高稳高效海上风电安装平台关键制造技术研究

海上风电作为可再生清洁能源之一,受到世界各国的高度重视与大力发展。我国将海上风电提升至解决能源危机、减缓气候变化、调整能源结构的国家战略高度,到2030年我国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右。安装平台不足将是我国海上风电场无法如期建成投产的主要障碍。对自升自航式海上风电安装平台系列高端装备及其设计制造的三大技术难题——腿站立作业易“失稳”、大平台大跨距大倾覆力矩自升易“失控”、高空吊装巨型叶片逾百螺栓精准定位易“失准”,以及焊缝缺陷修复和局部裂纹损伤的激光锻造修复再制造进行了介绍,研制的具有不同规格的系列装备在中国、英国、丹麦、德国等国家的著名海上风电场建设应用情况良好。     

BS960E高强钢激光-电弧复合焊接头氢脆行为研究

氢脆具有很强的微观组织敏感性,威胁着各类高强结构材料的安全服役.采用激光-电弧复合焊工艺对BS960E型高强钢进行焊接,并对接头在原位电化学充氢的条件下进行慢应变速率(10-5s-1)拉伸试验,结合微观组织和断裂特征进行分析并对接头的氢脆行为进行研究.结果 表明,焊接热循环所形成的富马氏体中的细晶区可以使接头表现出一定的氢脆敏感性,马氏体较大的氢扩散系数和较低的氢溶解度以及氢在晶界上的快速扩散是引起接头对氢脆敏感的主要原因,通过控制焊接工艺参数可抑制焊接热循环所引起的马氏体转变量,能够降低BS960E型高强钢激光-电弧复合焊接头的氢脆敏感性.     

基准平面垂直断面法在爆破漏斗试验中的应用

系统阐述了基准平面垂直断面法在爆破漏斗试验中测量爆破漏斗体积的基本原理,并将隧道激光断面仪应用于金厂河矿1 750 m水平15^#采场底部切割巷道爆破漏斗试验爆破漏斗体积测量中。通过与传统体重法等计算法所得漏斗体积分析比较,结果表明基于隧道激光断面仪与3D Mine软件分析的基准平面垂直断面法实用性强、操作方便、结果直观可靠,达到试验预期目的。     

基于蜻蜓翅脉结构的连续碳纤维增强树脂基复合材料仿生设计与增材制造

以具有轻质高强优异性能的蜻蜓翅脉结构为设计灵感，在分析翅脉网格结构抗冲击原理的基础上，设计了传统和仿生两类对比结构。采用熔融挤出3D打印机成功制备了具有不同结构的连续碳纤维增强聚乳酸复合材料试样，并对不同结构复合材料试样的拉伸性能和抗冲击性能进行了测试和对比分析。研究分析结果表明：由于拉伸力方向上的连续碳纤维含量相对较少，限制了仿生结构复合材料抗拉强度的提高，但仿生结构的平均抗拉强度为传统结构的1.18倍；当仿生结构复合材料试样受到冲击力时，其内部六边形结构的连接角度会发生变化，从而极大消耗冲击能量，同时具有六边形网格结构的连续碳纤维可以有效阻碍裂纹的扩展，因此仿生结构的平均冲击韧性可以达到传统结构的2.46倍；仿生蜻蜓翅脉结构可以显著提高增材制造复合材料的综合力学性能，且对于抗冲击性能的提高具体突出效果。连续碳纤维增强树脂基复合材料的有效可行的仿生蜻蜓翅脉结构设计和增材制造，可极大扩展其在高冲击载荷领域中的相应应用。     

基于熵权TOPSIS法的机械加工绿色工艺方案决策

绿色制造中的工艺方案选择是一个复杂的多目标决策问题。为了能够选择最优的绿色工艺方案,提高企业效益,提出了基于熵权TOPSIS法的机械加工绿色工艺方案决策方法。首先,结合决策指标体系建立的原则和绿色制造决策框架模型,建立了绿色工艺方案决策指标体系;然后,采用熵权法确定指标的权重,并将熵权法与TOPSIS法相结合,建立了基于熵权TOPSIS法的机械加工绿色工艺方案决策模型;最后,以自卸车举升梁的3种机械加工工艺方案为例,验证了该模型的可行性和实用性。     

教学型智能制造生产线的设计

以智能制造主要技术元素为切入点,设计了教学型智能制造生产线。介绍了企业资源计划系统、制造执行系统、立体仓储单元、工业机器人、数控加工设备、激光打标设备、视觉检测设备、自动装配设备、物料传输设备等教学型智能制造生产线的组成结构,分析了工作流程。这一教学型智能制造生产线具有良好的柔性,可以根据客户需求增减工作单元、调整零件类型、定制商标等,具有较高的实用价值。     

增材制造技术在超高膨胀封隔器中的应用

石油和天然气行业不断关注增材制造技术在航空航天和汽车行业的应用发展。研发了利用增材制造技术的超高膨胀封隔器,该封隔器的支承环系统由增材制造。增材制造设计大幅减少了支承系统的构件数量,同时显著提高了膨胀能力和额定压力。密封元件系统与增材制造支承环安装在一起,提供了极端膨胀比、零挤压间隙和对不规则孔的良好适应性。分析和测试结果表明:直径膨胀比高达111%,与常规封隔器相比,提高50%以上; 至少涵盖5种线重的套管(外径相同); 在148.89 ℃的温度下,密封元件能够保持压力68.95 MPa。介绍了增材制造技术、增材制造支承环概念、增材制造材料力学性能、密封元件系统优化和测试情况,以期给我国的完井作业提供借鉴。     

GH4099合金的飞秒激光去除阈值

采用500fs脉宽飞秒激光对GH4099合金板进行表面材料去除加工,研究了激光功率对材料去除区域表面形貌、微区成分及直径的影响;采用最小二乘法对激光功率与去除区域直径进行线性拟合,确定了合金的激光去除阈值。结果表明:当激光功率不高于1.911 3 W时,GH4099合金表面存在一个去除区域A,其形貌与成分与基体的基本相同,当激光功率高于1.911 3 W时,在区域A中出现呈熔融凝固态的区域B,其成分中出现较多碳、氧元素;去除区域A、B的材料去除形式分别为静电剥离和热蒸发,激光去除阈值分别为0.413,12.9J·cm~(-2)。GH4099合金激光加工的合理激光能量密度为0.41312.9J·cm~(-2)。