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題 目：軟性磨粒流光整加工方法的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢

作 者：譚云峰1,2,3，倪耶莎1,3，許煒鑫1,3，謝遠深1,3，李霖1,2,3，譚大鵬1,3

機 構(gòu)：1浙江工業(yè)大學，特種裝備與先進加工技術(shù)教育部/浙江省重點實驗室，中國杭州，310014；2浙江大學，流體動力與機電系統(tǒng)國家重點實驗室，中國杭州，310058；3浙江工業(yè)大學，高端激光制造裝備省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，中國杭州，310014

概 要：本文綜述了約束空間內(nèi)軟性磨粒流光整加工（SAF）方法的最新進展。簡要介紹了多相流體動力學建模、材料表面加工去除機理、輔助強化光整加工技術(shù)以及磨粒和氣泡空化對表面沖擊效應的觀測技術(shù)。從薄壁曲面元件、生物醫(yī)學功能元件、電子信息及精密光學元件表面超精密加工四個方面給出了軟性磨粒流加工技術(shù)未來的發(fā)展前景和所面臨的挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：軟性磨粒流光整加工（SAF）；動力學建模；材料去除機理；工藝優(yōu)化；強化加工控制技術(shù)

https://doi.org/10.1631/jzus.A2300038

題 目：一種能顯著提升牛頓和非牛頓流體混合效率的新型3D 特斯拉微混勻器

作 者：Abdellah AAZMI1,2，郭子賢1,2，于浩然1,2，呂為康1,2，季增琛1,2，楊華勇1,2，馬梁1,2

機 構(gòu)：1浙江大學，流體動力與機電系統(tǒng)國家重點實驗室，中國杭州，310058；2浙江大學，機械工程學院，中國杭州，310058

目 的：使用梯度結(jié)構(gòu)水凝膠打印制造具有生物活性的梯度結(jié)構(gòu)是生物制造領(lǐng)域的研究熱點之一，但傳統(tǒng)用于擠出式生物3D 打印的混勻器仍具有混合不充分、不適用于高粘性生物墨水等缺陷。本文旨在提出一種新型的特斯拉混勻器結(jié)構(gòu)，并通過計算流體力學（CFD）仿真與實驗來驗證其混合性能以及對不同特性流體的適應性，為生物3D 打印自然生物組織的復雜異質(zhì)結(jié)構(gòu)提供一個可靠的工具。

創(chuàng)新點：1.以傳統(tǒng)特斯拉閥為靈感，引入相似結(jié)構(gòu)設計微流控混勻器來實現(xiàn)更高效的混合。2.利用CFD 模擬與實際實驗，廣泛地驗證該混勻器對于不同特性流體的適應性。3.通過在CIELab 中進行顏色均勻性的檢查，證明混勻器能夠精確地實現(xiàn)不同組分比例的混合，發(fā)掘了其在生物打印領(lǐng)域的應用潛力。

方 法：1.通過數(shù)值方法與CFD 分析進行建模與仿真，以及通過實驗測量壓降，驗證CFD 建模的正確性（圖3），并測定不同混合周期下的混合效率（圖4）；2.通過仿真分析，分別測定不同流速下流體的混合效果、雷諾數(shù)與皮克列數(shù)，分析混合的流體力學機理，驗證其對牛頓流體與非牛頓流體的出色混合性能，并探討最佳混合效果對應的參數(shù)；3.制造3D 特斯拉混勻器實物并進行實驗驗證，檢驗其實際打印的可行性與應用優(yōu)勢，并進一步驗證其混合均勻性與精確性。

結(jié)論：1.新型特斯拉混勻器能用很少的混合周期達到較高的混合效率；2.混勻器適用于不同粘度和擴散系數(shù)的牛頓流體和流變特性變化的非牛頓流體，且具有出色混合性能；3.打印液滴顏色均勻性的評估結(jié)果驗證了該混勻器在混合材料組分控制上的精確性。

關(guān)鍵詞：微觀混合；3D 打印；非牛頓流體；計算流體力學（CFD）

https://doi.org/10.1631/jzus.A2300589

題 目：鈦基薄板微流道的微沖壓成形工藝數(shù)值建模與實驗研究

作 者：毛文澤1,2，汪延成1,2，梅德慶1,2，宣凌鋒2，周彩瑩2

機 構(gòu)：1浙江大學，流體動力與機電系統(tǒng)國家重點實驗室，中國杭州，310058；2浙江大學，浙江省先進制造技術(shù)重點實驗室，中國杭州，310058

目 的：鈦基薄板微沖壓成形時，鈦基薄板的力學各向異性特點會導致薄板出現(xiàn)不同程度的回彈變形。本文旨在建立正交各向異性的彈塑性本構(gòu)模型，用于準確預測鈦基薄板的力學各向異性特點對微流道沖壓成形時回彈變形和成形性能，分析模具尺寸參數(shù)（模具圓角半徑、模具間隙、沖頭寬度）對微流道沖壓成形的影響規(guī)律，并對鈦基薄板的取向和模具尺寸進行優(yōu)選以提高沖壓成形的精度。

創(chuàng)新點：1.基于偏軸彈性模量和希爾屈服準則，建立鈦基薄板的正交各向異性彈塑性本構(gòu)模型。2.建立鈦基薄板微流道沖壓成形工藝的數(shù)值仿真模型，并研究鈦基薄板各向異性和模具參數(shù)對回彈變形和成形性能的影響規(guī)律。

方 法：1.通過單向拉伸試驗分析，基于偏軸彈性模量和希爾屈服準則推導出鈦薄板各向異性的應力應變關(guān)系，并建立鈦基薄板微流道沖壓成形的仿真模型。2.通過與微沖壓實驗結(jié)果對比，驗證仿真模型的準確性。3.通過仿真模擬，分析鈦薄板的各向異性特性對微沖壓的影響，并研究在不同模具尺寸參數(shù)下鈦薄板的成形能力。

結(jié)論：1.正交各向異性本構(gòu)模型能準確預測鈦薄板彈塑性行為，建立的微沖壓仿真模型可準確預測鈦薄板的回彈變形量。2.在微沖壓加工中鈦薄板的各向異性導致不同取向的試樣產(chǎn)生了不同程度的成形載荷和回彈。3.模具圓角半徑、間隙和沖頭寬度都與回彈呈正相關(guān)，與應力集中程度呈負相關(guān)；為降低斷裂風險，選擇RD 試樣和圓角半徑為0.10 mm 的模具制造深度為279.3μm、拔模角度為34.34°的流道。

關(guān)鍵詞：鈦基薄板；微沖壓；各向異性；本構(gòu)模型；回彈

https://doi.org/10.1631/jzus.A2300083

題 目：閥芯間隙固液兩相流動特性及卡滯研究

作 者：錢錦遠1，許家祥1，鐘豐平2，林振浩1，華霆峰1，金志江1,3

機 構(gòu)：1浙江大學，能源工程學院，化工機械研究所，中國杭州，310027；2浙江省特種設備科學研究院，中國杭州，310009；3浙江大學，溫州研究院，中國溫州，325036

目 的：閥門在運行期間，如有外部污染顆粒或閥內(nèi)元件自身腐蝕的磨損顆?；烊肓黧w中，其隨著流體進入閥芯配合間隙從而導致閥芯所受阻力增大，容易出現(xiàn)閥芯卡滯現(xiàn)象。因此，本文旨在分析閥芯配合間隙內(nèi)顆粒流動特性及其引起的卡滯問題，研究顆粒濃度、直徑和均壓槽形狀對閥芯卡滯力的影響，為抑制閥芯卡滯方法的研究提供參考。

創(chuàng)新點：1.基于Euler-Euler 方法建立固液兩相流模型，獲得閥芯配合間隙內(nèi)的固液兩相流動特性；2.研究顆粒濃度和直徑對流動特性及閥芯卡滯力的影響，確定敏感顆粒直徑；3.揭示不同均壓槽結(jié)構(gòu)對閥芯卡滯力的影響規(guī)律。

方 法：1.基于Euler-Euler 固液兩相流模型，分析閥芯配合間隙內(nèi)的固液兩相流動特性；2.通過數(shù)值模擬方法研究顆粒濃度和直徑對流動特性及閥芯卡滯力的影響；3.分析橢圓形、矩形和三角形均壓槽結(jié)構(gòu)對顆粒分布及閥芯卡滯力的影響。

結(jié)論：1.顆粒在均壓槽中的體積分數(shù)最高，并且峰值也隨著顆粒直徑的增大而增大，卡滯力隨著顆粒濃度的增加而增加。2.隨著顆粒直徑的增大，卡滯力先增大后減小，當顆粒直徑為12 μm 時，卡滯力最大，為敏感顆粒直徑。3.橢圓形和矩形均壓槽中的流體偏轉(zhuǎn)角較大，分別為32.83°和39.15°；三角形均壓槽中的流體偏轉(zhuǎn)角相對較小，是橢圓形或矩形均壓槽的50%左右；矩形均壓槽中的顆粒體積分數(shù)最高，橢圓形均壓槽中次之，三角形均壓槽中最低，其峰值分別為0.0317、0.0316 和0.0312；當顆粒直徑為12 μm 時，橢圓形、矩形和三角形均壓槽的卡滯力分別為4.796、4.802 和4.757 N。因此，在閥芯上選擇一個流體偏轉(zhuǎn)角小、底部儲存污染顆粒能力強的三角形均壓槽，有利于緩解閥芯卡滯現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：固液流動特性；閥芯；卡滯力；Euler-Euler 模型

https://doi.org/10.1631/jzus.A2300061

題 目：鄰近盾構(gòu)施工對既有隧道沉降的影響：現(xiàn)場監(jiān)測與智能預測

作 者：冉龍1，丁楊2，陳其志1，鄒寶平1，葉肖偉3

機 構(gòu)：1浙江科技學院，土木與建筑工程學院，中國杭州，310023；2浙大城市學院，城市基礎(chǔ)設施智能化浙江省工程研究中心，中國杭州，310015；3浙江大學，建筑工程學院，中國杭州，310058

目 的：隨著我國城市地下空間的迅猛發(fā)展，盾構(gòu)法因其具有地質(zhì)適應性強、速度快、安全可靠等優(yōu)點，逐步成為了城市地鐵建設的主流。盾構(gòu)在開挖掘進的過程中勢必會對四周圍巖造成一定的擾動，從而引發(fā)地層變形與地基的隆起或沉降，進而對臨近建筑物造成影響。然而，由于土體介質(zhì)的復雜性，國內(nèi)外對于地表沉降規(guī)律的研究尚處于不成熟階段。因此，開展地鐵施工過程中的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、預測地鐵施工引起的周邊結(jié)構(gòu)變形以及總結(jié)變形規(guī)律可以為地鐵施工的安全預警提供技術(shù)支持和理論參考，對提高地鐵施工安全性有重要意義。

創(chuàng)新點：1.以杭州地鐵施工為工程背景，分析臨近施工對既有地鐵結(jié)構(gòu)變形的影響，并研究監(jiān)測中的難點和重點；2.基于監(jiān)測獲取的海量數(shù)據(jù)，建立基于反向傳播（BP）神經(jīng)網(wǎng)絡的變形預測模型。

方 法：分析BP 神經(jīng)網(wǎng)絡的4 種結(jié)構(gòu)（即單輸入-單隱含層-單輸出、多輸入-單隱含層-單輸出、單輸入-雙隱含層-單輸出和多輸入-雙隱含層-單輸出）對預測性能的影響，并通過實測數(shù)據(jù)進行驗證。

結(jié)論：1.本工程基坑影響范圍內(nèi)同時存在地鐵車站、附屬結(jié)構(gòu)和盾構(gòu)隧道等不同結(jié)構(gòu)形式的地鐵設施，且其受基坑施工影響的程度各不相同；保護區(qū)監(jiān)測工作過程中除了關(guān)注各自自身結(jié)構(gòu)變形情況外，還應重點加強車站與附屬結(jié)構(gòu)、車站與盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)間的差異沉降監(jiān)測。2.對于單輸入-單隱含層-單輸出的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡，其最優(yōu)隱含層節(jié)點數(shù)為1；對于多輸入-單隱含層-單輸出的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡，其最優(yōu)輸入數(shù)為2，隱含層節(jié)點數(shù)為1；對于單輸入-雙隱含層-單輸出的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡，其最優(yōu)隱含層節(jié)點數(shù)分別為1 和1；對于多輸入-雙隱含層-單輸出的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡，其最優(yōu)輸入數(shù)為5，隱含層節(jié)點數(shù)分別為1 和5。3.當確定輸入量時，隱含層節(jié)點數(shù)應不大于輸入數(shù)量，以避免出現(xiàn)過擬合現(xiàn)象；當輸入量為1～3 時，最優(yōu)隱含層節(jié)點數(shù)為1。

關(guān)鍵詞：地鐵；隧道水平位移；隧道道床沉降；隧道差異沉降；變形預測；BP 神經(jīng)網(wǎng)絡

https://doi.org/10.1631/jzus.A2200573

題 目：結(jié)構(gòu)三維彈塑性接觸問題的圖形處理器并行有限質(zhì)點法求解

作 者：汪偉1,2，鄭延豐1,3,4，唐敬哲1,楊超1,4,羅堯治1,4

機 構(gòu)：1浙江大學，建筑工程學院，中國杭州，310058；2浙江大學，平衡建筑研究中心，中國杭州，310028；3浙江大學建筑設計研究院有限公司，中國杭州，310028；4浙江省空間結(jié)構(gòu)重點實驗室，中國杭州，310058

目 的：結(jié)構(gòu)的三維彈塑性接觸問題通常包含強非線性，且計算比較耗時。為解決這類問題，本文提出基于圖形處理器加速的有限質(zhì)點法。

創(chuàng)新點：1.發(fā)展基于有限質(zhì)點法的六面體縮減積分單元；2.提出結(jié)構(gòu)的三維并行接觸算法。

方 法：1.發(fā)展基于有限質(zhì)點法的六面體縮減積分單元，并采用沙漏控制技術(shù)，用于模擬結(jié)構(gòu)的彈塑性行為；2.提出結(jié)構(gòu)的三維并行接觸算法，將包含接觸面的三維空間分解為立方體單元格，僅在相鄰單元格之間進行接觸搜索，并使用鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲接觸質(zhì)點；3.通過基于圖形處理器的并行計算技術(shù)對算法進行加速。

結(jié)論：1.本文方法與有限元軟件Abaqus/Explicit 相比，在總計算時間和接觸計算時間上分別提升效率約80 倍和340倍；2.本文方法的有效性和計算效率都得到了驗證。

關(guān)鍵詞：圖形處理器；并行加速；彈塑性接觸；接觸搜索；有限質(zhì)點法

https://doi.org/10.1631/jzus.A2200311

題 目：狹窄環(huán)形空間內(nèi)浮力驅(qū)動微對流的動力學特性

作 者：王延忠1，張亞萍1，楊凱2，魯博佶1，高浩3

機 構(gòu)：1北京航空航天大學，機械工程及自動化學院，中國北京，100191；2北京衛(wèi)星制造廠，中國北京，100094；3三明學院，機電工程學院，中國三明，365001

目 的：液浮陀螺儀環(huán)形流道的宏微觀特征影響內(nèi)部浮油的動力學特性，與儀表精度水平密切相關(guān)。本文旨在探討狹窄環(huán)形流道的間隙尺寸、粗糙高度、粗糙密度等因素對浮油流場、溫度場、粘滯力矩的影響，為陀螺儀表的設計優(yōu)化和精度提升提供理論參考。

創(chuàng)新點：1.抽取液浮陀螺儀內(nèi)部環(huán)形流道的結(jié)構(gòu)特征，建立流體域的流熱耦合模型；2.提出一種表征壁面粗糙特征的方法，獲取粗糙特征對浮油流熱特性的影響規(guī)律。

方 法：1.通過分析液浮陀螺儀的結(jié)構(gòu)和工況，建立簡化的理論分析模型（圖2）；2.采用幾何微圓構(gòu)造粗糙特征，并定義壁面粗糙參數(shù)（圖3）；3.建立陀螺儀環(huán)形流體域的流熱耦合模型；4.通過耦合模型的求解計算，分析壁面宏微觀尺寸對浮油動力學特性的影響規(guī)律。

結(jié)論：1.間隙效應對粘滯力矩的影響大于粘溫效應，且力矩隨著間隙尺寸的增加先增大后減小，最后趨于穩(wěn)定；2.流道壁面粗糙度對浮油動力學特性有顯著影響，粗糙度高度對粘滯力矩的影響大于粗糙度密度對粘滯力矩的影響。

關(guān)鍵詞：液浮陀螺儀；環(huán)形通道；粗糙特征；流體阻力

https://doi.org/10.1631/jzus.A2200617

題 目：1000 MW 級凝汽器的殼側(cè)流場的一種新的數(shù)值模擬方法

作 者：郭金菊1，尹韜燁1，王帥1，陳煒1，祝培旺1，羅坤1,2，匡云3，劉杰3，黃軍軍3，霍兵4，王輝3，張春琳5，王堅3

機 構(gòu)：1浙江大學，能源清潔利用國家重點實驗室，中國杭州，310027；2浙江大學上海高等研究院，中國上海，200120；3中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司，中國武漢，430071；4黃岡大別山發(fā)電有限責任公司，中國黃岡，438300；5中能建數(shù)字科技集團有限公司，中國北京，100022

目 的：針對大型凝汽器，提出一種新的方法來解決傳統(tǒng)多孔介質(zhì)模型的缺點，優(yōu)化冷凝器管束布局。

創(chuàng)新點：流場被分為兩個區(qū)域，即凝結(jié)區(qū)和非凝結(jié)區(qū)。在凝結(jié)區(qū)使用相對較細的網(wǎng)格，并分析蒸汽凝結(jié)過程中的熱阻，在質(zhì)量輸運方程中加入一個源項來描述蒸汽凝結(jié)量。與多孔介質(zhì)模型相比，這種方法能更好地反映不同管束布置下的流場特征，同時與直接建模相比大大降低計算成本。

方 法：1.研究凝汽器殼側(cè)流場的流動和傳熱規(guī)律，將其劃分為管束區(qū)域和非管束區(qū)域。2.在冷凝發(fā)生的區(qū)域即管束區(qū)域，通過物理規(guī)律分析與理論計算推導出冷凝的質(zhì)量源項，并將該質(zhì)量源項通過用戶自定義函數(shù)加載于管束區(qū)域，構(gòu)成新的蒸汽冷凝模型。3.以某1000 MW 級凝汽器為例，使用新的蒸汽冷凝模型模擬殼側(cè)流場，與其設計參數(shù)對比并驗證該方法的有效性。4.使用該方法，對1000 MW 級凝汽器兩種不同管束布置及三種工況下的殼側(cè)流場進行數(shù)值模擬，進一步驗證該方法的可行性和必要性。

結(jié)論：1.本文提出的數(shù)值模擬方法，在模擬流動動力學以及1000 MW 冷凝器內(nèi)的冷凝過程方面表現(xiàn)出合理的精度。2.當空氣質(zhì)量分數(shù)達到約0.001 的臨界值時，實現(xiàn)氣流中空氣層的動平衡；低于該臨界值，傳熱系數(shù)從4250 W/(m2·K)至155 W/(m2·K)，相當于下降96.35%；高于該臨界值的區(qū)域稱為空氣積聚區(qū)域。3.在額定漏氣條件下，均勻管束布置的壓降比非均勻管束布置低51.73%；此外，隨著空氣濃度的增加，傳熱效率隨著空氣泄漏量的增加而降低，導致傳熱系數(shù)降低。

關(guān)鍵詞：凝汽器；殼側(cè)流場；蒸汽冷凝模型；管束布置；漏空氣量

https://doi.org/10.1631/jzus.A2300183