运用TRIZ创新理论解决主轴箱热变形问题的实践

通过对运用TRIZ创新理论解决数控车床主轴箱热变形问题的实践介绍,讲解这一创新理论在技术创新中的应用方法。     

铁素体/贝氏体双相钢循环载荷作用下变形行为的模拟研究

为了避免铁素体/贝氏体双相钢管线管在服役过程中的交变载荷作用下引起的塑性损伤，采用有限元模拟方法，建立了Chaboche随动强化模型，研究了铁素体/贝氏体双相钢在循环应变载荷作用下的变形行为。结果显示，在循环应变作用下，应变优先在铁素体中形成累积，并在铁素体、贝氏体界面集中；随应变幅的增大，应变带在铁素体中形成，而贝氏体内累积应变增加不大，两相界面应变差增大。研究表明，铁素体内应变和两相应变差的增加将降低双相钢的塑性变形能力。     

凹凸棒制备Si@C复合材料及其用于锂离子电池负极材料的电化学性能

硅因其超高的理论比容量而被视为最具潜力的下一代锂离子电池（LIBs）负极材料。目前，硅负极材料的高成本和极其苛刻的合成条件严重阻碍了其在LIBs中的使用。以天然凹凸棒为原料，通过水热法提纯和镁热还原反应制备了硅纳米颗粒（MRR Si），并进一步采用化学气相沉积法以乙炔为碳源制备了MRR Si@C复合材料，系统研究了其作为LIBs负极材料的储锂性能。研究结果表明:通过镁热还原制备的硅纳米在0.2 A/g的电流密度下可展现出2 362 mAh/g的比容量，首次库伦效率（CE）为71.87%，100次（0.5 A/g）循环充放电测试后比容量为909 mAh/g。相比之下，在MRR Si纳米颗粒表面沉积碳层后制备的MRR Si@C复合材料可展现出2 494 mAh/g的放电容量和78.92 %的高CE值。循环性能显示，该复合材料在0.5 A/g的电流密度下充/放电100次后的比容量值可达到1 324mAh/g。同时，该复合材料还可在5 A/g的大电流密度下依然可展现出高达844 mAh/g的高比容量。该MRR Si@C复合材料显示了优异的倍率性能和良好的应用前景。      

支持4D打印的可控变形结构设计研究进展

4D打印是结合了3D打印技术和智能材料的一种智能结构增材制造技术。通过几何结构设计、智能材料分布设计,4D打印可以制备具有可调节形状、特性或功能的可控变形结构。可控变形结构通过外界的刺激,按设计好的特定方式发生形状、性能和功能的变化,从而使其满足不同领域的应用需求。对可控变形结构的二维结构设计方法和三维变形设计方法的技术研究进展进行综述,总结了支持4D打印的可控变形结构设计的突出成果以及创新性技术。结合4D打印的概念和支持4D打印的可控变形结构设计的研究现状,对其在机械、生物医学等领域的应用进行了展望。     

PAN纤维共聚单体作用机理的光电离质谱研究

本工作以丙烯腈/衣康酸（IA）二元共聚原丝以及丙烯腈/IA/丙烯酸甲酯（MA）三元共聚原丝为研究对象，利用热重分析仪（TG）和热解-同步辐射真空紫外光电离质谱（Py-SVUV-PIMS）对其热稳定化过程进行研究。TG结果表明，氮气气氛下，二元共聚原丝（PAN/IA）和三元共聚原丝（PAN/IA/MA）分别呈现三阶段和两阶段的热分解过程，其中PAN/IA的第一和第二阶段均对应PAN线型分子链的断裂，但前者是由自由基环化反应放热引发的，后者则是由正常温度下的热分解所致，而单体MA的加入显著抑制了自由基环化反应，使得PAN原丝的热稳定化能够以单体IA诱导的离子型环化反应为主较平缓地进行，相应的热失重过程也由两阶段转变为了单阶段。Py-SVUV-MS的实验结果表明，两种共聚PAN原丝在程序升温过程中会生成包括含氮小分子、丙烯腈单体及低聚物、成环化合物在内的三类主要热解产物，对比各类产物的生成趋势和产量，推断单体MA通过降低PAN结构的规整度，使其无定形化，从而增加环化反应的引发点，促进PAN原丝向稳定的预氧丝转变，同时由典型热解产物——甲基丙烯腈的生成路径可知，MA本身并不参与PAN大分子的环化反应，属于中性共聚单体。空气气氛下，CO₂的产量差异也间接证明了MA单体能够有效提升PAN纤维的固碳能力，采用三元共聚方法制得的PAN纤维热稳定性能更佳。     

考虑结构动态变形的缸套-活塞环润滑建模分析

缸套在燃烧冲击和活塞敲击激励下会产生接近表面粗糙度的动态变形,极有可能影响缸套-活塞环组件间的摩擦润滑过程。为了研究缸套动态变形潜在的影响,将动力学仿真获取的缸套内表面的动态变形经过处理后导入到润滑模型中,同时采用数值积分计算的方式对油液压力应力因子和剪切应力因子进行实时计算求解,使仿真计算更加符合实际情况。通过搭建同时考虑缸套变形与油液剪切特性影响的改进润滑模型,计算得到整个工作循环内活塞环上的最小油膜厚度和摩擦力曲线。结果表明:考虑缸套动态变形后的最小油膜厚度和摩擦力曲线出现了明显的波动,而且考虑缸套动态变形后的摩擦力比未考虑之前出现了明显下降。     

基于现场监测与数值模拟的浅层采空区稳定性分析

隐患采空区是目前影响露天开采矿山安全生产的主要危害源之一。随着台阶开采的不断剥离,露天开采境界内各台阶与地下空区群的隔离层厚度越来越薄,随时有可能发生采空区顶板坍塌事故。考虑到露天矿采空区地质赋存条件和围岩稳固性等特征,以弓长岭露天铁矿浅层采空区为工程背景,运用现场监测和数值模拟相结合的手段综合分析了浅层采空区的稳定性。将液体静力水准地表沉降监测系统的监测数据与FLAC数值模拟结果对比,调整蠕变参数使得数值模拟的蠕变速率与现场监测结果一致,而后据此进行未来结果的预测。最终根据地表沉降数据确定的蠕变参数取值为A=1.0×10^-12、m=1.75、n=0.35。研究表明:静力水准测点地表最大沉降位移为-9.8 mm,蠕变计算结果顶板最大垂直位移约20.4 mm,应力最大值约25 MPa,综合分析显示该采空区较稳定。上述研究提供了一种基于采空区现场监测数据的数值模拟蠕变分析方法,可为类似矿山采空区稳定性分析提供借鉴。     

电缆聚氯乙烯绝缘层热变形性能的影响因素研究

基于IEC 60811-508:2017的热变形性能测试方法,采用控制变量法开展了电缆聚氯乙烯绝缘层的热变形试验,结合微观形貌观测,分析了温度、载荷等因素对聚氯乙烯电缆绝缘热变形性能的影响。结果表明:随着温度的升高、载荷的增大,聚氯乙烯电缆绝缘的热变形性能显著降低。