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).

Journal of Zhejiang University SCIENCE A

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

2023 Vol.24 No.2 P.91-172

Cover:

<334>

Contents:

<261>

<<< CONTENTS >>>

Reviews

Review: Advanced ocean wave energy harvesting: current progress and future trends

Fang HE, Yibei LIU, Jiapeng PAN, Xinghong YE, Pengcheng JIAO

DOI: 10.1631/jzus.A2200598 Downloaded: 10742 Clicked: 1420 Cited: 0 Commented: 0(p.91-108) <Full Text> <PPT> 410

Chinese summary <168> 先进海洋波浪能采集：当前进展和未来趋势

作者：何方，刘怡贝，潘佳鹏，叶星宏，焦鹏程
机构：浙江大学，海洋学院，中国舟山，316021
概要：在化石能源危机和环境污染加剧的背景下，能源产业正在向着清洁低碳方向转变。海洋能有望成为缓解气候变化和能源短缺的重要能量来源。波浪能是海洋能的重要组成部分。然而由于波浪的低频和不稳定性，其采集存在一定技术挑战。本文通过梳理波浪能转换装置的基本机理与主要应用，讨论现有波浪能采集技术的瓶颈与挑战；通过引入近年来出现的数据驱动结构优化等先进设计技术和摩擦电超材料等新型电学功能材料，提出波浪能采集技术的可能解决方案和未来发展方向，并讨论和展望能量采集在"智慧海洋"中的应用潜力和应用范式。

关键词组：波浪能；采集；结构优化；摩擦电超材料

Review: Biophysical neurons, energy, and synapse controllability: a review

Jun MA

DOI: 10.1631/jzus.A2200469 Downloaded: 1684 Clicked: 1862 Cited: 0 Commented: 0(p.109-129) <Full Text> <PPT> 391

Chinese summary <58> 生物物理神经元模型、能量与突触可塑性综述

作者：马军^1,2
机构：¹兰州理工大学，物理系，中国兰州，730050；²重庆邮电大学，理学院，中国重庆，430065
目的：阐明功能性神经元设计的物理机理，揭示能量调控神经元放电模态和突触活性的物理机理，并论证神经元自适应性选频的路径和神经元网络内异质性和缺陷的形成。
创新点：1.建立了包含表达电磁感应、热效应和温度感知、光敏、压电感知和磁场感知的系列神经元模型；2.定义了神经元中哈密顿能量并解释其来源和计算方法；3.指出哈密顿能量对神经元突触调控的物理机理和方法；4.解释了听觉神经元和视觉神经元在外界刺激下的选频响应机理；5.解释了神经元网络内异质性和缺陷形成的能量机理。
方法：把忆阻器、热敏电阻、光电管、压电陶瓷、约瑟夫森结等嵌入简单的电感-电容和电阻耦合的神经元电路，实现对外界物理信号的捕获和感知。从神经元电路场能量方程和赫姆霍兹定理分别得出功能神经元模型的能量函数，确认其表达式的唯一性和一致性。以神经元能量函数为控制开关，对神经元突触进行自适应控制来实现能量平衡。
结论：1.特定物理器件嵌入神经元电路可以增强其物理感知能力；2.能量驱动和调控可以有效控制神经元和神经元网络放电模态和时空斑图；3.生物神经元的多重自适应性源于能量流的平衡分配。

关键词组：能量平衡；突触建立；立功能神经元；异质性；缺陷

Research Articles

Deformation pre-compensated optimization design of cam ring for low pulsation hydraulic motors

Chao ZHANG, Hao TAN, Yu FANG, Xiaolong ZHANG, Yu YANG, Yiman DUAN, Min HAN, Shaojian CUI, Bing XU, Junhui ZHANG

DOI: 10.1631/jzus.A2200552 Downloaded: 1117 Clicked: 1076 Cited: 0 Commented: 0(p.130-145) <Full Text> <PPT> 440

Chinese summary <57> 低脉动液压马达凸轮环变形预补偿优化设计

作者：张超¹，谭浩¹，方禹¹，张小龙¹，杨宇²，段怡曼¹，韩敏¹，崔绍健²，徐兵¹，张军辉¹
机构：¹浙江大学，机械工程学院，流体动力与机电系统国家重点实验室，中国杭州，310027；²正时乐液压有限责任公司，中国秦皇岛，066000
目的：内曲线液压马达在重载工况下凸轮环与滚子接触产生的弹性变形，改变了预设的运行轨迹，使得马达产生较大的转速转矩脉动。本文提出一种凸轮环变形预补偿的优化设计方法，在设计阶段耦合弹性变形的影响，以降低马达在实际工作时的脉动，从而提高马达的稳定性。
创新点：1.通过赫兹接触理论和马达结构的受力分析，建立凸轮环弹性变形非均匀分布的计算方法；2.建立凸轮环弹性变形预补偿的设计方法，并通过实验进行验证。
方法：1.通过理论推导建立凸轮环非均匀弹性变形与工作压力之间的直接关系，基于此提出凸轮环弹性变形预补偿的设计方法，并给出完整的流程与计算方法。2.通过仿真模拟，对凸轮环变形计算进行验证，初步证明所提方法的正确性。3.通过实验验证，对在不同工况下，马达的脉动率进行分析，验证所提方法的有效性。
结论：1.提出凸轮环变形预补偿优化设计方法，包括初始的整体补偿和二次局部补偿。2.在对马达进行详细运动学和受力分析的基础上，推导出凸轮环变形的计算过程，并用有限元仿真方法进行实例验证。3.脉动降低率随着工作压力的增加而增加，并且在45 MPa工作压力下可以实现40%的高脉动降低率。

关键词组：液压马达；凸轮环；变形预补偿；脉动

Reliability measure approach considering mixture uncertainties under insufficient input data

Zhenyu LIU, Yufeng LYU, Guodong SA, Jianrong TAN

DOI: 10.1631/jzus.A2200300 Downloaded: 947 Clicked: 1766 Cited: 0 Commented: 0(p.146-161) <Full Text> <PPT> 386

Chinese summary <49> 不完备数据下考虑变量混合不确定性的可靠性度量方法

作者：刘振宇^1,4，吕玉峰^1,4，撒国栋^2,3,4，谭建荣^1,4
机构：¹浙江大学，CAD&CG重点实验室，中国杭州，310058；²浙江大学宁波理工学院，中国宁波，315100；³浙江省健康智慧厨房系统集成重点实验室，中国宁波，315336；⁴浙江大学，机械工程学院，中国杭州，310058
目的：可靠性优化需要精确度量含不确定性变量的系统可靠性。然而，工程实践中往往不能获取充足的样本数据计算可靠性指标，因此本文针对不完备数据下的系统可靠性度量开展研究。
创新点：1.提出了随机变量、稀疏变量以及区间变量混合不确定性下的可靠性度量方法；2.本方法可以推广到p-box和证据理论变量等不确定性变量。
方法：1.建立不完备数据下的失效概率函数；2.基于中间辅助变量实现失效概率的一致性计算；3.针对数据不完备前提下失效概率自身也是不确定性变量的问题，对失效概率指标进行敏感度分析；4.将提出的失效概率计算方法推广到p-box变量、多模态分布变量以及证据理论变量；5.采用经典函数案例验证方法的有效性，并将方法应用于锻压机的可靠性分析。
结论：1.不完备数据下的系统可靠性存在较大的不确定性；2.通过中间辅助变量可以精确分析混合不确定性下系统的失效概率，确定失效概率的随机分布特性；3.提出的方法可以用较少的计算时间获得准确的可靠性结果；4.本文方法可以扩展到更多不确定性类型的可靠性分析，辅助混合不确定性优化设计。

关键词组：不完备数据；可靠性指标；敏感度分析；稀疏变量；不确定性传播

Preparation and 3D printing of high-thermal-conductivity continuous mesophase-pitch-based carbon fiber/epoxy composites

Haiguang ZHANG, Kunlong ZHAO, Qingxi HU, Jinhe WANG

DOI: 10.1631/jzus.A2200413 Downloaded: 1046 Clicked: 1284 Cited: 0 Commented: 0(p.162-172) <Full Text> <PPT> 446

Chinese summary <48> 高导热连续沥青基碳纤维增强复合丝材制备及3D打印

作者：张海光^1,2,3，赵坤龙¹，胡庆夕^1,2,3，王金合⁴
机构：¹上海大学，机电工程与自动化学院快速制造工程中心，中国上海，200444；²上海大学，上海市智能制造及机器人重点实验室，中国上海，200072；³上海大学，工程训练国家级实验教学示范中心，中国上海，200444；⁴上海大学，理学院纳米科学与技术研究中心，中国上海，200444
目的：为满足航天器对树脂导热性能的要求，解决3D打印复杂零件时导热效率低的问题，本研究提出一种新型连续中间相沥青基碳纤维/热塑性聚氨酯/环氧树脂（CMPCF/TPU/epoxy）复合长丝并介绍其制备工艺。
创新点：1.该复合长丝的制备基于连续中间相沥青基碳纤维（CMPCF）的高导热性能、热塑性聚氨酯（TPU）的高弹性和环氧树脂（epoxy）的耐高温性能。2.沿导热方向打印长丝，并提出热固性复合丝材打印件的新固化方式。
方法：1.采用上浆剂法进行表面上浆，选取水溶性聚氨酯作为表面上浆剂，提升连续中间相沥青基碳纤维聚束性。2.通过增韧预处理，选取TPU作为增韧基体材料，在上浆后的碳纤维束外包裹一层具有高韧性高强度的树脂层。3.采用浸涂处理工艺，选取固态环氧树脂，成功制备出高导热CMPCF/TPU/epoxy复合丝材。4.沿导热方向规划打印路径并进行打印测试，验证复合长丝的可打印性和打印件的导热系数。
结论：1.通过对CMPCF进行表面上浆、增韧预处理和预浸处理，成功制备出高导热性能的CMPCF/TPU/epoxy复合长丝；在CMPCF外包裹TPU，解决了CMPCF因脆性而难以打印的问题。2.3D打印使纤维沿导热方向铺设，为制备具有高导热系数的复杂打印件提供了一种新方法。3.导热系数测试表明，当CMPCF体积含量仅为6.6%时，复合材料的导热系数为40.549 W/(m·K)，是纯环氧树脂的160倍，是聚丙烯腈基碳纤维（PAN-CF）体积为14.6%时复合材料的13倍，因此CMPCF的加入明显提高了打印件的导热性能。

关键词组：导热系数；3D打印；连续中间相沥青基碳纤维（CMPCF）；热塑性聚氨酯（TPU）；环氧复合丝材