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).
Journal of Zhejiang University-SCIENCE A
ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly
2026 Vol.27 No.6 P.555-658
<6> <5><<< CONTENTS
Research Article
Effect of varying strain rates on the local mechanical properties of aluminum alloy welded joints
Chen LIU, Yansong WANG, Chenmeng WANG, Hu ZHOU, Yuchen YANG, Bangping GU, Shibin SUN, Long PAN, Feilong LIU, Guanhua XU, Chuanxiao YANG
DOI: 10.1631/jzus.A2500370 Downloaded: 723 Clicked: 546 Cited: 0 Commented: 0(p.555-568) <Full Text> <PPT> 6
机构：1上海海事大学，物流工程学院，中国上海，201306；2东华大学，机械工程学院，中国上海，201620；3华东理工大学，机械与动力工程学院，中国上海，200237；4南京工程学院，机械工程学院，中国南京，211167；5上海交通大学，材料科学与工程学院，中国上海，200240；6浙江大学，机械工程学院，流体动力基础件与机电系统全国重点实验室，中国杭州，310058；7浙江大学，机械工程学院，全省增材制造技术与装备重点实验室，中国杭州，310058
目的：在海洋工程、航空航天等实际服役环境中，焊接结构常承受不同应变速率下的动态载荷，而焊接接头各区域（焊缝金属（WM）、热影响区（HAZ）和母材（BM））的力学性能存在显著差异，传统整体测试方法难以揭示其局部失效机制。本文旨在探讨不同应变速率对AA5052铝合金焊接接头局部力学性能的影响规律，揭示应变速率与微观结构演化、残余应力分布及局部力学响应之间的内在关联，为焊接结构的动态强度评估与安全设计提供理论依据。
创新点：1.结合多物理场焊接过程仿真与数字图像相关（DIC）技术，系统揭示了焊接残余应力场与热影响区微观组织软化在动态加载下的协同作用机制；2.利用兰贝格-奥斯古德方程对不同应变速率下焊接接头各区域（BM、HAZ、WM）的本构参数进行非线性拟合，建立了应变速率与局部强化/软化行为的定量关系；3.基于动态应变时效（DSA）理论，阐明了低应变速率下焊接接头强度提升的微观机制，揭示了应变速率对波特文-勒夏特利埃（PLC）效应及加工硬化行为的影响规律。
方法：1.通过冷金属过渡焊接方法制备AA5052铝合金焊接接头，采用扫描电子显微镜（SEM）、光学显微镜、X射线衍射（XRD）等手段分析焊缝、热影响区和母材的微观组织与相组成，揭示微观结构差异对力学性能的影响（图1和S13）；2.利用DIC技术获取不同应变速率（1×10−4~2×10−2s−1）下焊接接头各区域的局部应变场和应力-应变曲线，结合兰贝格-奥斯古德方程拟合材料本构参数（图3和4、表2）；3.采用ABAQUS有限元软件构建双椭球热源模型，模拟焊接温度场与残余应力场分布，并结合孔洞法残余应力测试验证仿真结果，分析残余应力与微观软化对断裂行为的协同影响（图S11和S12）。
结论：1.焊接热循环导致热影响区出现微观组织软化和残余拉应力集中，形成"软化-应力集中"双重机制，使其成为拉伸断裂的优先区域。2.在1×10−4~2×10−2s−1准静态应变速率范围内，降低应变速率可提高焊接接头各区域的屈服强度和抗拉强度，其中焊缝区屈服强度提升幅度最大，达31.54%。3.动态应变时效是低应变速率下强度提升的主导机制：应变速率降低时，溶质原子与位错相互作用增强，加工硬化能力提高；过高应变速率则会削弱该效应，降低材料均匀变形能力。4.联合应用DIC技术与焊接仿真，可有效识别焊接接头局部力学性能差异及断裂路径演化，为复杂载荷下焊接结构的强度评估与工艺优化提供支撑。
关键词组：
Wear map-based wear prediction method for the piston–cylinder interface in axial piston machines
Fei LYU, Xudong SHEN, Felix SCHLEGEL, Xiaolong ZHANG, Liangyu SONG, Junhui ZHANG, Katharina SCHMITZ, Bing XU
DOI: 10.1631/jzus.A2500501 Downloaded: 545 Clicked: 433 Cited: 0 Commented: 0(p.569-582) <Full Text> <PPT> 6
机构：1浙江大学，流体动力与机电系统全国重点实验室，中国杭州，310058；2亚琛工业大学，流体驱动与系统研究所，德国亚琛，52074
目的：预测柱塞副的磨损行为对于提高轴向柱塞泵-马达的可靠性和服役寿命至关重要。本文旨在通过柱塞副磨损图来改进现有方法在柱塞副复合承载润滑状态下磨损率计算不够准确的问题，从而实现更加全面和可靠的柱塞副磨损进程预测。
创新点：提出了基于实测磨损图的磨损预测方法，以替代现有的简化硬切换磨损计算模型，从而获得柱塞副复合磨损机制下，界面全域接触状态与磨损率的映射关系。
方法：1.使用柱塞副混合润滑模型描述摩擦副界面的全域接触状态，并将其作为工况矩阵输入盘-盘摩擦磨损试验台，以获得柱塞副全域接触状态的磨损图，从而建立接触状态与磨损率的映射关系；2.通过观测柱塞副全域接触状态下磨损特征的复合性，阐明磨损图的必要性；3.将磨损图嵌入到柱塞副磨损进程预测模型中，并分析磨损图对磨损分布和演化进程的影响，且通过整泵磨损进行验证。
结论：1.柱塞副局部磨损率随接触应力非线性增加，并且在所研究的接触工况内的中应力水平下，对滑动速度的敏感性较明显。2.从磨损轮廓来看，磨损主要出现在缸孔轴向两端，而且基于磨损图的方法和传统的基于Archard模型的方法都能够识别主要磨损区域。3.从磨损演化进程来看，0.5 h内缸孔顶端迅速出现磨损，然后顶端磨损增长缓慢；在缸孔底端，磨损从3h起迅速增加，到15 h达到比顶端更高的水平。传统的基于Archard模型的方法未重现底端磨损量的反超，然而基于磨损图的方法更一致地捕获了这种缸孔两端磨损量随着时间重新分布的情况。
关键词组：
Zhe ZHENG, Kaihao ZHU, Jiaqi HOU, Haibo XIE, Lijie JIANG, Fulong LIN, Lianhui JIA, Laikuang LIN, Huayong YANG, Dong HAN
DOI: 10.1631/jzus.A2500404 Downloaded: 1289 Clicked: 1676 Cited: 0 Commented: 0(p.583-597) <Full Text> <PPT> 6
机构：1浙江大学，机械工程学院，流体动力基础件与机电系统全国重点实验室，中国杭州，310058；2中铁工程装备集团有限公司，中国郑州，450047；3中南大学，机电工程学院，中国长沙，410083
目的：推力解算是盾构轨迹纠偏控制的关键环节，其解算结果直接关系到管片受力偏载、液压冲击等工程风险。本文旨在探讨推力解算优化方法，以获得综合性能最优的分区推力，实现多缸推力的实时最优解算，为盾构安全、高效掘进提供支撑。
创新点：1.提出一种可动态分区的推进液压系统，实现分区配置与管片点位的实时匹配；2.考虑盾构准静态特性，构建以受力偏载与液压冲击为性能指标的推力解算多目标优化框架。
方法：1.通过理论分析，推导多缸推力解算方程（公式(1)~(6)）。2.在上升掘进段约束受力偏载，采用二次规划求解最优分区推力（公式(7)~(12)）；在稳定掘进段同时考虑受力偏载和液压冲击，采用非支配排序遗传算法-II（NSGA-II）求解最优分区推力（公式(S1)）。3.与现场施工数据进行比较，验证所提方法的可行性与有效性（图3~9）。
结论：1.在上升掘进段，基于可动态分区推进系统的推力解算方法可使管片受力偏载降低32.89%；2.在稳定掘进段，NSGA-II相较于加权二次规划算法，使管片受力偏载与液压冲击得到显著改善。
关键词组：
Load characteristics and dynamic stability of hydrogen aerostatic gas bearings in turbo-expanders
Chenjie GU, Songqiang ZHU, Zhenyu LIU, Limin QIU, Yutao LIU, Kai FANG, Jingfeng LI
DOI: 10.1631/jzus.A2500531 Downloaded: 798 Clicked: 614 Cited: 0 Commented: 0(p.598-609) <Full Text> <PPT> 4
机构：1浙江省白马湖实验室有限公司，中国杭州，310051；2浙江大学，机械工程学院，中国杭州，310058；3浙江大学，制冷与低温研究所，中国杭州，310027
目的：氢润滑轴承是大型氢液化系统中氢透平膨胀机的关键部件。然而，氢气粘度极低，给轴承的运行稳定性带来了严峻挑战。为了应对这些挑战，本文对其进行了深入研究。
创新点：1.建立了氢气静压轴承的三维计算流体力学（CFD）模型，分析获得氢气轴承的静动压效应特点；2.开展动态特性研究，模拟运行参数与结构参数对稳定性的影响。
方法：1.采用三维CFD模型，研究氢气静压气体轴承（HAGB）的静态特性，并与氦气、空气轴承的性能进行对比（图4~6）；2.采用动网格方法研究了氢气静压气体轴承的运行参数与结构参数对其动态特性的影响，并通过耗散能与等效阻尼系数对动态稳定性进行评价（图7~10）。
结论：1.氢气静压气体轴承主要在静压效应主导下工作，且由于氢气粘度低，其动压效应相对较弱。2.提高转速与供气压力、减小气膜间隙，均可提升等效阻尼系数。在所研究的结构中，当进气孔直径为0.2 mm时，氢气静压气体轴承的减振效果最优。
关键词组：
Aerodynamic optimization of an externally tilted hex-rotor hovering unmanned aerial vehicle
Hengxing YANG, Yao LEI, Jifu HU, Guobin SHI
DOI: 10.1631/jzus.A2500352 Downloaded: 744 Clicked: 783 Cited: 0 Commented: 0(p.610-624) <Full Text> <PPT> 6
机构：1福州大学，机械工程及自动化学院，中国福州，350116；2福州大学，流体动力与电液智能控制福建省高校重点实验室，中国福州，350116；3中山大学，智能工程学院，中国深圳，518000
目的：本文旨在通过实验测量与计算流体动力学（CFD）模拟相结合的方法，系统研究旋翼间距比（i=0.50~0.83）与倾斜角（θ=0°~40°）对具有外偏转构型的六旋翼无人机在悬停状态下气动性能的影响，特别是推力、功率消耗、品质因数（FM）与功率负载（PL）的变化规律，并深入揭示倾斜构型下旋翼间流动相互作用的协同机制。研究致力于优化旋翼配置，通过提升下洗流汇聚与涡流耦合效应，抑制不利的流动干扰，从而提高悬停效率与有效载荷能力，为非平面多旋翼系统的气动设计与流动控制提供理论与实验依据。
创新点：1.揭示了外倾斜六旋翼相对于传统平面构型提升悬停效率的流体动力学机制；2.阐明了旋翼间距比与倾斜角在调控推力生成中的协同作用机制；3.确定了外倾斜六旋翼在悬停状态下的气动最优构型参数组合。
方法：本研究采用实验测量与CFD模拟相结合的集成方法。首先，通过参数化实验，在定制测试台上系统测量不同旋翼间距比和倾斜角下的推力、扭矩和功率，并计算品质因数和功率负载等性能指标。同时，利用高保真瞬态CFD模拟对相同工况进行数值计算，并通过网格无关性分析和实验数据验证确保模型的可靠性。该方法通过实验获取宏观性能数据，并借助CFD深入揭示下洗流汇聚、涡结构演化等内部流场协同机制。
结论：1.适度的外倾斜（θ=24°）能通过流场协同有效提升悬停效率；该角度促进了旋翼下洗流的汇聚，增强了轴向流速与推力；同时强化了旋翼间的涡流耦合，稳定了主涡结构，从而抑制了湍流损失。2.旋翼间距比与倾斜角存在关键协同效应；最优间距比（i=0.56）在减少有害流动重叠的同时，为有益的流场耦合创造了条件；与θ=24°结合，可实现稳定的压力梯度和涡结构，而过大倾角会破坏此平衡。3.确定了气动最优构型（i=0.56,θ=24°）；相比传统平面构型，该配置实现了推力提升5.43%、功耗降低2.73%、品质因数提高11.15%、功率负载增强3.77%的综合优化，其流场表现为稳定的涡动力学和受约束的回流区。
关键词组：
3D printing of wet-bonded multilayer scaffolds for skin wound repair
Kangning SHEN, Jingyi GU, Ximin YUAN, Nian LIU, Yinglin WANG, Jiabin CAI, Yang SHI, Kaiyang WANG, Xinghua YE, Minghao YANG, Zhiyong MA, Zhijian XIE
DOI: 10.1631/jzus.A2500653 Downloaded: 830 Clicked: 791 Cited: 0 Commented: 0(p.625-639) <Full Text> <PPT> 6
机构：1湖州师范学院，浙江省工业固体废物热解技术与智能装备重点实验室，中国湖州，313000；2湖州师范学院，工程学院，中国湖州，313000；3浙江大学医学院附属口腔医院，口腔医学院，浙江省口腔疾病临床研究中心，浙江省口腔生物医学研究重点实验室，浙江大学癌症中心，中国杭州，310016;4浙江大学，机械工程学院，流体动力基础件与机电系统全国重点实验室，中国杭州，310058
目的：传统单层支架无法模拟天然皮肤的多层异质结构和功能协同，导致机械兼容性差、界面粘附弱。本文旨在构建一种具有分层结构的仿生皮肤细胞外基质（ECM）支架（BPS），并通过三层设计（表面层（SL）、支撑层（PL）和基底层（BL））实现抗菌透气、力学支撑和生物活性的集成，以提高皮肤伤口修复效果。
创新点：1.提出利用熔融电写（MEW）工艺制备的三层仿生皮肤ECM支架和通过聚己内酯（PCL）表面氨基化处理和京尼平交联实现层间水凝胶与纤维的共价键结合，显著增强纤维凝胶界面稳定性并提供湿粘附性能；2.利用盐离子屏蔽效应调控明胶分子链缠结，实现水凝胶降解速率的可调控以及与皮肤再生周期的匹配；3.通过水凝胶缠结、各向异性网格拓扑结构和共价结合，有效抑制水凝胶水平膨胀，保证支架在潮湿环境下的力学稳定性。
方法：1.通过MEW技术制备微孔SL和PL拓卜结构，并采用NaOH刻蚀和乙二胺（EDA）胺化处理在PCL表面引入氨基；2.制备京尼平交联的明胶水凝胶基层，添加甘油和柠檬酸钠调控力学性能和降解行为，并利用SEM、FT-IR、XPS、XRD等表征化学结构与微观形貌；3.建立大鼠全层皮肤缺损模型，评估修复效果，并评价生物相容性与基因表达。
结论：1.BPS支架具有优异的力学性能和湿粘附性能，与人体皮肤力学特性匹配；其通过PCL表面胺化与京尼平交联，提高了界面韧性，从而实现了优异的抗溶胀稳定性。2. BPS支架无细胞毒性，SL微孔结构提供透气性的同时有效阻隔大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。3.BPS组大鼠全层皮肤缺损模型中，14天愈合率达92.5%，胶原沉积为对照组的1.6倍且有序，并且血管密度和VCL表达最高。总之，多层仿生设计克服了单层材料功能单一的局限，为复杂皮肤缺损修复提供了一种集力学适配、生物活性和湿粘附于一体的多功能修复支架。
关键词组：
Qingqing MIAO, Xiaoyu LUO, Jiang LU, Weijun GAO, Yucong XUE, Yifan FAN, Jian GE, Jiahong ZHAO
DOI: 10.1631/jzus.A2500365 Downloaded: 777 Clicked: 974 Cited: 0 Commented: 0(p.640-658) <Full Text> <PPT> 7
机构：1浙江大学，建筑工程学院，中国杭州，310058；2浙江大学，平衡建筑研究中心，中国杭州，310028；3浙江大学，浙江大学建筑设计研究院有限公司，中国杭州，310028；4浙江科技大学，土木与建筑工程学院，中国杭州，310023；5北九州市立大学，环境工程学院，日本北九州市，8080135；6中国联合工程有限公司，中国杭州，310056
目的：1.为应对全球气候变化与城市化进程对建筑能源系统的双重挑战，本研究旨在建立一个城市背景下的未来气候预测框架，并将其集成至建筑能耗模拟与能源系统优化中。2.以中国夏热冬冷地区的典型办公建筑为对象，量化未来气候变化及城市微气候对建筑制冷、供暖及总能耗的影响，并评估其对能源系统优化的影响，为气候适应型能源规划提供科学依据。
创新点：1.将城市气候影响集成到未来气候变化框架中，综合考虑未来气候变化与城市气候对能源系统优化的影响。2.对CMIP6中的全球气候模型在夏热冬冷地区的适用性展开评估并进行降尺度处理，获得未来逐时气象数据。3.生成涵盖温度、湿度、风速、太阳辐射的全年微气候数据，满足全年能耗模拟需求。
方法：1.评估CMIP6多个全球气候模型在夏热冬冷地区的适用性，筛选三个最优模型，并通过统计降尺度获得未来两个年代的典型气象年数据。2.采用城市天气生成器（UWG）模拟城市热岛效应对温湿度的影响，采用经验公式计算城市风速。3.基于DesignBuilder建立典型办公建筑模型，考虑周围建筑群遮挡，模拟全年逐时能耗。4.将能耗数据和气象文件用于建筑能源系统优化，并分析不同气候情景下的系统容量配置和经济性。
结论：1.未来气候变化使杭州地区典型办公建筑制冷需求增加28.9%~103.0%，供暖需求降低19.7%~52.6%，总能耗增加3.9%~15.0%；城市微气候进一步放大这些趋势。2.在能源系统优化中，考虑未来气候与城市微气候的系统净现值较历史气候情景提高5.1%~16.7%。3.未来气候下的能耗峰值更高，需更大系统配置以保证可靠性；这虽然增加初始投资，但提升了运行灵活性、降低了运行成本。因此，建筑能源系统规划应纳入未来气候变化与城市微气候的双重影响。
关键词组：