气流-静电纺丝法制备尼龙6纳米纤维

本文采用自行研制的气流-静电纺丝设备制备了尼龙6纳米纤维,其设备的改进主要在于在原有的立式静电纺丝机的喷丝头上增加了气流喷射系统。经过实验确定了最佳纺丝工艺参数:纺丝液质量浓度为13%,纺丝电压为16kV,纺丝距离为10cm,气流流量为8L/min。对比气流-静电纺丝与普通静电纺丝发现,采用气流-静电纺丝不仅能制备较细、均匀的纳米纤维,而且产量更高。     

基于MATLAB/Simulink的稳定平台控制算法仿真与分析

针对稳定跟踪平台控制系统实时性强、抗干扰能力强、鲁棒性好的要求,设计了一种串并联两级稳定跟踪平台,提出了一种模糊控制和传统PID控制相结合的模糊-PID控制算法,比较了针对微分的改进PID算法和基于模糊理论的PID控制算法,并给出了基于MATLAB/Simulink的实现方法和仿真.通过仿真表明,采用模糊-PID控制算法有更好的控制效果.     

甲壳素类生物医学纤维的制备技术及应用

讨论了甲壳素类生物医学纤维的制备技术,包括湿法纺丝、干法纺丝、干湿法纺丝、液晶纺丝、静电法纺丝和发酵法;介绍了甲壳素类生物医学纤维的主要用途,包括创面敷料、手术缝合线、牙周再生片、神经再生导管、人工肾透析器、止血用品、抗菌用纺织品、医用纤维纸和组织工程材料.     

JDFSS-1型多功能静电纺丝机的研制

目的针对目前国内实验室静电纺丝机存在的主要问题,对其设备结构与功能进行研制。方法按照静电纺丝的原理和多功能、自动化操作的技术要求,提出JDFSS-1型多功能静电纺丝机,其包含智能化控制微量计量系统、可快速更换2种收集系统、多轴位移和多角度机构,能够实现不同溶液体系在微量计量系统控制下的多角度喷射,以及平板和滚筒2种接收方式。结果满足x轴移动位移为0~50 mm,转动范围为0~90°,y轴往复移动位移为0~100 mm的多功能自动化静电纺丝工艺要求。结论该设备设计先进、可变参数设置方便、实验数据获得直观可靠,可以满足多种用途、多种材料的实验要求。     

静电纺丝运动轨迹的建模与仿真研究

静电纺丝作为一种简单而有效的方法,广泛应用于纳米纤维的制备.本文以静电纺丝过程中带电溶液为对象,将带电溶液模拟成多个离散化的带电粒子,对带电粒子进行受力分析,建立带电粒子的分子动力学模型.基于Runge-Kutta算法,对带电粒珠的运动轨迹进行了数值计算,并利用MATLAB软件进行了仿真.改变静电纺丝工艺参数,得到了带电粒珠的不同运动轨迹的仿真图像.在相同的工艺条件下进行了纺丝实验,实验所制备的纳米纤维轨迹与仿真图像相一致.分析结果表明,静电纺丝过程中,改变工艺参数可以实现纳米纤维的运动轨迹的可控.     

改进的Bang-Bang控制算法的理论与试验研究

将电压的切换时间作为可调参数,提出了基于位移反馈的改进的Bang-Bang控制算法。建立了磁流变阻尼器对拉索减振的半主动控制的有限元模型以及基于dSPACE、MATLAB/Simulink和磁流变阻尼器等工具的半主动控制试验平台,从有限元数值仿真和试验实测两方面分析了改进的Bang-Bang控制算法和最优被动控制对拉索减振效果的影响。理论计算和试验实测结果都表明改进的Bang-Bang控制对拉索的减振效果优于最优被动控制,同样优于经典的Bang-Bang控制算法;半主动控制时阻尼器输入电压的切换时间对拉索系统的减振效果至关重要。     

PLLA纳米纤维编织缝合线的制备及生物相容性研究

以PLLA为原料,采用静电纺丝和圆盘定向收集得到具有有序排列的纳米纤维束,并将其编织成线,得到PLLA纳米纤维缝合线.对新型可吸收PLLA缝线的微观形貌、血液相容性、细胞毒性进行了性能表征,并测试了其力学性能.结果表明,纳米纤维在一定的圆盘转速下表现出较好的定向性,力学性能良好.缝线在溶血试验中溶血率＜5%,符合医用材料的溶血要求.MTT实验结果表明缝线材料无细胞毒性,且显示出较高的增殖率,说明新型可吸收PLLA纳米纤维缝线具有良好的生物相容性和安全性.     

纤维缠绕环形压力容器线型设计与仿真

纤维缠绕环形容器要求满足线型稳定和结构优化两个条件.基于微分几何理论,提出了用于复合材料环形压力容器成型的纤维缠绕线型,分析了芯模和吐丝嘴的缠绕速比,给出了缠绕参数优化设计方法.在对优化线型进行分析的基础上,模拟环形容器的纤维缠绕过程,实现了环形容器成型的计算机优化与图形仿真.通过应用缠绕仿真系统,可以检验线型模式的正确性和可行性.结果表明,优化设计的线型模式精确可靠,满足纤维缠绕的基本要求,为微机控制环形容器缠绕奠定了理论基础.     

基于模型实时辨识自适应控制算法的时变机械系统振动主动控制

参数时变的现象广泛存在于机械系统。如果系统参数随着时间而发生较大变化,振动主动控制方案就需要考虑时变参数对控制算法的影响。针对动力学特性变化较大的时变机械系统振动,提出一种模型实时辨识自适应控制算法,该算法将传统的滤波自适应算法与递归预测误差方法相结合,利用改变梯度的递归预测误差方法实时估计控制通道模型。建立弹簧质量支承的非均匀截面杆纵向振动时域模型,模型中随时间而变化的弹簧刚度导致模型动力学特性发生较大变化。用模型实时辨识自适应控制算法对建立的杆模型进行振动控制数值仿真,仿真结果表明,所提出的控制算法能有效抑制时变系统的窄带和宽带振动。相对于现有的方法,该控制算法能实现更好的控制性能。最后,将所提出的控制算法应用到时变的摇摆系统振动控制,实验结果验证了所提出控制算法的可行性和有效性。     

帘线在肘形芯模上的缠绕模型

设计了帘线在肘形芯模上的缠绕模式,推导出帘线在肘形芯模上的缠绕轨迹微分方程,采用自适应步长四阶Runge-Kutta数值方法得到微分方程的数值解。理论分析结果表明:直管段缠绕时,如果芯模对中良好,即芯模轴线与纱盘旋转中心重合,则帘线缠绕角是一常数,若芯模与纱盘未对中,则帘线缠绕角是一个变化值;弯管段缠绕时,帘线缠绕角始终是一个变化值,在弯管的两个侧面出现极值,这与实际缠绕角线形基本一致。      

缠绕线型对缠绕复合材料圆管轴向拉伸失效的影响

采用细观刚度模型的有限元分析（FEA）与改进的逐渐累积损伤方法相结合,建立了缠绕复合材料圆管轴向拉伸失效的分析方法与流程,以揭示缠绕线型对缠绕复合材料损伤失效的影响。对沿圆周方向分布有1个、3个和5个单胞的3种不同线型的缠绕复合材料圆管试件进行轴向拉伸破坏实验,获得其失效形式、平均拉伸强度及其随缠绕线型的变化规律。研究表明：缠绕复合材料圆管轴向拉伸失效主要以丧失承载能力的功能失效为主,缠绕线型对其拉伸强度有一定的影响;数值分析结果表明,轴向拉伸过程中,主要损伤为基体开裂与基纤剪切,纤维交叉容易引起损伤起始与扩展。     

熔融纺丝过程优化制备细直径碳化硅纤维及其对力学性能的影响

强度、模量和柔顺性作为碳化硅(SiC)纤维重要的力学性能受到纤维直径大小的影响, 而制备工艺中的熔融纺丝过程对纤维直径起决定作用。本工作研究了纺丝温度、纺丝压力和卷绕速度对聚碳硅烷(Polycarbosilane, PCS)原纤维直径的影响, 分析了纺丝过程中纤维断裂的原因, 并初步探究了SiC纤维直径与力学性能的关系。结果表明, 在一定范围内降低纺丝温度、降低纺丝压力和提高卷绕速度均能显著减小原纤维的直径。在连续纺丝的前提下, 最优纺丝工艺下得到的PCS原纤维直径为13.5 μm。随着PCS纤维直径由18.3 μm减小至13.5 μm, SiC纤维直径则由13.8 μm减小至9.5 μm, 而SiC纤维的强度与模量分别由1.7、181 GPa提高至2.9、233 GPa, 强度分布更为集中, 柔顺性得到显著提高。     

基于自适应滤波的锂电池隔膜卷绕系统张力估计

锂电池隔膜卷绕系统的电机转速、放卷辊的卷材卷径和放卷张力等实时信号都带有高斯白噪声,易形成较大的滞后,从而导致控制系统的稳定性和精度降低。现以协方差匹配技术为滤波发散判据,再结合对于指数加权系数的表达式限定记忆滤波的次数,提高噪声初始值的分配权重,来保持滤波的自适应程度,提出一种基于改进型SageHusa自适应滤波估计张力的方法,实现对系统噪声协方差阵与测量噪声协方差阵的自适应变化。实验结果表明,所提出的方法不仅能更准确、稳定地估计出锂电池隔膜卷绕系统放卷张力,还能在一定范围内使其不受给定的噪声协方差阵初值影响,而且有较高的精度和较强的实时性,优于一般的扩展卡尔曼滤波算法。     

静电纺丝法制备小口径胶原-聚乳酸人工血管

以聚乳酸(PLA)和胶原(Col)为原料,通过静电纺丝法制备了小口径(d=3.0mm)Col-PLA人工血管。采用扫描电镜、孔径分析仪和万能拉力机对Col-PLA人工血管的外层纤维形貌、孔径和拉伸性能进行了表征,测定了人工血管的管壁厚度及爆破强度。研究了纺丝电压、纺丝液质量分数、PLA与Col质量比对人工血管结构及性能的影响。结果表明:随纺丝电压的增加,纤维排列由杂乱变为规整,最佳的纺丝电压为15~20kV之间;当纺丝液质量分数增大时,Col-PLA人工血管的纤维直径增大,孔径及孔隙率均变小,拉伸强度和爆破强度提高;随PLA与Col质量比提高,人工血管的内层管壁厚度减少,外层管壁厚度增加,使拉伸强度和爆破强度提高,PLA与Col质量比分别为70∶30和90∶10时,制得人工血管力学强度能够满足使用要求。     

滑模变结构在收卷张力控制系统中的应用与仿真

为精确研究卷筒纸印刷机的收卷张力特性及控制策略,通过对无轴传动多机组印刷机实验平台收卷运动的分析,建立了一个较精确的收卷张力动力学模型。利用MATLAB构造了一个以交流永磁同步电机为执行机构的张力控制仿真系统,根据其非线性,设计了滑模变结构控制器,并与传统的PID控制进行了实验比较,结果表明滑模控制改进了张力控制系统的动静态特性。仿真模型综合考虑了多个张力扰动因素,更加接近实际印刷机系统,为将先进的控制理论引入印刷机收卷张力系统,搭建了一个更精确、便捷的仿真平台。     

Assessment of carbon nanotube yarns as reinforcement for composite overwrapped pressure vessels

Carbon nanotubes (CNTs) are one-dimensional nanomaterials with outstanding electrical and thermal conductivities and mechanical properties. Recent advances in CNT manufacturing have made bulk forms such as yarns, tapes and sheets available in commercial quantities to permit the evaluation of these materials for aerospace use. The high tensile properties of CNT composites can be exploited in tension-dominated applications such as composite overwrapped pressure vessels (COPVs). To investigate their utility in this application, aluminum (Al) rings were overwrapped with thermoset/CNT yarn, thermally cured under a vacuum bag, and their mechanical properties measured. Fabrication parameters such as CNT/resin ratio, tension applied during winding, and the number of CNT yarn layers were investigated to determine their effects on the mechanical performance of overwrapped Al rings. Mechanical properties of the CNT composite overwrapped Al rings (CCOARs) were measured under static and cyclic loads at room, elevated, and cryogenic temperatures to evaluate their performance relative to bare Al rings. The ultimate load carried by the composite overwrap in the CCOARs increased with increasing number of wraps. The wet winding process for the CCOAR fabrication improved load transfer compared to the dry winding process due to enhanced interfacial adhesion between the CNT yarn and the applied resin. Wet winding Al rings with CNT yarn/thermoset overwraps resulted in ∼11% increase in weight relative to the bare ring and increased the room temperature breaking load by over 200%.     

AA5182铝合金两步高速拉伸的试样设计及其性能研究

目的 提高铝合金塑性成形性能,解决高速成形贴模缺陷.方法 设计一种两步高速拉伸试样,在液压式伺服高速拉伸机上开展2次拉伸实验,并采用非接触式光学测量技术(Digital image correlation,DIC)测量全场应变,利用数值模型确定拉伸速度,获得期望的预拉伸应变率和应变.将单次高速拉伸性能与2次不同应变率和预应变下的高速拉伸性能进行对比.结果 铝合金材料在2次高速拉伸下的性能明显好于单次拉伸,抗拉强度增加了10％,断裂应变增加了14.5％.结论 设计的试样能满足2次高速拉伸的要求,试样预拉伸区域的尺寸和拉伸速度会影响试样的预应变、预应变率以及最终的断裂应变.     

Preparation and characterization of regenerated fiber from the aqueous solution of Bombyx mori cocoon silk fibroin

The regenerated silk fibers with high strength and high biodegradability were prepared from the aqueous solution of Bombyx mori silk fibroin from cocoons with wet spinning method. Although the tensile strength of the regenerated silk fibroin fiber, 210 MPa is still half of the strength of native silk fiber, the diameter of the fiber is about 100 μm which is suitable for monofilament of suture together with high biodegradability. The high concentration (30%, w/v) of the aqueous solution of the silk fibroin which corresponds to the high concentration in the middle silkgland of silkworm was obtained. This was performed by adjusting the pH of the aqueous solution to 10.4 which corresponds to pK_a value of the OH group of Tyr residues in the silk fibroin. The mixed solvent, methanol/acetic acid (7:3 in volume ratio) was used as coagulant solvent for preparing the regenerated fiber. The structural change of silk fibroin fiber by stretching was monitored with both ¹³C solid state NMR and X-ray diffraction methods, indicating that the high strength of the fiber is related with the long-range orientation of the silk fibroin chain with β-sheet structure.     

基于遗传算法的碳纤维增强树脂复合材料层合板单搭胶接结构的多目标优化

基于遗传算法对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)层合板单搭胶接结构进行了多目标优化,以提高其结构性能。首先,通过三维Hashin准则和三角形内聚力模型建立三维有限元模型来预测CFRP层内损伤过程、层间失效和胶层损伤过程,并通过试验验证其有效性。其次,利用拉丁超立方抽样(LHS)方法和二次多项式响应面法(RSM),基于搭接长度、胶层厚度和被胶接件宽度等胶接参数建立以拉伸强度和剪切强度为目标函数的多目标优化代理模型。最后,基于遗传算法(GA)对拉伸强度和剪切强度代理模型进行优化,得出一组Pareto解集,并基于理想解排序方法(TOPSIS)对Pareto非劣解集进行折中处理,得到最好的胶接参数设计方案。结果表明:CFRP层合板单搭胶接结构的数值模拟结果与试验结果相比具有很高的吻合度,验证了有限元方法的可靠性;CFRP层合板单搭胶接结构的拉伸强度和剪切强度与搭接长度、胶层厚度和被胶接件宽度具有显著的关联性;二次响应面代理模型结果与数值模拟结果相比误差均小于2.3%;与常规的单搭胶接结构方案进行对比,搭接拉伸强度和剪切强度分别提高了2.65%和17.24%。      

Preparation and characterization of novel gelatin/cerium (III) fiber with antibacterial activity

Gelatin/Cerium (III) fibers with high tensile strength and good antibacterial activity were prepared by wet spinning method. The fiber structure and properties were investigated. The optical microscope (OPM) results showed that the fiber had a smooth surface and the fiber diameter was in the range of 60-90 µm. The mechanical properties tests showed that the tensile strength of gelatin/cerium (III) fibers increased greatly compared with the pure gelatin fibers. Furthermore, it was found that the gelatin/Ce (III) fibers have the antibacterial activity for Escherichia coli and Staphylococcus aureus.