Journal of Zhejiang University

Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000, Monthly.

JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018), 1.490 (2019), 2.263 (2020), 2.485 (2021), 3.2 (2022).

Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

2024 Vol.25 No.4 P.275-356

Cover:

<240>

Contents:

<276>

CONTENTS

Special Feature on Vibration Assisted Manufacturing Technology

Guest Editors: Jianjian WANG, Daxi GENG

Research Articles

High-efficiency ultrasonic assisted drilling of CFRP/Ti stacks under non-separation type and dry conditions

Enze YING, Zehua ZHOU, Daxi GENG, Zhenyu SHAO, Zhefei SUN, Yihang LIU, Lianxing LIU, Xinggang JIANG, Deyuan ZHANG

DOI: 10.1631/jzus.A2300227 Downloaded: 389 Clicked: 542 Cited: 0 Commented: 0(p.275-291) <Full Text> <PPT > 53

Chinese summary <6> CFRP/Ti疊層結構不分(fēn)離(lí)超聲輔助幹式高效鑽削研究

作者：應恩澤¹，周澤華²，耿大(dà)喜¹，邵振宇³，孫哲飛¹，劉逸航¹，姜興剛¹，張德遠¹
機構：¹北(běi)京航空航天大(dà)學，機械工(gōng)程與自動化學院，中(zhōng)國北(běi)京，100191；²北(běi)京晨晶電子有限公司，中(zhōng)國北(běi)京，100015；³航天時代飛鴻技術有限公司，中(zhōng)國北(běi)京，100094
目的：超聲輔助鑽孔（UAD）因其可以提高加工(gōng)質量和刀具壽命的優點，被廣泛應用于CFRP/Ti疊層的制孔加工(gōng)中(zhōng)，然而其分(fēn)離(lí)切削的特性限制了加工(gōng)效率。本文針對CFRP/Ti疊層傳統分(fēn)離(lí)型UAD效率低的問題，開(kāi)展在高進給率下(xià)刀具與工(gōng)件連續切削的不分(fēn)離(lí)型UAD可行性實驗，旨在保證加工(gōng)質量的情況下(xià)，實現高效的超聲振動輔助鑽削加工(gōng)。
創新點：1.建立超聲振動鑽削的運動學模型，提出不分(fēn)離(lí)型UAD的概念，打破傳統UAD必須實現分(fēn)離(lí)切削的觀念，從而提高加工(gōng)效率；2.進行一(yī)系列可行性實驗，驗證不分(fēn)離(lí)型UAD在提高加工(gōng)效率的情況下(xià)，仍可以産生(shēng)比常規鑽削更好的加工(gōng)質量與刀具壽命。
方法：1.從運動學角度分(fēn)析超聲振動鑽削切削刃的運動軌迹，分(fēn)析超聲振動鑽削的變角度和變速度切削特性，并研究不分(fēn)離(lí)型分(fēn)離(lí)超聲振動鑽削的刀具減粘和提升刀具切削能力的特性；2.開(kāi)展一(yī)系列CFRP/Ti疊層的不分(fēn)離(lí)型UAD可行性實驗，驗證該方法對加工(gōng)質量（包括鑽削推力、孔表面質量以及孔徑精度等）的提升效果；3.研究不分(fēn)離(lí)型超聲振動鑽削的刀具減粘和提升刀具切削能力的特性。
結論：1.相比于常規鑽削，不分(fēn)離(lí)型UAD可以有效降低鑽削推力；2.不分(fēn)離(lí)型UAD可以有效提升孔表面質量與孔徑精度；3.不分(fēn)離(lí)型UAD可以有效減少刀具粘結，提升刀具壽命。

關鍵詞組：CFRP/Ti疊層；超聲輔助鑽削；切削力；表面質量；刀具磨損

Influence of overhanging tool length and vibrator material on electromechanical impedance and amplitude prediction in ultrasonic spindle vibrator

Rendi KURNIAWAN, Moran XU, Min Ki CHOO, Shuo CHEN, Yein KWAK, Jielin CHEN, Saood ALI, Hanwei TENG, Pil Wan HAN, Gi Soo KIM, Tae Jo KO

DOI: 10.1631/jzus.A2300243 Downloaded: 77 Clicked: 98 Cited: 0 Commented: 0(p.292-310) <Full Text> <PPT > 46

Chinese summary <6> 刀具懸伸長度和換能器材料對超聲主軸振動器的機電阻抗和振幅預測的影響

作者：Rendi KURNIAWAN¹,Moran XU¹, Min Ki CHOO¹, Shuo CHEN¹, Yein KWAK¹, Jielin CHEN¹, Saood ALI¹, Hanwei TENG¹, Pin WanHAN², Gi Soo KIM³, Tae Jo KO¹
機構：¹Precision Machining Laboratory, Department of Mechanical Engineering, Yeungnam University, Gyeongsan-si, Gyeongbuk-do, Republic of Korea;²Korea Electrotechnology Research Institute (KERI), Changwon-si, Gyeongsangnam-do, Republic of Korea;³KASWIN Co., Ltd, Changwon-si, Gyeongsangnam-do, Republic of Korea
目的：本文圍繞用于設計單自由度諧振裝備的阻抗頻(pín)率和振幅預測展開(kāi)研究，并考慮刀具懸伸長度（OL）和換能器不同材料的影響。此外(wài)，本文旨在提出一(yī)種考慮OL和不同材料影響的阻抗和阻尼比模型，以預測諧振頻(pín)率和振幅。
創新點：1.在阻抗模型中(zhōng)将圓角形變幅杆簡化爲指數形，并簡化夾頭、螺母和刀具。2.在振幅仿真分(fēn)析中(zhōng)考慮振幅與阻尼比的關系，以精确預測振幅。3.在實驗驗證中(zhōng)研究換能器不同材料的影響。
方法：1.選用不鏽鋼（SS 316L）和钛合金（Ti-6Al-4V）做爲超聲換能器的材料，并在超聲換能器上施加最大(dà)可達20 MPa的預緊力。2.研究OL在40~50 mm範圍内變化時對諧振頻(pín)率的影響，并測量在100~300 V電壓下(xià)的諧振振幅。3.進行鋁合金6061銑削實驗以驗證超聲換能器的性能。
結論：1.钛合金材料具有較高的諧振頻(pín)率和最大(dà)25.6 μm的振幅。2.機電阻抗仿真預測諧振頻(pín)率的誤差小(xiǎo)于3%。3.爲了準确預測諧振振幅，有必要通過标定校準來确定阻尼比。4.加工(gōng)可行性實驗表明，超聲換能器可以使切削力降低20%~30%。

關鍵詞組：超聲主軸；超聲振動輔助銑削；單自由度；頻(pín)率；振幅；銑削

Prediction of undeformed chip thickness distribution and surface roughness in ultrasonic vibration grinding of inner hole of bearings

Yanqin LI, Daohui XIANG, Guofu GAO, Feng JIAO, Bo ZHAO

DOI: 10.1631/jzus.A2200609 Downloaded: 381 Clicked: 495 Cited: 0 Commented: 0(p.311-323) <Full Text> <PPT > 35

Chinese summary <4> 軸承内孔超聲振動磨削未變形切屑厚度分(fēn)布及表面粗糙度預測

作者：李豔琴，向道輝，高國富，焦鋒，趙波
機構：河南(nán)理工(gōng)大(dà)學，機械與動力工(gōng)程學院，中(zhōng)國焦作，454000
目的：超聲振動輔助磨削在材料去(qù)除機理上與傳統磨削有明顯不同。超聲振動輔助磨削中(zhōng)顆粒與工(gōng)件相互作用的随機性會産生(shēng)不同形狀與厚度的切屑，然而，對超聲磨削過程中(zhōng)的磨粒-工(gōng)件相互作用的随機性及與表面粗糙度的關系還有待進一(yī)步研究。
創新點：提供一(yī)種快速有效的方法預測縱向超聲振動磨削加工(gōng)工(gōng)件的表面粗糙度。
方法：1.采用符号差分(fēn)法（表1）計算磨粒與工(gōng)件的幹涉深度和寬度，得到未變形切屑厚度（UCT）分(fēn)布來描述磨粒與工(gōng)件相互作用的随機特性。2.分(fēn)析不同磨削參數下(xià)UCT厚度分(fēn)布的特征。3.基于UCT分(fēn)布，建立表面粗糙度預測模型。4.通過實驗驗證模型的有效性。
結論：1.基于超聲磨削過程中(zhōng)磨粒的運動軌迹，提出符号差分(fēn)法計算磨粒與工(gōng)件的幹涉深度和寬度，提高仿真效率。2.在超聲磨削過程中(zhōng)UCT分(fēn)布服從指數分(fēn)布；通過提取不同加工(gōng)參數下(xià)UCT分(fēn)布的特征參數，發現超聲波的應用可以改變UCT的深度和寬度，增強重複幹涉效應，以及降低表面粗糙度。3.分(fēn)析磨削參數對UCT分(fēn)布特性的影響規律發現，基于UCT均值建立表面粗糙度預測模型得到的實驗值與理論值的變化趨勢一(yī)緻，且最大(dà)偏差爲14.3%。4.高砂輪轉速、低工(gōng)件速度、小(xiǎo)磨削深度及合适的超聲振幅有利于獲得較低的UCT，從而形成較光滑的工(gōng)件表面。

關鍵詞組：超聲振動磨削；未變形切屑厚度（UCT）；分(fēn)布特征；表面粗糙度

Regular papers

Influence of vibration on the lubrication effect of a splash-lubricated gearbox

Yi LIU, Kailin ZHANG, Shuai SHAO, Hongxu XIANG, Zhijian YE

DOI: 10.1631/jzus.A2300436 Downloaded: 189 Clicked: 241 Cited: 0 Commented: 0(p.324-339) <Full Text> <PPT > 58

Chinese summary <2> 振動激勵對飛濺潤滑齒輪箱中(zhōng)潤滑效果的影響

作者：劉逸，張開(kāi)林，邵帥，向泓旭，葉志(zhì)堅
機構：西南(nán)交通大(dà)學，軌道交通運載系統全國重點實驗室，中(zhōng)國成都，610031
目的：以軌道交通車(chē)輛齒輪箱爲研究對象，本文旨在研究軌道振動激勵對飛濺潤滑齒輪箱的潤滑和效率的影響。
創新點：1.研究振動對齒輪箱内潤滑與效率的影響；2.提出潤滑評價指标，綜合評估潤滑情況；3.實測軌道激勵。
方法：1.建立在動參考系中(zhōng)的齒輪箱高保真三維數值模型，并對不同振動方向下(xià)的齒輪箱進行計算流體(tǐ)力學仿真；2.讨論轉速、浸油深度和不同噴油體(tǐ)積速率對潤滑和效率的影響；3.提出一(yī)種對飛濺潤滑齒輪箱内部潤滑狀況的評價方法，并量化地比較不同運行參數對潤滑與效率的影響；4.通過實驗驗證該仿真方法的可行性。
結論：1.振動狀态下(xià)，齒輪箱攪油損失和軸承供油量與靜态下(xià)相比顯著增大(dà)；2.在不同方向的振動中(zhōng)，橫向振動載荷對齒輪箱潤滑狀況與效率的影響最大(dà)；3.對于所研究的軌道交通車(chē)輛齒輪箱，轉速爲1600 r/min、浸油深度爲2倍齒高時潤滑狀态最佳；4.在各運行參數中(zhōng)，轉速對齒輪箱的潤滑與效率影響最爲顯著。

關鍵詞組：綜合潤滑評價；攪油損失；動參考系；飛濺潤滑；振動激勵

N-doping offering higher photodegradation performance of dissolved black carbon for organic pollutants: experimental and theoretical studies

Yong GUO, Mengxia CHEN, Ting CHEN, Ying GUO, Zixuan XU, Guowei XU, Soukthakhane SINSONESACK, Keophoungeun KANMANY

DOI: 10.1631/jzus.A2300081 Downloaded: 467 Clicked: 581 Cited: 0 Commented: 0(p.340-356) <Full Text> <PPT > 35

Chinese summary <4> 摻雜(zá)氮元素使溶解性黑碳對有機污染物(wù)具有更高的光降解性能：實驗和理論研究

作者：郭勇^1,3，陳孟霞¹，陳婷²，郭穎²，徐子璇¹，徐國威¹，Soukthakhane SINSONESACK⁴, Keophoungeun KANMANY⁴
機構：¹河海大(dà)學，淺水湖泊綜合治理與資(zī)源開(kāi)發教育部重點實驗室，中(zhōng)國南(nán)京，210093；²江蘇省環境科學研究院，江蘇省環境工(gōng)程重點實驗室，中(zhōng)國南(nán)京，210036；³南(nán)京大(dà)學，污染控制與資(zī)源化研究國家重點實驗室，中(zhōng)國南(nán)京，210023；⁴老撾自然資(zī)源和環境部，自然資(zī)源與環境研究所，中(zhōng)央環境實驗室，老撾萬象，999012
目的：1.将傳統解釋可溶性黑炭（DBC）結構的理論與能帶結構理論相結合，定量研究DBC的光活性物(wù)種與能帶結構的關系。2.闡明氮元素摻雜(zá)對DBC結構光降解污染物(wù)的影響機制。
創新點：通過能帶結構理論闡明氮元素摻雜(zá)使DBC對有機污染物(wù)具有更高的光降解性能的機制。
方法：1.通過實驗分(fēn)析，證明氮元素成功摻入DBC；2.通過光降解實驗數據，證明氮摻雜(zá)的DBC提高對有機污染物(wù)的光降解效率；3.通過活性物(wù)種捕獲和分(fēn)子探針實驗确定主要的貢獻物(wù)種，進一(yī)步結合能帶結構理論闡明兩種可溶性的黑碳在光降解過程中(zhōng)産生(shēng)的貢獻物(wù)種的不同的原因。
結論：氮摻雜(zá)促進了生(shēng)物(wù)炭衍生(shēng)的DBC對四環素（TC）和亞甲基藍(lán)（MB）的光降解性能。這可能是由于以下(xià)原因：（1）氮摻雜(zá)使DBC的價帶能量從1.55 eV增加到氮摻雜(zá)的可溶性黑炭（NDBC）的2.04 eV，這足以使NDBC的水氧化形成·OH。換句話(huà)說，NDBC可以産生(shēng)-OH和，而DBC隻能産生(shēng)。（2）氮摻雜(zá)使DBC的帶隙從2.29 eV增加到2.62 eV，從而導緻光生(shēng)電子孔的分(fēn)離(lí)效率提高，最終促進光降解效率。（3）氮摻雜(zá)降低DBC在光照下(xià)的穩定性，使DBC對可見光的反應更加靈敏。

關鍵詞組：可溶性黑碳；N-摻雜(zá)；有機污染物(wù)；帶隙；光降解