润湿性表面液滴导向运动的研究进展

润湿性表面的液滴操控技术由于其在微流控系统设计、生物医学分析、淡水收集、喷墨打印以及换热器等领域具有广阔的应用而备受学者关注.详细介绍了液固接触和液滴运动的基本理论.综述了近年来国内外学者对于润湿性表面上液滴导向传输技术的研究进展,按不同的润湿性表面涉及的不同驱动力,归纳了液滴在润湿性梯度表面上受表面梯度驱动、在超疏水...     

超疏水锯齿表面振动液滴的动态特性

目的 在振动的超疏水锯齿表面上,液滴表现出明显的运动特征,探究在该过程中液滴的运动机理及影响因素。方法 采用铝片制作一系列具有一定倾角和高度的非对称锯齿状表面,使用疏水涂层Glaco Soft 99均匀喷涂,并干燥其表面,重复多次实验,直到表面具有稳定的超疏水性。加载一定的振动,对表面振动液滴的动态行为进行研究。结果 在一定的振动范围内,当频率的作用范围为10~100 Hz,振幅的作用范围为0~2 mm时,随着振动参数的增加,超疏水锯齿表面上的液滴会产生4种不同的行为,即静止、定向蠕动、跳跃、破裂等。实验表明,超疏水锯齿表面振动液滴的最快运动速度为8 cm/s。针对液滴的定向蠕动行为,运用力学分析方法,建立了液滴运动的物理模型,并分析了振动特征参数、锯齿表面参数、液滴体积对液滴运动特征的影响。结论 对于一定尺寸的液滴,存在一个由共振频率和最优振幅组成的最佳的振动加速度,可使液滴达到该条件下的最优运动速度。同时,通过改变锯齿表面的结构参数,可使液滴运动速度更快,并且随着液滴体积的增加,液滴运动速度呈现先增快、后减慢的趋势。     

四棱锥复合梯度表面液滴的定向移动

目的 探究出能使液滴移动距离达到最大的复合表面制备手段,以及液滴在其表面的移动机理及影响因素。方法 采用电火花加工技术在H62黄铜表面制备四棱锥结构构建结构梯度,并通过化学刻蚀在四棱锥表面制备润湿梯度,从而形成复合梯度结构。分别使用扫描电子显微镜和高速摄像机观察复合表面的微观结构与试件表面液滴的移动过程。结果 复合结构表面不仅具有不对称几何形状引起的拉普拉斯压力,其上的液滴还会受到不平衡表面张力的作用。润湿梯度提供的不平衡表面张力与结构梯度形成的拉普拉斯压力共同组成驱动合力,令液滴在相较单一梯度表面表现出更强的移动性能。对比分析侧面夹角等因素对液滴定向移动的影响规律后得出,经化学蚀刻后的复合表面,液滴移动距离提升明显,并且移动距离增加量与夹角β成正比。在结构梯度与润湿梯度的共同作用下,液滴在β=5°的试件表面上定向移动距离达到最大,最大移动距离Lmax=6.96 mm。结论 相较于单一梯度表面,复合型液滴定向移动表面可以获得最长的移动距离,表现出良好的应用前景。制备方法上,电火花线切割与化学刻蚀操作简单,成本低廉,有助于推动制备大批量液滴定向移动复合表面的相关研究。     

一种新型2T3R并联机器人的研究

理想的少自由度并联机构的所有分支最好具有完全相同的结构,保持结构的对称,以满足各向同性的要求.本文以单开链支路为单元,提出了一种新型的对称的少自由度的并联机器人机构.研究结果表明,该机构的运动平台具有二维移动和三维转动的5个自由度.     

液滴在双轨亲水轨道上的运动特性研究

目的 探究重力驱动液滴在双轨亲水轨道上的运动特性,揭示其力学机理。方法 采用喷涂法制备不锈钢超疏水表面,然后采用激光刻蚀法在超疏水表面上加工出不同类型的亲水轨道。研究液滴在不同轨道上的运动行为,讨论液滴运动状态与轨道参数之间的关系,并对液滴运动的力学特性进行分析。结果 液滴在平行双轨轨道上的运动阻力约为在单轨轨道上的1.6~2.4倍,其与轨道宽度呈正相关,与轨道间距呈负相关,且液滴运动终止时呈现出轨道中途停滞、轨道末端停滞、脱离轨道末端三种状态;液滴在非平行双轨轨道上的运动阻力与运动方向有关,由宽端至窄端的运动阻力较由窄端至宽端更小,前者约为后者的90.7%。结论 液滴在轨道上的运动阻力主要受液滴与亲水轨道的接触面积影响。当平行双轨轨道的间距增大时,液滴在垂直轨道的方向上拉伸效果增强,液滴将沿平行轨道的方向收缩,铺展长度减小,由此液滴与亲水轨道的接触面积减小,从而降低了液滴运动阻力;而液滴在非平行轨道不同运动方向上的阻力差异与液滴的表面张力有关。     

相场法模拟Marangoni对流对Cu-Pb过偏晶合金组织演化的影响

采用计算效率和计算精度较高的Fourier变换谱分析方法求解Cahn-Hilliard相场方程,同时耦合Navier-Stokes方程计算了流动对Cu-Pb过偏晶合金的液相分离过程中液滴生长的影响.研究表明,在第二相液滴生长过程中由于受到温度场中温度梯度的作用,产生Marangoni运动,在Marangoni力的驱动下,液滴向温度高的区域发生移动,在随后的凝固过程中,由于不同半径的液滴之间受到Marangoni力的大小不同,移动速度也不同,导致各种半径大小的液滴之间发生碰撞,从而加速了液滴半径粗化的进程,使液滴半径尺寸沿着温度梯度方向逐渐增加.     

复合梯度楔形表面上液滴自输运特性的数值研究

目的 提高表面液滴的自输运速率。方法 在表面引入润湿梯度和楔形形状,基于VOF模型(流体体积模型)对表面液滴运动进行数值研究,并建立一种适用于润湿梯度和楔形图案联合的模型,分析润湿梯度和楔形角度对液滴位移的影响。结果 润湿梯度越大,液滴受不平衡的表面张力越大,液滴移动速度越快。润湿梯度为15 (°)/mm表面上液滴的平均速度比10、5 (°)/mm润湿梯度的表面分别快42.3%和130%。楔角越大,加速阶段的液滴移动速度越快,但会越早失去驱动力而停止移动,而楔角越小,液滴移动位移越大。液滴在40°楔角表面最先停止运动,在20°楔角表面位移比30°和40°楔角表面分别远10.3%和32.3%。联合润湿梯度和楔形图案后,15 (°)/mm表面上的液滴在20°、30°、40°和20°楔角表面上的液滴在15、10 (°)/mm下均能运动到计算模型出口,且15 (°)/mm、40°楔角表面液滴的平均速度达到292 mm/s,比单一梯度表面增长37.7%,比单一楔形图案表面(20°)增长175.5%。结论 通过调节润湿梯度和楔形角度,可有效控制液滴移动速度。联合润湿梯度和楔形图案的复合梯度楔形表面能同时减小润湿性范围瓶颈和楔形形状制约,提高表面液滴的移动速度和距离。研究结果将有助于设计高效的液滴输运功能表面,并可将其扩展到冷凝装置、微流体装置和药物检测等领域。     

双缸驱动的液压机滑块的运动——金属挤压液压机的动态特性之四

一、前言在挤压液压机上,既有主梁和挤压筒之类的部件,又有由两个活塞驱动的滑动件(滑块)。为保持滑块的运动精度,可设置称为导块的导轨。这样的滑块用泵直接驱动时,由于条件所限,其运动不可能平稳,既产生前进方向的振动,又产生左右交替倾斜的振动。用单缸驱动的滑块,由于条件所限,也产生高频振动运动,如前文所说的那样,它是一种由于工作液体压缩系数而引起的自振。双缸驱动滑块时,除由这种自     

二维数控机构的设计与应用

叙述了一种二维数控机构,即在空间二维上同时实现旋转运动的机构技术与对应的控制技术.分析了该机构的结构方式、工作机理;以及控制方式的选用、程序设计.展示了该机构与控制技术在喷水装置中的应用.该技术对于同类的运动实现具有重要的参考意义.     

Al-Si和Al-Si-Sc合金的界面能各向异性的研究

平衡液滴法(Equilibrium shape measurement)是一种确定晶体-熔体界面能各向异性参数的有效方法。本文利用平衡液滴法测量单相固体中夹带的平衡液滴的形状,得到了Al-Si和Al-Si-Sc合金的界面能各向异性参数计算值。通过定向凝固方法制备Al-2wt.%Si和Al-2wt.%Si-0.2wt.%Sc合金杆状试样,使用光学显微镜表征Al-2wt.%Si和Al-2wt.%Si-0.2wt.%Sc合金内部液滴手工连续磨样抛光后多个二维截面形状,计算了二维界面能各向异性参数的大小。利用FIB(Focused ion beam)技术连续切割了Al-2wt.%Si合金内部液滴,并用Image-J软件重构液滴三维形状,获得了三维界面能各向异性参数值以及三维界面能分布和界面刚度的分布。在此基础上,讨论了平衡温度和Sc元素对界面能各向异性参数的影响。     

含谐波传动关节的机械臂在不同转速下的时频特性

谐波传动关节是机械臂的典型关节。为了研究含谐波传动关节的机械臂在不同转速情况下的时频特性,针对空间机械臂,研制机械臂实验装置和测试系统,测试不同转速下机械臂关节处和末端标志点的振动响应。采用小波变换信号分析方法并借助于机械臂的驱动模型,分析谐波传动关节处的摩擦和运动滞后等非线性因素对不同转速下机械臂振动特性的影响。基于非线性响应面法和非线性规划方法分析了机械臂的最佳运行工况。研究结果表明:小波变换能够较好地表征机械臂在不同转速下关节和末端振动响应的时频特征;随着转速的增大,机械臂关节处和末端标志点的振动能量向低频段集中,振动能量峰值及其对应的频率呈现出局部波动;机械臂末端的振动特性明显弱于关节,关节处的振动频率更为丰富,但关节的振动能量峰值衰减比末端要快;且机械臂处于低速运行工况时可以保持较好的动力学性能。研究结果揭示了含谐波传动关节的机械臂在不同转速下的时频特性,对含谐波关节的机械臂设计及其振动抑制技术水平的提高具有重要意义。     

考虑间隙时粗轧机主传动扭振分析

粗轧机主传动的主轴联轴器由于运行磨损和频繁换辊形成间隙,该间隙在咬钢过程中的启闭会引起系统咬钢冲击,导致主传动较大幅度的扭振。探讨了考虑间隙因素时粗轧机主传动的扭振分析方法,并基于龙格-库塔方法建立了粗轧机主传动扭振仿真模型,对粗轧机主传动的扭振响应进行数值仿真,求出扭矩放大系数。最后通过实例分析验证了模型的合理性。     

Modeling and characterization of metal droplets generation by using a pneumatic drop-on-demand generator

A 2D axisymmetric model has been proposed to study the mechanism of the droplet generation by using a pneumatic drop-on-demand (DOD) generator. A proprietary pneumatic DOD generator was also applied to conduct droplet generation experiments. The validity of the proposed model was verified through the simulation results of droplet pattern, breakup length distance and droplet diameter, which were in good agreement with the experimental ones. Theoretical studies were conducted to characterize the metal droplet generation using pneumatic DOD technique. Theoretical analyses show that metal droplets break away from jets in front of the sphere ends due to the increase of the capillary disturbance at a very small Ohnesorge number (Oh < 0.01). This capillary disturbance is caused by the action of surface tension. Shapes of droplets do not significantly change because of the relatively low pressure inside droplets. The droplet diameter decreases when the nozzle diameter decreases to 100 μm, while the ratio of droplet diameter to nozzle diameter increases rapidly. An external disturbance with high frequency should be introduced to accelerate the metal jet breakup for further decreasing the droplet size. This work offers a useful guide for choosing appropriate parameters to generate metal droplets using pneumatic DOD technique.     

超声-MIG焊熔滴过渡的数值模拟

基于流体力学和电磁学理论,通过添加超声振动和声辐射力条件,建立超声辅助的熔化极惰性气体保护焊(超声-MIG)熔滴过渡行为的数学模型。利用FLUNET软件模拟在不同焊接电流和超声振幅下熔滴长大、变形和脱落的过程。模拟结果显示,熔滴的轮廓变化和脱落时间与相关试验结果吻合较好;与常规MIG焊相比,在小电流条件下超声-MIG焊熔滴的脱落尺寸相对更小且过渡频率更快,而在大电流的条件下超声-MIG焊熔滴脱落时间和尺寸变化不太明显;超声-MIG焊熔滴脱落时间受超声振幅的影响,超声振幅的增大会在一定程度上使熔滴过渡周期缩短。     

Numerical simulation of droplet transfer process in ultrasonic-assisted MIG welding

A numerical model of ultrasonic-assisted MIG welding droplet transfer was established, and ultrasonic vibration equation of motion was compiled by user-defined function. In several different transition modes, the comparison between the MIG and Ultrasonic-assisted MIG simulation results shows that the ultrasonic vibration makes the axial position of the welding wire shift during the droplet transition and promotes the droplet transition frequency more significantly in the droplet transition mode. Finally, the MATLAB image processing software is used to calculate the droplet size. The data comparison shows that the simulation results are in good agreement with the experimental results, which proves that the established numerical model is reasonable.     

双锯片抛光机结构设计与分析

提出一种双锯片抛光机结构方案,可同时抛光两个锯片,从而提高了生产效率;并将原来的卧式结构改进为立式结构,从而减小占地面积。利用Pro/E三维软件建立其主动轴三维模型,并用ANSYS软件对主动轴进行了静力及振动分析,得到了应力分布图、结构变形图、前6阶振型图。分析结果表明:节点最大等效应力和节点最大位移均在规定范围之内,振动频率远大于振源频率,不会发生共振。实践表明:在此基础上研制的双锯片抛光机运行良好,满足企业实际需要。     

激光增强GMAW熔滴短路过渡行为分析

高能量密度的激光照射熔滴,使熔滴局部产生强烈蒸发,利用蒸发反力驱动熔滴受迫短路,促进熔滴脱离焊丝.以低碳钢为研究对象,搭建激光增强GMAW短路过渡焊接试验系统,对比研究了激光增强GMAW短路过渡焊接过程中激光入射位置、电弧高度对熔滴短路过渡行为的影响规律.结果表明,在焊接过程中施加一定功率的激光对熔滴短路过渡行为有明显的改善作用,可以通过激光改变熔滴的受力状态,控制过渡熔滴的尺寸,熔滴短路时间减小,燃弧时间增加,增加过渡频率,提高了焊接过程中的稳定性,激光增强后,焊缝表面成形均匀饱满,焊缝成形良好.     

Fault diagnosis of internal combustion engines using visual dot patterns of acoustic and vibration signals

An investigation of the fault diagnosis technique in internal combustion engines based on the visual dot pattern of acoustic and vibration signals is presented in this paper. Acoustic emissions and vibration signals are well known as being able to be used for monitoring the conditions of rotating machineries. Most of the conventional methods for fault diagnosis using acoustic and vibration signals are primarily based on observing the amplitude differences in the time or frequency domain. Unfortunately, the signals caused by damaged elements, such as those buried in broadband background noise or from smearing problems arising in practical applications, particularly at low revolution, are not always available. In the present study, a visual dot pattern technique is proposed to identify the acoustic emission and vibration signals for fault diagnosis in an internal combustion engine and drive axle shaft. Experiments are carried out to evaluate the proposed system for fault diagnosis under various fault conditions. The experimental results indicate that the proposed technique is effective in the fault diagnosis of an internal combustion engine and drive axle shaft.     

上、下辊分别驱动的四辊轧机主传动系统扭振研究

对某厂“1+4”热连轧开坯机的扭转振动动态特性进行了研究。在一定的简化基础上,建立了轧机主传动系统的扭转振动力学模型和数学模型,获得了系统的固有频率和主振型及其对转动惯量和扭转刚度的灵敏度。对系统在各阶模态下的能量分布进行了计算和比较,确定了系统的危险模态。根据系统的输入得出了各轴段扭矩放大系数的仿真结果,以判定扭振发生时主传动系统的最大动力载荷。计算发现轧机主传动系统扭振固有频率分布合理,基本满足最佳动力设计准则。研究结果对于实际生产和系统扭振问题的识别与解决具有指导作用。