超声功率对UVeFSW铝-镁合金异质接头组织与性能的影响

将超声振动辅助搅拌摩擦焊接(Ultrasonic vibration enhanced friction stir welding-UVe FSW)新工艺用于铝-镁异质合金的连接。选取低(75 W)、中(220 W)、高(550 W)三档超声功率,比较和分析了超声功率变化对焊接载荷、焊缝宏观金相、金属间化合物层及接头拉伸性能的影响。结果表明,当外加超声功率适当时,超声作用与搅拌摩擦焊接过程本身的热-力-流耦合机制产生最佳的协同效应。超声振动在搅拌摩擦焊接过程中的作用效果并不是随着超声功率的提高而一直增强;只有在超声功率适中时,焊接过程和接头组织与性能的改善效果最大。从超声的声软化效应、减摩效应、促进位错湮灭等方面,对试验结果给予了初步解释。     

基于引导角的轮式移动机器人轨迹跟踪控制

首先,基于拉格朗日方程建立移动机器人模型;然后,根据侧向误差和角度误差的关系设计引导角,将该引导角作为虚拟输入,结合Backstepping方法设计基于移动机器人运动学模型的轨迹跟踪控制律,并给出参数选取条件;最后,以驱动轮力矩作为控制输入,并考虑到机器人受到的外部扰动,将运动学控制律扩展得到基于动力学模型的控制律.仿真结果表明了所设计控制律的有效性.     

搅拌摩擦焊接产热传热过程与材料流动的数值模拟

搅拌摩擦焊接过程中的产热、传热与塑性材料流动行为直接决定了焊接接头的组织演变及力学性能。对这些物理现象开展数值模拟研究,对于深入理解搅拌摩擦焊接过程的物理机制和优化焊接工艺具有重要意义。本文综述了搅拌摩擦焊接过程产热、传热与材料流动数值模拟的国内外研究现状,指出了存在的主要问题。介绍了作者课题组近年来针对这些问题所开展的研究工作。根据搅拌头-工件界面上的受力特点,研发出了黏着系数和摩擦因数的测试-计算法,为提高数值模拟的精度奠定了基础。建立了针对复杂截面形状搅拌针的搅拌摩擦焊接过程数学模型,数值分析了3种典型搅拌头情况下焊接过程中的产热率、温度分布和塑性流动行为。建立了包含下压、停留、焊接及冷却4个阶段的搅拌摩擦焊接全过程的传热-流动耦合模型,模拟了焊接过程各阶段的产热、温度场和塑性材料流动的演变情况。在此基础上,对搅拌摩擦焊接过程数值模拟领域未来的发展趋势进行了展望,提出了下一步的研究重点。     

铝-镁异质合金搅拌摩擦焊接成形的研究进展

随着现代工业生产对环境保护、节能减排等要求的不断提高,采用铝、镁等合金的轻量化结构在航空航天、高速列车、汽车制造、新能源等各领域的应用越来越广泛。其中,铝-镁异质合金的连接,面临诸多挑战,也是最亟待解决的关键技术问题之一。与其他连接方法相比,搅拌摩擦焊(Friction stir welding, FSW)在连接铝-镁异质合金时优势明显,近年来也涌现出多种基于FSW的改型工艺。根据近年来铝-镁异质合金FSW领域的研究进展,全面评述了该领域的研究现状和下一步应重点关注的问题。旨在厘清铝-镁异质合金FSW及其改型工艺的物理机制、技术难点和解决思路,推动铝-镁异质结构在汽车等行业中的广泛应用。     

激光+GMAW复合热源焊接过程热-力耦合数值分析

从宏观的焊接热过程出发,根据激光+GMAW复合热源焊接的特点,提出了适用于复合热源焊接的“双椭球体＋峰值递增圆柱体”组合式体积热源分布模式;建立了激光+GMAW复合热源焊接过程的有限元模型,数值计算了焊接温度场和焊缝横截面的形状尺寸,计算结果与试验结果吻合良好,证明了组合式体积热源模型的合理性和适用性. 采用焊接温度场的计算结果,进一步对复合热源焊接和GMAW的焊接变形和残余应力进行了数值模拟和对比分析. 结果表明,在焊缝熔深基本相同的情况下,复合热源焊接的焊接热输入、焊缝熔宽、焊接变形和高应力区域范围等均比GMAW小. 研究结果印证了激光+GMAW复合热源焊接工艺的优越性,并为焊接工艺参数的优化提供了基础理论数据.     

基于电流-振动信号联合分析的高压断路器操动机构故障诊断方法

高压断路器分合闸操作伴随的电流、振动信号特征与电气和机械状态息息相关。提出一种线圈电流和振动信号联合分析的断路器操动机构故障诊断方法,针对线圈电流“双峰状”特点,提取关键时序特征和刻画波形畸变的波形特征。为捕捉振动信号细节变化,对振动信号进行自适应噪声集合经验模态分解CEEMDAN后,进一步计算各分量的时频分布,得到时间、频率边缘特征。将电流和振动特征组成的高维特征由因子分析进行降维处理,作为支持向量机SVM的输入进行故障诊断。实验表明,该方法能够有效提升断路器典型故障诊断准确率,且时间开销较少,为断路器机械故障诊断提供了新思路。     

具有输入时滞的主动悬挂系统的减振控制

研宄具有输入时滞的汽车主动悬挂系统在路面扰动下的减振控制器设计问题.首先根据汽车悬挂系统的特点,从实用性的角度出发化简了悬挂系统的数学模型.然后提出一种变量代换方法,将具有输入时滞的主动悬挂系统转换为形式上不含时滞的系统.针对转换后的无时滞系统,设计出具有输入时滞的主动悬挂系统减振控制器:又从控制器的成本和易实现性出发添加了一个状态观测器.在这种系统结构下,设计出一种具有记忆和积分特性的主动悬挂系统减振控制策略.仿真结果验证了这种设计控制器的方法是有效的.     

含状态和输入时滞的离散时间系统的近似最优跟踪控制

针对状 态和控制输入均含有时滞的离散时间系统, 提出最优跟踪控制的设计方法. 通 过引入一种新的状态向量, 将含有状态和控制输入时滞的离散时间系统转化为 含有虚拟扰动项的无时滞离散时间系统. 根据最优控制理论, 构造离散Riccati矩阵方 程和离散Stein矩阵方程的序列, 并证明该解序列一致收敛于变换后的离散时间系统的最优跟 踪控制策略. 利用最优控制的逐次逼近设计方法, 得到最优跟踪控制的近似 解, 并给出求解最优跟踪控制律的算法. 仿真算例表明了所提出最优跟踪控制 方法的有效性.     

搅拌针偏移量对铝/铜异质金属搅拌摩擦焊接过程和接头组织性能的影响

采用搅拌摩擦焊接技术对2 mm厚6061铝合金和紫铜合金异质金属进行对接试验，研究搅拌针偏移量对铝/铜异质金属接头组织和性能的影响。研究发现，由于铝和铜两种材料的流动性存在差异，随着搅拌针由铝侧向铜侧偏移，搅拌头-工件界面的温度无明显变化，而焊接过程中的前进阻力显著增大，且接头机械互锁程度也更加充分。对铝/铜异质接头微观形貌进行扫描电子显微镜分析，发现铝/铜界面处的金属间化合物层呈清晰的双层结构，分别为靠近铝侧的Al₂Cu层和靠近铜侧的Al₄Cu₉层，此外金属间化合物还以颗粒状和条带状等形貌分布在铝/铜界面附近。搅拌针偏向铜侧0.5 mm时得到的铝/铜异质接头机械互锁程度和金属间化合物分布最为理想，接头抗拉强度达到200 MPa。