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铸造铝合金高周疲劳与拉伸性能的关系
Murat Tiryakioǧlu 博士，CQE，顾问 Alexandra Schönning 博士，委员会成员 Paul Eason 博士，PE，委员会成员 被工程学院录取：工程学院主任 Murat Tiryakioǧlu 博士，CQE 被计算机、工程和建筑学院录取 Mark A. Tumeo 博士，PE 计算机、工程和建筑学院院长 被大学录取：John Kantner 博士 研究生院院长
5d 过渡金属铝合金中来自外部散射的巨自旋霍尔效应和自旋轨道扭矩
磁性赛道存储器。[7,8] 自旋流可通过自旋霍尔效应 (SHE) 由电荷电流产生。人们对某些类别的高质量晶体化合物产生了浓厚的兴趣，这些化合物可产生源自此类材料本征电子能带结构的较大自旋霍尔效应：[9,10] 此类材料包括拓扑绝缘体 [11–13] 以及狄拉克和外尔半金属 [14–16]。然而，在这里，我们展示了非常大的自旋霍尔效应，它是由室温下由 5 d 元素和铝形成的高阻合金中的外部散射产生的，在实际应用中非常有用。自旋轨道相互作用 (SOI) 在自旋霍尔效应中起着核心作用，通常原子序数 Z 越大，自旋霍尔效应越大。此外，化合物或合金中组成元素的 Z 值差异越大，外部散射就越大，因此 SHE 也越大。[17,18] 在这方面，将铝等轻金属与 5 d 过渡金属合金化预计会产生较大的外部 SHE。[19] 在本文中，我们表明 M x Al 100 − x（M = Ta、W、Re、Os、Ir 和 Pt）合金不仅电阻率 ρ 发生剧烈变化，而且自旋霍尔角 (SHA) θ SH 和自旋霍尔 (SHC) σ SH 也随其成分 x 而变化。我们发现，在许多情况下，在临界成分下，会从高度无序的近非晶相转变为高度结晶相。此外，我们发现电阻率和 SHA 在外部散射最大化的非晶-结晶边界附近表现出最大值。为了支持这一猜想，我们发现最大电阻率的大小和相应的 SHA 随 Z 系统地变化。这表明 5 d 壳层的填充起着至关重要的作用，因为电阻率和 SHA 与 M 的 5 d 壳层中未配对电子的数量有关，因此当 M = Re 或 Os 时，ρ 表现出最大值（根据洪特规则，未配对 d 电子的数量分别为 5、6）。我们发现电阻率与 SHA 大致成线性比例，因此与 θ SH 成反比的功耗（ / SH 2 ρ θ ≈ ）在最大 SHA 时最小。[20] 因此，我们发现 M x Al 100 − x 是功率较小的优良自旋轨道扭矩 (SOT) 源
开发拆卸式铝合金零件的监测系统
将采集到的电信号转换成数字信号，MCU单元STC12LE5616AD对来自模数转换单元的数字信号进行分析处理后发送给系统通信模块，最终完成整个数据采集处理过程。其中，电平转换器TXS0104EPWR用于平衡模数转换单元与MCU单元之间的工作电压，隔离器ADuM120x用于保护关键元器件不烧毁整个电路。通过电平转换器LP2591AC、TPS562200平衡电源后，分别为数据采集单元、模数转换单元、电平转换器、MCU单元供电。系统处理模块工作原理如图3所示。
铝合金的流动成形性能
目前，用于航空航天结构的铝 (Al) 整体加固圆柱体 (ISC) 的旋压成型受到可用合金的限制，这些合金能够承受该工艺固有的严重塑性变形。在本次研究中，对三种商用铝合金 (指定为 6061、2139 和 5083) 进行了拉伸测试和成型试验，以确定最能预测旋压和流动成型性的机械性能。Al 6061 在成型试验中表现最佳，因为它符合最终零件的几何形状，这与拉伸测试期间的高总伸长率和面积减少百分比相一致。相比之下，Al 2139 和 Al 5083 在五次旋压成型中的第三次都失败了，可能是因为总伸长率和面积减少百分比值较低。 Al 2139 和 Al 5083 确实表现出比 Al 6061 更高的强度、弹性模量和断裂韧性。这些发现强调了提高 Al 2139 和 Al 5083 的成形性以生产机械性能优于 Al 6061 的完全成形部件的重要性。
航空铝合金结构热特性数字孪生研究
上海理工大学机电工程学院，上海 200093 通讯作者，电子邮箱：fkg11@163.com 摘要 随着主轴转速的提高，发热成为高速电主轴面临的关键问题。为了获得电主轴的实际热行为，本文开发了热特性数字孪生系统。热特性数字孪生的原理是通过数据采集系统和修正模型映射和修正热边界条件来模拟机床的热行为。所提出的数字孪生系统包括数字孪生软件、数据采集系统和嵌入传感器的物理模型三个模块。数字孪生软件基于Qt使用C++编程语言和ANSYS二次开发开发。提出热边界修正模型，利用数据采集系统测得的热关键点温度来修正发热和接触热阻。为了验证数字孪生系统的预测精度，在电主轴上进行了试验。实验结果表明，数字孪生系统的预测精度大于95%，对提高热特性仿真和热优化的精度具有重要意义。
航空铝合金结构疲劳裂纹扩展速率预测
在航空航天工业中，疲劳裂纹扩展对飞机结构机械装配设计构成了严重威胁。在这些结构中，裂纹扩展是一个需要认真处理的问题，因为除了经济损失之外，还会影响人员生命安全。疲劳裂纹扩展 (FCG) 速率是在恒定振幅载荷作用下，裂纹随循环数增长的速率。分析曲线后发现，应力强度因子 (SIF) 范围“ ∆𝐾 ”与 FCG 速率“ 𝑑𝑎 𝑑𝑁 ⁄ ”之间的相关性呈偏离线性关系，曲线的区域 II 也称为巴黎区域。经验公式方法不能令人满意地处理线性因子。与之前的方法相比，机器学习算法凭借其出色的学习能力和灵活性，能够更好地处理非线性问题。在本研究工作中，利用基于遗传算法、爬山算法和模拟退火算法的优化神经网络来预测 FCG 率。通过对 2324-T39、7055-T7511 和 6013-T651 等不同航空铝合金进行测试，验证了所提出的技术。通过基于模拟退火的优化神经网络，对铝合金 6013-T651 的最小预测 MSE 为 1.0559 × 10 −9。此外，结果与实验过程中设想的数据非常吻合。
采用非线性参数进行2024-T351铝合金疲劳裂纹扩展分析
本文利用塑性 CTOD 范围 Δ δ p 研究了 2024-T351 铝合金中的疲劳裂纹扩展 (FCG)。对 12 毫米厚的 CT 试样进行实验测试以获得 FCG 速率，并对圆柱形试样进行实验以获得应力 - 应变环。数值分析在材料、几何形状和载荷条件方面复制了实验工作，但假设纯平面应变状态，以获得 Δ δ p 。使用实验应力 - 应变环拟合材料参数。实验工作表明，随着应力比从 R = 0.1 增加到 R = 0.7 毫米，FCG 速率增加，这表明存在裂纹闭合现象。然而，对裂纹尖端后方第一个节点位置的分析表明，在平面应变状态下没有裂纹闭合，而在平面应力状态下发现最大值 36%。因此，即使在 12 毫米厚的样品中，表面也会影响 FCG 速率。发现 da/dN 与 Δ δ p 之间存在近似线性关系。与其他铝合金的比较表明，材料对 da/dN - Δ δ p 关系有显著影响。从平面应变状态到平面应力状态的变化由于裂纹闭合而降低了 FCG 速率。在平面应变状态下，应力比在 R = 0.1 – 0.7 范围内的影响很小，这也是因为没有裂纹闭合。最后，对塑性 CTOD 和裂纹处的累积塑性应变进行了比较
2024铝合金激光定向能量沉积残余应力：模拟与验证
摘要 基于激光的金属定向能量沉积模拟受到越来越多的关注，旨在减少选择适当的加工条件来修理或大修实际部件的实验工作。需要解决的主要问题之一是对残余应力的评估，残余应力可能导致零件在标称载荷下失效。在这方面，特别是涉及铝合金，很少有研究进行开发和验证。本文解决了这方面知识的缺乏：即，在单次沉积的情况下讨论了模拟沉积金属活化的正确方法，并将其转移到基板上多次沉积的情况。通过与 X 射线衍射产生的实际应力进行比较来验证预测的残余应力。