兰州理工大学学报

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21Cr超纯铁素体不锈钢TiN析出的热动力学研究

盛捷, 魏佳富, 孟亚惠, 李玉峰, 马国财, 喇培清

2023 (5): 1-9.

摘要 ( 315 )

PDF(2905KB) ( 520 )

非金属夹杂的数量和尺寸控制对钢铁的加工性能与使役行为有着重要影响.基本凝固理论对21Cr超纯铁素体不锈钢中TiN的析出条件进行数值求解,从理论上研究了TiN的热力学、动力学形成条件与析出规律.结果表明:试验钢钢液中无TiN析出,凝固过程中固液界面前沿发生溶质偏析富集,促使TiN在固相率f_s为0.15时开始析出.析出的TiN尺寸受钢液中Ti、N元素初始含量与凝固冷却速率的影响,降低Ti、N初始含量,提升凝固冷却速率均可减小TiN半径,Ti,N元素含量对TiN尺寸影响更加敏感,可通过降低钢液中N元素初始含量延迟凝固过程中TiN夹杂物的析出.实际生产中可调控钢液中Ti的添加量,使得TiN的数量与尺寸分布更加合理.

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磷化铁掺杂硫化聚丙烯腈储锂动力学行为

刘文武, 徐志强, 雷怡潇, 郑雅文, 达世纪, 吴有智

2023 (5): 10-19.

摘要 ( 192 )

PDF(8282KB) ( 206 )

通过高温磷化法合成磷化铁掺杂硫化聚丙烯腈(FeP@SPAN).在FeP@SPAN材料中构建的P—S化学配位,在放电过程中增强亲核试剂S^2－的HOMO能级与亲电试剂Li⁺的LUMO能级匹配度,降低了还原产物Li₂S的成键轨道σ能级,加快了正极储锂反应动力学行为.探讨了FeP@SPAN正极材料的物相结构、电化学性能和在电池运行过程中对氧化还原动力学的影响.结果表明:FeP通过P—S键与SPAN连接,并且FeP的引入对SPAN形貌的影响可以忽略不计.FeP@SPAN作为电池的正极,有效提高了电池的导电性,降低了正极的阻抗,缓解了多硫化物的溶解,提高了氧化还原动力学.较初始的SPAN正极,FeP@SPAN正极电池在0.2 A/g的电流密度下初始容量可达到1 285.8 mAh/g.在1 A/g电流密度下经过500次循环后,仍能够保持615.2 mAh/g的容量,平均每圈容量衰减为0.079%.

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聚苯乙烯基磁性纳米塑料磁共振成像效果分析

张龙, 刘浩男, 高博, 辛琦, 唐洁, 艾纯金

2023 (5): 20-27.

摘要 ( 142 )

PDF(5501KB) ( 115 )

为了用于高效的细胞磁共振成像(MRI),开发了基于聚苯乙烯/Fe₃O₄纳米粒子的T2加权造影剂.采用双细乳液聚合法和分散聚合法分别制备出两种不同尺寸的纳米塑料模型,并对其进行细胞磁共振成像.结果表明:随着纳米塑料模型暴露浓度的增加,标记的小鼠巨噬细胞伪彩图像显示出显著的负对比度增强,灰度图像暗度加强,MRI信号强度也随着浓度的增加逐渐降低.ICP分析结果证实了小鼠巨噬细胞摄取纳米塑料模型的量随着样品浓度的增加而增加,聚苯乙烯基磁性纳米塑料模型可以为纳米塑料的细胞MRI成像提供一个全新的视角.

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1-乙烯基-3-乙醛缩乙二醇咪唑离子液体聚合物膜的制备与性能

张梅菊, 张定军, 李文杰, 宋伟, 冷啸, 张晶

2023 (5): 28-33.

摘要 ( 148 )

PDF(1307KB) ( 98 )

以N-乙烯基咪唑和溴乙醛缩乙二醇为原料,通过一步法合成溴化1-乙烯基-3-乙醛缩乙二醇咪唑离子液体.并以其为单体采用均聚和共聚的方法对其进行改性,制备了多种离子液体聚合物膜.通过红外光谱表征了离子液体的单体结构;并对离子液体聚合物膜的耐水性,附着力及硬度进行测试分析.结果表明:离子液体聚合物膜的性质与改性剂及其用量相关,当离子液体与改性剂的质量比m_离∶m_改=3∶10时,对应涂膜的附着力最强;当离子液体与改性剂的质量比m_离∶m_改=5∶2时,耐水性最好.并且此产物可涂抹在OPP、PE塑料及玻璃板表面,增强它们的耐水性、附着力及硬度.

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基于1D-LeNet-5模型的滚动轴承故障诊断方法

郭俊锋, 孙磊, 王淼生, 续德锋

2023 (5): 34-41.

摘要 ( 171 )

PDF(5120KB) ( 252 )

风力发电过程中,轴承能否正常运行关系到风电机组能否正常工作.针对现有基于深度学习的轴承故障诊断模型结构复杂、参数众多和训练困难的问题,提出了基于LeNet-5模型改进的一维卷积神经网络滚动轴承故障诊断方法.首先,为了更大程度提取故障信息,引入短时傅里叶变换对原始振动信号进行预处理.其次,设计一维网络模型,其感受野更大,计算速度更快;同时,引入Leaky-ReLU激活函数,其对输入信号的细节处理能力更强;并且增加批归一化层和Dropout层,提高模型泛化能力.最后,利用训练后的模型进行故障诊断实验.结果表明,该方法在10类轴承故障分类中诊断准确率能够达到99.98%,针对风电机组轴承故障诊断具有较好的工程应用前景.

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基于改进迁移矩阵法的滚珠丝杠横扭耦合振动研究

吴沁, 罗殿立, 杨冉冉

2023 (5): 42-49.

摘要 ( 128 )

PDF(2839KB) ( 202 )

传统2~4阶迁移矩阵法只能用于研究梁类系统的单自由度振动问题,若将其直接应用于研究含有耦合振动的梁类系统时,系统固有频率计算结果将会出现很大误差.对此,以机床滚珠丝杠进给系统为研究对象,对其进行简化并将滚珠丝杠视为柔性梁,在考虑梁转动惯量和横向剪切变形的基础上,采用Timoshenko梁理论将传统2~4阶迁移矩阵法改进到6阶,建立系统的力学和理论模型,获得包含横向振动和扭转振动的系统状态迁移矩阵方程.通过对比系统前两阶固有频率的仿真结果与实验结果,验证了改进迁移矩阵法的合理性和精确性.另外,通过数值仿真研究负载对系统前两阶固有频率和滚珠丝杠横扭耦合振型的影响,探究滚珠丝杠的横扭耦合振动特性.

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基于Seq2Seq深度学习模型的焦炉煤气发生量预测方法研究

王文婷, 刘姝君, 张耀聪, 杜小泽, 许潼

2023 (5): 50-58.

摘要 ( 157 )

PDF(4819KB) ( 232 )

为实现钢铁生产过程中副产煤气的精准预测,构建了基于序列到序列的深度学习模型.通过编码器计算输入序列的隐状态得到隐状态矩阵,并通过解码器对其进行解码得到预测结果.根据灰色关联度分析关联度较高的输入参数,针对钢铁生产中煤气产量不稳定波动的特点,利用箱线图和hampel滤波对原始数据的极端异常点和突变点进行处理,对输入模型分别进行单步和多步预测.结果表明:单步预测时基于Seq2Seq结构的模型较单一模型预测性能有所提高,其中LSTM2GRU模型对峰谷值拟合表现最优;多步预测时LSTM2GRU模型可有效降低模型性能下降趋势,通过在2个数据集与LSTM2LSTM模型和GRU2GRU模型对比发现,LSTM2GRU模型均方根误差分别下降了5.3%、5.6%和9%、7.7%,平均绝对误差分别下降了7.3%、7%和9.7%、7.8%.因此,LSTM2GRU模型相比其他模型更适合长尺度时间序列的预测,在模型中引入GRU结构提高了预测精度,缩短了预测耗时.

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基于主动转向和空气动力学协调控制的车辆稳定性研究

高伟, 余伟, 邓召文, 易强

2023 (5): 59-66.

摘要 ( 154 )

PDF(3914KB) ( 326 )

针对极限工况下轮胎易饱和导致车辆失稳问题,提出基于滑模控制的主动空气动力学控制和主动后轮转向集成控制策略,提高低附着路面上车辆的稳定性.该控制策略由上层控制器和底层控制器组成:上层控制器基于车辆二自由度模型确定期望动力学响应,并建立协调控制策略;下层控制器分别建立基于前馈-LQR反馈的主动后轮转向和基于滑模控制的主动空气动力学控制策略,并集成实现车辆稳定性协调控制.通过搭建Carsim/Simulink联合仿真环境,选取双移线工况和漂移工况对协调控制策略的有效性进行验证.结果表明,所设计的协调控制系统能够降低轮胎的利用率,并显著提高车辆的稳定性.

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基于近似模型的柱面气膜密封槽型优化设计

张伟政, 冯帆, 任娅南, 孙月月

2023 (5): 67-76.

摘要 ( 116 )

PDF(5441KB) ( 227 )

针对旋转轴套侧开设反向人字槽型的新型柱面气膜密封,建立柱面气膜密封数学模型并利用有限差分法数值求解反向人字槽气膜压力分布,并通过Isight平台集成MATLAB软件,采用最优拉丁超立方试验设计及其后处理模块提取出影响密封性能参数的关键槽型结构参数,同时建立近似模型代替耗时的数值计算,通过集成NSGA-Ⅱ多目标优化算法对槽型结构参数进行多目标优化,为轴套侧开槽柱面气膜密封槽型多目标优化设计提供理论参考.

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数值界不确定直流微电网的鲁棒H_∞控制

王晓兰, 陈爽

2023 (5): 77-85.

摘要 ( 124 )

PDF(1835KB) ( 136 )

针对直流微电网中参数不确定问题,提出了基于LMI的鲁棒H_∞控制方法,以保证系统直流母线电压稳定.首先,建立直流微电网的范数有界不确定小信号模型.其次,根据Lyapunov稳定性原理,推导了基于LMI的控制器存在的充分条件,把鲁棒H_∞控制器的设计转化为具有线性矩阵不等式的优化问题,进而求出状态反馈控制律,使得每个子系统和关联大系统都可镇定,且鲁棒H_∞控制器存在可行解.最后,通过Matlab进行数值仿真,分析了微电网结构变化、连接线路参数和负载参数变化情况下直流母线电压的特性,验证了该控制方法的可行性.

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利用指数损失因子提高长短期记忆网络轨迹预测精度的方法

张彤, 王志文, 卢延荣, 孙洪涛

2023 (5): 86-92.

摘要 ( 194 )

PDF(669KB) ( 253 )

长短期记忆(LSTM)网络在车辆轨迹预测任务中取得了一定的成效.然而,LSTM网络预测时会引入累积误差,导致轨迹预测的精度随预测时间逐渐降低.如何减小LSTM网络在轨迹预测过程中的累积误差是一个关键性问题.为解决此问题,使用随预测时间增长的指数函数对平滑的L1损失函数进行加权来降低累积误差,使模型能更加准确地预测出车辆的未来轨迹.为验证此方法的有效性,以长短期记忆网络编码器解码器模型为基础,在美国交通部下一代仿真计划(NGSIM)采集的US-101和I-80数据集上进行验证.结果表明,与近年来的深度学习方法相比,本文提出的轨迹预测方法0.2 s时刻平均误差从0.332 0 m降低到0.103 2 m,且5 s时刻平均误差由原来的7.716 8 m降为6.624 3 m,总体上比原来降低了14.16%,有效减小了累积误差.

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基于改进的哈里斯鹰优化算法的特征选择

赵小强, 强睿儒

2023 (5): 93-101.

摘要 ( 182 )

PDF(1384KB) ( 357 )

特征选择是一项旨在通过移除不相关、冗余的数据来减少特征数量,同时可以保持较高的分类精度的机器学习任务.针对哈里斯鹰优化算法(HHO)不能在离散的特征空间进行特征选择,以及算法后期种群多样性减少、易陷入局部最优等问题,提出了基于改进的哈里斯鹰的特征选择算法.首先使用混沌映射初始种群多样化,以确保在种群质量较优的前提下能够均匀分布于搜索空间;其次,通过引入高斯变异算子对兔子的位置进行重新更新,以避免算法陷入局部最优;最后设计二次优化算法的二进制版本并将其应用于基于KNN分类器的包裹式特征选择问题中.通过在18个经典的UCI数据集进行特征选择仿真实验,结果显示该算法在适应度值、平均分类准确度以及平均特征选择数量上比其他主流算法都能获得更好的结果,从而表明该算法能够进行有效的提取特征子集和得到更准确的数据分类,并能够实现更高的寻优精度.

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保守系统的类混沌吸引子共存分析及图像加密

颜闽秀, 张萍

2023 (5): 102-111.

摘要 ( 155 )

PDF(9472KB) ( 254 )

构造新的保守混沌系统在工程应用中具有十分重要的意义.在哈密顿广义系统理论的基础上,提出一个既是能量上又是体积上保守的混沌系统,通过分析发现该系统具有隐藏类混沌吸引子,并且混沌特性较强,具有大范围混沌状态.此外,该系统在哈密顿能量函数中存在正弦函数、余弦函数或正切函数时,分别能够产生无穷多共存类混沌吸引子.由于系统表现出良好的混沌动力学特性,适用于通信保密、图像加密等工程应用领域.最后将该系统应用于图像加密中,通过定性分析和定量分析验证了基于该系统的加密算法具有良好的保密性能.

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BRB加固对高层砼框-剪结构减震影响

宋彧, 寇恒, 陈前瑞

2023 (5): 112-119.

摘要 ( 139 )

PDF(4702KB) ( 151 )

根据防屈曲耗能支撑的工作原理与力学性能,进行既有高层框-剪结构布置防屈曲耗能支撑研究.以BRB承担层剪力占比为设计依据,使用SAP2000结构非线性有限元软件研究了单斜式和倒V式两种不同布置形式下,各3种竖向不同楼层布置方案结构动力时程响应、BRB耗能占比、剪力墙应力分布等特点.分析表明:在结构下部布置防屈曲耗能支撑具有减震作用;罕遇地震作用下,结构下部布置防屈曲耗能支撑不仅能够承担较大耗能,也对结构峰值响应下的剪力墙应力的减幅最大,该布置方案可为高层框-剪结构布置防屈曲耗能支撑的工程实践提供参考.

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单桩压浆对土体抗震性能影响

邓友生, 彭程谱, 李令涛, 刘俊聪, 姚志刚

2023 (5): 120-126.

摘要 ( 106 )

PDF(6528KB) ( 156 )

土体液化现象在地震中普遍存在.将压浆技术应用于土体液化治理,建立单桩数值计算模型,研究单桩在不同峰值加速度的El Centro地震波与桩顶均布荷载共同作用下的动力响应,并分析单桩压浆对土体抗震性能的影响.研究结果表明:在0.3g El Centro地震波作用下,黄土和砂土层绝大部分区域发生液化;压浆加固后,桩基承载力提高15.4%;在0.3g El Centro地震波作用下,基础发生转动,土层压浆后,转动中心上移,使黄土层顶部土体的动位移最大值减小35.3%,砂土层顶部土体增大4倍;在地震作用前0.2 s,黄土层和砂土出现加速度峰值,而在地震作用后期加速度波动相对较小,基础顶面存在一定的放大效应,在土体被压浆加固后,这种放大效应得到有效抑制.研究结果可为土体进行压浆抗液化处理提供参考.

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黄河上游沙漠小流域粗沙岸坡重力侵蚀滑塌过程及型态的数值模拟

王之君, 张科, 李余杰, 郑健

2023 (5): 127-133.

摘要 ( 105 )

PDF(3989KB) ( 88 )

采用黄河上游“十大孔兑”典型沙漠小流域 “苏达尔沟”的数字高程数据,以黄土岸坡的滑塌过程和型态作为参照组,基于强度折减理论,通过数值模拟和野外实测资料对比验证,概化模拟降雨均匀入渗条件下沙漠粗沙岸坡的滑塌过程及型态.结果表明:受土体颗粒之间黏聚力的影响,粗沙岸坡主要表现为分层、片状滑塌,而黄土岸坡多表现为块状或团状滑塌;较之黄土岸坡的弧型滑动,粗沙岸坡为折线型滑动,滑塌型态直立,模拟与实测结果定性吻合.

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预制装配式螺栓连接RC梁柱节点的滞回性能

丁克伟, 刘文杰, 陈伟

2023 (5): 134-141.

摘要 ( 135 )

PDF(3029KB) ( 153 )

为研究预制装配式螺栓连接RC梁柱节点的滞回性能,采用低周往复荷载加载方式对该节点构件的梁端进行试验,并用ABAQUS有限元分析软件建立了该节点的三维有限元模型,对该模型进行数据分析,发现与试验结果较吻合,在此基础上,对试件进行变参数分析,通过试验改变螺栓强度和在有限元模型中改变柱混凝土强度来分析试件抗震性能.结果表明:该节点经过试验和数值模拟均表现出良好的抗震性能,满足“强柱弱梁”的抗震规范要求;螺栓强度的增加能有效提升节点的承载力和耗能能力;在相同加载制度下,柱混凝土强度的改变对节点的滞回性能影响不大,预制柱与预制梁混凝土强度保持一致的情况下,构件节点的滞回曲线饱满,抗震性能良好.

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基于数值模拟的斜桩群桩水平和竖向承载特性分析

宋永刚, 王金科

2023 (5): 142-149.

摘要 ( 236 )

PDF(4797KB) ( 265 )

斜桩具有较高的水平承载力,广泛应用于跨海大桥、码头、风力发电站等承受较大水平荷载的构筑物.为研究斜桩群桩的水平承载特性和竖向承载特性,针对2×2斜桩群桩和3×3斜桩群桩,基于ABAQUS建立有限元数值模型,在利用试验验证模型正确性的基础上,分别对两种群桩斜桩模型的水平承载特性和竖向承载特性展开研究,结果表明:对于两种群桩模型,在桩身倾角处于0~21°内,桩身倾斜角越大,桩在相同竖向荷载下的沉降越小,桩在相同水平荷载下的位移越小,设置斜桩能够有效提高群桩的竖向承载能力和水平承载能力;在同一工况下,相同位置桩的桩身位移曲线相近,桩身水平位移随着桩身位置的下降而变小,由于水平荷载产生的位移和桩旋转产生的位移耦合的影响,部分桩在桩底附近发生了与加载方向相反的位移;对于2×2群桩模型和3×3群桩模型,单桩数量的增加并不会导致承载力的等比增大,水平受荷群斜桩也会发生类似于竖向受荷桩的“群桩效应”.

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Factor-square-full半模

王永铎, 鲁靖

2023 (5): 150-156.

摘要 ( 106 )

PDF(398KB) ( 147 )

作为factor-square-full模的真推广,引入了factor-square-full半模的概念.设S是半环,M是左S-半模.称M的真subtractive子半模X是d-square, 若存在正规满同态f:M→(M/X)²;称M的真subtractive子半模X是quasi-d-square,若存在M的d-square子半模Y使得X≤Y;称M是factor-square-full,若M的任意真subtractive子半模是quasi-d-square.讨论了这些子半模类及factor-square-full半模的性质.

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相对于Gorenstein内射预包络复形的同调维数

吴德军, 赵晓宇

2023 (5): 157-162.

摘要 ( 94 )

PDF(331KB) ( 216 )

设R是具有单位元的结合环, X是R-模复形.给出相对于Gorenstein内射预包络复形X的同调维数的定义和基本性质,并研究相对于Gorenstein内射预包络复形的同调维数与复形的Gorenstein内射维数的关系.

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非奇异M-矩阵的性质

钟琴

2023 (5): 163-166.

摘要 ( 243 )

PDF(546KB) ( 214 )

利用非负矩阵与非奇异M-矩阵的关系,给出非奇异M-矩阵及非奇异M-矩阵最小特征值的相关性质. 进一步结合Gerschgorin圆盘定理和Hölder不等式给出非奇异M-矩阵最小特征值的下界估计式, 数值例子验证了这种方法的有效性.

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三角矩阵环上投射余可解的Gorenstein AC-平坦模

秦军霞, 张翠萍

2023 (5): 167-172.

摘要 ( 135 )

PDF(645KB) ( 197 )

引入投射余可解的 Gorenstein AC-平坦模的概念(简记为PGACF-模), 给出这类模的等价条件. 设$\boldsymbol{T}= \left(\begin{array}{ll}A & 0 \\ U & B\end{array}\right)$是三角矩阵环,其中A,B是环,U是B,A-双模.在一定条件下,证明了如果$M=\left(\begin{array}{l}M_{1} \\ M_{2}\end{array}\right)_{\varphi^{M}}$是PGACF左T-模,那么M₁是PGACF左A-模,Cokerφ^M是PGACF左B-模,且φ^M是单同态;若PGACF-模的类对扩张封闭,则上述结论反过来也成立.

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