兰州理工大学学报

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0.94(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-0.06Ba(Zr_0.25Ti_0.75)O₃陶瓷的制备、表征与热释电性能

张晖, 张露尹, 孔令斌, 赵坤

2022 (1): 1-7.

摘要 ( 319 )

PDF(5495KB) ( 319 )

以BaCO₃、Na₂CO₃、TiO₂、ZrO₂和Bi₂O₃为原料,通过固相反应法合成了铁电粉末材料0.96(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-0.04Ba(Zr,Ti)O₃(BNT-BZT),采用常压烧结法制备了BNT-BZT陶瓷片.考察压力和烧结温度对陶瓷致密性的影响,并对BNT-BZT粉末和陶瓷片的结构、形貌和成分进行了表征.设计基于BNT-BZT材料的热释电纳米发电机并研究了其性能.结果表明:在压力为7 MPa、烧结温度为1 210 ℃的条件下制备的陶瓷片具有最佳的致密性及较大的晶粒.构建的ITO/BNT-BZT/Ag热释电纳米发电机在周期性制冷和加热条件下,器件输出峰值电流/电压分别达到－18.5 nA/－0.9 V和16.7 nA/0.8 V,证明BNT-BZT材料具有优异的热释电性能.

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铝合金表面机械球磨Ni-Al-Mo复合涂层的制备及其摩擦特性研究

陈玲玲, 闫成旗

2022 (1): 8-13.

摘要 ( 241 )

PDF(4830KB) ( 206 )

通过机械球磨方法在铝合金表面制备了Ni-Al-Mo复合涂层,对涂层微观组织、组成成分和摩擦学性能等进行了分析.结果表明:经过7 h机械球磨制备的Ni-Al-Mo复合涂层内元素均匀分布;550 ℃退火后涂层中均有Al₃Ni金属间化合物新相生成;复合涂层中Al₃Ni和Mo的存在使得涂层硬度高于铝合金基体和Ni-Al涂层,Mo添加质量分数为10%、20%和30%时涂层硬度随Mo含量的增加而增大,分别约为105、125、167 HV;涂层硬度的增大有效降低了涂层磨损率,三种涂层的磨损率约为0.4×10^－3～0.6×10^－3mm³/(N·m);复合涂层优异的摩擦系数和磨损率有效保护了铝合金基体.

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钎焊接头金属间化合物层形貌对扩散浓度和应力的影响

刘文斌, 李宏萍, 张旭东, 孙学敏, 任军强

2022 (1): 14-19.

摘要 ( 226 )

PDF(4143KB) ( 396 )

结合实验结果,建立了芯片封装技术中焊点金属间化合物(IMC)界面模型,采用有限元方法计算了模型中Sn钎料与Cu焊盘形成IMC层时Cu原子的扩散过程以及扩散应力大小与分布.结果表明:IMC层与钎料的界面形貌可显著影响Cu原子扩散浓度及应力行为.凹凸界面形貌会严重阻碍Cu原子的扩散,且靠近界面影响更为显著;扇贝形界面模型比平坦界面模型更快达到扩散平稳态;最终扇贝界面模型中Cu原子浓度比平坦界面模型中Cu原子浓度小,这使得扇贝界面模型中扩散应力影响区域整体比平坦界面模型中的小.

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MgCl₂·6H₂O/MgSO₄·7H₂O复合相变体系的储热性能研究

刘建军, 沈梁玉, 杨效田, 王彩龙

2022 (1): 20-24.

摘要 ( 293 )

PDF(2565KB) ( 281 )

水合盐相变储热材料普遍存在的过冷和相分离现象是影响其热稳定性和热储存性能的关键问题.以中低温水合盐相变储热材料MgCl₂·6H₂O(MCH)为主体材料,MgSO₄·7H₂O(MSH)为调节剂,采用熔融共混法制备MCH和MSH复合相变储热体系,研究了MSH对复合相变体系的相变焓、相变温度、过冷度及相分离现象的影响.结果表明:适量MSH的构筑的MCH/MSH体系相变储热性能较MCH显著增加,当MSH含量为5%时,体系具有最小的过冷度、对相分离抑制效果最好、储热性能最佳,其初始焓变值可达到330.91 kJ/kg, 经过往复循环后相变焓能够稳定在254.43 kJ/kg,表明所制备MCH/MSH复合体系具有良好的储热性能和循环稳定性.

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基于双掺技术混凝土配合比的预测模型及优化设计

李超, 杨强斌, 张海裕

2022 (1): 25-29.

摘要 ( 304 )

PDF(1073KB) ( 392 )

随着城市化进程的加快,高层、超高层建筑不断涌现,混凝土材料不断得到创新发展.为了提高混凝土耐久性以及强度等级,并降低生产成本,减少环境污染,节约能耗,从混凝土双掺技术出发,通过实验研究,建立了参合物对混凝土强度影响的预测数学模型。研究结果表明:粉煤灰、矿物掺量对混凝土强度有重要影响,可根据所建立的模型预测掺杂物对混凝土强度的影响,控制掺杂物添加量,保证混凝土强度要求.在不影响混凝土使用性能前提下,应最大化使用掺杂物体替代水泥,从而有效降低水泥用量.

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GFRP层合板近缘和边缘低速冲击损伤数值模拟研究

徐姚兴, 韦尧兵, 刘俭辉

2022 (1): 30-38.

摘要 ( 209 )

PDF(11573KB) ( 106 )

近缘和边缘冲击对复合材料的剩余强度有较大的影响.基于应力描述的三维Hashin失效准则,结合改进Camanho退化方案,考虑冲击接触时间对试件冲击损伤,借助ABAQUS模拟玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料(GFRP)层合板的近缘和边缘冲击损伤与演化,同时采用Cohesive单元模拟层间界面,通过改进的Vumat子程序模拟冲击过程.将模拟结果和实验结果进行对比分析,验证模型和改编子程序的正确性.结果表明:非线性折减的Vumat子程序与直接折减方案相比,整体上能够更有效地预测层合板近缘、边缘冲击损伤以及时间-接触力曲线等主要特征;近缘、边缘冲击的损伤特性与动态响应有较大差异.

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基于Bootstrap的小样本可靠性评估方法

张震, 刘俭辉, 赵成, 剡昌锋

2022 (1): 39-44.

摘要 ( 497 )

PDF(2389KB) ( 475 )

针对小样本情况下,采用极大似然估计Mle法求解分布参数会产生较大误差的问题,基于Bootstrap数据扩充的思想提出了B-mle法,减小了参数估计的误差.首先,利用Bootstrap法对小样本数据重抽样产生多组再生样本,达到扩充数据样本的目的;其次,对再生样本采用极大似然估计求解分布参数,得到多组参数的极大似然估计值,并采用核密度估计方法直接从参数估计值求解得到概率密度函数;最后,在给定置信水平下,确定参数的置信区间,得到可靠度的置信区间,并通过Monte Carlo法验证B-mle法的可行性和可信性.利用B-mle法对柱塞泵失效数据进行可靠性的评估,得到不同置信水平下Weibull分布形状参数、尺度参数以及可靠度的置信区间.

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高海拔单台大型风力机外场实验

王靛, 杨从新, 王印, 张根豪, 巫发明, 丁佰岑

2022 (1): 45-52.

摘要 ( 174 )

PDF(5914KB) ( 258 )

为了提高高海拔地区大型风力机的性能,以3.3 MW水平轴风力机为研究对象,通过外场实验的方法,利用机舱式激光雷达测量风力机的入流,同时,利用地面风廓线雷达测量风力机的尾流.首先将一天中激光雷达测得的入流风速和风向与机舱上的风速风向计数据对比,并提取一段时间内机舱雷达测得的入流风速进行分析;其次,把尾流风向与入流风向、尾流速度廓线与入流速度廓线作对比.结果表明:激光雷达测得入流风速与机舱风速风向计数据有较强的相关性,机舱雷达对风偏差总体水平较风速风向计对风偏差略小,且入流风速会随着距风轮的距离减小而不断衰减;尾流主风向分布与入流主风向一致;随着下游测点距风轮位置的增加,尾流速度亏损恢复也越来越快.

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前缘辅助小翼对风力机翼型气动性能的影响

杨瑞, 周楠楠, 温威月, 杨伟, 顾恩鑫

2022 (1): 53-58.

摘要 ( 185 )

PDF(4211KB) ( 281 )

基于SST k-ω模型,分析了前缘添加辅助小翼后,在2°~22°攻角下对主翼S809翼型的气动特性的影响.结果表明,在小攻角2°~6°下,主翼的升力减小,阻力增加,但当攻角达到8°时,前缘辅助小翼使得主翼升力增加,阻力减小,升阻比增大.通过分析主翼在10°、14°、18°和22°大攻角下的流动分离规律和增升机理,表明前缘辅助小翼的存在有效抑制和延迟了流动分离,有效抑制了分离泡,从10°和18°的涡量云图可以看出,前缘辅助小翼上产生的涡对主翼涡有明显的抑制效果.计算提取了在14°、18°攻角下翼型吸力面不同高度的x方向速度,在边界层内相同高度的x方向速度分量值大于原始翼型的,表明沿翼型表面x方向流体拥有更大的动能,有助于主翼在大攻角下提高气动性能.

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闭式斜盘轴向柱塞变量泵配流副空蚀现象分析

王建森, 何鑫龙, 杨威, 曹伟栋, 姚亦铭, 王峥嵘

2022 (1): 59-64.

摘要 ( 266 )

PDF(2668KB) ( 316 )

以具有正开口双侧减振槽结构配流盘的闭式斜盘轴向柱塞变量泵为研究对象,考虑介质可压缩性,采用均质多相传输方程、标准k-ε湍流模型和全空化模型,研究了柱塞泵配流副表面空化流场时空动态演化过程,并与缸体配流表面空蚀破坏实验结果进行了比对.结果表明,缸体间隔区处气蚀破坏位置、破坏面积与配流过渡过程配流副表面空化发生的位置、空化持续时间及空化剧烈程度等因素高度关联.配流盘正开口引起柱塞腔至吸油腔渐扩减振槽处高压差强剪切窜油空化流动是造成缸体配流面空蚀破坏的主要原因,缸体间隔区前缘和后缘表面的气蚀破坏分别与柱塞腔升压和卸压过渡过程相关.

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钎焊降温速率对板翅结构钎焊残余应力和等效热变形的影响规律

代忠华, 刘新文, 麻宏强, 王丽, 张春娥

2022 (1): 65-70.

摘要 ( 184 )

PDF(3008KB) ( 226 )

为了研究不同钎焊降温速率对板翅结构内部的钎焊残余应力和等效弹性热应变的影响规律.建立了板翅结构的三维热应力分析模型,采用热-结构耦合的方法,模拟分析了不同钎焊降温速率下,钎焊残余应力和等效弹性热应变的变化情况.研究结果表明:板翅结构内部的钎焊残余应力随着钎焊降温速率的减小而减小;不同钎焊降温速率下,板翅结构内部的钎焊残余应力之间的差值也不同,当钎焊降温速率小于某一值时,板翅结构内部的钎焊残余应力的大小将近似为定值;钎焊降温速率越小,板翅结构内部薄弱部位发生断裂的风险性就越小;钎焊降温速率对板翅结构的等效弹性热应变的影响较小.

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具有有功功率自备用能力的光伏系统虚拟同步控制研究

马明, 包广清, 吕清泉, 刘梦昕, 谭宏涛, 汪宁渤

2022 (1): 71-77.

摘要 ( 313 )

PDF(3077KB) ( 284 )

虚拟同步机技术以模拟传统同步发电机组机电暂态特性的控制方式,使光伏并网逆变器具有同步机组的惯量、阻尼、频率和电压调整等运行外特性.然而传统光伏虚拟同步技术需要依靠外加储能系统,才能实现虚拟同步动态响应,这将大幅增加光伏并网系统的建设成本.针对此问题,提出一种降功率虚拟同步控制策略,利用光伏出力的非线性特点,通过适当降低光伏电源的有功输出,使光伏系统自身具备有功功率的上调能力,从而在不外加储能单元的情况下能够自主参与电网频率响应.仿真分析结果验证了所提控制策略的有效性和正确性,可以为今后光伏并网消纳提供理论依据.

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改进遗传算法及其在矿山生产调度中的应用

王志文, 巩旭鹏, 孙洪涛, 胡绩强

2022 (1): 78-84.

摘要 ( 323 )

PDF(1073KB) ( 514 )

基于多目标生产调度的特点和不足,从采掘运输成本和矿石品位两个角度出发,考虑矿石种类、铲位出矿量及卡车调度等因素,构建了多目标矿山生产调度模型.结合遗传算法解决多目标优化问题的优势,提出了基于改进遗传算法的矿山生产调度策略以及实现过程,并将改进前后遗传算法对模型的求解进行对比.模拟实验结果表明,运用改进遗传算法对矿山资源调度进行优化具有可行性,可促进开采业更好的发展.

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基于可调节判别器的领域适应

赵小强, 蒋红梅

2022 (1): 85-90.

摘要 ( 177 )

PDF(1612KB) ( 166 )

当前基于对抗学习的领域适应(DA)对目标样本的适应性较差,导致目标域的预测精确度较低,为此提出基于可调节判别器的领域适应(A-DADA)算法.首先,利用两个判别器分类概率的距离作为权重应用到目标域对抗训练损失函数中,旨在减少已对齐目标样本对抗训练的次数同时增加未对齐目标样本的对抗训练次数;其次,将平方熵损失函数作为最小熵损失函数,提高类平衡性;最后,使用Office-31数据集将该算法与JAN等算法进行对比实验,实验结果表明,与JAN算法相比,该算法的平均精度值提高了2.5%.

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基于双边滤波-BM3D算法的GPR图像去噪

王惠琴, 吕佳芸, 张伟

2022 (1): 91-97.

摘要 ( 351 )

PDF(4081KB) ( 363 )

为了增强地质雷达(GPR)图像,将双边滤波和三维块匹配算法(BM3D)相融合,提出了一种联合去噪算法.同时,研究了不同方差下的峰值信噪比,并采用最大化真实图像和估计图像之间的结构相似性对去噪后的图像进行了客观评价.实验结果表明,与单一的去噪算法相比,联合去噪算法能够更好地保持地质雷达图像中缺陷目标体边缘的完整性,具有较好的去噪效果.

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基于多分类器融合的高光谱图像分类研究

王燕, 李国臣, 孙晓丽

2022 (1): 98-106.

摘要 ( 362 )

PDF(4459KB) ( 376 )

针对由于高光谱图像存在数据量大、数据相关性强、图谱合一等特点导致高光谱图像分类难度较大的问题,构建一种基于多分类器融合的高光谱图像分类模型.该模型首先使用双边滤波算法进行去噪处理,然后使用LDA算法与PCA算法相结合、单独PCA算法、Gabor滤波与PCA算法相结合三种方式分别对数据进行降维与特征提取,并分别使用SVM分类器、LightGBM分类器与AdaBoost分类器进行分类.最后设计一种AHP-投票法,将三个分类器的分类结果进行融合.结果表明,模型融合后效果显著提高,总体精度(OA)可达97.59%,平均精度(AA)可达98.95%以上,Kappa系数可达97.32%以上,OA、AA、Kappa系数比单个模型分类器平均提高2.30%、1.13%、2.54%.

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冻融循环条件下外掺剂对沥青混合料水稳定性的影响

李萍, 毛昱, 王盟, 丁樊, 瞿晓成

2022 (1): 107-113.

摘要 ( 251 )

PDF(4003KB) ( 428 )

为评价外掺剂对沥青混合料水稳定性的影响状况,采用水泥、消石灰、橡胶粉和高分子聚合物对AC-13和AC-16沥青混合料进行掺配,然后在冻融循环条件下通过劈裂强度评价其水稳定性能.首先通过高温稳定性、低温抗裂性及水稳性试验方法,确定了水泥和消石灰的最佳改性含量;其次通过沥青三大指标测试方法、弹性恢复试验及小梁弯曲试验分别获取了高分子和橡胶粉聚合物的最佳掺量;最后对含有最佳掺量外掺剂的两级配类型沥青混合料进行冻融条件下的劈裂试验.结果表明:水泥、消石灰、橡胶粉和高分子聚合物的最佳改性含量依次为3%、2%、20%和0.3%;四种外掺剂均能有效提高沥青混合料的劈裂强度,其中含橡胶粉的劈裂强度提高幅度最大,沥青混合料自身级配组成对其劈裂强度影响较大,同条件下AC-13的劈裂强度高于AC-16;随冻融循环次数的增大,沥青混合料的劈裂强度比均呈现下降趋势,且橡胶沥青的下降速率相对缓慢,抗劈裂效果最好.

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框架-体外预应力体系下梁挠曲线计算方法

宋彧, 柴莹

2022 (1): 114-120.

摘要 ( 190 )

PDF(1237KB) ( 283 )

以体外预应力技术对框架结构全加固后的框架梁为研究对象,分析其受力特点,建立对应的力学模型.应用力的平衡原理、点斜式求解原理和弯矩-曲率关系原理,推导索的内力表达式和索变形后的曲线表达式以及梁的荷载-挠度曲线方程,并与已有试验结果进行比较.研究表明:索内力与腹杆的轴力成非线性关系,且随索节点的垂面位置而变化;在弹性阶段,当梁挠曲线方程的边界条件无限趋近于简支梁(或嵌固梁)时,挠曲线方程的最大值与既有文献中梁跨中挠度的变化基本一致;进入塑性阶段后,挠曲线的理论值和试验值有较大的差异.弹性阶段的分析结果能够为工程实践提供理论参考.

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兰州地铁红砂岩基坑开挖监测与数值模拟分析

朱彦鹏, 李凤岐, 杨校辉, 马孝瑞, 尹利洁

2022 (1): 121-127.

摘要 ( 251 )

PDF(3624KB) ( 302 )

以兰州市东方红广场地铁车站红砂岩深基坑为研究对象,对基坑开挖过程中围护桩位移和基坑周边地表沉降进行现场监测,并对实测结果进行分析;采用MIDAS GTS数值模拟软件,分别建立深基坑开挖支护和渗流分析的三维模型,对深基坑在开挖过程中的位移进行模拟计算.结果表明:桩的水平位移随桩体嵌入深度先增大后减小,整体呈“)”形前倾,坑周地表沉降在开挖完成后基本趋于稳定;最大位移均发生在第三道钢筋混凝土横撑设置之前,且位移的变化有明显的空间效应.两项模拟开挖过程中位移变化趋势基本相同,而考虑渗流作用的数值分析的位移结果偏大;孔隙水压力失衡引发的渗流作用在基坑开挖完成后达到最大.

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曲线并行盾构隧道施工控制研究

李少华

2022 (1): 128-133.

摘要 ( 202 )

PDF(5912KB) ( 392 )

借鉴日本东京都一急曲线盾构隧道工程顺利实施的应对措施,依托珠海城际轨道交通工程,重点分析采取缩短盾构机长度的措施对曲线并行盾构隧道施工的控制效果.在ABAQUS中建立三维面面接触以模拟管片环间的相互作用,建立纵向螺栓与管片间的特定约束以模拟斜螺栓的安装,实现了可考虑楔形管片环缝接头特性的曲线并行盾构隧道掘进精细化模拟.在验证了本文精细化数值模拟方法可靠性的基础上,对施工控制效果进行了对比分析,结果表明:缩短盾构机长度可有效减小土体竖向位移、曲线隧道内侧和外侧土体水平位移,减小管片结构的弯矩最值,提高安全系数.缩短盾构机长度作为一种有效控制地层变形和确保管片结构受力安全的可靠措施,值得在工程中推广应用.

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基于小波包能量分析法的螺栓球节点连接区受力监测

徐菁, 苟康康, 刘客, 张春巍

2022 (1): 134-142.

摘要 ( 174 )

PDF(6653KB) ( 299 )

针对螺栓球节点在安装、使用过程中连接区受力变化将导致螺栓、套筒等部件破坏,进而发生节点连接失效的问题,利用压电陶瓷传感器,基于小波包能量分析法对螺栓球节点连接区受力监测进行研究.设计并制作一个包含螺栓球节点的缩尺网架模型.通过对螺栓球节点连接区的套筒施加不同的扭矩,使连接区处于不同的松紧状态,构建不同的连接区受力.将两个压电陶瓷片分别粘贴在中心螺栓球和靠近该螺栓球的杆端,作为激励器和接收器.对接收到的不同扭矩下应力波进行小波包分析,得到相应的应力波能量,通过计算危险指数RMSD,实现对螺栓球节点连接区受力的监测.试验结果验证了小波包能量分析法的有效性、抗噪性和抗干扰性,最终证明基于小波包能量法的螺栓球节点连接区受力状态监测是可行的.

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户外大型三面单立柱广告牌抗风性能气动优化

杨文伟, 罗进财, 杜亚男

2022 (1): 143-149.

摘要 ( 260 )

PDF(5585KB) ( 248 )

户外大型单立柱广告牌属于风灾易损性结构,为优化其在最不利风向角下风压分布和风阵响应,基于空气动力学原理,利用Fluent分析软件对广告牌结构的风荷载特性进行数值模拟,并与风洞试验结果进行对比,验证了数值模拟的可靠性.在此基础上,基于不同矢跨比设计6种单立柱三面广告牌形状优化方案进行对比分析.结果表明:各面板负风压最大值均出现在侧面及面板边缘处,其绝对值大小为最大正风压值的2倍;对比形状优化后的模型,发现外凸形相对于内凹形而言有明显的减风压优势;当结构为外凸形矢跨比S/L=1/9时,最大正风压和最大负风压值均在1 000 Pa左右,相比平面广告牌,结构所受的压力与吸力作用比较均衡,很大程度上减少了结构上的极值风压,为最优工况.

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一类含有两个(n－1)-圈的三色有向图本原指数

罗美金, 卢钰松, 韦玉程

2022 (1): 150-155.

摘要 ( 162 )

PDF(822KB) ( 166 )

为研究非负矩阵簇的本原指数问题,将双色有向图推广到三色有向图.利用有向图与矩阵的对应关系,研究了一类三色有向图,它的未着色图中包含n个顶点,一个n-圈和两个(n－1)-圈,给出了本原条件,指数上界,并对达到指数上界的极图进行了刻画.

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L²空间中复合算子乘积的基本性质

周泽华, 芦慧强, 周航

2022 (1): 156-160.

摘要 ( 186 )

PDF(766KB) ( 284 )

令(X,A,μ)为一个σ-有限的测度空间. 一个变换ø:X→X称为非奇异的如果μºø^－1关于μ是绝对连续的.对于一个非奇异变换ø,复合算子C_ø:D(C_ø)→L²(μ)被定义为C_øf=fºø,f∈D(C_ø).研究了L²(μ)空间上的乘积算子C_ø_n···C_ø₁的基本性质,其中n≥2是一个固定的正整数.

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Frobenius扩张下的W^⊥-Gorenstein内射性

宋维

2022 (1): 161-167.

摘要 ( 220 )

PDF(812KB) ( 263 )

对于一个广义的倾斜模W_R,定义了W^⊥_R-Gorenstein内射模和W^⊥_R-Gorenstein内射维数,证明了在环Frobenius扩张下,模的W^⊥-Gorenstein内射模性是保持的,即对于M_R、M_R是一个W^⊥_R-Gorenstein内射模当且仅当Mⓧ_RS_S是一个(Wⓧ_RS_S)^⊥_S-Gorenstein内射模,并讨论了模的W^⊥_R-Gorenstein内射维数在Frobenius扩张下的保持性.此外,作为应用,得到了一些与同调维数相关的有意义的推论.

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高温超导体中磁通粘性流动对动态应力强度因子的影响

赵玉峰, 张淼

2022 (1): 168-172.

摘要 ( 144 )

PDF(2254KB) ( 228 )

建立一个简易的高温超导材料模型,将含有中心裂纹的超导圆柱置于下降的外磁场中.采用平面应变理论等方法,计算出超导圆柱中的洛伦兹力随时间的变化关系,采用ABAQUES有限元分析的方法,求解出随时间变化的动态应力强度因子.通过改变磁通粘滞流动速度、裂纹的长度和外加最大磁场,得到动态应力强度因子在不同条件下的变化过程.结果表明:磁通粘滞流动的存在改变了超导圆柱俘获磁场的分布,显著的增大了超导圆柱动态应力强度因子的峰值,提高了动态应力强度因子上升的速率.在对高温超导体各方面的研究中,磁通粘滞流动是不应该忽略的.

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