兰州理工大学学报

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贾建刚, 钮超, 张真, 伏芳杏, 潘子康

2023 (6): 1-8.

摘要 ( 169 )

PDF(5784KB) ( 176 )

为了缓解C/C复合材料脆性,利用勃姆石溶胶对单向碳纤维预制体进行处理,在纤维表面制备了Al₂O₃涂层.使用自制的热梯度化学气相沉积(TG-CVI)设备对预制体进行致密化,得到致密的C/C复合材料.通过高温热处理进一步调节界面的结合强度和基体碳的石墨化程度.利用排水法测试复合材料的密度,万能材料试验机测试其拉伸性能,采用可视化石墨烯片层技术(VGT)对试样进行处理,使用偏光显微镜(PLM)、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)分别研究复合材料的微观组织、界面和断面形貌、以及物相组成.结果表明:涂覆Al₂O₃涂层的C/C复合材料在沉积后期转变为粗糙层(RL)织构.经过高温热处理后,碳基体的石墨化程度提高,改变了C/C复合材料的断裂机制.由复合材料最初的脆性断裂向拟延性转变,延伸率提高.C_f(Al₂O₃)/C-3样品的峰值应力达到了77.3 MPa,延伸率达到了15%.

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盐雾环境下基于Weibull分布的钢筋混凝土腐蚀劣化行为

王彦鹏, 王子健, 汪丽娟, 刘吉林, 冯琼, 张云升

2023 (6): 9-15.

摘要 ( 117 )

PDF(3741KB) ( 172 )

针对西部地区大气环境下钢筋混凝土病害严重问题,模拟当地腐蚀环境,设计盐雾与烘干相结合的室内加速腐蚀试验,采用电化学参数和混凝土损伤度表征钢筋混凝土的腐蚀劣化规律;基于Weibull分布函数建立钢筋混凝土在盐雾环境下的劣化模型,并进行竞争失效分析.结果表明:在盐雾干湿循环作用下,钢筋混凝土保护层及内部钢筋的耐腐蚀性均呈现出先强化后劣化的变化趋势;Weibull 分布函数可以有效地描述钢筋混凝土在盐雾环境下的性能劣化过程;在盐雾干湿循环前期,混凝土损伤度比腐蚀电流密度更为敏感,而在后期,腐蚀电流密度为钢筋混凝土劣化的主导因素.

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花岗岩石粉细度与砂浆强度灰熵分析

张云升, 胡向楠, 薛翠真

2023 (6): 16-21.

摘要 ( 105 )

PDF(2109KB) ( 133 )

为提高机制砂石粉的利用率,在分析花岗岩机制砂石粉(以下简称石粉)掺量和细度对砂浆强度影响规律的基础上,采用灰关联熵分析法研究石粉细度对砂浆强度影响的显著性,并采用SEM分析方法研究石粉对砂浆微观性能的影响.研究表明:随着石粉掺量的增加,砂浆强度呈现先上升后下降的规律.随着石粉的粉磨时间增加,石粉比表面积增大,表现为粒径小于10 μm颗粒含量的增加和大于40 μm颗粒含量的减小.灰熵结果分析表明,石粉的颗粒参数及分布对砂浆强度均有一定的影响,其中比表面积对砂浆强度的影响最为显著,是影响石粉活性的显著因子.10~40 μm的石粉颗粒对砂浆强度的提高是最为有益的.微观分析结果表明,合适掺量及细度的石粉通过改善胶凝体系内部水化产物数量及形貌进而影响砂浆宏观力学性能.

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玉米淀粉氧化及其接枝制备黄土抑尘剂的研究

肖军, 高慧, 张志明, 宋永刚, 李康

2023 (6): 22-27.

摘要 ( 108 )

PDF(1542KB) ( 153 )

以玉米淀粉为原料,通过设计正交实验,采用催化氧化湿法研究了pH值、过氧化氢、硫酸铜、温度和时间对玉米淀粉的催化氧化效果,制备出活化的氧化淀粉,采用丙烯酸对氧化淀粉接枝改性,制备了绿色环保型黄土固化抑尘剂.结果表明:pH=9、过氧化氢用量8 mL、硫酸铜用量为淀粉干基的 0.01% 、温度65 ℃、时间2 h时,玉米淀粉的部分羟基被氧化成羧基,羧基含量达到0.371%,达到良好的氧化效果.扫描电子显微镜分析结果表明:氧化反应主要发生在淀粉表面.用氧化程度最佳的淀粉作基料,把丙烯酸单体接枝在氧化玉米淀粉上,合成了一种新的绿色环保型固尘剂.喷洒后黄土表层硬度达71.4 HA,具有良好的黄土固化抑尘效果.

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GH4151合金热变形过程中裂纹的扩展

刘建军, 魏保林, 贾智, 丁雨田

2023 (6): 28-32.

摘要 ( 145 )

PDF(2919KB) ( 171 )

GH4151合金是一种服役于800 ℃以上的新型难变形镍基高温合金.由于铸态GH4151合金化程度高,晶粒尺寸大,在热变形过程中容易出现裂纹而无法进行开坯等变形.采用Gleeble-3500热模拟试验机对GH4151合金进行不同温度和应变速率下的热变形试验.利用电子背散射衍射(EBSD)和扫描电子显微镜(SEM)对其典型裂纹区域进行表征,分析了晶粒取向、再结晶、低能晶界以及固溶相对裂纹扩展的影响.结果表明:取向为〈101〉的晶粒相比于〈001〉和〈111〉取向晶粒能有效阻碍裂纹的扩展.再结晶晶粒的形成降低了合金中的应力,从而降低了裂纹扩展速率.低能晶界比随机晶界对裂纹的扩展具有更强的阻碍作用,并且在三叉晶界处低能晶界数量越多,阻碍作用越强.具有脆性特征固溶相的形成促进了裂纹的扩展.

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考虑90°子铺层的T300/69层合板断裂韧性数值模拟和实验研究

韦尧兵, 王雪雪, 靳翌帆, 刘俭辉, 郎珊珊

2023 (6): 33-40.

摘要 ( 122 )

PDF(4131KB) ( 199 )

针对现有复合材料层合板断裂韧性计算模型忽略了90°子铺层和纤维脱粘对断裂韧性的影响,提出了修正的断裂韧性计算方法.首先,在研究正交异性纤维增强复合材料断裂韧性时,借助ABAQUS有限元软件,使用扩展有限元法模拟T300/69纤维增强复合材料层合板裂纹扩展过程,分析90°子铺层对层合板整体断裂韧性的影响.其次,考虑纤维脱粘效应结合能量释放率建立考虑90°子铺层影响的断裂韧性模型.最后,通过紧凑拉伸实验,利用位移-载荷数据研究不同铺层方式下T300/69复合材料层合板的断裂韧性,验证该模型的准确性.结果表明,该模型所得断裂韧性与实验结果误差较小,更贴近实际情况,对实际工程具有较为重要的指导意义.

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基于多种可再生能源的多联产系统优化配置研究

李金平, 牛轶男, 李紫荆, 李天澍, VOJISLAV Novakovic, 王春龙

2023 (6): 41-49.

摘要 ( 98 )

PDF(4054KB) ( 179 )

为提升基于多种可再生能源的多联产系统整体性能,合理的容量配置至关重要.针对基于太阳能、生物质能和空气能的多联产系统,以一次能源节约率最大化、费用年值节约率最大化和二氧化碳减排率最大化作为优化目标,以光伏光热一体化组件、内燃机、空气源热泵的容量为决策变量,采用改进的多目标遗传算法,利用优劣解距离法求解系统最优容量配置.同时,通过算例验证优化模型的可行性,并研究系统经济性能对成本参数的敏感性.结果表明,优化方案在能源、经济、环境各方面都表现出很好的性能,系统的一次能源节约率为29.07%,费用年值节约率为58.15%,二氧化碳减排率为54.30%,且厌氧发酵环节的成本参数对系统经济性能影响较大.

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Ⅲ组合型线变截面涡旋齿的参数分析和优化

彭斌, 陶耀辉, 刘慧鑫

2023 (6): 50-56.

摘要 ( 91 )

PDF(2832KB) ( 129 )

为研究型线参数对变截面涡旋齿几何性能的影响,以Ⅲ组合型线变截面涡旋齿的型线面积、占积比和行程容积为对象建立相应的数学模型,得到型线参数与研究对象的关系.利用NSGA-Ⅱ算法,以占积比和行程容积为优化目标进行多目标优化设计,得到了相关型线参数的Pareto最优解集,并将优化后涡旋盘与优化前涡旋盘在几何性能和力学性能方面进行对比.结果表明,通过NSGA-Ⅱ算法优化可以有效改善变截面涡旋齿的几何性能,但不利于变截面涡旋盘的力学性能改善.研究结果为Ⅲ组合型线变截面涡旋齿设计时型线参数的选取提供了参考.

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制冷剂中间排出式双温热泵性能研究

陈照, 李风雷

2023 (6): 57-63.

摘要 ( 92 )

PDF(2739KB) ( 115 )

为满足双温供热的需要,提出了新型滚动转子压缩机制冷剂中间排出的双温冷凝热泵系统,并建立了系统模型,以R1234yf为制冷剂对系统进行了计算和分析.结果表明:随着相对中间排气量的增大,压缩机功耗下降,制热性能相应上升;随着蒸发温度的升高,压缩机的吸气流量增加,压缩机功耗和制热性能均上升;随着中温冷凝温度的升高,压缩机功耗上升,制热性能下降;随着高温冷凝温度的升高,压缩机功耗和制热性能同样分别呈现上升和下降的趋势.当蒸发温度为5 ℃,中温冷凝温度为40 ℃,高温冷凝温度为65 ℃,相对中间排气量为28%时,双温冷凝热泵系统的制热性能较传统单冷凝热泵系统提升接近11%.

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折线型折流板间隙内气液流动及分离特性

马峰, 伍丹丹

2023 (6): 64-71.

摘要 ( 76 )

PDF(4712KB) ( 237 )

基于DPM与拉格朗日液膜模型,建立了折线型折流板间隙内气液流动分析模型,通过试验数据验证了模型的准确性.研究了折流板运行参数对分离性能的影响规律,结果表明,在一定程度上,随着入口流速的增大,分离效率会逐渐增大;因此在气液分离设备运行期间,适当增大折流板入口流速可提高分离效率;但压降会随之增大,提高系统能耗.液滴尺寸小于130 μm时,随着液滴尺寸的增大,分离效率会缓慢减小;液滴尺寸大于130 μm时,随着液滴尺寸的增大,分离效率会逐渐增大;因此,在此叶片结构下的入口液滴尺寸可在合理范围内尽量增大以提高分离效率;总体而言,液滴尺寸对压降影响较小.可为气液分离设备运行优化提供理论依据.

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基于改进LSTM神经网络的化工过程故障诊断

杜先君, 邱小彧

2023 (6): 72-79.

摘要 ( 201 )

PDF(2999KB) ( 139 )

针对现代化工过程中数据非线性、高维度以及动态时序等特点,传统的故障诊断模型对化工过程的故障诊断精度较低.基于此,设计了一种基于改进的长短时记忆神经网络(LSTM)故障诊断方法.首先,将采集的故障数据输入卷积神经网络(CNN),对数据进行特征提取和降维;其次,将处理过的数据输入改进的LSTM网络,进行深层特征提取;最后,把提取的深层特征信息输入到注意力机制进行特征“聚焦”,实现特征融合后输入softmax分类器实现故障分类.由田纳西-伊斯曼(TE)过程诊断实验结果表明,基于改进的LSTM网络的故障诊断方法在故障分类精度、训练速度方面都更优于递归神经网络(RNN)、门控循环神经网络(GRU)、卷积神经网络(CNN)和深度自编码网络(DAEN),在实际化工过程的应用有一定的优势.

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基于DBSCAN聚类分解和过采样的随机森林不平衡数据分类算法

赵小强, 姚青磊

2023 (6): 80-89.

摘要 ( 113 )

PDF(1827KB) ( 100 )

针对传统方法在不平衡数据分类时易导致生成假样本数量多或数据丢失等问题,提出了一种基于DBSCAN聚类分解和过采样的随机森林不平衡数据分类算法.首先,将基于密度的DBSCAN聚类分解算法应用于不平衡数据集的多数类,在没有数据丢失的情况下降低了多数类样本的优势;其次,通过Borderline-SMOTE算法对少数类进行过采样,增加了少数类样本的数量,从而得到更加平衡的数据集,有效地解决了过采样时生成过多假样本而导致过拟合的问题,同时避免了欠采样方法造成数据丢失的问题;最后,在聚类分解和过采样算法的前提下,验证了随机森林比SVM、Adaboost、Bagging、XGBoost有更好的效果.在KEEL公用数据集上与其他流行算法进行实验比较,结果显示该算法有效地提高了不平衡数据的分类性能.

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两单元五开关逆变器的倍频调制及功率平衡方法

胡文华, 丁文斌, 喻正炎, 邢瑞新, 余书琨, 熊志磊

2023 (6): 90-94.

摘要 ( 73 )

PDF(2100KB) ( 106 )

为了解决传统两单元级联H桥在正负反向层叠载波移幅脉宽(POD-PWM)调制策略下,存在输出电平数少且谐波含量高的问题,提出了一种两单元级联H桥九电平五开关逆变器新型拓扑结构和改进型POD-PWM倍频调制策略.为了消除两个单元之间功率不均衡的问题,在改进型POD-PWM倍频调制策略的基础上,采用1/2输出电压周期循环交换两个单元开关管驱动信号的方法.仿真及实验研究证明了上述理论分析的准确性和切实性.

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配电网中电压不平衡治理设备的优化配置方法

何峰, 魏光明, 尹巧荣, 倪源宏, 王杰

2023 (6): 95-99.

摘要 ( 90 )

PDF(1271KB) ( 231 )

针对配电网中高比例光伏发电系统导致的电压不平衡问题,提出了一种结合电压灵敏度矩阵法和Gamultiobj函数遗传算法的优化配置方法.首先通过含道路关联矩阵T的电压灵敏度矩阵法分析系统中的电压薄弱节点,确定治理节点集合;然后构建电压不平衡治理设备的多目标优化模型,并引入权重和惩罚因子将其改进为动态模型保证解集的准确性;最后利用小生境(Niche)技术改进Gamultiobj函数遗传算法的子种群环境适应度,求解出考虑电压不平衡度和经济成本的优化配置方案.通过对IEEE30节点系统的仿真,验证了本文方法的可行性.

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基于生成对抗网络的恶意域名训练数据生成方法

刘伟山, 马旭琦, 汪航, 吴子琰

2023 (6): 100-106.

摘要 ( 121 )

PDF(2595KB) ( 135 )

当前攻击者广泛采用域名生成算法(DGA)生成大量的随机域名来躲避检测.针对现有的DGA域名检测模型均是在已经公开的数据集上进行训练构建,无法对未知恶意域名进行有效检测的情况,利用真实域名数据训练自编码器,并将自编码器和生成对抗网络相结合,构造了一种新的DGA域名生成模型.实验表明,该模型产生的序列与Alexa域名在长度和字符分布等特征都很接近,而且能够有效降低基于长短期记忆网络的DGA域名分类器的性能.这些生成序列很好地丰富了恶意域名数据集,对其进一步利用,显著提升了现有DGA域名检测器的性能.

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纳米级偏高岭土对再生骨料混凝土抗折和劈拉强度影响的试验研究

阎杰, 罗岩, 柏永清, 邢国斌, 谢军

2023 (6): 107-113.

摘要 ( 112 )

PDF(3630KB) ( 63 )

为探究纳米偏高岭土对再生混凝土力学性能的影响,试验采用纳米偏高岭土(NMK)掺量(3%、5%、7%)及再生骨料取代率(30%、50%、100%)为变量制备纳米再生混凝土并进行劈拉、抗折强度试验.结合光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积及孔径分析仪研究破坏面和界面过渡区(ITZ)微观形貌以及孔径分布特征,揭示NMK对再生混凝土劈拉、抗折强度的影响关系.试验结果表明,NMK的掺入对不同取代率的再生混凝土劈拉、抗折强度均有改善作用.比表面积及孔径分析研究表明,NMK填充再生混凝土内部部分大孔、中孔孔隙,降低总孔体积和比表面积,细化再生混凝土的孔隙结构、提高结构密实度.在显微镜下的微观结构分析显示,随着NMK掺量的增加,水化反应产生的C—S—H凝胶在逐渐增加,内部结构中孔隙和裂缝减少,再生混凝土内部微观结构整体更加密实.

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黏性土边坡临界滑动面确定的新方法

张爱卿, 李金云, 单炜, 郭颖

2023 (6): 114-118.

摘要 ( 85 )

PDF(1119KB) ( 161 )

为了提出一种可操作性强的黏性土边坡临界滑动面确定方法,在研究简易贯入试验原理的基础上,建立简易贯入次数与边坡承载力的关系式,结合某公路边坡实例,开展简易贯入试验,绘制边坡承载力随深度的变化曲线,从曲线中搜索边坡承载力的突变点,将突变点标记在边坡横剖面图中并连线,依此确定出边坡临界滑动面.将试验所得结果与有限元法和理论方法结果进行对比,验证简易贯入法的可行性和合理性.研究结果表明:简易贯入法适用于黏性土边坡临界滑动面的确定,且可以快速准确地确定出黏性土边坡临界滑动面,为黏性土边坡稳定性分析提供了新的方法.

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基于响应曲面法的大掺量RAP厂拌热再生沥青混合料级配优化设计

翟晓成, 丁攀, 雷雨涛, 臧超杰, 张富奎, 李萍

2023 (6): 119-128.

摘要 ( 83 )

PDF(5524KB) ( 151 )

为避免对沥青混合料进行级配设计优化时采用经验法所选最优级配曲线不足,基于响应曲面法对级配类型AC-20大掺量(30%)RAP厂拌热再生沥青混合料进行级配优化设计,得到当集料19 mm筛孔通过率为97.2%、4.75 mm筛孔通过率为39.3%、0.075 mm筛孔通过率为6.0%、油石比为4.48%时,所得配合比为最优设计结果,最优条件下模型预测值为空隙率4.00%、间隙率为13.17%、饱和度为70%、稳定度为11.75 kN.试验证明:实测值与模型预测值之间相对误差较小(均不大于3%),说明建立的二阶模型拟合结果较好;响应曲面法可对沥青混合料配合比设计进行有效预测,并给出40%～70%RAP掺量的级配优化结果.

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不锈钢管再生混凝土短柱轴压力学性能研究

马海兵, 胡永胜, 张文浩, 赵晖, 沈玲华

2023 (6): 129-137.

摘要 ( 80 )

PDF(6581KB) ( 51 )

不锈钢管再生混凝土柱(RA-CFSST)可有效改善核心再生混凝土的力学性能,在桥梁墩柱与海工结构中具有广泛的应用前景.基于前期试验研究采用ABAQUS有限元软件对RA-CFSST短柱进行了轴压全过程机理分析,包括各部件应力状态发展、核心再生混凝土应力分布以及钢-混凝土之间的接触应力;其次,重点研究了再生混凝土强度、取代率、不锈钢类型与含钢率对构件极限承载力的影响;最后基于前期试验和参数分析结果,与国内外现有钢管混凝土设计规范进行了对比.研究结果表明:轴压过程中,钢管环向应力与核心混凝土纵向应力不断增大,呈明显的约束效应;构件极限承载力受材料强度和含钢率影响较大,而受再生粗骨料的影响较小.

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基于灰熵理论的沥青混合料层间抗剪切疲劳影响因素探讨

郑万鹏, 念腾飞, 王国伟, 魏智强, 刘宗成, 刘文科

2023 (6): 138-144.

摘要 ( 108 )

PDF(4329KB) ( 98 )

为探明沥青路面层间抗剪切疲劳寿命与影响因素之间的关联程度,通过自行设计组装直剪疲劳试验装置,借助UTM-100沥青路面万能试验材料机,在考虑不同复合结构类型、不同粘层油种类、不同加载频率、不同应力水平和温度作用下,开展不同复合层沥青混合料的层间抗剪切疲劳试验;基于灰熵理论模型探寻各影响因素与疲劳剪切寿命之间的关联程度.结果表明:SBS改性沥青粘结材料的抗剪切疲劳性能明显优于改性乳化沥青粘结材料,改性乳化沥青粘结材料又优于基质沥青粘结材料;应力水平从0.3提高到0.4时,沥青混合料的层间剪切疲劳破坏寿命均大约减少60%~65%;温度从20 ℃升到30 ℃时,沥青混合料层间剪切疲劳破坏寿命均大约减少45%~65%;沥青混合料层间抗剪切疲劳性能与其影响因素的关系程度为:加载频率＞应力水平＞温度＞粘层油种类.

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一类多参数不确定非线性级联系统的自适应稳定控制

何秋锦, 张健

2023 (6): 145-153.

摘要 ( 108 )

PDF(1950KB) ( 131 )

针对一类多参数不确定非线性级联系统,在系统具有由未知向量刻画的多参数化不确定性、执行器故障和全状态受限约束条件下,研究其自适应状态反馈稳定控制问题.通过构造合适的障碍Lyapunov函数,结合Backstepping迭代设计方法和基于投影算子的自适应设计技巧,成功地给出系统的自适应状态反馈控制设计策略,并证明所设计控制器可保证闭环系统所有状态有界,原系统状态满足指定的约束条件且渐近收敛到原点.构建两个仿真算例验证理论结果的正确性和有效性.

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四元数矩阵方程最小二乘Toeplitz解的半张量积方法

闫立梅, 赵琳琳, 丁文旭, 李莹, 范洪彪

2023 (6): 154-159.

摘要 ( 108 )

PDF(651KB) ( 108 )

研究了四元数矩阵方程$\sum_{i=1}^{k} \boldsymbol{A}_{i} \boldsymbol{X}_{i} \boldsymbol{B}_{i}=\boldsymbol{C}$的最小二乘Toeplitz解和Hermitian Toeplitz解的问题.联合使用四元数矩阵的实向量表示方法和矩阵的半张量积方法,将所研究的问题转化为实矩阵方程.根据Toeplitz矩阵以及Hermitian Toeplitz矩阵的结构特征,提取了矩阵中的有效元素,构造了新的解向量,降低了所研究问题的复杂度.得到了方程存在Toeplitz解和Hermitian Toeplitz解的条件,并给出Toeplitz解和Hermitian Toeplitz解的一般形式.通过数值算例说明了方法的精度和算法的可行性.

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边界条件含特征参数的三阶微分算子的自伴性和特征值的依赖性

林秋红, 钱志祥

2023 (6): 160-168.

摘要 ( 88 )

PDF(534KB) ( 102 )

研究一类边界条件含有特征参数且具有转移条件的三阶微分算子的自伴性和特征值的依赖性.通过在新的Hilbert空间定义线性算子T,将问题转化为对相关线性算子T的研究.利用算子理论,证明了该算子的自伴性,在此基础上,讨论了特征值的连续性,特别研究了特征值关于相关参数的可微性,并得到相应的微分表达式.

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广义Rickart模

王永铎, 任玉芳

2023 (6): 169-172.

摘要 ( 102 )

PDF(438KB) ( 106 )

引入了广义Rickart模的概念, 讨论了广义Rickart模与Rickart模及GSIP模的关系. 给出了半单阿廷环及V-环新的刻画.

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