码研究

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控制与决策 2025年第2期40卷 699-704页

作者：付荣荣李林玉孟云刘冲路斌文桂林燕山大学电气工程学院东北大学机械工程与自动化学院燕山大学机械工程学院

针对运动想象脑电信号解码问题提出因果稀疏特征优化方法,旨在选择因果判别特征以增强其解码准确性.首先,利用希尔伯特-黄变换(HHT)提取脑电信号各通道中的边际谱能量;然后,运用样本重加权去相关性算子(SRDO)对特征进行加权优化,以消除... 详细信息

针对运动想象脑电信号解码问题提出因果稀疏特征优化方法,旨在选择因果判别特征以增强其解码准确性.首先,利用希尔伯特-黄变换(HHT)提取脑电信号各通道中的边际谱能量;然后,运用样本重加权去相关性算子(SRDO)对特征进行加权优化,以消除干扰及冗余特征与识别运动想象的判别特征间的虚假关联;在此基础上,利用亲和传播(AP)聚类算法开发特征在空间分布中的潜在关系,并结合迭代稀疏分组Lasso (iSGL),通过同时考虑组内与组间特征的重要性,对特征进行优化,以提升运动想象脑电信号的解码准确率;最后,利用支持向量机(SVM)在二分类运动想象实验数据集上进行5折交叉验证,实验结果显示其平均准确率达到了92.30%,与原特征相比提升近4%.此外,通过与不同方法的对比实验,充分验证了所提出方法的优越性,表明该方法可以作为一种推动脑-机接口发展的有力解决方案.

关键词：特征优化因果 Lasso 希尔伯特-黄变换运动想象脑电信号

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协同耦合的水下宽带吸声覆盖层研究

噪声与振动控制 2025年 21-25+31页

作者：杨将政应童陶猛贵州大学机械工程学院

建立内嵌弹性金属板与空腔的水下吸声覆盖层模型，研究其在入射端和透射端均为半无限水条件下的吸声性能。分析双元胞结构的吸声性能与单元间耦合吸声的关系，结合位移场和能量耗散功率分布，解释协同耦合的吸声机理和特性。基于遗传算... 详细信息

建立内嵌弹性金属板与空腔的水下吸声覆盖层模型，研究其在入射端和透射端均为半无限水条件下的吸声性能。分析双元胞结构的吸声性能与单元间耦合吸声的关系，结合位移场和能量耗散功率分布，解释协同耦合的吸声机理和特性。基于遗传算法对并联耦合的双元胞模型的结构参数进行优化，结果表明在1 460 Hz～10 kHz范围内的吸声系数超过0.8，平均吸声系数为0.95，可实现宽带高吸声效果。引入的钢肋板可提供足够的刚度，即使在静水压力2.5MPa条件下仍能保持优异的吸声性能。

关键词：水下声学宽带吸声遗传算法协同耦合吸声

Mg-Cr共掺LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的制备及电化学性能研究

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储能科学与技术 2025年

作者：刘博宇王腾飞庞青陈凯宇望红玉青海大学机械工程学院

LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）是一种具有高工作电压（4.7V）、高能量密度（650 Wh/Kg）和成本低廉优势的正极材料。然而受到电解液的分解、Jahn-Teller效应和Mn溶解等因素的影响，LNMO 正极材料存在容量衰减快、倍率性能差等问题。为此，本... 详细信息

LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）是一种具有高工作电压（4.7V）、高能量密度（650 Wh/Kg）和成本低廉优势的正极材料。然而受到电解液的分解、Jahn-Teller效应和Mn溶解等因素的影响，LNMO 正极材料存在容量衰减快、倍率性能差等问题。为此，本工作采用水热法制备了Mg-Cr共掺杂的LMMO材料，研究了Mg、Cr掺杂量对LNMO电化学性能的影响。结果表明，当Mg、Cr掺杂量各为2%时，LMMO电极表现出最为优异的电化学性能。其在0.1 C倍率下的放电比容量为137.3 mAh/g；在1 C倍率下循环200次后，容量保持率为85.74%，明显高于原始LNMO的116.5 mAh/g和51.82%。此外，Mg-Cr共掺杂的LMMO电极在0.5 C下放电容量可达121.8 mAh/g，在5 C下可达94.3 mAh/g。机理探究表明，Mg和Cr的共掺杂有利于形成无序的Fd■m相，提高材料的电导率，降低电极电荷转移电阻。本研究提供了一种改善LNMO性能的简单策略，为高性能锂离子电池正极材料的设计提供了参考。

关键词： LiNi Mn O 正极材料 Mg-Cr共掺杂电化学性能