兰州理工大学学报

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Ni-Mo-Y-CaF₂高温自润滑复合材料的制备与摩擦学性能

苏霄鹏, 金伟文, 杨贵荣, 陆龙, 王静波

2024 (6): 1-10.

摘要 ( 16 )

PDF(9181KB) ( 1 )

采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了不同CaF₂添加量的Ni-Mo-Y-CaF₂高温自润滑复合材料,研究了CaF₂添加量对复合材料微观结构、力学性能及摩擦磨损性能的影响.结果表明:Ni-Mo-Y-CaF₂复合材料的组织均匀致密,复合材料的密度、硬度及屈服强度随CaF₂添加量的增加呈下降趋势.温度对复合材料的摩擦磨损性能有显著影响.在室温至800 ℃,复合材料的平均摩擦系数随温度的增加先降低,在400~600 ℃略微增加,随后再次降低;平均磨损率随着温度的增加先增加后又降低, 400 ℃时平均磨损率最大.在室温时,Ni-Mo-Y-10CaF₂复合材料的平均磨损率最低,约为Ni-Mo-Y合金的1/5;在800 ℃时,复合材料的磨损率均低于Ni-Mo-Y合金,磨损表面形成致密光滑的润滑膜,润滑膜主要由钼酸钙、钼酸镍及镍和钼的氧化物组成.

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退火参数对45^#钢微观组织和力学性能的影响

赵小龙, 罗晓阳, 王正仲, 王生东, 贾智

2024 (6): 11-16.

摘要 ( 20 )

PDF(7252KB) ( 7 )

研究了45^#钢在不同退火温度和升温速度下的微观结构特征和力学性能演变.对不同参数退火后的试样进行了取向、晶界、晶粒类型、几何必须位错以及析出相分析,结合拉伸力学性能测试,说明了不同试样的力学性能变化.结果表明:45^#钢的微观组织结构和力学性能在不同的退火参数下具有较大的区别.随着退火温度的升高,45^#钢中的取向梯度、小角度晶界、变形晶粒、几何必须位错和渗碳体含量减小.退火加热速度对微观组织的影响是复杂的,在低温下,升温速度越慢,再结晶程度越大;但是在高温下相变参与了退火过程中静态再结晶形核和长大.在0.08 ℃/s-690 ℃退火参数下45^#钢的拉伸力学强度和韧性最佳,拉伸断口表现为塑性断裂模式.

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珊瑚状镍钴双金属氧化物掺杂碳纳米杂化材料的电化学性能

马应霞, 雷磊, 刘冰璐, 康小雅, 冉奋

2024 (6): 17-27.

摘要 ( 17 )

PDF(7268KB) ( 1 )

金属有机框架材料(MOFs)由于具有大的比表面积、可调节的孔径和丰富的氧化还原位点,作为超级电容器电极材料受到了广泛关注.但是,MOFs较低的比电容限制了其进一步应用.以Ni (NO₃)₂·6H₂O、Co (NO₃)₂·6H₂O为金属离子源,对苯二甲酸为有机配体,通过水热法合成了三维(3D)刺柏状Ni/Co-MOF为前驱体,在空气气氛中通过调控其热处理温度和恒温时间,制备了一系列珊瑚状镍钴双金属氧化物掺杂碳纳米杂化材料(NCPO/C),并研究了其作为超级电容器电极材料的电化学性能.结果表明:将3D刺柏状Ni/Co-MOF前驱体在空气氛围加热至280 ℃、保温1 h后得到的珊瑚状NCPO/C样品作为电极材料的电化学性能最佳.当电流密度从0.5 A·g^－1扩大到5.0 A·g^－1时,NCPO/C的比电容从852.5 C·g^－1减小到720.0 C·g^－1,其比电容的保持率为84.5%.

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磷酸化壳聚糖包覆蒙脱土纳米材料的制备及其性能

高瑜, 康成虎

2024 (6): 28-32.

摘要 ( 15 )

PDF(2213KB) ( 0 )

通过机械球磨法用羟基硅油对钠基蒙脱土(MMT)进行纳米化与表面修饰,并将壳聚糖磷酸化.经油浴处理,在羟基硅油改性纳米化钠基蒙脱土表面进一步包覆磷酸化壳聚糖.借助X射线衍射仪(XRD)、傅立叶红外吸收光谱仪(FT-IR)、接触角测量仪(CA)、比表面积及孔径分析仪(BET)、热重分析仪(TGA)研究了MMT表面包覆磷酸化壳聚糖前后的晶型结构、表面特性、比表面积以及热稳定性的变化规律.结果表明:MMT经羟基硅油改性以及磷酸化壳聚糖表面包覆后,晶型结构没有发生明显变化,而在(001)晶面对应的衍射峰发生宽化,层状结构变差,片层发生剥离化.对于磷酸化壳聚糖包覆的MMT,表面疏水性增强,水接触角为62.7°,比表面积为13.812 m²/g,在MMT表面形成较厚的包覆层.

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基于机器视觉的刀具磨损量在机检测研究

郭润兰, 张昊, 支晓波, 尉卫卫

2024 (6): 33-41.

摘要 ( 21 )

PDF(3876KB) ( 0 )

针对小型刀具在复杂加工环境中磨损难以测量的问题,提出了基于机器视觉的刀具磨损量在机检测方法.首先,设计了刀刃图像自适应分割计算方法,利用改进的高斯混合模型分割算法对原始图像进行分割;然后,利用改进的非线性滤波进行降噪处理,使刀具磨损区域图像在进行模糊降噪的同时保留边缘、降低误差,从而实现刀具图像自动分割、降噪和测量;最后,设计了单相机刀具图像采集机构并进行了切削实验.结果表明,刀具侧面、底面磨损面积和最大磨损带宽与传统电子显微镜测量结果相比误差分别为3.88％、5.41％和6.26％,精度可以达到微米级.相比传统磨损测量方法,该方法图像降噪更快且边缘清晰.不规则磨损区域以像素点为单位进行计算,有效解决了小型刀具刀刃微小不易观察和测量的问题,能够满足小型刀具在机检测的要求.

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基于多项式混沌展开的多轴数控机床加工精度可靠性分析

王智明, 周健, 许腾

2024 (6): 42-50.

摘要 ( 18 )

PDF(1338KB) ( 0 )

为提高多轴数控机床加工精度可靠性,提出了基于多项式混沌展开理论的精度设计方法.利用坐标系微分运动矩阵法,建立了数控机床的综合几何误差模型和加工精度可靠性模型.通过分析加工精度的可靠性灵敏度,识别出对精度可靠性影响较大的关键几何误差项.基于此,结合灵敏度分析结果与精度可靠性设计要求,通过调整灵敏度较高的几何误差项参数,优化数控机床精度,从而满足可靠性要求.以大型数控龙门导轨磨床为例,验证所提方法的有效性.结果表明,该方法可以提高数控机床加工精度的可靠性.

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多级变孔径孔板扩散螺旋混合流实验研究

赵廷红, 王立强

2024 (6): 51-57.

摘要 ( 14 )

PDF(4800KB) ( 0 )

孔板消能装置具有结构简单、消能效率高和装卸方便等优点,在水利工程中已得到广泛应用.基于多级孔板消能装置构建了变孔径孔板消能装置,并通过实验对该装置在不同收缩角、扭转角和雷诺数下消能率、总阻力损失系数和沿程压力的变化情况进行了分析.结果表明:当孔板的扭转角和收缩角保持不变时消能率随雷诺数的增大而增大,当雷诺数和收缩角保持不变时消能率和总阻力损失系数随扭转角的增大而增大,当雷诺数和扭转角保持不变时消能率随收缩角的增大而减小;在同收缩角和同扭转角下同断面的压力随雷诺数的增大而增大,在同雷诺数和同收缩角下同断面的压力随扭转角的增大而增大;该消能装置最合理的孔板组合方式为收缩角30°且扭转角6°.

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时变-随机激励下直齿轮系统啮合冲击与啮合能耗研究

韩威, 杨杏, 石建飞

2024 (6): 58-64.

摘要 ( 19 )

PDF(4925KB) ( 0 )

为研究时变-随机激励下直齿轮系统的啮合冲击特性,提出了齿轮系统时变-随机激励模型,建立了包含齿面摩擦和时变啮合位置的直齿轮副啮合与冲击非线性动力学模型.通过构建齿面和齿背接触Poincaré映射,分析动态啮合力和最大冲击能量损耗随啮合频率和误差幅值的演化规律,研究分岔和混沌对动态啮合力和最大冲击能量损耗的影响,探讨误差幅值-啮合频率两参数平面上最大冲击能量损耗的分布特性.结果表明,误差幅值和啮合频率及其匹配关系显著影响动态啮合力最大和冲击能量损耗,结论可为直齿轮系统的动态性能改善和可靠应用提供重要理论依据.

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基于摇臂式取水头部的虹吸滗水器水动力学计算方法及模型构建

田博, 刘彦汐, 王少峰

2024 (6): 65-68.

摘要 ( 14 )

PDF(1123KB) ( 0 )

通过水力等效建立了摇臂取水头部的简化模型,通过能量守恒方程建立了摇臂式虹吸滗水器的理论计算模型,在理论计算模型中引入修正系数$\varphi$并通过实验对模型加以修正.修正系数$\varphi$经标准差分析,标准差为0.02,修正计算模型$H=\left\{\bar{\varphi}\left(S_{\mathrm{EQ}}+S_{\mathrm{COD}}\right)+\frac{8}{g \pi^{2} d^{4}}\right\} Q_{z}^{2}$能够满足工程设计需求.

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模型不确定的时滞多智能体系统容错一致性控制

王君, 杨嘉琦

2024 (6): 69-75.

摘要 ( 14 )

PDF(2167KB) ( 0 )

针对受到外界能量有限干扰情形下的模型不确定时滞多智能体系统,研究了任意智能体可能的失效故障下的容错一致性问题.首先,通过矩阵变换法将具有时滞的模型不确定多智能体系统容错一致性问题转变为闭环故障系统的渐进稳定性问题;其次,利用Lyapunov稳定性理论,设计任意执行器可能发生故障下的容错一致性控制器.在此基础上,推证出在有向通讯拓扑情况下受到外界能量有限干扰的模型不确定滞后多智能体故障系统,基于线性矩阵不等式(LMI)的容错一致性充分条件,以实现系统的位置与速度状态信息趋于一致.最后,使用6个智能体组成的无领导者系统模型进行仿真,验证所提出方法的可行性和有效性.

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输入饱和下广义多智能体系统半全局输出包围控制

王志文, 王玉莹, 卢延荣, 杜楠, 栗小芳

2024 (6): 76-84.

摘要 ( 16 )

PDF(2749KB) ( 0 )

在有向通信拓扑下研究了具有输入饱和离散广义多智能体系统的半全局输出包围控制问题.首先,将原问题转化为具有分布式观测器的输出调节问题.其次,基于参数离散Riccati方程得到广义系统的显式解,避免对广义系统进行受限等价分解.然后,基于分布式状态观测器和输出调节器,构造了半全局输出包围控制协议,选择合适的Lyapunov函数给出了系统稳定性的充分条件,并证得在所设计的控制协议下,所有跟随者的输出能够收敛到由领航者所形成的凸包内.最后,通过数值仿真验证了所提出的分布式控制协议的有效性.

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基于优化特征选择的污水处理过程BOD神经网络软测量模型

杜先君, 柴俊伟

2024 (6): 85-91.

摘要 ( 14 )

PDF(2101KB) ( 0 )

针对污水处理过程中出水生化需氧量(BOD)难以在线准确测量的问题,提出一种基于随机森林(RF)重要性评估与改进海鸥算法(ISOA)优化长短期记忆神经网络(LSTM)相结合的软测量方法对出水BOD进行预测.利用随机森林算法对影响出水BOD的预测因子进行重要性评估,筛选出重要性评分较高的预测因子作为软测量模型的输入变量;设计一种基于改进海鸥优化算法(ISOA)优化LSTM网络的软测量模型,引入混沌映射与新的搜索机制克服海鸥优化算法多样性差、易陷入局部最优等问题,利用改进的海鸥优化算法对LSTM网络的迭代次数、隐含层节点数、初始学习率、学习率下降因子4个超参数进行优化.将软测量模型运用于实际污水处理过程,结果表明:经随机森林筛选变量以及改进海鸥算法优化之后,模型预测误差变小,预测精度有明显提高,能够实现对出水BOD的精准预测.

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基于智能优化决策的目标跟踪传感器路径规划

张文旭, 王晓晴, 陈辉, 赵永红

2024 (6): 92-98.

摘要 ( 14 )

PDF(2687KB) ( 0 )

针对目标跟踪系统基于传感器管理的估计优化问题,提出一种在离散空间基于强化学习的传感器路径规划方法.首先,通过非线性最优滤波获得目标下一时刻的估计位置与协方差.然后,建立了基于强化学习的目标跟踪优化模型,基于SARSA算法计算传感器路径规划后的目标协方差的迹.最后,对下一时刻的传感器位置选择进行单步循环,根据每次循环中传感器路径规划前后协方差的迹的对比,获得传感器的最优移动位置.在仿真试验中对比分析了传感器在不同学习幕数中的运动轨迹,结果显示目标跟踪优化的效果得到明显提升.

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Barker编码超声激励系统在钢轨环境下的无损传输研究

黄玲, 许子健, 魏小源, 王刚

2024 (6): 99-106.

摘要 ( 13 )

PDF(5566KB) ( 0 )

针对超声导波在钢轨检测中受频散效应与传输介质等因素影响,导致接收信号信噪比和距离分辨率降低的问题,将Barker编码激励技术用于超声导波钢轨检测中.通过仿真对比了方波脉冲、正弦脉冲、汉宁窗调制正弦脉冲和载波周期数对Barker编码激励脉冲压缩结果的影响.研究表明,10周期载波具有最宽的主瓣宽度,其峰值旁瓣比约为－24.0 dB.通过现场试验进行实验验证,结果表明,Barker编码激励的超声导波信号经脉冲压缩处理后峰值旁瓣水平为－14.40 dB,较单脉冲激励信号提高了3.26 dB,说明利用编码激励技术在钢轨环境下进行超声导波传输具有可靠性.

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核心砼缺陷位置对钢管混凝土承载力致损机制研究

董军, 葛世超, 李国华, 向学建, 刘殿元

2024 (6): 107-112.

摘要 ( 15 )

PDF(3115KB) ( 0 )

依托在建的某钢管混凝土单索塔斜拉桥工程背景,针对核心混凝土缺陷位置的差异,可能造成对钢管混凝土构件承载力降低的致损问题,结合不同典型缺陷位置工况下钢管混凝土构件承载力试验,建立数值有限元模型.对不同缺陷工况下的钢管混凝土承载力受力规律予以分析和讨论,并与试验结果进行比对.结果表明:核心混凝土缺陷的存在势必将降低了构件的承载能力,同时相对于下部位置存在缺陷的构件,上部或中部位置存在缺陷的构件更易破坏;由于边缘位置混凝土存在缺陷时,将削弱结构的套箍作用,边缘位置存在缺陷的构件所造成的承载力损失大于中心位置存在缺陷的构件.

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石灰石粉对可持续UHPC胶凝材料体系强度影响

南雪丽, 王毅, 陈浩, 李梅, 唐维斌

2024 (6): 113-118.

摘要 ( 14 )

PDF(4015KB) ( 0 )

为探究石灰石粉(LP)对可持续超高性能混凝土(UHPC)胶凝材料体系强度的影响,研究了LP取代水泥4%、8%和12%后UHPC胶凝材料体系的抗压强度、孔结构、相组成及微观结构变化,并运用生命周期理论(LCA)对环境效应进行了量化评估.结果表明:随LP取代率增加,抗压强度先增加后减小,LP取代率对总孔隙率变化趋势与强度变化趋势相反,最佳取代率为4%,相对于空白组(LPC)抗压强度和总孔隙率分别提升16.7%和降低了28%;LP未参与水化,起到填充和晶核作用,细化孔结构,取代率大于4%时稀释作用占主导地位;LP取代率大于4%时,显著减小对环境的不利影响,但对试件强度和内部结构将产生负面效应,所以在保证试件强度的条件下,应尽可能增大LP取代率.

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盾尾刷更换时不同冻结加固方案温度场数值对比分析

杨宁, 赵美霞, 陈璐, 胡俊

2024 (6): 119-126.

摘要 ( 15 )

PDF(5576KB) ( 0 )

更换盾尾刷时,防治盾尾渗漏是盾构隧道施工过程重难点.针对管片上放射性直接打孔一圈(方案1)、盾尾冻结管+预埋冻结管管片(方案2)和设置2根环形冻结管(方案3)更换盾尾刷时三种不同的冻结加固方案,分别建立数值模型对比分析各方案形成的冻土幕温度场的发展规律.结果表明:三种方案最终形成的冻土幕可有效防治盾尾渗漏,所形成的冻土帷幕体积方案3＞方案2＞方案1;盾尾间隙交圈密封时间分别为17天、2天和5天,该处冻结效果方案2＞方案3＞方案1;方案1改进措施为一圈放射状冻结管尽量靠近盾尾间隙布设,方案2和3在实际工程中均可采用;在盾尾刷更换时冻结加固方案建议采用方案3.

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基于DSR及FTIR的SBS改性沥青再生机理研究

王兆力, 林梅, 王国伟, 雷雨涛, 张磊

2024 (6): 127-134.

摘要 ( 17 )

PDF(4028KB) ( 0 )

为探究老化及再生后SBS改性沥青高低温性能以及官能团的变化,基于软化点试验、动态剪切流变试验(DSR)、多应力重复蠕变试验(MSCR)及弯曲梁流变试验(BBR)对沥青的高低温性能进行测试,并采用红外光谱(FTIR)试验对其特征峰及官能团变化进行研究.结果表明:SBS改性沥青在老化的过程中不仅包括沥青的老化还存在SBS改性剂的老化降解,在加入再生剂后其软化点、G^*、 G^*/sinδ以及R下降,δ以及J_nr增大,低温性能得到改善,而耐高温性能有所下降,且再生剂掺量的增加会使得这种现象更为明显,在均衡其路用性能及经济的条件下,得到再生剂最佳掺量为7.41%;相同条件下,再生SBS改性沥青高温性能对应力水平的敏感性相比原样SBS改性沥青来说较弱;除此之外,红外光谱试验结果表明,该再生剂对于SBS改性剂修复效果有限.

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既有建筑影响下排桩加塞旋喷桩-预应力锚索支护体系稳定性研究

靳高明

2024 (6): 135-143.

摘要 ( 17 )

PDF(6941KB) ( 1 )

依托甘肃煤田地质局科研基地的基坑工程,通过现场监测与数值计算相结合的方法,分析了既有建筑作用下预应力锚索及排桩-局部加塞高压旋喷桩的复合支护体系对基坑在开挖过程中渗流、变形特征及基坑边坡潜在破坏形式的影响.结果表明:排桩-局部高压旋喷桩联合止水帷幕可有效延长地下水渗流路径,显著降低地下水渗流速度;既有建筑虽在一定程度上限制了开挖过程中地表土体的竖向沉降,但也加剧了土体的侧向横移,使得旋喷桩桩身分压增大,基坑的整体稳定性大幅降低.既有建筑作用下,在其底部形成两组潜在破裂面是促使基坑边坡稳定性大幅度降低的主要原因.

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3 di-sk树的计数

田振际, 豆舒平

2024 (6): 144-149.

摘要 ( 16 )

PDF(790KB) ( 1 )

3 di-sk树是一种不存在标记为(2,2)左边的混合三元树. 研究3 di-sk树上的几类计数问题,并给出了有n个内点的3 di-sk树的集合与从(0,0)到(3n,0)的3-Schröder路的集合之间的双射.

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相对于余挠对的Gorenstein同调维数

吴德军, 袁源

2024 (6): 150-156.

摘要 ( 17 )

PDF(462KB) ( 0 )

设$\mathscr{C}$是有足够多投射对象和内射对象的Abel范畴,($\mathscr{A}$,$\mathscr{B}$)是$\mathscr{C}$中完备遗传的余挠对. 给出了Abel范畴$\mathscr{C}$中的Gorenstein $\mathscr{A}-\mathscr{B}$对象的定义及等价刻画, 并研究了模范畴中Gorenstein $\mathscr{A}-\mathscr{B}$维数的相关性质.

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具有状态时滞的Kirchhoff型吊桥方程解的渐近行为

王素萍, 马巧珍, 齐渊, 赵花妮

2024 (6): 157-163.

摘要 ( 15 )

PDF(484KB) ( 0 )

考虑了具有状态依赖时滞Kirchhoff型吊桥方程解的渐近行为.应用Banach不动点定理得到了该方程存在局部唯一的温和解,运用压缩函数证明演化算子是渐近紧的,得到全局吸引子的存在性.

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基-次中紧空间

蔡奇嵘

2024 (6): 164-166.

摘要 ( 15 )

PDF(404KB) ( 0 )

引入了基-次中紧空间,并讨论了其有关的性质:若X为基-次中紧空间,Y为X的一个闭子集,且ω(X)=ω(Y),则Y仍为基-次中紧空间.若X为基-次中紧空间,X′为X的F_σ集,则X′为相对X是基-次中紧空间.基-次中紧空间在完全映射下的逆映像仍是基-次中紧空间.

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笛卡尔积图的r-hued染色

杨晓梅, 唐梦, 刘博予

2024 (6): 167-172.

摘要 ( 16 )

PDF(774KB) ( 0 )

图G的r-hued色数χ_r(G)是图G的所有(k,r)-染色中最小的k.图G和图H的笛卡尔积图G□H,即顶点集为V(G)×V(H)的图,若(u,v)与(x,y)相邻当且仅当u=x,vy∈E(H)或v=y,ux∈E(G).讨论圈的平方图与路的笛卡尔积图C²_m□P_n的r-hued染色问题,运用构造法,通过图C²_m□P_n的结构关系确定了r=2及r=3时C²_m□P_n的r-hued 色数.

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