基于MPA-ANN的冷喷增材制造沉积建模与预测

针对冷喷增材制造(CSAM)过程中沉积形貌的几何描述与模拟,提出一种基于海洋捕食者算法(MPA)的人工神经网络(ANN)预测模型,以实现CSAM加工沉积层轮廓的几何控制。首先,构建双坐标系,描述喷枪与零件的三维特征,综合分析粒径分布和射流分布等因素对沉积形态的影响,建立沉积剖面分布模型;其次,应用灰色关联度模型对输入层参数进行关键影响因子筛选,以详细轮廓点为输入变量,采用MPA优化ANN模型的关键参数,构建基于海洋捕食者算法的人工神经网络(MPA-ANN)模型;最后,将所提模型的预测结果与FNN、Gauss、PSO-ANN和BP模型进行对比,得到其平均绝对误差为0.0143 mm,相关系数为0.9986,相关数据均优于其他模型,结果表明基于MPA-ANN的冷喷涂沉积建模与预测具有更好的稳定性和预测精度。

聚酰胺复合材料的制备与性能研究进展

聚酰胺(PA)材料因其良好的力学、摩擦学等性能,被广泛应用于航空航天、汽车、国防和土木工程等诸多领域。然而在高温、高压和强腐蚀的环境下,对PA材料提出了更高的要求。本文综述了可以使填料分散效果优异的原位聚合法、操作简便的溶液共混法和适合大批量生产的熔融共混法三种制备方法,并详细综述了掺入聚合物的共混增强、PA基体上接枝改性基团的改性增强和掺入补强填料的填料加固三种补强手段。同时综述发现,与未掺入补强填料的PA基体相比,添加补强填料可大幅提高PA复合材料的拉伸强度。PA复合材料的断裂伸长率、摩擦系数和磨损率也大幅降低。最后,对PA复合材料目前存在的问题进行详细分析,并为其制备研究提供了新思路,也对其未来的发展和应用进行了展望。

拉应力下碳纳米管增强高分子基复合材料的应力分布

采用基于剪切滞后模型的数值计算和有限元仿真结合的研究方法,通过构建由碳纳米管增强的高分子复合材料的圆柱形代表性体积元模型,分析在一定拉伸应力下不同碳纳米管的层数、长径比、含量以及环氧树脂、尼龙和聚甲基丙烯酸甲酯3种基体材料对碳纳米管内各层应力分布的影响。结果表明:在一定的拉伸应力下,层数和长径比对碳纳米管中各层的应力分布影响很大。碳纳米管的饱和应力值随着层数增加而减小,其值与层数存在一定的相关性,在对碳纳米管本身性能的利用率上,单壁碳纳米管表现最好;长径比的增大能有效提升碳纳米管的有效长度;随着碳纳米管含量的减少,其饱和应力值明显增大,有效长度不断减小;不同的高分子基体材料对碳纳米管的应力分布影响并不明显。

放射式冲击波在软组织中传播特性的有限元分析

为了解决放射式冲击波在人体软组织中的传播特性难以量化分析的问题,应用有限元法建立了包含皮肤、脂肪,肌肉和骨骼的数值计算模型,并根据放射式冲击波治疗仪的基本原理对其进行仿真分析。结果表明:放射式冲击波在软组织中产生的最大压强在10 MPa以内,波长为18 mm,传播速度为1500 m/s,由于皮肤、脂肪和肌肉组织的阻抗效应,其压强和能流密度随传播深度的增加而逐渐降低,在治疗探头与皮肤的接触界面涂抹耦合剂并提高驱动气压,将有助于治疗更深层次的软组织损伤。相关信息将为治疗方案的优化和新型治疗仪的研发提供重要参考。

碳纳米管表面缺陷对聚甲基丙烯酸甲酯基体弹性的影响

碳纳米管(CNTs)及其高分子复合材料在制备过程中,需要经过温度、溶液和力场等的耦合作用。因此,CNTs表面不可避免产生缺陷。为探索缺陷对复合材料弹性性能的影响机理,构建表面含有TSW(thrower-stone-wales)、SV(single vacancy)和无缺陷的CNTs增强聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基体的分子模型,利用分子动力学理论和恒定应变拉伸法计算高分子纳米复合材料的弹性模量;分别研究在拉伸过程中CNTs与PMMA间的界面作用能和CNTs的弹性性能,揭示CNTs表面缺陷种类和数量对PMMA基体弹性性能的微观影响机理。研究结果表明:相较于无缺陷CNTs,表面含有TSW和SV缺陷的CNTs高分子复合材料的弹性性能均呈现一定程度降低,其中SV缺陷对复合材料基体弹性性能影响最明显;在拉伸过程中,CNTs自身的弹性性能在影响复合材料基体弹性性能中起到主导作用;高分子复合材料的弹性模量均随着CNTs表面缺陷数量增加而逐渐降低。在实际应用中,若要保证高分子复合材料的韧性和抗断裂性能时,可适当增加CNTs表面的缺陷数量,但当要保证确保高分子复合材料的强度时,需要尽量减少CNTs表面缺陷。