中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

排序：

[学位论文] 程准南京农业大学 2020年博士导师: 鲁植雄共367页

摘要 : 拖拉机是农业生产中的主要动力机械，对拖拉机进行垂向、横向以及纵向动力学分析是正确评估和改善其使用性能的关键。当前，对拖拉机振动、转向和支撑通过性能的研究在关键参数辨识、估测精度提高以及模型应用等方面有一定局限性。此外，拖拉机动力性... 展开拖拉机是农业生产中的主要动力机械，对拖拉机进行垂向、横向以及纵向动力学分析是正确评估和改善其使用性能的关键。当前，对拖拉机振动、转向和支撑通过性能的研究在关键参数辨识、估测精度提高以及模型应用等方面有一定局限性。此外，拖拉机动力性和经济性主要决定于动力、传动系统的特性。液压机械无级变速器(HMCVT)是现阶段实现拖拉机无级变速传动的主要装置，但在我国拖拉机上鲜有实际应用，其效率特性分析与提高、优化设计、变速控制研究尚待进一步完善。基于此，本文围绕与拖拉机使用性能相关的系统动力学展开研究，在振动、转向和支撑通过性能方面，重点进行了动力学模型建立、估测精度提高、关键参数辨识和模型应用研究;在动力和经济性能方面，重点进行了无级变速传动系统的特性分析、性能改进、优化设计和变速控制研究。同时，本文研究综合运用了改进的模拟退火(SA)算法、改进的粒子群(PSO)算法、改进的人工鱼群算法(AFSA)、改进的遗传算法(GA)、特征降维方法、偏最小二乘法(PLS)、逐步回归、径向基核函数神经网络(RBF-NN)、插值法、响应面法等方法。论文主要研究工作和成果如下: (1)进行了拖拉机垂向振动与路面不平度研究。采用拉格朗日第二方程分别建立了拖拉机2输入3自由度和3输入4自由度振动模型，并对比验证了模型精度。提出了一种拖拉机振动参数未知时模型建立与误差补偿方法。该方法结合部分工况的垂向动力学响应，采用改进SA算法辨识振动参数，并应用回归分析和RBF-NN分别补偿了模型误差。采用3自由度模型和虚拟样机模型分别进行了拖拉机在随机激励和脉冲激励作用下的垂向振动特性分析。结果表明，座椅系统的刚度和阻尼应在其可取范围内尽可能取小;拖拉机受脉冲激励后，驾驶员座椅处垂向振动频率范围集中于3～5Hz，最大振动值不应超过34.59m/s2;3自由度模型估测效果较优，建模时可忽略内部激励;参数辨识后振动模型仿真效果较好，误差补偿后进一步提高了模型的估测精度。对路面不平度的2种获取方法进行改进研究，提出了一种路面不平度压缩感知采集方法，采用改进SA-SP算法重构路面信号;提出了一种新型特性降维方法，结合抽样调查法和改进AFSA对路面不平度时域估测所需的垂向动力学响应特征进行降维选择。结果表明，路面不平度信号稀疏，改进的重构算法对观测信号数量和稀疏度依赖性低，验证精度均值为0.9837;选择4个指定的垂向动力学响应即以较高的精度完成对路面不平度的时域估测。该项研究为有效路面不平度的获取、拖拉机振动性能的估测和改善提供依据和参考。 (2)进行了拖拉机转向模型的建立与应用研究。提出了一种基于拖拉机横向动力学响应的整车相关参数测定方法，该方法结合部分工况的横向动力学响应，采用GA测定质心至前轴距离、横摆转动惯量和整车质量等参数，并与HYCF-20型拖拉机静侧翻稳定性试验台的测量结果进行对比。提出了一种多自由度非线性转向模型等效代替方法，结合试探法、改进SA算法和Hermite插值法建立了等效代替传递函数模型，并探讨了转向模型的应用。结果表明，拖拉机总质量、质心位置等参数能依据横摆角速度完成较高精度的估测，且参数估测后建立的模型可应用于对其它工况横向动力学响应的预测;分母2阶的传递函数与转向响应吻合，该传递函数能有效代替原复杂转向模型;应用转向模型能有效获取SBW系统的理想角传动比并计算转向时附加行驶阻力。 (3)进行了轮壤交互作用下支撑通过性研究。通过轮壤接触试验对支撑通过性参数进行测量与分析。结果表明，沉陷量随垂向载荷和滑转率的增大而增大，平均相对增加率分别为68.67％和15.20％，垂向载荷对沉陷量的影响更大。提出了2种MagicFormula轮胎纵向力模型参数辨识方法。前者结合插值法与GA，需9个数据点有效完成辨识;后者基于对MagicFormula的非线性分析，仅需4个数据点有效完成辨识，解决了该辨识中少测量值情况下出现的解不唯一问题。应用本文方法建立了轮壤接触纵向驱动力和拖拉机田间挂钩牵引力模型。结果表明，仅需4个测量数据即可有效地完成上述支撑通过性模型的建立;该研究用拖拉机应工作于13.00％～39.24％滑转率区间内或20.81％滑转率附近以提高其支撑通过性能。 (4)进行了拖拉机液压机械无级变速器效率特性研究。首先研究了无级调速系统的效率特性。结合3种变量泵效率理论模型和HPV-02型号变量泵效率试验数据进行影响因素分析，采用改进SA算法匹配3种效率模型的参数并对比各模型与试验数据的吻合度。基于此，通过试探法和相关系数法提出了一种改进的7参数变量泵半经验效率模型。结果表明，泵排量与泵效率总呈正相关，泵转速和压力的升高使得泵效率先增后减;3参数效率模型具有最高平均精度(校准95.39％，预测96.93％)，应用该模型描述泵效率变化特性准确且辨识难度低;泵压力、转速、压力的正弦变化值、压力与排量的乘积对3参数模型误差影响明显，改进后的7参数模型进一步提高了预测精度和实用性。其次研究了HMCVT总效率特性。采用啮合功率法和克列伊涅斯法建立单行星排工作和多行星排联合工作的HMCVT效率模型，并分析其影响因素。结果表明，适当减小泵转速和循环功率，并增大汇流前机械路转速和行星排特性参数能有效提高无级变速器效率。提出了一种结合少量试验数据的HMCVT效率模型建立方法，该方法对液压系统效率和齿轮效率进行基于改进SA算法的校准和基于最小二乘法的模型拟合，克服了经典方法中常将齿轮效率和液压系统效率设置为固定值的缺点，既降低了试验成本亦提高了模型精度(平均精度96.38％)。该项研究为HMCVT优化设计、无级变速控制和性能改进提供直接依据。 (5)进行了拖拉机液压机械无级变速器优化设计研究。研究了优化设计所需的3个关键内容（确定调速特性、对比传动方案、设计最小传动比）。提出了3种调速特性模型（纯理论模型、虚拟样机模型、基于Simscape的物理模型）建立方法，并与试验数据进行对比验证。提出了变速潜力指标，结合改进PSO算法建立了传动方案评价方法并对比分析了3种HMCVT。根据拖拉机于土地面纵向动力学特性，采用绘制“驱动力-阻力平衡图”来制定最小传动比设计值。结果表明，提出的虚拟样机和Simscape模型与试验数据吻合度高，能用以避免设计前期人工理论分析有误;选择传动方案应综合变速潜力、变速范围、设计变量数量和结构复杂度等因素;最小传动比取值应匹配行驶阻力和柴油机特性，解决了仅考虑发动机转速和车速需求时产生的无效最小传动比问题。研究了对关键机械部件（齿轮、行星排和湿式离合器）的优化设计。提出了2种传动参数优化设计方法，方法一以轻量化、效率最大化和传动连续为目标，并将参数分为二级再进行优化;方法二在第一级参数优化方法的基础上引入交接点位置合理化目标并匹配拖拉机工作速度。提出了一种湿式离合器结构优化设计方法，该方法结合中心组合设计法、PLS、逐步回归、RBF-NN、改进SA算法并基于81组ANSYS有限元试验结果来优化壳体结构。结果表明，传动参数优化后HMCVT体积缩小7.28％，平均效率提高5％，二级式优化易于实现，降低了计算复杂度;HMCVT各段位交接点位置的确定应匹配变速器效率和拖拉机车速需求，且优化算法对寻优效果有较大影响;离合器壳体最大外径和轴向宽度对轻量化影响显著，轴向宽度对最大应变影响显著;宜采用RBF-NN和逐步回归分别建立离合器轻量化和最大应变估测模型。该项研究为拖拉机用HMCVT提供系统性的优化设计方案。 (6)进行了拖拉机液压机械无级变速器变速控制研究。提出了2种变速控制策略制定方法。方法一结合Spline插值法并匹配柴油机调速特性和变速器效率来制定最优动力性控制策略，采用仿真获取的软土路面加速行驶动力性能和动力因数二重积分值进行验证。该方法克服了原有级式变速器采用二次方程求根法在精度上的不足，MAP图中应适当减小车速取值间隔，增大油门开度取值间隔。方法二结合软硬路面行驶动力性需求、转向时附加行驶阻力、牵引负载并分别采用图解法和改进SA算法制定一元五参数和二元四参数最优经济性控制策略。仿真试验表明协同发动机转速控制比一元控制具备更优的整车经济性，驾驶员经验决定一元控制效果。研究了无级变速控制（变量泵控定量马达）系统响应特性。采用动力学方程推导变速控制系统的传递函数，提出了一种仿人工整定PID参数方法并与2种经典方法进行仿真对比验证。再根据台架试验辨识实际无级变速控制系统，验证了理论推导模型，对比分析面积法和改进SA算法的辨识效果，并进行了PID控制试验。结果表明，无级变速控制系统传递函数的分母阶数为4;仿人工整定PID参数法耗时较长，但提高了系统响应速度和精度;面积法易于使用，但对采样时间和频率要求较严;改进SA算法具有更高辨识精度，且不依赖于采样时间和频率;建立的PID控制系统在负载波动的情况下能有效地实现输出转速的闭环调节。该研究为HMCVT控制器的开发设计奠定基础。收起

关键词 : 拖拉机系统动力学无级变速

2. K417G镍基高温合金大间隙粉末冶金连接技术及接头组织和性能研究

[学位论文] 程准华南理工大学 2020年博士导师: 李小强共133页

摘要 : K417G镍基高温合金是一种典型的沉淀强化型合金，具有良好的组织稳定性和优异的高温力学性能，广泛应用于航空发动机和燃气轮机等热端部件。近年来，随着工业技术的发展，对K417G合金性能提出了更高的要求。常通过提高合金中的Al、Ti元素含量，以提高... 展开 K417G镍基高温合金是一种典型的沉淀强化型合金，具有良好的组织稳定性和优异的高温力学性能，广泛应用于航空发动机和燃气轮机等热端部件。近年来，随着工业技术的发展，对K417G合金性能提出了更高的要求。常通过提高合金中的Al、Ti元素含量，以提高γ′-Ni3(Al,Ti)强化相的含量进而提升K417G合金的综合性能。然而，随着γ′相含量增加，K417G合金的裂纹敏感性大幅提高，导致合金焊接性严重下降，从而为合金服役后损伤修复连接带来难题。设计与K417G合金性能接近的裂纹间隙填充材料、研究可连接K417G合金中失效裂纹的技术，一直是科研工作者们不懈追求的目标。本文为解决某型航空发动机叶片大间隙裂纹的高质量连接难题，基于等温凝固理论设计了由高熔点镍基合金粉末（与母材成分相似）和低熔点的含硼镍基合金粉末组成的填充材料，研究了填充材料成分和连接工艺参数对大间隙连接区显微组织的影响规律，优化了填充材料成分和连接工艺参数，揭示了接头组织中析出相的形成机制和相应的强化机理。此外，对K417G合金连接后接头试样的氧化动力学与氧化机理进行了研究。首先，通过热力学平衡相图计算，揭示了低熔点粉末含量（1wt.%、3wt.%、5wt.%、7wt.%、10wt.%、15wt.%）对填充材料凝固区间和平衡相种类及含量的影响规律，理论计算结果表明填充材料的平衡相主要包括γ、γ′、M3B2硼化物。随着填充材料中低熔点粉末含量的增加，M3B2硼化物逐渐增多，填充材料的凝固区间增大。其次，采用真空热压烧结技术制备了上述六种块体，块体显微组织分析结果与热力学平衡相图计算结果基本一致。随着填充材料中低熔点粉末含量的增加，块体组织中M3B2硼化物的面积分数由0.66%提高至5.45%，形貌由细小的颗粒状演变为粗大的条块状。当低熔点粉末含量超过7wt.%时，在低熔点共晶组织γ/γ′前沿，出现了异常粗大M3B2析出相。基于相图计算和显微组织分析结果，选出四种填充材料（低熔点粉末含量分别为1wt.%、3wt.%、5wt.%和7wt.%）。通过连接工艺参数的调节，进一步研究了连接温度、保温时间、连接压力对接头组织和性能的影响。研究表明，采用含5wt.%低熔点粉末的填充材料在20MPa压力下1200℃保温30min获得的接头组织由97.56%（面积分数，下同）的等轴状/近球状的γ+γ′基体以及2.44%弥散分布于基体的M3B2颗粒组成。其接头室温和600℃抗拉强度分别为971±15MPa和934±13MPa，达到K417G母材的强度（950±21MPa，923±11MPa），实现了大间隙接头的高质量连接。基于接头组织中析出相M3B2硼化物对接头性能的影响规律，从热力学和动力学角度研究了接头组织中的析出相M3B2硼化物的形成机制。基于Bramfitt晶格错配度理论，研究了M3B2硼化物与基体相的界面关系，对相应的强化机理进行了分析。研究表明，硼化物M3B2优先在γ+γ′相界上发生初生形核，这说明被强化相γ′分割的γ相在此时扮演着高能形核点。结合热力学相图的计算结果，在1200℃下γ′与γ相的含量达到了最高，且这两相的尺度达到了最均匀的细化，较多的晶界将为硼化物M3B2的形核提供更多的可能。这些因素均为析出相M3B2硼化物颗粒在γ+γ′基体内部的均匀形核和长大提供了良好的热力学和动力学条件。试样预变形3%后，接头组织中M3B2析出相与基体相界面由半共格相界面转变为共格相界面，这种自适应强化导致接头具有更高的强度和更优异的塑性。此外，原位共格析出于接头界面处基体相的纳米弥散碳硼化物M23(C,B)6对接头综合性能的提高亦有促进作用。最后，对采用含5wt.%低熔点粉末的填充材料在20MPa压力下1200℃保温30min获得的接头进行氧化动力学与氧化机理研究。结果表明，大间隙连接区的抗氧化性能要优于母材，且氧化增重均遵循抛物线规律。在1000℃氧化1440min，母材中氧化膜外层主要是NiO和TiO2，中间层是致密的Cr2O3，内层是Al2O3薄膜层。由于温度进一步提高，NiO和Cr2O3相互连接生长并产生内应力，氧化物出现裂纹甚至剥落现象。而在同等条件下，大间隙连接区的氧化膜外层主要是致密的Cr2O3，内层主要是TiO2和离散的Al2O3。大间隙连接区由于晶粒细小具有较多的晶界，在氧化初期形成致密的抗氧化层Cr2O3，有效地提高了接头的抗氧化性能。收起

关键词 : K417G镍基高温合金大间隙粉末冶金连接工艺接头组织力学性能

3. EPC模式下既有建筑节能改造项目风险分担研究

[学位论文] 程准青岛理工大学 2022年硕士导师: 陈为公共118页

摘要 : 大力推动中国既有建筑节能改造工作市场化发展，是加快解决中国能源供需矛盾，实现中国节能战略目标的关键途径。合同能源管理模式（Energy Performance Contracting，简称EPC）是传统节能改造工作升级换代的“重要载体”。节能服务公司（Energy Serv... 展开大力推动中国既有建筑节能改造工作市场化发展，是加快解决中国能源供需矛盾，实现中国节能战略目标的关键途径。合同能源管理模式（Energy Performance Contracting，简称EPC）是传统节能改造工作升级换代的“重要载体”。节能服务公司（Energy Service Company，简称ESCO）的“一条龙式”服务，极大地促进了耗能单位开展节能改造工作的积极性，且有利于加快形成中国节能改造工作市场化发展格局。但EPC模式下的既有建筑节能改造项目却出现诸多失败案例，一定程度上限制了改造工作的快速发展，阻碍了市场化发展局面的形成。其根源是EPC模式下众多参与主体所承担的风险责任和管控内容含混不清，导致改造项目无法达到预期效益目标，致使ESCO无法收回投资。因此，合理界定出各主体在改造过程中的风险管控责任，明确其风险管理职责，保证节能改造项目的成功实施，是推动中国节能改造市场高效、有序发展的关键。基于风险管理相关理论及节能改造市场的发展现状，阐述了对采用合同能源管理模式进行节能改造的建筑项目进行风险识别和风险分担研究的重要性和必要性。在此基础上，以系统观视角，提出了HSM-PCA法（Hard System Methodol-ogy—Principal Component Analysis）的风险识别体系，先对风险进行全面、系统、动态的识别，再对指标进行筛选，得到关键风险因素。考虑到EPC模式下既有建筑节能改造项目风险分担的本质与特点，提出采用矢量余弦投影法进行风险分担模型的构建。先通过矢量余弦投影法界定出需要单一主体承担或多主体分担的风险类型，再利用Shapley值法进一步确定出各主体对于所承担风险的分担比例，建立起基于矢量余弦投影－Shapley值法的风险分担模型，以实现EPC模式下既有建筑节能改造项目完整的风险分担研究。最后将该风险分担模型应用于实际案例，分析验证了该模型的合理性和实用性，并针对风险分担的结果，提出分阶段、分主体的风险管理建议。对降低节能改造项目的风险发生概率，提升节能改造项目的成功率、推动中国建筑业可持续发展具有重要意义。收起

关键词 : 既有建筑节能改造风险分担合同能源管理模式

4. 硅烷体系涂层组织与耐蚀性能的研究

[学位论文] 程准广东工业大学 2013年硕士导师: 曾鹏共81页

摘要 : 硅烷偶联剂处理金属表面是近年来发展起来的一种新兴表面防护工艺。本文选择了γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH560)，对KH560的水解和固化工艺进行了研究。并讨论了在硅烷水解液中加入一定质量百分比的金属粒子（鳞片锌粉和鳞片铝粉）和陶瓷粒... 展开硅烷偶联剂处理金属表面是近年来发展起来的一种新兴表面防护工艺。本文选择了γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH560)，对KH560的水解和固化工艺进行了研究。并讨论了在硅烷水解液中加入一定质量百分比的金属粒子（鳞片锌粉和鳞片铝粉）和陶瓷粒子（氧化铝和二氧化硅）制备的复合硅烷涂层的组织结构和性能做了试验性的研究。通过X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热法(DSC)和扫描电镜(SEM)等对涂层的组织成分和结构进行分析，利用线性扫描伏安法和交流阻抗法等电化学方法以及中性盐雾试验考察了涂层在3.5％NaCl溶液中的耐蚀性能。主要工作如下: 采用正交试验法确定了硅烷最佳水解工艺（溶液的pH值、水解温度、溶液搅拌速度）和硅烷涂层固化工艺（老化温度和老化时间）。采用对水解体系无干扰和破坏作用的电导率测定法在线检测硅烷的水解程度。通过理论分析和实验结果确定了硅烷偶联剂KH560、水解液组分及其体积比为KH560∶去离子水∶甲醇=1∶1∶0.5。中性盐雾试验结果表明:硅烷水解液在恒温40℃、溶液pH3.5、搅拌速度为800r/min下水解、190℃温度固化1小时得到的硅烷涂层具有较好的耐腐性。采用红外光谱法(FTIR)对硅烷的水解和缩合进行表征，结果表明:硅烷在最佳工艺条件下发生水解产生了硅醇，通过加热硅烷发生缩合，脱水形成共价键Si-O-Me(Me为金属)。XRD结果表明硅烷涂层主要成分为非晶二氧化硅。在稳定的硅烷水解液中，分别在其中加入一定质量比范围的鳞片锌粉、鳞片铝粉、氧化铝和鳞片玻璃对硅烷涂层的影响。采用电导率在线监测仪研究加入复合粒子对硅烷水解变化规律。中性盐雾实验和电化学实验表明:当鳞片锌粉的质量百分比为45％时，复合硅烷锌涂层具有最好的耐腐蚀性能，其耐中性盐雾时间明显高于其他复合硅烷涂层。采用XRD对涂层的成分进行分析，结果表明:复合硅烷锌涂层的主要物相为Zn和ZnO;复合硅烷铝涂层的主要物相为Al以及非晶态的二氧化硅;复合硅烷氧化铝涂层的主要物相为Al和氧化铝非晶态的二氧化硅;复合硅烷二氧化硅铝涂层的主要物相为晶态的氧化铝和Al及非晶态的二氧化硅。涂层中的硅烷偶联剂由于固化后形成非晶物质二氧化硅，所以可以看到涂层XRD中出现馒头峰线。利用SEM和能谱(EDS)分析涂层截面形貌及截面元素进行分析，结果表明，复合硅烷锌涂层和复合硅烷铝涂层均出现层片状平行排列的结构，但是复合硅烷锌涂层结构层次感和紧密程度较好，其出现鳞片锌粉以平行叠加的方式排列在涂层中，部分非晶二氧化硅包覆在涂层的外围形成致密的网状结构。讨论了在硅烷水解液中加入最佳质量百分比的金属粒子（鳞片锌粉和鳞片铝粉）制备的复合硅烷锌铝涂层的成分组织结构和性能。研究了在复合硅烷锌铝涂层中分别加入一定质量比范围的陶瓷粒子（氧化铝或二氧化硅）制备的复合硅烷锌铝耐蚀涂层的成分组织结构和性能。中性盐雾实验和电化学试验表明:复合硅烷锌铝耐蚀涂层的耐腐性明显高于复合硅烷涂层;鳞片状玻璃/硅烷锌铝复合涂层最高为1896小时。通过XRD对涂层元素和物相组成进行了分析，结果表明:涂层中主要物相为Zn、Al和ZnO，氧化铝和二氧化硅未能在其中找到对应的峰，主要是添加的量比较少，或者是因为强度小，被其他物质的峰线掩盖住了，所以在衍射图谱中未观察到。采用SEM、EDS分析涂层表面、截面形貌和截面元素分布，结果表明，涂层表面鳞片锌铝分布较均匀，涂层截面具有鳞片锌铝粉以层片状方式紧密排列的结构，极大地提高了涂层的耐腐蚀性能，其中鳞片玻璃对涂层结构表面和内部产生了极大的作用，在耐腐蚀机理中将重点介绍。本文分别讨论了硅烷体系涂层中硅烷涂层、复合硅烷锌涂层、玻璃/复合硅烷锌铝涂层的耐腐蚀机理。利用DSC对鳞片玻璃的玻璃化温度进行分析，结果表明鳞片玻璃在600℃发生了玻璃化转变，形成了熔融流体玻璃。通过EDS元素分布建立了复合硅烷锌涂层、玻璃/复合硅烷锌铝涂层的结构模型，讨论了涂层的耐腐蚀机理。收起

关键词 : 金属材料表面防护硅烷偶联剂非晶二氧化硅涂层组织耐蚀性能