兰州理工大学学报

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纯镁及AZ91D镁合金微弧氧化膜层耐蚀性的对比

王占营, 马颖, 安守静, 王晟

2023 (3): 1-8.

摘要 ( 367 )

PDF(6712KB) ( 280 )

基于硅酸盐电解液体系,在纯镁、AZ91D镁合金基体上制备微弧氧化膜,通过不同的表征手段对比两种基体材料下膜层的耐蚀性能.结果表明:AZ91D镁合金表面微弧氧化膜层的成膜性更好,且膜层中Mg₂SiO₄、MgF₂等物相更多,因此,点滴、电化学耐蚀性更好.纯镁微弧氧化膜在整个腐蚀过程中表现为全面腐蚀,在腐蚀后期基本丧失对基体的保护作用,而AZ91D镁合金微弧氧化膜层在浸泡后期出现了局部腐蚀,但仍然可以有效地保护基体.合金化后由于不同元素电极电位的不同,使得微弧氧化在基体表面α、β相区域出现了选择性起弧,这种交替的击穿放电现象有利于膜层致密度、成分及缺陷等微观组织结构特征参量的改善,从而使得AZ91D镁合金表面微弧氧化膜层具有更好的耐蚀性能.

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Inconel 625合金在富氧高温熔渣中的腐蚀行为

贾金凤, 王江, 陈大林, 刘俊钊, 王振铭

2023 (3): 9-14.

摘要 ( 179 )

PDF(3312KB) ( 125 )

针对镍顶吹熔炼喷枪使用寿命低的问题,以Inconel 625合金为替代材料,采用挂片试验,研究了该合金在氧气流量为15 000~42 000 Nm³/h,熔渣温度1 400 ℃下的腐蚀行为及机理.采用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、电子探针及显微硬度计等分析了试样的组织形貌、元素分布及硬度.结果表明:15~20 h时Cr₂O₃等氧化膜的形成阻碍了氧化腐蚀的进行;合金的严重腐蚀区域发生在表面0~250 μm,250~1 650 μm为热影响区;富Nb贫Cr区优先被腐蚀,随着由Cr₂O₃、Fe₂O₃、Cr₂S₃、Nb_0.1Ni_0.9、[Mg、Fe]₂SiO₄等构成的复杂氧化膜体系的不断形成与分解,合金中各主要元素不断腐蚀脱落,且氧化膜中的Mg、S元素来源于熔渣;腐蚀后的合金表面硬度明显降低.

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铝合金表面Ni基复合涂层制备机理及摩擦性能

闫成旗, 贾竹英, 李占君

2023 (3): 15-22.

摘要 ( 159 )

PDF(9724KB) ( 118 )

为提高铝合金在航空航天应用中的表面抗磨性能,采用机械球磨方法在其表面制备了Ni-Al和3种不同W含量的Ni-Al-W复合涂层.研究表明:四种复合涂层组织均匀分布,厚度约为50~100 μm.随着W含量的增加颗粒的韧性变形面逐渐减少.经过热处理后,Ni-Al复合涂层中有Al₃Ni和Al₃Ni₂金属间化合物生成,但其剩余粉末中仅有Al₃Ni₂生成,并且无细粉剩余.3种Ni-Al-W复合涂层和粗粉中有AlNi和Al₃Ni₂生成,细粉中Al₃Ni₂金属间化合物随W含量的增加逐渐消失.复合涂层显微硬度随W含量的增加有所增加,含W涂层摩擦系数略高于铝合金基体和Ni-Al复合涂层,处于0.6~0.75,但其磨损率远低于基体铝合金和Ni-Al复合涂层,约为0.2×10^-3~0.4×10^-3mm³/(N·m),并且随W含量的增加略有降低.铝合金表面Ni-Al-W复合涂层的制备有效提升了铝合金表面的抗磨性能.

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激光清洗铝合金表面漆层的粗糙程度变化检测与分析

朱明, 候霄飞, 石坤, 张豪, 石玗, 樊丁

2023 (3): 23-29.

摘要 ( 335 )

PDF(3229KB) ( 226 )

采用1 064 nm脉冲激光清洗2024铝合金表面氟碳漆层时,表面粗糙度的变化引起漆层对激光吸收作用的改变,易使得热量吸收过度造成基材损伤.为此,针对激光清洗过程中漆层表面粗糙形貌的检测与分析,设计了脉冲激光清洗实验系统,分析了2种激光清洗模式下氟碳漆层表面粗糙形貌的产生机制,并采用激光共聚焦显微镜对表面粗糙度进行了测试与表征,研究了激光逐层去除氟碳漆层时表面粗糙度的演化行为.结果表明:1) 在激光清洗过程中,激光烧蚀和振动作用后漆层均会产生粗糙表面;2) 激光逐层清洗过程中,表面粗糙度随着激光作用次数的增加呈非线性增大,当激光作用14次后漆层表面粗糙度已经达到35.88 μm,相比于激光第1次作用后增加了370%;3)激光逐层除漆过程中粗糙表面对激光吸收率具有增加作用,在激光7次作用后漆层粗糙表面对激光的吸收率增加了32.8%.

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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

2023 (3): 30-35.

摘要 ( 551 )

PDF(2624KB) ( 780 )

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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旋涡泵进口含气量和叶片数对泵内流场和性能的影响分析

张人会, 段鹏, 杨伟峰

2023 (3): 36-42.

摘要 ( 166 )

PDF(5808KB) ( 316 )

为分析旋涡泵气液混输时进口含气量和叶片数对泵内流场和外特性的影响机理,通过数值计算,对不同进口含气量(5%、10%、15%)和不同叶片数(20、22、24、28)时旋涡泵内流场和外特性进行对比分析.结果表明:旋涡泵的扬程和效率随着进口含气量的增大而减小,扬程从48.98 m减小到36.19 m,效率从34.8%减小到32.4%;在各纵向截面上侧流道内压力大于叶轮流道内压力,从叶轮进口到出口沿圆周方向,各纵向截面内叶轮与壳体的最大压差逐渐增大;纵向截面上气液分离现象越来越严重,叶轮内气体体积分数逐渐增大,而侧流道内气体体积分数逐渐减小,叶轮轮毂处气相聚集越来越严重;随着叶片数的增加,旋涡泵的扬程和效率均呈先增后减的趋势;随着进口含气量的增大,旋涡泵的性能随叶片数变化的敏感度先增后减.

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T300/69层合板多角度冲击下的数值模拟研究

刘俭辉, 潘仪晨, 薛文卓, 孙建仁

2023 (3): 43-48.

摘要 ( 149 )

PDF(4556KB) ( 178 )

为研究不同冲击能量、冲击角度对T300/69层合板边缘冲击性能的影响,基于应变描述的三维Hashin失效准则,借助Abaqus有限元分析软件和改进的VUMAT子程序,对T300/69层合板不同冲击能量、冲击角度的边缘低速冲击过程进行数值模拟,建立T300/69层合板边缘低速冲击的有限元模型.结果表明:冲击能量相同时,随着冲击角度的增大层合板损伤程度和吸能情况均降低;冲击角度相同时,随着冲击能量增大层合板损伤程度和吸能情况均升高.同时,改进的VUMAT子程序能较好地预测T300/69层合板的低速冲击响应和损伤演化过程.

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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

2023 (3): 49-54.

摘要 ( 179 )

PDF(1677KB) ( 430 )

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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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

2023 (3): 55-59.

摘要 ( 325 )

PDF(2953KB) ( 771 )

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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基于Fluent的铍钯铜复合材料中子靶系统热固耦合分析

张静, 周宗团, 王森, 杨龙飞, 贠丽晨, 刘文博

2023 (3): 60-66.

摘要 ( 161 )

PDF(6487KB) ( 148 )

电子器件领域中高热流密度电子器件的散热问题已经成为制约高新技术发展的重要因素,简单结构的中子靶系统已无法满足某类电子器件的散热需求.为此,设计和开发了新型高效的微通道铍钯铜复合材料中子靶系统,利用液体冷却技术解决了铍钯铜复合材料的散热问题.运用ANSYS Fluent和Static Structural仿真软件中湍流模型和有限元分析方法,对比分析了不同结构的铍钯铜复合材料中子靶系统的流场及其热应力分布,优化设计出结构紧凑、换热性能好的微通道铍钯铜复合材料中子靶系统.

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等离子体活化水对鲜切苹果品质及抗氧化酶活性的影响

蔡梦, 田立鹏, 李春爱, 万强贵, 王婷, 蒲陆梅

2023 (3): 67-74.

摘要 ( 196 )

PDF(4411KB) ( 416 )

为了揭示等离子体活化水(PAW)对鲜切苹果的保鲜作用与机理,将0.2 mg/mL Na₂SO₄无菌溶液分别在500、550、600 V直流电压下用辉光放电等离子体处理30 min得到PAW.使用比色法测定PAW中活性粒子H₂O₂和·OH的浓度.通过测定鲜切苹果用PAW浸泡后在贮藏期间的品质指标及代谢参数,研究了PAW对鲜切苹果的保鲜作用及机制.结果表明,在500~600 V,PAW中H₂O₂和·OH浓度随放电电压的升高而增大;PAW处理可使鲜切苹果在贮藏期间硬度、色度、酸度等品质指标保持稳定;果肉中丙二醛(MDA)含量低于对照组,脂氧合酶(LOX)和多酚氧化酶(PPO)的活性显著下降,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性均显著提高(P<0.05).因此PAW对鲜切苹果具有优良的保鲜性能.

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混合永磁记忆电机全速域分段调速方法

李彦红, 包广清, 谢平, 孟庆成

2023 (3): 75-82.

摘要 ( 176 )

PDF(3194KB) ( 276 )

针对钻机顶驱永磁电动机电能消耗大、退磁风险高、高效率调速范围窄等问题,提出以混合永磁记忆电机(HPM-MM)为核心的新型直驱式变频顶驱系统.根据HPM-MM不同磁化状态下永磁磁链与转速的对应关系,结合永磁体在线写极与超前角弱磁协调控制,使HPM-MM在具备永磁同步电机的优良特性外,还可以实现大范围平滑调速控制.通过计算转折速度划分运行区域,将运行区域分为恒转矩低速区和恒功率高速区.低速区使电机处于正向饱和充磁状态获得最大输出转矩.高速区包括弱磁Ⅰ区和弱磁Ⅱ区,弱磁Ⅰ区通过电机低矫顽力磁钢分段调磁实现高效调速;弱磁Ⅱ区采用超前角弱磁控制,通过重新分配定子电流进一步拓宽电机调速范围.该方法有效结合了HPM-MM本体的在线调磁与驱动协调控制能力,仿真分析验证了理论结果的有效性与可行性.

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剩余型直觉模糊推理的模糊取式反向三Ⅰ算法的性质研究

许小芾

2023 (3): 83-87.

摘要 ( 96 )

PDF(625KB) ( 71 )

借助直觉模糊推理的反向三Ⅰ算法,针对直觉模糊推理取式(IFMP)的问题,提出了直觉模糊推理取式反向三Ⅰ算法的连续性与鲁棒性.选用直觉模糊距离,验证了在直觉模糊距离下,模糊推理的反向三Ⅰ算法的IFMP问题具有较好的连续性、逼近性及鲁棒性.

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深度可分卷积结合多通道注意力的垃圾图像快速分类模型

王星, 晏榕璟

2023 (3): 88-93.

摘要 ( 194 )

PDF(3244KB) ( 245 )

针对传统垃圾图像分类模型结构复杂和实时性不强的问题,提出了一种深度可分卷积结合多通道注意力机制的垃圾图像快速分类模型.该模型首先利用深度卷积和逐点卷积的拼接模型构造深度可分卷积,通过减少卷积运算参数量降低模型训练时间开销;然后,引入多通道注意力机制,使模型对于强分类能力的特征具有更高的关注度;最后,在TrashNet、Garbage-classify和GINI等开源垃圾图像分类数据集上进行测试.实验结果表明,该模型相比当前主流垃圾图像分类模型,在保持识别精度较高的基础上,具有更小的时间开销和更广的检测范围.

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差分隐私中噪声添加与精度分析研究

王骁识, 康海燕

2023 (3): 94-103.

摘要 ( 292 )

PDF(2751KB) ( 674 )

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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微控制器硅后全自动验证系统的设计

何继爱, 苟斌

2023 (3): 104-108.

摘要 ( 126 )

PDF(1697KB) ( 265 )

硅后验证是寻找硅前阶段逃逸错误的关键环节,随着微控制器复杂性的提高,面对大量的测试用例和参数,使该过程变得低效且耗时.针对该问题,提出一个基于上下位机协同实现的微控制器硅后全自动验证系统.系统下位机为待测硬件平台,上位机在Unittest基础上设计了TLV(type-length-value)报文协议,用Pyvisa和Saleae库实现了示波器和逻辑分析仪的自动控制,用HTMLTestRunner库生成可视化测试报告,用Unittest实现了一键全自动化回归和控制.使用结果表明,该系统测试成本低,测试效率高,复用性强.

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多年冻土区不同深度原状土的力学试验研究

毕贵权, 熊猛, 柴明堂, 胡阳, 虞洪

2023 (3): 109-114.

摘要 ( 138 )

PDF(2709KB) ( 182 )

为探讨多年冻土原状样承受竖向外荷载时的强度和变形特性,对不同深度的原状冻土样进行单轴试验和固结试验,并分析了冻土抗压强度、弹性模量、破坏形态、融沉特性.试验表明:在单轴试验中,浅层土的应力-应变曲线为不规则的非线性曲线,深土层的应力-应变曲线为抛物线形式曲线,随着含冰量的增加以及含砂量的减少,荷载由土颗粒骨架发展为冰晶体承担,抗压强度和弹性模量随深度的增加先减小后增大.冻土的破坏分为三种:延性破坏时外部无明显裂痕,仅产生挤压变形;弱面剪切破坏引起侧向裂缝以及侧向挤压变形;轴向分裂破坏的裂痕从中间至轴向展开.在固结试验中,主固结一般发生在前100 min,深层土的固结应变及融沉系数比浅土层大,且深土层融沉系数受荷载影响较大.

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组合荷载下考虑摩擦增强效应的基桩承载性能研究

宋小春, 段新国, 黄瑞, 朱彦鹏

2023 (3): 115-120.

摘要 ( 109 )

PDF(3237KB) ( 184 )

目前规范采用的单一荷载分别作用再进行效果叠加的基桩承载能力分析方法,忽视了竖向荷载和水平荷载之间的耦合作用,不符合基桩的真实受力情况.为探讨组合荷载作用下基桩承载机制,基于弹性地基梁理论,考虑荷载影响的摩擦增强效应和位移增量,推导出摩擦力产生的抵抗弯矩表达式,并建立了基桩的位移-内力控制方程.采用Mathematica软件对既有案例进行分析,验证了理论的正确性.研究结果表明:在组合荷载作用下,当基桩处于小变形时考虑摩擦增强效应和位移增量计算得到的变形与内力具有很好的计算精度;随着桩身自由段的增长,计算得到的弯矩相对误差仍控制在10%以下.研究成果为基桩承载能力的计算提供了新的思路,丰富了组合荷载作用下基桩承载性能分析理论.

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考虑非饱和土基质吸力的改进通用条分法

丑亚玲, 刘强, 朱树顺

2023 (3): 121-126.

摘要 ( 113 )

PDF(1101KB) ( 166 )

极限平衡条分法是目前在边坡稳定性分析中应用广泛的一种方法,而其中通用条分法(GLE法)理论最完善、条件最宽松.非饱和土的抗剪强度和土压力受基质吸力的影响变化很大,因此在应用GLE法时,基质吸力的作用不可忽视. 基于此,对GLE法做了如下改进:① 土体的抗剪强度采用扩展后的Mohr-Comlonb强度准则;② 土条条间力函数采用类似于土体强度准则的一个常数关系. 通过算例分析可知,改进后的GLE法所求得的安全系数大于改进之前的,说明GLE法低估了土坡的抗滑力,进一步说明基质吸力对边坡稳定性的显著影响.

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均布荷载作用下设置抗扭体系的简支钢梁受力性能分析

过轶青, 张文福

2023 (3): 127-134.

摘要 ( 216 )

PDF(1505KB) ( 238 )

为研究在简支钢梁跨中设置抗扭体系后,承受均布荷载简支钢梁的整体稳定受力性能,利用双变量总势能驻值原理,推导跨中设置抗扭体系的简支钢梁临界均布荷载与抗扭体系抗扭刚度相关计算公式.同时构建在简支钢梁跨中考虑抗扭效应的ANSYS有限元模型,对跨中抗扭体系影响下的简支钢梁整体稳定进行有限元模态分析.理论计算与有限元模拟结果均表明,设置抗扭体系后,简支钢梁临界均布荷载值得到有效的提高.

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湿陷性黄土地区水泥改良土路床的现场试验研究

金明亮, 韦正鹏

2023 (3): 135-139.

摘要 ( 142 )

PDF(1214KB) ( 288 )

针对路面结构层经常存在的反射裂缝问题,以甘肃陇东地区某高速公路水泥改良土路床工程为背景,通过现场重型击实试验对比研究了普通压路机和大激振力压路机作用下水泥改良土路床施工效果;通过碾压工艺组合与压实度参数实测,获得了大激振力压路机作用下水泥改良土的最佳填筑厚度;通过对路床顶面路面结构层施工工期的不同安排研究了路床放置时间对反射裂缝的影响.结果表明:水泥改良土受水化反应的影响,随着延迟时间的增大,其最大干密度呈降低趋势,而最佳含水率则逐渐增大;采用大激振力压路机强振和提高压实遍数均有利于提高水泥改良土的压实度;由于施工机械的发展,压实厚度可在规范规定限值基础上适当提高;成型后的路床随着放置时间的增加,路面结构层反射裂缝明显减少.试验成果可为水泥改良土路床施工提供参考.

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饱和地基中骨架非流动黏性对体波传播特性的影响分析

任圆圆

2023 (3): 140-146.

摘要 ( 107 )

PDF(2728KB) ( 140 )

基于饱和多孔介质的研究成果,考虑天然土体中骨架的非流动黏性和孔隙流体的流动黏性的影响,研究了黏弹性饱和地基中体波的传播特性.利用Biot波动理论,引入Kelvin-Voigt线性黏弹性模型,建立了饱和土体的黏弹性动力耦合模型.通过引入位移势函数,根据Helmholtz势函数分解定理推导给出了黏弹性饱和地基中体波的特征方程.利用数值算例,结合参数分析讨论了各类体波的波速和衰减系数随土体非流动黏性松弛时间、频率和渗透系数等物理力学参数的变化规律.结果表明:土体非流动黏性松弛时间的增大将引起P₁波、P₂波和S波的波速和衰减系数的增大;频率和渗透系数的不同区间对P₁波、P₂波和S波的波速和衰减系数的影响不同.

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一类时滞自催化可逆生化反应模型的Hopf分支及其稳定性

郭飞燕, 郭改慧

2023 (3): 147-152.

摘要 ( 146 )

PDF(1610KB) ( 197 )

基于Hopf分支理论,研究一类具有时滞效应的自催化三分子可逆生化反应模型.以时滞τ为参数,建立正常数平衡点的稳定性和Hopf分支的存在性.利用中心流形定理和规范型理论,给出Hopf的分支方向和稳定性判定条件.借助数值模拟,验证理论分析结果.

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基于工作周期的最优出保随机维修策略

尚利俊, 杜永军, 张苾雯

2023 (3): 153-164.

摘要 ( 170 )

PDF(1530KB) ( 253 )

将有限数量工作周期和补偿方案同时融入到更新比例收费更换保修(RPRW)中,提出了一个保证产品可靠性性能的二维保修,即“考虑补偿的二维更新比例收费更换保修(2DRPRW with R)”. 此外,从消费者角度将2DRPRW with R 扩展到出保维修中,提出了一个维持出保可靠性的出保随机维修策略,即“随机周期更换(RPR)策略”. 构建了RPR产生的费用率模型、得出特殊费用率模型. 采用数值实验对2DRPRW with R和RPR开展了灵敏性分析. 数值结果表明,与更新比例收费更换保修相比,通过限制随机工作周期数量,2DRPRW with R的保修费用能够被控制.

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热环境下热电材料圆板的横向自由振动特性

滕兆春, 杨文秀

2023 (3): 165-172.

摘要 ( 117 )

PDF(2882KB) ( 241 )

为获得热环境作用下热电材料圆板的横向自由振动特性,基于经典板理论和热电材料固有性质,建立热环境下热电材料圆板轴对称自由振动的控制微分方程.采用微分变换法(DTM)对无量纲控制微分方程及边界条件进行变换,分别得到周边简支和固支约束条件下热电材料圆板横向自由振动的无量纲固有频率.退化后与各向同性圆板自由振动的固有频率进行对比,验证研究方法行之有效.讨论不同时刻、不同输入热流和不同外加电流密度对热电圆板瞬态温度场的影响,以及上表面温度和外加电流密度对无量纲固有频率的影响.结果表明:热电材料圆板的无量纲固有频率随上表面温度的升高而减小,随外加电流密度的减小而增大,边界约束条件越强,固有频率越大.

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