兰州理工大学学报

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CoCrMo合金成分优化和变形机制分子动力学模拟

刘芬霞, 贾金凤, 卢苏君, 任军强, 刘俊钊

2026 (3): 1-7.

摘要 ( 47 )

PDF(5271KB) ( 194 )

基于分子动力学方法构建了不同组分的CoCrMo合金模型,系统分析了合金成分对层错能和晶格常数的影响,并建立了最优合金的选取标准.结果表明:随着Mo含量的增加,CoCrMo合金的晶格常数呈现单调递增趋势;而当Mo含量恒定时,Cr含量的变化对晶格常数影响不显著.Mo元素含量的增加可显著提高CoCrMo合金的剪切模量,同时降低其内禀型层错能,从而有效改善合金的综合性能.通过成分优化确定的最优组分Co₇₀Cr₂₆Mo₄合金在拉伸过程中表现出以禀型层错、外禀型层错和相变为主的塑性变形机制.

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等离子喷涂NiCoCrAlY-Cr₂O₃-Ag-Mo-Ta复合涂层的宽温域摩擦学行为

许芙蓉, 程军

2026 (3): 8-14.

摘要 ( 37 )

PDF(11716KB) ( 30 )

高温是机械系统服役最为苛刻的一类极端环境,高性能的宽温域润滑耐磨损涂层是解决机械系统高温摩擦磨损、实现高可靠长寿命服役的有效途径.采用先进的大气等离子喷涂技术制备了一种NiCoCrAlY-Cr₂O₃-Ag-Mo-Ta宽温域润滑耐磨损涂层.涂层主要由(Ni, Cr)、Cr₂O₃、Ag以及少量的Al₈(CoCr)_3.6Y构成,说明热喷涂过程中各原料未发生明显的氧化和分解以及润滑相未发生化学反应.涂层的硬度为405.70 HV_0.2.摩擦学研究表明,涂层在室温至200 ℃润滑性能较差;400、600 ℃润滑耐磨损性能最好,摩擦系数分别为0.55和0.48,磨损率分别为5.23×10^－5 、4.88×10^－5 mm³/(N·m);高温800 ℃下润滑性较好但磨损严重,这主要是因为此时涂层氧化严重,导致表面氧化物疏松难以形成氧化釉质层.

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细黏粒含量对微生物固化海岸砂土性能的影响

蒋明强, 刘晓燕, 王腾, 冯琼

2026 (3): 15-22.

摘要 ( 24 )

PDF(6471KB) ( 29 )

以海岸侵蚀问题为背景,采用经海水与低温驯化的巴氏芽孢杆菌对不同细黏粒质量分数(0~28%)的海砂进行固化处理.通过固化土体的无侧限抗压强度、三轴剪切特性、碳酸钙生成量等物理力学性能测试,结合微观结构分析,综合评价了微生物固化技术对海岸砂土的固化效果,探究了细黏粒含量对固化效果的影响机制.结果表明:微生物驯化能有效提升其在海水环境中的活性,固化试样强度较未驯化组提高7.7%;细黏粒含量对固化效果具有显著影响,当其质量分数为12%时,碳酸钙生成量与无侧限抗压强度均达到峰值;适量细黏粒可作为成核位点促进胶结,而过量细黏粒(>12%)则会堵塞孔隙,阻碍浆液运移,导致强度与碳酸钙生成量显著下降.

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压实方式对沥青混合料结构细观力学的影响

王修山, 李震南, 胡奕琦, 刘淇, 俞烨炜

2026 (3): 23-29.

摘要 ( 24 )

PDF(3071KB) ( 31 )

利用激光扫描设备和图像处理技术重构具有真实形态的数字集料,通过离散元法建立等尺寸的三维沥青混合料模型,模拟了马歇尔击实和旋转压实方法的压实过程,并引入新型智能颗粒传感器获取力学响应数据来验证DEM模型.分析了不同荷载方式下沥青混合料的接触力基尼指数G、不同强度力链分布概率P(f)、力链方向分布特征以及组构各向异性.结果表明:由击实作用成型的试样,其内部集料-集料、集料-胶浆、胶浆-胶浆之间的接触力基尼指数G分别为0.178、0.129、0.107,强力链(f≥1)分布概率P(f)达32.4%,且集中在力链角度0°附近,诱发更高的组构各向异性;而试样在揉搓作用下,颗粒之间的接触力趋于均匀,弱化了强压实阻力的形成,强力链、次强力链(0.5<f<1)、弱力链(f≤0.5)的分布概率P(f)分别为26.1%、30.7%、43.2%,且力链分布方位向各向均匀性发展.

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基于网格约束优化法的非圆齿轮齿面误差分析

刘永平, 邢梦怡, 董长斌, 李大伟, 黄传鸿

2026 (3): 30-38.

摘要 ( 26 )

PDF(3681KB) ( 28 )

测量非圆齿轮时存在坐标系误差与加工误差相互耦合、噪声点多和测量效率低等问题.为了检测齿面真实情况,需对理论齿面进行测量规划并建立测量坐标系.基于此,根据测量坐标系与设计坐标系之间的关系建立数学模型,并对其进行优化和求解.同时,针对测量点与理论点之间的关系建立数学模型,分析测量误差对检测结果的影响并进行补偿.进而,通过三坐标测量机误差检测实验验证该方法的正确性.结果表明,该方法的网格畸变程度比常规方法和无约束方法分别降低了15.6%和6.6%.由此说明该方法是正确有效的.

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高超声速飞行器方向舵高精度调节策略

唐伟强, 石文科, 甲成超

2026 (3): 39-46.

摘要 ( 21 )

PDF(4753KB) ( 29 )

针对高超声速飞行器的不确定性问题,提出了基于线性-非线性切换自抗扰控制的方向舵高精度调节策略.首先,推导出面向姿态控制的攻角系统模型;其次,利用连续光滑函数bas(·)代替自抗扰控制中分段连续函数fal(·),并分析增益特性;最后,基于函数bas(·)设计线性-非线性切换扩张状态观测器,提出了线性-非线性控制律的平滑切换规则.此外,对控制参数进行实时估计从而提供更准确的干扰观测和补偿精度.结果表明,相比单一的线性或非线性自抗扰控制,该调节策略抗干扰能力更强,实现了方向舵高精度调节的目标.

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基于环形磁场的磁性复合流体抛光特性

王有良, 张彤, 史小锋

2026 (3): 47-52.

摘要 ( 23 )

PDF(3631KB) ( 26 )

针对光学平面元件在抛光过程中存在形貌精度降低的问题,提出了基于环形磁场的磁性复合流体抛光工艺.采用光学相机和触针粗糙度仪观察磁性复合流体成形特征和抛光前后工件表面粗糙度变化,并采用MAXWELL模拟工件表面磁场强度;同时,分析磁性复合流体组分、载液板转速n_c、磁铁转速n_m和加工间隙Δ对工件表面粗糙度R_a的影响规律,探究不同参数对表面质量的影响机理.结果表明:基于环形磁场的磁性复合流体抛光成为了适用于光学平面元件的环形抛光工艺;当采用组分为羰基铁粉40%、磨粒12%、α-纤维3%和磁流体45%的磁性复合流体,并且n_c =300 r·m^－1,n_m =400 r·m^－1,Δ =1 mm时,抛光20 min后能够获得最优表面质量;工件表面粗糙度R_a由0.592 μm降至0.035 μm,下降率为94.1%.由此证明,基于环形磁场的磁性复合流体抛光工艺具有良好的抛光性能.

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渐开线外啮合直齿轮泵瞬时几何流量的精确计算

王建森, 李文宣, 司国雷, 李金轩, 闫红亮, 何春阳

2026 (3): 53-60.

摘要 ( 19 )

PDF(2692KB) ( 29 )

准确、高效且高精度的建模和计算是液压元件和系统数字孪生技术的基础.以渐开线外啮合直齿轮泵为研究对象,探究瞬时几何流量的精确计算方法.将泵密封排油容腔和困油容腔的轴向投影面分别看作由分段光滑曲线构成的单连通域,采用坐标变换法建立计算域边界分段曲线参数化数学模型,利用格林公式精确计算该几何域面积随齿轮转角的变化规律,进而得到齿轮泵的瞬时几何流量特性.案例验证结果表明,采用该方法计算所得结果与基于CAD辅助测量结果完全一致,与传统近似计算方法相比该方法所得泵的瞬时几何流量脉动率更高,泵的排量更低.同时发现,该方法具有一定的普适性,可推广用于计算分析其它齿廓齿形的齿轮泵瞬时几何流量特性.

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高速环形槽-螺旋槽机械密封液膜黏性热效应分析

张伟政, 韩东民, 赵吉军, 林华, 刘经纬, 黄文彬

2026 (3): 61-71.

摘要 ( 14 )

PDF(6319KB) ( 28 )

高速工况下动环强剪切作用于端面间隙内润滑流体产生大量黏性热,对环形槽-螺旋槽复合式机械密封模型(ASG)的流体动力润滑(HD)及热流体动力润滑特性(THD)进行分析,揭示液膜黏性热效应对机械密封各项性能的影响机理,分析ASG模型的几何参数对密封性能的影响规律.结果表明:HD与THD模型的压力分布类似,但考虑黏性热效应后,ASG模型的动压效应会减弱;静环端面非槽区温度明显高于槽区,动环端面温度略低于静环,液膜及动、静环温度均由外径侧向内径侧逐渐升高;在不同的几何参数与工况参数下,THD模型对液膜开启力与摩擦系数的预测值均小于HD模型,转速的增加导致动静环温度的增加,槽宽比、槽坝比及密封间隙的增加,有利于降低温度,但导致较大的泄漏率,持续增加槽深并不能达到降温的效果,以降温为优化目标,仍存在最优槽深.

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基于一致性原理和ADMM的微电网群分层协调优化

王晓兰, 管亚豪, 宫玮丽

2026 (3): 72-80.

摘要 ( 32 )

PDF(3403KB) ( 33 )

针对微电网群中多个微电网之间的能量互济,以及解决微电网内部的风、光消纳和功率不平衡的问题,提出了一致性原理与交替方向乘子法(ADMM)结合对微电网群进行分层协调优化的方法.在微电网内部,考虑到风光发电及负荷的不确定性,采用高斯回归对风、光及负荷进行预测,通过优化电网购电功率,柴油机发电和储能充放电功率,响应风光发电和负荷用电引起的功率波动.在微电网之间,通过一致性算法获取相邻微电网的期望交互功率信息并计算平均值,ADMM根据一致性算法提供的全局信息,对各微电网间的交互功率进行分布式优化,得到各微电网间交互功率的最优分配.通过算例分析得出,所提优化算法与传统ADMM相比,收敛速度更快.在实现微电网最低成本运行的同时,通过微电网间的功率交互,使微电网群的总运行成本最低.

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基于自适应滑模控制策略的信息物理系统事件触发安全控制

祝超群, 李天成

2026 (3): 81-90.

摘要 ( 26 )

PDF(2511KB) ( 32 )

针对一类受到混合网络攻击的离散时间非线性信息物理系统,研究了系统的事件触发自适应滑模控制问题.首先,为了降低网络通信负担,在量测信道中引入了自适应事件触发通信机制,同时考虑到系统受到的混合网络攻击模式特征,基于滑模动态和误差动态建立了增广闭环系统模型;其次,借助李雅普诺夫稳定性理论和线性不等式技术导出了闭环系统渐近稳定的充分条件,进而采用一种新型自适应滑模控制律,以补偿混合攻击对系统性能造成的负面影响,并确保系统状态被驱使到准滑模域中,保证了滑模域的可达性;最后,通过仿真算例验证了本文所提出控制方法的有效性与优越性.

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基于深度强化学习的交通信号优先控制

王志文, 于宇凌, 杨康康, 王浩旭, 苗葳

2026 (3): 91-101.

摘要 ( 28 )

PDF(3733KB) ( 25 )

现有的交通信号优先控制系统无法有效适应日益复杂多变的城市交通环境,并且在实施交通信号优先控制时,容易对非优先车辆造成不必要的延误.针对这种不足,从控制策略和优化目标两个方面着手,基于交叉路口的实时交通信息,并结合深度强化学习高效处理高维连续数据和自学习的特点,提出一种基于深度强化学习的优先控制策略(G-D3QN),改进基于竞争架构的深度双Q网络对信号优先控制策略进行求解.同时,构建双目标优化奖励函数,兼顾公交车辆和社会车辆的通行需求,在最大化交叉路口通行能力的同时,降低公交车辆延误.最后,基于SUMO搭建仿真环境,将改进后的算法与D3QN、DDQN、Q-Learning三种基类算法进行对比,结果表明改进算法能够有效协同提高公交车和社会车辆的通行效率.

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多尺度注意残差网络的滚动轴承故障诊断

赵小强, 刘统国

2026 (3): 102-110.

摘要 ( 29 )

PDF(3830KB) ( 24 )

针对噪声干扰、工况差异导致滚动轴承故障诊断准确率大幅降低的问题,采用分层多尺度特征提取并融合的技术手段,通过探索多尺度通道耦合学习设计原理,突破了多尺度通道耦合特征提取模块和特征筛选可分离卷积残差模块的设计方法,构建了一种Inception注意残差模块,获得了一种多尺度注意残差网络的滚动轴承故障诊断方法.在凯斯西储轴承数据集上进行了噪声实验和负荷实验,实验结果表明:所提方法具有较好的抗噪性能,且对不同负荷具有更好的泛化性能;不同工况下对变速箱轴承的平均诊断准确率为92.19%,而且在不同工况下表现出更好的泛化性能;变速箱轴承诊断的混淆矩阵显示,所提方法对每类200个样本的5类状态的分类精度为98%,具有较高的诊断精度.

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新能源机械与燃油机械在高海拔隧道施工中的性能对比分析

赵永伟, 王正振, 胡斌, 何庆文, 戴国亮

2026 (3): 111-119.

摘要 ( 28 )

PDF(2720KB) ( 22 )

以甘肃某在建高速公路隧道段工程为背景,对新能源机械与燃油机械在同等工况条件下多方面数值(不同工况下的噪音、振动等)进行监测分析,同时计算对比二者全寿命周期使用成本,运用熵权评价法对以上数据进行运算分析,利用其综合得分佐证剖析二者的优劣之处,为今后新能源机械在隧道工程中的使用提供参考.试验结果表明:新能源机械各工况下噪音均小于燃油机械,满载行驶与静止候车时尤为明显,在整体噪音控制方面更优秀;新能源机械于不同工况下车身振动数值及幅值范围均小于传统机械;新能源机械前期投入较大,但在使用阶段的维保费、电(燃油)费及环境友好度方面有较大优势,以两类车型全寿命周期计算使用成本,新能源机械性价比高于燃油机械.

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FRP加固薄壁钢管再生混凝土叠合柱力学性能研究

陈华, 关纪文, 陈耀嘉, 杨景雄

2026 (3): 120-130.

摘要 ( 23 )

PDF(7406KB) ( 16 )

为研究纤维复合材料(FRP)加固薄壁钢管再生混凝土叠合柱的力学性能,对1根钢筋混凝土(RC)柱及5根FRP加固叠合柱进行轴心受压试验,研究初始轴压比、新增再生混凝土强度、FRP种类对试件破坏形态、受力机理的影响,量测其承载力、位移、薄壁钢管应变、FRP应变等重要力学指标;基于极限平衡理论,提出了承载力、延性系数计算方法.结果表明:增加初始轴压比会使得加固试件的承载力不断减小;提高再生混凝土强度可提高加固试件的承载力;有限元模拟结果与试验结果吻合良好,力学参数的变化规律与试验结果基本一致;本文提出的承载力、延性系数计算方法与试验结果、有限元计算结果、相关文献拟合结果均吻合良好,该计算模型符合FRP加固薄壁钢管再生混凝土叠合柱的相关力学指标,满足工程结构加固设计的要求.

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榫卯-现浇UHPC混合连接拼装RC桥墩抗剪承载力

林文, 王文平, 林永捷, 林上顺

2026 (3): 131-139.

摘要 ( 21 )

PDF(4940KB) ( 19 )

为研究现浇超高性能混凝土(UHPC)与预制榫卯混合连接装配式钢筋混凝土(RC)桥墩的抗剪性能及其影响因素,开展了榫卯-现浇UHPC混合连接拼装RC桥墩拟静力试验,并在试验基础上建立精细化有限元模型,系统分析了轴压比、纵筋配筋率、配箍率及UHPC厚度等关键参数对试件抗剪承载力的影响.同时,梳理了现有预制拼装桥墩抗剪强度计算方法,并以有限元结果为依据,对国内外相关规范中抗剪强度计算公式的适用性与准确性进行了评估,进一步提出了适用于混合连接接头预制拼装桥墩的抗剪强度修正计算公式.研究结果表明:榫卯-现浇UHPC混合连接拼装RC桥墩具有较好的抗剪性能,本文提出的修正计算方法具有更高的预测精度和适用性.

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黄土地区超长桩自平衡试验中平衡点确定方法研究

郭想军, 高军

2026 (3): 140-146.

摘要 ( 23 )

PDF(3327KB) ( 19 )

为减小自平衡法平衡点确定过程中桩身侧摩阻力造成的影响,采用有限元软件建立桩-土接触模型,分析了不同黄土地基承载力、不同桩长、不同桩径条件下桩的平衡点位置.当黄土地基承载力为120 kPa、桩长为75 m、桩径为800 mm时,根据现场试验结果和二分法原理,依次选取桩身1/3、1/7、7/25、21/100、17/100作为平衡点计算节点,当选取桩身17/100作为平衡点时,上、下段桩位移分别为4、4.1 mm,结果较为合理;根据建立的有限元模型进一步拓展不同工况条件,得到了地基承载力为110~250 kPa、桩长为30~110 m、桩径为600~1 500 mm时平衡点的位置,绘制了一系列平衡点图,该图表可为自平衡法中平衡点的确定提供参考.

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基于时间序列的特长隧道CO浓度预测

路建强, 和星, 柳伟, 林海成, 孙成辉

2026 (3): 147-154.

摘要 ( 26 )

PDF(2781KB) ( 17 )

时间序列分析方法具有对时序数据进行建模和预测的优势,可准确揭示隧道内CO浓度的规律和趋势.通过收集六盘山隧道内连续三年的CO浓度、车辆流量、车速和风速等历史数据,采用时间序列分析方法构建CO浓度的预测模型,并对影响CO浓度变化的因素(交通流量、车速和风速)进行分析.结果表明:车辆流量的增加、车速的降低以及较低的风速可能导致CO浓度的升高;模型预测值与实测值的平均差异较小,表明预测模型具有一定的准确性和预测能力.预测模型的应用可为交通管理和环境保护提供科学依据,减少潜在的安全风险,为隧道管理者提供预警和决策.

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形式三角矩阵环上的弱内射模和弱平坦模

吴德军, 马杰

2026 (3): 155-160.

摘要 ( 23 )

PDF(471KB) ( 19 )

设$T=\left(\begin{array}{ll} A & 0 \\ U & B \end{array}\right)$是形式三角矩阵环,其中A,B是环且U是(B,A)-双模,给出形式三角矩阵环T上Gorenstein弱内射左T-模和Gorenstein弱平坦右T-模的刻画,讨论左T-模的弱内射维数和右T-模的弱平坦维数以及左T-模的Gorenstein弱内射维数和右T-模的Gorenstein弱平坦维数.

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仙人掌图的Steiner (n－1)-Wiener指标与Steiner 3-Wiener指标

尹月琴, 吴帆, 安新慧

2026 (3): 161-167.

摘要 ( 19 )

PDF(820KB) ( 16 )

当2≤k≤n－1时,一个连通图G的Steiner k-Wiener指标表示顶点集V(G)中所有k元子集S的Steiner距离之和.研究了仙人掌图的Steiner(n－1)-Wiener指标的界和Steiner 3-Wiener指标的界,并给出了相应的极图.

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Green公式应用中的正反问题

巩星田, 杨树伟

2026 (3): 168-172.

摘要 ( 20 )

PDF(849KB) ( 20 )

利用Green公式借助于齐次函数提出并证明将二重积分转化为曲线积分计算的定理及公式,在一定程度上体现了降维的优点,提供一种求解二重积分的新思路.通过典型例题展示理论在简化积分计算方面的运用.

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