仿生多瓣式锥型月壤钻采机构研究

针对月球表面钻孔勘探的需求,基于竹象虫钻食竹笋和蚯蚓在土壤中蠕动前进的机理,设计了一种集钻探、采样和储样功能于一体的可开闭、蠕动进给的仿生多瓣式钻采机构。钻采机构采用分段式设计,由分瓣式锥形钻头、主机架和副机架3个部分组成。针对分瓣式锥形钻头的不同部位进行力学和钻进排屑性能分析,建立了钻头与月壤相互作用力学模型,并以此为基础对钻头结构参数进行优化设计。研究结果表明,锥形基体所受的径向挤压力与半锥角成反比。     

空间展开机构设计及其动力学分析

随着航天事业的发展,越来越多的宇航工程中会应用一些大型的在轨机构,以满足不同的任务需求,本文设计了一种可应用于航天器太阳翼的圆形空间展开机构。主要包括同步机构的设计、自锁铰链的设计以及驱动机构的设计,最后基于Adams以及RecurDyn两种多体动力学仿真软件分别对本文所设计的驱动机构和四单元扇形空间展开机构进行了动力学仿真,结果表明本文所设计的空间展开机构可实现多级展开,并具有展开的可靠性和可控性。     

SDUV-FEL光学系统控制改进

上海深紫外自由电子激光实验装置(SDUV-FEL)光学系统控制基于EPICS系统框架,通过其各种软硬组件实现了对光路控制,光束品质测量等功能。改进措施从Basler CCD探测器集成出发,绘制了新的OPI,设计了步进电机串口网络控制系统。这些工作将进一步地提高光学系统的简洁性和集成度,使其更加稳定,易于操作并且便于维护。     

PCrNi3Mo钢表面磁控溅射CrN涂层工艺优化及性能

采用磁控溅射技术在PCrNi3Mo钢表面沉积了CrN涂层。利用激光共聚焦显微镜、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪、X射线衍射仪(XRD)对涂层的形貌、硬度与弹性模量和相结构进行了表征,研究了基体负偏压、溅射电流和N2/Ar流量比对溅射涂层结构和力学性能的影响。结果表明:在基体负偏压为100 V、溅射电流为0.2 A、N2/Ar流量比为1时溅射的CrN涂层质量最佳,其硬度和弹性模量分别为21.38 GPa和272.71 GPa,较PCrNi3Mo钢基体的硬度(5.57 GPa)与弹性模量(258 GPa)明显提高。     

火炮身管内壁磁控溅射氮化物层的性能

为了提高火炮身管的力学硬度和弹性模量,在PCrNi3 Mo钢表面磁控溅射了TiAlN,CrAlN 2种氮化物防护层.利用激光共聚焦显微镜、X射线衍射仪(XRD)对2种溅射层的形貌及结构进行了表征,采用纳米压痕仪测试了基材与2种溅射层的硬度和弹性模量.结果表明:CrAlN层表面相对平整光滑致密,表面粗糙度较小(Ra=0.004～0.006μm),TiAlN层表面粗糙度相对较大(Ra=0.005 ～0.021μm);CrAlN层表面生成的主晶相为CrN,TiAlN层表面生成的主晶相为TiN,2种晶相分别沿(110)和(200)面呈现择优取向;CrAlN层硬度和弹性模量分别为20.39,288.8 GPa,TiAlN分别为14.51,267.70 GPa,较基材(5.57,258.00 GPa)均有显著提高,其中CrAlN层提高最为显著.     

仿甲虫鞘翅轻质结构及其参数优化设计

为研发新型轻质结构,在对甲虫鞘翅断面微结构进行观测的基础上,分析了甲虫鞘翅的微观结构特征,并据此设计和制备了基于碳纤维/环氧树脂复合材料的仿生轻质结构。对仿生轻质结构进行准静态压缩试验,同时利用有限元法对仿生轻质结构进行压缩性能分析,并将分析结果与试验结果进行对比,证明了有限元分析的正确性和可靠性。在此基础上进一步利用响应面法对仿生轻质结构进行参数优化设计。结果显示:压缩载荷下仿生轻质结构的最大承载力为18 455.00N,较优化前结构的提高了26.4%,压缩比强度为47.43 MPa/(g·cm-3),优化效果显著。     

炮钢表面电弧离子镀NiCoCrAlYSi涂层的高温氧化行为

采用电弧离子镀技术在炮钢表面制备NiCoCrAlYSi涂层,涂层在空气中950℃恒温氧化100h,借助XRD、SEM和EDS对涂层及氧化产物进行分析,研究其高温氧化行为。结果表明,包覆NiCoCrAlYSi涂层的炮钢极大的提高了其高温抗氧化性,涂层表面主要形成了连续、致密的α-Al2O3氧化膜,涂层氧化动力学曲线符合抛物线规律;同时,由于电弧离子镀涂层存在的针孔缺陷,O2会进入到涂层内部,并在针孔内和涂层与炮钢基体的界面反应形成富Al的氧化物。     

具有层状纤维缠绕的仿甲虫鞘翅轻质结构的设计及其力学性能分析

在对鞘翅断面微结构观测的基础上,分析了鞘翅的微观结构特征。设计了具有层状碳纤维缠绕的仿生轻质结构,并利用有限元法对其进行了力学性能分析。同时制备出了仿鞘翅结构复合材料模型,并进行了准静态压缩实验。将实验结果与有限元分析结果进行比较,证明了有限元分析结果的有效性。在此基础上,进一步比较了两种不同纤维缠绕方式的仿生轻质结构的力学性能,证明了两层交错纤维缠绕的仿生结构设计是合理的。     

超声空化微射流建模与仿真

为探求功率超声珩磨中空化作用产生的微射流对壁面的冲击作用,考虑液体压缩性,基于连续方程及动量方程,建立了壁面峰值压力及滞止压力公式。应用耦合欧拉拉格朗日（CEL）方法建立了微射流冲击壁面的有限元模型,并对壁面压力、壁面变形等进行了数值研究。结果表明：壁面的峰值压力、最大变形深度及最大等效应变均出现在射流冲击的边缘;铝板在微射流冲击后出现深约0.11μm的凹坑,并在凹坑边缘有材料隆起;壁面塑性变形主要发生在冲击前期,等效应变呈环形分布。空化微射流的冲击有利于材料的去除。