动车组应急蓄电池箱的多目标优化

针对动车组的应急蓄电池箱的安全问题和轻量化设计要求,综合多个优化目标对其进行优化分析。将主要部件的厚度作为设计变量,以应急蓄电池箱的总质量和和恶劣工况下的应力最小为优化目标,以其第1阶固有频率为约束函数,使用Box-Behnken设计方法获取样本数据。利用样本数据建立低阶多项式响应面模型,结合第三代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ)进行多目标优化。结果表明:相较于单一的响应面法或遗传算法,本文采用的响应面法与遗传算法结合的方式,使得优化后的参数更加合理,轻量化和安全性均得到了保障。

不同工艺渗碳淬火和深冷处理后20CrNi2Mo轴承钢的组织与性能

对正火态20CrNi2Mo轴承钢分别进行渗碳油淬+回火、二次渗碳油淬+回火、渗碳气淬+渗碳油淬+回火等3种渗碳淬火+回火处理以及在上述工艺的回火前增加深冷处理的渗碳淬火+深冷+回火处理,研究了不同工艺处理后轴承钢的显微组织、力学性能和耐磨性能。结果表明:渗碳淬火+回火后轴承钢的组织均为针状马氏体+残余奥氏体+碳化物,渗碳气淬+渗碳油淬+回火后的马氏体更细小,残余奥氏体更少,此工艺下轴承钢的硬度、抗拉强度和断后伸长率均高于其他2种渗碳淬火+回火工艺,磨痕宽度和深度较小;与渗碳淬火+回火相比,渗碳淬火+深冷+回火处理后轴承钢中奥氏体含量减少,硬度提高,磨痕宽度和深度减小,并且在200 N载荷下的磨损质量损失明显减少;较优的工艺是渗碳气淬+渗碳油淬+深冷+回火。

微合金化低碳马氏体钢的显微组织及力学性能

制备了钛、铌和钼等元素掺杂的微合金化低碳马氏体钢,并对其进行热轧+880℃淬火+不同温度(170,190,210,230,250℃)回火处理,研究了不同热处理态试验钢的显微组织、拉伸性能和冲击性能,以190℃回火态钢为例分析了强韧化机制。结果表明:热轧态试验钢由铁素体和贝氏体组成,淬火态试验钢由铁素体和马氏体组成,不同温度回火态试验钢均由回火马氏体和少量铁素体组成,回火态试验钢的铁素体面积分数在15%~20%,低于热轧态和淬火态;淬火态试验钢的抗拉强度和布氏硬度最高;随着回火温度升高,回火态试验钢的抗拉强度和布氏硬度下降,断后伸长率、屈服强度和冲击吸收功均先增大后减小;190℃回火态试验钢的断后伸长率和冲击吸收功最高,拉伸断口和冲击断口处纤维区中韧窝占比最高,抗拉强度、布氏硬度和屈服强度适中,综合力学性能最好;190℃回火态试验钢中析出的纳米级小尺寸(Ti,Nb,Mo,Cr)C相起到沉淀强化作用,纳米级大尺寸(Ti,Nb,Mo,Cr)C相起细晶强化作用,大角度晶界占比较高,提高了裂纹扩展功,因此试验钢强度和韧性提高。

平地行走模式下肌骨参数对肌肉代谢的影响

面向老年人日常行走助力方案及锻炼方式的关注度日益提升。本文针对不同肌肉骨骼参数,构建了适用于中国人体质的肌肉骨骼模型,利用OpenSim分别获取平地行走模式下衰老因素、身高与体重对人体下肢肌肉代谢及各关节扭矩的变化情况,探究肌骨参数对下肢运动的影响规律,并以下肢运动代谢为评价指标,通过正交试验综合评价相关肌骨参数对其影响程度。上述研究方法及结果为外骨骼助力行走装置的方案设计及科学运动锻炼的拟定提供了理论参考与数据支撑。

热风加热沥青路面冲击射流共轭传热特性

为提高热风加热沥青路面的就地再生加热效果,基于热风冲击射流对流换热和沥青路面内部导热的共轭传热过程,建立了热风加热沥青路面的冲击射流共轭传热理论模型,选取有限容积法得到了共轭传热模型的通用离散方程,采用压力-速度耦合半隐式算法(semi-implicit method for pressure linked equations,SIMPLE)获得了整个求解域内温度场分布,选取平均热流密度和平均换热系数反映沥青路面加热效果,通过正交试验研究了热风出口速度和热风出口温度对路面加热效果的影响程度。仿真和试验结果表明:理论计算与实验温度场分布趋势吻合度高,两者平均误差为8.4%;平均热流密度和平均换热系数在加热初期均从最大值急剧下降,而后下降幅度逐渐减小趋于平衡,两者的仿真计算与实验结果趋势相同,平均误差分别为6.4%和7.8%;热风出口速度和热风出口温度对平均热流密度均有显著影响,热风出口速度对平均换热系数有显著影响,热风出口温度对平均换热系数的影响相较于平均热流密度指标表现为不显著。研究结果为后续沥青路面就地热再生热风加热温度控制和加热器设计提供了理论依据。

储能锂电池系统综合管理研究进展

锂电池系统是新型储能系统的重要组成部分,电池管理技术对确保电池系统的安全、高效运行和延长使用寿命具有重要意义。从电池系统的模型、状态、故障、一致性、热管理等层面出发,综述了锂电池管理的研究进展。在电池模型方面,分析总结了电池在电、热、力等特性的建模及高效计算方法。对于电池的状态估计,总结了基于模型、数据驱动以及两者相结合的状态估计方法以及各自的优缺点,分析了构建数据驱动与电池领域知识融合框架的未来发展前景。在电池故障方面,分析了电池系统不同故障特征、类型、触发机制和诊断方法,对电池系统在早期故障预警、故障检测灵敏度提升等方面进行了展望。对于电池系统的一致性,总结分析了在均衡拓扑和均衡策略两个方面的研究现状,并对电池重构在均衡、快充、能量利用提升、故障隔离等方面的应用进行了分析。在电池热管理方面,分析了高温冷却以及低温加热的方法,并对热管理系统的优化设计和控制策略进行了总结,对开发高效换热、轻量化以及低能耗的先进热管理系统进行了探讨。此外,对电池管理系统的新技术和应用场景进行了概述,分析了数字孪生技术以及储能综合管理在电池系统上的应用,为未来电池管理的发展提供了参考。

大型低速风洞全模阵风试验支撑装置研制与验证

为适应日益增多的低速风洞全模阵风试验的需要,发展阵风试验技术,在航空工业气动院FL-10风洞研制了一套双自由度支撑装置,该装置放开了模型升沉和俯仰方向的较大运动自由度,实现了飞机刚体运动模态的模拟。装置主要结构为“钢梁+小滑车”,小滑车可在钢梁上自由滑动,避免了采用滑轨形式导致模型运动过程中出现卡滞现象;采用整流翼型与风洞上下壁板连接,减小了对风洞的破坏,降低了对风洞流场的影响;装置升沉运动高度为3 m,俯仰角范围可达±34°;升沉摩擦因数小,机构变形量小,具备模型防护功能。应用该装置成功开展了民机阵风载荷减缓试验,证明了装置设计合理,可以应用于低速全模阵风试验。

面向增材制造的非均匀点阵结构综述

受益于增材制造技术的发展,多孔结构、拓扑优化结构、生物仿生结构等具有高度复杂度结构的制造难度得以降低,促进了高度复杂结构的研究进展。点阵结构作为一种典型多孔结构,性能优异和可设计性好,其研究成果已应用于航空航天、生物医疗、汽车制造等诸多领域。其中非均匀点阵结构相较于均匀点阵结构,更能发挥出结构和材料的潜能,因此更具有实际应用价值。本文对非均匀点阵结构的设计方法和制造方式的研究现状和发展动向进行梳理,对非均匀点阵结构进行了详细地综述,指出当前研究存在的挑战,并展望了点阵结构今后的研究方向。

轴向移动内压力梁动力学的动网格法

面向轴向移动内压力梁结构动力学特性研究,采用Lagrangian方法建立了轴向移动内压力梁的运动控制方程,基于有限元动网格法对轴向移动梁运动控制方程进行离散。将内压力作为边界条件,采用Newmark-β时间积分方法计算轴向移动梁动力学响应,并开展动力学特性研究。结果表明,建立的有限元动网格模型能够有效地实现轴向移动内压力梁动力学响应计算。轴向移动内压力梁在收缩运动过程中,自由端振动频率将逐渐增加。悬臂长度对梁自由端振动频率具有显著影响。同时,结构振动频率随内压力的增加而增加。本文中建立的有限元动网格模型能够为轴向移动内压力梁动力学研究提供新方法。

基于红外相机和毫米波雷达融合的烟雾遮挡无人驾驶车辆目标检测与跟踪

战场环境下无人驾驶车辆的感知系统易受烟雾、扬尘等天气的影响,对关键目标的检测与跟踪能力大大下降,造成目标漏检、目标误检、目标丢失等严重后果。针对该问题,开发毫米波雷达和红外相机融合系统,采用目标级融合方式建立简洁有效的融合规则,提炼和组合各传感器的优势信息,最终输出稳定的目标感知结果。对毫米波雷达的目标进行有效性检验和提取,并提出改进的基于密度的含噪声空间聚类应用算法,以减少毫米波雷达噪音干扰。以YOLOv4网络为基础,引入MobileNetv2主干网络,在网络训练过程中运用迁移学习方法,同时对红外数据样本进行扩充,解决了红外图像训练样本少的问题。试验结果表明,相较于仅基于红外相机的算法,融合检测算法在烟雾环境下的精度显著提升,且算法实时性高,实现了烟雾环境下毫米波雷达与红外相机融合的目标检测与跟踪,提高了无人驾驶车辆目标检测与跟踪系统的抗烟雾干扰能力。

残余应力对GH3230层板焊缝热疲劳寿命影响规律研究

为了探究残余应力对层板冷却结构焊缝服役寿命的影响规律,首先对GH3230层板在常规条件下的激光焊接过程进行有限元模拟与实验验证,然后在此基础上对预拉伸、温差拉伸等焊接残余应力调控方法开展模拟。基于焊后残余应力模拟结果研究了层板服役过程的温度及等效应力变化规律,并将多个模型之间不同残余应力下服役状态进行对比分析,最后利用Morrow修正的Coffin-Manson方程对焊缝后续服役寿命进行评估。研究结果表明,焊接残余应力的存在大幅降低了层板结构焊缝区域热疲劳寿命,通过残余应力调控技术可有效改善焊缝区域服役过程中的应力幅或平均应力,使其分别下降70%与25%,焊接残余应力调控对提高层板结构热疲劳寿命具有重要意义。

大口径空间光学望远镜桁架结构关键技术研究进展

近年来大口径空间光学望远镜以高像质、宽波段、大幅宽等特点,在开展空间科学探索、精细化对地观测等方面越来越重要。大口径望远镜的主承力结构、大型光学组件的支撑结构往往采用桁架结构,本文围绕实现桁架结构的超轻、超稳特性,从构型优化设计、新型材料、先进制造工艺、精确测量标定方法等方面,系统性梳理了其理论基础、研究方法、应用现状等,并探讨了空间桁架结构技术的发展趋势。

基于无颗粒银导电墨水在不锈钢表面镀银工艺研究

目的采用无颗粒银导电墨水对不锈钢表面进行镀银研究,以绿色环保工艺替代传统电镀银技术。方法主要研究适用于不锈钢基材的前驱体银源、络合剂种类、不锈钢前处理方法、烧结固化温度对不锈钢表面银层微观结构及性能的影响,获得不锈钢基材上微观结构致密、性能良好的银层。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜、数字兆欧表对在不锈钢表面银膜层进行表征。结果不锈钢通过1,2丙二胺溶液处理后,采用银源草酸银为前驱体,此时银层微观结构最致密,具有最佳的附着力等级(5B)和最低的粗糙度(1.237μm),与1,2-丙二胺络合,乙醇为溶剂时,制备出的银层有机物挥发完全,微观结构致密,并且具有最低的接触电阻0.7Ω和粗糙度0.80μm。烧结固化温度为200℃时银层导电性最好。结论采用无颗粒银导电墨水对不锈钢表面进行镀银的新型工艺银层性能良好,可以简化传统电镀技术复杂的操作流程,减少传统电镀工艺所使用氰化物对人体造成的危害,并弥补应用受限的缺点。

热处理对等离子熔覆Fe-Mo-Cr-Ni-B合金覆层组织及耐磨性能的影响

采用等离子熔覆技术在H13合金钢表面熔覆Fe-Mo-Cr-Ni-B合金,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)配合能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计以及多功能摩擦磨损试验机,对热处理前后熔覆层的组织结构、硬度和耐磨性进行分析。结果表明,Fe-Mo-Cr-Ni-B合金覆层主要由α-Fe、Mo_(2)FeB_(2)、(Mo,Fe,Cr)_(3)B_(2)和Fe_(23)(B,C)_(6)相组成;熔覆层磨损以Mo_(2)FeB_(2)硬质相的脆性剥落为主;在1000℃温度热处理后,熔覆层平均硬度达到1061HV_(0.5),相比于焊态提高了28.3%,耐磨性相比于焊态提升了42.0%。合金覆层硬度提升和耐磨性的改善可以归因于高温热处理导致的碳化物共晶组织消失、Mo_(2)FeB_(2)硬质相增多以及黏结相强度增加。

晶界效应下的焊接热裂倾向判据适用性研究

材料焊接热裂倾向评判在产品制造中具有重要作用,以往热裂倾向判据并未考虑晶界效应,故其适用性一直是讨论的热点问题。文中以Al-Cu合金为例,通过多晶凝固定量相场模型获取熔池凝固过程枝晶形貌,提取凝固路径。基于凝固路径开展了目前常用热裂倾向判据的适用性研究,包含RDG判据、Clyne-Davies判据和Sindo Kou判据。研究发现,RDG判据同实际焊接热裂倾向一致,且裂纹产生主要受孤立晶界段枝晶间压力降主导;Clyne-Davies判据及Sindo Kou判据评判由于计算过程忽略部分孤立晶界区间段,导致评判结果出现失真。通过对三个判据的研究,为材料热裂倾向评判提供了参考。

微织构曲面的结合面的接触阻尼特性研究

研究微织构曲面结合面上的表面形貌参数对曲面结合面接触阻尼的影响。分析结合面阻尼来源,建立了结合面单个微凸体阻尼的数学模型。进一步的,以平面微凸体的分布密度函数为理论依据计算曲面接触微凸体的数量,并研究曲面结合面上织构密度、材料特性参数,以及施加的动态载荷的频率和幅值对接触阻尼的影响。经过研究及实例分析结果表明:织构密度越高,曲面结合面间的接触阻尼越小;随着材料特性参数的增大,法向接触阻尼越来越大;伴随振动频率加大,相同的载荷下接触阻尼逐渐减小;动态变形幅值越大,接触阻尼越大。

某跨声速风洞用980 高强度钢的去应力热处理工艺研究

热处理是结构件制造的重要环节,与结构件的制造质量和使用性能紧密相关。对某型号跨声速风洞用980高强度钢去应力热处理工艺进行了研究,采用拉伸试验和-20℃低温冲击试验,对比分析了一次、二次去应力退火试验后980高强度钢的强度和韧性。结果表明,当去应力热处理工艺为去应力退火温度为(450±10)℃,保温时间为10~12 h时,跨声速风洞用980高强度钢材料可获得最优的强度和韧性。试验结果对同类材料的去应力热处理具有一定的借鉴意义。

功能梯度形状记忆合金纳米梁力学性能研究

功能梯度形状记忆合金(Functionally Graded Shape Memory Alloys,FG⁃SMA)兼具功能梯度材料和形状记忆合金的双重特性,故在航空航天、生物医疗、微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)中得到了广泛的应用。当微结构尺度达到纳米尺度,表面效应对微结构力学性能的影响是十分显著的。为了探究表面效应对功能梯度形状记忆合金纳米梁力学性能的影响规律,基于梁弯曲理论及Gurtin⁃Murdoch表面弹性理论,考虑拉压不对称、温度对FG⁃SMA纳米梁的影响,建立了考虑表面效应的FG⁃SMA纳米梁相变力学模型。分析了梯度指数、载荷、温度及拉压不对称系数对FG⁃SMA纳米梁力学性能的影响规律。研究表明,弯矩、梯度指数对截面响应影响显著,而温度和拉压不对称系数对其影响较小;忽略表面效应的影响会低估FG⁃SMA纳米梁的抗弯性;在弯矩达到一定程度后,表面效应对FG⁃SMA纳米梁中性轴偏移趋势影响不大。研究结果对FG⁃SMA纳米梁在微机电领域的设计及应用提供了一定的基础与依据。

基于数字孪生的热处理智能化技术研究进展

为减少热处理智能化技术数据孤岛的状态,数字孪生的运用被广泛关注。数字孪生技术是智能化制造领域的先进智能技术,也是解决数据孤岛的重要方法之一。本文介绍了数字孪生技术与基于数字孪生的热处理研究现状。以车间数字孪生框架为基础,从物理车间、虚拟车间、车间服务系统、孪生数据4个方面介绍数字孪生的研究现状,分析了各部分中存在的主要问题。针对基于数字孪生为基础的热处理技术,结合传统热处理技术与特殊热处理的智能化研究进展,分析数字孪生技术在热处理中的应用与进展。

利用双磁极平面磁力研磨法对单晶硅表面的抛光实验研究

为实现单晶硅表面平坦化,提出双磁极磁力研磨法(DMAF),并设计一套双磁极磁力研磨装置。探究双磁极磁力研磨法的加工机理,明确关键加工参数对单晶硅表面质量的影响,通过单因素对比实验对加工参数进行优化;利用ANSYS MAXWELL有限元软件,对传统平面磁力研磨法与双磁极磁力研磨法的磁场强度进行模拟仿真,对比两种方法在加工区域形成的磁感应强度,以实现定量分析磁性磨料粒子的研磨压力。基于单因素实验结果,确定了双磁极磁力研磨法对单晶硅片表面加工优化后的研磨参数:磨料组合为#200电解铁粉(Fe_(3)O_(4))+#8000白刚玉(White abrasive,WA),磁极间隙为12 mm,磁极转速为300 r/min,磨料质量比为3∶1。结果表明:在优化的研磨参数条件下,研磨60 min后的单晶硅片的平均表面粗糙度由初始的0.578μm降至8 nm,在研磨区域基本实现了镜面加工效果。仿真结果表明:与传统平面磁力研磨法相比,双磁极磁力研磨法可显著提高加工区域的磁感应强度,该研磨法所产生的磁场强度约为传统磁力研磨法的1.5倍。