基于GA-GRNN的AWJ强化3D打印AlSi10Mg表面性能实验研究

为提高磨料水射流(Abrasive Water Jet,AWJ)强化工艺对3D打印AlSi10Mg表面性能的强化效果预测的准确性及高效性,首先开展磨料水射流强化AlSi10Mg表面强化实验;然后分别以表面硬度和表面残余应力作为目标,基于遗传算法-广义回归神经网络(Genetic Algorithm-Generalized Ragression Neural Network,GA-GRNN)对实验数据样本进行训练,建立3D打印AlSi10Mg表面性能预测模型;最后,利用遗传算法对建立的神经网络预测模型中的AWJ强化主要参数进行优化。研究结果表明,经过磨料水射流强化后的AlSi10Mg表面硬度与表面残余应力均得到有效提高;建立的GA-GRNN预测模型与校验值误差在2.3%以内,具有较高的准确性;经遗传算法优化后,得到表面硬度最佳参数组合:射流压力为33 MPa,磨料粒径为0.15 mm,靶距为12.4 mm,此时表面硬度为159.25HV;表面残余应力最佳参数组合:射流压力为40 MPa,磨料粒径为0.13 mm,靶距为15 mm,此时表面残余应力为-137.4 MPa。为后续磨料水射流强化零件表面的参数选择提供数据支撑。

刀具磨损对FGH96试件加工表面完整性及疲劳性能的影响

粉末冶金高温合金FGH96的切削加工性极差,加工过程中刀具磨损严重,直接影响零件的加工表面质量和疲劳寿命。采用涂层刀具车削FGH96试件,研究刀具磨损对FGH96试件加工表面完整性及疲劳性能的影响规律。结果表明,随着刀具磨损量(刀具后刀面磨损量)的增加,试件表面粗糙度Ra会随之增大,加工表面显微硬度则逐渐减小;加工表面残余应力均表现为残余压应力状态,且残余应力绝对值随着刀具磨损量的增加而增大;加工表面塑性变形层深度则随着刀具磨损量的增加而加深。同时,当刀具磨损量VB≤0.15 mm时,在试件表面完整性的综合影响下,试件的疲劳寿命下降幅度较小;当刀具磨损量VB>0.15 mm后,试件的疲劳寿命则急剧下降;因此,为保证FGH96试件车削加工后的疲劳寿命,车削刀具的磨损量VB应控制在0.15 mm以内。

几种压电电磁复合俘能器的发电性能实验研究

针对线性的单一的振动能量俘能器存在工作频带狭窄、输出效率低等问题,提出了3种压电电磁复合式俘能器结构,可增大对环境中振动能量的俘获。首先,设计了无磁力单梁压电电磁复合俘能器,该结构俘能器仅设有上方的压电单梁,压电梁首端的磁铁进入到固定的线圈中;然后,设计了磁力刚性梁压电电磁复合俘能器,该结构俘能器在无磁力装置的基础上增加带有磁铁的刚性梁,当两块磁铁极性相对时,则产生磁斥力;接着,设计了磁力双梁压电电磁复合俘能器,该结构俘能器是将磁力刚性梁装置中的刚性梁换作与压电梁相同尺寸的悬臂梁,两磁铁位置保持不变,形成双梁系统;最后,对3种俘能器的发电性能分别进行实验研究,对比分析3种俘能器的输出功率和输出压电值。实验结果表明:磁力的引用,提高了电磁的发电性能,但同时也降低了压电梁的输出功率;双悬臂梁的加入,增加了装置的自由度,拓宽了装置的工作频带;3种俘能器的发电综合峰值基本相当;无磁力单梁装置中的压电发电性能最好,更适合高阻抗环境;磁力双梁装置中电磁发电性能最优且压电输出存在双峰值,更适合宽频带、低阻抗环境。实验结果证明了磁力双梁压电电磁复合结构俘能器可俘获能量的频带最宽,具有较优的输出性能。

基于田口方法的Al_(2)O_(3)陶瓷激光辅助车削实验研究

为研究激光加工参数对Al_(2)O_(3)陶瓷材料加工表面质量的影响,采用光纤激光器和CBN刀具对尺寸为Φ10 mm×100 mm的Al_(2)O_(3)工件进行了激光辅助车削(Laser-Assisted Machining,LAM)实验。设计4因素4水平正交实验,采用田口方法,以寻求最小表面粗糙度为指标,研究了激光功率P、主轴转速S、进给速度f和背吃刀量a_(p)对表面粗糙度和刀具磨损的影响规律。经方差分析(Analysis Of Variance,ANOVA)及各因素主效应分析,各加工参数对表面粗糙度和刀具磨损影响因素大小排序依次为:激光功率>背吃刀量>进给速度>主轴转速。选取背吃刀量为0.15~0.3 mm,进给速度为3~9 mm/min,主轴转速为350~950 r/min,激光功率为60~165 W范围内,以表面粗糙度最小为指标,得到最佳加工参数组合:背吃刀量为0.15 mm,进给速度为3 mm/min,主轴转速为550 r/min,激光功率为165 W;以刀具磨损程度最小为指标,得到最佳加工参数组合:背吃刀量为0.15 mm,进给速度为9 mm/min,主轴转速为350 r/min,激光功率为165 W。实验结果表明,在合适的加工参数范围内,增加激光功率,降低背吃刀量,可使Al_(2)O_(3)工件表面粗糙度明显减小,最佳参数组合下表面粗糙度Ra=0.795μm;增加激光功率,降低主轴转速和背吃刀量,刀具磨损程度显著下降,最佳参数组合下刀具磨损值VB=58.5μm。

ZnO纳米颗粒掺杂对镍钛合金表面微弧氧化膜层形貌及性能的影响

针对镍钛合金在体内复杂生理环境的作用下受到腐蚀而释放大量镍离子的问题,向以NaAlO_(2)、C_(10)H_(14)N_(2)Na_(2)O_(8)、Na_(2)HPO_(4)·12H_(2)O为主要成分的电解液中添加ZnO纳米颗粒,通过微弧氧化技术在镍钛合金表面制备耐腐蚀陶瓷氧化膜层。采用帕累托法则和正态分布曲线分析ZnO纳米颗粒对氧化膜层孔隙率和孔隙尺寸的作用,通过SEM、EDS、电化学工作站以及水滴接触角来研究颗粒掺杂对氧化膜层微观形貌、化学组分、耐腐蚀性及润湿性能的影响。结果表明:颗粒掺杂后的氧化膜层更加平整致密,孔隙率下降65.3%,孔径平均值从0.518μm降至0.321μm;随着ZnO纳米颗粒的加入,复合膜层的O、Al、Zn含量增加,Ni含量下降,阻抗模值上升,动电位极化曲线明显地向右上方偏移,自腐蚀电位上升32.4%,而电流密度下降一个数量级。

橡胶模具表面FEP涂层防粘耐久性影响因素及机理

防粘性失效是橡胶模具表面涂层的主要失效形式之一,但影响涂层防粘耐久性的因素和机理尚不清晰。为了提高橡胶模具表面常用氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)涂层的使用寿命,通过橡胶硫化试验并利用SEM和EDS测试,分析试样表面微观形貌和元素成分随硫化试验次数的变化,研究溶剂体系、涂层厚度和烧结工艺对橡胶模具表面FEP涂层防粘耐久性的影响规律,分析各因素对涂层使用寿命的影响机理。通过XPS测试胶垢成分发现胶垢主要包含Zn、S、C、O四种元素,模具使用初期ZnS是胶垢的主要成分,随硫化次数增加,ZnS层上产生有机沉积。硫化试验300次后,45钢试样、双层水性FEP涂层和单层溶剂型FEP涂层试样表面Zn元素质量含量分别为40.6%、0.45%和1.13%,FEP涂层表面胶垢出现在涂层表面缺陷处。由于双层水性FEP涂层更容易控制表面FEP树脂成膜厚度和质量,其较单层溶剂型FEP涂层具有更好的防粘耐久性。涂层面层厚度和成膜质量是影响双层水性FEP涂层防粘耐久性的关键因素;在300次硫化试验范围内,烧结工艺对涂层的防粘耐久性影响不大。采用橡胶硫化试验和表面分析的方法研究橡胶模具表面涂层的防粘耐久性,探究溶剂体系、涂层厚度和烧结工艺等因素的影响,研究结果可为橡胶模具表面处理提供理论依据。

溶胶凝胶法制备橡胶模具表面涂层及其防粘性能

目的针对目前45钢橡胶模具易粘污、寿命低,而氟树脂涂层模具成本高等问题,基于溶胶凝胶法制备防粘涂层,研究涂层的防粘性能和耐久性。方法以硅溶胶、甲基三乙氧基硅烷(MTES)、氟硅烷为主要原料,采用空气喷涂法在45钢模具试样表面制备溶胶凝胶涂层、氟硅烷改性溶胶凝胶涂层和氟硅烷表面处理涂层,通过硫化脱模试验,并利用扫描电子显微镜和能谱仪观察分析试样表面微观形貌和元素组成随硫化试验次数的变化,研究涂层对橡胶的防粘性和耐久性,探究橡胶在涂层表面的黏附过程。结果溶胶凝胶涂层由O、Si、C、Ti 4种元素组成,成膜性好,硫化脱模力约为20 N,与PTFE涂层相近,并具有较好的防橡胶粘污性能,相较45钢模具可多硫化约300次,模具连续使用寿命提高2~3倍。氟硅烷改性溶胶凝胶涂层增加了F元素,但其与基底结合力降低;而氟硅烷表面处理虽能降低表面能,减小脱模力,但在橡胶硫化过程中容易被粘掉,污染制品。橡胶污染物在模具表面的黏附积累与橡胶的流动有关。在橡胶流动较小的区域,橡胶污染物微观形貌呈现纹理状;而在流动区域,橡胶污染物初期为片状,随硫化次数增加逐渐增厚,随后沿流动方向产生裂纹,发展为块状。结论溶胶凝胶涂层具有较好的防粘性和耐久性,同时环境友好,成膜温度低、成本低、易清洗,在橡胶模具上具有广阔的应用前景。

基于PLC的橱柜型立体仓库及其搬运机械手的设计

设计了一套小型的自动化立体仓库,它采用了PLC控制来精确地识别各工位上是否有工件,以确定取/放工件;它利用用气动方式控制换向阀使机械手完成各种动作,如伸出,收回,沿左右方向旋转,已完成去放工间的动作,即完成收货—存货—取货—发货;它采用电动方式来驱动机械手沿同步带运动,以实现机械手在货架每层各工位之间的各种操作;并能使机械手沿两立柱上下运动,以实现机械手在各层之间的操作。

基于NX与Matlab/Simulink的协同仿真与应用

本文给出了NX与Matlab/Simulink实现协同仿真的方法,分析了NX与Simulink信息传递的过程,通过Delta并联机器人运动学协同仿真模型实例,验证了NX与Simulink协同仿真的正确性,该方法为实现更复杂的机电一体化协同仿真奠定了基础。

基于DSP产生24路PWM波形的研究

提出了一种利用DSP单片机TMS320LF2407A来产生24路控制舵机用PWM波形的方法;利用TMS320LF2407A事件管理器A中的定时器1和比较单元1、2、3来产生24路PWM波形;产生的24路PWM波形由数字I/O端口中的A口、B口和E口输出,即采用分时机制,把一个PWM周期分成8个时间段,每个时间段由比较单元1、2、3同时控制输出3路PWM波形;该方法不仅避免了复杂的硬件接口电路设计,而且改善了系统的可靠性,提高了控制精度,并在具有17个自由度的人形机器人的控制系统中得到了成功运用。

不同风况下半潜漂浮式风力机动力学响应分析

针对现有漂浮式风力机在风浪作用下运动响应较大的问题,提出一种具有圆台形浮筒的新型半潜式平台。基于FAST耦合水动力、空气动力和系泊系统等物理场,同时结合水动力学软件AQWA计算的频域参数对不同风况下漂浮式风力机动力学响应进行分析,并在额定风况下与OC4-DeepCwind漂浮式风力机进行对比。分析结果表明:不同风速对漂浮式风力机的纵荡、纵摇及艏摇运动影响明显,对垂荡运动影响较小;与OC4漂浮式风力机相比,新型漂浮式风力机在各风况下纵摇、横摇响应得到明显降低,具有良好的稳定性。

超声雾化辅助切削钛合金的表面质量和刀具磨损

为了减轻钛合金干式切削时的刀具磨损,提高试件表面质量,提出了一种水基切削液超声雾化辅助切削的方法。首先,以TC4钛合金为切削对象,进行了钛合金干式切削试验。然后,以纳米级水溶性油基切削液与去离子水混合后形成的乳化液为雾化介质,由超声雾化器转化为微小液滴并作用于刀工界面,进行了超声雾化辅助切削试验。最后,对比分析了超声雾化辅助前后,TC4工件表面粗糙度、刀具磨损、元素扩散和切屑形貌等情况。实验结果表明:与干式切削相比,超声雾化辅助切削后的钛合金表面粗糙度降低47.6%、后刀面刀具磨损值最大降低36μm、刀具表面Ti、O元素含量分别从78.72%、6.32%减少到75.49%、1.85%。

轴表面DLC涂层对滑动轴承润滑承载性能的影响

为研究轴表面类金刚石(DLC)涂层对滑动轴承承载性能的影响,利用滑动轴承实验台测试轴线对中及倾斜工况下灰铸铁、铝合金和聚酰亚胺(PI)涂层轴承分别与40Cr钢轴和DLC涂层轴配合时的轴心轨迹和极限载荷,并测试3种材料与40Cr钢和DLC涂层的摩擦因数。结果表明:相较与40Cr钢配合,灰铸铁和铝合金与DLC涂层配合时摩擦因数减小,重载下轴承偏心率减小,轴线对中工况下灰铸铁轴承的极限载荷超过10MPa,铝合金轴承的极限载荷增大到7.8MPa(增大1.1倍),轴线倾斜工况下轴承抱死失效时边缘变形增大;但重载下PI涂层与DLC涂层配合时摩擦因数增大,轴线对中工况下轴承极限载荷减小至3.6 MPa(减小44%),轴线倾斜工况下轴承抱死失效时边缘变形减小。

基于粒子群优化支持向量机康复下肢外骨骼的脑电控制研究

为解决失能人群自主移动的问题,脑机接口(brain computer interface,BCI)已广泛应用于外骨骼领域,但脑电(electroencephalogram,EEG)信号因信噪比低等原因导致识别率一直难以提高。为提高基于脑机接口下肢外骨骼的信号识别率,采用粒子群优化支持向量机(particle swarm optimization-support vector machine,PSO-SVM)算法提高脑电信号识别率,取得了86.52%的脑电信号识别率。首先建立共空间模式(common spatial pattern,CSP)数学模型对脑电信号进行特征提取,随后建立基于粒子群优化的支持向量机分类模型,优化脑电信号分类关键参数,将最终的实验数据与传统的支持向量机分类方法比较,最后进行算法的验证及下肢外骨骼实验。实验结果表明:经过粒子群优化的支持向量机分类准确明显高于传统支持向量机分类。所提出粒子群优化支持向量机对脑电信号的特征识别方法可实现运动想象(motor imagery,MI)的精确识别,为脑机接口技术在康复外骨骼领域的应用提供理论基础和技术支持。

风电叶片单轴疲劳试验弯矩匹配智能优化

为了使风电叶片疲劳试验中的试验弯矩与目标弯矩匹配,进而准确获得叶片疲劳特性,提出了采用改进的智能优化算法进行等效配重块布置的智能优化方案。通过模态试验参数辨识确定旋转质量块激振频率应等于叶片一阶固有频率,引入叶片自重作用弯矩分量并构建截面弯矩计算模型。基于差分进化变异的混合粒子群优化算法,以均方误差为适应度函数进行弯矩分布和幅值控制问题联合优化。采用LZ40.3-1.5叶片进行优化技术应用,得出疲劳试验弯矩分布的主要影响因素为激振装置及配重块个数、质量及位置,所设计的算法将关键截面弯矩误差控制在7%以内,验证了单轴疲劳试验弯矩匹配的配重优化方案的正确性及可行性。

清洁高速硬切削模具钢的仿真与试验研究

高速切削H13淬硬模具钢时刀具寿命短、刀具磨损严重等问题突出。基于清洁切削技术,采用硬质合金涂层刀具进行高速硬切削H13钢的仿真试验,研究干式、清洁切削介质(冷风、低温氮气和液氮)对涂层刀具硬切削性能的影响,探究运用清洁切削技术提升涂层刀具寿命的可行性。研究表明:与干式切削相比,清洁切削介质可以有效地控制切削区域温度,减少刀具磨损,延长刀具寿命;液氮切削时切削合力减少9.8%,切削区域温度下降12.4%,刀具寿命提高55.6%,可获得最好的刀具切削性能。研究可为H13钢的清洁高速硬切削加工提供参考。

低碳车削高温合金切削参数优化研究

为了提高车削加工过程中的能源利用率,降低车削钴基高温合金GH605的碳排放量,通过车削GH605合金的单因素试验分析车削碳排放随切削参数的变化趋势与原因,并基于建立的车削碳排放模型进行响应曲面参数优化,研究切削用量三要素对车削碳排放的影响。通过方差分析得出,切削用量三要素对车削碳排放的影响主次顺序为a_(p)>f_(z)>v_(c);经过响应面优化得到低碳排放的最优切削参数为v_(c)=128.85m/min,a_(p)=0.18mm,f_(z)=0.19mm/r,车削碳排放量为35.47g-CO_(2)。

风电叶片全尺寸静力加载试验钢丝绳空间角度精确测量研究

为减少加载过程中叶片挠度变形带来的测量误差,提出一种精准测量钢丝绳与风电叶片空间角度的数学模型。该模型构建的空间角度测量系统采用3个位移传感器,可实时测量钢丝绳与风电叶片所成三维角度,从而精确地对各加载点进行受力补偿,提高加载试验的协同性。以激光追踪仪的测量结果为基准对该系统的测量结果进行现场验证,结果表明该系统所测空间角度误差率仅为1.78%、1.96%和1.92%,同时经该空间角度测量系统补偿后的加载力曲线变化平稳,可较好地实现多节点力的协同加载。

Prediction Model for Net Cutting Specific Energy in CNC Turning

A prediction model for net cutting specific energy in computer numerical control(CNC)turning based on turning parameters and tool wear is developed.The model can predict the net cutting energy consumption before turning.The prediction accuracy of the model is verified in AISI 1045 steel turning.The comparative experimental results show that the prediction accuracy of the model is significantly improved because the influence of tool wear is taken into account.Finally,the influences of turning parameters and tool wear on net cutting specific energy are studied.With the increase of cutting depth,the net cutting specific energy decreases.With the increase of spindle speed,the additional load loss power of spindle drive system increases,so the net cutting specific energy increases.The net cutting specific energy increases approximately linearly with tool wear.The results are helpful to formulate efficient and energy-saving CNC turning schemes and realize low‑carbon manufacturing.

橡胶模具水性氟树脂涂层防粘性能研究

为了提高轮胎模具的防粘性能,采用空气喷涂方法在45钢基材上制备了厚度约20μm的4种水性氟树脂涂层,测试了各涂层的水接触角、表面粗糙度、铅笔硬度、微观形貌、摩擦磨损行为、与橡胶的脱模力和硫化试验前后表面的元素成分。结果表明,表面微纳米填料较多的绿色水性氟树脂涂层的脱模力最大,防污性较差;成膜性好的聚全氟乙丙烯(FEP)树脂涂层的脱模力为0,防污性好;表面纤维状结构的PTFE(聚四氟乙烯)涂层的防污性虽好,但有一定脱模力。要减小橡胶模具的脱模力并提高防污性,氟树脂涂层的微观表面应光滑、平整,无填料裸露。