最新刊期
      2024 年 第 56 卷 2 期

        聚焦国家重点研发计划

      • 刘明星,马权,吴鹏,杨斐,侯荣彬,王俊峰,黄滟鸿,吴延群
        2024, 56(2): 1-16. DOI: 10.15961/j.jsuese.202301036
        摘要：目前，核能装备等安全关键系统中软件的作用越来越重要，对系统的安全稳定运行具有至关重要的影响。安全关键软件规模的增长和复杂度的增加给设计和开发高可信的软件带来了新的挑战，亟需新的软件开发和验证方法与模式。针对此需求，本文围绕核能装备安全控制代码自动生成软件研究面临的三大关键科学问题，分别开展一个基础理论、七大关键技术及一套原型系统的研究。通过核能安全控制代码自动生成软件总体设计集成与评估、核能安全控制与交互系统软件建模技术、核能安全控制系统模型分析与验证技术、核能安全控制系统可信软件代码自动生成技术等方面的研究，突破核能装备安全控制代码自动生成软件在建模、代码生成和测试验证面临的系统性技术瓶颈，建立起新的安全关键软件开发和验证方法与模式。通过可信安全控制代码自动生成软件工程化应用与认证技术研究，构建一个核能装备安全控制代码自动生成的原型系统，并在核能、汽车等领域对研究成果进行验证。通过上述研究实现以下5个方面创新：一是形式化方法与模型驱动开发融合理论，用确定的数学理论保证模型的高可信；二是状态机扩展同步数据流语言形式化定义方法，建立适用于核能、航空、汽车等场景的软件建模方法；三是基于交互式定理证明的可信代码生成器构造方法，形成经过形式化验证的可信代码生成器；四是数据驱动的测试用例智能生成方法，实现测试验证的自动化；五是一套面向核能装备控制软件的一体化研发平台，构建完整的开发和验证工具链。本文旨在以形式化和模型驱动方法为基础，对安全关键软件的建模、模型验证、代码生成、测试验证等方面进行系统性研究，以形成高可信的安全关键软件开发和验证新方法。研究成果对核能等领域安全关键软件开发相关工业软件的科学研究、技术研发、产业发展等具有十分重要的理论意义和实际应用价值。  
        关键词：核能装备;代码生成;形式化;模型驱动   
        118
        |
        15
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50513291 false
        发布时间：2024-03-19

        高等教育国家级教学成果获奖项目

      • 杨劼人,叶金文,苟倩,王泽高,吴朝玲,朱建国,张云,刘颖
        2024, 56(2): 17-23. DOI: 10.15961/j.jsuese.202300889
        摘要：材料科学与工程是国家“四个面向”的重要支撑，先进材料及制造是国家战略性、基础性产业，是涉及国家安全的关键核心领域。本文针对国家对材料类高素质人才的迫切需求和传统材料类本科人才培养中存在的专业过度细分、实践能力偏弱、创新能力不足等局限性问题，从一流高等院校本科生培养视角出发，依托四川大学厚重基础与综合优势，结合近二十年来材料科学与工程学院本科育人改革实践，系统阐释了“厚基础、强实践、重创新”的材料类本科人才培养特色与新模式。全文宗旨在于论述如何发挥“材料科学与工程”世界一流学科建设学科、一级学科国家重点学科的优势，服务国家重大需求和国民经济主战场，全面总结了系统性多层次育人探索和教学改革，对培养理想坚定、基础扎实、勇于创新的材料类优秀本科人才的具体内涵、实施路径及育人成效进行了思路分析与案例介绍，并对进一步持续改革工作进行了展望。  
        关键词：材料科学与工程;本科专业;人才培养;教学改革   
        43
        |
        7
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50513192 false
        发布时间：2024-03-19

        新型电力系统

      • 肖先勇,刘俊勇
        2024, 56(2): 24-25. DOI: 10.15961/j.jsuese.202400159
          
        37
        |
        1
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50513293 false
        发布时间：2024-03-19
      • 贺春光,王涛,杨书强,张菁,安佳坤,郭伟,范文弈,赵杰,王辉,窦春霞
        2024, 56(2): 26-36. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201226
        摘要：整县分布式光伏电源的大量开发与利用及分布式电源规模化并网对实现“碳达峰、碳中和”与“乡村振兴”两大国家战略具有重要的现实意义。由于分布式电源发电尖峰和低谷阶段与负荷峰谷时常不同步，进而导致配电系统过/欠电压问题，严重影响了电能质量，甚至威胁系统安全。针对上述问题，本文提出一种基于“先无功–后有功”功率补偿的配电网层级式电压协同控制策略。首先，建立基于“先无功–后有功”功率补偿的配电网层级式电压协同控制框架。其次，结合多微电网节点注入电流与电压的方程与功率–电压灵敏度分析，根据多节点电压越限程度，提出一种基于“先无功–后有功”功率补偿的多智能体协同调节策略，该策略先通过无功补偿器进行无功调节，当电压尚未得到有效治理时，再采用多微电网进行有功调节。再次，为了进一步满足各节点微电网有功功率调节需求，并考虑电网内部源–荷–储运行成本与污染排放，提出一种基于多目标优化的微电网内部分布式源–荷–储优化协调功率控制策略。最后，在MATLAB平台中设计了3种仿真场景以及IEEE测试系统模型对所提控制策略进行了验证。结果表明，所提出的电压协同控制方法在最经济的情况下可以实现各节点电压的综合高效治理，同时，所提出的微电网优化协调功率控制策略能使源–荷–储在绿色经济的供电模式下实时精准地满足电压治理目标下微电网有功调节的需求。仿真实验结果验证了本文所提控制策略的有效性。  
        关键词：配电网;“先无功–后有功”功率补偿;电压协同控制;源–荷–储协调控制   
        58
        |
        6
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512653 false
        发布时间：2024-03-19
      • 刘舒,毕然,赵文凯,马浩宇,柳劲松,胡军
        2024, 56(2): 37-44. DOI: 10.15961/j.jsuese.202300149
        摘要：电力系统是人类日常活动的重要基础设施，是最复杂的人工系统。为了维持电力系统稳定、可靠地运行，电力系统需要准确、可靠的状态监测，不同的状态监测情景需要有区别的测量方式以获得更精确的测量结果。目前，电力系统中电流的在线监测主要局限于室内场所的导线电流测量，对于电力系统中铜排工作电流的测量手段还较为缺乏。针对电力系统铜排电流监测的需求，以磁场作为耦合方式，需要重点解决两方面关键科学问题：1）矩形截面铜排通流电流后的磁场等效模型；2）基于通流铜排磁场的磁场测量、电流反演方案。本文基于毕奥萨伐尔定律，建立了理想情况下通电铜排磁场模型，研究了矩形截面铜排近场、远场的磁场；基于磁场计算，研究了电流传感器阵列包含的测量单元数量对电流测量的影响，优化了阵列结构；基于安培环路定律、均值算法，计算阵列电流反算结果与给定电流之间的误差，求得基于传感阵列的理论电流测量误差。在此基础上，设计了用于矩形铜排电流测量的矩形阵列、测量信息处理模块、数据通路及相关硬件电路，使用了独特的双层电路板结构以固定并定位多个隧道结磁阻效应传感单元。最后，搭建基于通电铜排的实验平台，利用阵列测量系统实现对实验室条件下铜排电流的测量。结果表明，本文设计的电流测量阵列能够实现1%以内的电流测量精度。  
        关键词：电流测量;磁阻传感器;阵列;测量系统   
        43
        |
        2
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512816 false
        发布时间：2024-03-19
      • 陈春宇,涂歌,臧天磊,任必兴,戴雪梅
        2024, 56(2): 45-54. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201343
        摘要：如何在满足各主体隐私需求的前提下，促进电力灵活配置与可靠供应，是构建隐私安全型多主体互动新型电力系统的核心。为此，本文提出了一种基于改进共识交替方向乘子法（C–ADMM）的分布式协调优化调度方案，仅通过交换相邻主体的耦合支路信息来统筹全局优化，实现协同优化的同时保护了互动主体的隐私数据。首先，针对源网荷储参与日前调度时的主体隐私需求，建立多主体协同调度模型，各相邻主体仅通过共享边界耦合支路阻抗信息实现解耦，各主体的优化调度问题在本区域独立求解，并在迭代过程中不断更新耦合乘子从而实现全局优化。然后，考虑主体中离散型可调负荷对C–ADMM收敛性能的影响，使用割平面法进行变量松弛与整数解逼近，通过移除整数限制和增加新约束的方法实现问题的转化，以获得可调负荷与源网储的协调策略。最后，使用IEEE30节点系统进行仿真计算，具体地，将IEEE30节点系统划分为了不同的主体，分别进行算例测试，验证了所提分布式协同优化调度策略的有效性。实验结果表明：在不同划分方式下，与集中式方法相比，改进C–ADMM算法均能产生相对稳定的收敛解；在不同计算参数下，基于改进C–ADMM与集中式方法的总成本基本相同，最大误差不超过0.42%。同时，与传统C–ADMM方法相比，改进C–ADMM的收敛性指标数量级缩小至百分之一。  
        关键词：离散型可调负荷;源网荷储协同调度;隐私安全;分布式优化   
        63
        |
        3
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512706 false
        发布时间：2024-03-19
      • 刘文飞,赖辉,杨勇,牛浩明,苗虹
        2024, 56(2): 55-67. DOI: 10.15961/j.jsuese.202300509
        摘要：随着光伏接入容量的不断提升，电网电压跌落时光伏脱网会影响系统稳定运行，因此光伏系统应具备低电压穿越（LVRT）能力。然而，目前常用的两级式光伏并网系统LVRT控制策略存在光伏动态响应慢及控制效果受限于光伏P–U特性曲线的数学模型精度等问题，且未考虑局部阴影条件下的适用性。基于此，提出一种基于光伏动态电流参考值的LVRT控制策略。首先，在建立两级式光伏并网系统及光伏电池P–U特性数学模型的基础上，分别对目前常用的基于定直流母线电压和基于光伏P–U特性曲线的LVRT控制的原理及不足进行了分析。其次，针对前级boost电路的控制构造了具有自适应收敛特性的光伏输出电流动态参考值以对光伏工作点进行直接调整。该策略无需对光伏P–U特性曲线数学模型进行求解，避免求解误差的同时加快了光伏动态响应速度。此外，在最大功率跟踪（MPPT）算法中引入故障解耦模块，在电网低电压故障期间对MPPT输出电压参考值进行锁定，避免MPPT无效运算带来的电压参考值偏移，使系统在故障结束时能以最快速度恢复至最大功率点。最后，通过仿真将所提策略与目前常用的基于定直流母线电压和基于光伏P–U特性曲线的LVRT控制策略在多种环境条件下进行对比。仿真结果表明：与定直流母线电压控制策略相比，所提策略下光伏动态响应快；与现有基于光伏P–U特性曲线的控制策略相比，所提策略不受P–U特性误差的影响，在辐照度变化尤其局部阴影条件下均能很好地实现低电压穿越。  
        关键词：两级式光伏并网系统;低电压穿越;局部阴影;动态电流参考值   
        35
        |
        4
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50513023 false
        发布时间：2024-03-19
      • 郑玫,肖先勇,陈韵竹,郑子萱,汪颖
        2024, 56(2): 68-79. DOI: 10.15961/j.jsuese.202300976
        摘要：敏感设备电压暂降故障概率评估面临样本小和先验知识不足两大难题。本文基于自编码技术和最大熵原理，提出一种适用于小样本的设备故障概率评估随机建模方法。首先，考虑敏感设备主要对暂降幅值和持续时间特征敏感，电压耐受曲线（VTC）存在不确定性的实际情况，利用自适应Kmeans聚类算法对样本暂降幅值、持续时间聚类，在稀疏自编码器（SAE）损失函数中添加VTC不确定约束进行样本特征学习，提出基于SAE–自适应Kmeans的故障样本增广方法。其次，针对先验知识不足问题，提出基于增广样本的设备故障概率评估最大熵建模方法。最后，以个人计算机为例，在VTC概率密度函数服从均匀、正态和不同指数分布且样本数仅为5的情况下进行验证，与传统最大熵法、未引入自适应Kmeans聚类进行VTC不确定区域约束的SAE样本增广进行比较，同时与先验知识不足情况下基于主观假设的评估方法进行比较。结果表明，所提方法适用于小样本和不同分布，评估结果误差低于传统最大熵法与基于主观假设的方法，验证了稀疏自编码样本增广和最大熵建模方法对于小样本设备故障概率评估的有效性、合理性和可行性。  
        关键词：电压暂降;敏感设备;故障概率;小样本;稀疏自编码;最大熵建模   
        32
        |
        3
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50513262 false
        发布时间：2024-03-19
      • 黑玉鹏,张英敏,李保宏,江琴,张婉欣,张敏,王腾鑫
        2024, 56(2): 80-90. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201392
        摘要：级联型混合直流输电系统具有能抑制换相失败、传输大容量功率的优势。但当级联型混合直流低端模块化多电平换流器（MMC）采用主从控制时，若系统发生交直流故障或负荷突增，可能会产生电流不平衡问题，导致受端交流侧功率出现大范围反向传输及电压支撑能力下降。为解决该问题并增强受端电网的稳定性，针对级联型混合直流输电系统，提出一种基于统一潮流控制器（UPFC）的柔性潮流协调控制策略。研究了基于柔性交流输电（FACTS）设备统一潮流控制器（UPFC）的级联型混合直流系统柔性潮流控制特性，针对系统故障及大扰动时出现的功率返送及电压稳定性问题，提出基于UPFC的频率支撑策略和基于动态限幅的电压支撑策略。该策略将送端侧故障带来的功率扰动转移到受端交流系统UPFC所在线路，利用UPFC功率补偿能力进行协调，同时基于动态限幅控制策略，采用无功优先控制方式提高换流站无功输出能力。最后，在PSCAD–EMTDC平台搭建了含受端交流系统的级联型混合直流输电系统模型。首先，仿真了LCC直流电流指令值下降过程，结果表明，本文所提基于UPFC的协调控制策略可以有效地减小交流系统频率波动，抑制功率返送现象；其次，仿真了系统负荷突增过程，验证了动态限幅控制策略能更好地提升MMC对交流系统的电压支撑能力；最后，仿真了连锁故障过程，结果表明，所提协调控制策略能有效地实现对系统频率和电压支撑，抑制功率波动，提高了级联型混合直流系统及受端电网的稳定性。因此，本文提出的级联型混合直流与UPFC的柔性潮流协调控制策略具有有效性和可行性。  
        关键词：混合直流输电系统;统一潮流控制器（UPFC）;动态限幅;协调控制策略;电压支撑   
        52
        |
        6
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512741 false
        发布时间：2024-03-19
      • 唐清苇,向月,代佳琨,李子豪,孙炜,刘俊勇
        2024, 56(2): 91-99. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201165
        摘要：随着能源消耗的持续增长和全球气候问题的日趋严峻，以风能为代表的清洁能源装机容量正在稳步提升。为更好地消纳风电，需要准确的风电场发电功率预测为配套设施建设和未来规划制定提供有效依据。针对在缺少风电历史运行数据时预测精度较低的问题，提出一种基于卷积神经网络–长短期记忆神经网络（CNN–LSTM）的规划阶段风电场发电功率预测模型。首先，基于参考电站历史数据提取风速–风电功率实测数据点，采用3次样条插值进行风电功率曲线建模。然后，采用K–means聚类算法，根据风速–风电功率的特性关系划分参考风电场的区域类别。综合考虑风电功率与多维气象因素的特征关系和功率的时序特性，构建CNN–LSTM预测模型，提出基于功率曲线的预测结果修正方法。最后，基于某地风电场实际数据进行算例分析，并与使用标准功率曲线和未进行修正时的预测结果进行对比分析。结果表明：基于风速–风电功率特性的风电场聚类可以实现参考风电场的优化识别；所提模型预测结果优于传统标准功率曲线预测方法，基于功率曲线的修正方法进一步提升了预测效果。基于深度学习算法的规划阶段风电场发电功率迁移预测模型综合考虑了风力发电特性和多维环境因素，其有效性得到了验证，可以为提高规划阶段风电场发电功率的预测精度提供新思路。  
        关键词：风电预测;长短期记忆神经网络;卷积神经网络;功率曲线;风电场规划   
        237
        |
        6
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512590 false
        发布时间：2024-03-19

        微波能应用

      • 廖胤鸿,洪涛,黄卡玛
        2024, 56(2): 100-107. DOI: 10.15961/j.jsuese.202300230
        摘要：微波促进化学反应具有加热速度快、效率高、选择性加热等优势，对于节能减排具有重要的意义，但在工程应用过程中存在微波功率反射大、加热不均匀和热失控等问题，限制了微波能的进一步应用。为了解决以上问题，设计出高效的微波化学反应器，必须在宏观上深入研究微波促进化学反应的动力学过程，将电磁场方程、热传导方程和反应动力学方程等多个微分方程相互耦合。然而，现有研究一直缺乏以上方程之间的严格耦合关系。因此，本文介绍了化学反应的极化及微波在化学反应中的耗散，建立了微波促进化学反应过程的宏观动力学耦合模型。首先，梳理了微波化学的宏观动力学耦合模型，并对该模型存在的挑战进行了总结，即现有模型缺乏微波在化学反应中的极化过程及耗散过程。其次，针对微波在化学反应中极化过程的挑战，引入了新的介电特性表征，结果表明，反应体系的介电特性由反应物浓度和生成物浓度的概率分布函数对应的1阶勒让德多项式展开式的系数决定。然后，针对微波在化学反应中耗散过程的挑战，根据能量守恒，引入了新的耗散功率公式，结果表明，微波在反应体系中的耗散由微波在反应物中的耗散、在生成物中的耗散及生成物和反应物耦合产生的耗散等部分组成。最后，通过实例，阐述了微波促进化学反应的宏观动力学应用，以推动微波化学工程化的进一步发展。  
        关键词：微波化学;动力学;多物理场;极化;耗散   
        40
        |
        4
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512903 false
        发布时间：2024-03-19
      • 温森,杜林,王倩,张敏,邓珂
        2024, 56(2): 108-117. DOI: 10.15961/j.jsuese.202300677
        摘要：通过微波辐射能够使岩石迅速升温并产生扩展裂纹，从而大幅降低岩石强度，有助于解决全断面隧道掘进机（TBM）在破碎高强度硬岩地层时面临滚刀磨损严重、破岩效率低下、工程成本剧增等问题。为此，本文采用离散元软件PFC2D建立玄武岩的三相矿物（斜长石、橄榄石、辉石）模型，并进行双波导辐射模拟，探究波导间距（60、70、80、90及100 mm）、辐射时间（0、0.04、0.06、0.08及0.10 s）和围岩压力（5、10、15及20 MPa）对岩石损伤裂纹扩展的影响规律。结果表明：采用微波功率密度1×1010 W/m3对玄武岩进行辐射加热时，为达到辅助破岩的效果，辐射时间不宜低于起裂时间（0.04 s）。微波辐射导致强吸波矿物（辉石）和弱吸波矿物（斜长石）间形成较大的温度梯度和热应力且最易产生损伤裂纹，所以裂纹产生的位置主要与岩石矿物的位置分布具有重要关系。在微波辐射岩石过程中，裂纹首先在辐射区域产生，继而在热膨胀和热应力作用下扩展延伸并在波导间的岩石区域形成裂纹贯通；随着波导间距的增加，波导间岩石裂纹贯通时所需要的微波辐射时间逐渐增加。围岩压力对裂纹的产生和扩展具有抑制和约束作用，其变化对岩样损伤裂纹的生成位置和扩展路径无明显影响，通过延长微波辐射的时间可以弥补因围压增加而减少的裂纹。  
        关键词：微波辅助;PFC2D;裂纹;辐射时间;波导间距;围压   
        29
        |
        3
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50513129 false
        发布时间：2024-03-19
      • 张利,尚小标,白永珍,李广超,肖利平
        2024, 56(2): 118-128. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201198
        摘要：耐火结构的热透波性能对微波加热的模式和效率均具有重要影响，所以明确耐火结构在微波加热过程中的动态热透波性能变化至关重要。本文以氮化硼陶瓷为研究对象，通过实验测试了其在915 MHz、2 450 MHz两种频率下的宽温域（25～1 000 ℃）介电特性，采用传输线理论计算了氮化硼陶瓷的功率透过系数，并对其介电常数、介电损耗因子等参数的温度特性进行了分析。研究表明：25～1 000 ℃，两种频率下的介电常数变化幅度较小，介电常数仅变化了1.8%左右；两种频率下的介电损耗因子随温度呈波动性变化，900 ℃之后都呈指数增长的趋势。微波在氮化硼陶瓷中的波长和穿透深度均随温度的增加呈现下降趋势；当频率增大时，穿透深度随频率的增大而减小。氮化硼陶瓷的透波性能在两种极化模式下存在明显差异，水平极化（TM）明显高于垂直极化（TE）。当频率为915 MHz时，可以考虑材料厚度值为0.08 m左右作为优化材料厚度，同时以入射角度在$ {\theta _{\rm i}} $≤67°范围内入射具有良好的透波性能（PTC≥0.7）。当频率为2 450 MHz时，可以考虑材料厚度值为0.06 m作为优化材料厚度，在TE极化模式中应优先考虑微波入射角度在$ {\theta _{\rm i}} $≤58°范围内入射，在TM极化模式中建议入射角度$ {\theta _{\rm i}} $≤77°入射具有较好的透波效果（PTC≥0.9）。本研究对微波加热设备内炉衬材料的选择、工艺参数的设定以及有效提高微波能的利用率具有重要的现实指导意义。  
        关键词：微波加热;氮化硼;透波性能;介电常数;耐火结构   
        34
        |
        4
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512641 false
        发布时间：2024-03-19
      • 余文清,赵振宇,李洪,高鑫
        2024, 56(2): 129-138. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201321
        摘要：微波能在化工领域的创新应用是化工电气化研究的热点趋势之一，涉及加热、工业废水处理、矿物除杂、有机催化、材料合成及医药灭菌等多个方向。微波作为一种外场强化手段应用于膜分离技术，不仅可以缩短膜材料制备时间，降低生产成本，还能提高渗透通量，强化膜过程的分离性能。本文通过总结微波在制备分子筛膜（MOF、MFI型、NaA型等）、聚合物膜、混合基质膜等膜材料的典型应用优势，发现微波的引入可以使制备出的膜材料通量及选择性更高，这是因为分子筛膜的晶体大小更加均匀，晶体取向更加一致，膜层可以更薄、缺陷减少；使聚合膜的聚合率增大，表面更加光滑，内部结构更加规则；使混合基质膜的机械性能更好。阐述了微波技术在不同类别的膜材料制备应用中的强化机理，其中：在分子筛等无机膜制备中，微波可以降低有效活化能，调控晶体粒径，诱导晶体取向；在聚合物膜的制备过程中，微波可以改变膜结构，改变传热方向，增加聚合接枝率，降低反应活化能。归纳了微波提升膜材料在气体和液体分离方面性能的研究，考虑到该领域基础研究较少，根据微波的独特加热优势，提出选择性汽化、诱导氢键减弱、局部过热、诱导生成纳米气泡及分子扰动5个可能的微波强化膜分离机理，利用微波加热在膜分离中的补偿温度极化、减少膜污染、降低浓度极化，有望实现膜选择性和渗透通量的同步提升。  
        关键词：微波;膜分离;膜制备;外场强化   
        24
        |
        2
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512682 false
        发布时间：2024-03-19
      • 刘雪茹,刘叶,刘超,惠壮,崔斌
        2024, 56(2): 139-150. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201363
        摘要：在现代癌症治疗中，传统化疗药物缺乏靶向性，常伴随严重的毒副作用，限制了化学疗法的临床应用。近年来，随着纳米技术的发展，基于纳米材料的靶向化疗成为一种新的治疗策略，特别是复合纳米材料在微波刺激下的药物释放性能，展现出了优异的应用前景。本文综述了这一领域的最新进展，重点分析了复合纳米材料如何在微波刺激下实现精准的药物释放，以及这种方法在癌症治疗中的潜力。复合纳米材料因其独特的物理化学性质，如高稳定性和良好的生物相容性，被广泛应用于癌症治疗中。在微波刺激下，这些材料能够实现药物的精准控制释放，从而提高治疗效果并减少对健康组织的损害。然而，复合纳米载体在生物体内的分布、靶向性和生物安全性等方面仍面临一定的挑战。例如，纳米粒子的体内稳定性和靶向能力需要进一步优化，以提高其治疗效果和减少副作用。在微波刺激诱导的药物控制释放方面，虽然已取得了一定的成果，但精确控制微波能量的传递和局部组织的加热效果仍是主要挑战之一。此外，如何确保微波能量集中于肿瘤组织而不损害周围健康组织，也是当前研究需要解决的问题。未来，随着纳米技术的不断进步和微波控制技术的改进，预计将开发出更为高效和安全的复合纳米载体，不仅能够提高药物的靶向性和治疗效果，还能在微波刺激下实现更为精准的药物释放控制。综上所述，复合纳米材料在微波刺激下的药物释放性能将是癌症治疗领域的一个重要研究方向，有望为癌症患者带来更有效的治疗选择。  
        关键词：复合纳米材料;纳米载体;靶向给药;微波可控释药   
        23
        |
        2
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512709 false
        发布时间：2024-03-19

        工程结构减震与隔震

      • 刘中宪,张铭楷,黄磊,黄振恩
        2024, 56(2): 151-161. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201399
        摘要：中国是世界上遭受地震灾害较严重的国家之一。 近年来，灾害性地震给人们的生命财产带来了极大的损失，对重大工程结构开展减震隔震设计成为结构设计中重要的一环。本文将快速多极间接边界元法（FMIBEM）应用到2维地震超材料对地震波的散射模拟，并求解一种周期性隔震材料——岩土复合地震超材料（RSCSM）的隔震效应；在精度验证基础上，对RSCSM的带隙结构及不同单晶胞结构下的隔震效果与带隙范围进行详细的数值分析。结果表明：采用FMIBEM能够有效地处理大型地震超材料对地震波的宽频散射问题；RSCSM能够隔离地震波超低频段隙，方形晶胞结构产生的带隙宽度（0.5～17.0 Hz与54.0～72.0 Hz）涵盖了地震波产生危害的主要频段（0.5～2.0 Hz），隔震效果可达35%以上；改变RSCSM的单晶胞结构会对地震超材料带隙结构产生重要影响。方形晶胞结构产生的带隙约为0.5～17.0 Hz和54.0～72.0 Hz；菱形晶胞结构产生的带隙约为0.5～20.0 Hz；菱形单点晶胞结构产生的带隙约为0.5～16.0 Hz和40.0～57.0 Hz；菱形双点晶胞结构产生的带隙约为0.5～14.0 Hz。硬散射体填充率也会对带隙产生重要影响，相同填充率情况下，四边形晶胞能够产生更宽的带隙，并且能够在更低的填充率情况下产生更好的带隙效果。菱形单点与菱形双点晶胞结构只能在非常高的填充率情况下产生较好的带隙效果。本文研究为地震超材料对地震波散射的模拟提供一种高效方法，研究结论可为地基隔震设计提供科学依据。  
        关键词：隔震;超材料;边界元法（BEM）;带隙   
        35
        |
        7
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512771 false
        发布时间：2024-03-19
      • 蒲瑞,李倩倩,王健泽,徐军,戴靠山
        2024, 56(2): 162-171. DOI: 10.15961/j.jsuese.202300299
        摘要：针对传统加固方案美观性不足、空间占有率大的缺点，本文提出一种应用于梁–柱节点的转角位移型金属阻尼器（RMD），该阻尼器外观为弧线型，布置点位于结构梁柱节点处，在保证耗能效果的同时，可最大程度满足建筑功能需求。RMD的耗能原理是梁–柱夹角变化推动阻尼器内部剪切钢板产生位移，耗能棒与剪切钢板相连，多根双曲线型金属棒在剪切板的带动下同时发生弯曲变形，进而耗散地震输入的能量。经有限元数值分析和力学试验研究发现，RMD拥有良好的耗能能力和塑性变形能力，即使在大变形下也不容易发生破坏，并且通过改变耗能棒的数量可以直接调节阻尼器的性能参数，满足不同的工程需求。由于现有常用工程设计软件中没有相应的转动型连接单元对RMD进行模拟，为方便工程设计，进一步提出一种直线型布置的等效模型，基于阻尼器变形前后位移等效原理，通过理论公式推导了等效模型物理参数计算方法，并使用有限元分析证实了该方法拥有较高的准确性。为评估该阻尼器的耗能效果，在相同的数量和布置形式下，将其与普通钢隅撑、黏弹性转角阻尼器分别设置在某一复杂电厂结构中进行减震设计分析。计算结果表明，RMD能够有效降低结构的地震响应，且减震效果优于隅撑与黏弹性转角阻尼器。  
        关键词：转角位移型阻尼器;消能减震;等效力学模型;电厂结构;地震响应   
        34
        |
        3
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512963 false
        发布时间：2024-03-19
      • 陈尉唯,王健泽,戴靠山,李弢,杨毅坚
        2024, 56(2): 172-185. DOI: 10.15961/j.jsuese.202300272
        摘要：2022年9月5日四川泸定地震中，位于震中近断层场地的一栋采用隔震设计的建筑内部非结构构件发生不同程度的破坏。非结构构件作为整体结构经济价值最重要的组成部分，减小其地震损伤对于建筑震后功能恢复至关重要。为此，在介绍该建筑内部非结构构件主要震害的基础上，采用二阶段级联方法对非结构件在地震中的具体运动响应进行模拟。第1阶段，在Etabs中建立一8层框架–剪力墙结构有限元模型，基于实测邻近台站近断层强震记录的非线性地震反应分析，模拟该建筑各楼层地震响应；第2阶段，以建筑内部文件柜等常见浮放式非结构构件为原型，在OpenSees中建立零长度转角弹簧模型，以上一阶段的结构楼面加速度响应作为输入，模拟建筑内部不同尺寸高宽比非结构构件的摇晃与倾覆响应，并同时考虑水平单向输入与水平–竖向双向输入两种方式，重点考察近断层地震强竖向分量的影响。结果表明：隔震层能有效降低上部结构的水平楼面加速度响应，但竖向楼面峰值加速度相比竖向地面峰值加速度被显著放大；水平与竖向激励同时输入下浮放式设备的摇晃角度与倾覆概率大于水平单向激励输入的情况，考虑竖向激励的作用后会增大浮放式设备的倾覆破坏风险。因此，在近断层场地进行建筑抗震设计时，强竖向地面运动对建筑内部非结构构件的影响不容忽视。  
        关键词：泸定地震;隔震建筑;近断层地震;多维地震作用;非结构构件;摇晃响应;倾覆响应   
        33
        |
        4
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512928 false
        发布时间：2024-03-19

        土木工程

      • 杜洪波,王鑫婷,魏明东,阿比尔的,王浩然
        2024, 56(2): 186-195. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200813
        摘要：静水压环境是深部岩石的典型应力赋存状态，并且岩石内存在多尺度的结构面，易遭受压剪耦合的复杂动力扰动。因此，探究静水压环境下岩石动态压剪耦合力学响应及损伤本构模型对于深部岩石结构安全评估和动力灾害防控极为重要。本文应用霍普金森压杆试验装置，对倾斜砂岩试样进行动态压剪耦合试验，揭示静水围压、动态荷载压剪耦合比及加载率对岩石力学特性的影响规律；基于Drucker–Prager准则和Weibull分布，建立静水压环境下深部岩石动态压剪耦合损伤本构模型。结果表明：1）岩石动态强度及变形模量随着加载率及静水围压的增大呈增加趋势，强度的围压效应及加载率效应明显，动态荷载中的剪切分量能削减岩石承载能力并提升岩石的变形能力。2）随着动态荷载剪压比和静水围压的增加，岩石冲击破坏模式由拉伸主导的内部锥形破裂面及表面劈裂转变为剪切主导的单一平面破坏；动态荷载中的剪切分量对静水围压作用下岩石的动态破碎存在明显的限制作用。3）采用极值解析法推导了模型分布参数F0和m的解析表达式，探究了模型分布参数F0、m和损伤修正系数q的物理意义及其对本构模型的影响规律；同时，对比不同工况下试验和理论应力应变曲线，验证了该模型的合理性。本文揭示的静水压环境下岩石动态压剪耦合动力响应与建立的损伤本构模型，可为复杂动力扰动下深部岩石工程安全建设与灾害防护提供理论支撑。  
        关键词：深部岩石;静水围压;霍普金森压杆;动态压剪耦合;动力响应;损伤本构模型   
        40
        |
        5
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512415 false
        发布时间：2024-03-19
      • 饶平平,吴志林,金潇,冯伟康
        2024, 56(2): 196-207. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200551
        摘要：雷电作为自然界一种极端天气的表现形式，常给地基、地面、高耸建筑等造成严重破坏。工程防雷措施依赖于土体雷电冲击特性。现阶段，研究人员大多从电气工程角度探究雷电冲击土体造成的危害，但因学科间的差异与局限，雷电作用下岩土工程与电气工程的交叉融合方面的研究十分欠缺。本文构建土体雷电冲击模型，基于电弧通道能量平衡方程计算雷电放电产生的冲击波压力，将冲击波压力作为外加荷载作用在土体中，并通过修正Mohr−Coulomb屈服准则考虑动荷载下土体应变硬化，利用土体的理想锁定状态方程（Idealized Locked Equation of State）和动态扩孔方法考虑冲击波非稳态加载，探究雷电冲击下土体的弹塑性界面及应力时程变化规律。研究表明：在雷电冲击下，土体应力随时间变化呈现先陡增后迅速衰减的趋势，应力突变点表明土体此时正处于弹塑性交界面；在应力突变点之前，土体附加应力趋于0，处于弹性状态。任一时刻下，随着逐渐远离雷电冲击点，土体应力呈现迅速衰减的趋势，应力发生突变骤降表明此处土体正处于弹塑性交界面；在突变点之后土体附加应力趋于0，处于弹性状态。土体压缩系数对土体的弹塑性界面变化具有显著影响，随着压缩指标增大，土体塑性区半径逐渐减小；随着土体黏聚力逐渐增大，土体塑性区半径逐渐减小；增大土体弹性模量可以增大土体塑性区半径，但变化幅度相对较小；电流波形对土体塑性区中的应力会产生较大影响，而对土体弹性区影响较小。  
        关键词：雷电冲击;冲击波压力;应变硬化;土体应力;弹塑性界面;时程变化   
        44
        |
        7
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512381 false
        发布时间：2024-03-19
      • 周恩全,张曼,居东煜,王龙,李护良
        2024, 56(2): 208-216. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200776
        摘要：为克服粉土强度低、干湿循环性能差的特点，同时解决固体废弃物木质素的资源化利用的问题，将木质素掺入粉土中，形成木质素改良粉土。为研究木质素改良粉土抗剪强度特性及干湿循环性能，对经历干湿循环后的木质素改良粉土进行直接剪切试验和X射线衍射试验，研究了木质素掺量0、2%、5%、8%、12%、15%和干湿循环0、1、2、3、4次对改良土抗剪强度特性的影响。结果表明：掺入木质素可以显著提升粉土的抗剪强度及干湿循环性能；一定干湿循环次数下，改良土的抗剪强度及黏聚力随着木质素掺量的增加先增大后降低，内摩擦角随着木质素掺量的增加先快速增大后基本不变；当木质素掺量为8%时，改良土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角最高。改良土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均随着干湿循环次数的增加而降低，当木质素掺量为0时，纯土试样经过1次干湿循环即崩解，强度损失率为100%；当木质素掺量为8%时，改良土的强度损失率最低，黏聚力及内摩擦角的降低幅度均较低。X射线衍射试验表明，木质素掺量为8%时，石英、方解石、白云石含量最高，黏土矿物含量较高，钠长石含量最低，这是造成改良土强度及干湿循环性能提升的直接原因。结果显示，当木质素掺量为8%时，改良土在提高抗剪强度及干湿循环性能方面具有明显优势。研究结果可为实际施工设计提供理论支撑。  
        关键词：木质素;粉土;干湿循坏;抗剪强度   
        30
        |
        4
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512383 false
        发布时间：2024-03-19
      • 刘震,吕均琳,马兴亮
        2024, 56(2): 217-227. DOI: 10.15961/j.jsuese.202300523
        摘要：近断层地震动严重威胁重要结构的安全，然而地震动波形复杂导致近断层地震动识别困难，经典Baker识别方法因采用小波技术，而存在母小波与潜在脉冲差异过大，致使识别产生误差。针对该问题，利用具有自适应噪声的完全集成经验模式分解（ICEEMDAN）对Baker方法进行改进，改进方法利用白噪声对信号分解过程进行辅助，从而增强了信号分析方法对地震动这类复杂信号的应对能力。为提高改进方法的识别效率和质量，对太平洋工程抗震中心数据库中的3 655条地震动进行识别。结果表明，由于ICEEMDAN技术的加入改进后的地震动识别方法共识别出192条近断层地震动，比经典Baker方法则识别出的163条近断层地震动多识别出17.79%的近断层地震动。为进一步探讨识别出的近断层地震动的近断层特性，从地震反应谱和地震损伤入手进行分析，两种方式获得近断层地震动反应谱长周期反应剧烈、峰值周期高，有明显的近断层特征；在地震损伤方面，以一典型钢管混凝土拱桥为案例，对两种方式识别出的近断层地震动及远场地震动进行地震响应计算。结果表明，两种方法获得的近断层地震动有着极为相似的地震损伤规律，且均较远场地震动的损伤有明显的增加。综上，两种方法识别出的近断层地震动均有明显的近断层特性，而基于ICEEMDAN技术的改进方法增加了17.79%的近断层地震动数量，将ICEEMDAN技术引入可以利用该技术较强的鲁棒性，从而对波形较为复杂的速度脉冲进行识别，进而在不降低近断层地震动识别质量的前提下，提升Baker识别方法的识别效率和准确性。  
        关键词：近断层地震动;识别方法;经验模态分解;小波分解;地震损伤   
        41
        |
        6
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50513073 false
        发布时间：2024-03-19
      • 安然,陈昶,牛玉璋
        2024, 56(2): 228-235. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200626
        摘要：花岗岩残积土广泛分布于中国东南沿海地区，其孔隙结构常因炎热多雨环境引起的干湿循环而发生扩张，改变土体的渗透性能，诱发工程事故。为了揭示干湿循环作用下花岗岩残积土细微观结构与渗透特性的演变规律，对原状样进行0到8次的脱湿–吸湿处理，开展微米计算机层析（μ–CT）扫描试验以获取土体的3维数字化模型，并结合扫描结果与AVIZO软件进行多通道渗流模拟，最后根据试验结果分别从定性和定量角度探究了土体孔隙体积分布与渗透系数的演化规律。结果表明：根据μ–CT扫描的图像结果，花岗岩残积土内部结构被划分为赤铁矿、石英、黏土和孔隙；3维重构模型反映了孔隙结构的扩张与连通模式，孔隙数量和尺寸在干湿循环过程中明显提高，孔隙率和孔隙连通率均与循环次数呈正相关；根据孔隙体积分布曲线可将土中孔隙分为微孔、中孔、大孔和裂隙4种类别，小体积微孔在干湿循环过程中逐渐转化为大体积的连通裂隙；3维渗流模型中的流线数量和分布密度随干湿循环次数增加而明显提高，由渗流模拟计算得到的绝对渗透率和渗透系数也不断增大；渗透系数的计算值总体上与实测值的演化规律相符，说明基于μ–CT扫描结果的渗流模拟可作为评价土体渗透特性的一种辅助手段。研究结果为深入了解花岗岩残积土渗流特性的环境损伤效应提供了重要的参考价值。  
        关键词：花岗岩残积土;干湿循环;μ–CT扫描;3维数字化模型;渗流模拟   
        26
        |
        3
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512377 false
        发布时间：2024-03-19
      • 魏源,盛金昌,郑惠峰,詹美礼,黄泰仁,王惠民,刘星星,罗玉龙
        2024, 56(2): 236-245. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200675
        摘要：碳酸盐岩非匀质性强，孔隙结构呈现出连通率低、迂曲度高的典型特征。而以往的渗透率分形模型假设岩石孔隙由相互不干扰的毛细管束组成，忽略了复杂成岩过程中胶结作用导致的毛细管连通性降低和迂曲度增大的情况，难以准确评估低渗碳酸盐岩的渗透特性。针对渗透率被高估的研究现状，利用满足阿波罗填充的等径颗粒致密堆积分形毛细管束模型，提出了毛细管连通率表征进出口毛细管过流面积损失，并在流体渗透路径几何迂曲度与孔隙度关系的基础上，引入曲折度指数来反映岩石的实际水力迂曲度，最终建立基于连通率、水力迂曲度的碳酸盐岩渗透率分形模型。考虑曲折度指数的水力迂曲度计算值与试验压汞法测定值更为一致；基于毛细管连通率、实际水力迂曲度的碳酸盐岩渗透率分形模型计算结果与细观测定及渗透试验数据吻合较好，表明提出的碳酸盐岩渗透率分形模型能够更好地预测碳酸盐岩真实渗透率。参数敏感性分析发现，孔隙度相同，粒径不同的碳酸盐岩，渗透率均随着孔径增加而增加；同时相同粒径岩石，渗透率随着孔隙度的增大而增大，但由于孔隙面积最小/最大值、孔隙面积分形维数均与孔隙度相关，渗透率与孔隙度的关系不是单纯的线性关系，渗透率随着孔隙度增大的增幅逐渐减小、敏感性逐渐降低。  
        关键词：阿波罗填充;水力迂曲度;毛细管连通率;渗透率;分形   
        31
        |
        2
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512382 false
        发布时间：2024-03-19
      • 秦洪果,裴银海,范向鑫,李萍,石岩
        2024, 56(2): 246-256. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200906
        摘要：传统防屈曲支撑（BRB）被广泛用于桥梁排架墩的减震控制，但其屈服后刚度较低和变形能力较小，难以有效控制强震下的峰值位移和残余位移。为此，将传统单一材料组成的BRB核心变形段替换为两种具有不同屈服点的材料，使其整体力学特性呈分级屈服的多线性，形成多级屈服耗能的防屈曲支撑（MSBRB）。将MSBRB作为保险丝构件应用于排架墩以提升其抗震性能，采用等能量的设计方法，以设置MSBRB排架墩体系的能力曲线为设计目标，考虑体系在逐渐增强的地震动荷载作用下的塑性发展机制和能力曲线特征，在中国公路抗震设计规范基础上发展了三阶段的抗震设计流程。最后，结合一排架墩设计案例并通过非线性时程分析证明了所提出设计方法的可行性和准确性。结果表明：设计方法可以较好地预测不同地震水平下MSBRB排架墩体系的性能状态，设计值与模拟值最大误差不超过6%，能达到不同地震水平的设计目标；设置MSBRB能显著降低排架墩的墩顶位移，E2地震作用水平下可使排架墩保持弹性状态，在更强的地震水平下也可有效降低排架墩的损伤，说明MSBRB可更为高效地提升排架墩抗震性能，实现排架墩的损伤控制。  
        关键词：排架墩;基于等能量的设计方法;结构保险丝;多级防屈曲支撑;能量修正系数   
        43
        |
        4
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512488 false
        发布时间：2024-03-19
      • 叶春烽,谢和平,李存宝
        2024, 56(2): 257-267. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201072
        摘要：了解页岩剪切破坏特性对页岩气储层改造和井壁稳定性控制具有重要意义。然而，由于页岩本身的各向异性属性，页岩的剪切破坏行为复杂。本文对6种不同层理倾角（0°、30°、60°、90°、120°和150°）的立方体页岩进行了系统的直接剪切破坏测试，详细分析了在层理弱面影响下页岩的剪切应力–剪切位移、抗剪强度、剪切模量和破坏模式的各向异性特征。结果表明：页岩的剪切破坏表现为典型的非线性渐进破坏特征；页岩平均抗剪强度和剪切模量随层理倾角的增加均呈现“M”型变化趋势；在90°～180°的层理倾角区间，平均抗剪强度的极值差明显大于0°～90°区间，而剪切模量近似关于90°呈对称变化；当层理倾角从0°变化到180°时，页岩剪切各向异性行为呈现非对称演化规律。在层理倾角和直接剪切荷载作用下，页岩的破坏模式有3类：层理倾角为0°时，沿层理面剪切滑移破坏；层理倾角为30°、60°和90°时，表现为穿透层理和基质的剪切滑移破坏；其他倾角下呈现穿透层理和基质的剪切滑移与沿层理的拉伸劈裂相结合的复合破坏。基于试验结果和组构张量，构建了一个可考虑页岩本征各向异性和剪应力诱导各向异性影响的直接剪切破坏准则，其理论预测值与试验结果的平均偏差率低于3%，能够定量表征黏聚力和摩擦系数的各向异性程度，合理评估页岩直接剪切强度对外加法向应力的敏感性，可推广应用于理论表征所有层状岩土材料的直接剪切强度。  
        关键词：各向异性;直接剪切;抗剪强度;非对称破坏模式;剪切破坏准则   
        32
        |
        4
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512549 false
        发布时间：2024-03-19

        机械工程

      • 张伟政,任娅南,赵志宏
        2024, 56(2): 268-276. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200887
        摘要：为探究轴套侧开槽新型柱面气膜密封在控制泄漏方面的能力，首先，采用有限差分法对不同位置特征和螺旋方向的新型柱面气膜密封槽型建立数值模型，通过对比各槽型气膜压力分布和密封性能参数，揭示位置特征和螺旋方向对不同槽型密封特性的影响机理。然后，针对反向“人”字槽型进行了参数化分析，探究螺旋槽角度、槽长坝长比、槽宽台宽比、槽深比对反向“人”字槽泄漏量、浮升力、摩擦力等密封性能参数的影响规律，同时对特定结构参数组合的反向“人”字槽逆流泵送控制泄漏的能力进行评价。结果表明：气膜厚度阶梯变化和偏心收敛楔效应在密封面形成高压气膜区域，有效阻止轴向泄漏，实现轴套侧开槽柱面气膜密封主泄漏通道的密封，且随着转速的增加，新型柱面气膜密封沿轴向间隙的泄漏量呈现下降趋势，该特性对于泄漏控制具有重要意义，特别是在高速运转的工况下。此外，通过合理的槽型参数调控可以使压差流造成的沿轴向间隙密封气体泄漏正好被反向“人”字槽逆流泵送作用导致的密封气体流动补偿，从而实现反向“人”字槽型柱面气膜密封的气体零泄漏甚至负泄漏，为柱面气膜密封槽型结构设计提供理论参考。  
        关键词：新型柱面气膜密封;不同槽型;泵送特性;性能分析   
        20
        |
        2
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512486 false
        发布时间：2024-03-19
      • 陈庚,郭世杰,丁强强,苏哲,唐术锋
        2024, 56(2): 277-288. DOI: 10.15961/j.jsuese.202300481
        摘要：在高精度加工过程中，数控机床主轴误差对加工精度的影响较为严重。数控机床热误差占总误差比例高达40%～70%，是主要的误差源之一。为了提高热误差预测的精度，本文提出一种使用海马优化算法（SHO）优化时序预测网络（LSTM）的精密车床主轴热误差预测建模方法。首先，利用羚羊优化算法（GOA）对模糊C均值聚类（FCM）的模糊矩阵常数、最大迭代次数、迭代终止条件进行优化并结合皮尔逊（Person）、斯皮尔曼（Spearman）和肯德尔（Kendall）相关分析方法优化温度测点，使用手肘法确定最优分组规模，根据DB（Davies–Bouldin）、BWP（Bregman Within–class Projection）和Silhouette（Silhouette coefficient）聚类评估指标评估温度测点聚类效果。其次，以车床主轴五点法获取的热误差数据和优化后的温度数据作为输入，使用海马优化算法（SHO）对时序预测网络（LSTM）的隐含层节点、全连接层节点、学习率、L2正则化常数进行优化，并使用S折交叉试验方法确定最优分组规模，建立主轴热误差SHO–LSTM预测模型。再次，在不同转速下对构建的热误差模型对基于平均绝对误差（MAE）、均方根误差（RMSE）和平均绝对百分比误差（MAPE）的预测效果进行评估。最后，在CKA6163A型车床上进行实例验证，使用五点法进行测量辨识，同时测量主轴附近的温度。结果表明：本文所提出的温度测点优化算法相比未优化的模糊C均值聚类（FCM）的DB指标降低了89.00%，BWP和Silhouette分别提高了59.00%和8.17%，优化后的聚类算法可有效降低温度测点间的共线性，提高预测模型的预测效率。本文所提出的海马优化算法（SHO）优化时序预测网络（LSTM）与未优化的时序预测网络（LSTM）相比，均方根误差降低了42%，表明海马优化算法（SHO）可以提高时序预测网络（LSTM）的准确性；与天鹰（AO）优化卷积神经网络（CNN）、反向传播神经网络（BP）相比，本文所提出的预测网络的均方根误差分别降低了3%、57%，SHO–LSTM主轴热误差预测模型的鲁棒性和准确性更高。  
        关键词：数控机床;主轴热误差;GOA–FCM算法;热误差预测;SHO–LSTM网络   
        20
        |
        2
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512965 false
        发布时间：2024-03-19
      • 周玉,房倩,裴泽宣,白磊
        2024, 56(2): 289-298. DOI: 10.15961/j.jsuese.202200709
        摘要：为了对滚动轴承的工作状态及故障类别进行准确的诊断，本文采用长短时记忆（LSTM）神经网络作为分类器对滚动轴承数据集进行分类诊断。首先，从滚动轴承原始运行振动信号中提取时域和频域特征参数，组成具有高维特征参数的数据集；使用核主成分分析（KPCA）方法对高维特征集进行降维处理，选取重要性程度高的特征构成输入特征向量。然后，针对LSTM神经网络在滚动轴承故障诊断中存在的超参数难以确定的问题，提出一种基于自适应t分布策略的麻雀搜索算法优化LSTM神经网络的故障诊断方法（tSSA–LSTM）。最后，使用凯斯西储大学滚动轴承数据中心的数据进行故障诊断精度测试、泛化性能测试及噪声环境下故障诊断性能测试等多个仿真实验，并将本文提出的诊断模型与麻雀搜索算法优化长短时记忆神经网络（SSA–LSTM）、遗传算法优化长短时记忆神经网络（GA–LSTM）、粒子群算法优化长短时记忆神经网络（PSO–LSTM）及传统LSTM诊断模型进行对比。结果表明：tSSA可以更有效地对LSTM的隐含层神经元数量、周期次数、学习率等超参数进行合理优化；所提方法的平均诊断准确率达到98.86%，交叉验证平均诊断结果为98.57%；所提方法在噪声干扰下的故障诊断准确率也优于对比方法。因此，本文提出的tSSA–LSTM模型不仅可以更精准地诊断滚动轴承故障状态，而且具有更强的泛化能力及抗干扰能力，有效地提高了滚动轴承故障诊断的性能。  
        关键词：麻雀搜索算法;故障诊断;长短时记忆神经网络;特征提取;滚动轴承   
        30
        |
        3
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 50512380 false
        发布时间：2024-03-19
      0