基于分形理论的翼面复杂冰形表面粗糙度分析（英文）

模型表面的结冰外形是结冰风洞试验关注的核心信息,现有研究一般采用冰角高度、冰角角度、驻点冰厚等几何参数对二维冰形进行表征,忽略了冰形表面粗糙程度这一重要特征。针对此问题,提出将分形理论应用于结冰冰形的粗糙度表征,建立了基于分形理论的结冰表面粗糙度表征方法。首先在大型结冰风洞开展翼型结冰试验,采用激光线扫描在线测量系统对结冰生长过程中不同时刻翼面结冰的表面轮廓进行测量,获得翼面结冰的三维数值外形;然后结合分形理论对冰形进行分析,提取翼面不同位置冰的截面轮廓曲线,计算截面曲线的分形维数和粗糙度表征参数,以此归纳出分形维数的线性回归公式,并从截面曲线中提取数据点进行分形插值模拟实测冰形。研究结果表明,翼面结冰冰形粗糙表面具有分形特征;分形维数与粗糙度表征参数呈正相关,可作为冰形表面粗糙度的评定参数;分形插值模拟冰形曲线,逼近程度优异;冰形粗糙度的分形表达法为科学量化三维冰形特征提供了新思路。     

AISI-L6低温辅助车削可持续加工性与工艺参数优化（英文）

为提高生产效率,近年来切削液在机械加工领域的应用显著增加。然而,考虑到切削液对生态、环境和社会有影响,研究人员转向了对环境更友好的冷却条件,如低温冷却。为分析切削速度和进给速度对AISI-L6工具钢在低温冷却条件下的加工性能的影响,采用L9田口灰度关联分析(Grey relational analysis,GRA)分别对切削能量、表面粗糙度、刀具磨损和材料去除率(Material removal rate,MRR)等关键加工指标进行了实验研究。结果表明,切削速度160 m/min和进给速度0.16 mm/r是最优切削参数,能显著提高AISI-L6工具钢加工性能。     

石墨烯基光热除冰表面的激光制备（英文）

重要设备,如飞机机翼、风力涡轮机、太阳能电池板等结冰会引起空气动力学形状变化和重要部件变形,严重威胁运行安全。然而,制造柔性、共形的光热除冰表面仍然具有挑战性。本文采用激光直写技术,设计并制备了多孔疏水的激光诱导石墨烯（Laser induced grapheme, LIG）基光热抗霜除冰表面。采用激光照射聚酰亚胺（Polyimide, PI）薄膜制备LIG薄膜。激光照射后,LIG薄膜呈现多孔结构和高C/O比。由于多孔结构和高C/O比的存在,LIG膜具有疏水性（CA,～123.2°）、高吸收率和良好的光热转化率,因此,LIG薄膜具有光热抗霜除冰能力。本文工作显示了开发柔性、共形的光热抗霜/除冰表面的巨大潜力。     

基于装配工艺优化的某发动机转子初始不平衡量控制技术（英文）

某航空发动机转子装配后初始不平衡量分散度大,严重影响了该转子的装配效率。为降低分散度,合理优化转子装配工艺,首先假设转子单个零件装配时完全同心,开展了单个零件不平衡量对转子动力学特性的影响分析。理论分析发现,影响该特性的主要零件是压气机一级盘和燃气涡轮二级盘,需减少其在装配状态的不平衡量。但是,由于转子平衡面也设置在这两个位置,在转子动平衡时需要去料或者配重,这在单个零件不平衡量的控制上是矛盾的。为此,进一步假设单个零件没有不平衡量,但在装配时存在偏心,开展了由偏心引起的不平衡量对转子动力学特性的影响分析。经过分析和试验验证发现,在装配过程中通过调整中心拉杆周向相对位置来控制离心叶轮在装配状态的跳动量,可以降低整个转子初始不平衡量。该装配工艺简单有效,适用于中心拉杆预紧的转子,具有工程实际应用意义。     

不同微结构超疏水表面的光热防除冰特性（英文）

超疏水光热防除冰表面作为一种新兴的防除冰手段,在防除冰领域具有巨大的应用潜能。本研究通过数值模拟和物理实验相结合的手段研究了不同微结构超疏水表面的光热防除冰特性。基于有限元模拟,得到了纳米颗粒的粒径、种类、体积分数、涂层厚度及微纳复合结构表面的结构参数对表面光热转化效率和升温效果的影响。另外,考虑了微柱和微锥两种微纳复合结构,数值结果表明微纳复合结构具有更好的光热特性,微锥结构的光热特性最好。同时,详细讨论了微结构尺寸参数,如特征尺度和高宽比,对表面吸收率与光热转化效率的影响。光照升温和融冰试验结果表明制备的超疏水光热表面能够实现高效的光热转化和防除冰功能,最优结构的表面在一个太阳光照条件下的温升可以达到45℃。本研究的研究工作可以为防除冰材料的优化设计提供参考。     

基于液滴定向反弹的混合润湿性表面设计准则（英文）

液滴撞击固体表面的定向反弹在防结冰/起雾、自清洁等工程应用中具有重要意义。混合润湿性表面已被证明是一种有效的液滴操纵方法。本文对液滴撞击构筑有亲水条纹的疏水基底进行数值模拟研究,采用已验证的扩散界面法来捕获界面演化。首先,研究卫星液滴在撞击过程中的形成过程,通过分析液滴的垂直速度和横向速度,明确混合润湿性表面在液滴扩散、收缩和反弹阶段中的作用。然后,系统探究条纹宽度对液滴反弹形式和接触时间的影响,重点关注液膜演化和液滴弹跳过程中的动力学和能量传递机制。所得结果可以指导混合润湿性表面的优化设计和液滴定向回弹的控制。     

基于模态灵敏度的风力机复合材料叶片结构优化（英文）

提出了一种叶片全尺寸结构设计方法,该方法采用遗传算法确定叶片铺层厚度的最佳分布,从而使得叶片弯曲刚度最大化。采用数值微分法求解了叶片模态频率对叶片各子区域铺层厚度的灵敏度数值。选择了叶片一阶挥舞与摆振模态固有频率作为优化目标,基于模态灵敏度探究了各子区域铺层厚度对其挥舞与摆振刚度的影响,并筛选出了14个显著设计变量来驱动叶片结构优化。最优化结果显示叶片一阶挥舞与摆振频率分别提高了12%和10.4%,表明基于模态灵敏度的结构优化方法是一种提升叶片结构性能更为有效的方法。     

基于水下搅拌摩擦焊工艺制备高质量的铝合金焊接接头（英文）

本研究的目的是揭示水下/空气中制备的搅拌摩擦焊（Friction stir welding,FSW）接头的组织和力学性能。采用相同工艺参数（800 r/min,50 mm/min）对6061-T6铝合金板分别进行了水下和空气搅拌摩擦焊接,结果表明,相比传统的空气搅拌摩擦焊接工艺,水下搅拌摩擦焊工艺体现出强烈的细晶强化作用,大幅细化了焊后组织,且明显提高了焊后接头的抗拉强度。焊后接头的抗拉强度由空气搅拌摩擦焊接头的202.5 MPa提高到水下搅拌摩擦焊接头的232 MPa。     

硬质合金润湿图案化表面的超快无泵水自输运特性研究（英文）

提出了一种在硬质合金表面制备可以实现水自输送的润湿图案化表面的方法,即激光加工法,该方法可以不需要在基底表面上沉积材料。该润湿图案化表面包含楔形超亲液沟槽以及外围的超疏液表面,借助该图案化表面,液滴可以实现快速自输送。通过单因素试验发现,导致硬质合金表面极端润湿的关键因素是激光加工过程中产生的微纳织构,且微纳织构的形成受激光加工参数的影响。与此同时,通过单因素试验找到了微纳织构产生的合理激光加工参数。最后,通过水滴运输实验发现,当超亲液的楔形槽楔角是3°时,该润湿图案化表面对水的运输速度能够达到362 mm/s。还分析了水在该表面上的运输机制,发现水的自驱动运输是由图案化表面引起的水滴自身拉普拉斯压力梯度控制的。     

生物仿生表面防/除冰机理及在飞机上的应用进展（英文）

飞机表面结冰不仅会增加飞机质量,影响飞行控制,甚至会造成安全事故,是制约全天候飞行的重要因素之一。仿生防冰表面因其低滞后性、不粘接性、成核速度慢、粘冰强度低等优点,近年来受到广泛关注。这些仿生防冰表面如超疏水表面、注入液体的光滑多孔表面和准液膜表面在结冰的各个阶段都实现了优异的防冰性能。然而,对于恶劣的环境,仍然存在许多问题和挑战。本文从结冰过程出发,从仿生的角度综述了结冰成核、液体反弹和结冰粘附的机理,防结冰的应用进展和瓶颈问题。随后,分别对主动式,被动式,主动、被动式一体化防冰技术的可靠性和发展前景进行了探讨。     

基于二阶锥优化的饱和及禁区约束下的航天器姿态控制（英文）

研究了姿态禁区约束、角速度和控制力矩饱和约束下的航天器姿态机动问题。为了解决实际问题中的强非线性和非凸问题,提出了采用二阶锥优化方法来求解路径。具体来说,非线性的运动学和动力学通过松弛和转化为标准的仿射形式,并采用线性化和L1罚函数方法将问题中的非凸约束进行凸化。提出了基于角速度的二次性能指标,采用逐次迭代的二阶锥优化算法得到航天器姿态机动路径。最终,通过数值仿真验证了算法的有效性。     

面向机器人原位加工的大型飞船舱体变位姿态优化方法（英文）

在利用机器人实施大型飞船舱体的原位加工时,对舱体旋转变位次数与机器人整体加工性能的关注引入了一双目标优化问题。本文基于机器人刚度特性和非支配排序遗传算法,提出了一种舱体变位方案优化方法。首先,设计了以机器人笛卡尔刚度为基础的特征加工质量评价指标,并建立了原位加工过程模型。其次,为应用非支配排序遗传算法,提出了一种加工过程的双染色体编码方法及相应的交叉变异算子。此外,通过修复算子处理频繁出现的非法编码,保证了算法的寻优效率。仿真及实验研究的结果表明,适当增加舱体变位次数能够有效提升机器人的加工性能,并在工质量和时间成本上实现综合优化。     

基于MOEA/D的双输入航空静止变流器多目标热优化（英文）

提出基于MOEA/D和模糊集理论相结合的优化方法,解决双输入航空静止变流器热设计过程中多变量多目标的寻优问题。分析功率器件的传热路径并构建等效热路,以功率器件结温、散热器质量、散热器成本为优化目标,以散热器的结构参数为设计变量,基于MOEA/D开展热优化。本文进行了比较研究,结果表明所提出的算法不仅能够满足多目标权重的不同要求,且快速性和鲁棒性好。     

基于云滴粒子群优化算法的多道次端铣削高效稳定切削参数优化方法（英文）

多道次端铣削切削参数对加工时间和加工质量有着正面或负面的影响,因此对多道次端铣削加工参数的优化是非常重要的。本文建立了基于二阶全离散法(Second-order full-discrete method,2ndFDM)的三维稳定性预测模型,以同时优化主轴转速、轴向切深和径向切深。在综合考虑三维稳定性、机床性能、刀具寿命和加工要求的条件下,得到各道次的最佳加工参数,以达到最短的生产时间。同时提出了一种基于云滴的粒子群优化(Cloud drop-enabled particle swarm optimization,CDPSO)算法,并利用13个标准测试问题对CDPSO算法的性能进行了评估。数值结果表明,该算法在计算成本、搜索能力和鲁棒性方面具有一定优势。最后通过一个切削参数优化实例验证了所提方法在提升加工效率与稳定性方面的有效性。     

新型流体袋缓冲机构的几何参数对缓冲性能的敏感性分析和优化（英文）

设计了一种能在小位移条件下提供轴向大刚度的流体袋缓冲机构。研究了当它受到冲击载荷时,机构的刚度和流体袋内部压力的动态变化规律。针对受冲击过程中对柔性接头的保护性能和流体袋内部的压力变化,采用正交实验设计方法,分析了流体袋各几何参数对轴向刚度影响的敏感性,得出了受冲击时流体袋各几何参数的最优参数组合,该参数组合可以使内壳的位移减少41.4%。结果表明：流体袋受冲击后,其内部压力是一个振荡波动的上升过程;流体袋各几何参数对机构轴向刚度的敏感性高低顺序为：高度H、半径r、壳厚t、倒角A;流体袋各几何参数和流体袋内部压力的相关性关系为：高度H和内部压力为负相关关系,半径r、壳厚t、倒角A和内部压力为正相关关系。     

用于改善飞机螺旋桨防结冰性能的硅橡胶超疏水表面耐久性和延迟结冰性能研究（英文）

飞机螺旋桨在服役过程中由于地域性差异和天气的变化可能会遇到各种苛刻的环境。因此,理想的飞机螺旋桨用橡胶复合材料必须具备极好的超疏水性能、延迟结冰性能和环境耐久性。本文通过模板法和高温处理制备了硅橡胶超疏水表面,研究了低温冷冻、高温加热和紫外辐照对超疏水硅橡胶疏水性能的影响。此外,为了揭示超疏水硅橡胶在空气湿度影响下的延迟冻结行为,设计了延迟结冰装置,并利用扫描电子显微镜（Scanning electron microscopy,SEM）和能谱仪（Enery dispersive spectrometer, EDS）分析了超疏水性能的变化和延迟冻结机理。结果表明,制备的超疏水硅橡胶具有良好的环境耐久性和延迟冻结性能,在飞机螺旋桨超疏水电热防冰方面具有实际应用价值。     

正交芳纶纤维增强复合材料层合板铣削过程中表面脱层缺陷的分析与控制（英文）

芳纶纤维增强复合材料(AFRC)由于比强度高、比刚度高、耐疲劳性好、耐高温防热防腐蚀且可设计性好等特点,被广泛用于航空航天、汽车等大型结构件。由于纤维具有方向性,常常表现为一维织构化,在特定方向上性能较差,材料层间剪切强度小,成为材料在使役过中的重要隐患。为了提高芳纶纤维复合材料结构件的装配精度,通常采取制备材料后通过进行二次加工即切削加工的方法得到规定的形状,满足尺寸精度、表面粗糙度和装配工艺的要求。作者研究了铣削过程中铣削参数对层合板分层缺陷的影响规律,并进行了一系列的铣削试验。针对加工过程中存在的两种不同分层缺陷,撕裂和未切断分层缺陷进行了研究。论文建立了基于脆性断裂的两种不同分层型式的计算方法和模型并阐述了分层缺陷形成机理和规律。并进一步讨论了分层缺陷控制策略和已加工表面完整性的评价方法。论文的研究结果对于优化铣削参数以及表面缺陷的控制具有重要的指导意义。     

铣削工艺参数对镍基粉末高温合金650℃低周疲劳寿命的影响（英文）

研究了不同铣削工艺对疲劳损伤的影响规律。对采用4种工艺加工的试样进行了650℃高温空气环境下的低周疲劳试验。分别采用粗糙度表征方法、背向散射电子衍射技术和纳米压痕测试以获得试样的表面粗糙度、残余应力和加工硬化。测试结果表明,采用电火花线切割方法加工的试样疲劳寿命最高(平均80 360循环),有最低的表面粗糙度(0.226)和残余应力;而钝刀具加工的试样疲劳寿命最低(平均43 978循环),相较于电火花线切割试样的疲劳寿命下降了45%。扫描电镜表征结果表明,疲劳裂纹主要由粗大的非再结晶晶粒和加工缺陷引发。铣削加工方法和参数对疲劳损伤程度和疲劳寿命有重要影响。     

一种基于曲率平滑预调点约束的五轴高速数控加工路径NURBS拟合优化方法（英文）

现有的曲线拟合算法主要集中在拟合误差的控制上,而忽略了在刀具路径的高曲率区域中原始离散刀具位置点取点不足的问题。这可能会导致进给轴驱动力的突然变化,从而导致进给速度的大幅波动。本文提出了一种基于曲率平滑预调点约束的NURBS曲线拟合优化方法。首先,通过对CAM软件生成的大量微线段优化分段,再对分段区间短线段进行曲率平滑调整;然后,构建反映拟合曲线曲率变化的特征点集作为拟合曲线的控制顶点,运用基于曲率平滑预调点约束的NURBS曲线拟合方法进行曲线拟合;最后,结合实例进行了拟合误差和曲线波动性分析,验证了该方法可显著改善高曲率刀具路径的曲率平滑性,减小拟合误差,提高进给速度。