兰州理工大学学报

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1. 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（49）

PDF（pc）（6063KB）（75）

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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2. 超声处理对可降解Zn-0.5Sr合金组织及腐蚀性能的影响

刘建军, 张朋涛, 赵志鑫, 张蛟, 李庆林, 丁雨田

兰州理工大学学报 2024, 50 (1): 1-9.

摘要（118）

PDF（pc）（6577KB）（235）

以Zn-0.5Sr合金为对象,研究了不同超声功率(0、300、600、900 W)对Zn-0.5Sr合金显微组织及腐蚀性能的影响.结果表明:Zn-0.5Sr合金经过超声处理后,铸态组织中SrZn ₁₃相由粗大的多边形转变为细小的块状,与未处理的合金相比较,对合金进行600 W超声处理后,合金的电化学腐蚀速率由2.078±0.141 mm/a增加至5.747±0.390 mm/a.当超声功率为600 W时,Zn-0.5Sr合金15、30 d的浸泡腐蚀速度分别为0.090±0.002 1、0.074±0.001 9 mm/a,是未经超声处理的 1.88、1.95倍.

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3. 激光硬化与渗氮复合处理H13钢组织与性能

曹驰, 骆卫东, 陈志林, 罗丽萍, 陈贤武

兰州理工大学学报 2024, 50 (1): 10-18.

摘要（60）

PDF（pc）（10421KB）（70）

通过激光淬火/离子渗氮复合方法对H13钢进行表面改性处理,从而提高其表面的性能.利用X射线衍射技术、光学显微观察、扫描电子显微观察、能谱分析技术、显微硬度和纳米测试系统以及高频往复磨损试验,分别研究了离子渗氮、激光淬火、以及激光淬火与离子渗氮复合处理对H13钢改性层组织结构、力学性能、摩擦磨损性能的影响过程和影响机理.结果表明:复合处理工艺可以显著改善改性层的综合性能.和单一渗氮处理相比,复合处理改性层硬度和有效硬化层深度分别从1 180 HV和80 μm提高至1 360 HV和550 μm,摩擦系数和磨损率分别从0.68和5.78×10 ^－8 mm ³·N ^－1·m ^－1降低至0.59和1.35×10 ^－8 mm ³·N ^－1·m ^－1.试样的硬度和耐磨性显著增加,平均摩擦系数明显降低.

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4. 变负载下永磁同步直线电机的推力及速度变化分析

沈浩, 张旺, 谈伟荣, 党生辉

兰州理工大学学报 2021, 47 (2): 54-59.

摘要（554）

PDF（pc）（1152KB）（881）

以永磁同步直线电机为研究对象进行受力分析,建立数学模型,并利用Matlab/Simulink软件建立直线电机的仿真模型,探究施加不同负载时直线电机的推力以及速度变化.结果表明:随着工件质量的不断增加,直线电机的状态响应时间和最大偏差也在增加;速度的响应时间曲线上升趋势较为平缓,推力的响应时间曲线变化明显;推力的超调量曲线上升趋势较为平缓,速度的超调量曲线上升趋势变化明显,当工件质量为240 kg时,电机速度的超调量超过30%,严重影响到电机的运行.为降低负载变化对直线电机稳定性的影响,通过计算得出了最大负载质量和最大电机推力.

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5. 有限土体主动土压力计算方法探讨

朱彦鹏, 魏鹏云, 马孝瑞, 李庚, 刘鑫

兰州理工大学学报 2020, 46 (2): 133-137.

摘要（360）

PDF（pc）（2711KB）（670）

基于库伦理论的平面滑裂面假设及极限平衡理论,假定有限土体水平,支护结构垂直,再依据有限土体的宽度 b ₀(支护结构与已有建筑的距离)与三角滑动楔体之间的宽度 b之间的相对关系推导了改进的主动土压力计算公式.分析外摩擦角和支护结构与土体之间的黏着力对滑动土体破裂角以及主动土压力的影响,并提出广义主动土压力系数观点.通过算例对比,结果表明本次提出的计算公式更接近实际,考虑外摩擦角和黏着力的作用有利于节约成本.

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6. 不同配对副作用下浸渍石墨的磨损特性

宋伟, 李凯民, 马荣荣, 丁雪兴

兰州理工大学学报 2024, 50 (2): 9-16.

摘要（21）

PDF（pc）（5171KB）（26）

采用球/平面的接触形式,分别使用GCr15钢球、Si ₃N ₄和Al ₂O ₃陶瓷球作为摩擦副,利用TRB ³摩擦试验机探究浸渍石墨的摩擦磨损性能.通过扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜分别对摩擦系数、磨损体积、磨痕轮廓及磨痕表面形貌进行表征分析,探究浸渍石墨在不同法向载荷作用下摩擦划痕和磨损特性,建立能量磨损模型探究磨损过程中接触状态的变化机制,预测磨损进程.结果表明:随着上试样硬度逐渐增大,小载荷时摩擦系数逐渐增大,大载荷时摩擦系数逐渐减小.不同摩擦副作用下,石墨表面磨痕轮廓较浅分别呈现类似“U”形、“V”形和“W”形轮廓,石墨与GCr15、Si ₃N ₄和Al ₂O ₃配对副之间的主要磨损机制为粘着磨损、磨粒磨损和轻微的氧化磨损,摩擦副表面间存在材料转移、剥落和犁沟现象.

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7. 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（27）

PDF（pc）（2944KB）（21）

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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8. 基于数字孪生技术的往复式空气压缩机效率预测方法研究

余建平, 胡爽, 刘兴旺, 田有文, 仇宏伟, AKOTO Emmanuel

兰州理工大学学报 2024, 50 (1): 48-52.

摘要（72）

PDF（pc）（2613KB）（143）

通过建立往复式空气压缩机数字孪生体模型,实现压缩机效率预测和参数寻优的方法,具有灵活、成本低、通用性好的优势.但是在多变量条件下,传统的基于BP神经网络孪生模型训练时间长、工作量大,寻优过程易陷入局部最优解,不易实现全局最优.针对传统孪生体模型存在的问题,提出了基于CIWOA-BPNN算法的孪生体模型构建方法,通过主成分分析法确定孪生体模型关键指标,在BPNN模型基础之上引入改进的鲸鱼优化算法.研究表明,基于CIWOA-BPNN算法的孪生体模型有效避免了BPNN模型陷入局部最优解.用CIWOA-BPNN算法预测压缩机效率相对误差小于0.6%,决定系数为0.997 75,与传统模型相比大幅提升了预测精度.

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9. 风电场功率曲线异常数据的清洗与建模

曹立新, 刘伟民, 郭虎全

兰州理工大学学报 2022, 48 (4): 64-70.

摘要（361）

PDF（pc）（3178KB）（497）

风电场风速功率数据中通常包含大量异常数据,难以反映风机的真实工作情况,影响风电功率预测的准确性,进而造成一定的经济损失.针对该问题,分析异常数据的特征,提出滑差-四分位异常数据剔除方法,并利用高次多项式和Logistic函数对剔除后的数据进行风速-功率曲线建模,最后用和方差、均方根误差和确定系数验证该方法的适用性和有效性.实例分析表明,该方法简单高效、通用性强,可显著提高风电机组功率特性分析的准确度.

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10. 差分隐私中噪声添加与精度分析研究

王骁识, 康海燕

兰州理工大学学报 2023, 49 (3): 94-103.

摘要（192）

PDF（pc）（2751KB）（369）

国内对于差分隐私定义以及所使用的基本机制缺乏严格清晰的证明与推导过程,对学者入门造成了困难.因此针对这方面空白,通过分析、证明与应用举例的方式,对差分隐私中的拉普拉斯机制与指数机制进行了详细分析,并给出完整的数学推导过程和应用举例.指出了拉普拉斯机制精度公式和指数机制精度公式存在缩放过大的问题,并且在拉普拉斯机制和指数机制精度公式的证明之后给出了放缩过大的理由.通过实验得出结论,拉普拉斯机制精度公式和指数机制精度公式是精度范围过大的公式.

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11. 斜盘式轴向柱塞泵柱塞运动学分析的一般模型

王建森, 曹伟栋, 何鑫龙, 王峥嵘, 张志伟

兰州理工大学学报 2021, 47 (5): 59-64.

摘要（436）

PDF（pc）（3701KB）（598）

考虑斜盘式轴向柱塞泵斜盘倾角、斜盘交错角及柱塞倾角结构特征,采用坐标变换法,建立了柱塞泵柱塞运动学分析的一般数学模型.经分析结果表明:斜盘交错角使柱塞运动的相位发生变化;柱塞倾角使柱塞运动曲线呈类简谐规律变化;斜盘交错角和柱塞倾角增大均会使柱塞的位移、速度和加速度最大幅值增大,位移增大可增加柱塞泵的排量,柱塞沿其轴线方向速度和加速度的增大会提高柱塞腔液流瞬时最大速度和柱塞的惯性力;采用负的斜盘交错角时,上下死点偏转角偏转方向与缸体旋向相同为正,推迟柱塞腔预压缩和预膨胀过程,反之则为负,提前柱塞腔预压缩和预膨胀过程;在斜盘变量过程中,上下死点偏转角随斜盘倾角改变而变化,斜盘交错角绝对值越小,上下死点偏转角的变化梯度随斜盘倾角变小而增大,而当斜盘倾角在大排量范围内变化时上下死点偏转角的变化梯度变小;上下死点最大偏转角为90°,此时斜盘倾角为零.

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12. 风力发电机塔筒法兰高强度螺栓疲劳强度分析

梁原, 王有良, 魏泰, 刘俭辉

兰州理工大学学报 2023, 49 (2): 65-69.

摘要（191）

PDF（pc）（1391KB）（361）

以风力发电机塔筒法兰高强度螺栓为研究对象,考虑外载对疲劳损伤的影响,建立风力发电机塔筒法兰高强度螺栓疲劳强度分析的方法.首先,以连接截面受力状况作为损伤参量,借助塔筒等效模型确定最大受载截面;其次,采用Schmidt-Neuper算法获得塔筒任意扇面所受外载,并基于有限元模型研究外载与高强度螺栓内应力的关系,建立高强度螺栓疲劳损伤分布模型;最后,考虑预紧力的影响,对比研究不同螺栓预紧力疲劳累积损伤值,确定最优螺栓预紧力.结果表明,整圈法兰螺栓疲劳累积损伤最大位置为－4.17°和175.87°,预紧力比例为70%时螺栓预紧力最为合适.

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13. 基于分离涡模拟的核主泵水力性能非定常特性分析

王秀勇, 杜永峰, 汪东山, 吕雪, 黎义斌

兰州理工大学学报 2021, 47 (4): 52-58.

摘要（209）

PDF（pc）（6258KB）（405）

为了研究核主泵在设计工况下水力性能的非定常变化特征,基于DDES湍流模型,对某型号核主泵进行全流场非定常数值计算,并结合 Q准则捕捉的旋涡结构进行非定常特性分析.结果表明:在一个旋转周期内,受动静干涉作用,泵的瞬态外特性整体上具有不规律的周期性变化特征;叶轮与导叶流道内的旋涡结构会呈现出周期性分裂、融合的非定常现象,而压水室内旋涡结构则是发展与扩散的变化过程;导叶入口处不同时刻涡结构的变化会造成其不同程度的阻塞,从而引起出口压力的波动,造成泵的水力性能出现脉动效应,加剧泵的振动.

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14. 叶轮出口宽度对离心泵性能及压力脉动的影响

赵伟国, 翟利静, 咸丽霞, 马亮亮

兰州理工大学学报 2020, 46 (2): 62-68.

摘要（672）

PDF（pc）（6499KB）（571）

以某型单级单吸离心泵为研究对象,在保证叶轮的进出口安装角、进出口直径等参数不变的情况下,分别设计了五组不同出口宽度的叶轮,依次对各模型进行数值模拟,分析叶轮出口宽度对低比转速离心泵的性能及压力脉动的影响.研究结果表明:随着叶轮出口宽度的增大,扬程、轴功率均有不同程度的上升,效率曲线呈驼峰状,说明叶轮出口存在一个最佳宽度使流动损失最小;增大叶轮出口宽度,流道内脱流现象增强,流道内的堵塞现象减弱,水力损失降低,说明合适的叶轮出口宽度对于减少离心泵能量损失是有效果的;随着叶轮出口宽度的递减,轴频峰值变化明显,呈递增趋势,这表明叶轮出口宽度过窄容易导致流道堵塞,阻碍流态的发展,同时,叶轮出口宽度对离心泵内的压力脉动也具有较大的影响.

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15. 大倍率充放电循环对锂离子电池特性及热安全性能的影响

李东琪, 张青松, 郑少帅

兰州理工大学学报 2023, 49 (3): 30-35.

摘要（270）

PDF（pc）（2624KB）（381）

锂离子电池广泛应用于电动汽车及各类储能设备.通过不同充放电倍率下循环老化及热失控实验,研究了大倍率充放电对单体锂离子电池性能与热安全性的影响.结果表明:大倍率充放电循环下,单体锂离子电池的实际容量出现了衰减,衰减程度与充放电倍率呈正相关.恒流比呈阶梯式衰减,但库伦效率仍处于99%~100%,表明锂离子电池的可逆性能正常.随着倍率增加,热失控触发时间、燃爆压力、喷射火焰温度呈先增大后减小的趋势,燃爆时电池表面平均温度为655.8 ℃,接近金属铝的熔点温度,燃爆喷射粉末产物主要以金属铝、石墨、锂钴氧化物为主.

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16. 高频地波雷达电离层距离方程建模及仿真

杨永锋, 杨旭光, 尚尚, 于长军

兰州理工大学学报 2021, 47 (4): 99-105.

摘要（242）

PDF（pc）（2047KB）（465）

针对电离层的空间分布特征,构建了体目标和面目标的雷达距离方程.根据不规则体对高频电波的相干散射原理,估算了电离层RCS的散射系数,进而给出基于电离层物理机制的广义高频地波雷达方程,从而量化了电离层特征参数对高频雷达系统的影响.通过仿真发现,对于面散射情形,斜向散射电离层杂波符合波束限制模型,垂直向的电离层杂波符合脉冲限制模型;对于体散射,影响电离层杂波强度最主要的因素是不规则体波动幅度.

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17. 具有通信约束的网络化系统动态输出反馈控制

祝超群, 李留洋, 金辉

兰州理工大学学报 2021, 47 (1): 83-90.

摘要（204）

PDF（pc）（1124KB）（528）

针对一类存在访问约束和时变时延的网络化控制系统,研究了其中的动态输出反馈控制器的设计问题.考虑到介质访问约束服从Markov分布和时变时延的上界小于一个采样周期的情况,将网络化控制系统建模为一类具有不确定性的离散时间Markov跳变系统.根据Lyapunov稳定性理论与状态增广方法,给出了闭环网络化控制系统渐近稳定的充分条件,并设计了动态输出反馈控制器,使得闭环系统渐近稳定.最后通过仿真验证了所提方法的有效性.

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18. 基于竹子生物特征的维管束结构塔筒力学特性研究

郑玉明, 何正文

兰州理工大学学报 2023, 49 (3): 49-54.

摘要（120）

PDF（pc）（1677KB）（181）

竹子具备较强的生存能力,这与其自身独特的生物特征紧密相关.从宏观角度对竹子结构进行研究可以发现,沿竹身非均匀分布的竹节是竹子最为显著的结构特征,竹节可提高竹材轴向和径向的抗压能力.进一步从微观角度对竹节维管束结构进行研究可以发现,竹节维管束是竹节的主要承载结构.考虑到竹子和风力机塔筒的相似性,将竹节维管束生物特征应用至风力机塔筒结构设计中,进行仿竹节维管束塔筒设计,并在极端工况下对仿竹节维管束塔筒和原塔筒进行静力学对比分析.结果表明,仿竹节维管束塔筒相比原塔筒最大响应应力减少了22.12%,最大响应位移减少了9.02%,仿竹节维管束结构使仿竹节维管束塔筒的强度和刚度得到了提升.研究结果可为竹节微观生物结构在实际工程应用方面提供理论依据.

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19. 基于机器学习的红外光谱数据鉴别中药材性能方法

田春婷, 赵宁, 秦建伟, 孟晓凤

兰州理工大学学报 2023, 49 (3): 55-59.

摘要（198）

PDF（pc）（2953KB）（397）

中药材种类不同,近红外和中红外光谱特征也有很大差异.由于无机元素和有机物质等化学成分不同,所以即使同种中药材产地不同,在近红外和中红外光谱辐照下标记效果也会显示不同的光谱特性,这些特性可用于对中药材进行分类和产地识别.借助MATLAB软件和SPSS分类工具 K-均值聚类算法对中药材进行无监督机器学习,从而对中药材进行分类.同时,运用SPSS神经网络多层感知器和Python语言提供的随机森林算法,将数据集的70%作为训练集,30%作为验证集,进行监督机器学习模型训练,从而对中药材产地进行鉴别预测.

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20. 虚假数据注入攻击下信息物理系统动态输出反馈控制

祝超群, 朱怡蓉

兰州理工大学学报 2023, 49 (1): 74-82.

摘要（193）

PDF（pc）（1259KB）（432）

针对受到虚假数据注入攻击的信息物理系统安全控制问题,将虚假数据注入攻击作为一类特殊的外部扰动,提出了一种具有攻击防御能力的H _∞动态输出反馈控制策略.首先,考虑虚假数据注入攻击对测量通道与随机时延对通信网络的影响,建立了一类具有网络攻击、随机时延和外部扰动等多种约束的闭环系统模型;其次,借助李雅普诺夫稳定性理论推导出攻击下闭环系统渐近稳定的充分条件,并基于线性矩阵不等式技术给出了H _∞动态输出反馈控制器的设计方法;最后通过一个仿真算例验证了所述方法的可行性和有效性.

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