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复合材料学报 2022年第2期39卷 446-459页

作者：徐兵纵怀志张军辉张堃黄信菩陆振宇贺电浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州230027 南昌大学机电工程学院南昌330031 三一重工泵送研究院长沙410100

碳纤维增强复合材料(CFRP)具有抗热冲击、抗拉强度高、耐腐蚀等优点,已广泛应用在机器人、航空航天、工程装备及其他领域,用CFRP来制备液压缸能够大幅度提升液压系统的轻量化的水平,帮助系统降低能耗。本文从复合材料缸筒、活塞和活塞... 详细信息

碳纤维增强复合材料(CFRP)具有抗热冲击、抗拉强度高、耐腐蚀等优点,已广泛应用在机器人、航空航天、工程装备及其他领域,用CFRP来制备液压缸能够大幅度提升液压系统的轻量化的水平,帮助系统降低能耗。本文从复合材料缸筒、活塞和活塞杆、成型工艺、密封润滑和发展趋势五个方面综述了CFRP液压缸的发展现状,介绍缸筒和活塞中金属与复合材料之间的联接方法及多材料设计的参考准则,并对手糊式、缠绕式、拉挤式、树脂传递模型成型等加工工艺进行介绍,然后讨论了CFRP液压缸存在的密封、摩擦、动态响应等问题,最后从涂层、加工、后处理给出了碳纤维液压缸的发展趋势。

关键词：碳纤维复合材料液压缸轻量化设计多材料设计纤维缠绕

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聚合物基表面微结构的逐面式制造技术研究进展

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机械工程学报 2021年第21期57卷 220-233页

作者：汪延成刘佳薇盘何旻梅德庆浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027 浙江大学浙江省先进制造技术重点实验室杭州310027

聚合物基表面微结构在软体机器人、柔性电子器件、仿生机械、生物医学、组织工程等领域有着广泛的应用,将逐面式制造技术应用于聚合物基表面微结构的制造过程可解决传统微压印、光刻、逐点和逐线式制造方法加工周期长、效率低、大面积... 详细信息

聚合物基表面微结构在软体机器人、柔性电子器件、仿生机械、生物医学、组织工程等领域有着广泛的应用,将逐面式制造技术应用于聚合物基表面微结构的制造过程可解决传统微压印、光刻、逐点和逐线式制造方法加工周期长、效率低、大面积表面微结构制造脱模难等问题。发展聚合物基表面微结构的逐面式制造技术是当前先进制造技术的研究热点之一,具有广阔的应用前景。首先在阐述了常见的聚合物基表面微结构设计及其制造材料的基础上,重点论述了光刻、纳米压印、数字光投影式3D打印、能场辅助制造、自组装制造等五类逐面式成形制造技术方面的最新研究进展,包括各种制造技术的制造原理、工艺特点及表面微结构的典型应用等。最后,总结预测了聚合物基表面微结构设计、制造及应用方面的发展趋势,并对聚合物基表面微结构的逐面式成形制造技术的未来发展进行了展望。

关键词：表面微结构逐面式投影式3D打印能场辅助制造自组装技术

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水下结构检测爬行机器人的设计与分析

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公路交通技术 2023年第3期39卷 74-82页

作者：王旭罗通雷勇浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310013

针对大坝、桥梁、大型水下管线等水下结构环境复杂、检测难度大等问题,提出了一种具有一定避障及壁面过渡能力且可适应复杂壁面的水下结构检测爬行机器人。首先对机器人整体结构进行设计,通过采用轮足式结合的轮足结构和具有旋转自由度... 详细信息

针对大坝、桥梁、大型水下管线等水下结构环境复杂、检测难度大等问题,提出了一种具有一定避障及壁面过渡能力且可适应复杂壁面的水下结构检测爬行机器人。首先对机器人整体结构进行设计,通过采用轮足式结合的轮足结构和具有旋转自由度的吸附结构的相互配合的设计,提高了机器人对复杂壁面的自适应能力;其次以圆形截面桥墩为例,利用流场仿真分析了机器人吸附在壁面时,桥墩附近流域的流速和压力分布情况;再者对机器人的运动状态及稳定性进行分析,通过建立摩擦力和抗倾覆力矩计算公式得到机器人的正常工作条件;最后对机器人结构摩擦性能和样机进行测试和试验验证。结果表明,该机器人在一定程度上具有对复杂环境的抗性和复杂表面的适应性,可用于水下结构的检测工作。

关键词：爬行机器人自适应曲面轮足结构流场仿真稳定性分析

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超快激光制造表面增强拉曼散射传感器

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光电工程 2023年第3期50卷 116-128页

作者：余建杨焕吴建根吴宜翔徐凯臣深圳技术大学中德智能制造学院广东深圳518118 温州大学机电工程学院浙江温州325200 浙江大学机械工程学院流体动力与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027

表面增强拉曼散射(SERS)传感器在诸多领域拥有重要的应用潜力。为实现高精度SERS检测,增加热点密度和热点区域中分析物分子数量成为当前研究的重点。超快激光可快速在材料表面构筑大面积的微纳米结构,对于高性能SERS基底的商业化制备具... 详细信息

表面增强拉曼散射(SERS)传感器在诸多领域拥有重要的应用潜力。为实现高精度SERS检测,增加热点密度和热点区域中分析物分子数量成为当前研究的重点。超快激光可快速在材料表面构筑大面积的微纳米结构,对于高性能SERS基底的商业化制备具有重要的意义。本文从热点密度和检测区域中分析物分子浓度两个方面,总结了近年来超快激光制造高性能SERS基底的工艺方法。超快激光既能“自下而上”,也能“自上而下”加工出具有局域场增强效应的微纳米结构。其中,超快激光制备的超疏水表面是目前实现待测分子富集的有效方法之一。最后展望了激光制备SERS基底的应用前景。

关键词：超快激光加工拉曼光谱表面增强拉曼散射微纳结构

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基于自适应滑模反馈线性化的航空电动燃油泵预见控制器设计

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Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2023年第1期40卷 47-59页

作者：孟祥硕肖玲斐马磊明南京航空航天大学能源与动力学院中国南京210016 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室中国杭州310027 南京航空航天大学自动化学院中国南京211106

以六相永磁同步电机直接驱动外啮合齿轮泵的航空电动燃油泵为对象,研究了其流量系统的控制器设计问题,提出了一种基于自适应滑模反馈线性化的预见控制器设计方法。首先,建立六相永磁同步电动机和外啮合齿轮泵的数学模型。其次,利用反馈... 详细信息

以六相永磁同步电机直接驱动外啮合齿轮泵的航空电动燃油泵为对象,研究了其流量系统的控制器设计问题,提出了一种基于自适应滑模反馈线性化的预见控制器设计方法。首先,建立六相永磁同步电动机和外啮合齿轮泵的数学模型。其次,利用反馈线性化方法处理电动燃油泵这一非线性化模型,方便后续预见控制器的设计;接着,采用自适应滑模控制方法消除了由模型不确定性引起的反馈线性化误差,该方法可以将建模误差和负载扰动带来的不确定性分开处理,从而避免较大的切换增益引起抖振,同时不需要精确的不确定性的边界信息,从而提高了控制性能。最后,在反馈线性化得到线性模型上设计预见流量控制器,加快控制系统对燃油指令的响应速度。仿真结果表明,该控制方案具有较快的响应速度、较强的鲁棒性能和优良的抑制抖振能力。

关键词：航空电动燃油泵预见控制自适应滑模控制反馈线性化建模不确定性

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一步法制备生物相容油核微胶囊及其可控释放

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化工学报 2021年第1期72卷 619-627页

作者：石盼颜肖潇王行政冯乐耘陈东浙江大学能源工程学院浙江杭州310027 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027

一步法可控制备生物相容油核微胶囊对工业制备微胶囊及其应用具有重要意义。通过设计微流控器件,成功实现一步法制备尺寸均一可控的生物相容油核微胶囊。利用玻璃毛细管管套管的方法制备了微流控器件。通过外相水凝胶相剪切内相油相得... 详细信息

一步法可控制备生物相容油核微胶囊对工业制备微胶囊及其应用具有重要意义。通过设计微流控器件,成功实现一步法制备尺寸均一可控的生物相容油核微胶囊。利用玻璃毛细管管套管的方法制备了微流控器件。通过外相水凝胶相剪切内相油相得到油核液滴,同时油核液滴和外相水凝胶相在重力作用下脱离管口,形成油核微胶囊,再通过交联水凝胶壳层得到稳定的结构。系统研究了微流控器件结构、内相流速、外相流速等参数对油核微胶囊油核数量、微胶囊直径、壁厚等性质的影响规律。生物相容油核微胶囊作为活性物质的理想载体,可以实现pH改变触发的快速释放和壁厚调节的缓慢释放,为其实际应用奠定了基础。

关键词：微流体学微胶囊生物相容可控释放功能载体微通道凝胶

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轻量节能型液压阀块设计与增材制造

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机械工程学报 2021年第24期57卷 123-131页

作者：张超周雷赵聪汪帅赫泰然祝毅杨华勇浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027 浙江大学机械工程学院杭州310027

增材制造液压元件的设计自由度高,目前主要依赖于人工经验,尚缺乏科学的设计准则和方法来指导增材设计,从而科学有效地设计出轻量化、集成化、节能化程度更高的液压元件。总结了一套传统液压阀块的轻量节能设计方法,提出了降低流道局部... 详细信息

增材制造液压元件的设计自由度高,目前主要依赖于人工经验,尚缺乏科学的设计准则和方法来指导增材设计,从而科学有效地设计出轻量化、集成化、节能化程度更高的液压元件。总结了一套传统液压阀块的轻量节能设计方法,提出了降低流道局部压力损失的3种设计准则:圆弧过渡准则;最大转角半径准则;转弯数最小准则。在此基础上,对液压阀块进行了重新优化设计并采用选区激光熔化技术(Selective laser melting,SLM)制造。与传统原型液压阀块相比,增材制造成形液压阀块的质量减轻了81%,空间体积减小了46%,同时主油路压损降低了20%以上,表明新型液压阀块的设计同时实现了轻量化和液压能传输效率的提高。最后,还提出了一套液压阀块的增材设计流程,可为轻量节能型液压元件的增材设计提供理论指导。

关键词：增材制造选区激光熔化液压阀块轻量化节能

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内曲线径向柱塞马达导轨曲线的优化设计

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华中科技大学学报（自然科学版） 2021年第10期49卷 30-35页

作者：张小龙张军辉张红娟徐兵浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027 宁波斯达弗液压传动有限公司浙江宁波315808

针对内曲线径向柱塞马达内部的冲击问题,提出了一种基于遗传算法的高阶导轨曲线优化设计方法.首先,在考虑惯性力及摩擦力的情况下,建立了导轨的最大接触应力数学模型,并以其最小值作为适应度函数,以无冲击、低脉动作为约束条件,利用遗... 详细信息

针对内曲线径向柱塞马达内部的冲击问题,提出了一种基于遗传算法的高阶导轨曲线优化设计方法.首先,在考虑惯性力及摩擦力的情况下,建立了导轨的最大接触应力数学模型,并以其最小值作为适应度函数,以无冲击、低脉动作为约束条件,利用遗传算法对曲线的系数进行求解.然后,以求解的10阶、11阶导轨曲线为例,对比分析了两者的曲线特性及轨道的反作用力、最大接触应力和马达的脉动率.通过分析对比可知:该设计方法所得到的曲线与常用的等加速导轨曲线相比更光滑、无冲击;与无冲击的修正心形线导轨曲线相比,马达脉动率更低.因此,该导轨曲线设计方法可为对冲击和噪声要求较高的内曲线径向柱塞马达的优化设计提供参考.

关键词：内曲线径向柱塞马达导轨曲线遗传算法低噪声优化设计

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内曲线径向柱塞马达滚柱-柱塞配合间隙优化

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华中科技大学学报（自然科学版） 2021年第8期49卷 8-13页

作者：张小龙张军辉方梓帆赵崇碧浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027 宁波斯达弗液压传动有限公司浙江宁波315808

针对内曲线径向柱塞马达的泄漏和磨损问题,在考虑黏压效应、空化效应、油液压缩性及油沟压力与油膜边界压力的耦合作用下,对滚柱-柱塞摩擦副之间的动静压混合润滑油膜建立非稳态的弹流润滑仿真模型.基于该模型,对比分析了不同的配合间... 详细信息

针对内曲线径向柱塞马达的泄漏和磨损问题,在考虑黏压效应、空化效应、油液压缩性及油沟压力与油膜边界压力的耦合作用下,对滚柱-柱塞摩擦副之间的动静压混合润滑油膜建立非稳态的弹流润滑仿真模型.基于该模型,对比分析了不同的配合间隙尺寸对油膜特性及泄漏的影响.结果表明:减小配合间隙可以降低空化、减小泄漏、提高油沟的静压支撑作用,增加配合间隙则可以提高油膜的动压效应.综合考虑最小油膜厚度、泄漏量和空化三个因素,滚柱-柱塞配合间隙的最优值为0.03 mm.

关键词：内曲线径向柱塞马达滚柱-柱塞摩擦副非稳态弹流润滑油膜特性泄漏

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基于自适应反演的超细金刚线张力控制系统

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中国机械工程 2021年第24期32卷 2995-3000,3007页

作者：周锋郑丽霞沈烨超金波浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027 浙江晶盛机电股份有限公司绍兴312300

针对多线切割机张力控制系统存在库仑摩擦和摆角耦合等较强非线性特征,以及收放卷轮直径变化引起的参数不确定问题,提出了一种基于自适应反演的非线性补偿控制方法。该方法结合实验辨识和自适应参数控制器设计方法分别对多线切割机的多... 详细信息

针对多线切割机张力控制系统存在库仑摩擦和摆角耦合等较强非线性特征,以及收放卷轮直径变化引起的参数不确定问题,提出了一种基于自适应反演的非线性补偿控制方法。该方法结合实验辨识和自适应参数控制器设计方法分别对多线切割机的多轴电机同步运动控制系统和不确定系统参数进行简化分析和在线估计,使用李雅普诺夫稳定性理论保证了系统全局渐近稳定性以及系统状态的有界性。仿真和实验结果表明,所设计的自适应控制器可以实现多轴同步运动,并将张力摆角控制在较小的范围内,获得更高的张力控制精度。

关键词：多线切割机非线性自适应控制多轴同步张力控制

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