兰州理工大学学报

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1. 钢纤维对自密实混凝土工作性能和抗压韧性影响的试验研究

韩建平, 韩维丽, 文旭皓, 牛昌林, 魏宏亮

兰州理工大学学报 2024, 50 (5): 112-117.

摘要（248）

PDF（pc）（1434KB）（118）

纤维掺量是影响钢纤维增强自密实混凝土(SFRSCC)性能的重要因素之一.为研究钢纤维掺量对SFRSCC性能的影响,设计制作6组不同纤维掺量的试块,进行工作性能和轴心受压力学性能试验.结果表明,钢纤维能够有效延缓裂缝发展,提高混凝土峰值应变,等效抗压韧性指数随纤维掺量的增加而增大.钢纤维的掺加使得新拌合混凝土流动性降低,与流变特性相关的SFRSCC形状因子λ值低于普通自密实混凝土(SCC).钢纤维的掺加对SFRSCC抗压强度的影响不大,且随着纤维掺量增加,抗压强度呈现先减小后增大的特征.

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2. 形变热处理调控AlCoCrFeNi _2.1高熵合金组织及性能

王鹏辉, 张晓波

兰州理工大学学报 2024, 50 (4): 1-5.

摘要（227）

PDF（pc）（2366KB）（298）

高熵合金因兼具高强度、高韧性、高温力学性能、抗氧化、耐腐蚀等性能,近年来成为材料领域的研究热点.共晶高熵合金结合共晶合金及高熵合金的优点,使得铸造大尺寸构件成为可能.通过冷轧及退火来调控合金的力学性能,采用XRD、SEM、EDS及拉伸试验研究了共晶高熵合金经不同温度退火后组织及力学性能的变化.结果表明:合金经冷轧30%后,抗拉强度得到异常提升,但延伸率骤降.冷轧30%后在800、900、1 000 ℃退火,组织由部分再结晶逐渐转变为完全再结晶,且晶粒略微长大.800 ℃退火后存在变形的大晶粒和再结晶的小晶粒,多种强化机制协调作用,使得抗拉强度和延伸率分别为1 272 MPa、12.39%.

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3. 宽频透波陶瓷天线罩梯度蜂窝微结构设计计算

刘杰, 朱荣全, 尤嘉, 汪小明, 郭中原, 唐晔

兰州理工大学学报 2024, 50 (5): 1-6.

摘要（223）

PDF（pc）（2647KB）（309）

为研究宽频透波3D打印氮化硅天线罩多孔微结构,利用SLA光固化3D打印技术制备了氮化硅测试试样,对其电磁性能进行了测试.利用计算模拟方法,设计并研究了Ku(12~18 GHz)及Ka(27~40 GHz)波段不同厚度氮化硅实体结构、蜂窝结构以及梯度蜂窝结构的电磁性能.结果表明:厚度与微结构设计显著影响氮化硅材料电磁性能.蜂窝氮化硅多孔结构使透波率得以显著改善.在进行梯度设计后,梯度蜂窝氮化硅多孔结构能减小电磁波在界面处的反射,并实现结构的阻抗梯度渐变,其在Ku(12~18 GHz)及Ka(27~40 GHz)波段的透波率均达到80%以上,且在全波段具有极低(低于3%)的能量损耗率.

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4. 核用TiNbVMo-(Zr, Cr)系难熔高熵合金的组织和性能

李季菁, 胡世文, 刘德学

兰州理工大学学报 2024, 50 (2): 1-8.

摘要（214）

PDF（pc）（6063KB）（304）

开发了三种新型单相BCC结构的韧性Ti ₄₀Nb ₂₅V ₁₅Mo ₅Zr ₁₅、Ti ₄₀Nb ₃₀V ₂₀Mo ₅Zr ₅和Ti ₄₀Nb ₃₀V ₂₀Mo ₅Cr ₅难溶高熵合金(RHEAs).合金在室温下均表现良好的强韧性,其中Ti ₄₀Nb ₂₅V ₁₅Mo ₅Zr ₁₅的最大抗拉强度为1 037 MPa,随着Zr元素含量的降低,Ti ₄₀Nb ₃₀V ₂₀Mo ₅Zr ₅的断裂延伸率从8.94%提高至13.96%.Ti ₄₀Nb ₃₀V ₂₀Mo ₅Cr ₅在450 ℃下进行100、300、700 h的静态铅铋饱和氧腐蚀试验后仅形成单层腐蚀扩散层,腐蚀层的厚度没有随时间的增加出现明显变化.

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5. 纤维-地聚物混凝土力学性能及耐久性能研究

公晋芳, 任永祥

兰州理工大学学报 2024, 50 (2): 24-30.

摘要（205）

PDF（pc）（2696KB）（244）

为改善地聚物混凝土的力学性能和耐久性,通过掺入不同长度和掺量的聚丙烯纤维,对地聚物混凝土的力学性能、抗冻性、抗氯离子侵蚀性及抗裂性进行了研究,并基于SEM试验,从微观角度进一步解释聚丙烯纤维的作用机理.结果表明:聚丙烯纤维的掺入能够提高地聚物混凝土的力学性能和耐久性能,当纤维掺量为0%~0.6%时,随着纤维掺量的增加,地聚物混凝土的改善效果越明显.当掺量超过0.6%时,其力学性能和耐久性开始下降.通过SEM分析也表明,聚丙烯纤维能够提高基体内部的整体性和密实性,从而显著改善地聚物混凝土的力学性能和耐久性.最终推荐掺量0.6%长度为12 mm的聚丙烯纤维为最佳掺量.

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6. 电动汽车IGBT剩余使用寿命预测

杜先君, 王紫阳

兰州理工大学学报 2024, 50 (2): 77-86.

摘要（196）

PDF（pc）（4940KB）（263）

引入一种基于贝叶斯优化(BOA)的双向长短时记忆网络(Bi-LSTM),同时结合注意力机制,应用于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)剩余使用寿命预测,所提方法可有效提高IGBT剩余使用寿命预测的准确性.通过IGBT加速老化试验收集 V _CE-on,验证了其作为失效特征参数的可行性,并将其作为实验数据集对所提方法进行仿真验证.实验分析结果表明,所提的混合预测模型与经典LSTM及其他预测模型相比,有更低的退化预测误差,具备较高的理论意义和实践价值.

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7. 基于Python的平面杆系结构有限元分析

董军, 张尧, 李国华, 刘亚立, 王秀芳

兰州理工大学学报 2024, 50 (2): 104-110.

摘要（188）

PDF（pc）（657KB）（253）

基于Python程序,将杆单元位移不连续、理想刚杆两种力学对象关联统一,开展平面杆系结构有限元模型分析,并实现一种基于“变量标记”的自由度集中处理的计算模式.基于虚功原理引入并推证刚体荷载传递定理,表明耦合单元、刚杆及忽略某一自由度的有限元内置算法处理过程中,实质是将单元刚度矩阵进行“刚化”处理.算例分析表明,“变量标记”的计算模式与单元刚度矩阵的“刚化”处理,具有力学模型的普适性和统一性、编程的可行性以及结果的可靠性等特点,能解决平面任意杆系结构的建模问题.研究结果表明,“主从结点”、“刚杆”等建模方法,对于进一步开展有限元二次开发、大变形以及非线性等功能性扩展等有重要的参加价值,证明将Python程序应用于结构有限元分析的可行性.

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8. 结合GCN与LSTM的滚动轴承剩余寿命预测方法

杜先君, 刘聪

兰州理工大学学报 2024, 50 (3): 42-50.

摘要（182）

PDF（pc）（6079KB）（138）

针对滚动轴承剩余寿命预测因振动信号的非线性和非平稳性而缺乏刻画健康状态可靠指标的问题,提出了将图卷积网络与长短期记忆网络结合的预测方法.首先,对轴承振动信号进行经验模态分解得到内涵模态分量,并且对内涵模态分量进行归一化处理后计算邻接矩阵和特征矩阵;其次,将邻接矩阵和特征矩阵作为图卷积网络的输入,捕获数据关系,挖掘深层特征;然后,将深层特征和内涵模态分量输入长短期记忆网络从而实现时序关系建模,构建健康指标;最后,使用移动平均滤波消除振荡,对健康指标进行多项式拟合,并且计算达到阈值时刻,确定轴承剩余寿命.同时,以IEEE PHM 2012数据挑战赛数据集和XJTU-SY滚动轴承加速实验数据集为对象,验证所提方法.结果表明,使用图卷积网络与长短期记忆网络结合的模型构建健康指标进行滚动轴承剩余寿命预测时,预测结果能够较好地接近真实值,在实际应用中具有一定优势.

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9. 基于多尺度残差和注意力机制的图像去雾算法

陈辉, 牛丽丽, 付辉, 张天佑, 席磊

兰州理工大学学报 2024, 50 (2): 69-76.

摘要（178）

PDF（pc）（4568KB）（210）

雾的存在严重降低了图像的质量,阻碍了后续对图像的进一步处理.针对已有去雾算法特征提取不充分等问题,提出了一种端到端的基于多尺度空洞残差块和多尺度注意力机制的图像去雾算法.首先,通过三个小尺度的卷积核进行卷积运算提取雾图的浅层特征,可以在得到较大感受野的同时降低参数量.然后,将其输入多个由多尺度残差空洞卷积特征提取模块和多尺度注意力机制模块串联组成的网络模块,多尺度空洞卷积残差特征提取模块可以提取不同感受野的雾图特征并进行不同维度的特征融合,有效解决特征尺度单一问题;多尺度注意力机制模块可合理分配不同特征的权重,并抑制无关的冗余信息.最后,把雾图中的雾特征筛减便得到去雾图的特征图,再通过卷积操作恢复出无雾图像.通过在SOTS测试集上测试,得到了比其他几种经典方法更好的视觉效果,且在PSNR和SSIM上的表现也优于其他几种经典方法.

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10. 基于遗传算法的风电齿轮传动系统参数优化设计

王保民, 闫瑞翔, 房文博, 赵瑞平, 刘洪芹

兰州理工大学学报 2024, 50 (2): 31-35.

摘要（178）

PDF（pc）（670KB）（271）

齿轮箱是风力发电系统的重要部件,其体积大、重量高等问题制约了风电清洁能源的发展.以1.5 WM风力发电机组为研究对象,建立齿轮传动系统轻量化数学模型,并采用遗传算法进行优化求解.结果表明,采用遗传算法是可行的,优化后齿轮传动系统体积减少了4.59%,这将进一步减小齿轮传动系统箱体体积和总质量.通过计算行星轮系的传动效率,验证了优化结果的可行性,该研究将为风电齿轮传动系统轻量化设计提供新方法.

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11. 分布式事件触发下的多智能体系统二分一致性

王君, 韦娅萍

兰州理工大学学报 2024, 50 (3): 77-83.

摘要（166）

PDF（pc）（3605KB）（208）

研究了基于分布式事件触发的多智能体控制系统中的二分一致性问题,设计了一种合作和竞争并存拓扑结构的一致性控制协议,使多智能体系统收敛于二模相同且符号不同的状态.在图论与矩阵论的基础上,将多智能体系统的二分一致性问题转化为闭环误差系统的稳定性问题,通过建立一个合适的Lyapunov函数,验证了闭环误差系统渐进稳定,且针对每个智能体提出了事件触发条件,以减少控制更新频率与通信资源的损耗,同时证明每个智能体相邻触发时间间隔都有严格的正下界,即避免了Zeno现象,最后利用仿真实例验证了所提方法的可行性和有效性.

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12. 冷喷涂Fe _0.5CrMnAlCu混合金属涂层沉积过程的分子动力学模拟

文杰, 王兆钦, 马登潘, 袁昱东, 冯力

兰州理工大学学报 2024, 50 (3): 1-8.

摘要（163）

PDF（pc）（7406KB）（173）

采用分子动力学方法模拟计算了低压冷喷涂过程中不同金属元素粉末的最低沉积温度.计算结果表明:Mn粒子在600 K时就可以有效沉积;Fe粒子需要700 K及以上的喷涂温度;Cr粒子则需要1 100 K及以上温度才能有效沉积;而Al和Cu粒子在500~800 K的温度均可以实现有效沉积,并且两种粒子的扁平率最大值超过了0.6.不同金属元素混合粉末在700 K沉积时,由于沉积过程中不同粉末颗粒的相互影响和夯实作用,即使Cr粒子未达到沉积条件,Cr粒也和其他元素颗粒一样沉积在涂层中.

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13. 基于改进SE-Net和深度可分离残差的高光谱图像分类

王燕, 王振宇

兰州理工大学学报 2024, 50 (2): 87-95.

摘要（162）

PDF（pc）（4381KB）（155）

针对目前常见的用于高光谱图像分类的卷积神经网络参数数量多,训练时间长,对样本数量依赖性大的问题,提出一种适用于有限训练样本条件下基于改进压缩激活网络和深度可分离残差的分类网络MDSR&SE-Net.首先使用主成分分析对原始高光谱图像进行通道降维,然后通过三维卷积神经网络连接多特征残差结构,同时嵌入改进的SE模块提取高光谱图像的空间和光谱细节特征,最后将提取到的特征数据输入Softmax分类器激活分类.为了使网络更加轻量,通过在残差结构中使用深度可分离卷积和引入全局平均池化减少参数数量.实验结果显示,使用有限训练样本在三种常见高光谱数据集上总体分类精度均达到99%以上.

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14. 铜/铝搅拌摩擦焊接头界面原子扩散及力学性能模拟

金玉花, 胡栢睿, 罗鹏, 王贺来, 卢学峰

兰州理工大学学报 2024, 50 (5): 7-16.

摘要（155）

PDF（pc）（10398KB）（136）

利用搅拌摩擦焊技术连接低熔点的铜与铝,连接过程中铜原子与铝原子在界面的扩散能力影响界面力学性能.采用分子动力学研究搅拌摩擦焊过程中铜/铝界面原子的扩散行为,评价了不同应变速率下界面的力学性能.结果表明:铜原子扩散进入铝晶格的数量远大于铝原子扩散进入铜晶格的数量,原子扩散以最近邻跳跃机制为主,铜原子和铝原子的扩散激活能分别为0.58、0.75 eV.界面过渡层厚度主要受保温温度控制,800 K下的界面为最佳厚度界面;拉伸应变速率为1×10 ¹⁰s ^－1时,界面抗拉强度最大,达到3.19 GPa.塑性变形在铝侧,而铜侧几乎没有塑性变形,变形过程中发生的位错反应由全位错分解和压杆位错合成,位错能下降,是以肖克莱位错为主要的滑移位错.

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15. 深基坑开挖对临近高速公路影响及支护系统受力与变形研究

张红英, 李旭升, 袁华智, 高虹

兰州理工大学学报 2024, 50 (3): 123-129.

摘要（150）

PDF（pc）（4999KB）（188）

由于城市基础建设的快速发展,出现了很多近邻高速公路的基坑,对基坑及近邻高速公路的变形控制提出了新的要求.为控制临近高速公路基坑施工变形与保证高速公路安全,根据某深基坑临近高速公路施工的工程概况、施工方法与加固措施,采用有限元方法考虑车辆荷载后建立三维数值模拟模型,系统性地分析了基坑开挖过程中及开挖后高速公路路面的位移、支护结构的位移及内力变化规律.结果表明:基坑开挖后高速公路路面呈现中间沉降、两侧隆起的现象,路面与支护结构均会发现偏向基坑方向的水平位移,支护结构会整体“上浮”,支护结构呈现出中间横梁受压、两侧横梁受拉且压力远大于拉力的现象,增加支护密度可以有效减小路面与支护结构位移.

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16. 轴向变量柱塞泵的噪声特性实验和溯源分析

王金林, 车东粮, 赵彬杰, 闵为, 徐楠

兰州理工大学学报 2024, 50 (5): 44-51.

摘要（149）

PDF（pc）（3238KB）（164）

为分析轴向变量柱塞泵的噪声特性和声源位置,搭建了轴向变量柱塞泵的噪声和振动测试平台,并开展了相关实验.在定转速1 660 r/min和定排量75 mL/min下,对被测泵负载压力16、20和24 MPa的噪声和振动信号进行了测试和采集,并进行了频谱分析和偏相干分析,得到了工作时该泵的噪声特性,且实现了准确溯源.结果表明:被测泵的噪声随着负载的增大而逐渐增大;柱塞往复运动、流量倒灌和流量脉动为被测泵的主要噪声源,而轴承振动和主轴旋转为次要噪声源;当特征频率小于200 Hz(低频段)时,被测泵的主要结构噪声源为主轴旋转和单个柱塞往复运动产生的振动;当特征频率大于200 Hz(中、高频段)时,被测泵的主要结构噪声源为柱塞往复运动产生的振动.

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17. 基于位移反分析的深基坑渗流-应力耦合研究

汤小林, 董建华, 吴晓磊, 王璐

兰州理工大学学报 2024, 50 (5): 139-146.

摘要（147）

PDF（pc）（3492KB）（117）

以深圳市某深基坑开挖实测数据为基础,通过反分析程序得到土体相关的物理力学参数,然后采用有限元软件ABAQUS进行数值计算,分析渗流条件下分层开挖对基坑变形影响,主要分析了基坑底部土体隆起、开挖后基坑变形、地下连续墙变形,同时改变强渗透性土层的渗透系数分析基坑的变形情况.运用反分析程序与有限元软件结合的形式对实际工程的施工过程进行模拟,将模拟的结果与实际监测结果进行对比.结果表明,运用反分析程序与有限元软件结合计算的基坑变形情况更接近实际情况,强渗透性土层渗透系数变化时对基坑底部土体隆起的影响最大.

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18. 偏高岭土对聚合物改性水泥浆体流变的影响

关玲, 袁志华

兰州理工大学学报 2024, 50 (2): 17-23.

摘要（137）

PDF（pc）（2944KB）（259）

研究了偏高岭土掺量对不同水胶比的聚合物改性水泥浆体流动度、流变参数、触变性和粘弹性的影响.结果表明:掺入偏高岭土的复合浆体在新拌阶段的流变性能符合H-B模型,并且所有浆体均呈剪切稀化的流变特性.随着偏高岭土掺量的增大,浆体流动度、屈服应力和塑性黏度均增大.掺入20%偏高岭土后,水泥浆体的触变环面积由原来的1 502 Pa·s ^－1增加至6 672.63 Pa·s ^－1,并且水胶比更低的浆体对应更大的触变面积.所有的复合浆体均存在明显的粘弹特性,并且当偏高岭土掺量越大时,浆体的临界点振幅和线性区的储能模量值均越大.

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19. 非圆齿轮电火花线切割加工工艺参数对齿廓误差的影响

王亚洲, 马晓文, 赵家黎, 陈柏昕, 王真

兰州理工大学学报 2024, 50 (2): 36-43.

摘要（135）

PDF（pc）（2127KB）（173）

线切割加工非圆齿轮时电参数是影响齿廓误差的关键因素之一.设计正交试验,分别采用非圆齿轮齿根、齿廓中部和齿顶的最大齿廓误差对线切割加工非圆齿轮进行分析.通过方差分析方法和主效应分析法,研究线切割加工电参数峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔和跟踪对非圆齿轮齿根、齿廓中部和齿顶的齿廓误差影响规律.同时,对齿廓误差、加工时长和工艺参数进行回归分析,并建立回归模型,基于灰狼优化算法对回归模型进行多目标优化求解.通过研究结果可以得出线切割加工非圆齿轮齿廓不同部位的最优参数组合,可为实际加工提供参考.

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20. Ni-Mo-Y-CaF ₂高温自润滑复合材料的制备与摩擦学性能

苏霄鹏, 金伟文, 杨贵荣, 陆龙, 王静波

兰州理工大学学报 2024, 50 (6): 1-10.

摘要（135）

PDF（pc）（9181KB）（48）

采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了不同CaF ₂添加量的Ni-Mo-Y-CaF ₂高温自润滑复合材料,研究了CaF ₂添加量对复合材料微观结构、力学性能及摩擦磨损性能的影响.结果表明:Ni-Mo-Y-CaF ₂复合材料的组织均匀致密,复合材料的密度、硬度及屈服强度随CaF ₂添加量的增加呈下降趋势.温度对复合材料的摩擦磨损性能有显著影响.在室温至800 ℃,复合材料的平均摩擦系数随温度的增加先降低,在400~600 ℃略微增加,随后再次降低;平均磨损率随着温度的增加先增加后又降低, 400 ℃时平均磨损率最大.在室温时,Ni-Mo-Y-10CaF ₂复合材料的平均磨损率最低,约为Ni-Mo-Y合金的1/5;在800 ℃时,复合材料的磨损率均低于Ni-Mo-Y合金,磨损表面形成致密光滑的润滑膜,润滑膜主要由钼酸钙、钼酸镍及镍和钼的氧化物组成.

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