关键词： 质子交换膜燃料电池   微孔层   机械应力   有限元分析  

摘要： 微孔层在质子交换膜燃料电池中起着水-气-热-电传输的重要作用，在机械应力作用下的变形及微结构的破坏将严重影响这种传输作用。本文首先实验制备微孔层并进行表征，量测其应力-应变关系。然后基于实验表征获得的特性参数，随机数值重构出微孔层的三维微观结构。使用有限元方法模拟其在不同机械作用下的形变，分别获得碳颗粒和聚四氟乙烯（PTFE）在不同应变下的位移-应力分布。结果表明：机械作用会使微孔层微结构产生显著应变，且位于应力施加侧表面应力和应变最大，更易产生应力集中现象。随着机械应变的增加，在受力方向上，应力会呈指数形式增大。当应变为10%时，碳颗粒和PTFE上的应力的最大值约为31.385 MPa和14.873 MPa。当应变增加到40%时，应力的最大值变为160.03 MPa和96.165 MPa，此时应力集中最为明显。微孔层中应力集中区域会随着应变的增大而明显变大。

关键词： 薄膜   自支撑   有限元分析   极紫外波段   光学制造  

摘要： 金属及非金属材料均可用于制备具有极紫外波段高透射率的超薄自支撑薄膜滤片。不当的工艺参数和实验条件设置，都会直接导致制备过程中的薄膜发生破裂。本文使用有限元仿真模拟了自支撑薄膜的关键制备步骤，仿真计算出了薄膜在不同情况下受到的等效应力。结果表明：薄膜样品垂直于液面时，其所受的等效应力最小；“放液转移”过程中，流体流速越大，其对薄膜施加的等效应力越大；且薄膜等效应力集中分布在外部支撑框架的内径边缘附近处。基于上述仿真结果进行改良的制备流程更加稳定，降低了不利工艺条件和参数对薄膜转移过程产生的负面影响以及人为因素带来的不确定性，改善了脱膜制备工艺的可重复性，提高了超薄自支撑极紫外薄膜滤片的制备良品率。

关键词： 能量采集   MFC   频域响应   有限元分析   压电效应   低频谐振   COMSOL   压电材料  

摘要： 机械振动是环境中常见的运动形式，对其进行能量采集可以满足无线传感节点等低功耗器件的用电需求，压电式发电具有良好的应用前景。针对压电式发电因压电材料的不足而受到限制的问题，文中设计了一种基于MFC(Macro Fiber Composite)的压电振动能量采集器，利用了圆环型结构的大变形振动和MFC良好的柔韧性实现了低频振动能量采集。研究了MFC压电片在圆环不同位置的输出性能，结果显示当MFC压电片与导柱夹角为97°时，采集器的输出电压达到峰值。通过有限元仿真和实验对比验证发现采集器的共振频率为3.8 Hz，在0.3 g激励下，共振时实验样机的输出电压为6.60 V，功率达到0.17 mW，仿真和实验结果基本一致。

关键词： 滚刀破岩   切削力   有限元   掘进试验   CSM  

摘要： 由于目前工程上常用的常截面盘形滚刀受力与传统滚刀受力模型不适应问题，本研究旨在建立更准确的常截面盘形滚刀破岩受力规律，以指导实际工程的设计和施工。为实现这一目标，本文使用有限元方法建立滚刀破岩三维旋转切割模型，有效模拟滚刀破岩过程。通过计算，得出常截面盘形滚刀破岩时的切削力，并与实验数据和文献数据进行比较，结果表明滚刀的切削力与实际情况较为吻合，验证了仿真模拟的可靠性。开展滚刀破岩掘进试验，试验结果表明所测滚刀垂直力随时间变化曲线与仿真结果一致，呈波动特征，且滚刀切削力试验值与仿真数据误差较小。将本文仿真数据与科罗拉多矿业大学（CSM）模型对比，发现整体结果较CSM模型值偏大，但与实验值更接近。通过对仿真模型岩石强度、掘进加载速率、刀刃宽度三个因素进行参数敏感性分析，研究得出在相同贯入度下，垂直力随上述因素的增大而提高，但掘进加载速率对垂直力的影响较小。

关键词： 双搭接   复合材料连接结构   钉载均匀化   钉孔间隙   组合优化策略   有限元   NLPQL算法  

摘要： 提出了一种基于最优曲线概念的钉孔间隙参数优化方法，该方法可以实现对任意双搭接复合材料连接结构钉载均匀化的快速寻优。本文针对钉孔间隙，将最优拉丁超立方算法和NLPQL算法相结合，采用组合优化策略，实现了连接结构螺栓的均匀承载。之后基于最优钉孔间隙的分布，提出最优曲线概念。并基于最优曲线，实现了对双搭接复合材料连接结构钉载均匀化的快速寻优。然后，分别针对拧紧力矩、螺栓个数、结构参数对最优曲线的影响，设计了多种连接结构，通过数值仿真，对最优曲线的适用性进行研究。研究表明利用最优曲线均可以将连接结构螺栓载荷最大程度均匀分布，对于六排螺栓连接结构可将承载能力提升达15%以上。

关键词： 焊接变形   焊接应力   焊接顺序   热循环曲线   有限元  

摘要： 钛合金常用于各类飞行器舵翼部件的蒙皮-骨架结构中，在兵器、航空航天行业受到了广泛关注。本课题以钛合金蒙皮-骨架结构激光焊接变形为研究对象，利用热循环曲线法模拟了焊接顺序对焊接变形与应力的影响规律，通过在焊接生产过程中加入翻转工艺显著降低了焊接变形与残余应力。结果表明，优先焊接蒙皮中心区域焊缝，并在焊接过程加入翻转，可以使峰值焊接应力从原始的1 027.18 MPa降低到745.30 MPa，降低了27.4%；特征点P1、P2、P3处变形由原始的0.168 mm、0.178 mm、0.198 mm减小至0.066 mm、0.028 mm、0.021 mm，分别减小60.7%、84.3%和89.4%。利用激光三维扫描仪测量了蒙皮-骨架结构激光焊接变形量，与实验测量结果相比，模拟结果平均误差为9.98%，验证了有限元模型和优化焊接顺序的准确性。

关键词： 离散元模拟   柔性耦合边界   固结不排水三轴   流体耦合算法   饱和土  

摘要： 针对目前离散元（DEM）中柔性耦合边界无法模拟不排水三轴试验的现状，将流体耦合算法（CFM）与柔性耦合边界构建方法结合起来，从而将柔性耦合边界扩展到不排水三轴试验模拟中。首先，通过CFM与DEM耦合实现了刚性边界下饱和土的固结不排水（CU）三轴试验模拟，将结果与常体积法（CVM）进行对比，验证了CFM-DEM耦合的可靠性。其次，进行了柔性耦合边界下饱和土的CU三轴试验模拟，将其与刚性边界下的模拟结果进行对比，证明了柔性耦合边界的优势。最后，采用基于柔性耦合边界的CFM-DEM模型进一步模拟了不同初始孔隙率饱和土试样的CU三轴试验，研究了不同初始孔隙率试样的不排水剪切特性，结果表明提出的模拟方法可以重现室内试验中孔隙率造成的试样应力路径的转变，初步证明所提出方法的有效性。该方法为进一步从细观角度认识饱和土的不排水剪切特性提供基础。

关键词： 鲜枸杞   真空预冷   压缩   力学特性   物理参数  

摘要： 真空预冷技术能够有效的消除枸杞采摘后的田间热和呼吸热，然而真空预冷压力引起的鲜枸杞损伤机理尚不明确。为深入探究真空压力对鲜枸杞的力学特性影响，该文对不同真空预冷终压下鲜枸杞的力学规律进行研究和模拟。设置了不同真空预冷终压条件（500～800、800～1 100、1 100～1 400 Pa），利用质构仪对鲜枸杞进行纵向和横向压缩，对应力-应变曲线进行线性拟合，求得鲜枸杞在压缩破裂时的破裂力、弹性模量、破裂能、以及刚度，对4组样品横向压缩进行有限元模拟，建立有限元模型。结果表明，真空预冷终压对鲜枸杞的力学性质具有显著影响。对比空白对照组的纵向压缩和横向压缩，其他3组不同预冷终压条件下的鲜枸杞弹性模量均有下降，其中横向压缩时800～1 100 Pa组下降最小，纵向压缩时1 100～1 400 Pa组下降最小。经过有限元模拟发现受力位置及赤道面的应力应变最大，并沿赤道面向外扩散。4组模拟试验模拟值与试验值的误差均在20%以内。该研究将为预冷保鲜技术和设备升级提供理论指导。

关键词： 扫描电镜/X-射线能谱   电感耦合等离子体质谱   无机射击残留物   方法比较  

摘要： 采用扫描电镜/X-射线能谱(SEM/EDS)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定77式手枪的无机射击残留物(IGSR)，并对结果进行了比较分析和综合考察。结果表明：SEM/EDS在IGSR颗粒显微成像以及定性方面可以对ICP-MS检验结果进行验证，但IGSR颗粒载体和计数规则对SEM/EDS结果有较大影响；ICP-MS不易受IGSR颗粒载体的成分影响且定量准确可靠，是SEM/EDS方法的有益补充，可用于IGSR的现场分布规律研究；SEM/EDS和ICP-MS结合可提高结果的分析效率和可靠性，有利于IGSR检验数据的合理解释。

关键词： 响应面方法   径向基函数   热点温度   鲸鱼优化算法   油浸式变压器   挡板结构优化  

摘要： 热点温度过高会严重影响变压器运行稳定性，为提高变压器运行稳定性，本文以降低变压器绕组热点温度为优化目标，采用径向基函数（RBF）响应面模型优化变压器绕组挡板尺寸，改善油流分布以实现更好的散热。为提高RBF响应面模型的拟合精度，本文采用鲸鱼优化算法（WOA）对径向基函数的超参数值进行优化，并与传统网格搜索（GS）寻优方法和定参RBF模型进行对比。对比结果表明对于超参数优化问题，在拟合精度占优的前提下，WOA优化效率是GS寻优方法的3.13倍。在此基础上，本文基于WOA-RBF响应面模型对绕组挡板结构尺寸进行优化，优化后的热点温度相较于初始结构的热点温度降低了3.81℃，相对于全场域的最大温升降低了13.42%，并有效地降低了绕组整体温升。同时将本文所提算法与遗传算法(GA)优化结果进行对比，在保证精度的同时，WOA-RBF响应面模型优化效率是GA的13.41倍。根据上述结果分析可知，本文所提算法具有很好的优化性能，同时相比于遗传算法，在保证优化精度的同时，可以显著地提高优化效率。