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DED熔池熔凝行为与枝晶形貌对拉伸强度的影响

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机械工程学报 2024年第7期60卷 411-424页

作者：宋博学王子生陈克强姜兴宇于天彪刘伟军杨国哲沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870 东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819

熔池不稳定的瞬态对流与传热传质特征导致沉积层机械性能呈现强烈的各向异性。为探究沉积层枝晶形貌特征对拉伸性能强化差异的影响规律,构建面向热-流耦合的介观熔池动力学模型并探究熔池从产生到准稳态过程中的瞬态对流与热特征演变规... 详细信息

熔池不稳定的瞬态对流与传热传质特征导致沉积层机械性能呈现强烈的各向异性。为探究沉积层枝晶形貌特征对拉伸性能强化差异的影响规律,构建面向热-流耦合的介观熔池动力学模型并探究熔池从产生到准稳态过程中的瞬态对流与热特征演变规律,获得了熔池凝固边界附近的温度梯度与凝固速率等凝固条件。通过WBM相场模型获得了沿凝固边界不同凝固条件诱发的枝晶形貌预测结果,同时探究了凝固条件的变化对一次枝晶臂间距、枝晶尖端半径和枝晶尖端过冷的影响规律,揭示了枝晶形貌特征对沉积层不同部位半定量拉伸强度的强化趋势,结果表明受枝晶形貌特征诱发的拉伸强化值在沉积层底部与中部的差异达到了99 MPa,进而对枝晶形貌特征对拉伸强度的强化机理进行了详细讨论。为实现单/多层定向能量沉积拉伸性能的可调可控提供了理论依据。

关键词：定向能量沉积沉积层熔池相场机械强度

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超声滚压表面复合强化研究综述

表面技术 2024年第10期53卷 41-55,109页

作者：梁浩潘永智孙玉涵张艺嘉潘延安付秀丽济南大学机械工程学院济南250022

超声滚压技术通过位错的湮灭和产生将晶粒细化至纳米级,提高了材料硬度和耐磨损等性能。探讨了如何进一步提升材料的使役性能,通过将超声滚压与其他处理技术相结合形成复合加工工艺,克服单一超声滚压处理工艺的局限性,如超过塑性变形的... 详细信息

超声滚压技术通过位错的湮灭和产生将晶粒细化至纳米级,提高了材料硬度和耐磨损等性能。探讨了如何进一步提升材料的使役性能,通过将超声滚压与其他处理技术相结合形成复合加工工艺,克服单一超声滚压处理工艺的局限性,如超过塑性变形的极限或过度强化带来的起皱、开裂和压溃等。超声滚压表面复合强化技术作为特种复合加工工艺,在零件高性能表面制造中具有明显优势。根据超声滚压在复合工艺中的位置顺序,分别介绍了超声滚压前端强化、同步强化和后续强化3种加工类型。超声滚压前端复合加工技术主要包括超声滚压复合物理气相沉积技术和超声滚压复合离子注入技术等。在超声滚压同步强化方面,讨论了声电耦合和温度场辅助超声滚压对变形层厚度和摩擦磨损性能的影响。在超声滚压后续强化方面,介绍了涂层复合超声滚压技术,讨论了它对涂层裂纹、孔隙以及表面粗糙度的影响。此外,分析了超声滚压对复合强化过程中材料微观组织演化和塑性变形的作用机制,总结了这些技术在改善表面强化效果和满足复杂服役要求方面的研究现状。最后,展望了超声滚压复合强化技术的应用前景和发展方向,强调了它在提高材料使役性能方面的研究价值和目标。

关键词：超声滚压复合强化微观组织演化表面强化

超声协同SDS-Na2CO3提取丝素蛋白及高强韧纳米纤维膜的制备与细胞相容性研究

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东华大学学报(自然科学版) 2024年第4期 148-155页

作者：牛佳杰寿万刘雍天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室纺织科学与工程学院阿肯色大学费耶特维尔分校机械工程系

为解决提取过程中丝素蛋白极易受损的问题，提出以Na2CO3和表面活性剂SDS（十二烷基磺酸钠）的复合体系为脱胶剂，再结合超声处理的一体化天然蚕丝脱胶方案。采用该方案所得丝素蛋白纤维表面更加光洁平整，纤维损伤显著减少；相比传统的... 详细信息

为解决提取过程中丝素蛋白极易受损的问题，提出以Na2CO3和表面活性剂SDS（十二烷基磺酸钠）的复合体系为脱胶剂，再结合超声处理的一体化天然蚕丝脱胶方案。采用该方案所得丝素蛋白纤维表面更加光洁平整，纤维损伤显著减少；相比传统的100℃碱液脱胶（30 min完全脱胶）,该方案在75℃下仅用10 min即完成脱胶。以该方案所得脱胶纤维为原料，通过静电纺丝技术制备丝素蛋白纳米纤维膜，所得纤维膜经乙醇处理后，β折叠链片晶含量增至49.58%,展现出高达5.27 MPa的断裂应力和123.49%的断裂应变。在5 d的细胞培养试验中，丝素蛋白纳米纤维膜支持细胞的黏附、铺展和增殖，表现出良好的细胞相容性。这些研究成果将为制备高性能丝素蛋白纳米纤维膜提供解决方案，并有望推动丝素蛋白材料在生物医用领域的进一步应用和发展。

关键词：丝素蛋白脱胶静电纺丝细胞相容性

基于多目标均衡优化的2PRU&1PRS-XY型混联机器人尺度设计方法

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农业机械学报 2024年第4期55卷 440-451页

作者：汤腾飞沈漪枫叶伟张俊浙江理工大学机械工程学院杭州310018 福州大学机械工程及其自动化学院福州350116

面向复杂结构件机器人加工装备设计需求,提出一种2PRU&1PRS-XY型混联机器人。为将该混联机器人应用于高性能机械加工任务,在其工作空间、运动/力传递性以及灵巧度分析的基础上,定义了用于工作全域性能评价的传递稳定性指标与精度差异性... 详细信息

面向复杂结构件机器人加工装备设计需求,提出一种2PRU&1PRS-XY型混联机器人。为将该混联机器人应用于高性能机械加工任务,在其工作空间、运动/力传递性以及灵巧度分析的基础上,定义了用于工作全域性能评价的传递稳定性指标与精度差异性指标,提出了一种基于多目标均衡优化思想的尺度设计方法。该方法采用标准化方法简化多参数设计空间,应用响应面法与主成分分析法提高优化求解效率,结合主客观组合赋权法与基于TOPSIS的Pareto前沿法实现多指标综合性能评分。运用所提方法,得到了4种兼顾优化求解效率和多目标均衡优化的尺度参数设计方案,实现了2PRU&1PRS-XY型混联机器人主要尺度参数的优化设计,为设计者提供了具有不同工程设计倾向的多目标均衡决策参考。

关键词：混联机器人多目标优化运动学性能尺度设计

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Z4型冗余驱动并联操作器的驱动特性研究

机械工程学报 2024年第7期60卷 66-78页

作者：张俊吴成阳方汉良孙载超王凯龙汤腾飞福州大学机械工程及自动化学院福州350116 浙江理工大学机械工程学院杭州310018

并联操作器作为串-并联式混联加工装备的核心模块,其驱动特性对系统性能至关重要。以Z4型冗余驱动并联操作器为研究对象,提出一类驱动特性评价指标,并基于该类指标对其进行任务空间优选和伺服扭矩参数预估。首先,采用封闭矢量法求解操... 详细信息

并联操作器作为串-并联式混联加工装备的核心模块,其驱动特性对系统性能至关重要。以Z4型冗余驱动并联操作器为研究对象,提出一类驱动特性评价指标,并基于该类指标对其进行任务空间优选和伺服扭矩参数预估。首先,采用封闭矢量法求解操作器的运动学逆解,并构建无量纲雅可比矩阵以评估其运动学各向同性。其次,运用Lagrange法建立操作器的刚体动力学模型,并基于最小二范数法进行驱动力分配。接着,选取末端刀尖点为参考点,定义加速度、速度和动态切削力的驱动各向同性指标和驱动扭矩指标。最后,基于所提指标,搜索综合性能良好的任务空间,确定伺服扭矩参数,并通过实验验证所选电机满足使用要求。

关键词：并联操作器动力学建模各向同性驱动扭矩

超声协同SDS-NaCO提取丝素蛋白及高强韧纳米纤维膜的制备与细胞相容性研究

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东华大学学报(自然科学版) 2024年

作者：牛佳杰寿万刘雍天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室纺织科学与工程学院阿肯色大学费耶特维尔分校机械工程系

为解决提取过程中丝素蛋白极易受损的问题，提出以Na2CO3和表面活性剂SDS(十二烷基磺酸钠)的复合体系为脱胶剂，再结合超声处理的一体化天然蚕丝脱胶方案。采用该方案所得丝素蛋白纤维表面更加光洁平整，纤维损伤显著减少；相比传统的1... 详细信息

为解决提取过程中丝素蛋白极易受损的问题，提出以Na2CO3和表面活性剂SDS(十二烷基磺酸钠)的复合体系为脱胶剂，再结合超声处理的一体化天然蚕丝脱胶方案。采用该方案所得丝素蛋白纤维表面更加光洁平整，纤维损伤显著减少；相比传统的100 ℃碱液脱胶(30 min完全脱胶)，该方案在75 ℃下仅用10 min即完成脱胶。以该方案所得脱胶纤维为原料，通过静电纺丝技术制备丝素蛋白纳米纤维膜，所得纤维膜经乙醇处理后，β折叠链片晶含量增至49.58%，展现出高达5.27 MPa的断裂应力和123.49%的断裂应变。在5 d的细胞培养试验中，丝素蛋白纳米纤维膜支持细胞的黏附、铺展和增殖，表现出良好的细胞相容性。这些研究成果将为制备高性能丝素蛋白纳米纤维膜提供解决方案，并有望推动丝素蛋白材料在生物医用领域的进一步应用和发展。

关键词：丝素蛋白脱胶静电纺丝细胞相容性

挤压/冲击工况下圆柱形锂离子电池失效的影响因素分析

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高压物理学报 2024年

作者：顾丽蓉王敬德张新春黄子轩齐文睿张英杰河北电力工程监理有限公司华北电力大学机械工程系

锂离子电池在受到挤压、冲击载荷时会发生内部短路而引发热失控，因此研究不同机械滥用下电池失效的影响因素对结构耐撞性设计具有重要意义。本文以圆柱形锂离子电池为研究对象，利用自制的平面压缩和局部压痕实验系统，研究了不同挤压... 详细信息

锂离子电池在受到挤压、冲击载荷时会发生内部短路而引发热失控，因此研究不同机械滥用下电池失效的影响因素对结构耐撞性设计具有重要意义。本文以圆柱形锂离子电池为研究对象，利用自制的平面压缩和局部压痕实验系统，研究了不同挤压/冲击工况下锂离子电池的力-电-热响应，并与有限元结果进行了对比分析，实验与有限元结果具有较好的一致性。基于显式非线性有限元方法，还研究了加载速度、压头形状和压头直径对锂离子电池失效行为和力学响应的影响。研究表明，局部压痕相较于平面压缩更容易导致锂离子电池失效；随着压头直径的减小，电池峰值力显著降低，失效位移相应减小；失效位移随冲击速度的增加而增加，但当冲击速度超过15m/s时失效位移开始减小。本研究结果将对锂离子电池的耐撞性多目标优化设计和安全型评估提供一定的指导。

关键词：锂离子电池失效机理力学响应冲击有限元模拟

含电磁分流阻尼双层准零刚度隔振系统的动力学特性分析

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机械工程学报 2024年第5期60卷 157-168页

作者：马召召周瑞平杨庆超 LEE Heow Pueh 柴凯武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 新加坡国立大学机械工程系新加坡117575 海军工程大学舰船与海洋学院武汉430033

双层准零刚度隔振器(Two-stage quasi-zero-stiffness vibration isolator,TQZS VI)可以有效地抑制低频振动以及迅速衰减高频振动,电磁分流阻尼器(Electromagnetic shunt damping,ESD)也被证明是从振动结构收集能量的可行方式。通过集成TQZS VI和ESD,提出了一种能够实现振动控制和能量收集双功能的新型TQZS VI。所提出装置的准零刚度是通过垂直弹簧与两个并联的横向弹簧实现的,电磁分流阻尼作为上下层之间的黏性耗散元件,由连接到外部谐振电阻-电容-电感(Resistance-capacitance-inductance,RCI)串联电路的ESD提供。首先,建立了含电磁分流阻尼双层准零刚度隔振器(Two-stage quasi-zero-stiffness vibration isolator with electromagnetic shunt damping,ESD-TQZS VI)的力学模型和数学模型。然后,采用谐波平衡方法(Harmonic balance method,HBM)和弧长延拓方法求解了ESD-TQZS VI的幅频响应方程。从力传递率和输出功率的角度,分析了系统参数对振动隔离和能量收集性能的影响,发现大阻尼比有利于衰减谐振峰,同时对能量收集影响较小;大分流电阻不利于衰减谐振峰,而且会使得系统隔振频带变窄。最后,揭示了参数优化后ESD-TQZSVI的分岔及吸引子共存特性。结果表明,ESD-TQZS VI能够显著衰减低频振动的谐振峰值,同时实现振动能量收集。

关键词：准零刚度双层隔振低频振动能量收集电磁分流阻尼

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微纳织构涂层刀具切削性能研究进展

中国表面工程 2024年第2期37卷 137-160页

作者：田初春蒋宏婉袁森邓静岳熙贵州大学机械工程学院贵阳550025 贵州理工学院机械工程学院贵阳550003

刀具磨损严重、服役寿命短仍然是切削加工所面临的难题。随着现代制造业的发展,钛合金、高温合金等难加工材料在工业中广泛运用。但由于这些材料具有低导热系数、变形系数小等特点,在机械加工中存在切削力和切削温度高、刀具磨损严重等... 详细信息

刀具磨损严重、服役寿命短仍然是切削加工所面临的难题。随着现代制造业的发展,钛合金、高温合金等难加工材料在工业中广泛运用。但由于这些材料具有低导热系数、变形系数小等特点,在机械加工中存在切削力和切削温度高、刀具磨损严重等问题,严重缩短了刀具的服役寿命。通过表面织构技术和表面涂层技术在刀具切削表面置入微纳织构和涂层可以显著改善切削性能;特别是在减小刀具磨损、降低切削力、切削温度以及刀-屑接触界面摩擦因数等方面具有显著效果。系统概述微纳织构涂层刀具的作用机理、切削性能以及应用领域,对微纳织构涂层刀具后续发展有重要推动意义。首先,介绍微纳织构涂层刀具的制备方式。其次,分析总结微纳织构涂层刀具的作用机理,并从抗磨损性、抗粘结性和刀具寿命三个方面总结微纳织构涂层刀具的自身性能。随后,从切削力、切削温度、刀-屑接触处的摩擦因数三个方面总结微纳织构涂层刀具的切削性能。最后对微纳织构涂层刀具在现代制造业中的应用进行阐述。提出在刀具切削表面同时置入微纳织构和涂层的当前研究现状以及未来发展方向,可为进一步研究微纳织构涂层刀具在切削加工中改善切削性能以及加工表面质量与性能提供参考。

关键词：微纳织构涂层刀具作用机理刀具性能切削性能