基于电热耦合模型的宽温域锂离子电池SOC/SOP联合估计

准确的状态估计对于锂离子电池安全可靠运行具有重要意义,但由于非线性强,多参数耦合,实现宽温域多参数联合在线估计难度较大。考虑到温度影响,建立电热耦合模型,采用扩展卡尔曼滤波算法(EKF)在线辨识电池参数,通过电压及温度仿真验证了模型的准确性;然后针对无迹卡尔曼滤波算法(UKF)历史数据利用率低的问题,引入多新息理论(MI)改进UKF,改进后的算法在非电压平台区荷电状态(SOC)估计均方根误差不超过1.2%,相较于改进前误差降低了30%以上,并结合安时积分法设计切换算法,解决了MIUKF算法在磷酸铁锂电池电压平台区无法通过电压反馈修正SOC估计误差的问题,实现了宽温域复杂工况下全区间SOC的准确估计,在不同SOC初始值条件下验证了结合算法的准确性,均方根误差不超过3%,为峰值功率(SOP)估计提供了可靠的SOC值;最后将温度约束引入到SOP估计中,提出多约束条件下的SOP估计方法,结果表明在高温条件下,温度起到关键限制作用,可以防止电池温升过大,减少安全隐患。

理论模拟指导宽温域大回复超弹合金设计的研究进展

中国未来的太空探测计划聚焦于月球永久阴影区探测、小行星及火星的采样返回任务、木星系和行星际穿越探测,以及太阳系边际探测等多项深空任务。这些宏大的探索活动旨在拓展中国在深空探测方面的能力,实现重大的科学突破,并显著提升国家的航天技术。深空探测任务的日趋复杂对宽温域大变形超弹性材料提出了更高的要求。综述了过去十几年来点缺陷与马氏体相变动力学的交互作用机制及其对宽温域超弹性影响规律方面的相关研究,着重介绍了计算机模拟技术在微观尺度上理解马氏体相变的形核长大动力学规律中发挥的重要作用。充分利用计算机模拟手段,结合日趋强大的人工智能技术,不仅有助于深入理解材料性能变化的机制,还将推动新材料的设计,从而为中国的深空探测事业提供更强大的支持。

宽温域VL型密封结构应力分析及寿命预测

建立VL密封结构模型,在不同温度条件下,研究其应力状态分布。以Miner损伤机理为基础,疲劳累计损伤理论为指导,研究不同温度条件下,VL型密封结构中O型橡胶圈、L型圈的疲劳寿命变化规律和疲劳寿命状况。结果表明:随着温度增加,O型橡胶圈的Mises应力变化不大,疲劳寿命先增加后减小,当温度为25℃时,危险点处疲劳寿命最大,为7.341×10^(7)次,且疲劳寿命随着温度的增加,由局部变化转变为整体变化;L型圈的Mises应力由60.19 MPa逐渐减小到26.38 MPa,位置由底部开始,向内壁转移,最后到L型圈内部为止,最小疲劳寿命为2.21×10^(5)次。此外,在低温环境下,L型圈最小疲劳寿命较小,但平均疲劳寿命较大;在高温环境下,L型圈最小疲劳寿命较大,但平均疲劳寿命较小。

直流复合高功率脉冲磁控溅射VAlN-Ag涂层的宽温域摩擦特性研究

通过直流磁控溅射(DCMS)复合高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术制备了VAlN/VAlN-Ag复合涂层,调控HiPIMS靶功率控制Ag质量分数变化范围(11.4%、19.8%、24.5%),探究了涂层在25、300和650℃温度下的摩擦学性能.在室温摩擦条件下,3种涂层的摩擦系数均较高,当温度升高至300和650℃时,摩擦系数随Ag含量增加而降低,高Ag含量(质量分数24.5%)涂层摩擦系数最低,分别为0.45和0.23.磨损率随温度升高而增加,宽温域环境中,低Ag含量的S1(Ag质量分数为11.4%)涂层具有最优的力学性能和最低的磨损率,使复合涂层在宽温域内表现出良好的摩擦学性能.复合涂层的物相结构、元素价态和化学键在中低温摩擦环境中无明显变化;经650℃摩擦试验后,涂层表面发生摩擦化学反应,V和Ag元素的价态升高,生成层状结构的AgVO_(3)和Ag_(3)VO_(4)高温润滑相,有效降低涂层的摩擦系数.高温摩擦过程中伴随着元素扩散,涂层内部微结构演变成致密的Al_(2)O_(3)层包裹钒酸银润滑相的表层结构,V_(2)O_(5)和NiO这2种物相为主的中间层,以及Ti主导的过渡层结构.高温磨损机制表现为黏着磨损和氧化磨损.

宽温域下偏转板电液伺服阀温度场特性

针对电液伺服阀在极端温度服役环境下复杂零件各部位的温度分布规律无法测量的难题,在工作介质温度为-40~140℃和环境温度为-55~250℃的工况下,建立了一种考虑传热过程的电液伺服阀及其精密部件的温度分析方法,取得了各零部件的温度分布规律及其影响因素。结果表明:力矩马达壳体以及阀体的外表面温度最为恶劣,温度接近环境温度,阀体从外表面到内部呈现温度梯度;阀芯、阀套与工作介质直接接触,温度状况较好;力矩马达从上至下具有较大温度梯度,如高温工况下温度差值约为66℃,其中弹簧管上、下温差约为45℃,反馈杆上、下温差约为26℃。较大的温度梯度极易造成材料刚度、偶件配合尺寸等变化,显著影响服役性能,在材料选择上需要充分考虑;环境温度显著影响力矩马达组件中不与工作介质接触的部分,且对磁性材料性能、气隙、线圈均产生明显影响;介质温度通常低于环境温度,与介质接触的零部件受环境温度影响较小。本文分析方法和结果可用于宽温域下电液伺服阀的设计与分析。

宽温域宽应变率下丁羟四组元HTPB推进剂单轴压缩力学行为

为研究丁羟四组元端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂在宽温域宽应变率下的单轴压缩力学行为,基于万能材料试验机、高速液压伺服试验机、分离式霍普金森压杆,结合可程式恒温恒湿试验机等温控手段,开展了宽温域宽应变率下的推进剂单轴压缩力学性能实验,获取了-40,-25,-10,20,50℃5个温度下10-4~103 s-1应变率的丁羟四组元HTPB推进剂的应力应变曲线,并建立了HTPB推进剂的分段式单轴压缩率温本构关系。结果表明,HTPB推进剂的力学响应存在显著的率温相关性,在任意应变率下其力学响应都呈阶段性变化,即线弹性阶段⁃非线性屈服阶段⁃应变软化阶段或应变硬化阶段;且在高应变率下,非线性屈服行为后的应变软化现象明显弱于低、中应变率。此外,高应变率时,随着温度的降低,应力应变曲线的变化速率逐渐减缓;而低、中应变率却恰恰相反,随着温度的降低,应力应变曲线的变化速率逐渐加快。HTPB推进剂的力学强度随着温度的降低显著增大,温度从50℃降低至-40℃时,HTPB推进剂试件在宽应变率作用下的最大应力从2.2~8.8 MPa增长至约11~22 MPa。同时基于实验数据构建了分段式率温本构关系,发现其在温度较高时拟合效果更好,能够较好地预测HTPB推进剂的力学行为。

MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)对磷酸盐涂层宽温域摩擦学性能的影响

目的以MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)为固体润滑剂,在25(室温)~400℃下制备具有优异摩擦学性能的MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层,并研究它在不同温度下的减摩抗磨机制。方法以氢氟酸为MAX相(Ti_(3)AlC_(2))粉体的蚀刻剂,制备具有“手风琴”形貌的Ti3C2TxMXene。以硫脲、钼酸铵、MXene为原料,制备MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)复合材料。以Al(H2PO4)3为黏结剂,以Cu O为固化剂,分别以Ti_(3)C_(2)T_(x)和MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)为固体润滑剂,制备Ti3C2Tx磷酸盐涂层和MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层。通过高温摩擦磨损试验机和光学数码显微镜测试涂层在25~400℃时的摩擦因数和磨损率,采用扫描电子显微镜和显微共焦激光拉曼光谱仪分析磨痕表面形貌、物相,进而探讨磨损机理。结果当Ti_(3)C_(2)T_(x)与Al(H_(2)PO_(4))_(3)的质量比为2∶1时,Ti3C2Tx磷酸盐涂层在室温(25℃)下的摩擦因数和磨损率均最低,分别为0.38和2.75×10-4mm3/(N·m)。在Ti_(3)C_(2)T_(x)表面负载MoS2,将MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)作为固体润滑剂,能够显著降低磷酸盐涂层在25~400℃下的摩擦因数,同时磨损率也有所降低。MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层在室温下的摩擦因数低至0.11,相较于Ti3C2Tx磷酸盐涂层降低了71.1%,其磨损率相较于Ti3C2Tx磷酸盐涂层降低了1个数量级。在25~400℃范围内,MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层的摩擦因数均低于0.21。随着温度的升高,摩擦因数呈先减小后增大的趋势,磨损率整体上呈增大趋势。结论相较于Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层,MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层在25~400℃下的摩擦学性能均得到显著提升。

铜掺杂碳量子点宽温域减摩性能研究

为了改善宽温域下机械系统的摩擦性能,以葡萄糖酸铜和二乙烯三胺为原料,采用一步水热法合成铜掺杂碳量子点(Cu-CQDs)。将Cu-CQDs分散到PAO基础油中,在大气环境和不同温度下(25、100、200、300℃)考察含Cu-CQDs油样的摩擦学性能,并与含二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)油样进行比较。结果表明:Cu-CQDs和ZDDP都能增强PAO基础油的减摩抗磨性能,但Cu-CQDs性能优于ZDDP;特别在300℃时含Cu-CQDs油样减摩抗磨优势最为明显,300℃时其平均摩擦因数相较于PAO基础油降低了51%,相较于含ZDDP油样降低了11%。分析Cu-CQDs在高温下的摩擦机制,发现在高温摩擦时Cu-CQDs在摩擦副表面发生了复杂的摩擦化学反应,生成了一系列金属氧化物、碳化物和其他摩擦化学产物,这些物质在摩擦副表面形成了保护层,可有效缓解摩擦副接触摩擦。

宽温域乘用车空气弹簧动力学建模与控制

目前,空气悬架在不同的车型上的装配比例越来越高,然而,整车性能的空气悬架匹配主要基于定常温下开展,很少考虑宽温域下空气悬架的控制性能。针对宽温域服役范围下乘用车的空气悬架高度控制问题,本文从空气弹簧的静态特性入手,提出了一种宽温域空气弹簧的表征模型,并模拟乘用车在非运动状态下悬架系统高度控制进行了仿真与试验,实现了车辆在宽温域下的服役性能提升。首先,通过不同温度的试验数据建立了宽温域空气弹簧模型,充分考虑了温度对橡胶以及气体的影响。其次,提出了一种基于在线线性二次调节器法(LQR)的空气悬架控制算法,该模型考虑了温度对气囊参数的影响规律。最后,在宽温域条件下验证控制器的鲁棒性。仿真与试验结果表明,考虑宽温域服役的新型控制器能实现车身高度达到目标高度并且避免出现振荡,具有良好的稳定性和鲁棒性。

铬基金属氧化物电池宽温域电解液研究

锂铬基金属氧化物电池选用了具有强氧化性的Cr8O21作为正极和强还原性的金属锂作为负极,所以该体系电池对使用的电解液要求很高。通过溶剂与金属锂的高温稳定性试验和电解液的高温稳定性试验,总结出宽温域电解液应尽量减少醚类和羧酸脂类溶剂的使用,并且需在电解液中添加成膜剂来改善界面稳定性;除此之外,通过引入高DN值(donor number)溶剂二甲基亚砜(DMSO)和小分子结构乙醚也可进一步改善电解液的低温性能。

宽温域固体自润滑涂/覆层材料的研究进展

随着国防、航空、热核等高新科技的迅速发展,对润滑材料的研发也提出了更高的要求:不仅要求材料在高温下具有优异的减摩耐磨性能,同时要求材料在室温到高温宽温域范围内均具有良好的摩擦磨损性能.因此研制从室温到高温宽温域内均具有良好摩擦学性能的涂/覆层材料意义重大.在综合国内外大量文献的基础上,对宽温域固体自润滑涂/覆层材料的结构设计和性能研究进行了综述,并提出了未来一段时间内宽温域固体自润滑涂/覆层材料的发展趋势.

宽温域连续润滑材料的研究进展

航空、航天及核电等高新技术产业中苛刻工况下相关运动部件的润滑和耐磨问题是影响整个系统可靠性和寿命的主要因素,因此对具有宽温域连续润滑功能的新型润滑材料提出了越来越迫切的需求。文中综述了自润滑复合材料、"发汗"润滑材料、PS/PM自润滑涂层及温度"自适应"润滑涂层的研究成果,包括润滑剂及复配的选择依据、新型润滑剂对宽温域连续润滑材料组织结构、摩擦学行为、摩擦化学反应、润滑机理等的影响,并对不同润滑剂材料体系的宽温域连续润滑材料进行了系统的总结,在此基础上展望了宽温域连续润滑材料的发展趋势。

改性硅橡胶宽温域阻尼材料研究

为了制备基于甲基乙烯基硅橡胶（MVQ）的宽温域阻尼材料,本文以MVQ作为基体,采用共混法制备了MVQ/萜烯树脂复合材料,并探讨了其阻尼性能与松弛特性及橡胶基体网络结构之间的关系。动态力学分析表明,共混材料两个转变峰之间的阻尼因子（tanδ）明显提高。通过核磁交联密度仪分析,发现加入萜烯树脂使该材料自由链段含量增加,MVQ的交联密度降低,导致链段运动的松弛时间增加,这是提高该材料阻尼性能的主要原因。测试结果表明：该材料在-60~200°C的温度范围内tanδ〉0.25。为了进一步提高其阻尼性能和物理机械性能,还制备了MVQ/萜烯树脂/乙烯丙烯酸酯橡胶（AEM）三元共混型复合材料,当MVQ/AEM为60/40时,有效阻尼（tanδ〉0.3）温域达到192℃（-7~185℃）,达到了宽温域高阻尼材料的要求。

宽温域锂离子电池功能电解液的研究进展

分析锂离子电池在低温工作条件下的性能劣化机理,阐述溶剂物理性质对电解液低温性能的影响规律,总结目前通过低黏度及低熔点的溶剂组分、低阻抗的成膜添加剂以及新型锂盐来改善电池低温性能的研究工作。同时,探讨锂离子电池在高温工作条件下容量衰减机制,综述目前改善锂离子电池高温性能的主要方法,包括采用高温成膜添加剂、耐高温锂盐以及锂盐稳定剂。在此基础上指出目前宽温域锂离子电池发展面临的主要挑战,展望锂离子宽温域电解液的发展趋势。

高阻尼宽温域粘弹性硅橡胶复合材料的制备及性能研究

以硅橡胶和丁基橡胶为基体材料,成功制备出高阻尼宽温域粘弹性硅橡胶复合材料,最大损耗因子tanδmax≥0.7,损耗因子大于0.3的温度范围△Ttanδ>0.3≥100℃。同时研究了材料的力学性能、阻尼性能和相态结构。结果表明,在硅橡胶基质中,加入具有一定相容性的高阻尼丁基橡胶材料,可以显著提高体系的阻尼因子,拓宽有效阻尼温度范围。补强剂白炭黑的加入可以提高材料的机械力学性能,但对材料的阻尼性能产生一定的负面影响,通过加入一定量的硅烷偶联剂KH-845-5对白炭黑表面进行改性处理,可以部分有效解决这两种性能间的矛盾,达到高性能硅橡胶阻尼减振材料使用上的性能平衡。

电化学沉积镍基MoS_2复合镀层及其宽温域摩擦性能

为了降低纯镍镀层的摩擦因数,研究镍基MoS_2复合镀层适用温度范围,进一步提高金属机件在极端摩擦条件下的服役寿命。采用电化学沉积法在45钢基体表面制备不同MoS_2浓度的镍基固体润滑复合镀层。用复合电镀循环伏安曲线法研究复合镀层的电化学沉积规律,采用XRD、SEM对复合镀层的组织结构及摩擦形貌进行分析探讨,对比分析不同含量MoS_2复合镀层的摩擦磨损性能及机制。结果表明:MoS_2的加入促进了阴极极化,提高了镀层的结晶细致程度;同时能显著降低镀层摩擦因数,在MoS_2浓度为30 g/L的溶液中沉积的复合镀层在室温下的摩擦因数最低为0.02~0.03;在400℃以下摩擦环境中,复合镀层摩擦因数保持在0.02~0.05之间,具有很好的润滑性能;温度超过400℃时,MoS_2将逐渐被氧化为Mo O3,摩擦因数接近0.15,失去润滑效果。

新型高阻尼宽温域氯化丁基橡胶复合材料制备及性能研究

以氯化丁基橡胶为基体材料,通过反增塑作用技术,成功制备出高阻尼宽温域氯化丁基橡胶复合材料,并研究其阻尼性能、力学性能及微观结构。结果表明:复合材料CIIR/CP-70/PF体系的损耗因子-温度(tanδ-T)曲线仅一个单峰,属热力学相容体系,与纯CIIR基体橡胶相比,复合材料的tan6峰明显向高温移动,且最大损耗因子值及对应温度均大幅度提高,且峰值增加到1.38左右,有效阻尼温域范围90℃以上。同时,CP-70与PF的加入可兼具提高CIIR基体材料力学性能,具有很好的实用价值。SEM及DSC分析结果证明,CP-70以无定形状态分散在CIIR基体中,且CP-70与基体CIIR间存在反增塑作用。

宽温域条件下齿轮泵内流场空化强度的变化规律

针对一20-100 °C的宽温域工作条件下齿轮泵空化强度存在差异的现象,利用Pumplinx软件将双联齿轮泵模型简化为单齿轮泵模型,对齿轮泵在不同温度下的空化强度进行研究.油液温度的不同会造成黏度的不同,而黏度变化导致齿轮泵困油腔压力波动幅值变化.根据空化产生机理,压力波动幅值的改变,会引起空化强度的改变.通过不同温度下空化水平的对比,总结出齿轮泵内流场空化现象随温度升高而减弱的规律.依据空化诱导振动理论,空化水平的改变会引起齿轮泵振动的改变,借助齿轮泵振动实验,验证了空化强度随温度升高而减弱的规律.

Ag含量对NiMoAl基涂层宽温域自润滑性能的影响

为了提高运动部件在宽温域(尤其是高温)条件下的润滑和耐磨性能,采用大气等离子喷涂(APS)技术在不锈钢基材上喷涂制备了三种Ag含量分别为0、10%和30%(质量分数)的NiMoAl-Ag固体自润滑涂层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、CSM摩擦磨损试验机、三维光学轮廓仪等设备,对涂层的组织结构和在20~800℃时的摩擦磨损机制进行了分析。结果表明:NiMoAl-Ag涂层呈现致密的显微结构和均匀的组份分布;NiMoAl-Ag涂层在20~800℃时的摩擦因数随着Ag含量的增加而显著下降,含有30%Ag的NiMoAl-Ag涂层在800℃的摩擦因数降至0.12。但是,Ag含量的增大会降低涂层在20~400℃的耐磨性;当温度进一步升高到600℃和800℃时,Ag的加入却可以明显提高涂层的耐磨性。进一步分析涂层的润滑机理表明:涂层中的Ag含量增大可以在高温摩擦界面形成液态Ag和Ag2MoO4润滑釉质层的协同润滑作用,使得涂层具有较低的摩擦因数和磨损率。APS制备的NiMoAl-Ag涂层具有优良的宽温域自润滑性能,通过复配合适的增强相有望提高其中低温耐磨性能,是一种极有潜力的新型宽温域耐磨自润滑涂层材料。

宽温域硅橡胶阻尼材料的研究进展

讲述了硅橡胶阻尼材料的阻尼作用机理和阻尼性能的影响因素,重点介绍了添加填料、共聚改性、共混改性、互穿网络技术(IPN)和发泡技术等对硅橡胶阻尼性能的影响及其国内外研究现状,展望了硅橡胶阻尼材料的应用前景。