1 天津大学机械工程学院,天津 300072
2 天津大学机械工程学院机构理论与装备设计教育部重点实验室,天津 300072
3 清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室,北京 100084
4 清华大学精密/超精密制造装备与控制北京市重点实验室,北京 100084
激光电解复合加工是将激光加工与电化学加工相结合的复合加工方法,可用于加工硬质导电材料,具有加快电化学溶解速率、避免重铸层和提高表面质量等优势。笔者提出了一种管电极耦合激光电解复合加工工艺,利用设计的管电极实现了激光能量与电化学能量在管电极内部的同轴传导以及在加工间隙处的可控耦合,所提工艺适用于高品质超大深径比小孔的加工。基于激光与电化学能量在加工间隙处的可控调节,提出了以激光加工为主导和以电化学加工为主导的耦合作用机制。通过分析激光辐照区温升对电解质电导率、电流密度、液相传质和电化学溶解速率的影响,以及电解产生的气泡和杂质等对激光能量的影响,建立了激光电解复合加工的材料去除模型,并进行了初步的激光电解复合加工仿真分析与实验研究。
激光技术 电解加工 理论模型 耦合机制 高深径比 深孔 中国激光
2024, 51(16): 1602402
1 北京理工大学 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室, 北京100081北京信息科技大学 传感器北京市重点实验室, 北京100101
2 北京理工大学 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室, 北京100081北京理工大学 长三角研究院, 浙江 嘉兴314001
3 北京信息科技大学 传感器北京市重点实验室, 北京100101
针对高机电耦合系数和曲面换能器的应用需求,该文提出一种由压电陶瓷、环氧树脂和硅橡胶三相复合的改进1-3型压电复合材料,基于Newnhams串、并联分析对复合材料的理论模型进行了推导,并利用Matlab进行了数值计算,分析了改性1-3型复合材料的结构参数对厚度机电耦合系数、等效密度和厚度频率常数的影响。结果表明,陶瓷-环氧复合相的体积分数为0.2~0.5,陶瓷-环氧复合相中的压电陶瓷体积分数为0.6~0.7时,改性1-3型压电复合材料的性能参数较好; 利用ANSYS软件对复合材料进行了有限元仿真,将仿真结果与理论计算进行了对比,二者具有较好的一致性,验证了理论模型评估材料性能的准确性。
改性1-3型压电复合材料 理论模型 有限元仿真 结构参数 性能参数 improved 1-3 piezoelectric composite theoretical model finite element simulation structural parameters performance parameter
1 清华大学土木工程系, 北京 100084
2 清华大学化学系, 北京 100084
针对目前低场核磁共振技术在水泥基材料应用中普遍存在的数据可靠性、结果稳定性和模型与应用适配性等问题, 通过总结基本理论模型, 结合应用进行了综述。介绍了双组份快速交换模型、Korb模型、信号幅度模型和Gibbs-Thomson模型4个理论模型, 及低场核磁在水泥基材料孔结构表征、物相定量和水分动力学研究中的应用, 指出了模型本征限制条件及其在应用中存在的常见误区。根据水泥基材料的特点, 总结了常用核磁脉冲序列, 提供了推荐参数, 并介绍了相关应用场景。总结了目前技术上的不足之处, 并展望了低场核磁共振技术在水泥基材料领域未来的研究方向。
低场核磁共振 水泥基材料 理论模型 孔径分布 水泥水化 low-field nuclear magnetic resonance cementitious materials theoretical models pore size distribution cement hydration
北方夜视科技(南京)研究院有限公司,江苏南京 211106
开口面积比是微通道板( MCP)重要的性能指标,在 MCP输入面进行扩口,对于 MCP的探测效率、噪声因子等参数有显著的提升作用,在微光夜视仪、粒子探测器等军用、民用领域具有巨大的应用潜力。采用湿法腐蚀进行微通道板扩口,面临工艺一致性差、选择性腐蚀造成锥度尺寸难以达标等难题,实质性批量应用非常困难。针对扩口 MCP难以制作和应用的问题,提出一种采用干法刻蚀进行 MCP扩口的方法,阐述了干法刻蚀进行 MCP扩口原理及可行性。通过建立理论模型研究干法刻蚀工艺参数如刻蚀角度、刻蚀时间等对于 MCP开口面积比、通道内刻蚀深度、通道内壁刻蚀锥度等性能参数的影响,计算出合适的工艺参数范围,为开展实验研究奠定了基础。
扩口微通道板 干法刻蚀 开口面积比 理论模型 funnel MCP, dry etching, open area ratio, theoreti
1 中国矿业大学信息与控制工程学院, 江苏 徐州 221000
2 中国矿业大学机电工程学院, 江苏 徐州 221000
3 北京航天计量测试技术研究所, 北京 100076
为实现基于太赫兹技术的多层涂层的快速与可靠测厚,提出了一种自适应教与学优化算法,改进了标准Kent混沌映射,提高了初始种群多样性;并基于步长调节优化和次优个体优化,改进了教阶段与学阶段,提高算法寻优精度和效率。将该算法与太赫兹波测量多层涂层厚度的理论模型结合,建立了涂层厚度求解方法。最后,制备了多层涂层样件,开展了太赫兹无损检测实验。实验结果表明:建立的涂层厚度求解方法相比于全局最优算法的效率提高了1倍,单次实验仅需50 s左右便可快速得到多层涂层的厚度、折射率和消光系数,测量所得的多层涂层厚度的相对误差在1.5%以内,且标准差最大不超过1.7 μm。基于太赫兹测量信号,所提方法可以高效、准确及可靠地计算多层涂层的厚度。
测量 太赫兹 厚度测量 多层涂层 教与学优化算法 理论模型
星载相干测风激光雷达是获取全球三维风场的有效手段。理论分析了相干测风激光雷达在星载平台下的风场矢量反演方法, 并基于大气分层时域信号理论模型建立了星载相干测风激光雷达仿真系统, 对设计的三视向探测方案的性能进行仿真评估。经过初步仿真验证, 当轨道高度为270km, 天底角为35°时, 可以实现沿轨分辨率为11.15km的风廓线反演; 水平风速误差为0.52m/s, 水平风向误差为0.19°。
星载相干测风激光雷达系统 大气分层时域信号理论模型 三维风场 仿真 spaceborne coherent wind lidar system atmospheric stratification time-domain signal theo Three-dimensional wind field simulation
北京工业大学 无损检测与评价研究所, 北京 100124
提出并系统研究了一种基于复合球形颗粒链的新型压电俘能器, 从俘能机理、系统搭建和性能优化等方面进行了探究, 并建立了完善的孤立波压电俘能理论模型。采用四阶龙格库塔法求解各颗粒的运动微分方程, 将计算得到的位移运用赫兹接触定律转化为各颗粒间的动接触力, 并引入压电方程计算压电元件的开路电压。再在Simulink仿真软件中建立俘能电路模型, 将开路电压转化为储能电容的电压值。在理论分析基础上, 搭建了两种球形颗粒链式压电俘能器, 并进行了典型信号的采集实验。结果表明, 复合式颗粒链具有独特的“能量陷阱”现象, 与理论计算结果一致。通过分析总结颗粒链结构、激振力幅值及压电元件厚度与数量等参数对俘能效率的影响规律, 为基于复合球型颗粒链的新型压电俘能器优化设计奠定了基础。
孤立波 复合颗粒链 俘能器 理论模型 实验装置 solitary wave composite particle chain energy harvester theoretical model experimental device
强激光与粒子束
2021, 33(1): 012007