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2019年  41卷  第8期

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高居里温度铁酸铋基陶瓷的研究进展
朱立峰, 张波萍
2019, 41(8): 961-967. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.001
摘要:
铁酸铋-钛酸钡(BiFeO3-BaTiO3, BF-BT) 基陶瓷由于具有高的居里温度TC和大的自发极化强度Ps,以及较高的压电系数d33,近年来受到了广泛关注,且被认为是一种有潜力替代铅基压电陶瓷的无铅压电陶瓷体系. 本文主要综述近几年来国内外有关BF-BT基陶瓷的相结构和压电性能,以及磁性能等方面的研究进展和动向,并尝试分析了该陶瓷体系在实用化的道路上存在的迫切需要解决的问题.
5G超密集网络的能量效率研究综述
马忠贵, 宋佳倩
2019, 41(8): 968-980. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.002
摘要:
首先从绿色通信入手,对网络能量效率的国内外研究现状进行了分析. 在此基础上,对超密集网络的关键性能指标,即能量效率的各种定义进行了梳理,为建模奠定了基础. 其次,讨论了网络能量效率建模和优化过程中经常使用的4种理论模型:随机几何、博弈论、最优化理论和分数阶规划. 并综述了能效提升的技术,包括高能效部署与规划、高能效基站休眠、高能效用户关联、高能效资源管理、高能效传输方式. 最后,指出未来的可能的技术挑战:网络能效理论与超密集网络体系架构、超密集小基站高能效覆盖机理、超密集网络的柔性资源匹配机理、移动用户群体行为建模与高能效服务方法. 通过研究超密集网络高能效覆盖机理和柔性资源匹配机理,为未来无线通信网络建模和分析提供设计依据与技术支撑.
基于超级絮凝的超细尾砂絮凝行为优化
吴爱祥, 阮竹恩, 王建栋, 尹升华, 艾纯明
2019, 41(8): 981-986. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.003
摘要:
为了研究不同絮凝条件下超细尾砂的絮凝效果,本文基于超级絮凝理论,应用超级絮凝测试仪UFT-ТFS-029,采用相对絮凝率表征人造超细尾砂在pH值为9~12、絮凝剂单耗fd=2~20 g·t-1、料浆剪切速率γ=100~2000 s-1、料浆固体体积分数φ=2%~14%等条件下的絮凝行为. 发现相对絮凝率随着pH、絮凝剂单耗、剪切速率的增加均先增加后减少,而随着浆料固体体积分数的增加逐渐减少,并获得了一定条件下的最优絮凝条件,即pH值为11、fd=12 g·t-1γ=500 s-1φ=4%. 同时,固体体积分数越高,达到最优相对絮凝率所需的最优剪切速率对固体体积分数的依赖性也越高. 因此,在实际生产中需要对pH、絮凝剂单耗、剪切速率与固体体积分数等工况参数进行调整,以达到最优絮凝效果. 应用超级絮凝理论可实现超细尾砂在极短时间内实现很好的絮凝,为基于流场剪切速率与停留时间的深锥浓密机进料井设计提供参考.
剪切浓密床层孔隙网络模型与导水通道演化
焦华喆, 王树飞, 吴爱祥, 沈慧明, 杨亦轩, 阮竹恩
2019, 41(8): 987-996. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.004
摘要:
剪切作用是膏体重力浓密制备的基础要素,本文研究了浓密床层孔隙和喉道的变化对导水通道的影响,揭示了水分排出的来源与比例. 开展半工业实验并结合计算机断层扫描(CT)与孔隙网络模型(PNM)提取床层微观孔隙结构,利用最大球搜索算法识别并分析剪切前后孔隙与喉道的演化规律. 结果表明,添加转速为2 r·min-1的剪切作用将尾砂底流浓度(即底流的固相质量分数)由55.8%提升到58.5%,孔隙率由43.05%降低到36.59%,孔隙率降低的比率为15%. 通过PNM技术将孔隙空间划分为"球体"储水孔隙与"棍体"喉道;剪切后球体和棍体数量分别增加了16.5%和22%,球体平均尺寸小幅下降,球体半径多集中在40~60 μm之间. 棍体平均半径由9.83 μm降低至8.58 μm,降低了12.7%,棍体长度变化较小. 剪切作用下的球体配位数在5~10的部分从25.73%增加至44.58%,配位明显增多,颗粒接触紧密. 本文提出"球棍比"的概念用于孔隙结构的定量表征. 剪切后球体体积占比由14.14%降低至12.75%,球体体积减少的比率达到9.83%;棍的体积由28.91%降低至23.84%,棍体积减少的比率为17.54%. 球棍比由48.91%增加至53.48%,球棍比提升的比率达到了9.34%,与球体体积减小相比,棍的体积减少的幅度更大,导致球棍比上升. 本文从孔隙结构变化的角度揭示了全尾砂重力浓密剪切排水机理;剪排水过程中主要排出的是喉道中的水分,孔隙中的水分排出较少.
玄武岩三维细观孔隙模型重构与直接拉伸数值试验
郎颖娴, 梁正召, 董卓
2019, 41(8): 997-1006. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.005
摘要:
由于岩石材料的不透明性和多孔隙特性,通过传统的物理试验或数值模拟很难真实体现其内部三维细观结构. 本文基于CT扫描技术、边缘检测算法、滤波算法、三维点阵映射与重构算法,构建了可以表征玄武岩试样内部孔隙结构的三维细观非均匀数值模型. 结合并行计算进行直接拉伸数值试验,研究了内部孔隙结构特征对试样破坏机制及抗拉强度的影响. 研究结果表明:加载初期在试样孔隙处产生初始裂纹,随着荷载的增加初始裂纹逐渐沿横向扩展最终形成宏观拉伸破坏裂纹,并且孔隙含量和分布位置对试样拉伸断裂的位置具有重要影响. 随着孔隙率增高,试样破坏过程中的声发射数目和能量逐渐减小. 拉伸破坏模式呈现脆性破坏特征,同时孔隙的存在削弱了试样的抗拉强度.
超声外场对不同温控状态下ZL205A铝合金凝固规律的影响
商兵, 蒋日鹏, 李晓谦, 李瑞卿, 张昀, 张立华
2019, 41(8): 1007-1015. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.006
摘要:
采用不同的超声外场处理熔体工艺,研究了其对铸锭质量的作用机理与改善效果. 针对保温(750℃)和空冷(从750℃空冷7 min 10 s至约650℃)两种不同温控状态下的ZL205A铝合金熔体,分别进行相同参数的超声场处理,研究超声场对凝固组织的影响规律,并利用力学拉伸实验进行验证. 研究结果表明:在保温状态下对熔体施加超声处理,具有较好的除气与改善第二相组织分布的效果;在空冷状态下施加超声处理则可以消除集中缩孔,显著细化晶粒;当在保温和空冷条件下全程采用超声处理,铸锭内部质量的改善效果最佳. 力学性能的测试结果与铸锭凝固组织的变化规律具有一致性,验证了上述结论. 综上,对不同温控状态下的熔体施加超声处理,对熔体凝固过程的影响不同,对铸锭内部质量的改善效果也各有侧重.
室温注氢Fe-Cr合金在不同温度退火后位错环的表征
杜玉峰, 崔丽娟, 万发荣
2019, 41(8): 1016-1028. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.007
摘要:
利用透射电子显微镜,通过构建位错环在不同晶带轴下的投影图结合位错环消光判据,对室温注氢后Fe-9%Cr模型合金在400、500及550℃退火形成的1/2 〈111〉和〈100〉两种类型的位错环进行了表征. 实验结果表明,室温注氢Fe-9%Cr合金中柏氏矢量为〈100〉型位错环的数量随着退火温度的升高而逐渐增加. 在400和500℃退火后,〈100〉型位错环所占比例分别为16.48%、92.78%;当退火温度升高到550℃时,位错环全部转变为〈100〉型位错环. Fe-9%Cr合金中位错环类型转变温度区间为400~500℃,与纯铁相比,添加Cr元素能够使位错环类型转变温度升高.
静水压与溶解氧耦合作用对低合金高强钢腐蚀电化学行为的影响
苏宏艺, 魏世丞, 梁义, 王玉江, 王博, 袁悦, 徐滨士
2019, 41(8): 1029-1036. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.008
摘要:
采用动电位极化测试和扫描电子显微镜/能谱仪表征,通过理想动电位极化曲线分析方法和微观腐蚀形貌观察研究了静水压与溶解氧耦合作用对低合金高强钢在质量分数为3.5% NaCl溶液中腐蚀电化学行为的影响. 结果表明:随着静水压和溶解氧溶度的同时增大,腐蚀电位先增高而后逐渐降低,腐蚀电流呈非线性增长;静水压与溶解氧在腐蚀过程中存在相互竞争抑制关系,在静水压与溶解氧同时增长过程中,溶解氧首先促进阴极反应过程并抑制阳极反应过程,而后静水压逐渐加速阳极过程并对阴极反应过程有一定的抑制作用;静水压与溶解氧耦合作用加速了腐蚀产物膜的生长,增加了低合金高强钢表面点蚀坑的数量和生长尺寸.
石墨化碳素钢室温压缩过程中的不均匀变形行为
张永军, 张鹏程, 张波, 王九花, 于文杰, 韩静涛
2019, 41(8): 1037-1044. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.009
摘要:
将0.46%含碳量(质量分数)的石墨化碳素钢在万能材料试验机上进行室温压缩变形,试验钢表现出良好的压缩变形性能. 根据载荷-位移曲线的变化特点,试验钢的压缩变形过程以位移7.0 mm(对应相对压下量为58.3%)为节点分为两个阶段:在位移 ≤ 7.0 mm的压缩阶段,载荷呈线性增加,压缩试样的鼓度值逐渐增加而达到一个极大值(14.6%),压缩试样中心位置的维氏硬度增幅最大,为38.1 HV,至位移7.0 mm时试样端面径向伸长率的增幅为34%;而在位移>7.0 mm的压缩阶段,载荷呈指数增加,压缩试样的鼓度值从极大值开始逐渐减小,至位移为10.72 mm时(相对压下量为89.3%),试样端面的径向伸长率相比于位移7.0 mm时增加了83.1%,压缩试样的中心位置的维氏硬度增幅最小,为32.7 HV. 上述试验数据表明,在位移 ≤ 7.0 mm的压缩过程中,压缩试样内的三个不均匀变形区的位置与传统压缩模型一致,但是当压缩变形进入位移>7.0 mm的压缩过程中,试样中心位置已不再是传统压缩模中变形程度最大的变形区了,即在这个阶段试样中的3个不均匀变形区的变形程度发生了改变. 正因这种不均匀变形区变形程度的改变导致了变形过程中载荷的急剧增加和鼓度值的减低. 另外,在压缩变形过程中,三个不均匀变形区中石墨粒子的微观变形量总是高于铁素体基体,其原因之一可以归结为石墨粒子中层与层之间容易于滑动的结果.
Fe-TiB2/Al2O3复合阴极的电解性能及元素迁移行为
梁玉冬, 王力军, 柴登鹏, 牛婷婷, 包生重, 王俊伟, 刘英
2019, 41(8): 1045-1051. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.010
摘要:
以氧化铝溶胶为黏结剂、金属Fe为烧结助剂,采用冷压-烧结制备出铝电解用Fe-TiB2/Al2O3复合阴极材料,利用20 A电解试验研究其电解性能;利用能谱仪(EDS)对电解试验前后的复合阴极材料进行了成分物相分析,研究电解过程中各种元素迁移行为. 研究结果表明:金属Fe作为烧结助剂在烧结过程中能有效的填充骨料之间的空隙,使该复合阴极材料的烧结致密度显著提高;20 A电解试验过程电压稳定,电流效率93.2%,原铝中铝元素质量分数为99.47%,杂质元素质量分数为0.53%. 在电解试验后,铝液能有效润湿阴极表面,表明Fe-TiB2/Al2O3复合阴极材料具有较理想的可润湿性;从复合阴极电解后的能谱分析可知,在电解过程中,碱金属主要是通过液态电解质渗透进入阴极材料中,随后又逐渐渗透进入黏结剂相中,并在骨料之间氧化铝溶胶和金属烧结助剂均未能充分填充的空隙进行富集. K元素较Na元素对黏结相的渗透力更强;与此同时,阴极表面生成的Al通过复合材料的空隙进入阴极内部,而Fe金属会利用材料内部的空隙反向扩散至铝液层中. 在试验中,阴极表面的铝液层的稳定存在是该阴极高效稳定运行的基础.
基于IPSO-RELM转炉冶炼终点锰含量预测模型
张壮, 曹玲玲, 林文辉, 孙建坤, 冯小明, 刘青
2019, 41(8): 1052-1060. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.011
摘要:
分析了影响转炉冶炼终点钢水中锰含量的因素,针对基于BP神经网络算法的转炉冶炼终点锰含量预测模型存在的收敛速度慢,预测精度低等问题,提出了一种基于极限学习机(ELM)算法建模的新思路,并引入正则化以及改进粒子群优化算法(IPSO),建立了基于改进粒子群算法优化的正则化极限学习机(IPSO-RELM)的转炉终点锰含量预测模型;应用国内某炼钢厂转炉实际生产数据对模型进行训练和验证,并与基于BP、ELM和RELM算法的三类模型进行比较. 结果表明,采用IPSO-RELM方法构建的模型,锰含量预测误差在±0.025%范围内的命中率达到94%,均方误差为2.18×10-8,拟合优度R2为0.72,上述三项指标均显著优于其他三类模型,此外,该模型还具有良好的泛化能力,对于转炉实际冶炼过程具有一定的指导意义.
缺氧空调房间富氧特性及富氧效果的模拟研究
王浩宇, 刘应书, 张传钊, 陈福祥, 马晓钧, 李春旺
2019, 41(8): 1061-1073. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.012
摘要:
利用实验及CFD模拟软件分别研究非空调工况下以及空调工况的送氧口个数、送氧口管径、送氧流量及送氧方式、不同的气流组织形式(同侧上送下回、异侧上送下回)等发生变化对密闭建筑缺氧房间的富氧特性及富氧效果的影响. 结果表明:非空调工况下,送氧口个数、送氧口管径、送氧流量及送氧方式不同,所形成的富氧区域差别较大,宜采用管径为6 mm的相背45°的双送氧口进行送氧,所形成的富氧面积为最大;空调工况下,送氧口个数、送氧口管径、送氧流量及气流组织形式不同,所形成的富氧区域形状大体相似,均为"椭圆"形状,宜采用送氧口管径为6 mm的单送氧口且异侧上送下回的气流组织形式;空调工况下,送氧流量相同时,送风风速为0.85 m·s-1所形成的富氧面积比送风风速为1 m·s-1所形成的富氧面积大约20%;当送风风速均为0.85 m·s-1,送氧流量为1.5 m3·h-1所形成的富氧面积约为0.96 m2,该富氧面积与单人次活动范围面积相当,适宜作为空调工况下缺氧房间单人次的富氧基础供氧量. 模拟结果可为缺氧空调房间供氧装置的选择、布置、降低新风量、降低空调能耗等方面提供参考.
变频矢量控制系统入侵检测技术
曹策, 解仑, 李连鹏, 王志良
2019, 41(8): 1074-1084. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.013
摘要:
针对采用以太网控制自动化技术(EtherCAT)工业总线的感应电机交-直-交变频矢量控制系统的入侵检测技术进行了研究. 首先通过对EtherCAT总线协议进行深度解析,结合目前为止已经发现的EtherCAT工业总线常见协议漏洞,提取协议数据包的关键特征并构建EtherCAT总线协议入侵检测规则库,采用三维指针链表树作为针对EtherCAT总线协议规则库的检索数据结构;其次,根据感应电机交-直-交变频矢量控制系统的物理模型,进行模型参数仿真计算,并根据仿真计算值,构建矢量控制模型入侵特征的最小二乘支持向量机(least square support vector machine, LSSVM)分类器,使用混沌粒子群优化(choatics particle swarm optimization, CPSO)算法对分类器的参数进行优化,二者共同构成了CPSO-LSSVM入侵检测分类算法. 异常数据包在被分类后,会被传递给Suricata入侵检测引擎进行精确规则匹配;最后为该入侵检测系统搭建物理实验环境,经过测试,本文中的交-直-交变频矢量控制模型仿真结果动态性能良好,与实际矢量控制系统参数的波形变化趋势相近. 通过抽取KDD Cup99测试数据集中的一部分对该入侵检测系统实施DOS攻击、R2L、U2R以及PROBING攻击行为,验证该入侵检测系统的有效性.
基于BP神经网络的机器人波动摩擦力矩修正方法
张铁, 洪景东, 李秋奋, 刘晓刚
2019, 41(8): 1085-1091. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.014
摘要:
针对机器人谐波减速器关节在转动过程中存在的波动摩擦力矩,提出一种基于傅里叶级数函数和BP神经网络的建模方法,并完善机器人的动力学模型,修正了因波动摩擦力矩带来的关节力矩计算误差. 通过研究谐波减速器关节的波动摩擦力矩在不同影响因素下的变化特性,采用傅里叶级数与BP神经网络结合的方法对波动摩擦力矩进行建模. 通过添加傅里叶级数函数作为BP神经网络的辅助输入,克服了力矩误差曲线因存在高频周期性波动而难以拟合的困难. 在离线环境下训练神经网络,完成对关节波动摩擦力矩的建模,进而完善机器人的动力学模型和修正关节中存在的波动摩擦力矩. 验证实验表明,使用完善后的动力学模型可以有效计算谐波减速器关节的波动摩擦力矩,并使修正后的力矩误差维持在[-0.5,0.5] N·m的范围之内,方差为0.1659 N2·m2,是修正前的24.23%.
基于滚轴支座基础智能隔震结构的非光滑主动控制
刘彦辉, 黄襄云, 黄小芳, 王清
2019, 41(8): 1092-1102. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.015
摘要:
以滚轴支座基础隔震结构作为受控结构研究对象,在该隔震结构的隔震层施加主动控制装置,形成智能隔震体系,以控制隔震层的位移,提高结构的安全性. 在智能隔震结构中引入非光滑控制算法,基于隔震层位移和速度反馈,提出了智能隔震结构的非光滑控制算法,进一步根据 Lyapunov稳定理论,推导了在非光滑控制下智能控制闭环系统的全局有限时间稳定性. 结合一栋六层滚轴支座基础隔震结构,进行了非光滑主动控制算法下和LQG主动控制算法下的地震响应控制仿真分析. 结果表明,智能隔震结构可有效控制结构的位移,与被动隔震结构相比较上部结构的地震响应有一定程度的减小,同时提出的非光滑控制算法与LQG控制算法相比较具有更好的控制效果,相比LQG控制算法通过较少的反馈量即可实现反馈控制,且非光滑控制算法具有良好的稳定性.