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连铸控流模式对大方坯凝固结构与宏观偏析的影响
王璞, 铁占鹏, 肖红, 张壮, 唐海燕, 苗红生, 张家泉
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.27.007
摘要:
水口注流模式与电磁搅拌对大方坯铸态组织及宏观偏析分布特征有重要影响,进而影响轧材的致密性与均质性。以中碳结构钢大方坯及其热轧棒材为研究对象,通过对铸坯和轧材进行低倍侵蚀和成分分析,揭示了连铸控流模式对大方坯凝固组织与宏观偏析分布特征的影响及其铸轧遗传性。研究表明:常规直通水口浇注模式下,结晶器电磁搅拌(Mold electromagnetic stirring, M-EMS)电流由0A增加到800A,铸坯等轴晶率由6.06%仅可增加到11.71%,难以有效避免大方坯常见的中心缩孔缺陷与突出的中心线偏析。采用新型五孔水口浇注模式,即使不开启M-EMS,铸坯中心等轴晶率仍可达23.1%,大方坯中心缩孔级别可降至1.0级以下,满足后续热轧大棒材探伤要求。同时发现,五孔水口浇注模式下,大方坯铸态组织中往往会出现较为明显的柱状晶到等轴晶转变(Columnar to equiaxed transition, CET)区,铸坯断面碳偏析指数呈M型分布,表现为断面1/4位置CET区域碳偏析指数最高。大棒材轧制基本改变不了铸坯断面宏观偏析的分布形态,且可能导致中心线偏析指数增加。指出,基于连铸控流模式的作用规律和铸-轧遗传性特征,以及特殊钢长材热加工对中心致密度和偏析分布与程度的要求,实际生产中应从连铸工艺源头通过合理的控流模式来获得相应的铸态组织与宏观偏析分布形态。
20CrMo合金钢生产全流程钢中非金属夹杂物的演变机理
王伟健, 罗艳, 张立峰, 任英
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.17.003
摘要:
目前,关于钢中非金属夹杂物的转变研究大多数集中在精炼及连铸过程中,在热处理及轧制过程中夹杂物的转变研究则相对不足。为了进一步研究在生产全流程中夹杂物的演变机理,针对“BOF→LF→RH→钙处理→连铸→热轧”工序生产20CrMo合金钢全流程中非金属夹杂物的演变行为进行了研究。在LF精炼及RH精炼加钙前钢中非金属夹杂物含有70%以上的Al2O3。钙处理后,由于过量的钙加入到钢液中,夹杂物中CaS含量迅速增加至59%,Al2O3含量降低至21%。在连铸过程中由于二次氧化的发生,夹杂物转变为CaO-Al2O3,其中含有50%的Al2O3,39%的CaO和10%的CaS。在钢的冷却和凝固过程中,CaO含量降低至5%,CaS含量增加至57%。钢中夹杂物转变为Al2O3-CaO-CaS的复合夹杂物,同时含有少量大尺寸的CaO-Al2O3夹杂物。在钢的加热过程中,夹杂物中CaO含量进一步降低,CaS含量增加。
硼掺杂镍酸锂的改性研究 收稿日期:2020-11-30基金项目: 国家自然科学基金(51834004);国家自然科学基金(51774076);国家自然科学基金(51704062)
张宁, 厉英(通讯作者), 倪培远
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.30.004
摘要:
采用共沉淀-高温固相法制备了层状结构良好的LiNiO2和B掺杂LiNiO2,并对材料的晶体结构、表面形貌和电化学性能进行了表征。结果表明,B掺杂可以略微增大材料的晶格参数和晶胞体积,同时增大LiO6八面体的间距,进而促进锂离子运输。长循环数据表明B掺杂可以有效提高材料的循环容量保持率。微分容量曲线分析表明B掺杂可以有效抑制循环过程中的阻抗增长。
基于离散元法的磨矿设备及理论研究进展
戴惠新, 唐冬冬, 王飞旺, 谢佩, 赵明珠
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.05.004
摘要:
磨矿是矿物加工的重要环节,矿石中有用矿物能否充分单体解离、粒度达到选别要求对选矿指标具有决定性的作用。在过去三十年中,离散元法(DEM)已成为了解磨矿机理并为磨矿设备的设计、优化和操作提供理论指导的重要工具。随着时间的推移,DEM在模拟矿石破碎、研磨以及设备磨损等方面的应用越来越广泛和复杂,这使得人们对磨矿过程的理解发生了重大变化。本文介绍了DEM在磨矿领域的应用背景及其基本原理,分类综述了DEM在球磨机、搅拌磨机、自磨机/半自磨机等三类磨矿设备中的应用现状,并进一步阐述了基于DEM的磨矿理论研究进展,指出了DEM在磨矿领域研究中的独特优势及其发展方向。
融合多特征嵌入与注意力机制的中文电子病历命名实体识别
巩敦卫, 张永凯, 王斌, 郭一楠
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.12.006
摘要:
中文电子病历文本包含大量嵌套实体、句子语法结构复杂、句式偏短。为有效识别其医疗实体,提出一种融合多特征嵌入与注意力机制的命名实体识别算法,在输入表示层融合字符、单词、字形三个粒度的特征,并在双向长短期记忆网络的隐含层引入注意力机制,使算法在捕获特征时更加关注于医疗实体相关的字符,最终实现对中文电子病历中疾病、身体部位、症状、药物、操作等五类实体的最优标注。面向开源和自建糖尿病数据集的实验结果中所提算法的实体识别准确率、召回率和F1值都达到97%以上,表明其可以更加有效地识别中文电子病历中各类实体。
矿物晶粒解理特征对硬质岩石破坏过程的影响??
胡小川, 丁学正, 苏国韶, 廖满平
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.10.002
摘要:
本文基于块体离散单元数值模拟方法,以钾长石矿物颗粒为例,详细研究了矿物晶粒解理倾角、解理倾角围压效应及解理间距对硬质岩石力学性质、微观开裂过程及机理的影响,并探讨了解理特征在工程实际中可能带来的影响。数值研究结果表明:1) 晶粒解理具有明显倾角效应,当解理倾角由0°增加到90°时,岩石的弹性模量、单轴压缩强度及峰后脆延特征都会发生变化,穿晶总裂纹数受影响明显,主要体现在钾长石张拉穿晶裂纹显著增加,钾长石剪切裂纹数量在60°增加到最大值后减少,石英穿晶张拉裂纹数量也有明显变化,总体而言不断增加,而沿晶裂纹数量呈减少趋势,整个开裂过程仍以张拉沿晶主导;2) 晶粒解理倾角效应受围压影响,围压会导致沿晶裂纹和穿晶裂纹数量和二者比值发生变化,但不同倾角下围压对沿晶裂纹和穿晶裂纹数量和比值变化影响不一样;3) 当解理间距由2 mm增加到4 mm时,穿晶裂纹数量有增加趋势,而沿晶裂纹数量减少,总剪切和张拉裂纹数量比值不变,对岩石微观张拉、剪切破坏机制无明显影响。此外,具有解理结构的矿物晶粒含量较高且矿物晶粒本身性质对岩石性质及响应影响显著时,解理特征对板裂、岩爆等破坏的影响应给予重视。
真空条件下脱气过程的模拟研究
张国磊, 成国光(通讯作者), 代卫星, 张旭, 姜新岩
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.01.002
摘要:
本文基于相似的动力学机理,利用溶解氧在水溶液中释放过程模拟了钢液真空脱气过程. 在负压25 kPa条件下发现,容器壁面或测氧探头表面会析出大量细小气泡,这一现象与以往脱气数学模型假设的内部脱气反应非常类似;为了验证内部脱气位点的存在,通过引入机械搅拌,对熔池表面和内部脱气速率进行了分析计算. 实验结果表明,在整个脱气过程中熔池表面脱气速率很低,而内部脱气位点析出的气泡会极大的提高溶解氧的去除速率,尤其当真空压力P=25 kPa时,其脱气速率约为熔池表面的脱气速率10倍,但内部反应仅局限于脱气的初始阶段,即高溶解氧浓度范围内. 另外,水溶液中溶解氧的去除也为一级反应过程,其体积传质系数kA/V为常数, 因此可以利用溶解氧在水溶液中去除过程模拟钢液的真空脱气行为. 为了描述真空压力和吹氩流量对kA/V的影响,引入搅拌动能密度ε概念,通过回归得到了log(kA/V)与logε之间函数关系,并与以往的模拟研究进行了对比.
循环加卸载下闪长玢岩蠕变特性及损伤本构模型
刘振, 杨圣奇
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.23.004
摘要:
分级加载蠕变试验未能充分考虑稳定蠕变中的黏塑性应变,故采用循环加卸载蠕变试验来实现岩石的黏弹、塑性应变分离,从而使岩石黏弹、塑性应变在岩石蠕变的各个阶段得以充分考虑。以句容水电站闪长玢岩为例,探讨该类岩石蠕变特性。在破坏前,岩石的瞬时弹性应变、黏弹性应变以及瞬时塑性应变随着偏应力逐级增大呈线性增长,随着偏应力的增加,黏塑性应变增长幅度越来越大。引入一个分数阶Abel黏壶与Kelvin模型串联形成新型黏弹性模型;用其代替传统的黏塑性模型中的线性牛顿体并基于损伤建立黏塑性损伤模型。然后将新型黏弹塑模型和黏塑性损伤模型与瞬时弹性模型和瞬时塑性模型串联组成一个新的岩石蠕变损伤模型。最后将该模型与岩石蠕变曲线进行拟合,从而证明该模型的适用性。
智慧医疗+基于ALBERT与双向GRU的中医脏腑定位模型
张德政, 范欣欣, 谢永红, 蒋彦钊
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.13.002
摘要:
脏腑定位,即明确病变所在的脏腑,是中医脏腑辨证的重要阶段。本文旨在通过神经网络模型搭建中医脏腑定位模型,通过输入症状文本信息,输出对应的病变脏腑标签,为实现中医辅助诊疗的脏腑辨证提供支持。本文将中医的脏腑定位问题建模为自然语言处理中的多标签文本分类问题,基于中医的医案数据,提出一种基于预训练模型ALBERT和双向GRU(门控循环单元)的脏腑定位模型。本文提出的模型最终在测试集上F1值达到了0.8013。进行对比实验和消融实验后,实验结果表明本文提出的方法在中医脏腑定位的问题上相比于多层感知机模型、决策树模型具有更高的准确性,以及使用ALBERT预训练模型进行文本表示相比使用Word2Vec方法有效提升了模型的准确率。
基于数据融合的智能医疗辅助诊断方法
张桃红, 范素丽, 郭徐徐, 李倩倩
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.12.003
摘要:
针对医生诊断需要结合临床症状、影像检查等各种数据,本文提出了一种可以数据融合的医疗辅助诊断方法。该方法将患者的影像信息(如CT图像)和数值数据(如临床诊断信息)相结合,利用结合的信息自动预测患者的病情。基于该方法,提出了基于深度学习的医疗辅助诊断模型,模型以卷积神经网络为基础进行搭建,图像和数值数据作为输入,输出病人的患病情况。因此该医疗辅助诊断方法能够利用更加全面的信息,有助于提高自动诊断准确率和降低诊断误差;另外,仅使用提出的医疗辅助诊断模型就可以一次性处理多种类型的数据,能够在一定程度上节省诊断时间。在两个数据集上验证了提出的方法的有效性,实验结果表明,该方法是有效的,它可以提高辅助诊断的准确性。
冶金物理化学会议推荐+二氯甲烷和甲苯对咪唑离子液体电沉积铝的影响机制
田国才, 袁青香
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.03.002
摘要:
应用量子化学和分子动力学模拟研究了二氯甲烷(DCM)和甲苯(C7H8)对氯化-1-丁基-3-甲基咪唑/三氯化铝([BMIM]Cl/AlCl3)体系的微观结构,物理化学性质和电沉积铝的影响。发现DCM易与阴、阳离子形成氢键,分布在阴阳离子之间使得阴阳离子间距离增加、相互作用能减小, 导致阴阳离子扩散能力增强、铝配离子更倾向以Al2Cl7-形式存在,体系粘度降低电导率增加,因而对体系电化学性质提升很大,所得体系粘度和电导率与实验值吻合较好。C7H8主要分布在阳离子周围,与阳离子有较强相互作用,主要起到整平作用。体系中DCM扩散能力最强,可先到达电极表面而使电极有效面积减小,有利于促进铝晶核形成,因此DCM比C7H8更利于得到细腻铝沉积层。
一种基于卷积神经网络的CSI指纹室内
刘帅, 王旭东, 吴楠
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.09.003
摘要:
针对提高Wi-Fi指纹室内定位技术性能,提出了一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)的信道状态信息(Channel State Information,CSI)指纹室内定位方法。该方法利用CNN对定位环境参考点的幅度差和相位差信息联合作为离线阶段训练数据,保存CNN网络模型作为指纹;在线阶段,针对不同实验场景,对测试数据的幅度差信息和相位差信息进行加权处理,引入改进的基于概率的指纹匹配算法,将待定位点的CSI信息通过CNN网络模型估计出待定位点的坐标。此外,为增强算法普适性,针对复杂室内场景,提出了双节点定位方案来提高定位精度。在廊厅和实验室室内两种不同定位场景进行了实验,信息联合定位算法分别获得了28.4 cm和65.3 cm的平均定位误差,验证了所提算法的有效性。
智慧医疗-面向显微影像的多聚焦多图融合中失焦扩散效应消除方法
印象, 马博渊, 班晓娟, 黄海友, 王宇(通讯作者), 李松岩
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.12.002
摘要:
多聚焦图像融合是计算机视觉领域中的一个重要分支,旨在使用图像处理技术将同一场景下的聚焦不同目标的多张图像中各自清晰区域进行融合,最终获得全清晰图像。随着以深度学习为代表的机器学习理论的突破,卷积神经网络被广泛应用于多聚焦图像融合领域,但大多数方法仅关注网络结构的改进,而使用简单的两两串行融合方式,降低了多图融合的效率,并且在融合过程中存在的失焦扩散效应也严重影响了融合结果的质量。针对上述问题,本文在显微成像分析的应用场景下,提出一种最大特征图空间频率融合策略,通过在基于无监督学习的卷积神经网络中增加后处理模块,规避了两两串行融合中冗余的特征提取过程,实验证明该策略显著提高了多张图像的多聚焦图像融合效率。并且提出一种矫正策略,可有效缓解失焦扩散效应对融合图像质量的影响。
基于梯度压缩的YOLO v4算法车型识别方法研究
牟亮, 赵红, 李燕, 仇俊政, 孙传龙, 刘晓童
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.28.006
摘要:
为进一步提高交通智能系统对车辆及车辆不同车型识别的泛化性、鲁棒性与实时性。根据检测区域的特征有针对性的构建数据集,改变余弦退火衰减(Cosine decay with warmup CD)学习率的更新方式,提出一种基于梯度压缩(Gradient Compression GC)的Adam优化算法(Adam-GC)来提高YOLO(You Only Look Once) v4算法的训练速度、检测精度以及网络模型的泛化能力。为验证本文提出算法的有效性,对实际路况的车流进行采集后,利用训练完成的网络模型对不同密度车流进行定量的车型检测实验验证。经实验验证,改进后方法的整体检测结果要优于改进前,YOLO v4和YOLO v4-GC-CD训练得到的网络模型在阻塞流样本下检测得到的准确率分别为94.59%和96.46%;在同步流样本下检测得到的准确率分别为95.34%和97.20%;在自由流样本下检测得到的准确率分别为95.98%和97.88%。
超细全尾砂深锥动态絮凝浓密试验研究
王洪江, 王小林, 吴爱祥, 张玺, 王筱添, 郭佳宾
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.05.005
摘要:
为探明超细全尾砂的浓密特性,开展量筒沉降实验、小型和半工业深锥动态浓密试验。结果表明,分子量1200万的非离子型絮凝剂最利于尾砂沉降,随絮凝剂单耗增加,溢流浊度降低,底流浓度基本不变。随固体通量增加,溢流浊度增加,底流浓度降低。固体通量0.4t/m2·h-1,给料浓度12%,絮凝剂单耗50g/t的最佳参数条件下,小型和半工业动态浓密试验的平均底流浓度分别为62.8%和74.4%,泥层高度对底流浓度影响显著。底流浓度随泥层高度增加成DoseResp函数增长,分为缓慢增长(泥层1~4m)、快速增长(泥层4~7m)和基本稳定(泥层超过7~8m)三个阶段,这跟尾砂絮团在不同泥层高度下的压缩性能有关。可根据底流浓度与泥层高度的函数关系,调节泥层高度来满足生产所需底流浓度。
基于大数据的矿山安全隐患数据分析与可视化展示 收稿日期:基金项目: 国家重点研发计划资助项目(2018YFC0604400);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(No. FRF-TP-20-001A1)
郭对明, 李国清, 胡乃联, 侯杰
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.23.004
摘要:
安全生产是矿山企业重点关注的问题,为了有效管理生产,保证井下作业安全,很多矿山建立了安全大数据平台,但是由于缺乏有效的分析模型,很多平台只是单纯的储存数据,并没有真正有效利用隐患数据。因此,本文基于大数据分析技术,构建了矿山安全隐患多维度分析模型,分析了隐患在时间和空间两个维度上的分布规律;利用主题挖掘模型将众多隐患信息归类,得到了15个隐患主题;利用关联规则挖掘模型探究了不同隐患之间的内在联系,并利用R编程语言对上述结果进行可视化展示。通过对安全隐患的分析研究不仅充分利用了矿山隐患数据,避免了数据资源的浪费,同时也对矿山井下事故预防有一定的指导价值。
降雨和地震条件下浅层黄土滑坡三维稳定性评价
李泊良, 张帆宇
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.08.002
摘要:
在我国西北黄土地区,受黄土遇水强度骤降的影响,浅层黄土滑坡分布广泛且频发,已造成大量人员伤亡和财产损失。通常降雨和地震是黄土滑坡最频繁和最活跃的触发因素。近年来,降雨和地震耦合作用诱发大量黄土滑坡的事件在黄土高原也时有发生。尽管地震和降雨耦合效应下会严重加剧浅层黄土滑坡的失稳概率和灾害风险,但是当前仍缺少对这类滑坡事件的定量灾害评价研究。因此,本文以兰州市大沙沟流域浅层黄土滑坡为研究对象,整合降雨渗透模型到黄土斜坡三维确定性模型中,评价不同降雨和地震耦合效应研究区浅层黄土滑坡稳定性,用混淆矩阵法和ROC曲线法评价稳定性评价预测的结果。本研究结果发现,整合降雨入渗和地震影响的三维确定性模型,对流域尺度浅层黄土滑坡稳定性评价具有较好效果,能作为降雨和地震诱发黄土滑坡灾害评价和早期预警的工具,对加强不同尺度极端事件下黄土滑坡灾害时空灾害评价和预测具有重要参考价值。
高磷鲕状铁矿石直接还原-磁选提铁降磷扩大试验研究
吴世超, 孙体昌
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.29.002
摘要:
为给回转窑工业试验提供参数,以小型试验最佳结果为基础,进行了高磷鲕状铁矿煤基直接还原-磁选提铁降磷扩大试验。结果表明,在最佳的条件下可获得铁品位94.17%、铁回收率77.47%以及磷含量0.08%的粉末还原铁,推荐的回转窑工业试验初始条件为:石灰石用量28%、无烟煤用量16%、还原温度1300℃,还原时间3h。采用XRD以及SEM-EDS研究了无烟煤的作用机理,发现无烟煤用量增加,促进了浮氏体、镁铁尖晶石的还原以及铁颗粒长大从而提高了铁的回收效果,但过多的无烟煤通过增强还原气氛及其带入的灰分会消耗石灰石,使Fe3PO7以及磷灰石被还原成单质磷进入铁颗粒中。
基于NARX动态神经网络的锂离子电池剩余寿命间接预测
魏孟, 王桥, 叶敏, 李嘉波, 徐信芯
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.22.005
摘要:
锂离子电池剩余寿命(remaining useful life, RUL)预测在电池管理系统中起到十分重要作用,RUL的准确预测是保证电池系统安全可靠的前提。然而,锂离子电池的直接健康因子难以实现在线测量,针对此问题,本文提出一种基于动态神经网络时间序列的RUL间接预测方法。首先根据锂离子电池的放电数据,提出放电截止时间,恒流放电时间以及放电峰值温度时间三种间接健康因子并进行灰色关联分析(grey relation analysis, GRA)。然后,基于非线性自回归(nonlinear autoregressive models with exogenous inputs, NARX)动态神经网络建立锂离子电池RUL预测模型。最后通过与经典的粒子群优化前馈神经网络(back propagation neural network based on particle swarm optimization, BPNN-PSO),最小二乘支持向量机(least square support vector machine, LS-SVM),Closed-loop NARX以及Open-loop NARX进行对比分析,验证了所提方法的优越性。
双电弧集成冷丝复合焊中冷丝位置对焊接过程的影响
向婷, 李桓, 高莹, 吴世品, 娄丽艳
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.10.001
摘要:
搭建了双电弧集成冷丝复合焊接系统,研究了冷丝不同位置对焊接过程的影响机理,其中包括冷丝作用位置对其加热熔化作用及表面成形的影响。试验结果表明:冷丝从两引导焊丝正前方送入时,熔池前端对冷丝的加热熔化作用不充分,冷丝末端会顶触熔池底部,随着冷丝的持续送进和母材的向后移动,某一时刻冷丝回弹,焊丝末端的熔滴弹出落在母材表面形成大颗粒飞溅。当冷丝从侧面送入时,熔池一侧的温度较低,影响熔池金属的流动,导致最终的焊缝成形不对称分布。当冷丝从两引导焊丝正后方送入熔池时,冷丝始终插入熔池中,焊接过程稳定,是理想的冷丝作用位置。此外,随着冷丝送丝速度的增加,两种脉冲电流模式(同相和反相)下,熔敷率均随之增加,且相差不大。同相脉冲电流下电弧对冷丝的加热熔化作用最强烈,反相脉冲电流下次之,直流模式下最弱。
锂离子电池富锂正极材料的包覆改性研究进展
杨溢, 何亚鹏, 张盼盼, 郭忠诚, 黄惠
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.04.003
摘要:
随着新能源汽车及储能行业的快速发展,传统正极材料难以满足人们对电池高能量、高密度锂电池的要求。富含Li和Mn的层状氧化物xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Ni,Mn,Co),其高比容量可超过250mAh/g,有希望成为下一代锂离子电池最理想的正极材料。但是,富锂材料仍存在首次循环不可逆容量高、循环性能差、倍率容量低等问题,为解决这些问题,本文阐述了富锂正极材料的结构和电化学反应之间的构效关系,讨论了金属氧化物、金属氟化物、碳、导电聚合物和锂离子导体等涂层材料对富锂正极材料电化学性能的影响规律,同时还对以上涂层在富锂正极材料的作用机理的研究进展进行了总结。最后,我们对锂离子电池富锂正极材料的包覆改性的未来发展发现作出展望。
基于六端网络法的压电超声换能器优化设计研究
刘世杰, 冯平法, 查慧婷, 冯峰
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.24.008
摘要:
压电超声换能器传统四端网络设计方法将压电陶瓷晶堆等效为电学四端网络,忽略了压电陶瓷晶堆内部的机电耦合过程,增加了压电超声换能器的设计误差。为了提高压电超声换能器输出的超声振动幅值,本文将考虑压电陶瓷晶堆内部机电耦合作用的六端网络引入到压电超声换能器的设计中,分别采用四端网络法和六端网络法设计得到两个不同尺寸的压电超声换能器A和B,通过有限元方法对比分析了两个换能器的固有频率和输出振幅,并进一步通过实验验证了设计理论与仿真分析的有效性。研究结果表明,在相同激励电压下,采用六端网络法设计得到的压电超声换能器B输出的超声振幅是换能器A输出振幅的1.5倍,六端网络法设计压电超声换能器可以提高所设计换能器的振动性能。
卤盐载体无机盐阻化煤自燃机理及性能研究
张嬿妮, 侯云超, 刘博, 邓军, 刘春辉, 杨晶晶, 温心宇
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.25.001
摘要:
为了研究卤盐载体无机盐阻化剂对煤自燃的阻化机理及性能,采用差示扫描量热仪(DSC)测试了在稀土水滑石、MgCl2和卤盐载体无机盐三种不同阻化剂作用下,煤自燃过程中分阶段特征、特征温度、热效应和表观活化能等参数变化规律。测试结果表明,稀土水滑石层板的-OH与煤分子中的-COOH等酸性官能团可产生弱氢键,形成稳定的络合物;Mg2+与煤分子间发生络合作用使得C=O活性官能团含量减少是卤盐载体无机盐抑制煤自燃的主要机理。煤样中添加卤盐载体无机盐后DSC曲线吸热峰均出现双峰或多峰,且较原煤的峰值温度后移了50~60℃、T1温度后移了90~100℃、总放热量降低了19-27 kJ?g-1、而且有效的提高了煤体各阶段的表观活化能。研究表明卤盐载体无机盐阻化剂可有效抑制煤自燃反应进程。
抗生素菌渣水热催化产油及特性研究
郑子轩, 洪晨, 邢奕, 李益飞, 杨健, 秦岩, 李再兴, 赵秀梅
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.17.003
摘要:
由于抗生素菌渣富含有机质和菌体蛋白,热值与低阶煤相当,因此被认为是一种良好的再生能源。本研究探究了菌渣的水热液化转换成生物油燃料的过程。结果表明,抗生素菌渣在260℃、保留时间是135min时,获得最大的生物油产率(28.01%)。通过六种不同的催化剂进行催化,加入催化剂后,生物油产率最大的是Na2CO3(36.06%)和NaOH(36.31%)。碱催化的生物油的含氮化合物的量在41.16%-49.74%之间,而酸催化产生的生物油含氮化合物的量在57.62%-59.32%之间。通过调节催化剂Na2CO3、NaOH的添加量发现,在投加量为8%时,生物油含氮量最低,Na2CO3和NaOH催化产生的生物油组分的含氮化合物含量分别为29.12%和35.67%。在投加量为10%时,对氧的脱除效果都最好,分别为32.12%和29.02%,此时产生的生物油的热值达到最大(达到33.322MJ/kg和34.732MJ/kg)。
基于磁记忆检测的桥钢箱梁翼缘损伤状态力磁研究
苏三庆, 秦彦龙
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.10.002
摘要:
为推进金属磁记忆技术在桥钢箱梁损伤检测方面的应用,对桥钢箱梁进行了静力受弯试验,提取其变形最严重的上翼缘磁信号分布,建立了损伤区域应力与磁信号和磁信号梯度的量化关系,并提出用磁场梯度指数来表征钢梁的应力和损伤状态。结果表明:上翼缘磁信号曲线与应力变化形态正好相反,磁信号曲线在进入塑性后发生反转变为负值,且随应力变化的速度增快,可以判断构件进入塑性状态,即将发生损伤;磁场梯度曲线在损伤最严重的区域出现最大值,且随着荷载的增大,磁梯度最大值点不断向钢梁中间移动,由此可以进行破坏状态的预警;磁场梯度与应力关系曲线可将构件整个受力过程明显的区分为初始、屈服、塑性、损伤四个状态;可以用磁场梯度指数来进行构件应力状态与损伤状态的表征。该研究可为金属磁记忆检测技术在桥钢梁损伤状态的定量评估和预警方面的应用提供依据和参考。
不同层理页岩常规三轴压缩力学特性离散元模拟
杨圣奇
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.12.005
摘要:
基于页岩室内常规三轴压缩试验结果,采用离散元程序PFC2D对不同层理倾角页岩在常规三轴压缩下进行颗粒流模拟研究,以此来分析层理倾角及围压对页岩力学特性的影响。研究结果表明:(1)页岩的峰值强度、粘聚力随层理倾角的增加整体呈“U”形变化,其中峰值强度在不同围压下的变化趋势有所区别;内摩擦角随层理倾角的增大呈非线性变化。(2)不同层理倾角页岩破坏模式不尽相同,β = 30°~45°试样易发生沿层理的剪切破坏,β = 0°~15°与β =60°~90°试样易发生共轭剪切破坏。(3)同一层理倾角试样最终破坏时的微裂纹总数随着围压的升高有所增加;在同一围压下,试样最终破坏时的微裂纹数目随着层理倾角的增加呈现先减少后增多的趋势。(4)同一层理倾角页岩的脆性随围压的增长整体呈下降趋势;低围压情况下,页岩脆性随层理倾角的增加呈两端大中间小的规律。
多孔介质中流动细观理论研究进展
朱维耀, 王玉普, 邓庆军, 马启鹏, 刘雅静
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.30.005
摘要:
多孔介质细-微观流动理论是揭开纳微米级孔隙介质流动的神秘钥匙,随着世界石油工程技术的进步,非常规油气藏已成为石油界开发的主攻领地,非常规油气储层存在大量的纳米级孔隙,现有的达西与非达西渗流宏观统计方法不能揭示细微孔隙中流体非线性流动机理和有效动用机制。急切需开展多孔介质细-微观流动理论研究,为非常规油气开发提供理论基础。本文归纳了该方面(包括作者在内)的研究成果,首先从理论分析、实验研究和数值模型三个方面概述了当前多孔介质细微观流动的研究现状,重点围绕纳微米尺度流体流动界面作用与细观力学特性关系及表征、细观-宏观网络仿真模拟、细微尺度流体(油/水、气/水)流动细观动力学机制及数学模型等关键问题展开论述。在此基础上介绍了当前对细微米尺度流体流动界面作用与细观力学特性研究情况、细微观尺度流体非线性流动机理、构建反映微观力作用下的细微尺度流动数学模型并形成网络仿真模拟方法的重要性。将为非常规油气开发过程中揭示影响流动细观成因,进一步阐明不同条件下的动用机理,确定高效开发方法提供指导,同时促进渗流力学学科的发展,具有重要的理论和现实意义。
碱性体系选择性回收废旧锂离子电池的研究进展
龚海强, 彭德招, 欧星, 张佳峰
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.18.003
摘要:
废旧锂离子电池的回收是锂离子电池发展不可避免的问题,有效回收废旧锂离子电池对实现锂资源可持续发展和行业正向循环至关重要。目前锂离子电池的回收方法以湿法为主,其中碱浸对废旧电池中的金属具有较高的的选择性浸出能力,且回收工艺高效、清洁,具备良好的工业化潜力。本文着重介绍了碱性浸出的几种方法,包括氨浸-热加工-还原剂体系、氨浸-还原剂-电沉积体系、氨浸-还原剂-锂吸附体系,氨浸-还原剂-氧化分离体系。最后,对废旧锂离子电池的回收方法及前景进行总结。
污酸中有价成份的综合利用及有害元素As的去除工艺试验研究
张二军, 周康根, 张雪凯, 陈伟, 彭长宏
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.09.005
摘要:
目前我国大型冶炼企业在两转两吸工艺制备硫酸的过程中产生的污酸均是将其当做“高浓度重金属废水”来处置,处置成本高且会产生大量的废水处理渣(属于危险废物),本文结合污酸的主要成份,利用需要酸浸且含括污酸重金属的次氧化锌烟灰来将其中的酸“吃干榨尽”,并将其中重金属与被浸出的Zn、Cu、As汇合,综合回收其中的Zn、Cu,一同处置其中的砷。这样既综合回收了污酸中的有价成份,又集中处理了有害元素砷,消减了危险废物的产生量,从而达到了节能减排的目的。通过试验研究表明,污酸综合利用后由原来的高酸度废水变为中性废水,其中的重金属As、Cu、Zn分别降至3.26mg/L、2.63 mg/L、50.63 mg/L,稍加处理即可达到污水综合排放标准。
铁尾矿两步法制备多级孔ZSM-5分子筛
张鹏, 李素芹, 郭鹏辉, 赵鑫, 赵泽坤
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.05.002
摘要:
以铁尾矿(IOT)为原料替代纯化学试剂,采用两步法制备含有介孔-微孔复合孔的多级孔ZSM-5分子筛。首先在介孔模板剂(CTAB)作用下合成介孔分子筛(MCM-41),然后以MCM-41为硅源,通过固相转换法将MCM-41晶化转变为多级孔ZSM-5分子筛。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和氮气吸附脱附测试(BET)等技术对样品进行表征。实验结果表明,由于体系中没有液态水相参与,成功避免了CTAB与微孔结构导向剂(TPABr)在水溶液中相互竞争,从而得到高结晶度的多级孔ZSM-5分子筛。因此,本文为IOT制备多级孔ZSM-5提供了一种全新方法。
演化博弈与资源配置综述
张艳玲, 莫廷钰, 李松涛, 张妍, 李擎
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.26.002
摘要:
复杂网络上集群行为的研究是多学科交叉的热点,行为学实验不仅证实集群行为的普遍存在性,而且证实了利用演化论解释集群行为涌现的合理性。复杂网络上演化博弈理论已取得长足发展,特别是在两策略竞争理论分析方法上取得突破性进展。本文首先介绍了演化博弈框架下合作演化机制的相关研究,详细总结了近来被广泛关注的个体异质性和环境反馈对于合作演化的影响研究;其次阐述了五种复杂网络上演化博弈的理论分析方法,包括最近提出的适用于任意网络结构和更新规则的溯祖随机游走理论;再次给出了基于最后通牒博弈模型的资源配置问题研究;最后总结了复杂网络最后通牒博弈所面临的挑战及未来发展趋势。
四足机器人软硬地面稳定过渡的腿部主动变刚度调节策略
刘帅, 刘清宇
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.23.001
摘要:
四足机器人以动步态在变刚度地面过渡时产生的姿态不稳定问题,提出了一种机器人腿部主动变刚度实时调整策略,该策略根据机器人着地后的机身和腿部的运动状态实时估计出着地腿和地面的耦合刚度,并将前后腿与地面耦合刚度的差值补偿到相应的着地腿上。该策略能够使机器人着地后迅速适应不同刚度特性的地面,特别是地面刚度变化较大的情况,同时能够保证控制性能优于单独通过机身姿态反馈的稳定控制方法。通过搭建Simulink-SimMechanics实验平台对该姿态调整策略进行了仿真验证,结果表明,通过腿部主动变刚度的实时调整,四足机器人能在软硬地面过渡时实现对机身俯仰角和滚转角的补偿修正,证明了控制策略是有效的。
三元锂离子动力电池热失控及蔓延特性实验研究
王淮斌, 李阳, 王钦正, 杜志明, 冯旭宁
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.27.002
摘要:
本文以电动汽车车用额定容量为42Ah的三元方壳锂离子电池单体和模组为研究对象,研究其在加热条件下单体的绝热热失控特性及成组后侧向加热热失控蔓延特性。结果表明,锂离子电池在发生热失控时,内部最高温度接近1000℃,电池表面和内部最大温差可达450℃;热失控首先在迎向热流的面触发,随后蔓延至整个电池;满电状态下的锂离子电池内部热失控蔓延时间介于8-12s;热失控蔓延过程中锂离子电池的温度特征与绝热热失控测试相比存在较大差异性;热失控喷发颗粒物中,LiF及石墨占比80%以上;模组中失控电池产生的总能量用于自身加热和喷发损失占90%左右,热失控释放总能量的10%足以触发热失控蔓延。本文为研究三元锂离子电池模组级安全设计、热失控蔓延抑制及新能源汽车的火灾事故调查提供了参考。
结合多尺度分割和随机森林的变质矿物提取
唐淑兰, 曹建农, 王国强, 卜涛
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.08.004
摘要:
为提高遥感影像变质矿物提取精度,提升变质带的识别效果,以甘肃北山ASTER影像为研究区,结合了比值运算、多尺度分割、随机森林分类法进行变质矿物提取。首先,通过矿物特征性光谱特征构造比值运算公式、进行影像增强;然后,对增强影像进行基于光谱及变差函数的多尺度分割;接着,采用随机森林法提取目标矿物;最后,通过野外勘查、采样、薄片鉴定进行精度评价。结果表明,黑云母、白云母、角闪石在ASTER影像上具有鉴定性特征,提取精度分别为85.4088%、84.7640%、85.7308%;其他含量较少的变质矿物提取精度可达到60%以上。多尺度分割能充分利用矿物的丛集特征;变差函数纹理能增强形态特征对矿物的区分能力;随机森林分类法对矿物混合引起的噪声不敏感、提取结果稳定。
石粉对赤泥基注浆材料影响机制研究
李召峰, 陈经棚, 齐延海, 张健, 张晨
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.01.005
摘要:
为明确石粉掺合料对地聚物材料的作用机理,本文以赤泥基注浆材料为研究对象,系统研究了石粉掺量和粒径分布对赤泥基注浆材料浆体性能、力学性能和微观结构的作用规律,并结合XRD、MIP和SEM等微观测试手段分析其作用机理。研究表明,结石体力学强度随石粉掺量的上升先增大后减小,当石粉掺量为5%时抗压强度最高,3d时可达5.65MPa,提升幅度18.94%,同时浆液泌水率上升幅度仅为8.97%,且28d结石体孔隙率降低了18.35%,因此,5%为石粉在赤泥基注浆材料中的最佳掺量。在最佳石粉掺量下,随着石粉平均粒径减小,浆液凝结时间及泌水率均呈现下降的趋势;当石粉平均粒径达到8μm时,浆液黏度突升,且3d和28d试样强度分别提升了11.86%和10%,这是浆液水化过程中石粉的“填充效应”和“成核效应”双重作用的结果;微观分析证实,石粉在浆液水化历程中以物理特性参与其中,为N-A-S-H, C-A-S-H和C-S-H等凝胶提供成核位点,供地聚物凝胶沉淀和生长,加速浆液水化。
二氧化碳相变致裂技术研究进展与展望
周盛涛, 罗学东, 蒋楠
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.05.006
摘要:
二氧化碳相变致裂作为一种环境友好的绿色破岩技术,具有破岩效率高、振动小、无污染等优点,近年来已成为了岩石破碎与开挖领域的热门研究课题,相关研究发展迅速。大量学者运用理论分析、实验研究和数值模拟等手段对二氧化碳相变致裂技术进行了广泛探究,并取得了一些有益的进展。本文通过对现有相关研究成果的调研分析,阐述了二氧化碳相变致裂技术的破岩机理,回顾了二氧化碳相变致裂荷载特征与其测试手段,归纳了不同的相变致裂荷载表征方法,比较了致裂荷载与致裂效果主要影响因素,分析了二氧化碳相变致裂的有害效应,总结了二氧化碳相变致裂技术在多领域的应用,并探讨了二氧化碳相变致裂当前存在的问题与未来挑战,以期为二氧化碳相变致裂技术的理论研究和工程应用推广提供参考。
SiC半导体不同晶面氧化机理及动力学的研究进展
赵春阳, 王恩会, 侯新梅
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.10.001
摘要:
SiC作为一种综合性能优异宽禁带半导体,在金属氧化物半导体场效应晶体管中具有广泛的应用。然而SiC热氧化生成SiO2的过程具有各向异性,导致不同晶面上的氧化速率差异较大,这会对半导体器件的性能产生不利影响,因而研究SiC各个晶面上SiO2的生长规律尤其重要。本文针对基于Deal-Grove模型提出的两种代表性修正模型即Song模型和Massoud经验关系式,从模型计算结果与实验数据的拟合情况和氧化生长速率常数随温度变化的关系等两方面进行讨论。在此基础上,分析已有修正模型的优缺点,为SiC不同晶面氧化动力学的准确描述提供进一步优化和修正思路。
基于鲁棒H∞滤波的锂离子电池SOC估计
潘凤文, 弓栋梁, 高莹, 寇亚林
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.21.002
摘要:
针对锂离子电池温度影响模型参数,进而导致SOC估计不准确的问题,本文提出了基于鲁棒H∞滤波的SOC准确估计方法。首先,以二阶Thevenin等效电路模型做为锂离子电池基础模型。并将温度对电池模型参数的影响建模为标称电阻值和电池总容量的加性变量,视温度变化为系统的外部扰动。其次,采用滑动线性法对电池模型进行线性化;并在此基础上运用线性矩阵不等式技术设计了对SOC进行估计的鲁棒H∞滤波器。最后,分别采用脉冲放电电流激励和实验数据电流激励,并将SOC的估计结果与kalman滤波对SOC的估计结果进行对比,其结果表明针对SOC估计所设计的鲁棒H∞滤波器能够实现对SOC的准确跟踪,同时对外部扰动具有较好的鲁棒性。
养护温度对半水磷石膏胶凝性能影响
王志凯, 王贻明, 吴爱祥, 李根, 李剑秋
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.13.001
摘要:
针对半水磷石膏(HPG)长期堆存状态下,胶凝性能出现下降现象。以室内结晶水转化和单轴压缩试验为基础,通过设定4种不同养护温度,分别为20,40,60和80℃,探究不同养护温度作用下堆体HPG结晶水转化情况和堆存养护后制备的充填胶凝材料(HCM)抗压强度发展规律,并采用SEM等微观分析手段研究养护温度对其强度影响机制。结果表明,养护温度对堆存状态下HPG胶凝性能影响显著,高的养护温度会加快HPG结晶水转化,而且会抑制堆存后制备的HCM强度发展。采用数据标准化对养护温度作用后的试样抗压强度提出预测,被证实与实测值较吻合。微观分析发现,养护温度主要影响体系的过饱和度,而使各养护温度作用下的HCM微观形态表现差异。
铜锡合金激光选区熔化非平衡凝固组织与性能
李小璇, 王曾洁, 贺定勇, 刘轩, 薛济来
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.29.006
摘要:
对具有重要工程应用价值的Cu-5wt.%Sn合金进行激光选区熔化(SLM)成形,在激光功率160W、扫描速度300mm/s、扫描间距0.07mm条件下,合金样品致密度可达99.2 %,熔池层与层堆积密实,表面质量良好。研究发现所获合金具有非平衡凝固组织特征,其中以α-Cu(Sn)固溶体相为主,且涉及具有超结构的γ相、δ相。显微组织主要由柱状晶与富锡网状晶构成,伴随有不同尺度界面Sn元素偏析及晶界、晶内纳米尺度超结构合金相颗粒析出。所获合金的力学性能与同成分铸态合金或较低Sn含量SLM合金相比得到显著强化,表面硬度可达133.83HV,屈服强度324MPa,抗拉强度460 MPa及延伸率21.3%。
自支撑二维Ti3C2Tx(MXene)薄膜电化学性能研究
武伟, 王恩会, 杨涛, 侯新梅
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.05.001
摘要:
采用LiF-HCl混合溶液刻蚀法刻蚀Ti3AlC2得到Ti3C2Tx(MXene)胶体溶液,通过真空抽滤法抽滤MXene胶体溶液得到柔性MXene薄膜。使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)等方法表征MXene的物相、形貌及化学元素,并采用循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗法等电化学测试手段研究MXene薄膜电极的电化学性能。研究显示:当电解液采用H2SO4时, MXene薄膜的厚度为6.6 μm时,在5 mV·s-1扫度下质量比电容达到228 F·g-1;同时随着扫速从5 mV·s-1提升至100 mV·s-1时,电容保持率可达51 %,是40.2 μm厚度MXene薄膜电极的3倍。该研究展示了MXene作为超级电容器电极材料具有巨大的应用前景。
温度、其他可燃气体对甲烷爆炸特性及动力学特性研究
罗振敏, 刘利涛, 王涛, 张江, 程方明
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.22.002
摘要:
为量化爆燃的潜在严重性提供信息,从而设计出能够在气体燃料加工,储存和运输过程中承受爆炸危险的容器。运用20 L球形气体爆炸系统,在不同初始温度(298 K-373 K)和其他四种可燃气体(CO、H2、C2H4、C2H6)浓度(0.4%-2.0%)条件下,获取了7%与11%甲烷的爆炸压力特性参数。此外,采用 CHEMKIN-PRO 软件,模拟分析了不同组分混合气体在爆炸过程中H·、O· 和·OH自由基体积分数的变化趋势, 并进行了敏感性分析。结果表明,在恒定的其他四种可燃气体浓度下,随初始温度的增加最大爆炸压力呈线性降低,最大爆炸压力上升速率几乎恒定或下降。同一初始温度,对于7%甲烷-空气混合物,随着以CO为主要成分的其他四种混合气体的浓度增大到2%,其最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率均呈增大的趋势,而11%甲烷-空气混合物均呈减小趋势。随着多元可燃气体浓度的增加, 7%甲烷-空气混合物在爆炸过程中H·、O·和·OH自由基摩尔分数上升。O·和·OH自由基在11%甲烷-空气混合物中呈下降趋势。关键基元反应步R53均对气体混合物中甲烷的产生、自由基(O·和 H·)的消耗起促进作用。
基于环境语义信息的同步定位与地图构建方法综述
李小倩, 何伟, 朱士强, 李月华, 谢天
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.09.006
摘要:
同步定位与地图构建技术(SLAM)是当前机器人领域的重要研究热点,传统的SLAM技术虽然在实时性方面已经达到较高的水平,但在定位精度和鲁棒性等方面还存在较大缺陷,所构建的环境地图虽然一定程度上满足了机器人的定位需要,但不足以支撑机器人自主完成导航、避障等任务,交互性能不足。随着深度学习技术的发展,利用深度学习方法提取环境语义信息,并与SLAM技术结合,越来越受到学者的关注。本文综述了环境语义信息应用到同步定位与地图构建领域的最新研究进展,重点介绍和总结了语义信息与传统视觉SLAM在系统定位和地图构建方面结合的突出研究成果,并对传统视觉SLAM算法与语义SLAM算法做了深入的对比研究。最后,展望了语义SLAM研究的发展方向。
无人驾驶车辆路径跟踪控制现状与挑战
白国星, 孟 宇, 刘立, 顾青, 王国栋, 周碧宁
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.12.003
摘要:
路径跟踪控制是分层递阶式无人驾驶系统中的一项关键技术,其作用是根据感知定位系统给出的车身位姿控制车辆沿着路径规划系统给出的参考路径行驶。近年来路径跟踪控制的发展十分迅猛,研究者们发表了大量的研究成果。考虑到在相同或相近工况下的路径跟踪控制存在一些共性的技术问题与解决思路,从低速路径跟踪控制和高速路径跟踪控制两个角度对近年来的研究成果进行了回顾。低速路径跟踪控制面临的挑战主要来自于前轮转角速度约束,在该系统约束下控制器在参考路径出现曲率突变时无法快速响应。目前常见的解决思路是对参考路径进行曲率平滑、引入预瞄控制和采用非线性模型预测控制等,此外还可以通过增大转向机构功率、降低车速等手段解决这个问题。高速路径跟踪控制面临的挑战主要来自于车速较高或地面附着系数较低时离心力可能会大于侧向力合力的极限值,从而产生较大的侧向速度,导致路径跟踪精确性降低甚至车辆行驶稳定性丧失。目前常见的解决思路是采用基于动力学模型的线性模型预测控制等能够将侧向速度影响纳入考虑的控制方法设计路径跟踪控制器。不过当车速较高时,路径跟踪精确性和车辆行驶稳定性之间存在矛盾,而基础的动力学路径跟踪控制难以解决这个问题,为此一些研究者在路径跟踪控制中加入了速度调节或博弈控制。此外在高速路径跟踪控制中,地面附着系数、轮胎特性的影响也较大,所以还需要进一步深入研究地面附着系数、轮胎特性等参数的在线估计与辨识。
RH强制脱碳与自然脱碳工艺生产IF钢精炼效果分析
袁保辉, 刘建华
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.10.002
摘要:
西昌钢钒厂由于转炉热量不足而以BOF-LF-RH-CC工艺生产IF钢,为探究RH强制脱碳与自然脱碳工艺生产IF钢精炼效果,本文采用生产数据统计、氧氮分析、夹杂物自动扫描、扫描电镜和能谱分析等手段进行了详细研究。结果表明:强制脱碳工艺RH结束渣中平均T.Fe含量比自然脱碳工艺低1.3%,强制脱碳工艺可降低钢包顶渣氧化性;在保证RH脱碳效果前提下,尽量提高转炉终点碳含量、降低钢液氧含量,通过RH精炼时采用强制吹氧脱碳工艺弥补钢中氧,可显著降低顶渣氧化性。自然脱碳工艺与强制脱碳工艺控制热轧板T.O含量均比较理想;与自然脱碳工艺相比,强制脱碳工艺可有效降低IF钢[N]含量,这与强制脱碳工艺真空室内碳氧反应更剧烈使CO气泡更多和气液反应面积更大有关。脱碳工艺对IF钢热轧板中夹杂物类型、尺寸及数量没有明显影响,夹杂物均以Al2O3夹杂为主,Al2O3-TiOx与其他类夹杂物较少,平均尺寸分别为4.5 μm、4.4 μm、6.5 μm,且钢中75%以上夹杂物尺寸在8 μm以下。在RH精炼过程中,尽量降低RH脱碳结束钢中[O]含量,有利于提高钢液洁净度。
一类离散动态系统基于事件的迭代神经控制
王鼎
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.28.002
摘要:
本文面向离散时间非线性动态系统, 提出一种基于事件的迭代神经控制框架. 主要目标是将迭代自适应评判方法与事件驱动机制结合起来, 以解决离散时间非线性系统的近似最优调节问题. 首先, 构造两个迭代序列并建立一种事件触发的值学习策略. 其次, 详细给出迭代算法的收敛性分析和新型框架的神经网络实现. 这里是在基于事件的迭代环境下实施启发式动态规划技术. 此外, 通过设计适当的阈值以确定事件驱动方法的触发条件. 最后, 借助两个仿真实例验证本文控制方案的优越性能, 尤其是在通信资源的利用方面.
充填型单缝煤岩水力脉动解堵试验研究
叶功勤, 曹函, 高强, 孙平贺(通讯作者)
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.17.001
摘要:
煤层气开采过程中,产生了大量的煤粉。煤粉聚集于裂隙中,成为影响煤层气渗透性能的重要因素之一。利用室内自行研制的可调频脉动水力压裂系统及预制充填型单缝的煤岩,开展不同频率条件下水力脉动解堵试验,研究脉动作用下解堵水压演化过程和解堵效果。试验结果表明:水力脉动解堵压力演化过程可分为三个阶段:压力上升阶段、压力下降阶段和压力波动稳定阶段。脉动作用下解堵压力阀值比定常流作用下更低、压降持续时间更短、压降幅值更小。定常流作用下煤粉运移集中在压力下降阶段,脉动压力作用下煤粉在压力下降阶段和压力波动稳定阶段均有运移,但煤粉总的运移量和定常流作用下的相当。脉动作用和定常流作用下径向渗透主要发生在压力上升至压力峰值阶段,但脉动流的解堵时间短,则滤液渗透半径小,储层伤害小。在3Hz的频率条件下,解堵效果最好,且其解堵压力阀值较低,解堵路径最为平直,压裂液渗流半径最小。
基于云理论的大坝整体性态评价模型
姜振翔, 陈辉, 陈柏全
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.15.001
摘要:
现有的大坝整体性态评价方法以定性评价为主,主观性较强。针对这一问题,以单测点监控模型的计算值与监测仪器实测值之间的残差为基础,提出采用多测点融合残差表征大坝整体性态。结合信息熵理论研究了不同测点的残差变化规律,从而对各测点残差的融合权重进行了分配。通过对融合残差进行分布分析,利用逆向云发生器、正向云发生器建立了概念云,即评价标准。在此基础上,基于云相似度算法,建立了大坝整体性态的评价模型。算例表明,该模型能够有效识别大坝监测资料中的异常测值,并能够定量、客观地评价大坝整体性态,评价结果合理、可靠,可为保障大坝安全运行提供参考。
催化材料服役行为的同步辐射原位X射线研究
李然, 谢勇, 孙瑜, 康卓, 汪莉, 张跃
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.03.004
摘要:
服役条件下催化材料的原子级别动态解析对于理解和设计高性能催化剂具有重要指导意义。如今X射线技术已成为材料研究中必不可少的表征手段,而同步辐射先进光源较普通的实验室光源具有高能量、高通量、高准直性等特点,能够实现对材料微观结构的精确捕获。本文介绍了基于同步辐射的原位X射线吸收谱、原位X射线衍射谱和原位X射线光电子能谱的基本原理及功能,重点综述了原位X射线技术在电解水催化材料服役行为动态研究中的应用进展,列举了多种典型电解水催化剂在反应条件下结构动态变化的研究实例,为实现催化材料全生命周期动态构效关系的精准构建提供了技术基础。最后,分析总结了原位X射线技术在面临复杂电化学服役环境时所遇到的问题及挑战,并提出了对先进同步辐射技术及原位X射线谱学的未来展望。
巴西圆盘劈裂二维及三维数值模拟研究
乔兰, 刘建, 李庆文, 赵国彦
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.28.006
摘要:
为揭示巴西圆盘起裂模式的变化规律及其破裂演化过程,运用连续介质弹塑性分析开展巴西圆盘劈裂二维及三维数值模拟研究。通过开展二维模拟研究,探究压拉比及加载角对试样起裂破坏模式的影响;通过三维模拟研究,探究圆盘试样三维破裂面的形成及扩展过程。研究结果表明:接触加载角及压拉比越大,巴西圆盘试样越容易发生中心起裂;端部起裂由剪切破坏引起,而劈裂裂纹进一步扩展则由张拉破坏驱动。三维数值模拟结果表明,初始起裂点位于三维圆盘端面,随加载角增大其逐渐向端面圆心移动;当圆盘发生端面中心起裂时,三维破裂面以弧形边界向试样内部发散扩展。无论圆盘试样发生中心起裂还是端部起裂,由于三维效应巴西劈裂试验可能都会低估岩石的抗拉强度。
不同打印角度SLM-Ti6Al4V组织结构及其在含氟离子溶液中的腐蚀行为研究 收稿日期:2020-XX-XX基金项目:国家自然科学基金(51901216);中国博士后科学基金(2019M652471, 2020T130620)
王尧(通讯作者), 阎笑盈, 满成, 张宏伟, 董超芳, 王昕
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.29.001
摘要:
选择性激光熔化(SLM)钛合金在生物医学领域有非常广泛的应用空间。许多学者对SLM钛合金的组织结构和力学性能进行了深入的研究,但是对其腐蚀行为的研究相对较少,对组织结构与腐蚀行为之间的相关性尚缺少系统地认识。本文研究了打印角度为30°、45°和60°的SLM-Ti6Al4V试样组织结构和在NaF溶液中的腐蚀行为。利用金相显微镜和扫描电子显微镜等对组织结构进行表征,通过电化学实验和浸泡实验对腐蚀性能进行了研究。组织结构分析结果表明,三种SLM-Ti6Al4V试样都是原β晶粒内部交叉分布针状α’相,其中打印角度为45°试样的原β晶粒更趋于等轴晶,针状α’相尺寸最小;三种试样都有一定程度的晶格畸变,其中打印角度为45°试样的晶格畸变程度最小。腐蚀行为研究表明:三种试样在NaF溶液中的腐蚀行为特征都是随着NaF浓度增加,由自发钝化逐渐转变为活性溶解,其临界氟离子浓度分别处于0.0005 – 0.00075 M、0.00075 – 0.001 M和0.0005 – 0.00075 M;另外,通过对比三种试样的电化学测试和浸泡实验结果可知,打印角度为45°试样具有最优的耐腐蚀性能。
烧结烟气中Zn对V2O5-WO3/TiO2催化剂同时脱除NOx和二噁英的中毒作用
丁龙, 钱立新, 杨涛, 张洪亮, 余正伟, 张晓霞, 龙红明
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.08.001
摘要:
V2O5-WO3/TiO2(VWTi)催化剂可以同时脱除铁矿烧结烟气中的NOx和二噁英,但复杂的烟气成分会导致催化剂失活。采用浸渍法对VWTi 催化剂进行ZnCl2,ZnO和ZnSO4中毒实验。在模拟烧结烟气条件下,研究了不同形态Zn中毒对VWTi 催化剂上同时脱除NOx和二噁英(CB作为模拟物)活性的影响,并分析了中毒前后催化剂表面活性物质理化性质。结果表明:负载不同Zn物种对催化剂同时脱除NOx和CB均具有失活作用。Zn物种会造成催化剂表面颗粒轻微团聚,表面酸性位点数量减少,表面V的还原性减弱,表面化学吸附氧比例和n(V5+)/n(V4+)物质的量比值降低。SO42-的引入为NH3和CB的吸附转化提供新的酸性位点。再生实验结果表明:酸洗可以一定程度上恢复中毒催化剂的催化活性,但水洗不能恢复中毒催化剂的活性。最后,提出了烧结烟气中不同形态Zn对VWTi 催化剂的中毒机理。
基于LinuxCNC系统的六关节机器人位置域控制技术
崔旭东, 邓少丰, 王平江(通讯作者)
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.08.07.002
摘要:
在多轴联动下的多关节工业机器人的轮廓跟踪过程中,保证各关节单独良好的跟踪性能并不能保证理想的轮廓跟踪轨迹,这说明运动同步非常重要。针对LinuxCNC的一个数控系统,分析了减少末端轮廓跟踪误差的运动控制算法。结合工业机器人现有的运动学和动力学基础以及传统的PD控制理论,提出了一种基于Linux CNC系统的六关节机器人位置域控制算法,并在华数机器人HSR-JR605上进行了实验,验证了理论的有效性。
古砖塔子结构压剪复合受力性能分析
卢俊龙, 范金鑫, 王振山, 贠作义
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.08.12.004
摘要:
古塔结构多采用砖墙筒体形成空间抗侧力体系,地震作用下古塔砌体处于压剪复合受力状态,塔体的砖筒子结构压剪复合受力性能是影响其抗震能力的关键因素之一。为研究古塔子结构的受力性能,以西安兴教寺玄奘塔为原型,设计制作了3个不同楼层的子结构缩尺模型试件,进行低周反复加载试验,观察试件的开裂、变形及破坏现象;建立数值模型进行计算,得到了试验荷载作用下各试件的等效塑性应变、荷载-位移曲线,将计算结果与试验结果进行对比,分析竖向压应力对古塔砌体破坏特征、滞回性能、延性、耗能能力等抗震性能的影响。结果表明,特征荷载的计算值相对试验值的误差均小于21%,等效塑性应变的分布与试件开裂破坏区域一致;当竖向压力保持恒定时,随着水平荷载的增大,塔体沿砌筑缝逐渐开裂破坏,裂缝宽度亦随之增大,在塔体洞口周围的破坏更为明显,试件残余变形增大;当增大竖向压力后,对试件开裂及残余变形均有限制作用,但试件的破坏过程特征变化不大;随着压剪比的增大,古塔砌体开裂破坏的范围减小,抗剪承载力、刚度以及耗能能力均有所提高,但延性和变形能力略有降低。研究结果为砖石古塔建筑结构损伤及抗震能力评定提供参考。
褐铁矿在烧结工艺的优化配置研究
张国成, 罗果萍(通讯作者), 柴轶凡, 田硕, 郝帅, 任强
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.07.29.001
摘要:
为了探究全进口矿条件下褐铁矿在烧结工艺的合理配置,针对S钢500m2大型烧结机实际原燃料条件,在基于试验用铁矿粉的常规理化性能和高温基础特性的基础上,开展了配加不同褐铁矿配比的烧结杯试验研究,并结合Factsage 7.1热力学计算软件模拟计算了不同褐铁矿配比条件下的黏附粉含量和理论液相生成量及性能。研究表明:澳大利亚褐铁矿具有矿粉粒度粗、矿化能力弱,同化温度低、粘结相强度差、吸液性强的特点,当褐铁矿配比由45%增加至55%时,提高磁铁矿OD矿配比至15%,同时控制OC矿配比降低至10%,烧结矿转鼓强度和低温还原粉化指标等性能达到最优,这是由于一方面提高磁铁精矿OD矿配比具有增加黏附粉比例、改善液相生成数量和性能的作用,可以均匀液相分布,消除过熔现象;另一方面,增加OD矿配比可以改善烧结料球的粒度组成,减少褐铁矿吸液量,提高烧结矿强度,因此,在高褐铁矿配比条件下,增加适宜的磁铁精矿配比有利于稳定烧结矿质量,改善烧结性能。
塑管-混凝土界面密闭性能改善措施的研究
王俊颜, 周田, 吕梁胜, 杨全兵
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.21.002
摘要:
为改善塑管混凝土结构的界面密闭性能,研究了在塑管-混凝土界面粘贴一种双面压敏胶带——Preprufe胶带的作用。通过界面粘结强度、界面渗水高度和界面透气性实验,测得塑管混凝土结构的界面粘结强度、界面渗水高度、气体压力-时间衰减曲线,推导出界面渗透指数。试验结果表明,界面粘结强度与粘贴胶带的宽度呈线性增长关系,压敏性粘合剂胶层与液态混凝土在硬化过程中形成的粘结强度远大于普通粘性层与塑管间的粘结强度。粘贴Preprufe胶带可显著提高塑管-混凝土界面抗渗能力。界面渗透指数随粘贴胶带的宽度增大呈明显的递减趋势,粘贴220mm胶带的塑管混凝土试件界面渗透指数仅为基准塑管-混凝土试件的2.86%。粘贴Preprufe双面胶带宽度达到470mm及以上有望使塑管混凝土结构的界面气密性达到混凝土气密性等级,考虑到成本问题,在工程应用中胶带宽度在220~300mm之间是比较理想的范围。
基于有向权值网络的航班运行风险传播与控制
王岩韬
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.15.002
摘要:
为了分析航班运行风险传播过程,进而有效控制保障飞行安全,基于复杂网络理论,首先参照民航局咨询通告选取机组、航空器、运行环境共29个终端因素作为网络节点,统计民航安全监察记录,根据事件中节点关系,构建无向网络;统计前后节点间的作用关系和发生概率,提出一种有向带权的航班运行风险网络;然后,引入改进感染率和改进恢复率概念,构建一种适用于航班运行风险传播分析的改进SIR模型;定义感染起始范围,最后采取多参数控制方式,对有向与无向网络传播和控制进行大规模仿真计算。结果表明:有向网的平均最短路径为1.788,属于小世界网络;使用民航常规管控措施,有向网节点感染下降幅度相比无向网络高出13.7%;对总度值和入度值排序前3节点控制后,感染节点峰值下降率高达50.6%。结果证实在有向带权值网络中,根据入度值控制节点对抑制风险传播最为有效。
FeCrVTa0.4W0.4高熵合金氮化物薄膜的微观结构与性能
王子鑫, 张勇
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.28.004
摘要:
本实验利用单靶射频磁控溅射技术,在单晶硅基底上,制备了两个系列FeCrVTa0.4W0.4高熵合金氮化物薄膜,即FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多层薄膜和(FeCrVTa0.4W0.4)Nx单层薄膜,其中,多层薄膜用于太阳光谱选择性吸收薄膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米力学探针、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见分光光度计、接触角测量仪和四探针测试台对FeCrVTa0.4W0.4高熵合金氮化物薄膜进行微观结构分析以及性能表征。结果表明:在不通入氮气时,薄膜为非晶结构,当氮气含量升高后,转变为面心立方固溶体结构;当表层氮气流量为15sccm时,FeCrVTa0.4W0.4氮化物多层薄膜及单层薄膜均具有最佳的力学性能,随着表层氮气含量的继续增加,力学性能下降;FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多层薄膜在300-800nm波长范围内均具有太阳光谱选择吸收性,当氮化物薄膜层数较少时具有较好的疏水性;(FeCrVTa0.4W0.4)Nx单层薄膜随着氮气含量的增加,薄膜方块电阻增加。
特殊钢渣超微粉改性废弃核桃壳制备钢渣基生物质活性炭及其吸收氯气的性能
孙大为, 邓军
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.08.04.004
摘要:
氯气泄漏应立即对其进行应急处置,同时日常也要加强对含氯尾气的及时回收和净化处理,这已经成为氯气安全生产和使用的焦点问题。本研究以特殊钢渣超微粉与废弃核桃壳为研究对象,利用特殊钢渣超微粉的化学成分对废弃核桃壳进行改性处理制备钢渣基生物质活性炭。研究废弃核桃壳超微粉与特殊钢渣超微粉的质量比、特殊钢渣超微粉细度和吸附环境温度对钢渣基生物质活性炭吸收氯气性能的影响。利用X-射线荧光光谱仪(XRF)、比表面积及孔径测定仪(BET)、激光粒度仪(LPSA)和扫描电子显微镜(SEM)测试特殊钢渣超微粉的化学成分、钢渣基生物质活性炭的孔结构、特殊钢渣超微粉的粒径分布和钢渣基生物质活性炭的微观形貌。结果表明:废弃核桃壳超微粉与特殊钢渣超微粉的质量比分别为100:6,特殊钢渣超微粉的细度为600目,吸附环境温度为30℃时钢渣基生物质活性炭吸收氯气性能较好。特殊钢渣超微粉中Fe2O3具有磁性有利于氯气在钢渣基生物质活性炭表面形成富集,提高其吸附能力,CuO和MnO具有催化性可以协助促进钢渣基生物质活性炭的吸附能力。特殊钢渣超微粉细度过大,会造成小粒径颗粒团聚,从而影响钢渣基生物质活性炭对氯气的吸附能力进一步提高;在特殊钢渣超微粉粒径较小时,均匀性较好的特殊钢渣超微粉对提高钢渣基生物质活性炭吸附氯气较小。较高的吸附环境温度可能导致钢渣基生物质活性炭对氯气出现解析现象;同时钢渣基生物质活性炭表面没有出现特殊钢渣超微粉团聚与沉积的现象,具有层状结构特征,为吸附氯气提供了空间。
胀断连杆用高碳微合金钢连铸大方坯铸态组织研究
夏勇, 李亮, 李根, 王璞, 兰鹏, 唐海燕, 张家泉
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.03.001
摘要:
胀断连杆是汽车精密传动用高端产品,需具高强高韧和裂解加工脆性解理断裂特性。连铸化生产高碳易切削胀断连杆用微合金非调质钢是当前的发展方向。基于典型大方坯连铸生产工艺及其铸态组织、成分均匀性分析,研究了胀断连杆加工过程常见断口形貌不合的钢坯遗传性因素。以德系典型C70S6钢为例,采用250mm×280mm断面弧形连铸机,解析其在常用结晶器电磁搅拌条件下所浇铸大方坯的铸态低倍结构和枝晶形貌,并分析其不同晶区的成分分布特点。结果表明,当前连铸条件下大方坯中心缩孔和后续热轧棒材探伤合格率可控,但铸坯初凝坯壳凝固前沿出现明显的C、S负偏析白亮带区及其柱状晶偏转现象。金相试样图像分析和相场法凝固模拟表明,铸坯中柱状晶具有逆流生长特征,其偏转角是一次枝晶尖端向旋流方向逆向生长的结果,自铸坯角部至宽、窄面中心,实测柱状晶区的一次枝晶偏转角约在-7°到27°之间。利用EDS进一步检测了钢中主要合金元素Si、Mn、Mo在铸坯不同晶区的分布,揭示了其铸态偏析特征与差异性。据此,探讨了这种铸态组织和成分偏析对后续热轧棒材和连杆成品组织的遗传性,以及对其胀断加工断口不合的影响,指出基于连铸源头铸态质量控制对这类高等级特殊钢产品开发与应用的重要性。
碱金属改性对ZSM-5结构和吸附甲苯特性的影响及机理研究
崔永康, 邢奕, 苏伟, 王嘉庆
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.07.25.001
摘要:
ZSM-5是一种常用来吸附甲苯的微孔吸附剂,本文选择三种碱金属Li、Na和K对ZSM-5进行改性,结合表征手段和数学模型的方式研究引入ZSM-5中的碱金属对微孔结构和吸附甲苯的影响。在此实验中,分别从吸附容量、放热能量、扩散阻力和脱附活化能四方面深入探讨碱金属对吸附甲苯的影响规律。基于实验结果得知:碱金属的引入改变了ZSM-5分子筛的微孔结构并呈现出一定的规律。随着离子半径(Li+<Na+<K+)的升高,ZSM-5的孔径、比表面积和孔体积随之降低,影响规律为Li?ZSM-5 > Na?ZSM-5 > K?ZSM-5。静态饱和吸附量呈Li?ZSM-5 (0.363mmol/g)>Na?ZSM-5 (0.360mmol/g)>K?ZSM-5 (0.325mmol/g)排序。恒定浓度波模型很好的描述甲苯在ZSM-5上的吸附扩散行为,空间位阻和静电束缚力分别在高低进气浓度条件下对甲苯在ZSM-5孔道中的扩散占据主导作用,较高进气浓度(155mg/m3)条件下,碱金属改性对扩散阻力影响规律为Li?ZSM-5<Na?ZSM-5<K?ZSM-5;较低进气浓度 (25mg/m3)条件下,影响规律为Li?ZSM-5>Na?ZSM-5>K?ZSM-5。结合脱附动力学分析,Na?ZSM-5因具有较大的孔径和适中的吸附强度表现出更好的再生潜能。本研究从空间位阻和吸附强度两方面系统阐述了碱金属改性对甲苯吸附行为的影响机理,为在复杂的实际环境应用中选择合适的吸附剂提供了一定的参考意义。
空间机械臂在轨部件替换插、拔孔操作力/位姿阻抗控制分析、设计
曾晨东, 陈力
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.07.31.002
摘要:
讨论了空间机械臂在轨部件替换插、拔孔操作相关力学及阻抗控制问题。为此,结合系统动量守恒关系,空间机械臂替换部件末端输出插、拔孔主动力与孔内所受摩擦阻力作用关系,以及第二类拉格朗日方程;推导得到了载体位置、姿态均不受控制情况下,空间机械臂在轨部件替换插、拔孔操作过程系统动力学方程。同时,根据相关操作控制系统设计需要,利用系统位置几何关系分析、建立了空间机械臂替换部件末端相对基联坐标系的相对运动雅可比关系。之后,由空间机械臂替换部件末端位姿与末端输出插、拔孔主动力之间的动态关系并结合阻抗控制原理,建立了二阶线性阻抗力学模型。在上述工作基础上,针对空间机械臂在轨部件替换插、拔孔操作过程同时存在运动学与动力学不确定性的情况,设计了空间机械臂替换部件末端力/位姿跟踪指数型阻抗控制策略;并通过李雅普诺夫理论,证明了控制系统的稳定性。提到的控制策略具有结构简单、收敛速度快、稳定性好的特点。系统数值仿真,验证了上述控制策略的有效性。
基于CEEMDAN-LSTM组合的锂离子电池寿命预测方法
史永胜, 施梦琢, 丁恩松, 洪元涛, 欧阳
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.30.007
摘要:
锂离子电池进行准确的寿命预测在电池健康管理中具有重要意义。针对目前锂离子电池寿命预测方法预测结果不准确的问题,文中在单一LSTM预测模型的基础上,采用了自适应噪声完全集成的经验模态分解(CEEMDAN)算法将容量分为主退化趋势和若干局部退化趋势,然后使用长短期记忆神经网络(LSTMNN)算法分别对所分解的若干退化数据进行容量预测,最后将若干容量预测结果进行叠加组合后得到锂离子电池的寿命预测结果。验证结果表明,所提出的CEEMDAN-LSTM锂离子电池组合预测模型较之EMD-LSTM预测模型平均预测精度提高了4.86%。
高压直流干扰大幅值管地电位产生原因及影响因素分析
袁洵, 杜艳霞, 梁毅, 秦润之
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.02.002
摘要:
近年来,随着高压直流输电工程的大规模建设,高压直流接地极对金属设施的干扰影响日益凸显,其中埋地管道在高压直流干扰下会产生大幅值的管地电位,但国内外对于大幅值管地电位产生的原因缺乏系统的分析。本文基于实际的工程参数建立了高压直流干扰电场计算模型,利用数值模拟计算技术对高压直流干扰大幅值管地电位的产生原因进行探究。考察接地极与管道之间的间距、管道防腐层类型、管道长度及土壤结构等因素对高压直流干扰下管地电位的影响规律,得到高压直流干扰大幅值管地电位是在接地极与管道距离较近、绝缘性能防腐层较高、管道长度较大及上低下高的土壤电阻率分层结构共同作用下产生的。
一种改进的lp -RWMKE-ELM
刘星, 赵建印, 朱敏, 张伟
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.07.09.001
摘要:
本文针对装备各类故障样本分布不平衡、现有算法故障诊断精度较低的问题,定义了一种p范数约束下正则化加权多核集成超限学习机的故障诊断模型。该模型在p范数约束下,基于各类故障样本自身规模,分别进行了两种自适应的样本权重分配;同时将多核学习(Multiple Kernel Learning,MKL)的多源数据融合能力和超限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)运算高效的特点相结合,将样本的权重W融入到多核超限学习机的优化目标函数中;通过Adaboost集成策略,自适应提升富含信息的样本在模型中的权重,从而显著提升故障诊断的精度。以6个UCI公共数据集以及1个实装案例为例,进行了故障诊断实验。结果表明,模型与KELM、WKELM(W(1)和W(2)加权方式)以及多核超限学习机l1-MKELM、lp-MKELM、TRMKELM相比,诊断精度有显著提升;范数约束形式对模型的诊断性能影响有限。
MgO含量和来源对球团焙烧特性及冶金性能的影响
朱德庆, 刘震, 杨聪聪, 潘建
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.07.02.006
摘要:
本文分别以五种不同的含镁添加剂(高镁磁铁矿、镁橄榄石、白云石、菱镁石和氧化镁粉)制备镁质球团,阐述MgO含量和来源对磁铁矿球团焙烧特性及冶金性能的影响。研究结果表明:不同的含镁添加剂对于生球的落下强度有着一定影响,其中氧化镁粉与高镁磁铁矿均能够提高球团的落下强度。在相同的预热焙烧制度下,提高MgO含量会增加球团孔隙率,降低预热和焙烧球团的抗压强度。在配加不同镁添加剂的焙烧球团中,白云石对球团强度的不利影响最小。增加预热球团的氧化度有利于促进镁质焙烧球团固结,提高其抗压强度。而配加不同种类的含镁添加剂,均能不同程度改善球团的还原膨胀性、低温还原粉化性和还原性。
楔横轧内直角小台阶精确轧齐曲线研究
张凯利, 王宝雨, 沈谨霞
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.25.003
摘要:
内直角台阶的轧齐一直是楔横轧的关键技术之一,一般内直角台阶的轧齐曲线公式和算法不适合小台阶的生产应用。为了解决这一问题,通过改进几何模型,针对内直角小台阶的螺旋体体积提出一种新的计算方法。根据楔横轧工艺的特点,比较轧件初始半径与对应辅助圆半径的大小关系,指出了二辊轧齐过程中内直角小台阶的初步判断条件。根据轧件大端半径与旋转角度的关系,将轧齐过程分成了三个阶段。通过对小台阶螺旋体的分块,将其近似成三个规则体积的合体,推导出了轧齐过程中各个阶段的体积公式。依据体积平衡原理和楔横轧模具特点,得到了二辊楔横轧内直角小台阶随轧件旋转角度变化的轧齐曲线。最后采用刚塑性有限元软件Deform-3D对一定断面收缩率范围内的大直径轴类件数值模拟,验证了本文所提出的轧齐曲线计算方法的适用性。同时通过对比分析,发现在大直径轴类件小台阶成形时展宽角应尽量取小。
基于快速SR-UKF的锂离子动力电池状态联合估计
章军辉
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.07.30.002
摘要:
针对标准UKF 算法本身存在着因状态误差协方差矩阵无法实现Cholesky分解而导致滤波发散的隐患,以及在电池状态估计过程中由离线标定的电池等效模型参数而造成的累积误差的问题,本文发展了一种平方根无迹卡尔曼滤波(square-root unscented Kalman filter, SR-UKF)算法,并设计了一种电池状态联合估计策略。① 快速SR-UKF算法通过对观测方程进行准线性化处理,降低了每次无迹变换时的计算开销;② 在迭代过程中,用状态误差协方差矩阵的平方根代替状态误差协方差矩阵,该平方根是由QR分解与 Cholesky因子的一阶更新得到,解决了UKF 算法迭代过程中可能由计算累积误差引起状态误差协方差矩阵负定而导致滤波结果发散的问题,保证了电池荷电状态(state of charge,SOC)在线滚动估计的数值稳定性;③ 采用联合估计策略,对电池等效模型参数进行实时辨识,保证了电池等效模型的准确性与有效性,从而提高了电池SOC的估计精度。仿真对比结果验证了快速SR-UKF算法以及电池状态联合估计策略的可行性与鲁棒性。
溜井储矿段矿岩散体运移轨迹及速度预测模型 收稿日期:2020-04-01基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51774176)
马驰, 路增祥, 殷越, 曹朋
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.31.002
摘要:
为准确预测溜井储矿段内矿岩散体运移状态,建立了溜井储矿段矿岩运移轨迹和速度预测模型。首先,根据筒仓卸载过程中颗粒运动特点和理想流体流动单元流动特点的相似性,分析储矿段内矿岩运移规律;其次,引用流动网络概念和Beverloo经验公式,建立了储矿段矿岩运移网络,分析了储矿段矿岩运动截面与矿岩运移速度的关系;最后,在一定的假设条件下,根据流线和等位面分布特征,建立了矿岩位移、运移轨迹和速度方程。研究结果表明:(1)矿岩进入储矿段后依次经过匀速区、变速区,分别进行匀速直线下向运动、变速曲线运动;(2)当放矿口倾角较小时存在平衡区,该区域下矿岩不发生位移,导致“空环效应”;(3)单位时间内放出矿岩质量和穿过同一等位面的矿岩质量相等。所建立的预测模型表明,匀速区内矿岩运移状态与储矿段和放矿口断面直径、矿岩粒径等有关,变速区内矿岩运移状态还与矿岩所处位置、放矿口倾角等有关。
复杂应力路径下裂隙泥岩渗透演化规律试验研究
张玉
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.05.27.005
摘要:
油气主要储集在岩石孔隙和缝洞内,深部复杂应力环境下储层岩石裂隙渗透演化直接影响油气的运移规律,是油气勘探开发的重要研究对象。为了解复杂应力路径下含裂隙岩石的渗透演化特性,利用高精度渗流-应力耦合三轴实验设备,对含随机分布裂隙泥岩开展了单试样-复杂应力路径加卸载过程中的渗透性演化试验研究,试验方案依次为 (i) 围压递增条件下渗透性测试;(ii) 渗透压力递增条件下渗透性测试;(iii) 偏应力循环加卸载条件下渗透性测试;(iv) 围压、偏应力同步增长条件下渗透性测试。结果表明裂隙泥岩中的渗流可视为低渗流速度的层流;裂隙发育丰富岩样(R2)渗透率及应力敏感性明显较高。渗透率随渗透压力、围压分别呈正、负的指数函数变化。偏应力加载导致渗透率降低,卸载引起渗透率上升,但整体呈不可逆降低;围压、偏应力同步增长引起渗透率呈下降趋势,并逐步趋于稳定;围压10.3MPa作用下,渗透率基本保持恒定。由此基于裂隙双重介质模型,考虑泥岩变形过程中裂隙系统和基质系统的相互作用以及外部应力作用下的裂隙膨胀变形,构建了裂隙泥岩渗透率演化力学模型;模型模拟结果与试验结果具有较好的一致性。相关成果可为裂隙泥岩渗透性演化预测和油气高效开采提供重要的理论依据。
低合金钢海水腐蚀监测中的双率数据处理与建模
陈亮, 付冬梅
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.17.003
摘要:
随着物联网技术的发展,前端传感器的使用使得低合金钢的海水腐蚀监测成为了现实,从而获得了大量的腐蚀数据。针对传统均值法处理双率腐蚀数据带来的数据信息损失以及建模精度下降问题,提出了一种基于综合指标值(CIV)和改进相关向量回归(IRVR)的双率腐蚀数据处理和建模算法(CIV-IRVR)。首先,通过构建CIV表征输入数据的综合影响并采用天牛须搜索(BAS)算法对其参数进行寻优;然后,建立最优CIV序列与输出数据间的线性回归模型将双率数据转化为建模用的单率数据,能够更多地保留原始数据信息;最后,给出了一种BAS算法优化的具有组合核函数的改进相关向量回归建模方法(IRVR),并建立了针对低合金钢海水腐蚀双率数据的CIV-IRVR预测模型。结果表明:相比于均值方法处理双率腐蚀数据,所提方法将建模样本数量由196提升到了1834;相比于海水腐蚀建模领域常用的ANN和BP建模方法,所提模型的平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和决定系数(CD)分别为1.1914、1.5729以及0.9963,在各项指标上均优于对比算法,说明所提模型不仅减少了信息损失还提高了建模精度,对于双率海水腐蚀数据建模具有一定现实意义。
陶瓷膜孔道内尘粒沉积及脱附的模拟研究
熊瑞, 张佳钰, 闫明伟, 孙广超, 刘开琪(通讯作者)
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.08.002
摘要:
陶瓷膜是过滤高温含尘烟气最有效的材料之一,其过滤性能和再生性能与尘粒在陶瓷膜孔道内的沉积和脱附机制相关。本文建立了不同孔隙率的陶瓷膜物理模型,然后结合连续性方程、动量方程和能量方程,设定边界条件以及沉积条件,模拟了陶瓷膜过滤和脉冲反吹时,高温烟气的流动以及尘粒的沉积与脱附过程。结果表明,过滤速度较低和陶瓷膜孔隙率较高时,易于沉积在陶瓷膜孔道内;脉冲反吹时,增加反吹压力,延长反吹时间,尘粒易于从陶瓷膜孔道脱附。采用厚度为20 mm,长度为1.5 m,孔隙率为40%的陶瓷膜管过滤温度为1000 ℃,流速为1 m·min-1,压力为0.1 MPa的含尘烟气时,反吹气压力应不低于0.3 MPa,反吹时间不短于0.02 s,尘粒脱附时间在13 s,脉冲反吹时间间隔应高于452 s。
基于分形理论无腹筋混凝土梁的受剪性能试验研究
于江, 吕旭滨, 秦拥军
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.19.003
摘要:
基于裂缝的发展及分布形态,探究无腹筋混凝土梁在不同剪跨比和纵筋配筋率作用下的剪切性能,采用剪跨比λ分别为1.5、2、2.5和纵筋配筋率分别为1.28%、1.62%、1.99%的9组无腹筋混凝土梁进行四点加载受剪试验,通过应用分形几何理论对试验梁表面的裂缝进行分析,使用盒计数法计算得到分级荷载及极限荷载作用下梁表面裂缝的分形维数D,探讨了梁表面分形维数D与极限荷载、分级荷载及跨中挠度y之间的关系。结果表明:剪跨比λ与极限荷载及开裂荷载成反比,而纵筋配筋率ρ与极限荷载成正比,但其对于开裂荷载的影响较小。无腹筋混凝土梁不论在分级加载作用下还是极限荷载作用下都具备明显的分形特征,在分级荷载作用下的分形维数D在0.964~1.449,在极限荷载作用下的分形维数D在1.33附近。分级荷载、跨中挠度与分形维数D之间呈现较好的对数关系,分级荷载与分形维数的变化曲线受剪跨比λ及梁纵筋配筋率ρ的影响具有一定的规律性,而跨中挠度受剪跨比的影响较小,在纵筋配筋率作用下,其曲线的曲率呈现出先增大后减小的趋势,但极限荷载与分形维数D之间的关系具有一定的差异性,极限荷载会随着剪跨比λ的增大呈现出先增大后减小的趋势,随着纵筋配筋率ρ的增大呈现出的差异性较大。
电化学修复后钢筋混凝土粘结性能演变规律
樊玮洁, 吴云涛, 毛江鸿, 金伟良, 陈锦森
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.01.004
摘要:
电化学修复技术是利用电场迁出钢筋混凝土结构中的有害氯离子,来提升混凝土结构耐久性的修复技术。针对电化学修复后钢筋混凝土粘结性能退化现象,通过拉拔试验,以电化学修复参数作为关键变量,具体讨论电化学修复前后钢筋混凝土极限粘结强度变化趋势,探究电化学修复参数对钢筋混凝土粘结性能的影响规律。具体分析了不同电流密度和通电时间对混凝土粘结性能的影响,以此为基础建立包含这两个电化学参数的修复后钢筋混凝土粘结性能的劣化模型,可根据不同电化学修复参数计算钢筋混凝土结构粘结强度折减值。经国内外试验数据对比,具有较好的一致性,能够分析电化学修复后钢筋混凝土结构的粘结性能退化程度,并为电化学系数优化研究提供一定理论基础及试验数据。
基于S-LRCN的微表情识别算法研究
李学翰, 胡四泉, 石志国, 张明
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.15.006
摘要:
面部表情识别是人机交互研究的热点,广泛应用于各方面,涉及信息学、心理学等,在教学评价方面具有很好的研究前景。区别于一般的静态人脸表情识别,微表情识别不但需要提取图像中人脸表情形变的空间特征信息,还需要考虑到连续图像序列的时间运动信息。本文基于面部动态表情序列,针对静态表情缺少时间信息等问题,将空间特征与时间特征融合,利用神经网络在图像分类领域良好的特征,对需要进行细节分析的表情序列进行处理,提出基于S-LRCN(Separate Long-term recurrent Convolutional Networks)的微表情识别方法。首先选取微表情数据集提取面部图像序列,引入迁移学习的方法,通过预训练的卷积神经网络模型提取表情帧的空间特征,降低网络训练中过拟合的危险,并将视频序列的提取特征输入长短期记忆网络(Long Short-Team Memory, LSTM)处理时域特征。最后建立学习者表情序列小型数据库,将该方法用于辅助教学评价。
能源桩三维螺旋线热源瞬态传热模型研究
李庆文, 乔兰, 郑明阳, 隋智力(通讯作者)
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.05.03.003
摘要:
能源桩因其换热效率高、结构稳定、无需额外钻孔等优点而得到快速发展。其长期运行中,除了承受上部荷载外,还需承受温度场变化所引起的温度荷载。因此,准确评估能源桩及周围岩土体温度场是能源桩设计与应用中的关键问题之一。然而现有能源桩温度场解析模型多过于简化,无法准确表征螺旋埋管能源桩的温度场特性。本文在现有传热模型的基础上,将螺旋埋管视为三维螺旋线热源,结合螺旋埋管能源桩的传热过程,建立高精度三维螺旋管传热模型。其中,对于瞬时线热源温度场,运用格林函数和第一型曲线进行积分,求解给出螺旋埋管能源桩的温度场解析解。并通过在数值模拟软件中建立螺旋埋管能源桩三维模型,依据边界条件,将地面设为Dirichlet边界,其他边界设为Neumann边界,求解得出三维螺旋埋管能源桩温度场数值解。对比结果表明:所建立的能源桩三维螺旋线热源模型具有很高的解析精度。最后,基于解析模型讨论了螺旋埋管能源桩的空间分布和时间效应。
基于深度循环神经网络的协作机器人动力学误差补偿
徐征, 张弓, 汪火明, 侯至丞, 杨文林, 梁济民, 王建, 顾星
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.30.003
摘要:
机器人动力学模型的建立及其参数辨识对优化控制和人机交互的实现具有重要意义。针对协作机器人动力学模型难以建立与辨识,导致机器人计算预测力矩误差较大的问题,提出在考虑重力、Coriolis力、惯性力和摩擦力等的基础上,采用深度循环神经网络中的长短期记忆模型对自主研发的六自由度协作机器人动力学模型进行误差补偿。计算与实验结果表明,补偿后的协作机器人动力学模型对实际力矩具有良好的预测效果,各轴预测力矩与实际力矩的均方根误差相比于未补偿的传统模型降低了61.8%至78.9%,表明了文中所提出补偿方法的有效性。
单轴压缩条件下裂隙粗糙度对渗透系数的影响
王帅
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.05.26.001
摘要:
裂隙粗糙度是影响裂隙岩体渗流特性的重要因素,为了深入研究单轴压缩条件下粗糙度对渗透系数的影响,采用3D打印技术和数字建模方法制备了粗糙度不同的裂隙试样,通过自制地试验装置对不同法向压力下的裂隙试样进行了试验。结果表明,在没有法向压力的条件下,随着粗糙度的增加,渗透系数以负指数函数形式减小,采用Forchheimer方程定量地分析了渗流流量与水力梯度之间的非线性关系,线性项系数随着粗糙度的增大而减小,非线性项系数随着粗糙度的增大而增大;在恒定法向压力且大于水压的条件下,裂隙试样的渗透系数随着粗糙度的增大线性减小,随着水压的增大,粗糙度对渗透系数的影响作用增强;定义了系数,分析了在有无法向压力条件下,粗糙度对渗透系数影响的差异性,随着水力梯度的增加而增加,随着法向压力的增加而减小。
含氟连铸保护渣粘度检测与预测模型分析 收稿日期:2020-05-03基金项目:国家自然科学基金资助项目(51674185, 51674186)
赵忠宇, 赵俊学, 谭泽馨, 屈波樵, 崔雅茹
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.05.03.002
摘要:
采用旋转柱体法对含氟连铸保护渣粘度检测,基于Arrhenius方程并通过非线性回归分析建立了新的粘度预测模型。对比多种传统粘度模型对不同类型含氟连铸保护渣的拟合效果,本模型对粘度的预测值相对检测值偏差率在10%以内。基于该粘度预测模型分析组元变化对保护渣粘度影响,其中,CaF2含量的增加可以显著降低保护渣粘度,而Al2O3与Na2O对炉渣粘度的作用机理都受到渣系中CaF2含量的制约。依据模型计算与实验检测绘制了CaF2-Na2O-Al2O3-CaO-SiO2-MgO渣系粘度等值图,低粘度区CaF2质量分数接近14%。
基于虚拟材料复模量非均匀分布的螺栓连接薄板结构半解析建模
刘晓峰, 孙伟, 孙悦
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.20.005
摘要:
在进行螺栓连接结构动力学建模时,对螺栓结合部的模拟影响着整个结构动力学特性的分析精度。本文基于复模量非均匀分布的虚拟材料来模拟螺栓连接薄板搭接部分的力学特性,建立了螺栓连接薄板结构的半解析模型并对其进行了动力学分析。首先,描述了建模理念,将虚拟材料分别假定了三种复模量非均匀分布形式来模拟螺栓搭接部分的力学特性,提出用反推辨识技术确定虚拟材料储能模量与耗能模量的方法。接着,基于能量法并用正交多项式假定模态,推导了螺栓连接薄板的半解析分析模型,并创新性地给出了求解频响函数的公式。最后,以一个具体的螺栓连接薄板结构为对象进行了实例研究,结果表明:用所创建的半解析模型计算出的固有频率、模态振型以及频响函数值与实测值均较为接近,从而证明了利用复模量非均匀分布的虚拟材料模拟螺栓搭接部分可有效简化螺栓结合部建模,亦可达到较高的仿真计算精度。
基于FBRM和PVM技术的尾矿浓密过程絮团演化规律
周旭, 吴爱祥, 王洪江, 王贻明
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.06.02.004
摘要:
在初始泥层高75cm时耙架转速为0rpm、0.1rpm、1rpm和10rpm条件,以及耙架转速为0.1rpm时初始泥层高度为75cm、45cm和25cm条件下,采用FBRM和PVM实时在线监测技术,对动态浓密系统泥层脱水过程絮团结构演化进行原位连续观测,获得了泥层脱水过程中,絮团尺寸、分布特征和实时图像。研究结果表明,尾矿浓密过程中絮团尺寸和数量随剪切时间呈现先增长后降低,再保持稳定状态,絮团密实化过程可分为絮团生长期、絮团重构期和絮团破碎期3个阶段。合理的剪切速率有利于絮团尺寸生长和絮团快速破裂重构,有利于絮团密实化,但过高的剪切速率作用相反。初始泥层高度大条件下絮团的生长阶段时间更长,絮团尺寸峰值更高,重构期较长。剪切速率的增加造成絮团尺寸减小,絮团尺寸减小的速率随剪切速率上升而增大,絮团尺寸随初始泥层高度增加而增大。尾矿絮团分形维数逐渐上升反映了絮团封闭水释放排出,孔隙率降低,密实化程度提高的过程。根据絮团直径观测和分形维数计算,分析了流体动力应力和絮团强度对絮团破裂程度的影响,解释了尾矿浓密过程中的絮团密实化规律。
螺纹插装式溢流阀阀套内锥面制造误差控制研究
张祝
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.05.05.002
摘要:
基于碳氮共渗后磨削的制造工艺,溢流阀阀套内锥面自身角度和轴向位置的制造误差,不仅影响溢流阀的静动态特性,还直接决定其使用寿命。对内锥角建立制造误差模型并应用分析,确定误差范围及内锥角误差与磨削量之间的关系。设计专用的检测装置并进行检测原理和测量误差分析,利用三坐标测量仪或内锥角标准块校对检测装置的测量误差,提高检测精度。对热处理后的阀套进行轴向尺寸分组,并采用基准统一原则,保证磨削制造精度的稳定性。根据检测原理并利用误差模型对试磨件误差计算,并据此调整磨削参数,使制造误差合格,后续用检测装置快速测量阀套的检测密封圆轴向尺寸,使制造误差均落在误差范围内,保证批量制造产品的质量。研究表明,通过对内锥角误差及测量分析,确定了误差范围并提供了可靠的制造和测量方法;基于某型溢流阀设计及工艺参数,经分析得内锥面自身角度误差以±1°为宜,密封圆轴向最大磨削公差为0.186mm,最小磨削公差为0.052mm,检测装置角度测量误差为±0.03°,密封圆轴向尺寸测量误差可忽略。
印尼典型海砂矿的工艺矿物学及固态还原特性
易凌云
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.20.003
摘要:
以经典工艺矿物学研究方法为基础,结合化学物相分析、MLA、X射线衍射、光学显微镜、SEM-EDS等手段对印尼典型海砂矿的矿物学及其固态还原特征进行了系统研究。结果表明:印尼海砂矿的矿物组成主要为钛磁铁矿、次为少量假象赤铁矿、赤铁矿、钛铁矿以及辉石等。绝大部分钛磁铁矿呈致密单体或铁的富连生体产出,偶有由固熔体分离析出形成的微细钛铁矿片晶。赋存于钛磁铁矿中的铁占总铁的89.79%、钛为85.42%、钒则高达97.97%。海砂矿在mol(C/Fe)=1.2、温度1300 oC条件下还原60min可较好实现金属化。其还原历程遵循:Fe2.75Ti0.25O4 → FeTiO3, (Fe,Mg)Ti2O5 → (Fe,Mg)Ti2O5 → Fe,稳定的黑钛石相是影响金属化程度的主要因素。经固态还原处理Fe元素最终富集于金属相,V、Ti则赋存于渣中富钛相,为后续的分离提取创造了有利条件。
循环扰动荷载作用下花岗岩裂隙扩展特征的颗粒流模拟
张杰, 郭奇峰, 蔡美峰, 张英, 汪炳锋, 吴星辉
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.15.003
摘要:
裂隙岩体广泛存在于地下工程中,对循环扰动荷载十分敏感,研究其裂隙的产生和扩展是岩体稳定性分析的重要基础。从微观角度,采用颗粒离散元法开展预制裂隙花岗岩循环加卸载试验,首先以MATLAB图像处理技术识别花岗岩细观组分,结合室内单轴压缩试验结果对细观力学参数进行标定。通过编制颗粒流代码追踪裂隙的类型和扩展过程,分析岩石破坏过程中裂隙发展的阶段性特征。研究结果表明:不同倾角裂隙岩石的新生裂隙走向与预制裂隙贯通方向基本一致;根据新生裂隙的优势倾向分组得到裂隙起裂角与预制裂隙倾角的关系:倾角β ≤45°时剪切和张拉裂隙的起裂角单调递减,倾角β ≥60°时剪切和张拉裂隙的起裂角单调递增;循环扰动荷载增加了裂隙岩体的轴向变形,轴向累积残余应变曲线呈反S形,随应力上限的提高更快进入加速阶段;模型试件的峰值强度随裂隙倾角的增大表现出先减小后增大的趋势,峰值强度为实验室完整岩石单轴抗压强度的63%~89%,反映出明显的岩石劣化现象;在循环荷载作用下,剪切裂隙和张拉裂隙增长曲线表现出明显的变化特点,对合理界定岩石变形破坏阶段具有一定的参考意义。
基于空间近邻关系的非平衡数据重采样算法
李睿峰, 李文海, 孙艳丽, 吴阳勇
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.05.002
摘要:
为了提高非平衡数据集的分类精度,提出了一种基于样本空间近邻关系的重采样算法。该方法首先根据数据集中少数类样本的空间近邻关系进行安全级别评估,根据安全级别有指导的进行SMOTE升采样;然后对多数类样本依据其空间近邻关系计算局部密度,从而对多数类样本密集区域进行降采样处理。通过以上两种手段可以均衡测试数据集,并控制数据规模防止过拟合,实现对两类样本分类的均衡化。采用十折交叉验证的方式产生训练集和测试集,在对训练集重采样之后,以超限学习机作为分类器进行训练,并在测试集上进行验证。在UCI非平衡数据集和电路故障诊断实测数据上的实验结果表明,所提方法在整体上优于其他重采样算法。
带有限缓冲区的混合流水车间多目标调度问题
袁庆欣, 董绍华
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.02.26.002
摘要:
考虑混合流水车间中车间空间、运载设备运输能力、机器易于搬运程度、各阶段机器生产率及生产节拍等因素,每台加工设备前后都会设置缓冲区。本文研究对象是带有限缓冲区混合流水车间中的多目标调度问题。以各机器前置后置缓冲区容积有限、工件以批量形式运输、运载设备的运载能力有限等作为资源限制因素,以最小化完工时间、最小化物料运输时间、最小化并行机前置缓冲区空间占用率均衡指数为目标,建立调度模型。分别采用NSGA-II、 NSGA-III算法求解该模型,并对比两者之间的差别,最后以某船用管类生产企业的实际生产案例作为对象,通过对比优化结果与实际生产数据,验证了算法有效性。
碱激发水泥-磷渣固化性能及与含硫尾砂相容性研究
吴爱祥, 姜关照, 王贻明
, doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.19.002
摘要:
基于磷渣材料水化特性和矿山充填应用条件,研究碱激发水泥-磷渣共同作为胶凝材料(CPCM)胶结含硫尾砂的可行性。选取生石灰、NaOH、Na2SiO3作为激发剂,开展CPCM固化性能试验,并评价CPCM与含硫尾砂相容性。研究结果表明:磷渣掺量为水泥的100%,生石灰为3%时,CPCM终凝时间300 min,28 d抗压强度40.6 MPa,基本可等量替代P.O 42.5水泥应用于矿山嗣后充填。Na2SiO3掺量4%时,CPCM终凝时间比水泥缩短39.3%,7 d强度提高31.1%。与水泥相比,CPCM使充填体凝结时间缩短8 h左右,且固化28 d后强度未出现劣化,表明CPCM与含硫尾砂相容性好。XRD、SEM和EDS分析表明,CPCM水化产物主要为Ca(OH)2和C-S-H。磷渣不断水化,导致Ca(OH)2含量下降,逐渐形成致密的低Ca/Si比C-S-H,这不仅保证了CPCM后期强度增加,而且避免了充填体强度劣化。