兰州理工大学学报

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宽频透波陶瓷天线罩梯度蜂窝微结构设计计算

刘杰, 朱荣全, 尤嘉, 汪小明, 郭中原, 唐晔

2024 (5): 1-6.

摘要 ( 53 )

PDF(2647KB) ( 29 )

为研究宽频透波3D打印氮化硅天线罩多孔微结构,利用SLA光固化3D打印技术制备了氮化硅测试试样,对其电磁性能进行了测试.利用计算模拟方法,设计并研究了Ku(12~18 GHz)及Ka(27~40 GHz)波段不同厚度氮化硅实体结构、蜂窝结构以及梯度蜂窝结构的电磁性能.结果表明:厚度与微结构设计显著影响氮化硅材料电磁性能.蜂窝氮化硅多孔结构使透波率得以显著改善.在进行梯度设计后,梯度蜂窝氮化硅多孔结构能减小电磁波在界面处的反射,并实现结构的阻抗梯度渐变,其在Ku(12~18 GHz)及Ka(27~40 GHz)波段的透波率均达到80%以上,且在全波段具有极低(低于3%)的能量损耗率.

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铜/铝搅拌摩擦焊接头界面原子扩散及力学性能模拟

金玉花, 胡栢睿, 罗鹏, 王贺来, 卢学峰

2024 (5): 7-16.

摘要 ( 38 )

PDF(10398KB) ( 19 )

利用搅拌摩擦焊技术连接低熔点的铜与铝,连接过程中铜原子与铝原子在界面的扩散能力影响界面力学性能.采用分子动力学研究搅拌摩擦焊过程中铜/铝界面原子的扩散行为,评价了不同应变速率下界面的力学性能.结果表明:铜原子扩散进入铝晶格的数量远大于铝原子扩散进入铜晶格的数量,原子扩散以最近邻跳跃机制为主,铜原子和铝原子的扩散激活能分别为0.58、0.75 eV.界面过渡层厚度主要受保温温度控制,800 K下的界面为最佳厚度界面;拉伸应变速率为1×10¹⁰s^－1时,界面抗拉强度最大,达到3.19 GPa.塑性变形在铝侧,而铜侧几乎没有塑性变形,变形过程中发生的位错反应由全位错分解和压杆位错合成,位错能下降,是以肖克莱位错为主要的滑移位错.

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ZIF-8@GO复合材料的合成及其对CO₂吸附性能

王胜, 徐文涛, 崔佳铭, 徐月

2024 (5): 17-22.

摘要 ( 18 )

PDF(2540KB) ( 8 )

化石燃料燃烧排放的CO₂造成温室效应日趋严重,开发具有对CO₂高吸附性能的吸附剂至关重要.而金属-有机框架材料(MOFs)和氧化石墨烯(GO)作为新型吸附剂,仍存在对CO₂吸附性能低的问题.采用溶剂热法制备ZIF-8@GO材料,利用XRD、SEM、BET等表征手段,研究了ZIF-8@GO材料的微观结构及其对CO₂吸附性能.研究表明:ZIF-8@GO保持了ZIF-8的晶型结构,GO主要对ZIF-8起到尺寸调控和结构导向作用.气体吸附分离测试表明,ZIF-8@GO材料与ZIF-8材料相同,均是以微孔占据孔隙主导地位的材料;当GO参与复合比例为8%时,ZIF-8@GO(8%)材料的BET和Langmuir比表面积分别为1 037.18、1 115.90 m²/g,对CO₂吸附量为34.347 cm³/g,较母体ZIF-8材料对CO₂吸附量提高了32.3%.

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硫酸盐耦合冻融循环环境下玻璃粉对混凝土抗腐蚀性能的影响

李鸿玮, 汪金满, 王鑫, 石旭东, 杨艳华

2024 (5): 23-31.

摘要 ( 24 )

PDF(4199KB) ( 12 )

设计了质量分数5%、10%及15%的Na₂SO₄溶液耦合冻融循环腐蚀试验.分析了玻璃粉对混凝土抗腐蚀性能的影响,揭示了Na₂SO₄溶液浓度对混凝土腐蚀速率的影响,并研究了玻璃粉对混凝土孔隙结构及界面过渡区(ITZ)性能的影响.结果表明:掺量为0~10%时,玻璃粉对混凝土抗腐蚀性能存在显著的提升作用,而掺量大于15%时,玻璃粉对混凝土抗腐蚀性能存在劣化行为.Na₂SO₄溶液浓度大于7.5%时,C_b、i_m及S均随溶液浓度的增大而增大,宏观表现为Na₂SO₄溶液对混凝土的腐蚀作用随其浓度的增大而增强.相比于普通混凝土,掺加5%及10%的玻璃粉混凝土ITZ劈拉强度分别增大了13.17%、10.89%,ITZ宽度分别降低了15、5 μm.

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基于Weibull分布的缺口件多轴疲劳寿命建模

刘俭辉, 何英宝, 韦尧兵

2024 (5): 32-38.

摘要 ( 21 )

PDF(3253KB) ( 10 )

针对多轴缺口件,引入Weibull分布建立考虑应力梯度效应的疲劳寿命预测方法.首先,将最大应变能密度定义为损伤参量,并结合坐标变换确定能反映裂纹萌生和扩展的临界面位置;其次,利用有限元方法提取临界面特定路径的应力分布,并对其进行归一化处理得到多轴等效应力梯度因子,进而基于GSP应变能密度模型得出应变能密度与实验寿命的线性关系;最后,结合等效应力梯度因子、应变能密度模型和Weibull分布,基于Von-Mises准则提出了新的疲劳寿命预测方法,并利用该方法分别求出失效概率10%、50%和90%对应的疲劳寿命.为验证该方法,将计算结果与SWT模型、FS模型和Manson-Coffin方程的计算结果进行对比,结果表明该方法的预测精度较高.

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基于LSO-BP模型的铝合金薄壁零件铣削力预测

沈浩, 岳顺龙, 王全

2024 (5): 39-43.

摘要 ( 19 )

PDF(1604KB) ( 9 )

铣削力是铝合金薄壁零件铣削加工中很重要的过程参量,其信息的准确反馈对减小工件变形有着十分重要的作用,因而需要实现铣削力的精准预测.首先,通过铝合金薄壁零件铣削加工的仿真实验获得铣削力数据;其次,针对传统BP神经网络的弊端利用狮群算法进行改进,并将铣削力数据导入改进后网络进行训练,从而建立LSO-BP预测模型;最后,分别利用LSO-BP模型、PSO-BP模型和传统BP神经网络模型预测铣削力.均方根误差、平均相对误差和相关系数等评价指标的对比结果表明,LSO-BP模型预测铣削力的性能明显优于PSO-BP模型和传统BP神经网络模型.

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轴向变量柱塞泵的噪声特性实验和溯源分析

王金林, 车东粮, 赵彬杰, 闵为, 徐楠

2024 (5): 44-51.

摘要 ( 18 )

PDF(3238KB) ( 3 )

为分析轴向变量柱塞泵的噪声特性和声源位置,搭建了轴向变量柱塞泵的噪声和振动测试平台,并开展了相关实验.在定转速1 660 r/min和定排量75 mL/min下,对被测泵负载压力16、20和24 MPa的噪声和振动信号进行了测试和采集,并进行了频谱分析和偏相干分析,得到了工作时该泵的噪声特性,且实现了准确溯源.结果表明:被测泵的噪声随着负载的增大而逐渐增大;柱塞往复运动、流量倒灌和流量脉动为被测泵的主要噪声源,而轴承振动和主轴旋转为次要噪声源;当特征频率小于200 Hz(低频段)时,被测泵的主要结构噪声源为主轴旋转和单个柱塞往复运动产生的振动;当特征频率大于200 Hz(中、高频段)时,被测泵的主要结构噪声源为柱塞往复运动产生的振动.

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计入不确定性变量的汽车结构轻量化设计研究

张扬, 张存良

2024 (5): 52-61.

摘要 ( 24 )

PDF(4486KB) ( 7 )

针对汽车结构轻量化设计,提出了计入不确定制造精度的汽车结构可靠性设计方法.将主要设计变量视为区间变量,其他设计参数视为概率参数,并在此基础上采用区间模型的变换方法和概率模型的解耦策略,建立了汽车结构制造精度不确定的可靠性设计方法.通过实例分析得到了不同可靠性要求的最优解和最大允许偏差范围,验证了该方法的有效性.优化设计结果表明,在可接受的制造条件下能得到最优变量和相应的最大允许偏差范围.通过适当增大设计变量的偏差范围,可以降低对制造精度的要求,从而降低制造成本.

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双层蛇形通道冷板动力电池热管理数值模拟

张荃, 张春化, 张子叶

2024 (5): 62-70.

摘要 ( 20 )

PDF(6144KB) ( 4 )

针对电动汽车高能量密度动力电池,为改善热管理以确保其安全性,对某型镍钴锰酸锂电池模组提出了一种底部布置的双层蛇形通道冷板;通过数值模拟确定了冷却液的最佳流动方案为方案一和通道的最佳宽度为10 mm,依次分析了冷却液质量流量、电池放电倍率和环境温度对电池模组最高温度、温差和冷却液压力损失的影响.结果表明:随着放电倍率和环境温度的增加,电池模组的最高温度和温差均会增加,增加冷却液的流量可以更好地控制电池的最高温度,但会导致压力损失的增加;放电倍率小于0.7 C时,不需要启动液冷系统.

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LNG铝制板翅式结构的常/低温断裂机理研究

段克润, 王圣寻, 麻宏强

2024 (5): 71-76.

摘要 ( 18 )

PDF(1688KB) ( 4 )

为避免LNG铝制板翅式换热器的强度破坏并提高其使用寿命,基于轴向拉伸试验与扫描电子显微镜观测方法,研究了其铝制板翅式结构在常/低温下的拉伸断裂机理.结果表明,相比常温,低温下板翅试样的屈服极限增大了42.6%,抗拉强度增大了48.9%,破坏时的应变增大了27.8%.常/低温下板翅试样的断裂趋势主要为翅片根部中心朝钎焊区发展断裂以及钎焊区朝翅片根部发展断裂;断裂整体以解理断面及韧窝等形貌为主,但低温下翅片的解理断面密集程度更高,韧窝等塑性形貌更少.板翅试样常温下的断裂位置主要位于钎焊区,低温下的断裂位置仅位于钎焊区.因此,为避免铝制板翅式结构在钎焊区处发生断裂,可采取改善铝制板翅式结构的钎焊工艺以及增加钎焊区焊料等方式.

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基于蒙特卡罗策略梯度的雷达观测器轨迹规划

陈辉, 王荆宇, 张文旭, 赵永红, 席磊

2024 (5): 77-85.

摘要 ( 23 )

PDF(3010KB) ( 6 )

在目标跟踪过程的雷达观测器轨迹规划(OTP)中,针对马尔可夫步进规划智能决策问题,在离散动作空间上,提出了一种基于蒙特卡罗策略梯度(MCPG)算法的雷达轨迹规划方法.首先,联合目标跟踪状态、奖励机制、动作方案和雷达观测器位置,将OTP过程建模为一个连续的马尔可夫决策过程(MDP),提出基于MCPG的全局智能规划方法.其次,将跟踪幕长内的每个时间步作为单独一幕来进行策略更新,提出基于MCPG目标跟踪中观测器轨迹的步进智能规划方法,并深入研究目标的跟踪估计特性,构造以跟踪性能优化为目的的奖励函数.最后,对最优非线性目标跟踪过程中基于强化学习的智能OTP决策仿真实验,表明了所提方法的有效性.

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具有访问约束和数据丢包的网络化系统H_∞鲁棒控制

祝超群, 姚兴启

2024 (5): 86-93.

摘要 ( 18 )

PDF(1105KB) ( 6 )

针对同时存在访问约束和数据丢包的网络化控制系统,研究了H_∞鲁棒控制方法的设计问题.首先,采用Bernoulli随机过程来描述系统的数据丢包过程,并根据介质访问约束的随机访问机制建立了离散时间马尔可夫跳变系统模型;其次,通过Lyapunov稳定性理论和LMI技术导出闭环系统随机稳定的充分条件,并设计了相应的H_∞鲁棒控制器,使得闭环系统随机稳定并具有给定的H_∞性能;最后,通过仿真算例验证了所提控制方案的正确性和有效性.

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一种基于多信息融合的风电功率预测特征选择方法

吉丽萍, 黄景涛, 李一凡, 牛钢

2024 (5): 94-100.

摘要 ( 25 )

PDF(3029KB) ( 5 )

风电功率波动性强、随机性大,机组监测数据变化复杂.为了提高风电功率预测的准确性,提出一种基于多信息度量融合(MIMF)的风电功率预测特征选择方法.在对决策树、L₁正则化和递归特征消除这三种典型的特征选择方法进行分析研究的基础上,综合决策树可以清晰表达特征的重要性、L₁正则化避免过拟合和递归特征消除考虑特征间相关性的特点,通过将这三种方法所选特征取合集并依据各特征相关性选出用于风电功率预测的特征集,构造了一种融合决策树、L₁正则化和递归特征消除三种特征选择内在信息度量的特征选择方法,对所构建的融合多信息度量的特征选择方法进行了仿真分析.在某风电场实测数据上的仿真结果表明,与采用单一特征选择方法相比,该方法可有效提高风电功率的预测精度.

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基于文桥振荡器的高Q带通滤波器的设计

李永安, 曹剑馨, 侯婧嫱

2024 (5): 101-104.

摘要 ( 19 )

PDF(1353KB) ( 5 )

从单电阻调谐的文桥振荡器出发,首先导出该振荡器的振荡条件和振荡频率,然后给出了二阶带通滤波器的两种设计方案.第一种设计方案的优点是可以实现极点频率的单电阻调节,第二种方案的优点是极点频率和品质因数可正交调节.两种方案均可实现两个带通输出,均可调节电阻使电路振荡,而且振荡条件和振荡频率均可分别调节.通过计算机仿真证实了所设计的电路正确有效.

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基于微波光子的带内全双工自干扰消除系统

李珑, 薛小庆, 刘婷, 陈博

2024 (5): 105-111.

摘要 ( 22 )

PDF(3878KB) ( 5 )

为了突破传统射频自干扰消除技术受频率、带宽、抗电磁干扰等电子瓶颈的限制,满足未来无线通信及雷达系统的发展需求,设计一种基于偏振复用马曾调制器(PDM-MZM)的微波光子自干扰消除方案,通过引入一个与自干扰信号同频、等幅、反相的参考信号在光域与自干扰信号直接抵消.除了具有自干扰消除和下变频功能外,该方案还可用于矢量信号的IQ解调,在IQ解调时灵活调整两路中的偏振控制器,可使IQ两路信号幅度严格相等,相位严格正交,进而消除IQ幅度不均衡对全双工系统接收端的影响.理论分析和仿真测试结果表明,自干扰信号的消除深度可达到72 dB以上,系统的三阶无杂散动态范围可达到95.2 dB·Hz ^2/3,增益为－16.2 dB.该方案具有大带宽、可调谐、抗电磁干扰能力强、体积小、损耗低等优势,在无线通信、雷达系统中具有较大的应用潜力.

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钢纤维对自密实混凝土工作性能和抗压韧性影响的试验研究

韩建平, 韩维丽, 文旭皓, 牛昌林, 魏宏亮

2024 (5): 112-117.

摘要 ( 17 )

PDF(1434KB) ( 4 )

纤维掺量是影响钢纤维增强自密实混凝土(SFRSCC)性能的重要因素之一.为研究钢纤维掺量对SFRSCC性能的影响,设计制作6组不同纤维掺量的试块,进行工作性能和轴心受压力学性能试验.结果表明,钢纤维能够有效延缓裂缝发展,提高混凝土峰值应变,等效抗压韧性指数随纤维掺量的增加而增大.钢纤维的掺加使得新拌合混凝土流动性降低,与流变特性相关的SFRSCC形状因子λ值低于普通自密实混凝土(SCC).钢纤维的掺加对SFRSCC抗压强度的影响不大,且随着纤维掺量增加,抗压强度呈现先减小后增大的特征.

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渭河流域浅层包气带土体温度分布规律及变化模式

丑亚玲, 刘强, 朱树顺, 姚洪林, 岳国栋

2024 (5): 118-125.

摘要 ( 19 )

PDF(2983KB) ( 2 )

大气温度、太阳辐射强度、降雨量、空气湿度等气象要素决定浅层土体温度的变化.以黄土高原渭河流域西部黄土丘陵沟壑区作为研究区域,建立野外观测站,对该区域浅层包气带土体温度对气候变化的响应过程进行实时监测.通过现场监测和理论分析发现土体温度分布规律及变化模式如下:气象要素只对变温带的土体的温度有影响,且大气温度和太阳辐射强度是影响变温带土体温度的主要因素,土层越深,其影响程度越小;相位随着土体的深度呈线性平移,即土体温度是存在滞后效应的,经分析,土体在地下深度760 cm处的温度曲线的相位与地表处正好相反,此处温度恰好滞后于地表半年时间.通过监测数据预测该地区恒温带深度为1 193 cm,恒温带温度为13.152 ℃;在计算土体温度理论滞后时间时将土体的热扩散系数看作是一常数,导致土体温度滞后时间的理论值与实测值有所差异,随着土层的加深,两者的差距越来越小.

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地连墙内撑支护体系支撑有效刚度计算方法

郭雪源, 张明聚, 武立伟

2024 (5): 126-132.

摘要 ( 16 )

PDF(2142KB) ( 2 )

针对地连墙内撑支护体系,综合考虑内支撑的初始挠曲、支撑杆件压弯二阶效应、支撑与地连墙的相互作用和地连墙变形等因素,建立内支撑的有效刚度计算方法.以北京地铁某车站基坑工程为背景,在ABAQUS有限元建模中分别引入现行规范支撑刚度和支撑有效刚度,进行基坑开挖与支护的数值模拟,并将模拟结果与实测结果进行对比分析.研究结果表明:内支撑有效刚度计算方法能更真实地反映基坑支护体系的实际受力、变形状态.

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基于IDA方法的带可替换耗能梁段偏心支撑钢框架结构影响系数研究

殷占忠, 李鑫炜, 冯大哲

2024 (5): 133-138.

摘要 ( 17 )

PDF(2921KB) ( 4 )

为研究带可替换双槽钢型剪切耗能梁段偏心支撑钢框架中耗能梁段的截面尺寸、梁段长度、加劲肋个数以及结构层数对于结构影响系数R和位移放大系数C_d的影响,通过OpenSees有限元软件对18个不同参数的模型进行增量动力时程分析(IDA),得到各模型的结构影响系数和位移放大系数.结果表明:通过合理设计耗能梁段的构造参数,能够提高带可替换双槽钢型剪切耗能梁段防屈曲偏心支撑钢框架的抗震能力以及变形能力,给出R和C_d的建议值,为偏心支撑钢框架结构影响系数的研究提供参考.

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基于位移反分析的深基坑渗流-应力耦合研究

汤小林, 董建华, 吴晓磊, 王璐

2024 (5): 139-146.

摘要 ( 27 )

PDF(3492KB) ( 6 )

以深圳市某深基坑开挖实测数据为基础,通过反分析程序得到土体相关的物理力学参数,然后采用有限元软件ABAQUS进行数值计算,分析渗流条件下分层开挖对基坑变形影响,主要分析了基坑底部土体隆起、开挖后基坑变形、地下连续墙变形,同时改变强渗透性土层的渗透系数分析基坑的变形情况.运用反分析程序与有限元软件结合的形式对实际工程的施工过程进行模拟,将模拟的结果与实际监测结果进行对比.结果表明,运用反分析程序与有限元软件结合计算的基坑变形情况更接近实际情况,强渗透性土层渗透系数变化时对基坑底部土体隆起的影响最大.

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湿陷性黄土地区多桩型挤密桩复合地基加固效果对比研究

李云瑜, 贾世平, 苏天涛

2024 (5): 147-152.

摘要 ( 19 )

PDF(3416KB) ( 7 )

依托兰州新区某地基处理项目,通过大量试验分别测试素土挤密桩、SDDC挤密桩以及两种挤密桩组合等不同桩型挤密桩复合地基的承载力、桩身土压实系数、桩间土挤密系数和黄土湿陷性,对三种挤密桩复合地基在湿陷性黄土地区中的加固效果进行对比研究.结果表明:三种桩型的挤密桩均能有效提高地基承载力并改善黄土湿陷性;素土挤密桩对地基承载力的提升能力有限,且桩间土挤密程度受回填素土粒径的影响较大,挤密的均匀程度较差;SDDC挤密桩对地基承载力的提升效果和沉降控制效果优于素土挤密桩,但对桩间土的挤密效果较差.

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一类带有p-Laplacian算子的分数阶积分边值问题正解的存在性

武瑜, 王文霞

2024 (5): 153-160.

摘要 ( 23 )

PDF(495KB) ( 12 )

研究了一类带有p-Laplacian算子的分数阶积分边值问题正解的存在性,利用混合单调算子的不动点定理,获得了该边值问题唯一正解存在的充分条件,并给出两个具体的例子作为应用.

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高阶复偏微分方程的两类边值问题

崔艳艳, 王朝君

2024 (5): 161-164.

摘要 ( 25 )

PDF(356KB) ( 10 )

利用C中的Gauss定理和Cauchuy-pompeiu公式,讨论单位圆盘上关于高阶复偏微分方程的Dirichlet问题和Neumann问题,从而得到解的积分表示和相应的可解条件,并由此得到关于多全纯函数边值问题的相关结论.

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增强超立方体的分支连通度

阿斯牙·米吉提

2024 (5): 165-172.

摘要 ( 20 )

PDF(454KB) ( 4 )

利用r-分支(边)连通度作为可靠性的重要度量,对增强超立方体网络的可靠性进行分析,得到了r-分支(边)连通度,证明了cκ₂(Q_n,k)=cλ₂(Q_n,k)=n+1,其中2≤k≤n－1,cκ₃(Q_n,k)=2n,cλ₃(Q_n,k)=2n+1,其中4≤k≤n－1,cκ₄(Q_n,k)=3n－2,其中4≤k≤n－1,cλ₄(Q_n,k)=3n－1,其中6≤k≤n－1.

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