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洛默尔-高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性

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激光与光电子学进展 2024年第9期61卷 435-441页

作者：苏艳丽王渊博吉琳聪张存姜其畅运城学院物理与电子工程系山西运城044000 山西省光电信息科学与技术实验室山西运城044000

基于梯度折射率介质,分析了洛默尔-高斯光束的强度包络和传输特性,给出了洛默尔-高斯光束的强度表达式。高斯腰斑取值越小,洛默尔-高斯光束的非零区域越小即高斯光束的截断作用越明显;半锥角取值越大,光束的空间尺度越小;拓扑荷数取值越... 详细信息

基于梯度折射率介质,分析了洛默尔-高斯光束的强度包络和传输特性,给出了洛默尔-高斯光束的强度表达式。高斯腰斑取值越小,洛默尔-高斯光束的非零区域越小即高斯光束的截断作用越明显;半锥角取值越大,光束的空间尺度越小;拓扑荷数取值越大,光束中心的暗斑尺寸越大。非对称参数可以改变洛默尔-高斯光束的空间形态和对称特性,随着非对称参数幅值的增加,光强分布逐渐由圆对称改变为轴对称的双月结构,随着非对称参数幅角的增大,双月结构的对称轴呈现顺时针旋转的特性。洛默尔-高斯光束在梯度折射率介质中传输时,在一个传输周期内,光束的相对强度分布没有变化,只是光束尺度发生周期性聚焦变化,而在自由空间中,光束会很快演化为两个光斑。这些结果对研究洛默尔-高斯光束的实际应用具有一定参考价值。

关键词：物理光学光场调控洛默尔-高斯光束梯度折射率介质

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基于集成正交实验与CNN方法的微细电火花微孔加工精度

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工程科学与技术 2024年第4期56卷 261-272页

作者：莫远东王雅芝黄舒琦钟佳俊岭南师范学院机电工程学院广东湛江524048

针对改善微细电火花微孔加工精度问题,提出一种集成正交试验与卷积神经网络的方法。首先,利用正交试验研究进给速度、主轴转速、脉冲占空比和脉冲频率4个因素对微细电火花加工H62黄铜微孔入口过切(En-OV)、出口过切(ExOV)和锥度(TA)的... 详细信息

针对改善微细电火花微孔加工精度问题,提出一种集成正交试验与卷积神经网络的方法。首先,利用正交试验研究进给速度、主轴转速、脉冲占空比和脉冲频率4个因素对微细电火花加工H62黄铜微孔入口过切(En-OV)、出口过切(ExOV)和锥度(TA)的影响规律及其最优加工工艺参数。然后,采用基于PyTorch框架的卷积神经网络对试验结果进行预测。结果表明:对于微孔加工入口过切,各因素按影响程度由高到低依次为脉冲占空比、脉冲频率、进给速度和主轴转速;对于微孔加工出口过切,各因素按影响程度由高到低依次为进给速度、主轴转速、脉冲占空比和脉冲频率;对于微孔加工锥度,各因素按影响程度由高到低依次为进给速度、脉冲占空比、主轴转速和脉冲频率。综合考虑并分析各因素之间关系,通过验证实验得到微孔加工精度最优组合参数:进给速度为0.02mm/s、主轴转速为1000r/min、脉冲占空比为60%、脉冲频率为3000Hz。微孔加工入口过切、出口过切和锥度的预测值与试验真实值吻合程度较高,两者相对误差均小于12%。基于PyTorch框架的卷积神经网络(CNN)具有较高的预测准确性,满足实际生产加工需求,为微细电火花微孔加工精度预测研究提供了新方法,也为实际生产加工指导提供了依据。

关键词：微细电火花加工正交实验卷积神经网络 H62黄铜微孔

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绳索驱动下肢训练机器人系统运动稳定性分析

哈尔滨工程大学学报 2024年第6期45卷 1135-1143页

作者：王砚麟安宗文黄华马强王克义李竞航王燕卓兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州750030 哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对绳索驱动下肢训练机器人的稳定性问题,本文建立了绳索驱动下肢训练机器人的运动学和动力学模型,给出了绳索拉力优化解的计算表达式,并推导获得了机器人的系统刚度解析表达式。考虑不同训练对象承受运动强度的能力不同,定义了速度影... 详细信息

针对绳索驱动下肢训练机器人的稳定性问题,本文建立了绳索驱动下肢训练机器人的运动学和动力学模型,给出了绳索拉力优化解的计算表达式,并推导获得了机器人的系统刚度解析表达式。考虑不同训练对象承受运动强度的能力不同,定义了速度影响函数。综合考虑绳索拉力、系统刚度和速度影响函数等因素定义了机器人系统的运动稳定性评价指标,并通过稳定工作空间、抗干扰稳定工作空间和不同训练轨迹的实例计算明确了机器人工作空间内中上部区域的运动稳定性能更好,为运动支链中的过轮运动规划和训练任务规划提供了理论依据。

关键词：绳索驱动机器人下肢训练机器人绳索拉力优化系统刚度运动稳定性运动学动力学速度影响函数稳定工作空间

基于不对称流动阻力的热二极管设计及传热性能研究

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机械工程学报 2024年

作者：黄家乐李萍邓亮明陈志鹏周伟向建化厦门大学机电工程系广州大学机械与电气工程学院

传统热管的传热方向取决于热管的温度梯度，特别是当冷凝段温度高于蒸发段温度时，热量将会从冷凝段转移到蒸发段，从而导致电子元件过热。在此背景下，设计了具有不对称浸润微结构热二极管，并采用激光蚀刻方法在硅片上加工出该微结构... 详细信息

传统热管的传热方向取决于热管的温度梯度，特别是当冷凝段温度高于蒸发段温度时，热量将会从冷凝段转移到蒸发段，从而导致电子元件过热。在此背景下，设计了具有不对称浸润微结构热二极管，并采用激光蚀刻方法在硅片上加工出该微结构作为热管吸液芯，由于液体在微结构作用下受到不对称的流动阻力，使得液体能在热管内部的微结构通道单向输运，从而可以实现长距离的单向传热过程。通过理论分析方法，对二维微结构表面的不对称流动阻力进行计算，分析了热二极管正反向的传热机理。通过改变操作参数的方法，试验研究并重点分析了加热功率、充液率和倾斜角对正反向传热性能的影响规律。研究结果表明，当热二极管的充液率为16.7%，加热功率在3～5 W时其单向传热性能较好，在4 W时正反向的热阻比可达到4倍。所提出的基于不对称流动阻力的热二极管的设计与制造方法，为单向传热散热器件的研究提供了新思路。

关键词：热二极管仿生设计不对称微结构传热性能

周期调制四通道光学波导的宇称-时间对称特性调控和动力学研究

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物理学报 2024年第16期73卷 53-63页

作者：张光成孙武周志鹏全秀娥叶伏秋吉首大学物理与机电工程学院吉首416000

光学系统中周期调制主要是通过周期性变化的复折射率材料来实现,类似于周期驱动系统的量子隧穿行为,宇称-时间(PT)对称光学波导系统中光的传播可以通过周期调制来进行有效操控.本文设计了一种通过周期调制波导与增益型-耗散型波导交叉... 详细信息

光学系统中周期调制主要是通过周期性变化的复折射率材料来实现,类似于周期驱动系统的量子隧穿行为,宇称-时间(PT)对称光学波导系统中光的传播可以通过周期调制来进行有效操控.本文设计了一种通过周期调制波导与增益型-耗散型波导交叉放置调控PT对称性的物理模型,在高频近似下讨论了周期调制对体系能谱的影响,最后结合解析和数值的方法揭示了光在非厄米四通道光学波导中的动力学演化.结果表明,与以往周期调制波导与增益型-耗散型波导平行放置的四通道光学波导体系相比,不仅可以通过周期调制调窄完全实能谱的存在范围,且可以更早地观测到实能谱.此外,调制参数变化时,四通道波导的相对光强和光学周期更为稳定.该理论研究给出了一种更为高效、稳定的调控PT对称的构型.

关键词：宇称-时间对称周期调制四通道波导

激光清洗对铝合金表面后续涂胶效果的影响规律研究

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表面技术 2024年第13期53卷 198-206页

作者：丁尧臣王明娣罗贵峰章轩汤雨晴苏州大学机电工程学院江苏苏州215000

目的研究激光清洗的工艺参数调整对表面后续涂胶效果的影响规律。方法采用100 W脉冲激光器对5754铝合金板进行表面清洗,研究并分析激光频率、扫描速度对铝合金表面性能的影响。采用达因液检测试样表面能,并测量接触角、表面粗糙度及胶... 详细信息

目的研究激光清洗的工艺参数调整对表面后续涂胶效果的影响规律。方法采用100 W脉冲激光器对5754铝合金板进行表面清洗,研究并分析激光频率、扫描速度对铝合金表面性能的影响。采用达因液检测试样表面能,并测量接触角、表面粗糙度及胶黏剂附着力。结果在选定100 W功率的情况下,当激光清洗频率在50~200 kHz时,满足达因液检测要求,铝合金板呈亲水性,粗糙度明显增大,胶黏剂附着力大于原基材。当激光频率在300~1000 kHz时,不满足达因液要求,表面接近疏水性,粗糙度变化不明显。扫描速度对铝合金板后续涂胶效果影响不大,试验结果均能满足达因液要求,且亲水角变化不明显,粗糙度均明显增大,胶黏剂附着力均大于原基材。结论在功率一定的情况下,激光频率是影响铝合金后续涂胶效果的主要因素,其原因主要是改变了表面粗糙度,增大其润湿性。激光扫描速度的变化可以增大铝合金表面能,使其表面具有亲水效果,对于铝合金后续涂胶效果的变化影响较小。

关键词：激光清洗铝合金达因液接触角粗糙度

Fe_(3)O_(4)纳米流体润滑下微织构Si_(3)N_(4)陶瓷摩擦学性能研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第6期44卷 763-774页

作者：李志浩郭旭红张克栋王呈栋刘同舜苏州大学机电工程学院江苏苏州215131

将纳米流体与微织构相结合是改善Si_(3)N_(4)陶瓷摩擦学性能的1种有效方法,选择合理的纳米流体参数能够显著改善摩擦副间的摩擦状态.利用激光加工技术在Si_(3)N_(4)陶瓷试样表面诱导出锥形微织构形貌,并采用“两步法”制备出不同参数的F... 详细信息

将纳米流体与微织构相结合是改善Si_(3)N_(4)陶瓷摩擦学性能的1种有效方法,选择合理的纳米流体参数能够显著改善摩擦副间的摩擦状态.利用激光加工技术在Si_(3)N_(4)陶瓷试样表面诱导出锥形微织构形貌,并采用“两步法”制备出不同参数的Fe_(3)O_(4)纳米流体.借助MMW-1D型摩擦磨损试验机,探究不同参数纳米流体在自激电场作用下对微织构试样摩擦磨损性能的影响.通过对平均摩擦系数、对偶球磨损量、试样磨损形貌及下试样磨痕X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)等数据进行分析,发现微织构试样与表面活性剂为月桂亚氨基二丙酸钠(sodium lauriminodipropionate,SLI)、体积分数为0.5%的纳米流体结合后具有最小的平均摩擦系数和对偶球的磨损量,且Si3N4陶瓷试样的磨损情况明显改善.结合摩擦磨损试验的相关结果,揭示纳米流体对微织构试样的减摩及润滑机理.

关键词：纳米流体微织构摩擦学性能磨损形貌减摩机理

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闭式矩形静压气浮导轨快速优化设计

光学精密工程 2024年第12期32卷 1879-1890页

作者：胡伟刘吉柱李涛陈飞宇陈立国苏州大学机电工程学院江苏苏州215006

针对闭式矩形静压气浮导轨静态性能较差,主流的优化设计方法耗时久的问题,本文快速优化设计了一款闭式矩形静压气浮轴承。首先,采用FLUENT软件搭建了矩形气浮轴承的仿真模型,采用此模型进行仿真计算,分析了不同节流孔分布位置和节流孔... 详细信息

针对闭式矩形静压气浮导轨静态性能较差,主流的优化设计方法耗时久的问题,本文快速优化设计了一款闭式矩形静压气浮轴承。首先,采用FLUENT软件搭建了矩形气浮轴承的仿真模型,采用此模型进行仿真计算,分析了不同节流孔分布位置和节流孔个数对矩形气浮轴承的静态性能影响,并确定了最优的节流孔分布位置和节流孔个数。再通过响应面优化设计方法分析拟合了节流器结构参数与气浮轴承的承载力、刚度和耗气量的曲线,结合响应面曲线图快速得到矩形气浮轴承的最优设计参数,缩短了分析时间,优化后的结构参数承载能力和刚度分别提高了11.27%和80%,耗气量降低了15.86%,最终进行了实验验证,实验测试值和仿真值曲线基本拟合一致,表明了该方法在气体静压轴承结构参数设计中的可靠性和准确性。本文对矩形静压轴承的快速设计优化具有重要参考价值。

关键词：矩形气浮导轨有限元法响应面快速优化

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小型岩孔喷浆机器人设计及其性能分析

哈尔滨工程大学学报 2024年第8期45卷 1599-1606页

作者：张忠林李伟生韩瑞琦李立全张浩飞刘强刘锐哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

为实现喷浆作业质量均匀稳定,本文针对岩孔喷浆过程中参数的影响及其控制进行研究,采用涂层建模、理论参数计算与实验验证方法,得到了喷枪参数、进给推进速度是关键影响因素结论。建立了涂层质量与喷枪参数模型和喷涂进给速度匹配方程,... 详细信息

为实现喷浆作业质量均匀稳定,本文针对岩孔喷浆过程中参数的影响及其控制进行研究,采用涂层建模、理论参数计算与实验验证方法,得到了喷枪参数、进给推进速度是关键影响因素结论。建立了涂层质量与喷枪参数模型和喷涂进给速度匹配方程,应用于实际喷浆机器人的设计和控制系统中。研制了小型喷浆机器人,完成了喷浆机器人的喷涂实验。实验表明:小型岩孔喷浆机器人可实现对模拟实验隧洞道的喷浆支护作业,本文设计的小型岩孔喷浆机器人能够满足使用要求。

关键词：喷浆机器人喷枪参数喷涂质量控制系统喷浆支护涂层建模喷涂实验隧道模拟系统