最新刊期
      2019 年 第 51 卷 6 期

        第十一届全球华人化工学者研讨会

      • 祝京旭,孟达,张亚文,邵媛媛
        2019, 51(6): 1-9. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900401
        摘要：逆流化床作为一种新型的污水处理生物反应器在近年来得到了广泛关注。然而，对于应用于好氧污水生物处理的逆流化床反应器，快速有效的启动方法的研究尚未见相关报道。作者旨在探究好氧逆流化床生物膜反应器（AIFB）启动过程中操作模式和操作条件对于微生物膜形成和反应器处理效率的影响，并最终建立一个优化的快速启动方案。对聚乙烯颗粒（PE）进行了活性炭包覆，得到活性炭包覆颗粒（PEC）作为微生物载体，以启动过程中挥发性悬浮固体浓度（VSS）、附着挥发性固体浓度（AVS）、进出水化学需氧量（COD）、反应器有机负荷（OLR）作为主要标准以评价生物膜生长特性和反应器处理性能，依次研究了3种不同的启动方案且对有效的启动方案进一步进行了优化。实验发现：32 d的间歇培养启动方案和15 d的固定水力停留时间（HRT）为72 h的连续进水启动方案均获得了很低的生物膜浓度（AVS<50 mg/L）和较低的有机物去除能力。而6 d的逐渐降低HRT的连续进水快速启动方案获得了高生物膜浓度（AVS=514 mg/L）且在高有机负荷（6 gCOD/(L·d)）的情况下实现了高COD去除效率（95%）。应用快速启动方案对比了活性炭包覆前后两种颗粒的启动过程，发现PEC颗粒获得了微生物膜浓度（AVS=514 mg/L）约为PE（AVS=269 mg/L）的两倍。好氧逆流化床启动过程中，短水力停留时间（HRT<3 h）是冲出悬浮微生物并使生物膜得到快速增长的关键，同时应用活性炭包覆的载体有利于生物膜形成。  
        关键词：逆流化床生物膜反应器;启动方案;好氧污水处理   
        3242
        |
        1089
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47055332 false
        发布时间：2024-01-05
      • 李鑫钢,闫宇陶,王瑞,李洪,高鑫
        2019, 51(6): 10-16. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900685
        摘要：目前煤制乙二醇生产工艺中依然存在分离精制技术难题，即副产物1,2–丁二醇与乙二醇存在共沸现象，且相对挥发度极低，常规精馏分离方法能耗高、收率低、产品质量差。针对此难题，课题组前期提出一种利用可逆反应来强化分离精制的新方法，但该方法中缩醛反应步骤存在缩醛交换过程，对该工艺的设计计算造成较大影响。作者主要针对缩醛反应步骤中的1,2–丁二醇与2–乙基–1,3–二氧戊环的缩醛交换反应动力学进行探究，通过催化剂粒径、研究转速、催化剂用量、反应温度、反应物进料摩尔比例等因素对反应过程的影响，得到了正逆反应的活化能分别为70.48 kJ/mol和80.14 kJ/mol，正逆反应的指前因子分别为3.79×1010 L/（mol·min·g）和1.95×1012 L/（mol·min·g），采用二级拟均相模型可以很好的对实验数据进行拟合。研究结果还表明该反应为可逆放热反应，反应热为–7.83 kJ/mol。通过该反应动力学的研究发现，合理控制反应条件可以有效提高1,2–丁二醇转化率，降低乙二醇转化率，从而实现分离，为该过程的模拟设计提供了可靠的基础数据，有助于工业化推广应用。  
        关键词：缩醛交换;1,2–丁二醇;2–乙基–1,3–二氧戊环;动力学   
        2563
        |
        1170
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47055438 false
        发布时间：2024-01-05
      • 张建伟,沙新力,冯颖
        2019, 51(6): 17-27. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900772
        摘要：在化学生产和石油化工等多种过程工业中，都会涉及多项体系中相间热（质）传递，探求强化传递过程已成为研究的焦点和热点，撞击流作为一种有效强化相间传热传质、促进微观混合的新技术，在吸收、结晶、超细粉体制备等领域均展示出良好的应用前景。基于作者多年来在撞击流领域的经验积累和研究成果，对撞击流技术的研究进展及新型反应装置研发进行了综述。借助LDA、PDA、PLIF等先进可视化测试技术，提取不同结构布置形式下撞击流流场内部压力波动、瞬时和时均速度、浓度信号等丰富信息，获得关于流场的宏观压力、速度、浓度分布规律；同时准确把握流场内各物理参量在流体力学方程组中的作用，通过混沌分析、分形分析、小波变换以及希尔伯特–黄变换等非线性研究方法，识别信号的混沌与随机成分，计算出关联维、Kolmogorov熵、Lyapunov指数、Hurst指数等定量描述非线性特征参数，明确流场宏观运动特征、传热、传质以及反应效果的影响；另外，介绍了离析度IOS、平面混合均匀度U等指标，用于定量表征不同结构特性参数（喷嘴直径d、喷嘴间距L等）下撞击流反应（混合）器的混合、振荡特性研究现状，并确定利于混合的最佳工况，通过上述研究，不断完善复杂湍流体系理论；结合FLUENT数值模拟软件，实验与理论相互印证，为撞击流反应器结构的优化及新设备的研发提供指导性参数，基于此，作者先后自主研发出具有知识产权的多组同轴相向撞击流反应（混合）器、水平三向撞击流反应（混合）器等，并以双组分层式撞击流反应器为核心建立用于制备超细粉体工业规模示范装置，为撞击流技术在工业上的开发应用提供了一条新的思路；最后，指出探究与其他先进技术（超高压、超临界等）协同增效的复合型撞击流反应（混合）器，成为未来研究发展一大方向。  
        关键词：撞击流;流场特性;混合;非线性分析   
        2717
        |
        1334
        |
        3
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47055522 false
        发布时间：2024-01-05
      • 梁志永,覃吴,石司默,马晓迅
        2019, 51(6): 28-35. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900769
        摘要：基于密度泛函理论建立金属Co掺杂的铁基载氧体的微观模型，探究掺杂Co后模型表面的电子结构及反应特性的变化。首先，采用Material Studio软件中CASTEP模块构建并优化Fe2O3（104）的平板模型；其次，以Co原子分别替换模型表面不同配位数的Fe原子（Fe5f，Fe6f和Fe7f），构建Co在表面不同Fe原子位的掺杂模型（Co–Fe2O3（104））；最后，计算纯净模型和掺杂模型的表面能、掺杂结合能、态密度以及掺杂位点原子的键长、键角和原子间距离等参数，考察CO在Fe2O3（104）和Co掺杂的Fe2O3（104）表面的等温吸附特性，并以CO分子为探针测试Co掺杂模型和纯净模型表面的氧化反应特性，获取反应路径、过渡态和反应活化能等信息。几何优化结果得到Co掺杂模型的稳定性顺序是：Co5f–Fe2O3（104）> Co6f–Fe2O3（104）> Co7f–Fe2O3（104），对应的结合能分别为–0.399 eV、–0.215 eV和0.487 eV，Co在Fe5f和Fe6f位的掺杂是放热过程，并且在Fe5f原子位的掺杂时放热较多，而在Fe7f原子的掺杂属于是吸热反应；Co掺杂改变了掺杂位点相邻O原子的平均键长LO-M（M代表Fe或Co），其中Co替换Fe7f后相邻O原子的LO-M增加了0.004 4 nm；掺杂Co后模型的总态密度（DOS）均向费米能级（0 eV）方向移动，在–8 eV～0 eV能量范围内离域性增强，而且Co5f–Fe2O3（104）模型体系靠近费米能级左边的填充态能量高于其他模型。等温吸附表明Co掺杂可以提高CO在模型表面的吸附量，并且存在吸附两种方式：–2.0 eV附近的峰为CO模型表面碱性位点的吸附峰，–0.75 eV附近的峰为CO在非碱性位点的吸附峰。CO在Co5f–Fe2O3（104）表面的吸附能（–0.851 eV）最大，而在Co7f–Fe2O3（104）表面的吸附需要外加能量（0.386 eV），CO在Co6f和Co7f掺杂位吸附的键长（LCO）比纯净模型表面的分别增加了0.000 4 nm和0.001 1 nm，表明Co掺杂表面对CO分子的活化作用较大；过渡态分析表明CO在Co掺杂表面氧化生成CO2的反应活化能均明显下降，其中CO在Co5f–Fe2O3（104）表面生成CO2的活化能最低，比在Fe2O3（104）表面的减少了0.518 eV，且相应的反应能增加了0.445 eV。研究表明，Co与Fe在其氧化物中成键结构不同，导致掺杂后模型表面的悬键增多，表面能增大，态密度向费米能级方向移动，提高了Fe2O3（104）表面活性，并且Co在低配位数Fe原子位的掺杂更有利于降低氧化CO的反应活化能。因此，通过掺杂金属Co提高铁基载氧体反应活性是可行的，其改性效果与掺杂活性成分的特性和掺杂方式有密切的关系。  
        关键词：化学链燃烧;密度泛函理论;钴掺杂;铁基载氧体   
        2654
        |
        940
        |
        3
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47055490 false
        发布时间：2024-01-05
      • 王炳捷,白志山,杨晓勇
        2019, 51(6): 36-43. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900398
        摘要：为了实现复杂体系重金属废水中目标金属离子的高效选择性去除，基于微流控和离子印迹技术，制备了离子印迹壳聚糖吸附微球，通过批量吸附实验验证和DFT分子模拟佐证的方法，系统研究了吸附微球的吸附特性，探究了目标重金属离子与吸附微球的相互作用机制和靶向结合原理。研究结果表明，离子印迹壳聚糖微球在优化的恒温震荡吸附条件（35 ℃和160 r/min，Cu离子溶液初始浓度400 mg /L、pH = 6）下，可在48 h内到达吸附平衡，对Cu离子的最大吸附容量为117.76 mg/g。此外，吸附速率和等温吸附实验结果符合准二级吸附动力学模型和Langmuir等温吸附模型，证明离子印迹壳聚糖微球对Cu离子的吸附过程是伴随着电子转移的单层化学吸附过程。而基于印迹模板的离子尺度效应和高电负性、以及目标金属离子与吸附微球分子单体间强结合能，能够实现离子印迹壳聚糖吸附微球在二元和（或）三元共存体系中对Cu离子的快速识别捕获和吸附分离。该研究结果可为新型高效吸附微球的研发和性能优化提供理论指导。  
        关键词：壳聚糖吸附微球;选择性去除;微流控;离子印迹;DFT分子模拟   
        2882
        |
        1109
        |
        1
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47055314 false
        发布时间：2024-01-05
      • 黄浩鑫,张会平,鄢瑛
        2019, 51(6): 44-53. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900702
        摘要：由于粉末催化剂在连续流动的催化体系中存在压降较高、易堵塞等局限，同时金属负载型催化剂易出现活性组分流失的问题，本文探究了高空隙率的整体式复合碳材料在含酚废水连续化处理中的应用。首先以廉价易得的三聚氰胺为单一的氮源和碳源，采用化学气相沉积法（chemical vapor deposition, CVD）在纸状烧结不锈钢微纤材料（paper-like sintered stainless steel fibers, PSSF）表面生长氮掺杂碳纳米管（nitrogen-doped carbon nanotubes, NCNTs）合成整体式的NCNTs/PSSF复合催化剂。采用SEM、TG热重分析、比表面积及孔径分析等技术考察不同合成温度、载气流量及三聚氰胺用量对NCNTs/PSSF复合催化剂的微观形貌及结构的影响，最后在最佳催化剂合成条件下进行固定床反应器上复合催化剂湿式催化氧化降解苯酚的性能测试。合成条件探究结果表明，复合催化剂具有发达3维网状结构，且纤维表面环绕包裹着一层碳纳米管。随合成温度上升纤维表面NCNTs缺陷程度下降，有序度提高，当温度升至1 000 ℃时发生明显的石墨化转变；随载气流量上升，纤维表面NCNTs产量下降，但比表面积及总孔体积有所增加，缺陷程度上升；随三聚氰胺用量增加，纤维表面NCNTs产量及比表面积上升，但缺陷程度几乎不变。最优合成条件下复合催化剂的比表面积可达14.50 m2/g，相比PSSF载体增加近45倍，TEM分析表明合成的NCNTs具有典型的褶皱结构，氮原子掺杂量达4%。湿式催化氧化苯酚的结果表明，在2 cm催化剂床层高度（约含有0.5 g NCNTs），2 mL/min流量及80 ℃条件下反应9 h，复合催化剂可保持99%的H2O2转化率，80%的苯酚转化率及45%的TOC转化率，Fe3+浸出浓度仅为1.5 mg/L。稳定性测试结果表明，反应100 h复合催化剂仍能保持80%以上的苯酚转化率，且Fe3+浸出浓度低于5 mg/L。  
        关键词：氮掺杂碳纳米管;湿式催化氧化;苯酚;固定床反应器   
        2566
        |
        894
        |
        1
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47055447 false
        发布时间：2024-01-05

        水利与土木工程

      • 鞠铖,谢和平,孙立成,唐继国,莫政宇,李碧雄
        2019, 51(6): 54-59. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900994
        摘要：中低温地热温差材料热伏发电是世界性研究热点，其难点是如何提高热伏发电的热电转换效率。本文提出一种基于自相似结构（SSHS）的换热结构设计方案，可以大大减小一般热电转换系统换热结构的体积与重量，同时提高热电转换效率。以一个热端热沉的流动换热过程为例，利用数值计算方法对其换热和流动阻力特性进行了模拟和分析，并与两种传统换热结构进行了对比。计算结果表明：SSHS热沉具有更强的换热能力，换热均匀性更好，流量范围0.010 3～0.018 6 kg/s、热流密度2 W/cm2及进口热水温度100 ℃条件下，SSHS热沉的换热能力可达一般换热结构的2倍以上，换热面（释热面）温度高出5～10 K，温度分布均匀性提高了50%以上，进而有利于提高热电转换效率；此外，SSHS虽然相较传统结构有更大的流动阻力，但对于当前设计总流动阻力也不超过450 Pa，因此SSHS热沉非常适合用于模块化的热电直接转换系统。  
        关键词：地热发电;热电转换;自相似微通道热沉;换热结构   
        2444
        |
        968
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47055628 false
        发布时间：2024-01-05
      • 方有珍,季云,陈军,孙国华
        2019, 51(6): 60-67. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900367
        摘要：为研究摩擦部分自复位连接组合框架中间层的抗震修复性，设计1榀1∶2缩尺比例PEC柱–钢梁摩擦部分自复位组合框架中间层子结构试件进行修复前后的两次抗震试验。根据试验现象和实测数据，对试件滞回性能、水平抗侧刚度退化规律、自复位功效、耗能能力等抗震性能进行了对比分析。分析结果显示：摩擦部分自复位连接可通过摩擦T形件螺栓长圆孔合理设置以实现“设计地震水平下发挥自复位连接性能和大震设计水平转化为承压型”传力模式，进而发挥主体构件材料耗能自复位性能设计理念；摩擦耗能T形件对穿螺栓和预拉杆将梁端受拉侧拉力转为对节点区混凝土的压力，实现了节点区混凝土压力带传力，且节点区加强盖板设置使得节点区混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土强度，更好满足了“强节点”的抗震要求；在设计地震水平下，修复前后试件层间残余侧移最大值分别为0.11%和0.13%，满足了自复位结构侧移限值0.3%要求，基本实现完全复位，而在罕遇地震水平下，修复前后试件承载力均呈增长趋势，且其层间残余侧移最大值分别为0.42%和0.44%，仍小于小震层间侧移限值0.5%，试件仍具有良好的自复位功效；摩擦部分自复位连接仅通过简单修复，即可实现受力发展进程、刚度退化规律、自复位功效和损伤耗能演化机理的基本恢复，具有良好的抗震可修复性。  
        关键词：部分自复位连接;PEC柱框架中间层子结构;自复位功效;抗震可修复性;试验研究   
        2189
        |
        1061
        |
        3
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47055222 false
        发布时间：2024-01-05
      • 何杰,高正荣,辛文杰
        2019, 51(6): 68-74. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801413
        摘要：港珠澳大桥海底隧道采用沉管法施工，最终接头安装前会在两节沉管中间形成合拢口。龙口往往形成水流集中、流速急剧增加的现象，给最终接头的安装施工增加一定难度。本文通过建立沉管合拢口局部水域的3维水流数学模型，模拟了“水下龙口”区域特有的水流结构，分析了龙口水流流速与珠江口径流、潮差的相关关系。数值模拟研究结果表明：合拢口纵断面流速分布具有“表层大、底层小，落潮大、涨潮小”的分布特点；同级别径流条件下龙口水流随潮差的增大而增加，相同潮差条件下龙口水流会随上游径流量的增大而增加；最终接头安装使用的起重船距离龙口仅30 m，船头挑流作用使得龙口西侧局部水域流速急剧增加，但对龙口区域的水流条件影响较小。根据沉管合拢口区域的水动力条件数值模拟结果，论证了最终接头安装施工期间的外部水情条件与对应的时间窗口，为港珠澳大桥沉管隧道的最终贯通提供了技术支撑。  
        关键词：港珠澳大桥;沉管隧道;3维水流模型;龙口;潮流   
        2591
        |
        984
        |
        4
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47054880 false
        发布时间：2024-01-05
      • 李碧雄,刘侃,莫思特,唐甜
        2019, 51(6): 75-82. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900046
        摘要：混凝土的损伤演化是其内部裂缝产生和扩展的过程，伴随损伤程度的发展，混凝土的电磁特性会产生相应变化。为探究钢筋混凝土构件损伤破坏过程中的力–电行为之间的关系和电磁波在其中的传播特性，借鉴同轴电缆结构，以中间和外部的钢筋为内、外导体，将介质相对较为均匀的水泥净浆作为电介质，设计了智能同轴钢筋水泥净浆构件（reinforced cement paste coaxial component，RCPCC）。根据电磁学的基本原理，对RCPCC构件进行了有限元分析，建立了反映RCPCC结构特点的损伤元件的等效电路简化模型及相应的电参数表达式，并据此分析了损伤程度对构件交流电路参数（串联阻抗值、串联电容和相角值）的影响。基于此，设计了RCPCC的弯剪破坏试验，利用LCR测量仪测量构件的交流电路参数随弯剪破坏过程的变化情况，同时用频谱分析仪记录了基波峰值在破坏时的变化情况。结果表明：RCPCC构件的弯剪破坏过程可划分为3个阶段，对应每个阶段的电磁特性参数变化速率不同，损伤演化的速率与所测得构件相关电参数变化速率一致；在破坏过程中力学和电学行为存在本征的必然联系，裂缝损伤发展会使串联阻抗值增大，串联电容和相角值减小；构件内部裂缝的发展会减小对电磁波传播的阻碍，引起基波峰值增大，基波峰值可表征构件的破坏程度。试验结果所呈现的规律与理论模型分析结果具有很好的一致性，验证了模型的可靠性。  
        关键词：水泥净浆同轴构件;等效电路;电磁特性;损伤演化;弯剪试验   
        2249
        |
        882
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47055017 false
        发布时间：2024-01-05
      • 李乃稳,何孟,刘超,贺宇欣,李龙国
        2019, 51(6): 83-89. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900647
        摘要：在矩形明渠中，自由跌水可作为其流量计量设施，具有简单方便、运行维护容易的特点。工程中，矩形明渠底坡往往为陡坡，边壁因材料限制通常较粗糙，体现为陡坡粗糙渠道的特征。目前对此类明渠中设置跌坎后，跌坎上的水力特征性研究较少。本文采用模型试验的方法对不同底坡S、不同边壁粗糙度n的矩形明渠中的自由跌水水力特性进行了研究。试验中，底坡范围为0.002 6到0.097 3之间，明渠边壁糙率系数在0.009 3到0.019 3之间，明渠水流弗洛德数Fr0在1.0到6.62之间，远超以前研究的范围。结果表明：在试验确定的底坡和边壁糙率系数范围内，明渠跌坎上游水流为急流，自由跌流坎末水深he与其上游临界水深hc之比值he/hc与$\sqrt S /n $呈线性相关。另外，受自由跌水影响的跌坎上游长度L只与底坡和边壁糙率系数有关，而与渠道流量无关。对陡坡渠道而言，he/hc值随着水流弗洛德数的增加而呈对数减小。最后本文根据试验数据提出了陡坡粗糙矩形明渠的自由跌流坎末水深与上游临界水深之比值he/hc和$\sqrt S /n $，L和$\sqrt S /n $以及he/hc和来流弗洛德数Fr0的计算公式。本文通过增大底坡和边壁糙率的值，进一步扩展了前人关于明渠自由跌水的研究，这对于利用明渠自由跌水进行流量计量具有重要的工程应用价值。  
        关键词：明渠流;自由跌流;急流;粗糙陡坡明渠;水力特性   
        2208
        |
        983
        |
        1
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47055420 false
        发布时间：2024-01-05
      • 崔强,张飞阳,徐玉波,何金业,周楠,李洋
        2019, 51(6): 90-100. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900091
        摘要：风积沙具有结构松散、黏聚力低、稳定性差的特点，在干旱大风环境下，其抗风蚀稳定性差，影响输电线路杆塔基础的稳定性。近年来发展起来的固沙技术可有效改良风积沙的物理力学性质，提高地基承载性能。为研究水泥固化技术对杆塔抗拔基础承载性能及破坏模式的影响，以新疆南部塔克拉玛干沙漠风积沙为研究对象，分别制备出含水率ω为3%、5%的风积沙和水泥含量为4%、6%、8%的水泥固化风积沙填料，通过开展两种地基填料的模型基础上拔试验，获得水泥固化前后模型基础的上拔荷载位移曲线、抗拔极限承载力及破坏模式，并基于数值分析方法解释了地基填料破坏模式的形成机制。结果表明：水泥固化作用可有效提高风积沙地基的刚度，使基础与地基之间的变形更加协调。水泥含量对基础抗拔承载力Tu的影响与其含水率ω有关，ω越大，Tu的提高程度越明显；ω=5%时，Tu随水泥含量增加呈单调递增趋势；ω=3%时，Tu随水泥含量增加呈先提高后降低的变化趋势；水泥含量为6%时，Tu最大，可认为是该含水率条件下水泥含量的最佳配比。水泥固化前后，风积沙地基的破坏模式由张拉剪切组合破坏模式演变为张拉破坏模式。理论分析表明，锚板两侧的地基首先发生屈服，随着上拔荷载增加，屈服范围逐渐向上扩展，地基上部与基础交界面同步发生屈服，并逐渐向下扩展，最终上下塑性区在一定深度处交汇并连通，地基发生破坏。水泥固化前后风积沙填料的直剪试验与SEM测试结果表明：基础抗拔承载力Tu与填料黏聚力c之间满足线性关系，水泥与风积沙颗粒之间形成的胶凝物质改变了风积沙的微观结构，从而影响其变形及承载能力。  
        关键词：风积沙;水泥固化;上拔试验;抗拔极限承载力;张拉破坏;微观结构   
        2121
        |
        986
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47055090 false
        发布时间：2024-01-05
      • 卢海林,蔡恒,颜燕祥
        2019, 51(6): 101-107. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801416
        摘要：在桥梁结构设计中，需要考虑车辆动荷载的冲击作用。为计算大跨度曲线弯梁桥车致振动响应，通过在结点之间引入高阶位移插值函数，构造了形函数矩阵。基于虚功原理和动力有限元理论，推导了各个结点9个自由度的曲线箱梁空间单元刚度矩阵和质量矩阵；在推导刚度矩阵时考虑了箱梁的约束扭转和剪力滞效应，在推导质量矩阵时考虑了质心与扭心不重合。通过引入7自由度的车辆模型，建立了车–桥耦合振动方程。在MATLAB上采用Newmark–β法直接积分，求解了车辆动荷载作用下系统的振动响应，分析了车速、车重和主梁刚度对冲击系数的影响，同时采用ANSYS建立车–桥耦合非线性有限元模型。结果表明：以位移冲击系数代替弯矩冲击系数和剪力冲击系数进行截面内力设计时将会导致弯矩设计值最大增大2.89%，剪力设计值最大减小34.9%；车重对冲击系数影响很小；位移冲击系数和弯矩冲击系数均随着主梁刚度增大而减小，剪力冲击系数随着主梁刚度增大而增大。有限元分析结果与理论计算结果吻合良好。  
        关键词：动力冲击系数;单元矩阵;Newmark–β法;有限元;曲线箱梁桥;车–桥耦合   
        2458
        |
        886
        |
        1
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47054921 false
        发布时间：2024-01-05
      • 刘一民,王成虎,王杰,张杰
        2019, 51(6): 108-114, 123. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801352
        摘要：水压致裂技术作为一种绝对应力测量方法广泛地运用在原地应力测量领域，在其测量过程中影响岩石破裂值的流体力学影响因素主要是压裂液的注液速率、黏度和密度等，因此应开展流体力学影响因素的室内模拟试验，定量分析各因素对于原地应力测量准确度的影响。由于因素数量较多且该试验对于岩芯试块为破坏性试验，因此试验设计较为复杂且次数较多，全面试验或正交试验方案将严重影响试验实际操作和试验效果。本文在理论分析流体力学因素对于裂缝扩展和破裂压力影响基础上，提出一种基于混合水平均匀设计方法的水压致裂模拟试验优化方案，根据压裂液的注液速率、黏度和密度等影响因素及其参数值（水平数）构建均匀试验设计方案，利用DPS数据处理软件获取最优混合水平的均匀设计表，然后根据最优均匀设计表选择不同流体力学参数的典型点进行试验。最后将试验结果与部分全面试验结果进行对比分析，证明优化试验的岩石破裂值均处于全面试验测量区间内，印证了不同流体力学因素对于岩石破裂值的影响效应。本文中优化算法试验方案通过较少的试验次数简化了试验流程，试验次数仅为正交试验的四分之一，因此显著提高了水压致裂多影响因素模拟试验效率，对于后续建立不同流体力学影响因素的破裂压力修正公式与补偿模型提供了一种快速有效的试验方法，对原地应力进一步精确测算具有一定的积极意义。  
        关键词：水压致裂;流体力学;模拟试验;均匀设计算法;优化研究   
        2333
        |
        770
        |
        1
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47054722 false
        发布时间：2024-01-05
      • 刘晓,严鹏,卢文波,陈明,王高辉,宁金华,倪绍虎,刘军
        2019, 51(6): 115-123. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801364
        摘要：随着地下工程埋深的不断增加，深部岩体工程中围岩开挖损伤区深度及程度的准确评价逐渐受到深部高地应力场的影响，其影响程度的合理评估成为研究重点。依托某水电站深埋引水隧洞开挖工程，采用应力逐步解除方案，通过在取样区域外围钻设形成环形封闭边界的常规取样孔，逐步解除取样区域内岩体应力，并在取样区域内进行钻孔与低应力取芯，继而利用声波检测装置对外围应力解除孔和内部取芯孔周边岩体的损伤程度进行检测，以此获得相同位置岩体在不同地应力条件下的损伤区深度及程度的声波检测结果。同时，结合内、外取芯孔获取的不同应力水平下的岩芯，开展室内试验，基于Hoek–Brown强度经验公式，利用声波波速计算得到相同位置岩体在不同地应力条件下的岩体单轴抗压强度，从而判断不同地应力条件对爆破开挖损伤区声波检测结果及损伤程度评价的影响。研究表明：高应力条件下，常规取样与声波检测法会在一定程度上低估围岩的损伤区深度和损伤程度，同时严重高估岩体单轴抗压强度。当初始应力水平为45 MPa时，围岩损伤区深度和损伤程度大约会被低估约10%～30%；当地应力水平由45 MPa降至30 MPa时，岩体的单轴抗压强度会被严重高估约30%～100%。因此，高地应力水平对爆破开挖围岩损伤区声波检测与评价结果存在明显影响，工程中运用波速指标评价岩体质量必须考虑地应力水平对声波检测的影响，并进行适当修正。  
        关键词：地应力;围岩损伤;声波检测;岩体质量   
        2385
        |
        953
        |
        2
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47054832 false
        发布时间：2024-01-05
      • 文丽娜,程谦恭,程强,郭喜峰
        2019, 51(6): 124-133. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801107
        摘要：由于鲜有悬索桥隧道锚现场缩尺模型蠕变试验资料可供参考，为获取雅康高速兴康特大桥实桥隧道锚蠕变变形规律，丰富特大悬索桥隧道锚蠕变试验资料，依托兴康特大桥雅安侧岸坡隧道锚工程区特定地质条件，依据弹性力学的相似理论，开展兴康特大桥雅安侧岸坡隧道锚1∶10原位缩尺模型蠕变试验，根据模型锚和围岩体在1.0P、3.5P、7.0P荷载下的蠕变特性，分析模型锚、围岩和界面错动的蠕变全过程规律。结果表明：在1.0P、3.5P、7.0P荷载作用下，锚体最大蠕变量分别为0.62、0.97、1.58 mm，围岩最大蠕变量分别为0.49、0.85、1.38 mm，锚体与围岩错动最大蠕变量分别为0.15、0.64、1.43 mm。在现场原位缩尺试验的基础上，利用FLAC3D有限元软件进行锚碇与围岩体相互作用的3维黏弹塑性数值分析，从现场实测值与数值分析结果的对比可知，兴康特大桥雅安侧岸坡隧道锚锚碇与围岩现场实测蠕变变形量和计算结果变形发展趋势基本一致，量值相当。雅康高速兴康特大桥在隧道锚和围岩在各级荷载作用下属于稳定型蠕变，锚碇和围压的蠕变不会影响悬索桥的长期稳定性。试验成果在为兴康特大桥隧道锚系统可靠性评价提供有力依据的同时，也为类似工程设计提供了参考。  
        关键词：兴康特大桥;隧洞锚;缩尺模型;蠕变试验;长期稳定性   
        2498
        |
        886
        |
        1
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47054196 false
        发布时间：2024-01-05
      • 钟益华,马旭东,聂锐华,刘兴年,郑晓刚
        2019, 51(6): 134-138. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900199
        摘要：在陡坡河道内，因输沙率变化可能会引起局部淤积，继而河道水位会随淤积高度相应变化。本文在4种比降水槽中，建立了可以模拟淤积体高度的概化模型，探求淤积高度对水位的影响。研究结果表明不同来流量条件下，在淤积高度增高与降低的过程中，水位会发生突增或突降，并且发生突增与突降时对应的淤积高度存在差异。淤积高度增加过程中，淤积体上游水位最大增幅可达6倍；淤积体降低过程中，水位恢复呈滞后性。通过线性回归得到了发生水位突变的临界淤积高度与来流水力学指标存在相关关系。以临界淤积高度为标准提出了的安全区、可能成灾区、成灾区的判断方法。本文的研究成果能够为水沙灾害防治中堤防设计、河道整治提供参考。  
        关键词：陡坡河道;模型试验;淤积;反坡水跃;水位   
        2296
        |
        827
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47055220 false
        发布时间：2024-01-05
      • 张焕,杨奉广,王协康,黄尔,刘兴年
        2019, 51(6): 139-145. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801282
        摘要：受上游来水来沙条件影响，自然河道通过自我冲淤调整，常形成稳定的几何形态。稳定河流几何形态设计在工程应用中十分重要，稳定断面有利于水沙输移，且避免河道冲淤平衡破坏发生。本文系统分析了达西水流阻力梯度沿程变化，表明阻力梯度主要作用于三方面：河道深度调整，河道宽度调整，河道坡降调整。若调整宽度与深度的概率为线性关系，可推导出稳定河流几何形态关系式。在泥沙输移作用下，总能坡可分解为两部分，清水对应能坡和泥沙运动产生的附加能坡，其中，清水对应能坡可采用清水河道达西阻力表达式计算，泥沙输移附加能坡，可利用实测资料推求。通过分析含有总坡降的河道几何形态表达式，指出未知函数与坡降的0.3次方呈线性关系，而指数则与参数关系明显，随着参数的增大而呈现减小的趋势。利用收集的野外实测数据确定了这些未知变量，并给出了相应的求解表达式，该表达式不仅适用于沙质河道，还适用于砾卵石河道。以大量野外实测数据与室内试验数据对比分析，本文提出的稳定河道几何关系计算方法具有很高的精度。  
        关键词：稳定河道;达西阻力系数;阻力梯度;水沙输移;附加能坡   
        2280
        |
        996
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47054562 false
        发布时间：2024-01-05
      • 徐兆全,苏成,范学明
        2019, 51(6): 146-151. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801015
        摘要：大型地下结构物的渗漏问题一直以来都较难解决，作为主要构件的混凝土底板其裂缝宽度和数量直接决定整个地下结构的渗漏严重程度，目前关于底板开裂后的裂缝分布特征研究还较少。作者以解析方法得出不断增大的温度及收缩效应下混凝土底板的裂缝出现位置、宽度及间距表达式，实现对裂缝分布特征的描述。假定滑脱钢筋表面受均匀摩擦力（为混凝土抗拉强度），滑脱临界处混凝土为极限拉应变（约100×10–6）的情况下，求解出钢筋拉力、滑脱长度、钢筋变形量等参数之间关系式。把滑脱钢筋作为边界条件，带入通解，计算第一条裂缝的宽度及新底板块体内位移和应力分布。在已发生裂缝位置和滑脱钢筋刚度恒定的情况下，从坐标原点和端部的块体向某裂缝处叠加计算，得出该处底板块体的新组合刚度和自由位移值，进而求解应力重分布后的裂缝宽度。持续增加温度与收缩应变，计算新裂缝出现后的底板块体组合刚度、最大拉应力值，存储已有裂缝位置和滑脱钢筋刚度，用于下步计算。循环计算过程，直至应变的上限值，得出整块底板的多条裂缝宽度和间距，建立大型混凝土底板温度与收缩裂缝分布特征的计算方法。最后以尺寸80 m×20 m×0.4 m的混凝土底板为例，持续施加0～350×10–6的温度或收缩应变，实现裂缝5次出现时分布特征的计算。  
        关键词：混凝土底板;温度与收缩;滑脱钢筋;裂缝   
        2453
        |
        973
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47054190 false
        发布时间：2024-01-05

        信息工程

      • 刘久富,郑锐,丁晓彬,刘海阳,杨忠,王志胜
        2019, 51(6): 152-158. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900061
        摘要：针对标准二进制粒子群用于马氏田口系统的特征选择优化时，存在迭代速度慢，容易陷入局部最优解等不足，提出一种改进的基于量子行为二进制粒子群的马氏田口系统变量选择优化方法。首先，为了规避可能存在的复共线性特性对距离度量结果的影响，本研究采用Gram–Schmidt正交化法计算马氏距离值，对系统进行标准化处理，对各属性向量进行正交化后计算各类别的马氏距离集合，通过ROC曲线确定系统分类的最佳阈值点，定义误分类率概念和被选择变量占比最小作为变量筛选标准，构建多目标的混合规划模型。运用改进的量子行为粒子群算法求解优化组合，为适应二值化的变量优化问题，算法基于概率对粒子进行二进制编码，求取目标函数的适应值，并完成粒子群的优化迭代过程。采用优化的变量组合，构建精简的马氏田口系统，建立度量预测模型，完成精确判别的任务。最后，以胎心分娩力造影术测量的胎儿健康诊断为例，对标准二进制粒子群算法和二进制量子粒子群优化算法进行对比验证，实验结果表明，本文方法可以有效地提升粒子的迭代速度和寻优精度，优化后的马氏田口系统的预测准确率明显提高。  
        关键词：马氏田口系统;特征选择;量子行为二进制粒子群;优化   
        2211
        |
        1045
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47055052 false
        发布时间：2024-01-05
      • 何杰光,彭志平,崔得龙,李启锐
        2019, 51(6): 159-167. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800336
        摘要：针对原始教与学优化算法全局搜索和局部搜索协调不足、当前反向学习策略过于单一的问题，将多种反向学习策略同教与学优化算法相结合，提出一种基于多反向学习的教与学优化（MOTLBO）算法。首先，借鉴反向学习的思想，设计一种基于Sigmoid函数且随进化代数逐渐变化的非线性混合反向学习模型，模型综合考虑了问题的搜索边界信息和种群的历史搜索信息；其次，在原始教与学算法教和学两个阶段的基础上，增加了基于搜索边界指导的自学习阶段，增强了种群的多样性；最后，将混合反向学习模型与算法的各阶段相结合，根据各阶段的不同特征，设计了基于均值个体、随机个体和最优个体的反向解计算方法，充分吸收种群的历史搜索经验，提高算法的收敛精度和速度。采用具有不同特征的Benchmark测试函数对算法的非线性混合反向学习模型和收敛性能进行测试，实验结果表明：非线性混合反向学习模型相对于单一的边界信息反向学习或种群信息反向学习，具有更强的全局搜索和局部探测能力；而与原始教与学优化算法及其改进算法相比，MOTLBO算法在获得较高的收敛精度和稳定性的同时保持了更快的收敛速度，其综合性能得到较大提升。此外，对扩频雷达相位编码求解的实验结果进一步表明，MOTLBO算法能有效避免陷入局部最优，亦适用于求解实际的工程优化问题。  
        关键词：教与学优化算法;反向学习;搜索边界;种群信息;非线性混合模型   
        2542
        |
        1152
        |
        2
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47054199 false
        发布时间：2024-01-05
      • 沈楠,李瑞琪,贾春福,袁科
        2019, 51(6): 168-174. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900135
        摘要：针对移动社交网络中用户进行属性匹配时，服务器与用户可能会搜集查询用户的属性信息，恶意的攻击者可能发起中间人攻击、重放攻击和伪造身份攻击等问题，提出一种基于密钥协商和身份匿名技术的社交发现隐私保护方案。在该方案中，身份通过系统认证的查询用户与响应用户，基于查询用户随机选定的不可逆哈希函数与随机数，生成各自的属性哈希值集；服务器负责计算所有响应用户与查询用户的属性匹配值，根据值的大小向查询用户推荐好友。系统合法用户查询匹配过程中以及建立好友关系之后的保密通信使用的私钥，基于迪菲–赫尔曼密钥协商技术，经由服务器保密传输公开参数而生成，但对服务器保密。安全分析表明，该方案能够防止系统用户隐私信息泄露，进而保障了其身份的匿名性。同时，基于jPBC密码算法库在MyEclipse平台上对方案进行仿真实现，实验结果表明，该方案在减轻用户计算与通信负担方面比同类方案更加有效。  
        关键词：社交发现;密钥协商;身份匿名;双线性对   
        3210
        |
        916
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47055160 false
        发布时间：2024-01-05
      • 刘霆,崔 　喆,蒲泓全,饶金涛
        2019, 51(6): 175-181. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801183
        摘要：针对电子投票的大规模秘密分享的应用要求，提高在大量设备间的秘密分享的效率，本文提出基于随机线性分组码的秘密分享，并将其应用于电子投票中。首先，构造随机线性分组码的校验矩阵，使得秘密恢复的译码方程组的系数矩阵有极高的列满秩概率，可以保证正确译码恢复秘密；然后，由校验矩阵生成编码矩阵，并用编码矩阵对投票信息向量编码，将码字中部分元素作为秘密份额分享给其他设备，但不泄漏投票信息向量；最后，各个设备将接收到的份额返回给源设备，并用从其他设备收到的返回份额译码恢复投票信息向量。基于随机线性分组码的秘密分享可在秘密恢复的同时发现恢复结果及份额错误。本文对不同数据大小和参与方数量的秘密分享、恢复速度与数据冗余量进行实验。实验结果表明，与传统的秘密分享方法相比，基于随机线性分组码的秘密分享方法具有较高的分享与恢复速度和较低的数据冗余量。基于随机线性分组码的秘密分享方法是一种高效的秘密分享方法，能够有效解决大规模电子投票的隐私保护、投票记录防篡改、存储安全等关键信息安全问题。  
        关键词：随机线性分组码;秘密分享;电子投票;随机矩阵   
        2122
        |
        790
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47054434 false
        发布时间：2024-01-05
      • 陈雷
        2019, 51(6): 182-189. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900562
        摘要：稀疏码多址接入技术可以高效的提升频谱效率，因此被作为5G网络的候选接入技术之一。首先研究稀疏码多址接入网络中的分层多播策略，在该策略下使得网络容量不再受限于多播组中最差用户的信道质量。在满足多播组服务质量需求的同时，公式了网络能量效率最大化的最优化问题，该最优化问题由码本分配与功率分配联合解决。为了减少解决最优化问题的计算复杂度，提出分离码本分配与功率分配的快速次优化算法。最后，仿真结果显示提出的分层多播的快速次优化算法在基于稀疏码多址接入网络中的网络能量效率方面要优于采用传统多播策略的稀疏码多址接入网络，和基于正交频分多址网络。并且，提出的快速次优化算法在稀疏码多址接入网络中的多播系统功效要优于正交频分复用网络中的多播系统功效。  
        关键词：稀疏码多址接入;分层多播;码本分配;功率分配;网络能量效率   
        2112
        |
        916
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47055377 false
        发布时间：2024-01-05

        机械工程

      • 胡腾,郭曦鹏,米良,杨随先,郑华林
        2019, 51(6): 190-199. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800904
        摘要：空间误差是机床几何误差元素综合作用的结果，但现阶段空间误差模型大多存在缺失若干几何误差元素的问题，直接影响着机床空间误差的预测精度。为此，提出一种机床空间误差完备建模方法，以多体系统理论及齐次坐标变换为分析研究手段，在充分考虑体间坐标系初始位置关系及原始误差特征矩阵的基础上，确保模型包含机床全部几何误差元素。进而，针对传统基于NC代码的空间误差补偿技术中存在残差的局限性，提出将NC代码坐标的逆向叠加过程转化为最优化设计问题，并借助遗传算法对该问题进行求解计算，达到消除空间误差补偿残差的目的。最终，以某型卧式加工中心为研究对象进行计算分析与实验验证，结果表明：依据所提方法构建的空间误差完备模型包含加工中心全部21项几何误差元素，空间误差预测结果较精确；所提NC代码优化补偿技术使加工中心空间定位精度得到进一步提升，补偿后定位精度增幅最高达90.92%。研究成果可为数字制造装备精度问题探索提供较重要的理论与工程技术支撑。  
        关键词：几何误差元素;机床空间误差;完备建模;NC代码;优化补偿   
        2722
        |
        1247
        |
        3
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47054193 false
        发布时间：2024-01-05
      • 杨闪闪,王玲,殷勤,殷国富
        2019, 51(6): 200-206. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800773
        摘要：为了研究结合部刚度参数间的耦合关系对机床结合部动态性能的影响，基于响应面函数的选型建立了广义模态固有频率与结合部动刚度耦合和非耦合的函数模型。响应面函数辨识法以结合部模态固有频率这一关键动力学性能为指标，研究了结合部动态特性与结合部刚度参数的数学关系。基于结合部单、双对节点有限元建模方式，结合中心复合实验设计方案和响应面方法理论，分别对两种建模方式建立响应面函数辨识模型。以响应函数模型的响应值与实验测得值的最小二乘法为优化目标，结合非线性规划与遗传算法实现结合部刚度参数的辨识。其中通过响应面函数二次多项式的选型显现多对节点间的刚度耦合关系，揭示了参数间的耦合关系对结合部动力学的影响。为验证此理论和方法的可靠性，以一螺栓结合部为研究对象，制定有限元动力学仿真分析的实验设计方案和采集了刚度组合点，并计算每一组采样点的前11阶模态固有频率。以有限元分析的数据为基础，建立反映螺栓结合部刚度间耦合关系的2次多项式响应面函数，并通过计算响应面模型质量评价指标验证了该模型的有效性。对比分析多刚度耦合、不耦合和单刚度的有限元模型预测精度，结果显示，多刚度耦合的有限元模型在固有频率、振型方面均具有较好预测效果，前11阶模态固有频率平均误差仅为1.6%，论证了考虑刚度间耦合关系的必要性和方法的可行性。  
        关键词：结合部动刚度;响应面函数辨识法;遗传算法;非线性规划   
        2205
        |
        1042
        |
        1
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 47054198 false
        发布时间：2024-01-05
      0