兰州理工大学学报

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焊剂片约束电弧焊T形接头温度场有限元模拟

冯睿, 王磊, 陆万全, 王光宇, 乔及森

2022 (5): 1-7.

摘要 ( 350 )

PDF(5833KB) ( 310 )

为了研究构成I型金属三明治板的基本焊接单元T形接头在焊剂片约束电弧焊(flux bands constrained arc,FBCA)作用下的温度场分布规律,以非线性有限元软件ABAQUS为平台,开发了适用于FBCA焊接T形接头温度场计算的有限元方法.对比了计算结果与测量结果的同时,研究了面板与芯板各自路径上的热量分布情况.结果表明:FBCA焊T形接头面板部位温度场沿焊缝中心呈对称分布,接头热量主要集中作用于面板处.采用复合热源模型计算所得特征点热循环曲线分布规律与实际红外热像仪测量结果重合度较高,计算所得焊缝截面温度分布形貌和热影响区宽度与实际接头形貌相吻合,有效验证了复合热源模型计算FBCA焊接T形接头温度场的准确性.

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PVA覆膜对Kevlar纤维表面化学镀Cu层性能的影响

贾建刚, 苏铖, 夏廷玺

2022 (5): 8-14.

摘要 ( 298 )

PDF(5297KB) ( 172 )

通过聚乙烯醇 (PVA) 覆膜处理的方法提高了Kevlar纤维表面金属镀层稳定性和完整性,从而提升了镀层的抗剥落能力.采用弯折剥离实验考察了镀层的抗剥落破坏情况、采用电阻仪和电子万能试验机测试了试样的导电性和力学性能,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)研究了试样的表面形貌和表面化学价态. 结果表明:PVA覆膜能够有效提升金属镀层的抗剥落破坏能力;随着PVA水解浓度的增加,PVA覆膜Cu/Kevlar纤维的表面电阻增加而柔韧性降低;当PVA溶液的水解质量浓度为5 g/L时,PVA覆膜Cu/Kevlar纤维的柔韧性、导电性和抗剥落能力能够维持在最佳状态;在此浓度下,PVA覆膜Cu/Kevlar纤维的表面电阻为0.41 Ω/cm,单丝拉伸强度为2.396 GPa,Weibull分布拟合度为0.988 1.

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水热法制备纳米SnO₂电极材料及其储锂性能

范影强, 陈秀娟, 王琳琳, 吴家奎

2022 (5): 15-20.

摘要 ( 309 )

PDF(3150KB) ( 448 )

以SnCl₂·2H₂O、聚乙二醇400(PEG400)和Na₃C₆H₅O₇·2H₂O为主要原料,采用简单的水热法制备了SnO₂负极材料.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)表征其组成和微观形貌,并采用恒流充放电测试、循环伏安法(CV)对样品进行电化学性能测试.结果表明:添加PEG400可以有效改善SnO₂表面形貌,减少其团聚现象并且使其电化学性能明显提高.当添加量为10 mL时,合成的SnO₂具有良好的循环及倍率性能,首次放电比容量为2 774 mAh/g,循环50次后放电比容量为600 mAh/g,电化学性能较改性前的SnO₂有了明显改善.

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MOF基多孔炭的制备及其在超级电容器中的应用

王丕涛, 武丽丽, 陈鑫国, 张建强, 雒和明

2022 (5): 21-29.

摘要 ( 272 )

PDF(5544KB) ( 154 )

金属有机框架材料(MOFs)由于其具有较高的比表面积,可调节的孔隙结构,以及结构、功能多样性,使其作为前驱体在电化学等方面具有广阔的应用前景.采用水热法合成了金属有机框架材料[Zn₃(bpdc)₃(bpy)]·2DMF·4H₂O](ZBB),并以此为前驱体,通过炭化-活化法制备了多孔炭ZBBC-T-A,研究了不同炭化温度,不同的炭碱比对多孔炭微观结构及电化学性能的影响.结果表明:多孔炭ZBBC-800-1∶3是以微、介孔为主,且最大比表面积达2 294.6 m² ·g^-1;以6 mol·L^-1 KOH为电解液,在电流密度为1 A·g^-1时,其比电容为304.8 F·g^-1;电流密度从1 A·g^-1增加到10 A·g^-1时,电容损失率为21.26%;在1 A·g^-1的电流密度下,经过5 000次循环后,电容保持率为95.85%.其能量密度为8.06 Wh·kg^-1.

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MoO₃掺杂有机半导体NPB光电性质研究

赵玉康, 苏江森, 吴有智, 张材荣

2022 (5): 30-34.

摘要 ( 258 )

PDF(1539KB) ( 319 )

在典型有机空穴传输材料胺类衍生物NPB(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl) (1,1'-biphenyl)-4,4'diamine)中引入过渡金属氧化物MoO₃制备了只有空穴传输的单载流子器件.结果表明:MoO₃的引入明显提升了NPB的导电性能,在约2.0 V的外加电压下,100 nm厚纯NPB薄膜电流密度仅为1.28 mA/cm²,而同样厚度的掺杂薄膜NPB∶MoO₃ (50 wt.%)电流密度达到了2 530 mA/cm².同样掺杂比例的NPB∶MoO₃薄膜吸收谱显示位于500 nm附近存在既不同于NPB也不同于MoO₃的额外吸收峰,表明体系中产生了电荷转移复合物NPB^＋-MoO^-₃,从而产生了额外的空穴载流子,进而提升了掺杂体系的导电性能.进一步的荧光分析表明,MoO₃的引入对NPB自身荧光具有明显的猝灭作用.NPB∶MoO₃(30 wt.%)薄膜的荧光强度比纯NPB薄膜荧光强度降低了2个数量级,NPB∶MoO₃ (50 wt.%)掺杂薄膜的荧光强度降低为零.

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液环真空泵吸排气段壳体型线耦合优化分析

张人会, 刘桂洪, 魏笑笑, 孟凡瑞

2022 (5): 35-42.

摘要 ( 177 )

PDF(6941KB) ( 79 )

采用直接自由曲面变形方法对液环真空泵吸排气段整个壳体型线进行参数化控制,运用响应面法建立壳体型线与进口真空度和效率的多参数回归模型,基于NSGA-Ⅱ算法进行液环真空泵性能的多目标优化,并对比分析优化模型与初始模型的内流场和外特性.结果表明:NSGA-Ⅱ多目标优化得到真空度最优模型的真空度提升了4.5%,效率最优模型的效率提高了1.3%;壳体型线的各个区域对液环真空泵的进口真空度和效率都有显著影响,但吸气段壳体型线对液环真空泵性能的影响明显大于排气段;在传统设计的基础上,适当增大吸气段壳体的径向尺寸有利于提升泵进口真空度,具有较小吸气区流道面积扩散比和排气区流道面积收缩率的壳体型线水力效率更高;压缩区径向尺寸较小的壳体型线有利于提升排气口压力,减少排气口回流,从而提升泵的效率.

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矿用自卸车轮边减速器传动系统动态可靠性研究

尹煜鑫, 魏永峭, 刘永平, 剡昌锋, 谢和平

2022 (5): 43-51.

摘要 ( 282 )

PDF(2151KB) ( 490 )

轮边减速器传动系统作为轮毂驱动系统的核心部件,其可靠性直接影响轮毂驱动系统乃至整车的运行可靠性和工作寿命.针对现有轮边减速器传动系统可靠性评估只考虑单一齿面失效或齿根失效的不足,提出考虑二者失效相关的动态可靠度计算方法.首先,在考虑齿轮材料强度退化的前提下分别建立齿面、齿根强度退化随机模型;然后,基于应力-强度干涉理论并采用Monte Carlo方法计算得到2种失效形式下考虑强度退化的齿轮动态可靠度曲线;其次,根据Copula理论建立同时考虑2种失效形式相关性的单一齿轮动态可靠度数学模型;最后,应用Sklar定理对零件失效过程的相关性进行描述,建立轮边减速器传动系统动态可靠度数学模型.通过算例验证结果表明:该方法能够揭示多失效形式和多因素相关条件下系统疲劳寿命与各零部件疲劳寿命之间的关系,可以为轮边减速器传动系统的可靠性评估和预测提供理论依据.

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滚珠丝杠进给系统轴向动态特性参数识别

吴沁, 谌国章

2022 (5): 52-58.

摘要 ( 228 )

PDF(1880KB) ( 245 )

针对滚珠丝杠进给系统轴向动态特性参数识别问题,提出在装配状态下辨识滚动结合部参数的新方法.首先,将左、右轴承副和丝杠螺母副简化为集中弹簧-阻尼单元,滚珠丝杠简化为弹性杆件,建立简谐激振力作用下系统的轴向刚度和阻尼参数辨识方程组.然后,根据激振力幅值、频率、各支撑点之间的距离和测量处的振幅等参数建立优化目标函数,采用粒子群遗传混合算法识别出轴向动态特性参数.研究结果表明,进给系统刚度和阻尼参数的辨识误差在2.56%以内,从而验证了该方法的正确性和有效性.

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基于小波包能量熵和GWO-SVM的滚动轴承故障诊断

谢小正, 王晋, 赵荣珍, 李俊, 吕伟前

2022 (5): 59-64.

摘要 ( 239 )

PDF(1814KB) ( 176 )

针对滚动轴承不同故障类型和不同损伤程度识别准确率较低的问题,提出了将小波包能量熵、灰狼优化算法和支持向量机相结合的故障诊断方法.首先,将滚动轴承振动信号进行3层小波包分解,对第3层各频段小波包分解系数进行重构,提取各频段成分的能量熵构成故障特征向量;其次,利用灰狼优化算法实现支持向量机参数优化;最后,基于优化后的支持向量机分类模型完成对测试集滚动轴承不同故障类型和不同损伤程度特征向量的识别诊断.实验结果表明,相比实验和文献中其他方法,该方法对滚动轴承不同故障类型和不同损伤程度具有更加突出的故障辨识能力.

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极限载荷下风力发电机轮毂损伤分析

郑玉巧, 靳红红, 赵锋, 卢秉喜, 李浩, 何正文

2022 (5): 65-69.

摘要 ( 315 )

PDF(1482KB) ( 355 )

针对传统风力发电机轮毂服役载荷环境的不确定性和多样性,在极限载荷下进行风力发电机轮毂损伤研究和结构优化.首先,按叶片坐标系对轮毂模型施加极限载荷,得到轮毂应力云图,求解轮毂在极限工况下的强度;然后,结合S-N曲线和Miner累积损伤准则对轮毂等效应力进行平均应力修正,求解轮毂表面的损伤变化规律;最后,对轮毂结构进行结构拓扑优化,并对优化后的轮毂进行重新建模和静强度分析.结果表明:结构优化后轮毂质量减少9.2%,满足强度要求,为后续轮毂结构优化提供理论基础.

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低温条件下铝制翅片-隔板-封条钎焊结构的应力特性的数值模拟

麻宏强, 贾继伟, 厚彩琴, 王刚

2022 (5): 70-78.

摘要 ( 157 )

PDF(6710KB) ( 76 )

基于热-弹性理论,建立了铝制翅片-隔板-封条钎焊结构的热结构应力分析模型.采用热-结构耦合的方法,模拟分析了铝制翅片-隔板-封条钎焊结构的应力分布.结果表明,等效热应力、等效结构应力和等效应力均在钎焊结构的钎焊接头处产生应力集中,这主要是由于钎焊接头处母材和钎焊层材料性能的不完全匹配和钎焊接头处的结构具有不连续性造成的.等效热应力、等效结构应力和等效应力沿典型路径在钎焊接头处的分布主要受正应力的影响.在热-结构耦合作用下,等效应力主要受等效热应力的影响.因此,热边界的选取对模拟结果的影响是非常重要的.

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一种原边反馈反激式数字化LED驱动电路

刘芳, 王群杰, 白倩

2022 (5): 79-84.

摘要 ( 189 )

PDF(2495KB) ( 179 )

为了减少LED的频闪现象,设计了一款原边反馈反激式数字化恒流控制驱动电路.推导了该电路的软启动/恒流切换依据,给出了恒流控制原理,构建了数字控制器的内部结构.软启动/恒流切换模块的设置可以有效抑制浪涌电流,确保Flyback变换器平稳进入恒流状态;基于恒流控制原理设计了去磁时间采样及计数器调制模块,与控制信号生成模块协同工作,达到了自动调节开关导通信号的目的.采用ModelSim与Simulink软件联合仿真,验证了设计方案的可行性.结果表明,Flyback变换器运行在恒流状态时去磁时间与开关周期的比值恒定,输出恒流约为320 mA,电流纹波0.38%,驱动电路可以稳定可靠地工作.

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高频信号注入的PMSM无传感器低速运行优化控制

谢平, 包广清, 祁武刚, 杜赫轩

2022 (5): 85-91.

摘要 ( 472 )

PDF(2459KB) ( 490 )

在无位置传感器永磁同步电机(PMSM)的零低速运行控制中,多采用高频信号注入法跟踪位置信息,这将造成转矩波动和时滞问题.结合滑模速度控制和高频方波信号注入,提出一种无滤波器的转子位置辨识方法.通过将方波信号频率提升至逆变器开关频率,利用基波信号周期远小于高频注入信号周期的特点,在单次高频信号注入周期内,通过两次电流采样,避免了使用传统高频信号注入中的信号分离,同时去掉滤波器,有效提高系统收敛速度.仿真结果表明,与传统的高频信号注入法相比,该方法能实现PMSM无位置传感器控制下高精度的低速运行,且具有良好的稳态特性和动态性能.

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分数阶非线性系统PD^α型迭代学习控制收敛性分析

张克军, 彭国华, 杜永军

2022 (5): 92-98.

摘要 ( 183 )

PDF(1104KB) ( 122 )

针对一类单输入单输出的分数阶非线性连续系统,利用卷积的推广Young不等式,分别研究了开环、闭环以及开闭环PD^α型分数阶迭代学习控制算法在L^p范数意义下收敛的充分条件,并进行了严格的理论证明.研究发现:控制算法收敛的充分条件取决于算法的增益和系统自身属性;在控制算法选取适当增益的情况下,开闭环PD^α型控制算法拥有比开环算法更快的收敛速度.这些结论与分数阶线性系统是相同的.仿真实验进一步验证了上述理论的可行性和正确性.

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基于回译和集成学习的维汉神经机器翻译方法

冯笑, 杨雅婷, 董瑞, 艾孜麦提·艾尼瓦尔, 马博

2022 (5): 99-106.

摘要 ( 1662 )

PDF(863KB) ( 365 )

从高效利用现有资源的角度出发,针对维汉平行语料匮乏导致维汉神经机器翻译效果欠佳的问题,提出一个基于回译和集成学习的方法.首先,利用回译和大规模汉语单语语料构造出维汉伪平行语料,并利用伪平行语料进行训练得到中间模型;其次,使用自助采样法对原始平行语料进行N次重采样,得到N个近似同一分布但具有差异性的子数据集;基于N个子数据集分别对中间模型进行微调,得到N个具有差异性的子模型;最后,将这些子模型集成.在CWMT2015和CWMT2017的测试集上的实验证明,该方法比基线系统的BLEU值分别提升了2.37和1.63.

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基于SARIMA-GA-Elman组合模型的短时交通流预测方法

张玺君, 王晨辉

2022 (5): 107-113.

摘要 ( 259 )

PDF(1605KB) ( 218 )

针对单一模型无法深入挖掘交通流复杂的线性和非线性特征方面的局限性以及神经网络模型在训练时收敛速度缓慢等问题,提出了一种基于SARIMA-GA-Elman的组合预测模型.该组合模型有效地融合了季节性差分自回归滑动平均(seasonal autoregressive integrated moving average,SARIMA)模型良好的线性拟合能力和Elman递归神经网络强大的非线性映射能力;在预测过程中首先基于SARIMA滚动预测时间序列的线性分量,然后使用SARIMA模型的预测误差序列建立Elman-RNN构建非线性误差模型;此外在训练非线性误差模型的过程中使用经过二进制编码的遗传算法(genetic algorithm,GA)优化Elman-RNN,旨在提升Elman-RNN的训练效率,最后把两个模型的预测结果加权组合得到最终的预测值.实验结果表明,该组合模型在预测精度和鲁棒性方面相比单一模型都有较为明显的提升.

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内置H型钢泥石流拦挡坝抗块石冲击性能研究

王秀丽, 程荣荣, 朱中城, 梁海

2022 (5): 114-119.

摘要 ( 153 )

PDF(6267KB) ( 180 )

为了解决普通重力式泥石流拦挡坝在泥石流灾害中容易被大块石损毁的问题,充分利用H型钢塑性韧性好、抗冲击性能好的优点,提出了一种内置H型钢的新型泥石流拦挡坝(简称内置H型钢新型坝).运用有限元ABAQUS软件对其进行块石冲击作用下的数值模拟,从坝体的坝底支反力、顶部位移、加速度、能量吸收等方面与普通重力式泥石流拦挡坝进行动力响应的对比分析,结果表明:内置H型钢新型坝的支反力比普通坝可减小约1/2,新型坝的顶部位移是普通坝的9/13.混凝土与H型钢形成双重拦挡的效应,在混凝土崩裂后,H型钢仍具有较好的承载能力与变形能力.加入H型钢的新型坝改善了普通重力式泥石流拦挡坝的抗冲击性能,可有效减弱泥石流块石冲击的灾害.

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钢管混凝土组合框架抗连续倒塌鲁棒性初步分析

史艳莉, 王雪, 王景玄

2022 (5): 120-125.

摘要 ( 164 )

PDF(3090KB) ( 173 )

为研究钢管混凝土框架结构的竖向连续倒塌易损性,设计了一个8层4×4 跨钢管混凝土柱-钢梁空间框架,利用有限元软件ABAQUS,采用静力加载方法,对原结构及拆除各底层柱后的剩余结构进行模拟研究;在已有改进后的两种基于构件重要性的易损性分析方法的基础上,分别计算结构构件的重要性系数;并计算了双柱失效工况下结构的鲁棒性系数,分析了该类结构的竖向鲁棒性.结果表明:两种方法计算结果相近,构件重要性系数的变化趋势一致;外荷载的增加与结构鲁棒性呈负相关,角柱相对边柱和中柱较为重要;角柱与边柱同时失效时,结构发生倒塌的几率大大提升.实际中可采用备用荷载路径的方法对重要性系数较大的构件进行低易损性设计.

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轻钢龙骨-黄麻纤维生物基面板组合墙体抗震性能分析

吴长, 陈星宏, 刘家乐

2022 (5): 126-133.

摘要 ( 172 )

PDF(4555KB) ( 220 )

为推动生物基纤维材料在绿色装配式生态村镇住宅中的应用,将黄麻纤维生物基面板作为轻钢龙骨墙体的覆面板材料,形成装配式组合墙体.通过理化性能实验和SEM实验测定黄麻纤维生物基面板的弹性模量和静曲强度,并分析面板的微观构造组成.利用ANSYS/Structural有限元软件建立基于半刚性节点连接的组合墙体计算简化模型,分析不同面板厚度对组合墙体抗震耗能性能的影响.结果表明:黄麻纤维生物基面板的弹性模量和静曲强度要远大于传统的OSB板;增加黄麻纤维生物基面板的厚度能增强组合墙体的塑性变形能力,减小刚度退化幅度,提高刚度残余;组合墙体的抗震性能和能量耗散能力更优.

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风力发电结构有限元建模及其地震响应分析

王雪平, 丁明轩, 黄杰, 李万润, 杜永峰

2022 (5): 134-141.

摘要 ( 211 )

PDF(6706KB) ( 285 )

为研究不同精细程度的风力发电结构有限元模型在不同分析目的下的适用性,基于2MW三桨叶水平轴风力发电机,采用有限元软件ANSYS建立七种不同精细程度的风力发电结构有限元模型,以风力发电结构地震响应分析为例,得到各模型的响应结果,分别从变形、内力、应力以及应力集中四个方面分析各个模型的计算结果.研究结果表明:在计算风力发电结构的变形时,由于上部机舱及叶片对其影响较小,采用低阶单元即可得到较好的模拟结果;在计算塔底截面剪力和截面弯矩时,考虑机舱及叶片的有限元模型得到的结果较为精确,单元选择时需采用高阶实体单元;不考虑叶片、轮毂以及机舱得到的塔筒截面应力离散性较大,采用壳单元可较好地模拟塔筒截面应力;叶片、机舱等上部结构对门洞局部产生的应力集中影响较大,在计算时建议应用塔筒采用壳单元、门洞局部采用实体单元的多尺度模型进行模拟.

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降雨渗流场分布下边坡稳定性影响因素的探究与分析

王江平, 席红兵, 李柏生, 杨晓宇

2022 (5): 142-147.

摘要 ( 327 )

PDF(4662KB) ( 365 )

针对降雨入渗条件下的边坡稳定性问题,采用非饱和土理论进行了降雨入渗过程的数值计算研究,围绕降雨强度、渗透系数对边坡稳定性的影响进行了4个算例的计算与分析.利用Geo-Studio软件进行了数值模拟,主要研究结论为:(1)土体的基质吸力有利于边坡的稳定,忽略基质吸力得到的结果会严重偏小;(2)降雨强度对低渗透性模型的影响不明显,对于高渗透性模型的影响较大;(3) 坡角处以及坡顶处会出现应力集中,且土体在该位置处的强度较低.上述研究能够为实际工程中边坡的防治提供一定的技术支持.

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图的广义距离特征值

卢鹏丽, 钟雨

2022 (5): 148-152.

摘要 ( 210 )

PDF(905KB) ( 283 )

图G的广义距离矩阵定义为D_α(G)=αTr(G)+(1－α)D(G),0≤α≤1,其中D(G)和Tr(G)分别表示图G的距离矩阵和传递度对角矩阵.研究了广义距离相关谱,给出了其谱半径、第二大特征值的界,及自补图的广义距离谱.

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事件触发脉冲控制下二阶多智能体系统的领导跟随一致性

金琬丽, 于志永, 蒋海军

2022 (5): 153-160.

摘要 ( 234 )

PDF(1666KB) ( 218 )

针对二阶多智能体系统,研究事件触发脉冲控制下的领导跟随一致性问题.不同于事件触发采样控制策略, 设计的控制协议要求每个智能体只有在状态误差超过规定的上界时刻才会施加控制,即事件触发脉冲控制.通过构造合适的事件触发函数, 借助于Lyapunov稳定性理论, 代数图理论、不等式技术给出二阶多智能体系统的一致性判据, 并排除多智能体系统的Zeno行为.通过数值算例验证所提出的控制方案的有效性.

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半环同态的若干性质

邵海琴, 梁茂林, 董芳芳

2022 (5): 161-165.

摘要 ( 160 )

PDF(441KB) ( 277 )

引入了理想软子半环和两个理想软子半环软相等的概念. 利用半环上的理想软半环、完全理想软半环、平凡理想软半环和理想软子半环以及两个理想软半环的$\widetilde{\sqcap}$、$\widetilde{∪}$和$\widetilde{∧}$运算, 对半环同态进行了研究, 得到了半环同态、半环满同态和半环单同态的一些重要性质.

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Schrödinger方程在Neumann边界控制下的正则性与能观测性

白忠玉

2022 (5): 166-172.

摘要 ( 129 )

PDF(477KB) ( 117 )

研究了Schrödinger方程的正则性和能观测性.在Neumann边界控制和同位观测下,利用适定性结果,证明了系统在G.Weiss意义下是正则的,其直接传输算子为零,并建立了能观测性不等式.

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