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关键词： 难加工材料构件   变齿距铣刀   五轴球头铣削   稳定性预测   工艺参数优化  

摘要： 整体叶盘、叶片等曲面构件是航空航天、能源动力等领域高端装备的关键件,通常服役于高温、高压、高负载等非常规工况,且普遍采用钛合金、高温合金等难加工材料,对表面质量、加工精度和服役性能的要求严苛。然而,此类曲面构件型面复杂,多采用长悬伸刀具五轴球头铣削加工方式,极易出现失稳和精度失控等问题。目前,为保证加工精度,一些整体叶盘生产企业已采用粗-精混合铣工艺。尽管采用该工艺能够有效保证叶型精铣加工时的稳定性,但由于刀具悬伸长,刀具刚性弱,在采用大切削参数开粗时仍有可能发生颤振等问题。为减少异常加工状态的影响,在逐层流道开粗时工艺人员往往选择保守的切削参数,导致加工周期延长、制造成本增加。 变齿距铣刀通过变齿距引起的多时滞能够干扰铣刀前、后刀齿振动的相位差,从而有效抑制颤振的发生。可见,将变齿距铣刀应用到整体叶盘、叶片等难加工材料曲面构件的粗-精混合铣加工中,能够有助于提升铣削的稳定性和效率。国内外学者主要针对铝合金等易切削材料的变齿距三轴铣削过程,开展了动力学建模、工艺参数优化等方面的研究,针对难加工材料五轴铣削的相关研究极为有限。为此,本文以难加工材料曲面构件变齿距球头刀五轴铣削加工为研究对象,从变齿距球头刀铣削力建模、铣削动力学建模、稳定性预测方法和铣削工艺参数优化等方面展开了深入研究,为钛合金等难加工材料曲面构件的高效稳定加工提供了理论基础与技术支持。论文主要研究内容如下: (1)提出并建立了变齿距球头刀铣削力预测模型和系数辨识方法。首先,给出了变齿距球头刀切削刃几何的数学表达式,进而考虑变齿距带来的多时滞效应,导出了变齿距球头刀每齿进给量和瞬时未变形切屑厚度的计算公式。然后,基于机械力学模型,建立了变齿距球头刀的铣削力模型。在此基础上,基于瞬时力法,提出了适用于变齿距球头刀的铣削力系数辨识方法,并通过切削实验进行了验证。最后,基于所建立的铣削力模型和辨识出的铣削力系数,分析了加工参数和齿间角对铣削力的影响规律。测试结果表明:所提方法能够精确辨识变齿距球头刀和钛合金工件组合的铣削力系数。 (2)建立了考虑多时滞、过程阻尼和多模态的变齿距球头刀五轴铣削难加工材料工件过程的动力学模型。首先,给出了五轴球头铣削加工坐标系及其坐标变换矩阵,提出了基于实体-解析法的刀具-工件接触区提取方法。其次,考虑刀具动态特性、变齿距和刀轴矢量对切屑厚度的影响,建立了变齿距球头刀五轴铣削切屑厚度模型。再次,针对难加工材料工件低速铣削工况,分析了过程阻尼的产生机理,建立了铣削过程阻尼模型。最后,在上述工作基础上,考虑刀具系统多模态对铣削动力学模型的影响,提出了综合考虑多时滞、过程阻尼和多模态的变齿距球头刀五轴铣削动力学方程,并给出了动力学方程中多阶模态参数和过程阻尼力系数的辨识方法。测试结果表明:与传统只考虑再生效应的动力学模型相比,采用所提出的五轴铣削综合动力学模型预测的稳定性叶瓣图能更准确地预测实际加工状态。 (3)提出了具有高精度和收敛率的铣削稳定性预测算法。首先,面向单时滞铣削系统,提出了基于辛普森1/3和3/8积分式的混合多步法。该方法采用辛普森3/8积分式逼近铣削动力学方程在第四个离散点处的状态项,并采用辛普森1/3积分式逼近其余离散点处的状态项。然后,面向多时滞铣削系统,提出了基于三点重心拉格朗日插值多项式的拓展混合多步法,采用三点重心拉格朗日插值多项式逼近时滞项,同时采用混合多步法逼近状态项,实现了多时滞铣削系统状态响应的精确逼近。仿真实例表明:与二阶半离散法和四阶全离散法相比,混合多步法具有更好的收敛性和更高的计算精度;拓展混合多步法能够实现对变齿距铣削系统的稳定性精确预报。 (4)提出了变齿距球头刀五轴铣削工艺参数优化新方法。面向变齿距铣刀几何参数优化,定义了可定量表达整体稳定性的稳定域面积,并提出了基于区间二分法的稳定域面积快速计算方法,进而以稳定域面积最大化为优化目标,构建了面向五轴铣削过程中球头刀的齿间角优化模型,实现了在给定主轴转速范围内最优齿间角组合的获取。面向变齿距五轴铣削参数优化,以材料去除率最大为优化目标,构建了考虑铣削力、铣削稳定性等多约束条件下的主轴转速和每齿进给量的优化模型,实现了无颤振高效五轴铣削参数的准确获取。结果表明:相比常规铣刀,采用最优齿间角铣刀加工时可提高临界切深;相比优化前的铣削参数,采用优化后的铣削参数能够保证加工过程的稳定性和提升加工效率。 (5)进行了钛合金工件的变齿距五轴铣削加工验证。基于所提出的变齿距球头刀五轴铣削工艺参数优化方法,优化了变齿距球头刀的齿间角和叶片外周开粗过程中的主轴转速和每齿进给量,并使用设计的变齿距球头刀和优化后的铣削参数进行了叶片的外周开粗实验。仿真结果表明:与常规铣刀相比,采用优化后的变齿距球头刀显著提升了铣削过程的整体稳定性;与刀具手册推荐的铣削参数相

关键词： 快电子碰撞   非弹性X射线散射   动力学参数   四氟化碳   碘甲烷   二氧化氮   乙炔  

摘要： 原子、分子、离子和电子广泛存在于等离子体、行星大气、星际介质以及各种生物、化学反应中,所以这些学科的发展都与原子分子物理紧密相关。与此同时,一些学科的交叉又恰好发生在原子分子这一尺度,例如等离子体物理、天体物理、大气物理、量子化学、生物医学等等。因此,原子分子物理是一门非常基础且重要的学科,而激发态的能级结构以及动力学参数则是其最核心的研究内容之一。伴随现代谱学技术的快速发展,对能级间隔的测量已经极为精准(10-18),但动力学参数的测量精度仍非常有限(通常为几到几十个百分点)。与此同时,无论是基于实验测量还是理论计算,目前已获取的原子分子动力学参数基准数据仍非常有限。此外,在多电子散射体系中,相关的物理机制研究仍面临很多的不确定性和争议。所以,通过不同的实验技术测量高精度的动力学参数并互相交叉检验,不仅有利于我们深入理解原子分子的电子结构和散射机制,还能够补充原子分子动力学参数的基础数据库,进而对其他的相关学科发展起到重要推动作用。 目前,研究原子分子结构及其动力学参数的主要技术手段有光吸收、电子碰撞以及非弹性X射线散射方法等。其中,光吸收和电子碰撞方法出现的时间较早,历史上已经积累了大量的动力学参数基准数据。非弹性X射线散射方法则不同,它在原子分子动力学参数领域的应用时间极短。作为一种新方法,光散射可以交叉检验现有的实验数据,进而揭示新的原子分子散射机制。另外,虽然快电子碰撞与非弹性X射线散射是两种完全不同的实验方法,但两者之间存在密切的联系。 本论文基于快电子碰撞及非弹性X射线散射方法,分别研究了 CF4、CH3I、NO2以及C2H2分子激发态的动力学参数,取得了以下的成果和创新点: 1.利用快电子散射方法,在约80meV的能量分辨下,测量了 CF4分子价电子激发的广义振子强度和光学振子强度,并首次获得了3p←1t1和3s←4t2跃迁的广义振子强度。对比已有的实验结果发现,3s←1t1跃迁由两个能峰构成,其中12.91 eV处的能峰与3p←1t1跃迁的广义振子强度表现出一致的动量转移依赖行为,有力地支持了3s←1t1跃迁从相邻偶极允许跃迁3p←1t1借强度的假设。另外,我们还基于BE-scaling方法获得了 CF4分子各激发态从激发阈值到5keV的的积分截面,其中3p←1t1和3s←4t2跃迁的截面之和与已有的实验结果符合良好; 2.利用快电子散射方法,在约80meV的能量分辨下,首次测量了CH3I分子低激发态的广义振子强度,并通过Lassettre公式外推获得了相应的光学振子强度。CH3I的最低电子激发态(A带)由3Q1、3Q0和1Q1构成,通过观察它们的广义振子强度随动量转移的依赖行为,我们发现3Q0由偶极允许跃迁主导,而3Q1和1Q1由偶极禁戒跃迁主导,自旋轨道相互作用和势能曲线交叉对A带的广义振子强度有重要影响。另外,借助BE-scaling方法我们还获得了 CH3I分子里德伯跃迁及其相应振动态的BE-scaled积分截面以及A带的Born截面,进而通过求和得到了 CH3I分子第一电离阈以下的激发总截面; 3.利用快电子散射方法,在约70 meV的能量分辨下,测量了 NO2分子价电子激发的广义振子强度和光学振子强度。这些跃迁的广义振子强度随动量转移的依赖行为表明它们都是电偶极允许的。对比已有实验结果,发现二聚体N2O4的存在会显著影响NO2的光吸收截面测量结果,尤其是对于7a1←4b2和2b1←1a2跃迁。另外,基于BE-scaling方法我们首次获得了 NO2分子各激发态的BE-scaled积分截面,补充了 NO2分子的基础数据库; 4.利用非弹性X射线散射方法,以约70 meV的能量分辨,测量了 C2H2价壳层激发的广义振子强度。对比已有的快电子碰撞结果发现,这两种实验方法得到的数据在小动量转移下符合很好,但随着动量转移的增加符合程度逐渐变差。这表明非弹性X射线散射方法可以作为电子碰撞的高能极限,严格检验电子能量损失谱方法中的一阶玻恩近似是否成立。另外,通过交叉检验现有的光学振子强度数据,我们发现线饱和效应会导致光吸收结果偏低,尤其是对于强度大且峰宽窄的跃迁。

关键词： 角鲨烯   猝灭单线态氧   降解动力学   动力学参数   降解产物   DFT方法   降解机制  

摘要： 角鲨烯是一种天然存在于植物油中的重要萜类化合物,在许多生物学过程中具有重要的生理功能,近几年来,植物油中的角鲨烯引起了人们的关注,但由于角鲨烯由6个异戊二烯单元组成的特征化学结构,易被氧化,这可能会导致油脂中角鲨烯的营养功能和抗氧化作用下降甚至丧失。因此,有必要了解在不同的环境下角鲨烯在植物油中的抗氧化作用及降解机制。本文拟在不同温度条件下,研究角鲨烯在大豆油中的抗氧化作用、降解动力学以及氧化产物的定性、定量,并通过DFT方法推测降解机制。这些结果有助于更深入地理解角鲨烯在油脂中的抗氧化机制,为其在食品工业和医药领域的应用提供理论基础。 首先,通过DPPH、ORAC、ABTS、FRAP、猝灭单线态氧实验评估500、1000、1500、3000μmol/L角鲨烯的体外抗氧化能力,结果表明角鲨烯具有较强的变价金属还原能力,此外角鲨烯是一种有效的单线态氧猝灭剂,在乙醇中的单线态氧猝灭速率常数（kr+kq）为3.80×10～7,角鲨烯的化学猝灭占总单线态氧猝灭的50.79%。 其次,在165-210℃加热条件下大豆油中的角鲨烯符合一级降解动力学（R2=0.9998-1.000）,指数前因子k0和表观活化能Ea分别为1.26×10-3和30.37 k J/mol。通过热力学参数可知,角鲨烯在大豆油中的降解范围内表现出相当大的耐热性,但不易长时间高温加热,且角鲨烯降解是一种吸热的非自发反应,与反应物相比,过渡态具有较低的结构自由度。 最后,通过在60℃和180℃模型中监测大豆油的氧化指标发现角鲨烯添加量为1500μg/g对大豆油保护效果较好。通过气相色谱串联质谱法检测大豆油在60℃和180℃下的降解产物并进行定量分析,结果表明在60℃下检测到5种挥发性成分和7种非挥发性成分;在180℃下检测到6种挥发性成分和8种非挥发性成分。其中2,3-环氧角鲨烯为主要的降解产物,其次为醇类化合物。并结合DFT方法推测出角鲨烯的降解机制,提出了角鲨烯的热降解途径:通过角鲨烯氢过氧化物的裂解形成烷氧基,然后在相邻的C–C键处的烷氧基发生β-裂解或分子内环化,形成醛、酮、醇和环氧化合物。

关键词： 影响因素   动力学参数   泥石流流态   阻力特性  

摘要： 本研究通过对蒋家沟流域典型泥石流沟的野外现场调查和资料收集,以室内土工试验和水槽实验相结合的方式为主要研究手段,开展了不同因素对泥石流动力学参数影响的研究,分析了泥石流动力学参数的变化规律,阐明了不同特征粒径、密度、规模和坡度对泥石流动力学参数的影响,揭示泥石流运动流态对基底阻力的响应规律,推导出泥石流流态与基底阻力的计算公式,为泥石流的防灾减灾提供参考依据。主要结论如下: （1）实验分析了不同特征粒径、密度、规模和坡度对泥石流动力学参数的影响。多元线性回归分析发现,对泥石流流速贡献最大的是泥石流密度（标准化系数0.64-0.68）,对泥石流流深贡献最大的是泥石流规模（标准化系数0.88-0.90）,对泥石流剪切应力贡献最大的是泥石流密度和规模（标准化系数0.31-0.54,0.41-0.47）,对泥石流正应力贡献最大的是泥石流密度和规模（标准化系数0.38-0.60,0.65-0.81）,泥石流孔隙水压力贡献最大的是泥石流密度和规模（标准化系数0.44-0.60,0.44-0.73）,特征粒径对泥石流动力学参数的影响贡献较小（标准化系数0-0.23）。 （2）对于规模为0.1 m3的泥石流,泥石流龙头拜格诺数NBag大部分小于临界值200,萨维奇数NSav大部分小于临界值0.1,摩擦数NFric大部分小于临界值2000。因此,泥石流龙头的流态特征为粘性剪切应力相对于颗粒摩擦应力和颗粒碰撞应力,对泥石流运动影响占据主要作用。泥石流规模的增加（从0.1 m3到0.2 m3）,流态特征发生了显著变化。泥石流在断面X1=1.5 m处摩擦数NFric大部分大于2000,流态特征由粘性剪切应力主导转变为颗粒摩擦应力主导。 （3）通过分析不同密度泥石流的曼宁系数,稀性泥石流在断面曼宁系数平均值在0.014-0.023之间,过渡性泥石流在断面曼宁系数平均值在0.013-0.025之间,粘性泥石流在断面曼宁系数平均值在0.018-0.027之间。不同密度泥石流的曼宁系数差异较小,表明泥石流运动阻力主要由颗粒间的相互作用力和液相浆体的粘性剪切应力构成。 （4）泥石流运动流态无量纲数(拜格诺数NBag、萨维奇数NSav、摩擦数NFric)与泥石流基底阻力呈现出幂函数关系,泥石流运动流态能够反映固体颗粒间的相互作用、液相浆体粘性剪切应力对泥石流基底阻力的主导作用,为泥石流的防灾减灾提供参考依据。

关键词： 延迟性肌肉酸痛   拉伸训练   振动泡沫轴   运动表现   肌肉力量  

摘要： 研究目的:本研究目的是通过振动泡沫轴联合静态拉伸对延迟性肌肉酸痛运动表现的研究,并探究振动泡沫轴联合静态拉伸与单一干预方案的效果差异,为运动爱好者尽快从延迟性肌肉酸痛中恢复提供理论依据。 研究方法:在武汉体育学院运动医学院招募48名男性大学生随机分为4个组,即空白对照组(Control group,CON组,n=12)、振动泡沫轴组(Vibration group,VIB组,n=12)、拉伸组(Tensile group,TEN组,n=11)、联合组(Combined group,COM组,n=11)。采用负重深蹲的方式诱导股四头肌延迟性肌肉酸痛,深蹲负荷统一选取最大深蹲重量的60%。受试者热身后进行7组10次的负重深蹲,每组完成后休息2～3min。运动总时间为30～40min。以受试者进行运动造模前测定的值为基线水平,分别在基线、造模后即刻、造模后24h、造模后48h、造模后72h进行六级疼痛评分(SSPP)、视觉模拟评分(VAS)、关节活动度(ROM)、最大等长肌力、纵跳高度、血清肌酸激酶(CK)等各指标的测试。 研究结果:(1)VAS结果显示时间主效应有显著性差异(P<0.01),时间与组别的交互效应有显著性差异(P<0.01),VIB组、SEN组和COM组与CON组有显著性差异(P<0.05),VIB组和SEN组无显著性差异(P>0.05),VIB组和SEN组与COM组有显著性差异(P<0.05)。六级疼痛评价法结果显示时间主效应有显著性差异(P<0.01),VIB组、SEN组和COM组与CON组有显著性差异(P<0.05),VIB组和SEN组有显著性差异(P>0.05),VIB组和SEN组与COM组有显著性差异(P<0.05)。 (2)膝关节屈曲活动度结果显示时间主效应有显著性差异(P<0.01),时间与组别交互效应有显著性差异(P<0.01)。CON组在即刻、24h、48h、72h与基线水平有显著性差异(P<0.05),VIB组和SEN组在24h、48h、72h与基线水平有显著性差异(P<0.05)。VIB组在24h、48h、72h与CON组显著差异(P<0.05),SEN组和COM组在造模后的四个时刻均与CON组有显著性差异(P<0.05)。 (3)髋关节屈曲活动度结果显示时间主效应有显著性差异(P<0.01),时间与组别交互效应有显著性差异(P<0.01),COM组与CON组有显著性差异(P<0.05),VIB组和SEN组无显著性差异(P>0.05),VIB组和SEN组与COM组有显著性差异(P<0.05)。 (4)髋关节伸展活动度结果显示时间主效应有显著性差异(P<0.01),时间与组别交互效应有显著性差异(P<0.01),干预后组间比较VIB组、SEN组和COM组高于CON组(P<0.05)。VIB组在造模后24h、48h、72h结果均与CON组有显著性差异(P<0.05),SEN组在造模后48h、72h与CON组有显著性差异(P<0.05)。COM组在造模后即刻、24h、48h、72h结果均与CON组有显著性差异(P<0.05)。 (5)最大等长肌力结果显示时间主效应有显著性差异(P<0.01),时间与组别交互效应有显著性差异(P<0.01),结果显示CON组和VIB组造模后的即刻、24h、48h、72h结果均与基线水平有显著性差异(P<0.05),SEN组在造模后的即刻、24h、48h结果均与基线水平有显著性差异(P<0.05),COM组在造模后的24h、48h结果均与基线水平有显著性差异(P<0.05)。VIB组在造模后48h的结果CON组有显著性差异(P<0.05),SEN组和COM组在造模后的24h、48h、72h结果均与CON组有显著性差异(P<0.05)。 (6)纵跳结果显示时间主效应有显著性差异(P<0.01),时间与组别交互效应有显著性差异(P<0.01),单独效应分析得出,VIB组、SEN组和COM组与CON组有显著性差异(P<0.05),VIB组、SEN组和COM组无显著性差异(P>0.05),VIB组和COM组在48h、72h的结果与CON组有显著差异(P<0.05)。 (7)坐位体前屈结果时间主效应有显著性差异(P<0.01),时间×组别交互效应有显著性差异(P<0.01),VIB组、SEN组和COM组与CON组有显著性差异(P<0.05),VIB组、SEN组和COM组无显著性差异(P>0.05)。VIB组在24h、48h、72h结果均与CON组有显著性差异(P<0.05),SEN组和COM组在造模后的四个时刻均与基线水平有显著性差异(P<0.05)。 (8)肌酸激酶结果显示时间主效应有显著性差异(P<0.01)。干预后组间比较VIB组和COM组与CON组有显著性

关键词： 沉积物   磷   吸附动力学   固体浓度   溶质运移-反应模型  

摘要： 磷是控制水体富营养化的关键因素,而表层沉积物是磷的重要来源和归宿。表层沉积物与磷的相互作用对水体富营养化防治有重要的影响,探讨沉积物吸附磷的动力学过程对研究沉积物与磷的相互作用至关重要。部分研究在探讨沉积物吸附磷的动力学参数时,使用了批次试验法、流通混合试验法等,但其存在操作过程繁琐、改变原位沉积物状态等缺点,影响使用获得的参数对沉积物吸附磷的动力学过程模拟的准确性;而流通短柱法不仅保留了表层沉积物的孔隙结构和微生物,且能实现长时间持续试验,使其在研究原状沉积物方面具有更大的优势。 本文以张村河水质净化厂出水口附近典型尾水型河段的表层沉积物为研究对象,通过对磷吸附动力学试验,探究了不同磷浓度和不同固体浓度对表层沉积物吸附磷动力学参数的影响,探讨了批次试验、流通搅拌试验和流通短柱试验结果的差异并进行适宜条件的讨论。另外,本文基于R语言建立一维溶质运移模型,并模拟流通短柱试验的磷吸附动力学过程,并应用不同试验方法的吸附动力学参数预测出水磷浓度。主要研究结果如下: （1）在批次试验中使用改进F型曲线对试验数据进行拟合,得到沉积物中的初始磷含量较小,为1.96×10-4 mg/g,可以忽略初始磷含量对吸附过程的影响。根据批次试验法和流通混合试验法得到的不同动力学模型的R2比较,准一级反应动力学模型更适合张村河表层沉积物吸附磷的动力学过程;溶液浓度相同条件下流通短柱试验得到的平衡吸附量Qe与流通混合试验得到的平衡吸附量Qe差别不明显,且都大于批次试验,吸附动力学常数k由大到小排序分别为:批次试验、流通混合试验、流通短柱试验。 （2）根据沉积物剖面的吸附动力学发现,在沉积物深度从1 cm增加到5 cm时,平衡吸附量Qe从7.275 mg/g减小到4.395 mg/g,这可能与氧化还原条件有一定关系,还有可能与表层沉积物孔隙度略大有关;吸附速率常数k变化范围在0.001左右,说明在这个范围内不同层沉积物的差异对吸附速率常数的影响不大。 （3）根据不同试验得到的固体浓度拟合曲线,得到固体浓度在283 g/L的情况下,批次试验和流通混合试验的吸附几乎都是一瞬间完成的,并没有讨论动力学的意义,因此使用这两种试验方法得到的吸附动力学参数进行数值模拟可能导致结果的偏差较大。流通短柱试验的试验结果拟合较好,说明流通短柱试验更适合研究表层沉积物吸附磷的动力学过程,并且适合应用于表层沉积物早期成岩模拟的吸附动力学参数。 （4）对批次试验和流通混合试验中固体浓度为2 g/L、5 g/L、10 g/L下的吸附动力学进行数值模拟预测其出水浓度,发现拟合效果较好。但随着固体浓度的上升,模拟结果开始出现较大的偏差,说明在固体浓度效应的影响下,批次试验法和流通混合试验法的适用性需要进一步探讨。