机械工程

  • 基于分段声学黑洞板件的振动特性分析

    张博强;张强强;金鑫;

    非理想声学黑洞结构由于截断的存在,弯曲波在到达截断处会形成反射,导致对振动的抑制效果减弱。针对弯曲波反射问题,本文提出一种分段声学黑洞结构,并采用有限元法进行谐响应分析,计算不同频率下的振动速度响应。结果显示,与传统声学黑洞结构和均匀板件结构相比,分段声学黑洞板件在黑洞布置处具有更强的能量聚集效应,弯曲波的反射问题得到有效解决,在远离黑洞结构的均匀处表现出更好的振动抑制效果。同时,探究贴敷阻尼层以及不同黑洞材料对振动控制的影响效果,结果表明,阻尼层尺寸以及厚度的增大均能提升减振效果。材料刚度的提升亦能进一步增强结构的减振能力。本文的研究可为新型声学黑洞的结构设计提供一种思路。

    2024年02期 v.35 1-8+24页 [查看摘要][在线阅读][下载 1771K]
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  • 运用米勒循环与生物柴油对柴油机性能优化分析

    胡玲玲;辛华健;李晓萍;胡杰;姜峰;曹文通;周俊明;

    本文基于GT-Power软件,对比分析了B20生物柴油在1 000 r/min转速、2种负荷工况(100%和50%)下的2种米勒循环最佳方案,找到关于动力、经济、排放性能最佳的进气门提前关闭角;再基于米勒循环方案,对其性能进行了优化和分析,得出了B20生物柴油发动机在2种工况下功率、油耗、soot排放与NO_x排放最佳性能的进气正时方案。结果表明:变气门重叠角米勒循环在整体性能方面优于变凸轮型线米勒循环,变气门重叠角米勒循环燃用B20生物柴油在2种不同负荷工况下,当处于进气门提前关闭角30℃A时功率性能最佳,并且通过模型优化后2种工况分别在进气门正时179.0℃aA和排气门正时174.0℃aA、进气门正时224.5℃aA和排气门正时119.0℃aA区域内有功率极大值;同理,油耗、soot与NO_x排放也同样存在相对应的最佳进气门提前关闭角与优化后相对应的区域。

    2024年02期 v.35 9-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 1995K]
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  • 基于CFD的某畜禽车厢体内机械通风优化设计

    王朋;苗永存;王建林;吴彦宣;傅爱军;

    为研究某畜禽车厢体的内部结构对厢体温度场和风速场的影响,并了解厢体内气流的流动状态和温度的分布情况,利用计算流体力学的方法,建立计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)模型,并对厢体的温度场和风速场进行仿真分析。将模型的模拟值与实测值进行对比,结果显示,模拟值与实测值最大绝对误差为1.8℃,温度值相对误差范围在5%以内的测点有20个,风速值相对误差范围在10%以内的测点有21个,模拟得到的结果与实测值拟合度较高。通过改变厢体内隔板的结构和通风孔的尺寸及数量来提供优化方案,优化后的厢体内温度均匀性得到明显改善,温度显著降低,为畜禽车厢体的内环境优化提供可靠基础。

    2024年02期 v.35 17-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 1788K]
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土木工程

  • 嵌入式H型钢梁柱节点受力性能研究

    邓宇;郭镇;张博;郝宇茜;康侃;马富强;

    为解决传统标准梁柱节点施工复杂、节点强度低等一系列问题,提出一种嵌入式H型钢梁柱节点结构形式,并设计4个梁柱节点试件(1个标准现浇梁柱节点试件,3个嵌入式H型钢梁柱节点试件)进行试验研究,设置型钢翼缘宽度、剪跨比为主要参数,对4个试件的破坏形态、承载力、变形能力进行对比分析。结果表明:嵌入式H型钢梁柱节点试件的节点核心区柱端混凝土裂缝较少,裂缝分布和破坏位置基本上发生于梁端,充分满足了“强柱弱梁”的设计要求;相较于标准现浇梁柱节点试件,嵌入式H型钢梁柱节点试件峰值承载力、极限承载力、变形能力均显著提高,当型钢翼缘加宽时,试件峰值承载力和极限承载力提升较为有限,当剪跨比大于2.7时,承载力将会明显降低。

    2024年02期 v.35 25-31页 [查看摘要][在线阅读][下载 1421K]
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  • 基于遗传算法的BP神经网络在轻质路基沉降预测中的应用

    沈璐;陈修和;陶文斌;李健斌;

    为更好地掌握轻质路基施工过程中的沉降变形情况,选取宁芜保通线部分轻质路基沉降监测数据,在BP(back propagation)神经网络模型的基础上,采用遗传算法对其进行优化,并将优化后的模型应用于轻质路基沉降预测。结果表明:遗传算法优化的BP神经网络在全局搜索能力和收敛能力方面具有明显优势;在轻质路基沉降预测任务中,多数预测结果的相对误差集中在更低的范围内,监测点1和监测点2预测结果的模型评价指标MAE、RMSE、MAPE分别为0.017 mm、0.021 mm、0.679%和0.013 mm、0.016 mm、1.395%,预测结果拟合程度高,误差小,模型泛化能力强。因此,遗传算法优化的BP神经网络的沉降预测模型具有可靠的预测效果与预测精度,在实际工程中可行性较高,可作为轻质路基沉降预测和预警的一种辅助手段。

    2024年02期 v.35 32-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 14246K]
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  • 粉煤灰对膨胀土未冻水含量的影响——基于低场核磁共振技术检测

    李湘炜;姚亚锋;樊华;林键;

    为探究冻融循环条件下粉煤灰对膨胀土未冻水含量的影响,利用低场核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)技术对不同粉煤灰掺量(3%、6%、9%、12%和15%)的改性膨胀土进行T2谱测定,分析不同温度下改性膨胀土的孔隙结构变化特征,并得出不同粉煤灰掺量的改性膨胀土未冻水含量的变化规律。试验结果表明:改性膨胀土相较于原状土,微、小孔隙的孔径分布在掺灰比为9%的试样出现降低,其余掺灰比的试样出现增长,掺灰比为6%的试样最显著;中孔隙增幅最显著的是掺灰比为12%的试样,大孔隙增幅最显著的是掺灰比为3%的试样;在冻结过程中,掺灰比为9%的试样未冻水含量在下降阶段变化最快,在融化阶段变化速率最慢;掺入粉煤灰降低了土壤的相变温度,且抑制土体冻结过程中的未冻水含量。

    2024年02期 v.35 40-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 1409K]
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  • 预应力效应对小箱梁纵向开裂影响分析

    殷若诚;李伟钊;黄雪松;温天昊;

    公路装配式预应力混凝土小箱梁纵向开裂问题较为普遍,纵向裂缝会严重影响结构安全及耐久性能,甚至降低桥梁结构承载力。本文以30 m装配式小箱梁为分析对象,根据后张法预应力对小箱梁梁体的作用机理,采用有限元软件ANSYS并基于等效荷载法,对预应力钢束张拉过程作用于小箱梁梁体的端部锚固力、曲线段径向力、管道偏差力等3种荷载引起的梁体竖向应力进行仿真分析。结果表明:端部锚固力引起的混凝土局部承压区竖向拉应力最大,达到1.503 MPa,发生在距梁端1.5 m附近截面;曲线段径向力引起的梁体竖向拉应力较小,可忽略其对纵向开裂的影响;在规范允许的施工误差范围±1 cm内,管道偏差力引起的梁体竖向拉应力介于0.610~3.250 MPa之间,可能导致梁体纵向开裂。

    2024年02期 v.35 48-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 1379K]
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自动化技术、计算机技术

  • 纯电动汽车低压电源管理优化策略研究

    彭忛;罗文广;

    随着汽车技术的不断发展,汽车的电气设备种类越来越多,电器消耗的电能占整车能量比重不断上升,对汽车低压电源管理提出更高要求。为满足用户日益增长的汽车电子设备用电需求,达到减少整车能量消耗、提高电池充电效率的目的,在对纯电动汽车负载进行分类的基础上,利用遗传算法对用于电量安全分级的低压电池荷电状态(state of charge, SOC)进行优化,并提出一种基于SOC的4级恒流低压锂电池充电管理策略;利用AVL-Cruise和MATLAB-Simulink软件联合仿真搭建车辆模型,采用不同工况进行仿真验证和对比分析。结果表明,低压锂电池电源管理策略能够满足纯电动汽车的电量安全性要求,在一定程度上提高了整车经济性;优化后的锂电池充电效率有一定的提高,充电时间也有所减少。

    2024年02期 v.35 56-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 1525K]
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  • 一种基于深度学习的多基线InSAR高程反演方法

    周宇翀;谢先明;

    提出一种深度学习与聚类分析算法结合的多基线合成孔径雷达干涉(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)高程反演方法。该方法利用深度学习神经网络对干涉图截距信息进行分类,作为干涉像元类别属性判断的依据,精确获取干涉像元聚类中心,在此基础上利用聚类分析算法获得观测场景的高程信息。主要步骤如下:首先,获取干涉图截距信息,随后利用深度学习神经网络对干涉图截距信息进行分类,获得干涉像元类别属性。其次,对网络预测的同一类别像元截距取其平均作为该类别像元的聚类中心,有效避免传统算法因对噪声敏感造成的错误分类。最后,利用聚类分析算法对网络预测聚类中心进行后处理得到观测场景高程信息。模拟和实测实验数据表明,在不同信噪比的情况下,该方法对不同地形高程反演的均方根误差比传统CA算法更小,重建精度更高。

    2024年02期 v.35 65-77页 [查看摘要][在线阅读][下载 14243K]
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  • 基于Kriging模型的主轴箱多目标尺寸优化

    潘英广;唐清春;袁秀坤;张晨阳;魏巍;王太子;

    以自研五轴工具磨床为研究对象,利用Inventor建立其三维模型,导入ANSYS Workbench建立其整机有限元模型,通过对整机的模态分析与谐响应分析确定主轴箱为影响整机动态特性的关键部件。对主轴箱进行静动态特性分析,以主轴箱1阶固有频率、几何质量与最大变形量为目标函数,以主轴箱各壁厚以及斜度等为设计变量,基于Kriging法建立其响应面模型,对其进行多目标优化,从而得出最优Pareto解集,最后对优化后主轴箱进行验证。结果表明:主轴箱的1阶固有频率从113.03 Hz提升至144.50 Hz,提升了27.84%,几何质量减少了3.83%,最大变形量减少了10.31%,主轴箱综合性能显著提高。

    2024年02期 v.35 78-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 1839K]
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生物与化学工程

  • 碳纳米颗粒增敏的分子印迹电化学传感器检测阿奇霉素的研究

    冯旭;郭航雨;覃丹凤;李利军;

    以磺化沥青(sulfonsted bitumen, SP)作为碳源,通过纯化和高温碳化法制备碳纳米颗粒(carbon nanoparticles, CNPs),将CNPs分散在壳聚糖(chitosan, CS)溶液中,并用滴涂法修饰在金电极(Au)上来得到CNPs-CS/Au。以阿奇霉素(azithromycin, AZM)为模板分子、多巴胺(dopamine, DA)为功能单体,利用电聚合法在CNPs-CS/Au电极上制备了AZM分子印迹薄膜,构建了高灵敏度且专一性识别AZM分子的电化学传感器(MIP/CNPs-CS/Au)。分别采用扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)、X-射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、X-射线光电子能谱(Xray photoelectron energy spectroscopy, XPS)、循环伏安法(cyclic voltammetry, CV)、电化学阻抗法(electrochemical impedance method, EIS)和差示脉冲阳极溶出伏安法(differential pulse anode dissolution voltammotry, DPASV)对MIP/CNPs-CS/Au进行表征。结果表明,该传感器的电流值(I_(pa))与AZM浓度(C)分别在0.005~<5.000μmol/L和5.000~30.000μmol/L范围内呈现良好的线性关系,检测限(limit of detection, LOD)较低(3.89 nmol/L,S/N=3)。该传感器可用于实际样品中AZM的检测,加标回收率为97.10%~103.96%,相对标准偏差(relative standard deviation, RSD)为1.10%~2.07%。

    2024年02期 v.35 87-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 1418K]
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  • 超声波联合木瓜蛋白酶降解壳聚糖的工艺研究

    杨庆红;黄永春;张昆明;

    采用超声波技术联合木瓜蛋白酶对壳聚糖进行降解,以还原糖释放量为指标,通过单因素实验研究了壳聚糖质量浓度、溶液p H、超声功率及超声时间对壳聚糖降解的影响。并利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)及X-射线衍射(XRD)分别对降解前后的壳聚糖进行结构表征分析。结果表明:超声波联合木瓜蛋白酶可以有效降解壳聚糖,在壳聚糖质量浓度为6 g/L、溶液p H为4.5、超声功率为480 W、超声时间为180 min条件下,加入木瓜蛋白酶,降解效果最明显,还原糖释放量达到1.456 g/L;FT-IR结果表明,降解后壳聚糖的结构基本没有变化;XRD结果表明,降解后壳聚糖的晶体结构受到了破坏。

    2024年02期 v.35 97-102页 [查看摘要][在线阅读][下载 14243K]
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  • 不同条件制备聚丙烯酸水凝胶的结构与性能

    张金玉;曲德智;王舒羽;

    采用乳液聚合方法将引发剂过硫酸铵(APS)和乳化剂十二烷基硫酸钠(SDS)制备出聚丙烯酸树脂乳液,再加入不同条件交联剂固化成聚丙烯酸(PAA)水凝胶,并探究使用紫外固化和热固化2种不同固化方式及不同固化时间对PAA水凝胶性能的影响。通过氮气等温吸脱附曲线测试(Brunauer-Emmet-Teller, BET)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)、热失重分析(thermogravimetric analysis, TGA)、溶胀度、力学测试等方法,对水凝胶的性能进行表征分析。结果表明,形成的PAA水凝胶主要为片状颗粒材料,在紫外固化20 min条件下,其孔径主要分布在2~4 nm;且在热固化条件下,当交联剂质量浓度为0.06、0.07 g/mL时PAA水凝胶溶胀度可达到667%,在交联剂质量浓度为0.09 g/mL时拉伸强度可达到60 k Pa。综上所述,对比紫外固化和热固化2种方法以及不同条件交联剂下制备的PAA水凝胶的差异,对理解和优化PAA水凝胶的制备具有一定的指导意义。

    2024年02期 v.35 103-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 1802K]
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材料科学

  • ETPTA复合PVDF-HFP基聚合物固态电解质膜的制备与性能研究

    浑前坤;贠淑宏;卢炫安;史雪利;王玉莹;沈鹏程;梁兴华;

    固态电池因其优异的性能备受关注,但是与传统的液态电池相比,离子传输能力偏弱,原因是固-固界面离子传输困难。本文制备了以聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)为基的固态电解质膜,并探究PVDF-HFP和增塑剂乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)质量比为1.0∶0.3、1.0∶0.4、1.0∶0.5时对电解质膜离子传输的影响,并组装成以磷酸铁锂为正极、锂片为负极的固态电池,研究其电化学性能。研究发现:当PVDF-HFP和ETPT质量比为1.0∶0.4时,锂离子迁移数达0.89,电化学窗口可达4 V,离子电导率达到8×10-5S/cm,表现出良好的稳定性。将质量比为1.0∶0.4的电解质膜装配成固态电池,经过激活之后,首先在0.1C的倍率下进行测试,首圈充电比容量为133 m A·h/g,首圈放电比容量为129 m A·h/g,在20圈循环测试后,放电比容量也能保持在120 mA·h/g以上,容量保持率为92%。

    2024年02期 v.35 111-117页 [查看摘要][在线阅读][下载 1532K]
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  • 不同弹性模量的Ti6Al4V合金模态及超声疲劳寿命仿真研究

    程祎;何浩;何哲宇;

    本文以超声手术刀用Ti6Al4V合金为研究对象,针对其不同弹性模量的超声疲劳性能进行了系统研究。对弹性模量是95、100、105、110 GPa的试样在位移振幅为20~100μm、频率为(20.0±0.5)kHz的条件下进行谐响应分析,并以该数据为基础进行有限元静态结构分析;通过nCode DesignLife分析不同弹性模量的Ti6Al4V合金疲劳损伤云图和疲劳寿命云图,并绘制S-N曲线。结果表明,随着钛合金弹性模量的增加,其超声疲劳性能呈现先降低后增加的趋势,其中弹性模量为105 GPa时超声疲劳性能最低。

    2024年02期 v.35 118-127页 [查看摘要][在线阅读][下载 1834K]
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  • α-Fe_2O_3纳米棒的水热合成与阻变开关特性研究

    徐佳敏;余志强;韩旭;陈诚;曲信儒;黄庆南;

    采用水热法合成了沿[110]方向具有优先生长取向的α-Fe_2O_3纳米棒,设计了具有非易失性阻变开关性能的W/α-Fe_2O_3/FTO阻变存储器。对W/α-Fe_2O_3/FTO器件的阻变开关特性进行分析发现,W/α-Fe_2O_3/FTO阻变存储器的电阻比(R_(HRS)/R_(LRS))在一个数量级以上,可保持100 s以上而无明显下降。此外,器件的载流子运输特性分别由LRS下的欧姆传导机制和HRS下的陷阱控制的空间电荷限制电流传导机制决定。由氧空位的迁移引起的纳米导电细丝的部分形成与断裂可以解释W/α-Fe_2O_3/FTO阻变存储器的非易失性阻变开关行为。因此,基于α-Fe_2O_3纳米棒的阻变存储器件可能是下一代非易失性存储应用的潜在候选器件。

    2024年02期 v.35 128-135页 [查看摘要][在线阅读][下载 14250K]
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  • 基于热-弹塑性-蠕变-相对密度耦合本构模型的热等静压数值模拟

    李勇进;马迎松;屈浩宇;樊力中;

    粉末冶金热等静压近终(净)成形(powder metallurgy hot isostatic pressing to near-not-shape, PM-HIP-NNS)技术用于制备高性能的复杂零部件,在粉末冶金行业具有广阔的应用前景,其致密化过程有特殊的力学行为,需要与数值模拟相结合,以便减少实验过程中试错法造成的物力、财力浪费。本文基于热-弹塑性-蠕变-相对密度耦合本构模型,对SS316L粉体材料在SS304钢包套材料中的压制过程进行了有限元数值模拟,探究热等静压(hot isostatic pressing, HIP)过程中粉末密度场、温度场以及应力场的变化。结果表明:高温高压下金属粉末成形规律的数值模拟与试验相吻合,证实模型可以合理预测金属粉末在高温高压下的变形行为,为粉末HIP工艺优化提供了重要依据。

    2024年02期 v.35 136-144页 [查看摘要][在线阅读][下载 1541K]
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  • 热处理对石墨烯镁基复合材料拉伸性能及微结构的影响

    华振虎;蓝永庭;丁浩川;解远航;柯昌锐;

    为研究时效对石墨烯纳米片/镁基复合材料(GNPs/AZ31)力学性能的影响,对GNPs/AZ31进行了300℃固溶1 h和200℃分别时效4、8、12、16、20、24 h的热处理,并开展不同时效时间下的GNPs/AZ31微观组织表征与拉伸力学性能试验研究。单轴拉伸力学试验发现,随着时效时间的增加,GNPs/AZ31的力学性能呈现出先增加后减小的趋势,在时效时间为20 h时的综合力学性能最好,抗拉强度、屈服强度、延伸率、断裂功和显微硬度分别为381 MPa、258 MPa、23.7%、76 J/m~3和75.7 HV,比未处理的GNPs/AZ31复合材料分别提高了9.5%、4.5%、13.9%、24.6%和37.6%。微结构表征试验结果表明,随着时效时间的增加,GNPs/AZ31内第二相(Mg_(17)Al_(12))的析出数量明显增加,并且时效过程均以增加粒径小于1.0μm的小尺寸颗粒的连续析出为主;XRD图谱显示,随着时效时间的增加,Mg_(17)Al_(12)相衍射峰强度得到加强,GNPs/AZ31的(0002)基面织构强度得到提高。本研究可为改善GNPs/AZ31的综合力学性能提供重要的试验数据。

    2024年02期 v.35 145-152页 [查看摘要][在线阅读][下载 1387K]
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