表面张力对激光焊接熔池及匙孔的影响

基于FLUENT19.0软件,建立了激光焊接热-流耦合模型,对比分析了不同表面张力温度系数(为负值)对熔池流场的影响.结果表明,随着表面张力温度系数的减小,熔池后方顺时针漩涡的流动趋势逐渐减弱,甚至消失,而且焊接飞溅的数量增多.纵截面熔池长度逐渐增加,纵截面熔池流体最大流动速度逐渐增大,熔池横截面的面积逐渐减小.当表面张力温度系数为-2.5×10^(-4)N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.28 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为2.89 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.52 mm^(2);当表面张力温度系数为-3.5×10^(-4)N/(m·K)时,熔池长度平均值为3.73 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为3.53 m/s、熔池横截面面积的平均值为4.03 mm^(2);当表面张力温度系数为-4.9×10^(-4)N/(m·K)时,熔池长度平均值为4.14 mm、熔池流体最大流动速度的平均值为4.09 m/s、熔池横截面面积的平均值为3.28 mm^(2).

改进YOLOv7算法的钢材表面缺陷检测研究

当前,基于深度学习的智能检测技术逐步应用于钢材表面缺陷检测领域,针对钢材表面缺陷检测精度低的问题,提出一种高精度实时的缺陷检测算法CDN-YOLOv7。加入CARAFE轻量化上采样算子来改善网络特征融合能力,融合级联注意力机制和解耦头重新设计YOLOv7检测头网络,旨在解决原始头网络特征利用效率不高的问题,使其充分利用各尺度、通道、空间的多维度信息,提升复杂场景下模型表征能力。引入归一化Wasserstein距离重新设计Focal-EIoU损失函数,提出NF-EIoU替换CIoU损失,平衡各尺度缺陷样本对Loss的贡献,降低各尺度缺陷的漏检率。实验结果表明,CDN-YOLOv7的检测精度可达80.3%,较于原YOLOv7精度提升了6.0个百分点,模型推理速度可达60.8帧/s,满足实时性需求,CDN-YOLOv7在提升各尺度缺陷检测精度的同时显著降低了缺陷的漏检率。

基于改进SSD的工件表面缺陷检测

工件的表面缺陷不仅影响外观而且直接影响产品的质量、寿命和性能,因此对工件进行实时表面缺陷检测很有必要。针对当前SSD算法不利于小目标检测易导致误检的情况,提出了一种基于单阶段多层检测器的改进SSD自动检测方法。采用了以ResNet替换SSD中原始的VGGNet的方法,研究了小目标检测的问题;采用了对深层特征进行反卷积且将深层特征与浅层特征融合的方法,研究了语义信息不足易误检的问题。结果表明,该方法较原SSD模型在工件的表面缺陷检测上m AP值提高了约4.6%,从而认为本方法可用于工件表面缺陷的实时自动检测。

可重构智能表面辅助通信系统时变级联信道估计

针对可重构智能表面(RIS)辅助通信系统时变级联信道的估计中需解决的级联信道稀疏表示、时变信道参数跟踪和信号重构等关键问题,提出了一种结合Khatri-Rao积的分层贝叶斯卡尔曼滤波(KR-HBKF)算法。该算法首先利用信道的稀疏特性,通过Khatri-Rao积和克罗内克积变换得到RIS级联信道的稀疏表示,将RIS级联信道估计问题转化为低维度的稀疏信号恢复问题。然后,根据RIS级联信道的状态演化模型,在HBKF算法的预测模型中引入了时间相关性参数,应用改进的HBKF解决时变信道参数跟踪和信号重构问题,完成时变级联信道的估计。KR-HBKF算法综合利用了信道的稀疏性和时间相关性,能以较小的导频开销获得更好的估计精度。仿真结果表明,与传统压缩感知算法相比,所提算法具有约5 dB的估计性能提升,且在不同的时变信道条件下具有更好的鲁棒性。

低表面能氟碳聚合物涂层真空热循环及防爬移特性研究

低表面能氟碳聚合物涂层是一种抑制空间用油脂润滑剂爬移流失的关键材料,该材料的应用可为空间油脂润滑活动机构实现长寿命、高可靠运行提供技术保障。采用水接触角测试仪、X射线荧光能谱仪、光学显微镜等对自研的氟碳聚合物涂层进行了真空热循环前后的接触角、表面能变化以及对多烷基环戊烷(MACs)润滑油防爬移特性的研究。结果表明,9Cr18不锈钢、2A12铝合金和TC4钛合金三种不同金属基体表面涂覆聚合物涂层后的表面能分别为8.797 mN/m、9.083 mN/m和9.203 mN/m;在温度−45~+90℃下,经过30天、60次真空热循环后,涂层的表面能分别为8.915 mN/m、9.209 mN/m和9.266 mN/m,仍然较低。涂层与MACs润滑油之间存在明显界面,涂层上距离润滑油200μm界面处的XPS分析未发现MACs润滑油的特征峰,表明没有润滑油爬移扩散至涂层处,低表面能氟碳聚合物涂层对MACs润滑油能够起到有效的“防爬移”作用。

经筋针刺法联合益肾壮骨方治疗膝关节骨性关节炎的效果及表面肌电图分析

目的探究经筋针刺法联合益肾壮骨方治疗膝关节骨性关节炎(KOA)的效果及表面肌电图分析。方法选取2022年3月至2023年3月北京市鼓楼中医医院收治的74例KOA患者作为研究对象,按照随机数字表法分为观察组(37例)与对照组(37例)。对照组采用益肾壮骨方治疗,观察组在对照组的基础上联合经筋针刺法治疗。比较两组患者治疗前后的中医证候积分、膝关节功能(Lysholm评分)、视觉模拟评分法(VAS)评分与表面肌电图指标。结果治疗后,观察组中医证候积分各维度评分低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。治疗后,观察组VAS评分低于对照组,Lysholm评分高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。治疗后,观察组伸展Mean值高于对照组,协同收缩比率低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论经筋针刺法联合益肾壮骨方能缓解膝关节骨性关节炎患者中医证候积分,降低疼痛程度,提高膝关节功能,改善患者表面肌电图指标,值得推广。

直流电压下GIS盆式绝缘子表面电荷及电场分布特性仿真研究

GIS中盆式绝缘子表面在外施直流电压时会积聚大量电荷使得沿面闪络电压大幅降低,从而引发一系列电气设备故障。基于上述问题,文中分析了盆式绝缘子表面电荷的来源与传导途径,采用有限元仿真计算方法构建了二维轴对称仿真模型以及设定相关参数,研究了电压极性、不同电压幅值以及电压极性反转对盆式绝缘子表面电荷分布的影响。结果表明,在直流电压下,凹面主要积聚与外施直流电压极性相反的电荷,凸面主要积聚与直流电压极性相同的电荷,且凹面积聚的电荷密度更大;在极性反转后-100 kV直流电压下,盆式绝缘子表面原先积聚的电荷密度呈现先增大后逐渐减小的趋势,随后转换极性并达到饱和,电场在靠近高压端以及盆式绝缘子沿面0~20 mm处的畸变程度较为明显。电场在盆式绝缘子表面电荷极性发生变化前出现峰值,相比较电荷达到饱和状态,此时盆式绝缘子凹面最大场强增加46%,凸面最大场强增加5.4%。该研究可为直流电压下盆式绝缘子表面电荷分布特性提供指导。

激光除漆对铝合金基材表面质量的影响

目的研究激光除漆后对铝合金基材表面阳极氧化膜的损伤情况。方法采用纳秒脉冲激光器对涂覆复合漆层的2A12铝合金表面进行激光清洗试验。采用超景深显微镜对清洗后表面形貌与横截面进行观察,利用扫描电子显微镜与能谱仪观察清洗后的微观形貌,并利用维氏硬度计对表面显微硬度进行检测。结果选择合适的激光参数能够完全除去复合漆层,当激光功率过高或激光扫描速度较低时,会发生过度清洗现象,清洗后表面的阳极氧化膜层发生损伤,甚至被去除的情况。在激光功率为450、400 W,扫描速度为4.5 mm/s时,清洗后表面的阳极氧化膜层发生破损;在激光功率为450、400 W,扫描速度为4 mm/s时,清洗后表面的阳极氧化膜层已经被去除。在激光功率为500 W,扫描速度为5.5 mm/s,与激光功率为450 W,扫描速度为5 mm/s时,完全去除复合漆层后的阳极氧化膜层表面的平均维氏硬度分别约为211HV与242HV,在工艺参数为450 W、4.5 mm/s时,表面平均维氏硬度约为168HV。结论在激光除漆的过程中,采用合适的激光工艺参数彻底去除漆层后,铝合金表面阳极氧化膜层的显微硬度并未受到影响。在发生过度清洗时,铝合金表面的阳极氧化膜层会发生烧蚀损伤以及弹性振动剥离。

炔属二醇表面活性剂在环氧树脂灌浆材料中的作用

通过在CW环氧树脂灌浆材料浆液中加入2种不同结构的非离子表面活性剂炔属二醇,制备了2种改性环氧树脂灌浆材料,并开展了黏度、表面张力、接触角、渗透性和浆材固化物力学强度的研究。结果表明:加入表面活性剂对浆液的黏度、浆材固结体抗压强度、抗拉强度无明显影响,但可以提高浆材的粘接强度和抗剪强度,降低浆液的表面张力和接触角,提高浆液在黏土中渗透性。其中,加入表面活性剂S 1对浆液的粘接强度、拉伸剪切强度和在黏土中的浸润渗透高度提升更为显著,分别提高了23.6%、37.5%和109.4%。基于以上试验,初步探讨了表面活性剂提高浆液渗透性的机理。

亚甲蓝分光光度法测定水中阴离子表面活性剂含量的方法改进

对亚甲蓝分光光度法(GB 7494—1987)测定水中阴离子表面活性剂含量进行了方法改进。以毒性相对较小的二氯甲烷取代三氯甲烷作为萃取剂,试管取代分液漏斗,利用振荡器进行萃取。结果表明:改进方法的最佳萃取时间为1.5 min,单个样品的分析时间在10 min以内;十二烷基苯磺酸钠标准曲线的线性范围在2.0 mg·L^(-1)以内,检出限(3s/k)为0.0297 mg·L^(-1);对十二烷基苯磺酸钠标准溶液重复测定6次,测定值的相对标准偏差(n=6)均小于9.0%;对空白样品进行加标回收试验,回收率为95.0%~99.1%。

内燃机活塞环材料及表面处理技术研究现状与发展趋势

活塞环是内燃机中重要的零部件之一,该部件的摩擦损耗占内燃机总摩擦损失的26%。因此,活塞环材料的选用及其表面处理研究对于优化提升内燃机性能、延长服役寿命具有重要意义。简单介绍并总结了内燃机活塞环常用材料及其发展趋势,详细综述了激光表面织构技术、表面涂层技术以及表面复合技术在内燃机活塞环减摩抗磨方面的研究和应用现状。其中,激光表面织构技术(LST)可起到接纳磨屑、保持油膜等作用,从而降低活塞环表面摩擦和磨损,但由于织构形貌和几何参数特征对摩擦学性能的影响较为复杂,仍需结合实际工况进一步研究并优化。以镀铬、热喷涂、气相沉积及激光熔覆为代表的涂层技术也常用于活塞环的表面强化处理,但涂层材料种类繁多,难以形成统一的行业标准进而规模应用。此外,通过合理复合多种表面处理技术,比如微弧氧化与电泳沉积复合、超声滚压与离子渗氮技术复合、磁控溅射和低温离子渗硫复合等,可实现优势互补、发挥协同作用,有效改善接触表面的摩擦性能,为活塞环的减摩增寿研究开拓了新的思路。最后对未来活塞环材料开发应用及其减摩抗磨方面的研究发展进行了展望。

卤水表面附近盐岩结晶特征研究

【目的】为了弥补现代盐湖沉积考察中丢失的信息,获取盐岩动态结晶过程,指导古盐湖沉积研究。【方法】借助室内石盐蒸发实验,观察卤水蒸发过程中氯化钠结晶特征,分析石盐结晶与沉积环境之间的关系,为盐湖沉积模式建立提供参考。【结果与结论】石盐沉积位置受结晶习性影响,晶体可以在卤水界面之上沉积,其形成的动力除了蒸发泵作用外,还受空气湿度和石盐潮解共同控制;人字晶一般形成于漏斗晶基础之上,在发育空间受限时,绕不同漏斗晶核生长的纹层斜交后形成人字晶纹,两种晶型可以同时沉积于水面之上;盐湖干涸之前,可能经历岩层封锁水面的现象,并可能对临层的碎屑沉积物产生影响。

小龙虾扰动下水稻秸秆腐解及养分释放和表面结构变化特征

为探究持续泡水条件下小龙虾参与水稻秸秆腐解过程与特征,完善稻虾模式水稻秸秆还田技术、实现秸秆资源的高效利用及农田可持续发展,采用自制尼龙网箱法,在稻虾环沟模式的养殖沟内,以不养虾为对照,模拟研究小龙虾扰动下水稻秸秆的腐解特性、养分释放特征及其表面微观结构变化特点。结果显示,无论是否有小龙虾参与,水稻秸秆各时段平均腐解率表现出快—慢—快—慢—快的特点;150d及以前,有虾处理与无虾处理各时段腐解量、累计腐解率和各时段平均腐解率差异均不显著,180d及以后各指标均表现为有虾处理显著高于无虾处理,至210d时,有虾处理水稻秸秆累计腐解率达85.67%,比无虾处理高出12.35百分点。秸秆养分累积释放率均表现为K>P>N;150 d及以后,有虾处理N累积释放率表现出高于无虾处理的趋势,180 d及以上,有虾处理P累积释放率和总养分累积释放率表现出高于无虾处理的趋势,至210 d,有虾处理K累积释放率表现出高于无虾处理的趋势。120d及以后,有虾处理的秸秆表面结构受破坏程度明显大于无虾处理。结果表明,稻虾环沟模式下,小龙虾扰动能增加中后期水稻秸秆表面微观结构的受破坏程度,促进后期水稻秸秆腐解和养分释放。

高能束表面改性技术在航空领域的应用

高能束表面改性适用于各种金属和合金,能够显著提升材料表面硬度、耐磨、耐蚀等性能指标,是航空部件实现性能提升的有效手段之一。本文总结了6种高能束表面改性技术的基本原理、设备构成和改性应用,其中激光相变硬化通过马氏体相变强化金属材料表面;激光熔覆通过选择不同粉末实现表面修复和表面性能提升,重点在于控制裂纹缺陷;激光冲击强化可有效解决航空发动机部件高周疲劳断裂问题;强流脉冲电子束和强流脉冲离子束一方面需要提高设备的性能和运行稳定性,另一方面要针对航空部件应用开展深入研究;而离子束辅助沉积则可以通过制备固体润滑涂层实现对微动磨损的有效防护。最后,提出对高能束表面改性机理深入研究、发展专业化智能化装备和实现多种束源复合与集成的发展方向。

未胶结钙质砂中表面基础承载力研究

本文针对南海未胶结钙质砂开展室内表面基础模型试验、大变形有限元模拟和三轴排水试验,获得钙质砂承载特性与力学性质。通过进行室内模型试验,获得松砂和中密砂中反力-位移曲线,且发现基础周围颗粒破碎不明显。然后采用商业软件Abaqus中的大变形有限元模块耦合欧拉-拉格朗日(CEL)开展表面基础有限元计算,本构模型采用摩尔-库伦模型,本构参数通过三轴排水试验确定。有限元模型经室内模型试验结果验证可靠后,开展变参计算,探究基础尺寸和土体相对密实度对表面基础承载力的影响。结果表明,表面基础承载力随基础直径增加而增大,满足幂函数变化规律,进而给出了容许承载力和极限承载力随基础直径变化的预测公式。

微量水蒸气条件下低温表面结霜过程的实验研究

为研究微量水蒸气在低温表面上的结霜过程,搭建了低温表面微量水汽混合湿氮气的可视化结霜实验台。实验对比了常规湿度和微量水汽含量条件下,-180℃冷表面上常温氮气流中水蒸气结霜过程和形态,研究了不同微量水汽含量以及环境压力对低温结霜特性的影响。结果表明:相比于常规湿度条件下冷凝-冻结机制主导的结霜过程,微量水蒸气(体积分数71×10^(-6))在低温表面主要通过凝华机制生成微小冰晶沉积在冷表面,形成不均匀分布的无明显枝干的霜晶,随后形成平整疏松的霜层。凝华机制主导的霜层生长过程主要体现为霜层厚度的增大,而密度无明显增大。在微量水蒸气条件下,随着水汽含量由1.53×10^(-6)升高至500×10^(-6),霜层逐渐增厚并伴随着霜层形态由平坦均匀薄层向簇状霜团转变,增大的接触面积使霜层生长速率加快。环境压力由109 kPa升高至190 kPa时,增大的水蒸气分压本质上是由水蒸气绝对含量增加引起,霜层生长加快,表面的不平整程度会升高,霜晶形态更丰富。随时间推移,同一时刻不同环境压力下霜层厚度的差异逐渐增大。最后拟合了适用于低温表面上微量水蒸气条件下的无量纲霜层厚度关联式,整体误差在±20%以内。

十二烷基硫酸钠表面改性水滑石对PVC热稳定性能的影响

采用十二烷基硫酸钠(SDS)对镁铝镧碳酸根型水滑石(LDHs)表面进行湿法改性,讨论了不同改性条件对聚氯乙烯(PVC)静态热稳定性能的影响,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和红外光谱仪(FTIR)进行表征。采用刚果红试纸法、烘箱变色法、转矩流变法、热重分析法等测定了SDS改性前后PVC/LDHs样品的热稳定性能。结果表明,恒定pH=7,SDS为LDHs质量的10%,水浴80℃下搅拌3 h,改性效果最佳;SDS并未破坏LDHs的晶体结构,仅吸附在表面,增强了与PVC的相容性;改性后的PVC/LDHs样品静态及动态热稳定时间达65、28.5 min,改善了后期着色,更易塑化成型;最大质量损失速率对应温度为346℃,较未添加前增加55℃,能较好地抑制PVC的热降解。

基于超表面微纳结构的视网膜成像显示仿真研究

基于广义斯涅尔定律及几何相位超表面调控原理,利用时域有限差分法研究了超表面微纳结构的聚焦特性,设计了基于麦克斯韦观察法的视网膜投影成像系统,以高斯光源模拟细光束实现了整个系统成像的仿真.首先,基于TiO_(2)超表面单元,设计了半径4.875μm、数值孔径0.44的超透镜,光线焦点位置仿真值与设计值误差仅为0.4%.然后,研究发现相同数值孔径的超透镜具有相同的成像效果,表明可将微观层面仿真推广到大尺寸.最后,对视网膜投影成像系统进行了仿真,结果表明可实现带有图案信息的像源的成像,且不同位置成像面均可还原像源图案,证明人眼的调焦不影响虚拟图像的清晰度,可有效解决辐辏聚焦矛盾.基于超表面微纳结构的视网膜投影成像显示为超薄超轻无辐辏聚焦矛盾的近眼显示器件的发展提供了一种新的选择.

基于表面增强拉曼光谱的牛肝菌主成分分析及快速鉴定

2021年《中国疾病预防控制中心周报》指出蘑菇中毒是我国最严重的食品安全问题之一,2021年发生蘑菇中毒事件327次,涉及923例患者,其中20例死亡,总死亡率为2.17%,事件中共鉴定出毒蘑菇74种。牛肝菌由于味道鲜美,是人们最喜爱的菌类之一。由于烹调不当或是混入有毒牛肝菌,就会发生牛肝菌中毒事件。如何快速得出牛肝菌的主成分并进行鉴定,成为了一个迫切需要解决的问题。该研究从楚雄市鸿福农贸市场上购买的10个新鲜牛肝菌样品,使用菌盖进行徒手切片,用微波法制备的纳米银溶胶制成银胶装片,置于DXR显微拉曼光谱仪的10倍物镜下,获得10个样品的表面增强拉曼光谱(SERS)。通过对SERS的分析发现10个样品中,样品7、8、10主成分相同,样品6、9主成分相同,其余样品主成分各不相同。以样品1为例,主成分有L-苯基丙氨酸(1583 cm^(-1)环内C—C伸缩振动、1199 cm^(-1)NH 2摇摆振动)、L-组氨酸(1572 cm^(-1)C C伸缩振动、COO-不对称伸缩、1229 cm^(-1)面内环变形振动)、异亮氨酸(1342 cm^(-1)C—H、N—H变形振动、486 cm^(-1)COOH摇摆振动、353 cm^(-1)骨架振动)、L-天冬氨酸(1136 cm^(-1)C—N伸缩振动)、甘氨酸(1386 cm^(-1)COO-变形振动、889 cm^(-1)C—C伸缩振动)、蛋氨酸(681 cm^(-1)C—S反对称伸缩振动)、吡喃糖化幌物(973 cm^(-1)对称环振动)。采用光谱软件OMNIC Specta的建库功能随机挑选10个样品的一条谱线进库,建库后可快速进行光谱匹配度的检索,通过匹配度的高低鉴定待测样品。在10个样品中,除2、10号样品的匹配度小于60%外,其余样品的匹配度都大于60%。样品7、8的匹配度接近且有交叉,说明样品7、8是同一品种,而样品6、9的匹配度接近而交叉项少,说明这两个样品是同一品种或相近品种。DNA检测结果表明样品7、8、10同为白牛肝菌,而样品6、9同为薄瓤假美柄牛肝菌。该实验为牛肝菌的主要成分检测和快速鉴定提供了一种简单可靠的方法。同时,该方法对野生蘑菇的物种鉴定具有很大的应用潜力,在野生菌中毒病例中,迅速确定毒蘑菇种类,从而为抢救病人赢得时间具有重要的意义。为此首次对野生蘑菇子实体进行SERS研究。

纳米复合智能防腐涂层在金属表面上的应用研究

智能防腐涂料能可有效地提高金属的使用寿命,因而具有自愈功能的智能防腐涂料越来越受到人们的重视。概述了pH响应、光刺激响应、离子响应等不同触发机制的纳米智能防腐机制研究,总结了不同金属表面纳米复合智能防腐涂层研究进展,最后提出金属表面智能自修复防腐涂层发展所面临的挑战和未来发展前景。