通过建立中间包内多相流非稳态数学模型,研究了长水口吹氩对中间包内流场的影响,分析了吹氩流量与渣眼面积和卷渣量之间的关系.结果表明,在扩张型长水口吹氩时,氩气泡流容易聚集于长水口的喇叭口处.由于浮力作用,吹氩造成的气泡流在湍流抑制器上方会产生较强的上升流,钢液涡度分析显示,这有利于夹杂物的碰撞长大和上浮去除.对于该 50t两流中间包,在拉坯速度为 1.2 m/min条件下,当长水口吹氩流量为 1.5×10-4 Nm3/s时,既能有效促进夹杂物的上浮去除,也可使渣眼面积控制在较低范围内;而吹氩流量大于 2.5×10-4 Nm3/s时,会加剧渣眼形成和卷渣程度,导致钢液发生严重的二次氧化.
低活化马氏体-铁素体钢是目前核聚变反应堆的首选结构材料之一,钢中纳米级碳化物析出相对其韧塑性能起关键作用.本文以CLAM钢为研究对象,利用 SEM、TEM对其显微组织、碳化物析出相M23C6(M= Fe,Cr)相及断裂微区进行表征与分析.结果表明,M23C6 主要分布在马氏体板条边界,在拉伸过程中会造成位错缠结堆积,促发微裂纹的萌生和扩展.为了从原子尺度上探究碳化物对晶界变形行为的影响,采用分子动力学方法模拟了拉伸变形过程中晶界(∑5(031))上碳化物和位错的交互作用.模拟结果显示,晶界的塑性变形以位错滑移和非晶化塑性变形为主.随着碳化物尺寸增大和数量增多,非晶化塑性变形程度增强,位错运动受阻,造成局部结构应力集中并产生微裂纹.
采用选择性激光烧结(SLS)技术对 PA2200 粉末材料进行烧结试验,研究激光功率、扫描间距和扫描速率对成形件的尺寸精度和弹性模量的影响,通过全面试验设计法进行工艺参数优化.结果表明,最优工艺参数组合为激光功率 40W、扫描速率 3 000 mm/s、扫描间距 0.4 mm,此时成形件的 X 向尺寸相对偏差为-0.5%、Y向尺寸相对偏差为-0.5%、Z 向尺寸相对偏差为 1.2%、弹性模量为 1 589.61 MPa.利用显微镜对成形件表面进行观察,发现PA2200 粉末熔化均匀,颗粒之间黏接效果较好,孔隙较小,致密度高,验证了该组工艺参数的有效性.
锂磷氧氮化合物(LiPON)是一种广泛应用于全固态薄膜电池体系的固态电解质.本文采用射频磁控溅射工艺制备 LiPON薄膜,研究了溅射工艺参数和烧结锂片添锂对 LiPON 薄膜离子电导率的影响.结果表明,在溅射功率为 120 W时,随着N2/Ar流量比由 3∶7 升高至 7∶3,薄膜离子电导率由 1.31×10-6 S/cm增至 2.24×10-6 S/cm;当N2/Ar流量比为 7∶3 时,随着溅射功率由 160 W降至 120 W,薄膜离子电导率由2.09×10-6 S/cm增至 2.24×10-6 S/cm.分析认为,高氮气比例和低溅射功率有助于双配位和三配位氮结构含量的提升,从而提高 LiPON薄膜的离子电导率.此外,烧结锂片添锂法能有效实现靶材添锂,相同溅射参数下,所制薄膜的离子电导率提升了 21.4%.
利用气压辅助烧结法制备 ZrB2 基复合陶瓷材料,借助力学性能测试、XRD、SEM等探究了添加 Nb 与TiB2 对所制材料烧结行为、力学性能及抗氧化能力的影响.结果表明,金属 Nb 在烧结过程中发生塑性形变促使ZrB2 颗粒重排,同时破坏B—B共价键促进物质扩散,改善了材料的烧结及力学性能,但也造成材料高温抗氧化性能下降.进一步引入TiB2 能提高陶瓷材料的力学性能,且反应生成的 ZrTiO4 有利于形成抗氧化保护层以提高材料的高温抗氧化能力.
P(VDF-TrFE)类共聚物具有优异的铁电性能,可用于制作柔性压电传感器.在试验研究中,通常采用高电场极化来增强其压电效应.为了研究该共聚物的传感特性,本文利用分子动力学模拟软件 Materials Studio(MS)建立P(VDF50-TrFE50)的三维晶胞模型,模拟高电场极化过程,分析各项极化条件对其剩余极化的影响.结果显示:在高电场强度下,晶胞内的大部分铁电畴在极短时间内完成翻转;P(VDF50-TrFE50)的极化强度与外加电场强度正相关,但当电场强度高于 5 V/nm后,极化强度增长减缓;晶胞在低温时保持铁电相而在高温时转变为顺电相;被充分极化的P(VDF50-TrFE50)晶胞的最高剩余极化强度为 59.94 mC/m2.该研究表明 MS软件具有模拟P(VDF-TrFE)聚合物材料压电特性的能力,可为后续试验研究及传感器制作提供仿真依据.
通过热模拟实验,在 5～120℃/s加热速率下对低碳微合金钢进行奥氏体化处理.根据膨胀量-温度曲线、微观组织、母相奥氏体晶粒和第二相颗粒表征结果,研究了加热速率对低碳微合金钢相变和组织演变的影响规律.结果表明,随着加热速率的增加,钢的Ac1、Ac3 温度显著升高,奥氏体相变区间收窄,铁素体+珠光体转变在更高温度下进行.高加热速率导致未回溶的第二相 NbC颗粒体积分数和亚结构缺陷增多,从而提升了综合强化效果.此外,奥氏体化温度对冷却过程中相变的影响程度大于保温时间,故优先采用较低的奥氏体化温度有助于细化母相奥氏体晶粒.综上所述,快速加热技术可促进初始奥氏体组织的细化和晶粒均匀化,证实了其在制备微/纳米超细晶钢工艺上潜在的应用价值.
选区激光熔融(SLM)多热源扫描在提升工件成形效率方面具有潜力.针对 316L 不锈钢的 SLM多热源扫描过程,本文建立了三维热力耦合有限元模型,分析了热源数量对单层 SLM成形过程中温度场和应力场的影响.结果表明,随着热源数量的增加,SLM扫描过程中熔池的最高温度、尺寸均有所上升,同时有助于减少扫描的搭接次数.在应力方面,多热源扫描能缩小应力集中区域,且应力主要集中在搭接处,这虽然会导致最大应力的小幅上升,但模拟结果显示,预热方法能有效缓解多热源扫描引起的残余应力增加.
以 WCl6 为前驱体,采用化学气相沉积法制备二维 WTe2 薄膜材料.借助 X射线衍射仪、拉曼光谱、原子力显微镜、综合物性测量系统等探究了前驱体用量对二维 WTe2 薄膜质量的影响并对薄膜的电输运性能进行表征.结果表明,在 500℃下,仅需 10 min的生长时间就可以获得大面积的 WTe2 薄膜,且薄膜厚度随前驱体用量的减少而减薄.WCl6 前驱体为 0.6g时所制多层二维WTe2 薄膜在温度为 10 K、磁场强度为 50000 Oe下的磁电阻率为 1.54%,该磁电阻率仍未达到饱和.样品平面霍尔电阻随电场和磁场夹角变化而周期性变化,表明所制 WTe2 薄膜具有和块体 WTe2 相似的电输运特性.
本研究结合单分子电导测量技术和密度泛函理论(DFT),在分子层面上研究了含乙撑基分子 Et-TBCN和不含乙撑基分子TBCN的电荷传导能力.结果表明,乙撑基可以调控分子的构象和减小分子的能带间隙,这使得 Et-TBCN相比TBCN拥有更强的电荷传输能力.
利用等截面桩、方形帽桩和锥形帽桩 3 种单桩室内模型对比试验研究了锥形帽桩的竖向承载能力,重点分析其桩顶荷载-沉降曲线、桩身轴力分布规律、桩侧摩阻力曲线和荷载分担比.结果表明,锥形帽桩的极限承载力最大,相较于等截面桩和方形帽桩,锥形帽桩极限承载力分别提高了 40.0%和 16.7%;且锥形帽单桩的轴力分布更加均衡,其侧摩阻力呈先增大后减小再增加的趋势;桩顶锥形桩帽的设置能改善桩体受力状态,减小负摩阻力影响,提高材料利用率;试验中锥形帽单桩的桩侧阻力占总承载力的比例约 63.8%,相比等截面桩与方形帽桩相应值分别增加了 128.3%和 59.4%,其侧摩阻力在三种桩型中为最大,整体表现为摩擦桩.
由六自由度并联平台和四旋翼无人机构成的四旋翼磨抛机器人的飞行轨迹和末端执行器打磨力难以稳定控制,为此提出一种基于 RBF神经网络的力/位混合控制方法.根据 Euler-Lagrange方程建立系统动力学模型,采用力/位混合控制器实现机器人在打磨时对力和位置的精度要求.在力控制环,采用 PID控制和接触力前馈控制;在位置控制环,采用基于 RBF神经网络的鲁棒控制.利用 MATLAB/Simulink进行机器人轨迹跟踪和磨抛力控制仿真实验.结果表明,所提出的控制方法使得四旋翼磨抛机器人具有良好的轨迹跟踪效果,并且打磨力能保持稳定.
The structure of open-cell foam ceramic is mainly studied and analyzed, and two cell models, the Kelvin model and the Weaire-Phelan model, are constructed to express its structural characteristics. On the basis of these two models, the premixed combustion of porous media is numerically simulated, and the effect of cell structure parameters with respect to temperature distribution is studied. The results show that the effect of inlet velocity on gas temperature becomes weaker and weaker as the skeleton diameter increases and the peak solid temperature moves downstream; as the skeleton diameter decreases, the effect of the change in the equivalent ratio of the gas mixture to the temperature distribution diminishes, and the lower the gas/solid temperature at the outlet; at the same working conditions, the structure adopting the Weaire-Phelan cell model has more stable solid temperature distribution in the combustion zone, and then it shows a better service life performance.
以尼龙微孔滤膜为载体,采用真空辅助自组装法制得 MoS2/尼龙复合纳滤膜,借助 XRD、SEM、EDS、XPS等研究了其对水中铅离子(Pb2+)的去除能力.结果表明,与干膜相比,MoS2/尼龙纳滤湿膜具有更高的水通量和更好的Pb2+去除性能.当 MoS2 纳米片负载量为 64 mg、Pb2+浓度低于 5 mg/L时,湿膜对 Pb2+的去除率可达 99.8%,通量稳定在 230 L·m-2·h-1·bar-1 左右.在 Pb2+去除过程中,Pb2+与 MoS2 纳米片表面的 H+发生了离子交换反应,同时与纳米片中的S原子形成了Pb-S键.经 5 个循环再生周期,MoS2 复合纳滤膜对Pb2+仍具有较强的吸附能力,表现出良好的再生性能.
本文提出了一种利用电渣熔焊技术制备不锈钢/碳钢复合坯的新方法,所制备复合坯经1200℃、60%压下率轧制后,依次进行固溶、淬火和回火热处理,并对轧态及不同固溶温度热处理后试样进行界面组织、元素过渡、耐蚀性及剪切性能测试.结果表明,热处理试样不锈钢侧主要为奥氏体,还伴随有少量铁素体组织,部分针状铁素体开始球化,这使得晶间腐蚀和晶粒内部点蚀现象得到缓解;碳钢侧则主要为回火索氏体和贝氏体组织,相较于轧态组织有所改善.此外,热处理促进了界面处 C、Cr 扩散,减少了其偏聚现象,然而由于热处理促进了C的扩散,试样的耐蚀性相比轧态有所降低.所有试样的界面剪切强度均大于 320 MPa,其中990℃下固溶处理后试样剪切强度最大,达到 439 MPa,充分表明双金属界面结合情况良好.
为了准确识别轧辊内部缺陷,采用超声波探伤仪对轧辊进行检测,并提出一种融合灰狼算法、遗传算法、模拟退火算法和BP神经网络的超声检测信号分类方法.对超声检测信号进行小波降噪,采用自适应灰狼优化阈值法确定最优的小波阈值;根据轧辊内部不同缺陷检测信号的时域和频域信息差异,从三层、四层和五层小波包分解中选择最优的分解层数,以实现对去噪检测信号的最佳处理,在此基础上构建检测信号的能量特征向量;采用经过遗传模拟退火算法优化的BP神经网络模型(GASA-BP)进行特征向量的识别,进而完成轧辊内部缺陷的分类.实验结果表明,该模型的识别准确率可达到 97.41%,并且运算速度得到极大提高,能满足大部分企业对轧辊缺陷分类精度及效率的要求,为轧辊的进一步检测、修复及再制造提供了可靠信息.
采用埋弧焊工艺制备含镧(La)高锰奥氏体钢(Fe-24%Mn)焊缝金属,研究了 La含量对焊缝金属微观组织、非金属夹杂物类型和尺寸分布及力学性能的影响.结果表明,当 La含量依次为 0、0.042%、0.098%时,焊缝金属中典型夹杂物分别为 Mn-Al-Si氧化物+MnS复合夹杂物、La2O3 夹杂物、La2O2 S夹杂物,夹杂物平均尺寸分别为 0.56、0.43、0.48 μm,数量密度分别为 4 845、5 605、5 950个/mm2.与未添加 La的焊缝金属相比,适量 La的加入明显细化了焊缝金属凝固组织,并提高了其力学性能.其中 La含量为 0.042%的焊缝金属表现出最佳的力学性能,其断裂方式为韧性断裂,断口形貌表现为密集分布的小尺寸等轴韧窝.这可以归因于细小且数量众多的 La2O 3 与初生奥氏体点阵的错配度低,有效促进了奥氏体异质形核,细化了凝固组织;另外,位于韧窝底部的 La2O 3 与基体之间良好的结合能力有助于延缓裂纹扩展至夹杂物时的应力集中,从而增强了焊缝金属的力学性能.
为了提高面向复杂空间路径焊接机器人的焊接质量,以IRB 1410型机器人为研究对象,采用改进的D-H(Denavit-Hartenberg)法建立其运动学模型,通过坐标变换推导出机器人末端相对于基坐标系的位姿变换矩阵,利用 RobotStudio软件和 FlexPendant示教器验证了正运动学模型的正确性,然后推导出焊接机器人逆运动学的解析解,设计了 Simulink模块对逆运动学算法进行仿真验证.根据所建立的运动学模型对具有复杂空间路径的马鞍形焊缝进行了等角度插补轨迹规划,并通过五次多项式插值算法使焊枪由初始位置至焊接起始点的运动轨迹与马鞍形轨迹相衔接.研究结果表明,本文建立的焊接机器人正、逆运动学求解模型可用于复杂空间路径焊接机器人的轨迹规划,焊接过程中机器人各关节运动连续且平稳,可满足焊接精度要求.
针对空中机械臂系统接触作业问题,采用一个力位混合控制框架,在控制空中机械臂系统稳定飞行的同时,实现机械臂在接触过程中的轨迹跟踪,并与环境保持一定大小的接触力.首先,将作业空间分为 2 个子空间,分别进行接触力控制和位置控制.然后,借助比例-微分控制和接触力前馈控制实现对力的控制,对于位置控制则利用一种固定时间收敛的快速终端滑模控制方法来实现.最后,在风扰下对空中机械臂系统进行位置控制和接触力控制的仿真实验.结果显示,这种固定时间收敛的快速终端滑模控制方法能够有效抑制外界风扰的影响,实现位置和接触力同时控制.
针对轴承振动信号难以剔除噪声的问题,提出一种将 Hilbert变换、动力学模态分解(DMD)和奇异值差分谱相结合的滚动轴承故障诊断方法.首先将原始信号进行 Hilbert 变换得到包络信号,由包络信号构造Hankel矩阵进行动力学模态分解,利用奇异值差分谱确定合适的截断秩后进行信号重构,最后通过频谱分析来提取故障特征.采用该方法对滚动轴承故障仿真信号和实验数据进行分析,结果表明其降噪效果显著,能有效获取轴承故障特征频率.
