兰州理工大学学报

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刘建军, 张朋涛, 赵志鑫, 张蛟, 李庆林, 丁雨田

2024 (1): 1-9.

摘要 ( 182 )

PDF(6577KB) ( 373 )

以Zn-0.5Sr合金为对象,研究了不同超声功率(0、300、600、900 W)对Zn-0.5Sr合金显微组织及腐蚀性能的影响.结果表明:Zn-0.5Sr合金经过超声处理后,铸态组织中SrZn₁₃相由粗大的多边形转变为细小的块状,与未处理的合金相比较,对合金进行600 W超声处理后,合金的电化学腐蚀速率由2.078±0.141 mm/a增加至5.747±0.390 mm/a.当超声功率为600 W时,Zn-0.5Sr合金15、30 d的浸泡腐蚀速度分别为0.090±0.002 1、0.074±0.001 9 mm/a,是未经超声处理的 1.88、1.95倍.

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激光硬化与渗氮复合处理H13钢组织与性能

曹驰, 骆卫东, 陈志林, 罗丽萍, 陈贤武

2024 (1): 10-18.

摘要 ( 146 )

PDF(10421KB) ( 87 )

通过激光淬火/离子渗氮复合方法对H13钢进行表面改性处理,从而提高其表面的性能.利用X射线衍射技术、光学显微观察、扫描电子显微观察、能谱分析技术、显微硬度和纳米测试系统以及高频往复磨损试验,分别研究了离子渗氮、激光淬火、以及激光淬火与离子渗氮复合处理对H13钢改性层组织结构、力学性能、摩擦磨损性能的影响过程和影响机理.结果表明:复合处理工艺可以显著改善改性层的综合性能.和单一渗氮处理相比,复合处理改性层硬度和有效硬化层深度分别从1 180 HV和80 μm提高至1 360 HV和550 μm,摩擦系数和磨损率分别从0.68和5.78×10^－8 mm³·N^－1·m^－1降低至0.59和1.35×10^－8 mm³·N^－1·m^－1.试样的硬度和耐磨性显著增加,平均摩擦系数明显降低.

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PF-LBM耦合模型下Al-Cu合金的枝晶生长和气泡形成

朱昶胜, 雷瑶, 雷鹏, 高梓豪, 赵博睿

2024 (1): 19-26.

摘要 ( 86 )

PDF(4510KB) ( 82 )

基于Shan-Chen多相流的格子玻尔兹曼方法模拟复杂多相流系统,探索气泡在液相中的生长和运动.研究了Al-4.0wt.% Cu合金在凝固过程中枝晶与气泡的相互作用,各向异性对凝固组织的影响以及枝晶与气泡共存时溶液密度的变化情况.结果表明:在定向凝固枝晶生长模型中,气泡先在枝晶底部析出,压差导致气泡上升,流动的过程中会与枝晶产生相互作用且会出现气泡合并与消失的情况,在枝晶间密集通道处大气泡会变成蠕虫形状.模拟区域的高长比会影响枝晶和气泡的生长情况,当高长比较小时更容易产生短而小的气泡,高长比较大时更容易产生蠕虫状气泡.在等轴枝晶生长模型中,气泡在枝晶间析出,随着枝晶的生长,气泡同样会发生合并与消失的情况,并且在受到挤压时发生形变.

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六水合氯化钙基相变材料对岩棉保温板储能和保温性能的影响

杨效田, 王彩龙, 刘俊艳, 高慧, 何承骏

2024 (1): 27-34.

摘要 ( 150 )

PDF(4185KB) ( 271 )

以岩棉板为载体,将自主研制的六水合氯化钙基相变储能材料均匀渗入到岩棉板,制备了六水合氯化钙基相变材料改性的岩棉/六水合氯化钙基保温墙板,研究了六水合氯化钙基相变材料对岩棉板储能隔热能力及其力学强度的影响.结果表明:相变材料加入赋予了岩棉吸热储能性能,使岩棉板保温性能得到提高.岩棉板对六水合氯化钙基相变材料的最大吸附量为30 wt.%,且该吸附量下的保温岩棉墙板显示出最大的比热容0.700 1 MJ/(m³·K).尽管该吸附量下复合板显示较大的导热系数0.089 1 W/(m·K),但其相应热扩散率却最小,为0.127 3 mm²/s.热温度测试表明该吸附量下室内最高温度降幅达到3.4 ℃,表明导热系数不是影响岩棉板保温性能的唯一因素,采用热扩散率评估其保温性能更为合理.SEM显示六水合氯化钙基相变材料黏附于岩棉纤维之间且形成了稳定的空间网格架构,有效提高了岩棉板的抗压强度.

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基于PCA-FSEM方法的风力发电机可靠性研究

郑玉巧, 郎启发, 施成龙, 刘宇航, 刘燕杰

2024 (1): 35-40.

摘要 ( 122 )

PDF(1195KB) ( 210 )

针对西北某风电场相关运行数据,对风力发电机进行可靠性研究.考虑运行数据之间相关性和冗余度,采用主成分分析(PCA)法进行降维,选取部分关键可靠性指标且根据关键指标运行数据,结合模糊理论建立可靠性评价模型,并选取部分风力发电机运行数据进行模型验证.结果表明,PCA法提取主成分累积方差贡献率为87.585%,可综合表述风力发电机的可靠性信息.单一可靠性指标评价时,虽然B02单机可利用率高达98%,但总发电量最低,虽然A04单机可利用率最低,但发电量较高,说明单一可靠性指标评价时存在误差.A05、B03单机各项指标均高,实际运行状态良好,发电量高,说明综合可靠性更高,与研究结果一致.因此,基于PCA模糊理论建立的风力发电机可靠性模糊理论评价模型(FSEM)符合实际运行状态,对定量评估机组可靠性具有指导意义.

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基于随机游走麻雀搜索算法的多特征结构尺寸熔融沉积成型工艺参数优化

郭润兰, 薛凯, 邓文强, 范雅琼, 王虎林

2024 (1): 41-47.

摘要 ( 85 )

PDF(2293KB) ( 102 )

在熔融沉积成型过程中,打印参数对成型样件精度有着重要影响.为了提高整体尺寸精度,采用随机游走的麻雀算法获得最优实验方案.首先,以熔融沉积成型的分层厚度、喷头温度、打印速度和填充率为实验变量设计4因素4水平的正交试验;然后,以样件不同特征结构尺寸的相对误差为优化对象,使用田口-灰色关联法对实验数据进行处理;最后,通过随机游走的麻雀算法计算最优参数方案.结果表明,相比常用的田口-灰色关联法,采用优化后工艺参数成型样件的综合尺寸精度提高了20%,灰色关联度提高了27%.

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基于数字孪生技术的往复式空气压缩机效率预测方法研究

余建平, 胡爽, 刘兴旺, 田有文, 仇宏伟, AKOTO Emmanuel

2024 (1): 48-52.

摘要 ( 206 )

PDF(2613KB) ( 332 )

通过建立往复式空气压缩机数字孪生体模型,实现压缩机效率预测和参数寻优的方法,具有灵活、成本低、通用性好的优势.但是在多变量条件下,传统的基于BP神经网络孪生模型训练时间长、工作量大,寻优过程易陷入局部最优解,不易实现全局最优.针对传统孪生体模型存在的问题,提出了基于CIWOA-BPNN算法的孪生体模型构建方法,通过主成分分析法确定孪生体模型关键指标,在BPNN模型基础之上引入改进的鲸鱼优化算法.研究表明,基于CIWOA-BPNN算法的孪生体模型有效避免了BPNN模型陷入局部最优解.用CIWOA-BPNN算法预测压缩机效率相对误差小于0.6%,决定系数为0.997 75,与传统模型相比大幅提升了预测精度.

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过渡流道对串联高速离心泵空化特性的影响

王晓晖, 张凯, 宋鑫, 侯常亮, 李柯剑

2024 (1): 53-59.

摘要 ( 127 )

PDF(5787KB) ( 161 )

为分析不同结构的过渡流道对串联高速离心泵空化特性的影响,以某型串联高速离心泵的第2级为研究对象,基于ANSYS Fluent中Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用RNG k-ε双方程湍流模型对同一工况下环形和螺旋形过渡流道在不同空化数下的增压值、叶片空化面积、流道内空泡体积进行了对比分析.结果表明:采用螺旋形过渡流道的次级离心泵在流量区间32 000~64 000 L/h增压值提升约8.5%,大流量工况(q_V>52 000 L/h)下效率提升3%~6%.次级叶轮发生完全空化时,相比环形过渡流道,螺旋形过渡流道次级叶轮叶片背面空化面积和流道内空泡体积均有所下降.由此可见,螺旋形过渡流道抑制了叶轮叶片空化气泡的产生,提升了次级叶轮的抗空化性能.

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混合动力电动汽车构型优化设计方法研究

赵斯力根, 王静远, 张晓明

2024 (1): 60-67.

摘要 ( 191 )

PDF(3271KB) ( 257 )

针对行星齿轮汽车结构特性与动态特性的关系,提出了混合动力汽车动力系统构型的理论设计方法.首先,将构型中所有连接分为3类,采用矩阵表示法表示这些连接,以反映系统动力学和构型的物理结构.接着,在此基础上提出了构型自动设计的矩阵表示方法,通过矩阵运算得到转速方程进而得到汽车双行星齿轮结构的各种构型.最后,通过仿真验证了该方法的有效性.结果表明,在矩阵表示方法的支持下,可以通过计算机自动完成最优构型的选择,避免了人工计算和比较,节省了大量的精力和时间.

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基于栅条式微涡絮凝的隧道废水处理技术数值模拟

张东海

2024 (1): 68-75.

摘要 ( 76 )

PDF(5370KB) ( 107 )

为探究微涡混凝技术在隧道废水处理工艺上的可行性,通过数值模拟手段对不同特征的栅条式微涡发生器所产生的混凝流场特性进行了研究,并采用最优组合形式对浊度为1 300 NTU模拟隧道废水进行了水力絮凝验证实验.结果表明:栅条的粗细主要影响流场内流体湍动能及湍耗散的在初始混凝阶段的消耗程度,边长为5 mm的方形栅条更容易维持整个流场内混凝过程中所需的动能;栅条布置间距会改变栅条对流体的阻滞作用,布置间距为11 mm时,流体能在反应中后段提供更高的湍动能及湍耗散用于絮凝反应;栅条的长度主要影响流场在轴向方向的能量演变情况,400、600、800 mm的栅条会延长流体在流场内的能量分配距离,使反应器中后段的絮体也能够有足够用于聚集的能量.采用最优组合形式的栅条对浊度为1 300 NTU模拟隧道废水进行了水力絮凝验证实验,废水最终出水浊度可稳定在50 NTU以下.

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基于边缘约束与范数比值的图像盲复原

赵小强, 王涛

2024 (1): 76-83.

摘要 ( 90 )

PDF(1595KB) ( 105 )

针对现有的研究方法对运动所引起的模糊图像进行复原时效果欠佳的问题,提出一种基于边缘约束与范数比值的图像盲复原算法.该算法首先对退化图像的边缘进行约束,得到图像的强边缘结构,提高了点扩散函数估计的准确率;然后对要估计的清晰图像构造范数比值的稀疏惩罚约束项,并将得到的强边缘信息与构造的范数比值惩罚约束项进行结合用于指引点扩散函数的复原;在对点扩散函数进行复原时,由粗到细多尺度交替迭代估计点扩散函数,使得迭代出的最大尺度更加精确;最后对图像进行非盲解卷积求解,使其复原.该算法将退化图像的边缘信息与构造的范数比值惩罚约束项进行结合指导点扩散函数的复原,可以抑制图像在复原过程中产生的大量伪迹.实验结果表明,该算法对恢复图像边缘细节具有很好的效果,可以得到优质的复原图像.

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基于无电网电压传感器的Vienna整流器滑模模型预测控制

姜雅飞, 赵刚

2024 (1): 84-89.

摘要 ( 90 )

PDF(3706KB) ( 111 )

Vienna整流器的控制系统设计与电网电压参数密不可分,然而,传统的电压传感器增加了系统的成本和复杂性.针对此问题,提出一种Vienna整流器无电网电压传感器模型预测控制策略.通过建立Vienna整流器虚拟磁通数学模型来估计电网电压,利用二阶低通滤波器消除了积分初值和直流偏置问题,进而提高观测效果.其次,结合模型预测直接功率控制(DPMPC),以功率跟踪误差最小为目标得到三桥臂的开关序列.实验结果表明,所提出的控制策略谐波含量低,电压能准确跟踪给定值,具有良好的稳态和动态性能.

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基于载波重构的CHB多电平逆变器的功率均衡方法

耿占权, 邢玥

2024 (1): 90-95.

摘要 ( 108 )

PDF(4851KB) ( 112 )

针对级联H桥(cascaded H-bridge,CHB)九电平逆变器在传统载波移幅调制下四个单元输出功率不均衡的弊端,提出了一种基于载波重构改进的功率均衡策略,该策略可以有效减少载波数量,通过二次功率均衡处理,实现了级联H桥九电平逆变器四单元间的输出功率均衡.首先通过载波重构方式实现四单元间两两功率均衡,再通过对开关管的驱动信号进行1/4周期逻辑互换后得到开关管的实际驱动信号,从而实现全调制度下全单元功率均衡.仿真和实验结果表明,该策略能够在有效减少载波数量的基础上实现四个级联H桥单元的功率均衡.

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基于LSTM的智能手机3D手写识别

张乐, 包广斌, 郭琳, 武立

2024 (1): 96-103.

摘要 ( 112 )

PDF(4345KB) ( 177 )

针对传统传感器需要在特定的空间区域内才能进行人机交互,极易受到外部环境因素干扰的问题,提出一种新的基于长短时记忆神经网络(LSTM)的智能手机3D空间手写识别方法,用于非特定三维空间中实现的人机交互.首先,利用智能手机内置三轴加速度传感器,采集手部运动数据,并将采集的数据进行预处理操作,构建3D手写识别数据集;然后,基于LSTM构建3D手写识别模型,并利用构建的数据集进行训练;最后,利用训练后的模型实现智能手机的3D手写分类识别.通过在本文自建的非依赖用户数据集上进行测试,实验结果表明,该识别方法可以实现86.4%的准确率,88.1%的召回率,88.4%的精准率和88.0%的F₁分数.

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面向充电机通信协议一致性测试的用例自动生成方法

何雪枫, 贾俊国, 李旭玲

2024 (1): 104-109.

摘要 ( 101 )

PDF(588KB) ( 75 )

现有的充电机和新能源汽车电源管理系统(BMS)之间的通信协议一致性测试方法主要由专家经验设计测试用例,这种方法缺乏理论支撑,导致测试覆盖性弱,测试结果缺乏说服力,较难形成行业标准.为了解决上述问题,提出一种基于有限状态机(FSM)的充电机与BMS通信协议一致性测试方法.首先,通过对GB/T 27930—2015协议的详细解读,分析充电机和BMS之间的通信过程,使用FSM形式化语言描述充电机和BMS之间的充电过程,保证协议的不同实体之间的通信一致性.其次,在FSM的基础上利用唯一输入输出(UIO)序列计算测试序列,进而得到最终的测试用例.在生成测试用例时,采用递归算法考虑前置用例,让每一个测试用例都有完整的输入输出.最后,生成的用例结果表明,基于FSM的一致性测试方法不仅使得充电机与BMS间的通信协议一致性测试过程有了理论支撑,而且相较于基于专家经验的手工设计测试用例方法具有更强的复用能力.

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人行桥在行人荷载激励下的非平稳随机响应

朱前坤, 曾新

2024 (1): 110-115.

摘要 ( 62 )

PDF(2727KB) ( 121 )

采用虚拟激励法和微分求积法相结合的DQ-PEM法研究在行人荷载激励下人行桥的非平稳随机响应.与以往的虚拟激励法不同的是该方法以简单谱模型为基础,建立行人强迫函数的谱密度,求得多自由度体系人行荷载下的多模态.通过工程算例验证该方法的准确性与有效性,并进一步讨论不同速度和不同约束条件下梁式结构受行人荷载作用的随机振动问题.

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框架锚杆支护结构动力模型建立及响应分析

叶帅华, 冯文刚, 李京榜, 陶晖

2024 (1): 116-122.

摘要 ( 105 )

PDF(2252KB) ( 143 )

为分析地震作用下框架锚杆支护结构的动力响应,以某中跨立柱单元为对象,考虑边坡加速度放大效应对支护结构上动土压力的影响,将立柱简化为抗弯刚度均匀的竖向杆件,依据锚杆工作机理将自由段简化为线弹簧,考虑土体阻尼影响将锚固段简化为线弹簧与牛顿粘壶,支护结构坡脚处简化为固端约束,进而建立支护结构动力响应简化模型.运用力法与图乘法对支护结构动力响应进行求解,建立支护结构动弯矩和动位移与坡高之间的关系.模型计算方法与Geo-Studio有限元软件结果对比,验证模型的合理性与可行性,为此类工程设计与地震作用下支护结构动力研究提供相应的参考.

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基于损伤因子的T形梁桥横向连接构件损伤识别

王立宪, 赵俊豪, 狄生奎, 项长生, 党聪

2024 (1): 123-131.

摘要 ( 81 )

PDF(3580KB) ( 161 )

近年来,装配式T形梁桥在我国广泛应用,对桥梁易损位置横向连接构件损伤识别成为关注的热点问题.将T形梁桥的横隔梁简化成等刚度桥面板,采用弹簧体系模拟横向连接构件的受力变形,考虑横向连接构件剪力、横向力和翼缘板变形的影响,提出装配式T形梁桥横向连接构件损伤因子的理论计算式.将MATLAB理论计算、ANSYS数值模拟和实验的结果进行对比,验证损伤因子的有效性,并通过7种模拟工况和3种实际工况的对比,发现荷载作用位置越接近损伤横向连接构件,损伤识别的精确度越高.

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基于改进Crazy Climber算法的小波脊线提取

赵丽洁, 李雯雯, 刘瑾, 晋东丽

2024 (1): 132-138.

摘要 ( 144 )

PDF(4298KB) ( 103 )

针对传统Crazy Climber算法提取多条小波脊线耗时长、效率低等问题,提出一种模拟正火冷却的改进Crazy Climber脊线提取算法.通过对结构振动的响应进行连续小波变换,在小波系数幅值构成的时频平面中,基于模拟正火冷却算法跟踪提取时频平面中的小波脊点,促使每一个随机点高速地聚集在脊线上,消减运算时间.通过单自由度和多自由度系统数值模拟,与传统Crazy Climber算法在计算效率和识别精度两者进行对比分析,验证改进算法的的优越性.

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活化煤矸石粉对煤矸石粗骨料混凝土性能的影响

阎杰, 单豆豆, 王啸天, 于旭涛, 刘兴隆, 谢军

2024 (1): 139-145.

摘要 ( 123 )

PDF(2925KB) ( 153 )

采用热活化方式制备活化煤矸石粉(CGP),将其作为矿物掺合料与煤矸石粗骨料(CGA)复掺形成煤矸石粗骨料混凝土.利用压汞法、氮吸附法及扫描电镜研究CGP掺量对不同煤矸石粗骨料取代率混凝土孔结构和微观形貌的影响.结果表明:煤矸石粗骨料混凝土的抗压强度受不同CGP掺量和CGA取代率的影响,当CGP取代率为15%、CGA取代率为100%时,全煤矸石粗骨料混凝土的抗压强度较基准组提升最大;CGP的掺入降低了煤矸石粗骨料混凝土的氯离子扩散系数,提高了试件的抗氯离子渗透性能;适配掺量下的CGP可以降低水化体系中碱离子的浓度,促进水泥熟料的水化反应,进而优化全煤矸石粗骨料混凝土内部孔隙结构.

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拓扑系统中的内部元及其应用

白荣荣, 吴洪博

2024 (1): 146-151.

摘要 ( 78 )

PDF(421KB) ( 205 )

在拓扑系统中借助开元引入了子集的内部元概念,讨论了内部元的相关性质;在点集与Frame之间通过范围映射和内部元映射定义了内部元算子,并给出了由内部元算子确定拓扑系统的方法;利用内部元对拓扑系统之间的连续映射进行了等价刻画.

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四元数矩阵方程(A₁XB₁,…,A_kXB_k)=(C₁,…,C_k)的极小范数最小二乘Toeplitz解

石俊岭, 李莹, 王涛, 张东惠, 邱新

2024 (1): 152-157.

摘要 ( 109 )

PDF(426KB) ( 124 )

基于四元数矩阵实表示,结合矩阵H-表示和矩阵半张量积提出一种求解四元数矩阵方程(A₁XB₁,…,A_kXB_k)=(C₁,…,C_k)的极小范数最小二乘Toeplitz解的有效方法,给出该四元数矩阵方程存在Toeplitz解的充要条件及通解表达式.给出数值算法并通过算例分别从误差与计算时间两个方面验证该方法的有效性.

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有关奇亏完全数的一些刻画

张四保

2024 (1): 158-167.

摘要 ( 88 )

PDF(484KB) ( 134 )

为探讨具有5个相异素因数的奇亏完全数的存在性问题,通过奇亏完全数的定义以及初等方法研究了具有5个相异素因数的奇正整数n是否是奇亏完全数的问题,给出3类具有5个相异素因数的奇正整数n不是奇亏完全数的几个结论.

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限定高度的Dyck路的计数

王亚芹

2024 (1): 168-172.

摘要 ( 102 )

PDF(434KB) ( 99 )

针对一类从(0,0)到(n,k)的限定高度的Dyck路的计数问题,应用递推关系得到发生函数满足的线性方程组,通过线性代数方法得到了相应的计数公式.

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