基于工程应用与创新能力培养,构建现代分析测试技术研究生“专业实践”教学体系

利用分析测试中心现有设备及条件,构建现代分析测试技术实践教学基地;围绕材料组织结构观察与分析、力学性能测试与分析、物理特性测试与分析等仪器模块开展"专业实践"教学,设计实践教学内容,确定工程应用与创新能力培养的实践教学管理模式和运行机制。通过专业硕士培养试点表明:学生执行标准、计量认证和实验室规范管理的意识得到加强,学生综合理解和运用分析测试设备的能力得到强化,学生利用所学课程知识进行实验设计和科学研究与工程应用能力得到提高。     

粉末床激光成形熔池辐射强度信号的机器学习

粉末床熔融成形（PBF）的过程监测和质量识别是保障其制造质量的关键技术。在监测信号中,熔池辐射强度信号蕴含了丰富的熔池特征信息,但监测信号与材料科学现象的直接联系尚不明确,适合利用机器学习算法开展深入研究。首先,通过设置不同的工艺参数（部分偏离工艺窗口）实施316L不锈钢成形实验,成形过程中采集熔池辐射强度信号。然后,通过数据分割、特征提取和特征选择对信号数据进行预处理,构建了用于机器学习的数据集。最后,使用21种不同的机器学习算法,一是将熔池辐射强度数据按照工艺参数（如激光功率高、中、低）进行分类,经过训练的算法可在实际生产中识别异常（辐射强度异常、代表激光功率和扫描速度偏离最佳状态）;二是将熔池辐射强度数据按最终成形块体的质量（密度、表面粗糙度）进行分类,经过训练的算法可在实际生产中识别质量。结果表明：对于熔池辐射强度的异常识别,二次支持向量机算法的分类效果最好,准确度达到96.4%以上;对于密度和表面粗糙度预测,由于样件质量与数据样本之间的复杂关系,预测结果呈现不同的分布情况,但预测准确度均达96.0%以上。     

高超声速轴对称模型密度场的激光全息干涉测量

激光全息干涉技术在 2 0 0m自由飞弹道靶的初步应用中 ,对高速和高超声速的轴对称模型周围气流密度场定量测量进行了初步探索。给出了 M =2 .2的弹头和M =2 .45、Φ =2 0mm的球标模以及M =9.35的钝锥模型的全息干涉图和处理结果 ,同时与钝锥模型的理论数值计算结果进行了比较 ,首次在弹道靶上获得了流场密度的定量结果。     

2524铝合金薄板平面各向异性研究

采用室温拉伸性能测试、金相组织观察、XRD反极图测定和透射电子显微分析等方法研究了冷轧态和T3态2mm厚2524铝合金薄板不同取向条件下的显微组织和拉伸力学性能.以{110}<112>单组分织构模型为基础,研究了织构与平面各向异性的关系.结果表明,2524冷轧态和T3态铝合金薄板在与轧制方向成45°和60°方向上的强度较0°、30°和90°方向上的强度低,延伸率则是45°方向上最高;轧向力学性能优于横向力学性能;冷轧态合金薄板的平面各向异性高于T3态合金板材;2524冷轧态合金薄板的主要织构为{110}<112>,次要织构为{311}<112>;2524-T3态铝合金成品薄板的主要织构为{110}<001>;2524铝合金薄板的平面各向异性与合金的晶粒结构以及晶体学织构密切有关,其中晶体学织构是造成合金板材平面各向异性的主要原因.     

多孔TC4钛合金的吸氢热力学特性的研究

利用管式氢处理炉测定了多孔TC4钛合金在673K,773K,873K和973K下的吸氢PCT曲线,确定了多孔TC4钛合金在不同温度下的吸氢平台压,并根据范德荷夫方程得出了吸氢热力学参数,分析了吸氢前后的组织变化。研究结果表明,不同温度下的PCT曲线都包括两个吸氢平台,分别是αH+βH→βH和βH→βH+δ相变所导致的平台,且平台压随着温度的升高逐渐升高;多孔TC4钛合金在生成氢化物时的焓变和熵变分别为(-47.07±0.14)kJ.mol-1和(-125.24±0.17)J·K-1·mol-1,说明多孔TC4-H体系中生成的氢化物的稳定性较Ti-H体系小,放出的热量也较少;置氢温度为673K时,由于吸氢量较高,材料组织中出现了裂纹,当置氢温度增加到973K时,组织则呈现为多方向生长的块状形貌。     

7150铝合金热变形行为及微观组织

采用Gleeble热模拟机进行热压缩实验,研究7150铝合金在变形温度为300~450℃、应变速率为0.01~10s-1条件下的变形行为,采用Zener-Hollomon参数法构建合金高温塑性变形本构方程,并对变形后的微观组织进行分析。研究表明:7150铝合金的流变应力随应变速率增大而增大,随变形温度增大而降低。该合金热压缩变形的流变应力行为可用双曲正弦形式的本构方程描述,其参数A为4.161×1014s-1,α为0.01956 MPa-1,n为5.14336,热变形激活能Q为229.7531k J/mol。随着温度升高和应变速率降低,动态再结晶逐渐取代动态回复成为合金的主要软化机制。     

骨特异性转录因子Runx2对抗空间骨丢失效应的初步研究

为了构建稳定过表达Runx2 (骨特异性转录因子)的C2C12 (小鼠成肌细胞)和MG63 (前成骨细胞)细胞株, 并用于研究Runx2在对抗空间骨丢失效应中的作用. 利用实时定量聚合酶链式反应鉴定Runx2下游基因I型胶原、碱性磷酸酶表达情况, 在二维回转器中培养稳定细胞株, 通过定量聚合酶链式反应,观察在模拟失重效应下Runx2基因对其下游基因表达的影响. 结果表明, 通过筛选获得稳定转染的C2C12-Runx2和MG63-Runx2细胞株, 经鉴定都能过表达Runx2. 转染后的细胞 I 型胶原和碱性磷酸酶mRNA表达增高. 回转组与对照组相比, MG63, C2C12-Runx2, MG63-Runx2细胞的I型胶原和碱性磷酸酶mRNA表达降低, 但在模拟失重效应下, 转染细胞中I型胶原和碱性磷酸酶的mRNA表达下降程度明显低于未转染细胞株. 所构建的C2C12-Runx2和MG63-Runx2细胞株比较稳定, 并证实Runx2能部分对抗失重引起的成骨特异性分子的降低.      

大型客机飞行员操作程序综合评价

机组对飞机的成功操作很大程度上依赖于一套精心编制的飞行员操作程序,不合理或不合逻辑的操作程序可能导致飞行员的违规操作,进而引发飞行事故.参考波音737NG飞行机组操作手册,分析进近和着陆阶段的任务功能流程后确定了评价指标体系的层次结构;采用德尔菲法对现役飞行员进行两轮咨询,建立了基于安全性的进近和着陆阶段飞行员操作程序综合评价指标体系;对飞行员进行咨询,采用序关系分析法确定了各指标的权重系数;应用模糊综合评价法对飞行员操作程序进行综合评价,得到了飞行员操作程序的评价等级和评价值.提出了一种将功能流程图法、德尔菲法、序关系分析法和模糊综合评价法相结合的飞行员操作程序综合评价方法,并应用于波音737NG飞机进近和着陆阶段的操作程序评价.评价结果说明了该综合评价方法的合理性.     

电液伺服泵的分数阶无抖振滑模控制

电液伺服泵（IEHSP）由于在结构上实现了伺服电机和液压泵共转子、共壳体高度融合,在体积、噪声和效率等方面具有明显优势,具有很好的应用前景。为了提高电液伺服泵的调速性能与抗扰能力,设计了一种新型分数阶滑模控制器（NFOSMC）。首先,由于分数阶微积分理论的引入,控制器为系统提供了更多的控制余度。然后,针对传统滑模控制中存在的抖振问题,通过设计使控制器中直接包含有切换项的分数阶积分项,利用其滤波特性可以有效滤除抖振,实现无抖振滑模控制。同时利用Lyapunov稳定性定理证明了控制器可以保证系统在存在内扰与外扰时能够在有限时间内收敛于平衡点,另外控制器中避免了含有高阶分数阶微分项,扩大了分数阶阶数的取值范围。为了进一步提高抗扰能力,设计了分数阶扰动观测器（FODOB）,对系统内扰和外扰实时观测并补偿,有效提高了控制器的响应速度和刚度。最后,分别与PI控制、整数阶滑模控制器（IOSMC）和传统分数阶滑模控制器（CFOSMC）进行了仿真分析比较,结果表明该控制器能够有效改善速度跟踪性能和增强抗扰能力,消抖效果显著。      

基于扩张状态观测器的泵控电液伺服系统滑模控制

以泵控电液伺服系统为研究对象,提出了一种基于扩张状态观测器的滑模位置跟踪控制策略。首先,利用奇异扰动理论对泵控电液伺服系统的数学模型进行降阶处理,得到降阶泵控电液位置伺服系统数学模型。其次,针对泵控电液伺服系统工况的复杂性及外负载干扰问题,设计了扩张状态观测器对系统干扰在线观测,同时该观测器还可以对活塞杆的位置和速度信号进行估计。然后,利用观测到的干扰信号及速度信号,基于滑模控制理论设计了滑模变结构控制算法,对所提出的控制策略的稳定性进行了理论分析。最后,利用MATLAB/Simulink和AMESim仿真平台,搭建了泵控电液伺服系统的联合仿真模型,对算法的可行性及有效性进行了仿真验证。仿真结果表明,所设计的扩张状态观测器能对干扰进行精确估计,基于扩张状态观测器的滑模控制策略的位置跟踪性能显著优于PID控制器和传统滑模控制器,且对外部干扰力具有较强的鲁棒性,提高了泵控电液伺服系统的控制性能。