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2020年  42卷  第10期

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介孔二氧化硅基复合相变材料研究进展
李亚琼, 梁凯彦, 王静静, 黄秀兵
2020, 42(10): 1229-1243. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.05.25.001
摘要:
相变储能技术的发展对于促进新能源开发和提高能源利用效率具有非常重要的意义。相变材料由于具有高储能密度和小体积变化等优势引起了人们的广泛关注。然而,相变材料在固–液相转变过程中易发生液体泄漏而限制了其应用。因此,人们选择用多孔支撑材料来解决相变材料的泄露问题。介孔二氧化硅材料由于具有良好的物理化学稳定性、生物相容性、阻燃性能、低毒性、耐腐蚀性、尺寸可控、表面形貌可调和高比表面积等优点,其作为载体材料能综合提高相变复合物的各方面性能并拓宽相变储能材料的应用空间。对近年来国内外关于介孔二氧化硅载体的孔尺寸、孔结构和孔表面性质对相变材料结晶行为的影响等方面进行了综合分析,并对今后提高介孔二氧化硅相变材料储能效率的研究方法的前景做了展望。
H13钢中一次碳化物的特征及控制进展
黄宇, 成国光, 鲍道华
2020, 42(10): 1244-1253. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.05.24.002
摘要:
首先结合H13钢的成分特点肯定了H13钢优异的材料性能,随后总结了一次碳化物与H13钢使用寿命之间的关系。进一步系统地论述和研究了H13钢中一次碳化物的特征,包括二维和三维形貌、热稳定性、析出机理等。最后对比了4种H13钢中一次碳化物的控制手段,包括成分优化、冷速控制、Mg处理和稀土处理。相关论述和研究工作能够对钢中一次碳化物的合理优化起到一定的启发作用。
知识图谱的最新进展、关键技术和挑战
马忠贵, 倪润宇, 余开航
2020, 42(10): 1254-1266. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.02.28.001
摘要:
围绕知识图谱的全生命周期技术,从知识抽取、知识融合、知识推理、知识应用几个层面展开综述,重点介绍了知识融合技术和知识推理技术。通过知识抽取技术,可从已有的结构化、半结构化、非结构化样本源以及一些开源的百科类网站抽取实体、关系、属性等知识要素。通过知识融合,可消除实体、关系、属性等指称项与实体对象之间的歧义,得到一系列基本的事实表达。通过本体抽取、知识推理和质量评估形成最终的知识图谱库。按照知识抽取、知识融合、知识推理3个步骤对知识图谱迭代更新,实现碎片化的互联网知识的自动抽取、自动关联和融合、自动加工,从而拥有词条自动化链接、词条编辑辅助功能,最终达成全流程自动化知识获取的目标。最后,讨论知识图谱未来的发展方向与可能存在的挑战。
网络安全等级保护下的区块链评估方法
朱岩, 张艺, 王迪, 秦博涵, 郭倩, 冯荣权, 赵章界
2020, 42(10): 1267-1285. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.17.007
摘要:
等级保护(简称等保)是我国信息安全的基本政策,随着区块链技术在各行业中的应用日趋广泛,有必要同步推进区块链系统的等级保护测评工作,这将有利于推动该技术在我国的持续健康发展。有鉴于此,依据等保第三级的应用和数据安全要求,给出了区块链系统中对等网络、分布式账本、共识机制和智能合约等核心技术的具体测评要求及实施方案,并从等保2.0规定的控制点出发,分别对当前区块链系统运行数据与基于日志流程的安全审计机制进行了归纳与分析。通过上述评估与分析可知区块链系统在软件容错、资源控制和备份与恢复等方面满足等保要求,而在安全审计、身份鉴别、数据完整性等方面则有待进一步改进。
分层胶结充填体力学特性及裂纹演化规律
唐亚男, 付建新, 宋卫东, 张永芳
2020, 42(10): 1286-1298. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.29.003
摘要:
在进行大尺寸采空区嗣后充填过程中,胶结充填体易出现分层等结构现象。为深入分析结构特征对胶结充填体力学特性及裂纹演化规律的影响,首先制作中间层高度比为0.2、0.4、0.6和0.8,灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8和1∶10的分层胶结充填体试件,然后利用GAW–2000伺服试验系统开展单轴压缩试验,最后借助二维颗粒流软件(PFC–2D),分析胶结充填体内部裂纹分布规律。结果表明:(1)分层充填体单轴抗压强度与高度比呈指数函数关系、与灰砂比呈多项式函数关系;弹性模量与高度比及灰砂比均呈多项式函数关系;单轴抗压强度及弹性模量均随高度比的增加而减小、随灰砂比的增大而增大,且两者对灰砂比敏感度更高。(2)充填体内部裂纹演化曲线先缓慢上升,达到单轴抗压强度的80%左右时快速上升,且灰砂比越大、高度比越大,上升速度越快,拐点到来越早,充填体试件越易发生破坏,超过单轴抗压强度后曲线开始迅速下降。(3)分层充填体主要表现为剪切破坏、张拉破坏及共轭剪切破坏,且破坏主要集中于中间软弱层;高度比越大,试件内部裂纹越密集,灰砂比越大,裂纹越易向两端演化。
基于扩散度的尾砂膏体流变特性
陈鑫政, 杨小聪, 郭利杰, 许文远, 魏晓明
2020, 42(10): 1299-1307. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.02.18.003
摘要:
借鉴水泥净浆流动度测试方法,引入扩散度参数判别尾砂膏体的流变特性,开展试验研究分析扩散度与尾砂膏体质量分数(Cw)、灰砂比、屈服应力和黏度系数的关系,根据5个矿山的扩散度和流变参数测试结果,构建扩散度与屈服应力的经验模型,并与推导的解析模型作对比。结果表明:尾砂膏体的扩散度主要与质量分数有关,灰砂比对其影响不显著,随质量分数、屈服应力和黏度的增加而减小,质量分数为68%、70%和72%的尾砂膏体的扩散度分别为20.37、17.22和12.44 cm;尾砂膏体的扩散度与屈服应力的变化趋势相吻合,二者呈指数型函数关系,经验模型计算得到的屈服应力与测试结果误差在25%范围内,且尾砂膏体质量分数越大,二者的误差越小,达到10%以内;解析模型与经验模型计算所得的屈服应力在扩散度为12~16 cm之间结果较接近,解析模型计算结果整体上高于测试值;相比于坍落度,扩散度测试简便易操作,扩散度能有效表征尾砂膏体的流变特性,指导矿山现场充填。
时间–速率双因素下全尾砂膏体的屈服应力易变行为
李翠平, 颜丙恒, 王少勇, 侯贺子, 陈格仲
2020, 42(10): 1308-1317. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.10.19.002
摘要:
以往对全尾砂膏体屈服应力的研究局限于理想屈服应力流体框架内,认为一定材料配比条件下,膏体的屈服应力是确定的,即认为屈服应力是膏体料浆固有的一个物理属性值。通过开展不同质量分数全尾砂膏体屈服应力测量实验,分析了测量速率与测量时间对不同浓度膏体屈服应力的影响,发现屈服应力值的大小与测量过程相关。对比分析峰值屈服应力、动态屈服应力、静态屈服应力,发现全尾砂膏体屈服应力随测量时间–测量速率在一定条件下的变化规律,即峰值屈服应力、静态屈服应力正比于膏体的测量速率,动态屈服应力反比于测量时间,以变异系数Cv评价料浆屈服应力的离散程度,其中74%质量分数膏体动态屈服应力变异系数最大,Cvmax=27.07%,而66%质量分数膏体静态屈服应力变异系数最小,Cvmin=2.33%。进而从细观层面分析了膏体屈服过程中颗粒间作用力、颗粒网络结构随测量时间–测量速率的变化规律,解释了全尾砂膏体屈服应力易变性机理。
裂缝网络支撑剂非均匀分布对开采动态规律的影响
朱维耀, 张启涛, 岳明, 张燎源
2020, 42(10): 1318-1324. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.10.23.001
摘要:
水力压裂过程中支撑剂的注入是为了防止地应力将已压裂出的裂缝重新闭合。为了研究复杂裂缝网络中支撑剂的运移分布规律,及支撑剂非均匀分布对开采动态规律的影响,基于作者之前提出的数个数学模型,建立了致密储层压裂注砂开发耦合计算模型。通过计算结果可以得知:裂缝网络中,支撑剂会在裂缝交汇处大量堆积,砂堤高度高于缝网其他部分。次级裂缝中的支撑剂更多的处于悬浮状态,且支撑剂沉降堆积高度相较于主裂缝小25%~50%,相互沟通的次级缝具有更高的支撑剂沉降程度。缝网中支撑剂非均匀分布对模拟计算结果具有较大影响,当储层渗透率为0.05 mD时,忽略支撑剂非均匀分布计算出的产量高出实际值41.7%,因此在进行低渗透率储层模拟时,支撑剂非均匀分布状态不可忽略;当基质渗透率为5 mD时,产量计算差异在5%以内,此时不考虑支撑剂非均匀分布相对合理。
利用湿法炼锌赤铁矿法沉铁渣制备铁红工艺
杨源, 邓志敢, 魏昶, 樊刚, 刘慧杨, 曾涛, 朱应旭
2020, 42(10): 1325-1334. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.10.17.005
摘要:
针对赤铁矿渣中存在杂质,影响其综合回收利用的问题,开展赤铁矿渣高温水热法脱杂,制备铁红的研究。研究了不同酸度、温度、时间和液固比条件,对铁红产品中铁、锌、硫含量以及锌、硫脱除率和铁溶出率的影响。实验结果表明:pH值为1,温度220 ℃,保温时间3 h,液固比6∶1,转速400 r·min−1条件下,铁红产品中铁质量分数由58.66%上升为66.83%;赤褐铁类矿物含铁由占总铁质量分数94.05%,上升为97.79%;硫质量分数由2.96%下降至0.82%;锌质量分数由1.03%下降至0.18%。经X射线衍射检测,与赤铁矿渣相比,铁红产品中氧化铁信号峰值提高,杂峰减少。通过扫描电镜/能量散射X射线分析,铁红产品表面附着的硫酸盐等杂质经高温水热法处理后明显减少;实验前后,赤铁矿渣与铁红产品颗粒形貌与大小没有发生变化。实验处理后的铁红产品经检测,满足国家标准氧化铁红含铁量C级,水溶物和水溶性氯化物及硫酸盐含量III型,筛余物2型,105 ℃挥发物V2型,来源a型标准。
A位掺杂Ru对SPS制备LaCrO3陶瓷导电性的影响及其作为熔盐中惰性阳极的可行性
焦汉东, 王明涌, 宋维力, 焦树强
2020, 42(10): 1335-1342. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.25.005
摘要:
铬酸镧(LaCrO3)陶瓷材料在高温热电和固体氧化物燃料电池(SOFC)等领域具有广泛的应用价值,然而其烧结性能差、导电率低等不足却限制了LaCrO3陶瓷的高性能应用。针对上述问题,采用放电等离子烧结(SPS)方式制备致密的LaCrO3块体。同时,通过A位掺杂Ru元素,以期实现高电导率的掺杂态铬酸镧(La1−xRuxCrO3)致密陶瓷。所得样品的X射线衍射(XRD)及扫描电子显微(SEM)分析结果表明,无论A位Ru元素含量多少(x=0~0.25, x为Ru的原子含量),SPS所得样品均为单相钙钛矿结构,且具有较高的致密度。此外,高温电导率测试结果显示,掺杂态La1−xRuxCrO3的电导率随着温度和Ru掺杂量的增加而增加。同时,掺杂前后La1−xRuxCrO3导电性均满足Arrhenius公式,且掺杂态La1−xRuxCrO3陶瓷的电导活化能明显低于未掺杂的LaCrO3陶瓷。随后,将La1−xRuxCrO3置于800 °C熔融CaCl2熔体中,研究其作为熔盐电解用惰性阳极材料的可行性。结果显示,掺杂态La1−xRuxCrO3具有较高的抗熔盐化学腐蚀性,然而其抗热振性较差,电解之后出现明显的表层机械脱落现象。上述结果表明,掺杂态La1−xRuxCrO3具备作为惰性析氧阳极材料的化学稳定性,然而需要进一步提高其热稳定性才能适用于熔盐电解用惰性阳极。
组织形态对718塑料模具钢切削性能的影响
王宇斌, 王勇, 陈旋, 吴晓春
2020, 42(10): 1343-1351. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.11.06.001
摘要:
通过热处理制备出具有回火马氏体组织、下贝氏体组织以及粒状贝氏体组织的718钢,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、万能拉伸实验机比较其显微组织及力学性能。同时借助高速铣削实验及光学轮廓仪,研究力学性能以及组织结构对切削性能的影响。结果表明,当切削速度低于145 m·min−1时,贝氏体组织类型比回火马氏体组织更易切削,切削贝氏体组织比切削回火马氏体组织的刀具使用寿命高30%~40%。当切削速度高于165 m·min−1时,马氏体组织发生了加工软化现象,刀具使用寿命提高,切削性能上升。粒状贝氏体组织加工表面因为严重的刀具黏附而出现背脊纹路,马氏体组织具有最佳的切削表面粗糙度。综合考虑之下,三种组织的综合切削性能从高到低排序为:下贝氏体组织、马氏体组织、粒状贝氏体组织,采用300 ℃等温淬火工艺可以有效提升718塑料模具钢的综合切削性能。
一种描述减振器滞回特性的Bouc–Wen改进模型
赵义伟, 刘永强, 杨绍普, 陈祖晨
2020, 42(10): 1352-1361. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.10.18.001
摘要:
Bouc–Wen模型在非识别激励工况下模拟的阻尼力与实际阻尼力误差较大,对非识别激励振幅过于敏感,针对这一问题,提出了一种描述减振器滞回特性的改进模型。首先用Mechanical testing and simulation(MTS)疲劳试验机对磁流变减振器进行力学性能试验,获得在多种激励幅值、频率和电流作用下的阻尼力。采用阻尼力对位移的斜率与阻尼力关系来模拟滞回环特性曲线。根据滞回曲线特点利用二次多项式函数来表征滞回环斜率与阻尼力的关系,同时,引入关于速度的指数函数修正项,进而对改进后的Bouc–Wen模型进行参数识别,并对其进行仿真及验证。与试验得到的阻尼力进行对比,发现在非识别激励工况下,曲线吻合效果较好。对改进前后Bouc–Wen模型模拟的阻尼力特性曲线进行对比,结果表明:改进后模型得到的阻尼力仿真值能够较好地模拟试验得到的各种工况下阻尼力的值,且优于Bouc–Wen模型,同时Bouc–Wen模型在非识别激励工况下模拟阻尼力精度较差这一问题得到了改善。新模型为保证车辆悬架系统在多变工况下仿真响应的准确性打下了基础。
基于监督学习的前列腺MR/TRUS图像分割和配准方法
丛明, 吴童, 刘冬, 杨德勇, 杜宇
2020, 42(10): 1362-1371. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.10.10.006
摘要:
前列腺核磁超声图像配准融合有助于实现前列腺肿瘤的靶向穿刺。传统的配准方法主要是针对手动分割的前列腺核磁(Magnetic resonance, MR)和经直肠超声(Trans-rectal ultrasound, TRUS)图像上对应的生理特征点作为参考点,进行刚体或非刚体配准。针对超声图像因成像质量低导致手动分割配准效率低下的问题,提出一种基于监督学习的前列腺MR/TRUS图像自动分割方法,与术前核磁图像进行非刚体配准。首先,针对图像分割任务训练前列腺超声图像的活动表观模型(Active appearance model, AAM),并基于随机森林建立边界驱动的数学模型,实现超声图像自动分割。接着,提取术前分割的核磁图像与自动分割的超声图像建立轮廓的形状特征矢量,进行特征匹配与图像配准。实验结果表明,本文方法能准确实现前列腺超声图像自动分割与配准融合,9组配准结果的戴斯相似性系数(Dice similarity coefficient, DSC)均大于0.98,同时尿道口处特征点的平均定位精度达1.64 mm,相比传统方法具有更高的配准精度。
基于集成神经网络的剩余寿命预测
张永峰, 陆志强
2020, 42(10): 1372-1380. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.10.10.005
摘要:
针对机器或设备的剩余寿命(Remaining useful life, RUL)预测精度低的问题,提出基于一维卷积神经网络(Convolutional neural network, CNN)和双向长短期记忆(Bidirectional long short-term memory, BD-LSTM)的集成神经网络模型。为了更好地抽取时间序列上的特征,以及产生更多的训练样本,采用滑动窗口对数据进行处理,同时采用卡尔曼滤波对数据进行降噪处理,将数据标准化以及设置RUL标签。与人工提取特征不同,利用一维CNN对数据进行特征提取,并舍弃了CNN中的池化层。然后将提取到的高维特征输入到BD-LSTM进行回归预测,并采用Bagging的方式对此神经网络进行集成来预测RUL。最后通过在NASA的数据集上验证该模型的有效性,以及相比于其他机器学习或者深度学习模型的优越性,实验表明所提模型在RUL预测方面更加准确。
颗粒污泥与絮体污泥占比对番茄酱废水降解效能的影响
王维红, 董星辽, 肖飞, 包文婷
2020, 42(10): 1381-1387. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.12.003
摘要:
以番茄酱加工废水为培养基质,以SBR反应器的运行模式探讨颗粒化过程中的颗粒污泥粒径变化及对COD、N、P的去除能力;并分析颗粒污泥和絮体污泥以不同比例共存时的污泥特性、出水水质、有机污染物降解能力和混合污泥系统的污泥最佳比例。颗粒污泥的优势粒径范围在0.45~3 mm之间,对COD、\begin{document}${{\rm{NH}}_{4}^{+}} $\end{document}—N和\begin{document}${{\rm{PO}}_{4}^{3-}} $\end{document}—P的去除率分别达到98%以上、90%以上和90%以上。颗粒污泥质量比占总污泥50%时,对COD的去除率最高,达到98%以上,对\begin{document}$ {{\rm{NH}}_{4}^{+}}$\end{document}—N的去除率为78.72%,出水\begin{document}${{\rm{PO}}_{4}^{3-}} $\end{document}—P质量浓度在1.0 mg·L−1左右,去除率可以达到70.68%,其脱氮除磷效果较好。颗粒污泥质量分数<75%时,对COD的去除率达到98%以上,对出水\begin{document}${{\rm{NH}}_{4}^{+}} $\end{document}—N和\begin{document}${{\rm{PO}}_{4}^{3-}} $\end{document}—P去除率均达到90%以上。SVI30值低于35 mL·g−1,SVI5/SVI30接近1,MLVSS/MLSS为0.90,活性高,污泥沉降性能好,微生物生长旺盛,有望通过排出老化颗粒,控制颗粒污泥质量分数≥75%,保持絮体污泥和颗粒污泥的合适比例为10%~25%,同时,实验粒径范围控制在0.45~3.00 mm,采用双向排泥方式,将粒径大于3.0 mm的颗粒和多余的絮体污泥一起排除反应池,其有机物去除性能优异,可实现颗粒污泥的长期稳定运行,解决颗粒污泥解体问题。