多丝电弧增材制造研究进展

航空航天事业的快速发展对高强度且轻量化的铝合金材料提出了更高需求,但是由于这些合金的自身物理特性,存在焊丝制备困难的问题,因此采用多丝电弧增材制造方法合成目标合金材料引起了越来越多学者的关注。同时为了得到组织均匀、性能稳定的产品,通过在线监测实现增材过程的调控也是一大难点。本文介绍了近年来众多学者在过程检测及控制、熔滴过渡调控和微观组织等方面做出的努力,总结了多丝电弧增材制造所存在的问题及面临的挑战,并对未来的研究目标及发展前景进行了分析。

电脉冲法消除金属材料残余应力研究进展

【目的】旨在解决残余应力严重影响金属零件的力学性能和使用寿命的问题。【方法】通过对比现有残余应力消除方法的优缺点,从减少位错的角度展现电脉冲法具有的独特优势。【结果】综述了国内外学者在电脉冲法消除残余应力方面的研究现状,揭示了脉冲电流产生的电子风力和热压应力是消除残余应力的决定性因素,阐明了电子风力和热压应力促使位错开通、加速位错湮灭的机理,从而达到消除残余应力的目的。【结论】指出了电脉冲法消除残余应力的不足和改进措施,并指出了电脉冲法消除残余应力的发展趋势,为电脉冲技术的进一步研究和应用提供了理论依据。

金属超声点焊工艺优化研究进展

超声点焊(ultrasonic spot welding,USW)作为一种低温、低能耗和高效率的固相连接技术,能够实现传统焊接方法难以完成的Al、Cu、Ti等同种及异种金属的连接,具有广阔的应用前景。接头强度是评估USW焊接质量的重要指标之一,其影响因素众多且相互之间的作用较为复杂。本文围绕USW工艺设计和接头强度的内在联系,从声级尖端设计、材料预处理、焊接参数、中间层金属添加和复合焊接等五方面介绍了优化接头强度的研究进展,并展望了研究方向,以期为进一步提高接头强度提供可行思路。

激光能量密度对TWIP钢表面氧化物清洗效果及机理的影响

针对孪晶诱发塑性(TWIP)钢板表面氧化层难去除的问题,采用近年来兴起的激光清洗方法,通过观察和测量不同能量密度激光清洗TWIP钢表面的形貌以及氧元素含量,研究了激光清洗技术对TWIP钢表面氧化层的作用效果及机理。结果表明:当能量密度高于12.7 J/cm^(2)时,氧化层开始发生热膨胀而从表面剥离,因此确定此值为氧化层的清洗阈值;当能量密度高于38.2 J/cm^(2)时,材料蒸发引起的热烧蚀起主导作用;当能量密度高于50.9 J/cm^(2)时,增大激光能量会造成基体的氧化,因此确定此值为氧化层的损伤阈值。本研究不仅可为激光清洗在TWIP钢表面氧化层的去除方面提供理论指导,同时也可为TWIP钢的高效、清洁化生产加工提供有效方法。

大功率低纹波等离子喷涂斩波电源研制

等离子喷涂电源通常采用可控硅整流电源或逆变电源,存在效率低、输出电流纹波大等问题,难以满足等离子喷涂工艺的特殊要求.文中提出了一种基于八相交错并联Buck变换器的大功率等离子喷涂斩波电源.首先设计了斩波电源的电路拓扑,分析了斩波电源的工作原理和电流纹波产生机理,阐明了并联相数、占空比对电流纹波的影响规律,并进行了仿真验证.然后,基于等离子喷涂工艺对电源特性的要求,设计出功率为40 kW的四相交错并联模块,在CAN总线协同控制下,组成80 kW的八相交错并联斩波式等离子喷涂电源.最后,搭建了等离子喷涂斩波电源样机,进行了喷涂试验,测试了电源的输出纹波和效率.试验结果表明,与传统的可控硅整流电源和逆变电源相比,斩波电源的电流纹波率降低50%以上,电源效率最高达到94.5%.

新工科背景下机械基础实验课程思政的融合探索

课程思政对大学生世界观、人生观、价值观的形成发挥重要作用。在新工科建设的大背景下,实验作为实践的重要环节,同样需要发挥自身的价值。分析总结当前实验课程进行思政建设存在的问题,并给出了解决策略。最后结合“机械设计实验”教学实践从多个方面分析论述了课程思政内涵点落实的要点。在建设实践中积累了一些有益经验,具有一定的参考价值。

新工科视角下地方高校现代产业学院的探索与实践--以河北科技大学材料科学与工程学院为例

河北科技大学材料科学与工程学院以校企联合内涵式建设为重点,以专业综合改革建设为核心,进行新工科背景下依托现代产业学院的教育教学改革实践,推进产教深度融合,创新人才培养的进程。以河北省首批现代产业学院先进金属材料产业学院为例,分析现代产业学院的建设基础、组建管理模式、教学改革措施、师资队伍建设等,介绍产业学院人才培养取得的成效,为产教融合、校企协同培养高质量实践型人才提供借鉴。

降水对华北主要粮食作物灌溉需求影响特征

探明华北地区作物灌溉需求规律及主控因素是合理制定水资源规划,缓解该区地下水超采的重要依据。本文基于华北60个气象站近50年(1971—2020年)逐日气象资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算作物需水量,并分析降水对主要粮食作物(冬小麦和夏玉米)灌溉需求时空特征的影响。结果表明:在降水丰水年(25%),冬小麦作物灌溉需求指数IRI以0.50~0.75区间的高度灌溉需求分布区为主,夏玉米则以0.25~0.50区间的中度灌溉需求分布区为主,分布面积比率分别为研究区的92%、86%;在平水年(50%),冬小麦IRI以大于0.75的极高灌溉需求分布区为主,分布面积比率占56%,夏玉米仍以0.25~0.50的中度灌溉需求分布区为主,但分布面积比率扩大至100%;在枯水年(75%),冬小麦极高灌溉需求分布面积比率增大至97%,夏玉米则以0.50~0.75的高度灌溉需求分布区为主。降水量是影响IRI的主控因素,随降水量的增大,不同区位IRI均呈直线下降趋势,但对降水量变化的敏感性存在较大差异,其中,冬小麦以燕山山前平原、太行山前-冀中平原、中部-冀中平原和滨海平原最为敏感,降水量每增大100 mm,IRI降低0.14,夏玉米则以中部-冀中平原最为敏感,降水量每增大100 mm,IRI降低0.26。不同区位冬小麦和夏玉米IRI均服从正态分布,但随降水量变化,分布参数变化明显。

基于代理模型的破拆机器人臂架结构优化设计

臂架结构是破拆机器人重要的工作装置,为提高破拆机器人臂架结构的性能,综合考虑整个臂架结构的静态特性以及动态特性指标,对其进行多目标优化。首先,确定了臂架结构最危险的工作姿态,并对其进行了静力学分析、模态分析以及谐响应分析;其次,建立了臂架结构总质量、最大等效应力、最大变形及臂架端部Y向最大频率-位移响应的代理模型;最后,使用NSGA-Ⅱ算法对建立的代理模型进行了多目标优化。优化结果表明,在臂架结构总质量不变的情况下,臂架结构的静强度、静刚度及动刚度均得到了改善,破拆机器人臂架结构的综合性能得到了提高。

基于电喷发动机的液压挖掘机节能控制策略研究

为降低液压挖掘机的能耗损失,对所研究机型挖掘机的被控对象电喷发动机、液压泵进行建模,同时,对基于功率匹配的节能控制策略进行优化设计,运用PID算法和模糊控制算法建立控制过程模型,在确定能耗评价指标后进行仿真。仿真结果表明:新型控制策略在稳定工作点环节响应速度和鲁棒性更好,整体油耗降低2.1%,节能效果明显。

生物炭和乙醇对油菜秸秆沼气发酵特性的影响

对生物炭和乙醇提高油菜秸秆厌氧发酵沼气产率进行实验研究,探索不同乙醇浓度对中温和高温厌氧发酵沼气产率、木质纤维素降解和微生物菌群结构的影响。结果表明:生物炭和乙醇可促进沼气产率和纤维素降解。随着乙醇浓度的增大,沼气产率先增大后减小,3 g/L乙醇浓度时中温和高温发酵沼气产率最高,分别为219.3和240.5 mL/g。从木质纤维素降解来看,中温发酵组纤维素含量由预处理秸秆的54.00%降至18.69%~25.03%。测序结果显示乙醇浓度为3 g/L的中温发酵沼渣中厚壁菌门和拟杆菌门相对丰度最高,揭示了生物炭和乙醇促进油菜秸秆厌氧发酵产气的机制。

降水对华北农业区地下水保障能力的影响

[目的]评估降水对华北农业区地下水保障能力的影响,为该区地下水资源可持续利用提供理论依据。[方法]建立地下水保障能力(F)评价理论体系,采用地学统计、关联度分析等方法,分析降水对地下水保障能力影响的时空特征。[结果]①随降水量变化,F值空间分布变化明显,多年平均和丰水年以“基本保障”分布为主,枯水年则以“难以保障”为主;②随降水量变化,不同区位F发生频次亦不同。在燕山山前平原和太行—冀中平原,当降水频率分别>75%和>50%时,F值均在0.5以下;太行—豫北平原,当降水频率<75%时,F值升高至以大于1.0的频次为主;中部—豫北平原,当降水频率<50%时,F值均增大至1.0以上;当降水频率<25%时,中部—鲁北平原和滨海平原F值均增大至0.5以上,而中部—冀中平原只有少数年份F大于0.5。[结论]降水是影响地下水保障能力的重要因素,对平水年和枯水年仍为“较高保障”的区域可适当扩大农业种植规模,对丰水年为“难以保障”和“较低保障”的区域,应适当压缩农业种植规模。

金属材料裂纹电脉冲修复研究进展

裂纹是金属制品失效的重要原因之一。通过对比现有裂纹修复方法,展现了电脉冲修复裂纹技术靶向、高效、环保等独特优势。根据原子填充裂纹的压合填充、位错填充和扩散填充3种机制,分析了电脉冲修复裂纹的原理。综述了国内外学者在电脉冲修复裂纹方面的研究现状,讨论了电脉冲修复裂纹的不足和改进措施,指出了电脉冲修复裂纹技术未来发展的趋势。

甲烷菌甲基辅酶M还原酶非组分蛋白McrD性质初探

甲烷菌甲基辅酶M还原酶(methyl-coenzyme M reductase,MCR)是产甲烷的关键酶,其操纵子基因由mcrBDCGA组成,MCR成熟蛋白为McrBGA,但McrD的功能尚不明确。通过生物信息学分析了11种不同来源的McrD序列,结果表明McrD在进化上高度保守且具有一定的功能。通过异源表达11种蛋白质并将其纯化和结晶,发现McrD蛋白在天然状态下表现为二聚体,且经过晶体培养条件优化后得到一种可用于X射线衍射的蛋白质晶体。研究结果为McrD蛋白晶体结构和功能解析以及为进一步构建高活性重组甲烷菌及转化制备甲烷提供了重要理论和实践基础,具有潜在的应用价值。

微生物地质工程技术及其应用

微生物地质工程技术是将微生物参与的生化过程加以控制和利用,来解决工程地质问题的一类新型岩土体水—力学特性改性技术。研究表明该技术具有低成本、环境友好、低能耗和过程可控的优点,是工程地质界近些年的一个热门研究内容,也是现代工程地质学科的重要发展方向。文章基于当前该技术取得的研究进展,系统总结了能被加以控制和高效利用的三种代表性微生物地质工程技术(微生物成矿作用、微生物膜作用及微生物产气作用)的原理及其应用领域。着重对研究最多、应用前景最广的微生物成矿作用改性岩土体力学特性、渗透特性、抗侵蚀性等工程性质及机理进行了阐述,并深入探讨了影响微生物成矿作用改性效果的关键因素(细菌种类、菌液浓度、环境温度、pH值、胶结液、土体性质及灌浆工艺)。此外,文章还详细论述了微生物成矿作用在地基处理、岛礁建设、防风固沙、水土保持、抗裂防渗、文物保护、地灾防治等领域的应用现状,并探讨了该技术当前面临的主要挑战及未来的重点研究方向。

面向新工科机械基础实验教学探索

论述了机械基础实验课程在实验教学内容、实验设备情况、实验教学安排方面亟待整改的现状。当前实验课程已不能满足新工科培养体系的总体需求。分析了在新工科人才培养的大背景下,课程改革的几个核心问题。同时结合实验教学以拓展实验思路,实验技术的与时俱进,传统实验的继承与创新为具体举措进行了教学实践探索,积累了可借鉴的经验。

凸轮综合实验教学平台

凸轮是机械工程的一类重要机构,是机械原理学习的一个重点和难点。实验作为一种实践手段,可以更好地帮助学生学习和理解相关理论。在当前新工科人才培养的大背景下,从凸轮实验教学的内在需求出发,设计开发了参数化凸轮综合实验教学系统。该平台可以提供实验方案设计、实验参数柔性设置、方案检测与评估等各项综合功能,已在项目探究式实验教学中得到了应用,效果良好,值得推广。

注塑成型虚拟仿真实验设计与实现

注塑成型虚拟仿真实验以提高学生工程实践能力为落脚点,基于塑料成型工艺及模具设计课程所授理论知识,结合生产实际,以典型制件为例,构建了真实实验基础上的虚拟实验。设计了学生自主分析设计环节,包括:塑件结构分析、工艺方案确定、塑件缺陷成因分析及改进等。旨在调动学生的学习兴趣和积极性,培养学生解决工程问题的能力,提升学生创新意识。

基于实践教学平台构建成型专业创新创业人才培养模式

将理论教学、实践实训与学科竞赛、大学生创新创业项目和教师科研项目等相结合,采用模块式教学方法,为学生提供一个系统的创新创业实践平台。通过改革实践教学体系,调整了课程建设,构建了专业实践教学平台,实施了系统的创新创业实践训练,以达到提升学生实践能力和创新创业能力,构建较强的学习能力、专业能力和创新意识,实现创新创业人才培养目标。

搅拌头尺寸对搅拌摩擦焊补焊的影响

分别采用8.5 mm长小搅拌头和24 mm长大搅拌头补焊具有表面沟槽缺陷的42 mm厚的Al-Mg-Si合金FSW试板。试验结果表明,搅拌摩擦焊补焊工艺能够修复具有表面沟槽缺陷的FSW试板。两种搅拌头补焊的焊接接头焊核区晶粒比较细小。大搅拌头补焊焊道与原焊道的重叠区硬度下降明显,对接头的硬度影响范围比小搅拌头补焊时的大。拉伸结果显示,小搅拌头补焊接头抗拉强度比大搅拌针补焊的高16 MPa,屈服强度比大搅拌头的高6 MPa。大搅拌头补焊时带来的热输入高且影响范围大,会造成焊接接头力学性能下降,所以在满足消除缺陷的前提下,尽量选择短小的搅拌头进行补焊。