黄河“几字弯”氢能交通发展模式思考

能源转型对于黄河“几字弯”地区构建安全高效、清洁低碳的现代能源体系至关重要。氢燃料电池汽车由于零排放、效率高、长续航、补能时间短、噪音小等特点,逐渐成为推动氢能产业发展的突破口。然而,高运营成本严重制约了氢能源汽车推广发展。本文通过分析黄河“几字弯”地区氢能交通发展模式,在充分考虑氢能产业“制-储-运-用”一体化基础上,以氢燃料电池重卡为支点,谋求带动周边氢能产业发展。拟建议通过电力交易模式创新、差异化管理氢能、加氢设施网络科学构建、燃料电池汽车推广模式创新、加强燃料电池汽车推广力度等举措,有效推动黄河“几字弯”地区氢能产业高质量发展。

铝合金W型防撞梁超低温冲压仿真与实验研究

以预时效态7075铝合金为实验材料,采用热传导和热力耦合分析建立了包括模具液氮制冷、板料液氮喷淋和冲压成形的W型防撞梁超低温冲压仿真流程,使用温度相关的材料本构以及分区网格划分方法建立了有限元数值模型,并进行了超低温冲压实验验证。搭建了超低温界面热传导系数测试平台,采用反传热法求解得到了超低温界面热传导系数。结果表明,随着温度的降低,超低温界面热传导系数增大,温度为-165℃时超低温界面热传导系数为2 kW·m^(-2)·℃^(-1)。在模具液氮制冷后,下模具表面的最低温度为-58.5℃,整体预测误差小于5.2%。在板料液氮喷淋后,预测的板料中部区域温度为-163.5℃,接近实验测试温度-160℃。W型防撞梁的特征小圆角过渡区为关键变形区,该区域的成形温度需低于-150℃,以保证成形性能。

碳纤维复合材料车门防撞梁多尺度高效变形模拟及实验验证

以碳纤维复合材料车门防撞梁为例,开发了一种面向工程零部件的多尺度高效变形模拟技术,建立了自洽聚类分析方法及多尺度渐进损伤本构模型,通过多尺度单元与唯象单元混合建模,有效降低了模型的求解成本,通过将有限的计算资源分配在恰当的位置,结果表明计算资源的利用效率得到显著提升,实现了工程零部件损伤行为的高效预测,实际计算时间缩短至原来的1/4。对三点弯状态下复合材料防撞梁的宏微观渐进损伤过程进行了分析。基于真空袋成形工艺进行了防撞梁样件试制以及三点弯破坏实验,验证了仿真结果的准确性。

筒形件中不同结构筋条整体成形方法综述

带筋薄壁筒形件是航空航天领域的重要承载构件,采用塑性整体制造能够高效地成形出金属流线完整的带筋薄壁筒形件,是实现空天装备轻量化、提升性能的重要手段。针对带筋薄壁筒形件加筋结构,从加工理论、材料成形规律和工艺参数优化3个方面综述了带单筋薄壁筒形件、带纵横交叉筋薄壁筒形件、带螺旋交叉筋薄壁筒形件的整体成形方法。此外,对比了不同结构筋条在各加工方法下的成形参数和成筋特点,归纳了各类整体成形方法的优点与局限性,总结了带筋薄壁筒形件整体成形方法的发展趋势,对成形更高、更饱满均匀的加强筋进行展望。

基于高斯映射的多误差源复杂结构匹配分析与优化

为了提高汽车尾灯区域的匹配质量,以高斯映射和数理统计为基础,并借鉴Hausdorff距离的概念,在高斯尺度空间量化匹配状态,建立匹配优化的目标函数和辅助检验目标参数,通过编程计算而寻找最佳匹配调整方式.同时,在对所建优化方法的有效性进行验证和分析的基础上,将其用于工程实际中.结果表明,所提出的优化方法的可操作性较强,能够有效提高轿车尾灯区域的匹配质量.

铝合金球面薄壁件激光辅助剪切旋压成形实验

热能场是提高构件可成形性和尺寸精度的主要途径.针对传统热源温度波动大的问题,将可控性好的激光热源引入薄板剪切旋压成形中,通过局部加热与局部变形匹配提高构件的可旋性和成形精度.基于现有旋压机搭建激光辅助剪切旋压平台,建立激光热源刚性连接下椭球面构件激光照射点漂移模型,分析激光热场加载最优区域.理论分析表明,对于截面圆半径变化较小的构件,刚性连接的激光热源可实现旋压过程精准加热.基于此,开展铝合金椭球面薄壁件激光辅助剪切旋压试验,结果表明与室温旋压相比,激光辅助剪切旋压可以显著提高难变形材料的可旋性,并明显改善铝合金椭球面薄壁件厚度和贴模度的精度.研究结果证明了所开发试验装置和工艺设计方法的可行性.

中国塑性成形技术和装备30年的重大突破与进展

1994以来的30年,在国家重大需求的强劲牵引下,我国塑性成形技术与装备取得举世瞩目的巨大成就,研制出一大批世界第一的成形装备,实现了三大技术跨越,形成了规模最大的研究队伍,我国塑性成形技术总体水平进入世界先进国家行列,多个单项技术和装备达到国际领先水平。选择了其中8项最具代表性成果,并介绍其在塑性工程理论和技术上取得的重大突破以及对国家重大装备研制的突出贡献,分析了我国塑性成形技术与国际领先水平的差距。最后对我国塑性成形技术发展将呈现出的“三超两高”五大发展趋势进行了展望。

塑性变形理论建模新范式:人工智能赋能和数据科学驱动

传统塑性变形理论基于唯象方法,主要依赖于开发者的经验并通过拟合已得到的实验数据来获取,具有强烈的局限性。随着材料微观结构和力学性能的复杂程度不断提高,开发更为复杂的唯象本构模型已经极其困难。材料模型不通用、难以联系材料性能和制造过程成为制约塑性成形加工的主要问题之一,也为塑性理论的发展提出严峻挑战。人工智能与数据科学的发展为材料和机械科学带来了新的机遇,随着材料设计和应用的快速发展,不需要传统的显式本构模型,反映材料微观结构和宏观性能之间关系的塑性变形理论建模方法应运而生。其中,以物理规律增强神经网络建模、高效多尺度聚类分析、数据驱动免本构建模为代表的理论建模新范式具有其鲜明的特色和显著优势,是极具潜力的模拟预测方法。通过对这3个方面的总结梳理,探讨了人工智能赋能和数据科学驱动的塑性理论建模及多尺度模拟技术开发的发展现状与未来趋势。

面向燃料电池双极板的不锈钢表相掺杂耐蚀性高通量计算与分析

通过基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理高通量计算,筛选了可以提高不锈钢双极板钝化层在PEMFCs工作环境中的耐蚀性的掺杂元素.基于Cr_(2)O_(3)的(101-2)切面构建计算模型,对其进行了48种元素的掺杂替换,考虑228种掺杂构型.根据掺杂结构和位移能量、掺杂元素被分为4类,并采用不同的吸附、空位计算方案.根据不同掺杂类型采用不同的吸附、空位计算方案,计算了每种掺杂元素对功函数、F的吸附能和Cr/O的空位形成能的影响.计算结果显示,C、N、In、Ru对于不锈钢钝化层的各项耐蚀性参数提升效果较好;Au、Rh、Pt、Ir、Co、Ni也能较好地提升耐蚀性,但是存在成本高或者危害质子膜的问题;Ag、Cu、Sn、Ge可以抑制空位形成和F吸附,但会造成功函数下降;Zn可以提高功函数并抑制F吸附.此外,对于电子态密度的计算表明,掺杂原子与Cr原子形成的稳定键合是耐蚀性参数提升的重要因素.

外筋筒形件旋挤成形数值仿真研究

针对大型运载火箭箭体短壳构件传统加工周期长、材料利用率低等问题,提出了通过旋挤成形加工带外筋筒形件的方法。基于数值仿真方法开展了2219铝合金带外筋筒形件在不同壁厚、筋条高宽比和筋条稀疏度下的旋挤成形材料流变分析。结果表明:随着筒坯壁厚的增大,材料流动集中在与旋轮接触表面,筋条填充度更高;筋条存在极限高宽比,超过极限宽度后筋条出现筋高分布不均、材料与约束套筒贴合度差等缺陷;筋条稀疏度越高,材料受到的等效应力越小,使得筋条的成形更为困难。通过旋挤设备进行试验,成形出了外筋筒形件,证明了采用旋挤方法成形外筋筒形件的可行性。

铆钉镀层对单边摩擦铆焊接头成形及力学性能的影响

铆钉镀层是影响铆接接头成形及力学性能的重要因素,采用单边摩擦铆焊(SSFR)工艺连接6005A-T6和6A01-T5铝合金板材,研究了无镀层、Zn镀层、ZnNi镀层三种类型铆钉对应的SSFR接头成形过程铆接力、能量输入及接头宏微观成形的演化规律,分析了接头中不同位置的镀层剩余厚度及铆钉/板材界面的元素扩散,探究了铆钉镀层对接头拉剪和十字拉伸性能的影响。研究结果表明,镀层的引入降低了铆钉旋转产生的能量输入,从而使铝合金材料的热影响区减小,但能量输入的降低不利于铆钉空腔内铝合金材料间固相连接的形成,导致接头的拉剪和十字拉伸性能下降。与Zn镀层相比,ZnNi镀层的耐磨性较强,在铆钉高速旋转的搅拌摩擦作用下镀层剩余厚度仍超过40%,有助于提高接头的抗腐蚀性能。

316L不锈钢超薄板激光焊接工艺试验研究

厚度为0.1mm的超薄金属板在薄壁板式换热器、燃料电池极板等能源、制冷行业中应用广泛,激光焊接是这类零件主要的连接工艺。由于厚度仅有0.1 mm,传统的多模光纤激光光斑较大,热输入不够集中,会造成构件焊后变形过大,影响构件质量。本文通过单模与多模激光焊接0.1 mm厚316L不锈钢超薄板工艺对比试验,探究了单模激光器焊接316L不锈钢超薄板的可行性,以及单模激光焊接的优势。结果表明,单模光纤激光器在功率为40 W时便可以实现对316L不锈钢金属超薄板的有效连接,同时焊缝熔宽更窄,焊接变形量变小。

盾构机冗余驱动推进系统不同分组策略的动力传递特性实验研究

盾构机冗余驱动推进系统不同分组策略是其顺应复杂地质环境中掘进时突变载荷的一种重要的手段。以盾构机机械结构和工作载荷为基础,设计变负载下冗余驱动推进系统动力传递特性研究实验台,引入分组矩阵建立冗余驱动推进机构的力传递模型,通过数值仿真与实验数据相比较验证实验台的有效性。针对盾构机中两种典型的分组策略,提出实验台相应等效分组方法,对不同载荷下冗余驱动推进系统的动力传递特性进行研究。实验结果表明,不同变载荷条件下冗余驱动推进系统采用不同的分组策略可以有效降低载荷波动,该结果为面向复杂地质条件的盾构机冗余驱动推进系统分组设计方法的建立提供了依据。

车身地板制造偏差对前轮定位参数的影响分析

汽车的前轮定位参数包括前束角,外倾角,主销内倾角,主销后倾角等。主要以某车型为对象,借助三维偏差仿真软件VSA及机械系统动力学分析软件Adams,建立底盘前悬的偏差分析模型以及机构运动学模型,分析白车身、底盘前悬零部件的制造偏差对其转向轮定位参数的影响。通过分析零部件制造偏差对转向轮定位参数的影响关系,找出了主要影响因素,对合理优化关键零部件制造偏差,控制整车制造成本,提升整车性能具有很好的指导和实践意义。

气动锤铆过程有限元仿真建模与实验研究

气动锤铆是铆接中一种常见的连接方式,因为其特有的优点而被广泛应用于飞机装配中。现有方法多集中于镦头形貌控制以及铆接工艺参数的研究,针对气动锤铆过程仿真建模以及干涉量分布的研究较少。本研究利用ABAQUS软件进行了气动锤铆仿真建模,主要考虑了铆钉在高速冲击下的应力-应变关系,并设计了气动锤铆试验台对模型进行验证。实验结果表明本研究所建立的仿真模型可以准确预测气动锤铆的变形过程,以及铆钉杆部干涉量的分布情况。

外加磁场对高强不锈钢电阻点焊熔核组织与性能调控技术研究

针对轨道车辆高强不锈钢材料电阻点焊存在的压痕明显、熔核直径波动较大、熔核中心缩孔等问题,探索了磁控电阻点焊技术对提升焊接质量和接头性能的潜力。通过在现有电阻点焊设备上增加环形永磁体,利用外加磁场对熔融金属进行电磁搅拌,发现磁控电阻点焊能够显著改善焊点质量和接头性能。与传统电阻点焊相比,磁控点焊可降低凸痕高度80.6%,增大熔核直径12.0%,并将熔核等轴晶区的枝晶间比例从29%改善至6%。此外,磁控点焊接头的拉剪断裂载荷提高11.8%,疲劳强度也得到了提升。通过微观组织观测发现,磁控点焊能够有效细化熔核晶粒,使枝晶间比例大幅下降,从而提高接头表面强度,降低压痕深度。疲劳试验结果表明,磁控点焊接头的疲劳寿命显著提高,且断裂模式由传统点焊的界面断裂转变为高韧性的纽扣断裂模式。研究为磁控电阻点焊技术在不锈钢轨道车辆制造中的应用提供了实验数据支持,并为无涂装车辆高可靠无痕点焊提供了借鉴。

飞机先进复合材料结构装配协调技术研究现状与发展趋势

先进复合材料自20世纪70年代就以比重小、强度高、疲劳性能好等优点在飞机中得到应用,大型客机大量采用先进复合材料结构已经成为航空领域发展的重要态势。随着先进复合材料在新机结构上应用比例的大幅度提高,更多的复材装配协调与应力控制的问题因此产生,复材构件装配协调与应力控制技术已成为我国飞机制造的关键技术之一。在总结先进复合材料装配协调技术研究现状的基础上,分析了飞机先进复合材料装配协调、应力控制技术的发展趋势,以对我国飞机先进复合材料装配协调理论与技术提供借鉴。

金属板料各向异性断裂模型及断裂实验研究进展

对金属板料各向异性断裂模型及断裂实验目前的研究进展进行了综述和分析,指出细观损伤力学模型通过考虑基体的塑性各向异性,孔洞的形状、大小及空间分布来描述变形过程中损伤的各向异性演化;连续介质损伤力学模型(CDM)通过将标量形式的损伤因子替换成一个损伤张量来描述材料的各向异性损伤;非耦合型各向异性断裂模型通过改变等效塑性应变增量的度量方法或对应力张量进行线性变换两种方法来描述材料的各向异性断裂。可以通过设计一系列具有不同几何形状的试样或者通过在试样边界上施加不同的载荷组合这两种途径来实现不同应力状态下的断裂实验。此外,开展金属板料厚度方向的实验是今后发展的一个重要方向。

结构胶对铝钢异种金属自冲铆接工艺影响研究

在金属间加入结构胶是提高异质材料自冲铆接接头质量的有效方法。以2 mm AA6061-T6和1.6 mm深冲用冷轧钢板(BUSD)异种金属连接为研究对象,研究了不同粘度结构胶对接头中胶层分布、接头几何特征量以及准静态力学性能的影响规律。研究表明,因为铆接过程中胶层、板材以及铆钉的复杂作用,胶层在接头中呈非连续分布。胶铆复合有利于结构胶发挥抗剪强度高的优势,使接头抗剪性能提高到纯自冲铆接(Self-Piercing Riveting,SPR)接头的两倍以上,然而粘度较大的结构胶因为流动性差,在接头中残留量更大,导致接头中底切量下降,从而使接头正拉强度小幅降低。

夹具拘束下大型薄壁铝合金结构搅拌摩擦焊接变形特性

采用应力分区映射法对大型薄壁铝合金结构搅拌摩擦焊接工艺进行了仿真计算,并通过实验验证了该方法的计算精度,从机理上分析了搅拌摩擦焊接的变形行为,在此基础上研究了不同夹具拘束对不同尺寸的大型薄壁结构焊接变形的影响规律。结果表明,夹具释放前,焊接件存在的沿厚度方向的应力梯度是导致搅拌摩擦焊接薄板纵向翘曲变形的根本原因;对于一般的焊接件,拘束距离较小的约束方式可以有效地抑制焊接变形;随着焊接件长度的增大,其焊接变形明显增大,装夹位置对焊接变形的影响效果更加明显。