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1. 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（822）

PDF（pc）（3178KB）（4124）

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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2. 浮杯泵织构化配流副表面的承载特性仿真分析

杨国来, 金晶, 王文宇, 白京浩, 黄付田

兰州理工大学学报 2021, 47 (3): 27-32.

摘要（352）

PDF（pc）（2337KB）（2832）

浮杯泵作为柱塞泵的新型研究对象,配流副的摩擦磨损限制其高效发展.通过在滚筒板配流面上布置规则的仿生织构,探究其对摩擦副承载特性的影响.选取六种坑形,建立6凹坑润滑油膜模型,采用Fluent软件进行数值模拟,分析油膜的上表面压力分布、压力形成机理以及工况参数和织构参数对油膜承载力的影响.研究结果表明:油膜上表面的承载力中动压所占的比例最大,球形凹坑最适合浮杯泵织构化配流副的设计,转速的提高、面积率的增大、深径比的增大都有利于动压承载力的增大.

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3. 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（1163）

PDF（pc）（2624KB）（2531）

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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4. 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（1162）

PDF（pc）（6499KB）（2457）

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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5. 基于级联卷积神经网络的人脸特征点识别算法实现

张云, 李岚

兰州理工大学学报 2020, 46 (3): 105-109.

摘要（786）

PDF（pc）（862KB）（2350）

针对在有冗余图像信息干扰下进行人脸有效特征点提取时精度不高的问题,提出了基于级联卷积神经网络的人脸特征点检测算法.在该算法中:输入层读入规则化的原始图像,神经元提取图像的局部特征;池化层进行局部平均和降采样操作,对卷积结果降低维度;卷积层和池化层分布连接,迭代训练,输出特征点检测结果.该算法采用Python语言编程实现,在人脸数据集进行仿真实验,结果表明该算法对人脸特征点有较高的识别率.

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6. 基于数字孪生的数控机床虚实交互监控系统设计

黄华, 李嘉然, 李典伦

兰州理工大学学报 2023, 49 (1): 36-43.

摘要（847）

PDF（pc）（5660KB）（2302）

针对传统的监控技术和虚拟仿真技术无法直观体现数控机床实际运行状态的问题,结合新一代信息技术和数字孪生理念,设计了基于数字孪生技术的数控机床虚实交互监控系统.以某型号数控机床为例,首先通过Portal软件对系统架构和相关功能进行设计,在此基础上将传感器采集的信息通过PLC和以太网传输到系统中进行模拟量转换;然后通过OPC-DA将系统中的数字孪生数据与数字孪生体相连接,实现信息的接收和传输,完成虚实结合;最后采用该方法对机床的振动信号进行实时监控和远程控制面板的设计.实验结果表明,利用数控机床虚实交互监控系统和数字孪生体对加工过程进行双重监控可以更加有效、直观地体现机床的实际运行状态,并且利用虚实交互监控系统对数字孪生体进行虚拟控制可以进一步扩展数字孪生技术的应用领域.

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7. 五面体加工中心立卧转换摆角头结构设计及建模仿真

剡昌锋, 李辉龙, 李强, 高刚刚, 苟卫东

兰州理工大学学报 2020, 46 (2): 35-40.

摘要（597）

PDF（pc）（4323KB）（2236）

针对五面体加工中心在立卧转换时传动链过长不利于提高加工精度的问题,提出了一种五面体加工中心立卧转换摆角头的新方案.该方案摒弃了摆角头传输切削动力和立卧转换各自使用独立的一套动力源单独传动的方案,采用一套动力源既可以实现切削动力传输也可以实现立卧转换的设计方案,极大地缩短了传动链,在SolidWorks中建立了其三维机械结构模型.基于Romax对摆角头的传动系统进行了建模,在不同工况下对传动系统的可靠性进行了分析.结果表明:在给定工况下传动系统设计合理,运行可靠性满足设计要求.为了保证立卧转换摆角头主轴的刚度和稳定性,采用ABAQUS对其进行了模态分析.结果表明:在额定的工作转速范围内主轴不会发生共振.

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8. 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（998）

PDF（pc）（1152KB）（2136）

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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9. 基于正交设计法的潜水泵空间导叶水力优化

程效锐, 张雪莲

兰州理工大学学报 2020, 46 (5): 61-67.

摘要（496）

PDF（pc）（1454KB）（2124）

运用正交设计法,对井用潜水泵空间导叶进行优化设计,选取潜水泵空间导叶的进口宽度、导叶叶片轴向长度及导叶叶片出口边与导叶场域出口轴向距离,以扬程、效率及轴功率作为评价指标,基于正交设计法设计了9组方案.通过数值计算及极差分析结果表明:导叶叶片轴向长度对潜水泵扬程和轴功率影响显著,导叶进口宽度对潜水泵效率变化较为敏感,保证一定的导叶叶片与导叶场域出口距离能改善潜水泵性能.基于多目标优化设计,可以确定本次研究的最佳方案组合为空间导叶进口宽度25 mm、导叶叶片轴向长度101 mm及导叶叶片出口边与导叶场域出口轴向距离20 mm.通过分析前三级叶轮效率、导叶出口静压及流线分布图看出,优异的空间导叶设计使导叶内部流体状态较好,保证叶轮效率维持较高水平,同时泵内流体保持较好的流动稳定性.

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10. 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（557）

PDF（pc）（1259KB）（2063）

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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11. 装配式混凝土简支斜梁桥基频实用计算公式

于振刚, 李岩, 杨婷婷, 鲁开元

兰州理工大学学报 2020, 46 (5): 144-148.

摘要（702）

PDF（pc）（1526KB）（2043）

以一座典型装配式混凝土简支梁桥为工程背景,采用数值分析方法开展斜交角、跨径、桥面宽度和横向扭转刚度对斜梁桥基频的影响分析.结果表明:随着斜交角增长,桥梁前三阶竖向振型对应频率增大;随斜梁桥跨径增大,结构整体竖向刚度降低,基频明显减小,减小速率趋缓;受斜梁桥弯扭耦合力学特征影响,基频随截面抗扭刚度增加显著提高.依据各关键参数对斜梁桥基频的影响分析结果,在现行规范桥梁基频估算公式的基础上,提出考虑截面抗扭刚度和斜交角的混凝土简支斜梁桥基频估算改进公式.通过多座实桥试验数据验证改进公式的精度和适用性.

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12. 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（473）

PDF（pc）（2751KB）（1991）

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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13. 叶片气膜孔加工缺陷的DR数字成像自动检测方法

刘涛, 石玗, 李春凯, 孙忠诚, 满月娥, 吕健

兰州理工大学学报 2021, 47 (5): 19-23.

摘要（646）

PDF（pc）（3987KB）（1939）

气膜孔作为涡轮叶片中重要的冷却结构之一,对提高航空发动机冷却效率、降低燃烧室温度乃至提升发动机服役寿命等具有重要意义.然而,在实际加工过程中受外界因素干扰极易出现气膜孔未打通、打偏及损伤内壁等内部缺陷.传统检测手段采用单一透照角度的X射线胶片照片法对其内部缺陷进行识别,但存在检测效率低、测量误差大、缺陷漏检误判率高等弊端.为此,提出了一种基于X射线数字成像技术的气膜孔缺陷自动检测方法,通过研究DR数字图像与胶片图像的等效性、透照角度对缺陷识别的影响规律及检测工艺优化、基于深度学习神经网络缺陷自识别等关键技术等,实现对叶片气膜孔加工缺陷的高精度检测与智能识别.

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14. 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（594）

PDF（pc）（1391KB）（1847）

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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15. 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（716）

PDF（pc）（2711KB）（1793）

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b₀(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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16. 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（939）

PDF（pc）（3701KB）（1778）

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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17. 共轭微孔聚合物管状硬炭的氮掺杂与储锂性能

张庆堂, 白永保, 李萌

兰州理工大学学报 2020, 46 (1): 71-76.

摘要（1208）

PDF（pc）（4508KB）（1734）

通过选择不同单体合成了共轭微孔聚合物(CMP)和含氮共轭微孔聚合物(NCMP),并分别将其高温热解制备管状硬炭(THC)和氮掺杂管状硬炭(NTHC).通过SEM、TEM和BET对两种管状材料的形貌结构进行了表征,THC和NTHC材料具有相似的形貌和比表面积.进一步采用恒电流充放电法对THC和NTHC进行电化学性能分析,并与普通碳纳米管(CNT)的电化学性能相比较.结果表明,NTHC储锂性能最好,在0.1 A/g时,NTHC的可逆储锂容量高达541.2 mAh/g,在0.6 A/g电流密度下,其比容量在经过500次循环后仍高达458 mAh/g.

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18. 微生物作用下混凝土裂缝修复效果试验研究

曹辉, 臧洋, 冯琼, 康开伟, 叶虎子, 苟宝霞, 刘军君

兰州理工大学学报 2022, 48 (4): 126-131.

摘要（1109）

PDF（pc）（4574KB）（1687）

微生物矿化作用可以有效愈合混凝土裂缝,达到修复混凝土裂缝的目的.本文以带裂缝混凝土为研究对象,设置0.2、0.3、0.6 mm三个裂缝宽度和20、30 mm两个裂缝深度,以巴氏芽孢杆菌为菌株,通过裂缝观测、超声波测试、立方体抗压强度测试及裂缝内部微生物沉积物质的微观形貌分析,研究微生物对不同深度及宽度混凝土裂缝的修复效果.研究结果表明:巴氏芽孢杆菌可有效修复混凝土表面裂缝;氧气的供给是微生物在裂缝内部矿化的重要环境条件,随着裂缝深度的增加,巴氏芽孢杆菌的修复效果减弱;随着裂缝宽度的增大,微生物在裂缝内部的矿化效果减弱.

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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（593）

PDF（pc）（2953KB）（1657）

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. 变转速泵控系统建压过程中流量死区特性分析

强彦, 王亚强, 赵春丽, 李维, 罗小梅, 魏列江

兰州理工大学学报 2021, 47 (1): 54-60.

摘要（523）

PDF（pc）（1556KB）（1646）

为揭示泵控系统中液压泵在控制过程中出现流量死区的机理,针对泵控系统在启动和换向过程中必需重新建压的特点,考虑压差流与剪切流导致的液压泵内泄漏以及油液可压缩性,建立包含流量死区的液压泵数学模型.通过分析得到:液压泵流量死区的宽度随液压泵的出口容腔、负载压力、油温和启动加速度的增大而增大,随液压泵排量的增大而减小.为此,以齿轮泵为例建立Simulink-Amesim联合仿真模型,进一步研究不同负载压力、油温和启动加速度对流量死区宽度的影响,并验证理论分析结果.结果表明:液压泵流量死区宽度与负载压力和启动加速度均呈线性关系,与油温接近指数关系.

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