兰州理工大学学报

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铁基非晶复合材料的磁学性能研究

赵燕春, 王博, 李泽锋, 孙浩, 寇生中

2021 (2): 1-6.

摘要 ( 900 )

PDF(3215KB) ( 609 )

采用水冷铜坩埚磁悬浮熔炼和负压铜模吸铸法,制备了Fe-15Mn-5Si-xCr-0.2C(wt.%)非晶复合材料,由XRD表征试样的物相组成,采用VSM结合M-H曲线和B-H曲线分析Cr元素含量变化对非晶复合材料磁学性能的影响.结果表明:Fe-15Mn-5Si-xCr-0.2C(x=1、2、4、6、8、10、12、13、14)试样由α-Fe相、γ-Fe相和非晶相三部分组成.Cr元素含量的增加使得合金混合焓减小而混合熵增加,Fe-15Mn-5Si-14Cr-0.2C试样中非晶相和α-Fe相的协同作用,使得试样的软磁性能最优,其矫顽力和饱和磁感应强度分别达到为16.12 A/m、5.1 T.

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Cu含量对γ-Ni相影响的第一性原理

李亚敏, 江璐, 刘洪军

2021 (2): 7-12.

摘要 ( 354 )

PDF(2506KB) ( 362 )

基于第一性原理赝势平面波方法,从原子尺度上分析了Cu元素含量的变化对镍基合金基体相γ-Ni相的影响.计算了掺杂前后不同体系的晶胞总能量、形成热、结合能、态密度以及电荷密度,分析了掺杂前后不同体系的稳定性.结果表明:Cu原子的掺杂使γ-Ni相的形成热和结合能的绝对值降低,并且随着掺杂浓度的增大,形成热和结合能的绝对值也相应降低,表明Cu的掺杂降低了体系的稳定性,Cu含量越高体系的稳定性越差; Cu的掺杂降低了体系的硬度、抗变形能力以及原子间的定向键和结合能力,使体系的延性降低.引起这些变化的本质原因是Cu原子的掺杂改变了体系中Ni原子周围的电荷分布以及电荷间的相互作用.计算结果与实验结果的趋势相一致.

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基于OpenCL并行的挡板对珠光体生长的相场法模拟

朱昶胜, 李玉杰, 马芳兰, 冯力, 雷鹏

2021 (2): 13-20.

摘要 ( 232 )

PDF(5930KB) ( 293 )

建立了耦合相场和溶质场的KKSO模型,采用OpenCL并行计算模拟了Fe-C合金共析生长过程,研究了不同形状和不同位置的挡板对层片状珠光体协同生长的影响.结果表明:GPU计算效率相对于串行CPU,最高可达88倍的加速比,并且随着模拟规模的增大,GPU的加速性能越高;挡板的存在直接影响珠光体的形貌演化,其使挡板下方的珠光体生长被限制,穿过挡板间隙的珠光体形貌发生改变;当挡板位于渗碳体和铁素体界面正上方时,挡板两侧渗碳体相合并为不规则形状,渗碳体相前沿碳原子不能满足其生长需求,停止生长,相邻铁素体合为一个相.因此挡板的存在可以控制珠光体的生长形貌.

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活塞杆摩擦焊接头的超声检测及缺陷二维重构

朱明, 张虎龙, 陈昱宇, 石玗, 侯国清, 刘涛

2021 (2): 21-25.

摘要 ( 221 )

PDF(1437KB) ( 273 )

针对活塞杆摩擦焊接头的未熔合缺陷,采用超声无损检测方法对部件接头进行检测并提取了含噪声的超声回波信号,利用小波降噪法对含噪声缺陷信号进行了降噪处理,通过多位置、多点检测的方法对未熔合缺陷进行了二维轮廓重构.结果表明:1) 通过优化小波阈值降噪算法的参数提高了回波信号的信噪比,可以提升检测的有效性与准确性;能实现对缺陷信号的降噪并保证信号的完整性;2) 对检测数据进行理论计算确定了缺陷的多位置边缘点,通过缺陷边缘点的拟合,实现了未熔合缺陷的二维轮廓重构,重构结果与破坏性检验结果基本吻合.

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多资源约束下串并联生产系统的多目标动态维护

李有堂, 黄兆坤

2021 (2): 26-31.

摘要 ( 210 )

PDF(1504KB) ( 391 )

针对多资源约束下的串并联生产系统,在多资源约束条件下考虑系统的可用性,以各工序资源需求优先级为标准,建立了一种多目标动态维护模型.引入权重因子,通过采用可靠度恢复因子描述各工序设备维护前后可靠度的变化过程,建立以维护成本和系统可用度为优化目标的维护策略.通过仿真抽样求解出系统在给定区间内的预防性维护与机会维护阈值.结果表明,该维护策略能保证多资源约束下的串并联生产系统维护成本和系统可用度最优.

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烟气余热复合供暖对生物质直燃发电系统性能的影响

李金平, 杨笑语, 张博, 黄娟娟, 王春龙

2021 (2): 32-38.

摘要 ( 249 )

PDF(3754KB) ( 333 )

针对生物质直燃发电系统排烟含水蒸汽量大、潜热回收潜力巨大的状况,首次提出了一种生物质直燃发电与吸收式热泵和水源热泵集成的热电联供系统,利用TRNSYS软件对复合供暖系统进行了建模,分析了系统的稳定性,并对系统进行了建模分析及系统效益分析.结果表明:复合供暖系统在采暖季可以稳定为用户输出热量,其中采暖季吸收式热泵运行的性能系数均值为1.61,水源热泵的性能系数平均值为4.32,复合供暖系统的效率为41.85%.加入复合供暖系统后,节能率提升了5.2%,综合能源利用率提升了7.8%,烟气余热回收利用率提升了15.5%,年节约标煤6 416.5 t,年减排CO₂量16 682.98 t、SO₂量128.33 t、NO_X量449.16 t.

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基于双脉冲特征的滚动轴承缺陷尺寸估计方法

剡昌锋, 赵伟坤, 孟佳东, 王文斌, 吴黎晓

2021 (2): 39-47.

摘要 ( 204 )

PDF(5422KB) ( 447 )

根据提取的滚动轴承特征信号实现对故障缺陷尺寸的准确估计,提出了一种基于双脉冲特征的滚动轴承缺陷尺寸估计方法.采用AR模型对采集到的振动信号进行预白化处理,对预白化处理后的信号进行VMD分解,得到一系列固有模态函数.根据峭度值和互信息最大,分别选取包含有阶跃成分与冲击成分的分量,并采用平方包络增强信号的特征.根据双脉冲特征,确定滚动体进入和退出缺陷时所对应的时间,提出了故障轴承的缺陷尺寸估计方法.研究了转速和缺陷尺寸对该方法精度的影响,分析了造成误差的原因.通过实验验证该提取方法的有效性,经过估计得到的缺陷尺寸误差在5%以内,验证了该缺陷尺寸估计方法具有较高的精度.

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产品MBD数据集三维标注的自动校验与实现

王洪申, 王道俊

2021 (2): 48-53.

摘要 ( 415 )

PDF(2481KB) ( 451 )

针对目前商用CAD软件中MBD功能三维标注缺乏正确性校验问题,基于OpenCASCADE几何造型内核研究了三维尺寸标注与标注有效性检查的问题.通过提取被标注对象的几何特征,结合信息标注规则,判断用户标注内容与标注对象间的匹配性,进而判断标注的正确性,增加了系统三维尺寸标注的智能性.设计了分层数据结构存储标注信息,并将标注信息与形体要素相关联,避免了三维标注中重复标注的现象,也为后续的产品虚拟装配、加工制造以及产品服役中产品语义信息的自动化提取提供可能.将标注信息以XML格式储存,便于信息的传输和访问,为进一步研究产品的数字孪生技术打下良好的基础.

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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

2021 (2): 54-59.

摘要 ( 722 )

PDF(1152KB) ( 1291 )

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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岩石坍塌作用下埋地集输管道应力变化规律

崔毅, 麻宏强

2021 (2): 60-64.

摘要 ( 222 )

PDF(2256KB) ( 355 )

基于弹塑性力学理论,采用有限元分析方法,建立了岩土坍塌作用下埋地集输管道分析模型,研究了岩石坍塌作用下不同因素对埋地集输管道应力影响规律.结果表明:冲击载荷随石块边长的增加呈指数形式上升,正方体边长改变1.4 m时,冲击载荷可改变22.4 MPa.运行压力、温度、管道铺设坡度对管道壁面应力影响较小,而冲击载荷、腐蚀是埋地集输管道安全的主要影响因素.当冲击载荷大于10.5 MPa时,管道进入塑性变形区.岩石坍塌冲击载荷较大时,管道壁面最大等效应力随着管道径厚比的增加而减少.当径厚比改变了3.8,管道壁面最大等效应力可减小44 MPa;当岩石坍塌冲击载荷较小时,管道壁面最大等效应力出现极小值点.

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兰州西固区PM_2.5和烷醇类分布特征及其与气象因素相关性分析

张国祯, 李丹丹, 岳永丽, 刘鹏飞

2021 (2): 65-71.

摘要 ( 233 )

PDF(3320KB) ( 311 )

采集2019年兰州市西固区细颗粒物监测数据,用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对PM_2.5中的有机组分进行定性和定量分析,着重探讨PM_2.5与烷醇类的分布特征.同时收集同期近地面气象观测数据,采用相关性(Pearson)与非参数分析(Spearman)方法,研究PM_2.5和烷醇类与气象因素之间的关系并比较Pearson和Spearman两种方法的适用性.结果表明:2019年兰州市西固区PM_2.5年平均浓度为51 μg/m³,是我国环境空气质量年平均二级标准(35 μg/m³)的1.5倍,其中烷醇类占比达0.3%,PM_2.5和烷醇类均呈现明显的季节性规律,均为冬季＞春季＞秋季＞夏季.Pearson和Spearman对温度和相对湿度的分析结果一致,对风速的计算结果在显著性水平方面稍有差别,对大气压统计结果有明显差异.

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基于SAE-SVM的CPS攻击检测

王志文, 曹旭, 黄涛

2021 (2): 72-79.

摘要 ( 301 )

PDF(1995KB) ( 335 )

信息物理系统(CPS)在工业控制和关键基础设施等领域被广泛应用,由于具有易受攻击的特点,CPS的安全问题变得尤为重要.为了提高CPS攻击检测的准确度,提出一种稀疏自动编码器(SAE)与支持向量机(SVM)结合的攻击检测算法.针对CPS中数据维数高的问题,使用SAE对数据进行特征学习与降维处理,以无监督方法重建新的特征表示;在此基础上以建立一种优化的检测模型为目标,利用改进细菌觅食算法(IBFA)优化SVM的参数.采用田纳西-伊士曼(TE)过程模型为仿真基础,模拟CPS受到恶意攻击的情况,并用提出的算法进行检测.结果表明,所提算法可以有效检测到攻击的发生,并缩短检测时间,提高了CPS的安全性能.

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基于SOGI的MMC环流抑制方法

张明光, 常剑华, 杨城铭, 刘子琳

2021 (2): 80-86.

摘要 ( 333 )

PDF(2679KB) ( 313 )

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(high voltage direct current based on modular multilevel converter,MMC-HVDC)系统在电力领域已经占据重要地位,但MMC系统存在环流,会增加开关器件和其他元件的额定容量以及系统损耗,严重影响了MMC的工作特性.为抑制环流,分析了MMC环流中包含的主要高次谐波,针对其中的二次和四次谐波,首先设计了基于二阶广义积分器(second order generalized integrator,SOGI)的多谐波滤波器来提取环流中的谐波分量,其次设计了基于准比例谐振(PR)的环流抑制器.最后在PSCAD中建立了21电平MMC-HVDC模型进行仿真实验,结果表明,与传统的环流抑制方法作了对比,所提出的方法能更有效地抑制环流.

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基于双树复数小波四元数卷积网络的Copy-move盲取证算法

李策, 李兰, 靳山岗, 高伟哲, 许大有

2021 (2): 87-96.

摘要 ( 203 )

PDF(7241KB) ( 115 )

随着图像编辑软件的普及与完善,使得人们通过Copy-move操作便可伪造图像,而现有的Copy-move盲取证算法很难提取到彩色图像的一致性特征,且结果依赖于手动调节参数,难以定位到准确的篡改区域.为此,利用四元数卷积网络提取彩色图像空间一致性信息和双树复数小波提取图像局部信息的优势,提出了一种基于双树复数小波四元数卷积网络的Copy-move盲取证算法.首先,将图像表示为四元数并输入到四元数卷积网络中,提取彩色图像的颜色一致性特征,并将双树复数小波变换的高频子带与卷积网络的特征图联合学习图像的局部特征.其次,计算特征向量之间的相似性分数.然后,利用卷积网络提取较高分数的特征,定位相似区域,在一定程度上解决了匹配时手动调节参数的问题;并构建了一个仅定位粘贴区域的辅助分支来区分相似区域.最后,融合了相似和粘贴区域得到能够区分复制和粘贴位置的结果.在CoMoFoD和CASIA CMFD数据集上的主客观实验表明,该算法提升了Copy-move盲取证的定位性能.

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价格随机条件下信息不对称的看涨期权弹性契约

鲁声威

2021 (2): 97-106.

摘要 ( 224 )

PDF(796KB) ( 287 )

探寻市场价格和批发价格均随机波动时,在信息不对称的情况下是否存在供应链协调.将看涨期权与数量弹性契约相融合成一种新的契约看涨期权弹性契约,分别构建供应成本和制造成本信息不对称时应急供应链的看涨期权弹性契约模型,寻找最优定价及订货策略;并与完全信息情形对比,分析不完全对称的信息对供应链及链成员的最优决策和绩效的影响.研究结果表明:当突发事件引起商品未来价格上涨时,采用看涨期权弹性契约协调供应链,若供应链上的参与者单方拥有信息优势,就能通过隐瞒私人信息而获利,但没有信息优势的一方和供应链的整体利益会受到损害.同时也证明了看涨期权弹性契约比数量弹性契约协调供应链的效果要好.最后通过算例验证了这些结论.

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尺寸效应对生土立方体试件抗压强度的影响

张坤, 王毅红, 卜永红, 王天涯, 杨战社

2021 (2): 107-112.

摘要 ( 360 )

PDF(2199KB) ( 338 )

试件的抗压强度是生土基建筑材料的重要力学指标.本次研究以生土材料立方体试件尺寸效应为研究目的,探寻不同尺寸试件对材料抗压强度的影响.对采用同样制样方法、养护方式和加载方法的三种尺寸立方体生土试件进行抗压强度试验,研究试件的破坏形态、抗压强度以及试件的不同尺寸对强度的影响规律与作用机理,并采用统计筛选法推算三种尺寸试件的强度关系系数.结果表明,小尺寸试件破坏过程显著.材料抗压强度随试件尺寸的增大而减少,呈现出线性关系.100 mm试件与150 mm试件的强度换算系数为0.67,100 mm试件与200 mm试件的强度换算系数为0.42.生土基材料试件抗压强度受尺寸效应影响显著.

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低速冲击下钢筋混凝土深梁抗冲击性能及其损伤评估

项长生, 孙伟, 周宇

2021 (2): 113-121.

摘要 ( 258 )

PDF(7082KB) ( 96 )

为研究钢筋混凝土深梁在低速冲击下的抗冲击性能和损伤机理,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对不同冲击速度下深梁动力响应进行模拟.分析深梁的动态损伤过程及横截面的损伤分布,采用截面损伤因子对钢筋混凝土深梁的损伤程度进行定量评估;进一步分析边界条件、冲击位置对深梁抗冲击性能和损伤的影响.分析结果表明:建立的模型可以合理模拟低速冲击下深梁的动力响应;低速冲击下深梁先在局部范围内形成损伤,再向整体扩展,在回弹变形阶段冲击位置处局部损伤二次增大;冲击速度对深梁冲击位置附近的截面损伤程度影响显著;增强边界约束条件,能够提高低速冲击下深梁承载力,降低损伤程度;冲击位置对深梁的竖向变形和破坏位置有明显影响,但对损失程度影响轻微.

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基于强度折减法的加筋挡土墙动力稳定性分析

贾亮, 梁荣

2021 (2): 122-126.

摘要 ( 258 )

PDF(2563KB) ( 418 )

地震作用下的稳定性是加筋挡土墙的主要设计内容之一.基于拉格朗日有限差分原理与强度折减法,采用FLAC 3D数值模拟软件,对一座高5 m的土工格栅加筋挡土墙进行数值模拟. 分析其动力及强度折减作用下墙面板最终位移、关键点时程位移、土体沉降、各层土工格栅拉力最大值以及单层土工格栅拉力值分布. 结果表明:关键点的位移与折减系数有较好的对应关系,加筋挡土墙处于临界稳定状态下的强度折减系数可作为动力稳定系数,在突破稳定系数后,各项参数值均有明显变化.

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土体参数变异性对框架锚杆加固黄土边坡可靠度影响分析

李忠, 丁盛环, 叶帅华

2021 (2): 127-131.

摘要 ( 228 )

PDF(1668KB) ( 321 )

为了研究框架锚杆加固黄土边坡土体参数(黏聚力c、内摩擦角φ、重度γ)变异性对边坡可靠指标的影响,以极限平衡理论为基础,依托边坡工程实例,利用GeoStudio 2012有限元软件,建立加固边坡计算模型,结合Monte Carlo试验模拟完成以上分析过程.结果表明:当固定其中两个土体参数的变异系数,改变另一个参数的变异系数时,φ的变异系数对边坡可靠指标的影响最大,γ的变异系数对边坡可靠指标的影响最小;当固定其中一个参数的变异系数,使另外两个参数的变异系数同时变化时,内摩擦角φ和重度γ的变异系数同时变化时,对边坡可靠指标的影响最大,黏聚力c和重度γ的变异系数同时变化时对边坡可靠指标的影响最小.

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土层锚杆刚度系数算法改进

周勇, 史占哲

2021 (2): 132-137.

摘要 ( 334 )

PDF(1429KB) ( 291 )

锚杆刚度系数是考虑自由段变形、锚固段变形和锚杆相对土体位移而求得的复合刚度.在现有的锚杆刚度系数计算公式推导过程中,仅考虑了自由段和锚固段的变形,而并未考虑土体的变形,不能真实反映锚头的实际位移与内力的关系.基于锚杆和土体的协同变形,利用Mindlin解,推导考虑自由段变形、锚固段变形和土体变形的锚杆刚度系数计算公式,并用MATLAB软件编写计算程序进行计算;最后结合工程实例,运用Plaxis2D进行模拟,通过位移与内力求解锚杆刚度系数,将本文计算方法和规范法进行比较.结果表明本文计算方法与模拟结果更加吻合,从而证明了本文改进方法的合理性.

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复合改性乳化沥青的制备及其微表处混合料路用性能

石福周, 贾小军, 王震, 刘晓佩, 吴佳云

2021 (2): 138-143.

摘要 ( 349 )

PDF(2508KB) ( 522 )

为解决普通乳化沥青在微表处混合料中存在的路用性能不足的问题,采用先乳化后改性的工艺制备高性能改性乳化沥青.利用延度与软化点指标确定改性剂添加方法及改性剂掺配比例,并以其作为微表处混合料的胶结料.通过湿轮磨耗试验(WTAT)验证其抗水损与耐磨耗性能,通过劈裂试验与高温车辙试验验证其抗裂与抗剪性能.结果表明,复合改性乳化沥青的软化点和延度均明显优于普通乳化沥青,当掺配比例为3.5%SBR与2.5%环氧时,延度和软化点可分别达到400 mm和70 ℃以上.混合料性能试验表明,采用改性乳化沥青制成的微表处混合料与普通微表处混合料相比,在抗水损/耐磨耗、抗裂及抗剪等方面具有显著的优势.

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基于解析方法的开裂水泥混凝土路面动力响应

高嫄嫄, 王维玉, 赵庆新, 焦彦鹏

2021 (2): 144-150.

摘要 ( 244 )

PDF(1491KB) ( 390 )

水泥混凝土路面在使用过程中板底出现裂缝是一种常见的损坏形式.为分析影响水泥混凝土路面中板底裂缝扩展的主要因素,以断裂力学理论为基础,基于解析的方法对含裂缝水泥混凝土路面的动力响应进行研究.将水泥混凝土路面简化为Winkler 地基上的弹性板,通过Fourier积分变换和Laplace积分变换,将位移控制偏微分方程组转化为常微分方程组进行求解,引入位错密度函数并应用留数定理计算复杂积分,推导出奇异积分方程并获得路面动力响应的解析表达式.通过Lobatto-Chebyshev求积公式求解奇异积分方程,可以得到裂缝尖端应力强度因子的数值解.以工程实例计算结果为基础,分析影响水泥混凝土路面中板底裂缝向上扩展的主要因素.

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小R-投射模

王永铎, 李霞

2021 (2): 151-155.

摘要 ( 274 )

PDF(741KB) ( 391 )

引入了小N-投射模和小R-投射模的概念,研究了它们的基本性质.证明了环R是半本原环当且仅当每个右R-模是小R-投射模.

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多线性Marcinkiewicz算子在变指数Herz-Morrey空间上的有界性

叶晓峰, 韩晶

2021 (2): 156-162.

摘要 ( 241 )

PDF(729KB) ( 396 )

研究了多线性Marcinkiewicz算子在变指数Herz-Morrey空间上的有界性,也是经典Marcinkiewicz算子在变指数Herz-Morrey空间上的推广.使用特征函数和空间分解原理,将算子分为4个部分,核函数所满足的尺寸条件,对算子进行估计,得到算子在变指数Herz-Morrey空间上的有界性.

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一类具有强阻尼的Kirchhoff型方程整体解的长时间渐近行为

牛丽芳, 卫钱瑞

2021 (2): 163-167.

摘要 ( 233 )

PDF(692KB) ( 286 )

研究了一类具有临界增长指数的强阻尼Kirchhoff型波动方程,在给定的Sobolve空间中,利用Galerkin方法和算子半群理论证明了系统整体解全局吸引子的存在性.

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SAF 2707HD旋转弯曲疲劳性能

俞树荣, 程月, 何燕妮, 宋伟

2021 (2): 168-172.

摘要 ( 243 )

PDF(2983KB) ( 374 )

针对SAF 2707HD双相不锈钢进行旋转弯曲疲劳实验.利用升降法计算得到疲劳极限,根据实验数据绘制应力-疲劳寿命(S-N)曲线,再利用扫描电子显微镜(SEM)对试样疲劳断口进行观察,分析了疲劳裂纹源的类型和断裂机制.统计数据表明:由于试样表面裂纹源引起的断裂基本发生在10⁵次循环或之内,而由于内部裂纹源引起的断裂基本发生在10⁶次循环,相差近一个数量级.为此利用有限元软件进行了疲劳寿命计算,预测结果与实验所得S-N曲线进行对比,确认了疲劳寿命分析的可靠性.

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