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月刊，1955年創刊
ISSN 2095-9389
CN 10-1297/TF
主管單位：教育部
主辦單位：北京科技大學
編 輯：《工程科學學報》編輯部
出 版：科學出版社
主任委員：楊仁樹
副主任委員(主編)：吳愛祥
地 址：北京市海淀區學院路30號
電 話：(010)62333436
傳 真：(010)62333436
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.04.06.001
摘要:
錸是一種戰略性金屬，在軍工、航天及航空領域具有重要的地位，由于其獨特的性質成為了航空航天發動機中不可或缺的材料。錸金屬幾乎沒有獨立礦床，其資源主要伴生于銅、鉬等金屬礦中。銅礦中錸資源經過銅冶煉工序后富集到廢棄的污酸當中，從污酸中回收錸成為錸冶金的重要研究內容。本文綜述了污酸中錸提取的主要技術難點，對現有的分離提取方法進行了闡述及對比，主要包括化學沉淀法、溶劑萃取法、離子交換法、吸附法等，分析了各技術現階段存在的問題，為污酸中錸的分離提取技術發展提供參考，最后展望了污酸中錸的分離提取應向綠色環保、短流程、高選擇性的方向發展。
錸是一種戰略性金屬，在軍工、航天及航空領域具有重要的地位，由于其獨特的性質成為了航空航天發動機中不可或缺的材料。錸金屬幾乎沒有獨立礦床，其資源主要伴生于銅、鉬等金屬礦中。銅礦中錸資源經過銅冶煉工序后富集到廢棄的污酸當中，從污酸中回收錸成為錸冶金的重要研究內容。本文綜述了污酸中錸提取的主要技術難點，對現有的分離提取方法進行了闡述及對比，主要包括化學沉淀法、溶劑萃取法、離子交換法、吸附法等，分析了各技術現階段存在的問題，為污酸中錸的分離提取技術發展提供參考，最后展望了污酸中錸的分離提取應向綠色環保、短流程、高選擇性的方向發展。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.05.23.001
摘要:
群體智能優化算法是根據生物集群運動、交互、進化等行為機制而開發的自然啟發算法，憑借其顯著的靈活性、適應性、魯棒性以及全局尋優能力，被廣泛應用于現實世界中各類優化問題的求解。本文受到羊群間歇性集體運動現象啟發，提出了一種新的仿生群體智能優化方法—羊群遷徙優化（sheep flock migrate optimization, SFMO）算法，創新性地建立了三個核心運算模塊，即放牧算子、集體運動算子和補償策略。和現有的大多數群體智能優化算法相比，SFMO可以通過廣泛隨機搜索指導下的種群遷徙，降低算法陷于局部最優的概率，為群體智能優化領域提供了一種新的解決方案。收斂性證明和復雜度分析進一步為SFMO提供了理論支撐。以CEC-2017基準函數為基礎的數值仿真驗證表明：SFMO能夠有效解決函數優化問題，并在多模態函數優化問題中具有顯著優勢。
群體智能優化算法是根據生物集群運動、交互、進化等行為機制而開發的自然啟發算法，憑借其顯著的靈活性、適應性、魯棒性以及全局尋優能力，被廣泛應用于現實世界中各類優化問題的求解。本文受到羊群間歇性集體運動現象啟發，提出了一種新的仿生群體智能優化方法—羊群遷徙優化（sheep flock migrate optimization, SFMO）算法，創新性地建立了三個核心運算模塊，即放牧算子、集體運動算子和補償策略。和現有的大多數群體智能優化算法相比，SFMO可以通過廣泛隨機搜索指導下的種群遷徙，降低算法陷于局部最優的概率，為群體智能優化領域提供了一種新的解決方案。收斂性證明和復雜度分析進一步為SFMO提供了理論支撐。以CEC-2017基準函數為基礎的數值仿真驗證表明：SFMO能夠有效解決函數優化問題，并在多模態函數優化問題中具有顯著優勢。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.03.10.001
摘要:
鋅冶煉行業是我國大氣汞的主要排放來源，開發低成本的汞污染排放控制技術對鋅冶煉的綠色發展具有重大意義。基于以廢治廢的理念，本文以鋅冶煉過程中產生的高硫渣和次氧化鋅為原料，通過高溫硫化的方式制備金屬硫化鋅吸附劑，采用X射線衍射（XRD）、拉曼光譜（Raman）、掃描電子顯微鏡（SEM）和比表面積分析（BET）等方法對不同反應條件下制備的硫化鋅吸附劑進行表征分析，并考察不同反應條件對吸附劑脫汞性能的影響。結果表明：在焙燒溫度和保溫時間分別達到250 oC和60 min后可實現硫化鋅吸附劑的成功制備；制備的ZnS-250oC-90min具有最佳的吸附性能，在煙氣溫度150oC以內，對氣態單質汞(Hg0)的平均吸附效率在99%以上，且對煙氣中的O2、SO2和H2O具有較高的抗性；在模擬鋅冶煉煙氣氣氛和半穿透條件下，ZnS-250oC-90min對Hg0的吸附容量可達3.04 mg/g；硫化鋅吸附劑表面的不飽和短鏈硫為Hg0的活性位點，其與Hg0反應形成穩定的HgS，從而實現煙氣中Hg0的凈化；采用熱脫附和多硫化物浸漬可實現吸附劑的循環再生，五次循環后吸附劑對Hg0的吸附效率保持在98%以上，汞以單質汞的形式得到回收。本研究為鋅冶煉行低成本汞污染控制和汞資源化利用提供了基礎，促進了鋅冶煉行業的綠色生產。
鋅冶煉行業是我國大氣汞的主要排放來源，開發低成本的汞污染排放控制技術對鋅冶煉的綠色發展具有重大意義。基于以廢治廢的理念，本文以鋅冶煉過程中產生的高硫渣和次氧化鋅為原料，通過高溫硫化的方式制備金屬硫化鋅吸附劑，采用X射線衍射（XRD）、拉曼光譜（Raman）、掃描電子顯微鏡（SEM）和比表面積分析（BET）等方法對不同反應條件下制備的硫化鋅吸附劑進行表征分析，并考察不同反應條件對吸附劑脫汞性能的影響。結果表明：在焙燒溫度和保溫時間分別達到250 oC和60 min后可實現硫化鋅吸附劑的成功制備；制備的ZnS-250oC-90min具有最佳的吸附性能，在煙氣溫度150oC以內，對氣態單質汞(Hg0)的平均吸附效率在99%以上，且對煙氣中的O2、SO2和H2O具有較高的抗性；在模擬鋅冶煉煙氣氣氛和半穿透條件下，ZnS-250oC-90min對Hg0的吸附容量可達3.04 mg/g；硫化鋅吸附劑表面的不飽和短鏈硫為Hg0的活性位點，其與Hg0反應形成穩定的HgS，從而實現煙氣中Hg0的凈化；采用熱脫附和多硫化物浸漬可實現吸附劑的循環再生，五次循環后吸附劑對Hg0的吸附效率保持在98%以上，汞以單質汞的形式得到回收。本研究為鋅冶煉行低成本汞污染控制和汞資源化利用提供了基礎，促進了鋅冶煉行業的綠色生產。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.01.001
摘要:
本文立足堆浸體系的偏析分層復雜結構，結合X-ray CT無損探測、形態學開運算處理、MATLAB和OsiriX可視化軟件等手段，引入顆粒間孔隙的當量孔隙尺寸、面積、數量等關鍵表征參量，從二維量化和三維可視化層面，針對典型截面（175mm、140mm、80mm和40mm）和柱浸礦石顆粒堆體，探究了其在浸礦作用下顆粒間孔隙結構特征及其演化規律。研究發現，細顆粒夾層呈“包裹體”狀且均位于粗礦石顆粒的內部，分析認為其是造成堆浸體系顆粒偏析和分層的重要致因；浸礦作用下微細顆粒遷移導致礦堆內部發生沉積壓實作用，由197 mm降至180 mm以下；浸礦21天后，礦堆上部孔隙呈增大趨勢，下部孔隙率呈減小趨勢，此外，縱向當量孔隙的直徑由2.81 mm減小至2.18 mm，其變化趨勢和程度要顯著大于橫向顆粒間孔隙的當量直徑；對比浸礦0天和21天的柱浸體系三維顆粒間孔隙結構，證實了細顆粒夾層所處區域的粘結聚集以及細顆粒夾層周邊區域形成溶液繞流、溶液優勢流動路徑。
本文立足堆浸體系的偏析分層復雜結構，結合X-ray CT無損探測、形態學開運算處理、MATLAB和OsiriX可視化軟件等手段，引入顆粒間孔隙的當量孔隙尺寸、面積、數量等關鍵表征參量，從二維量化和三維可視化層面，針對典型截面（175mm、140mm、80mm和40mm）和柱浸礦石顆粒堆體，探究了其在浸礦作用下顆粒間孔隙結構特征及其演化規律。研究發現，細顆粒夾層呈“包裹體”狀且均位于粗礦石顆粒的內部，分析認為其是造成堆浸體系顆粒偏析和分層的重要致因；浸礦作用下微細顆粒遷移導致礦堆內部發生沉積壓實作用，由197 mm降至180 mm以下；浸礦21天后，礦堆上部孔隙呈增大趨勢，下部孔隙率呈減小趨勢，此外，縱向當量孔隙的直徑由2.81 mm減小至2.18 mm，其變化趨勢和程度要顯著大于橫向顆粒間孔隙的當量直徑；對比浸礦0天和21天的柱浸體系三維顆粒間孔隙結構，證實了細顆粒夾層所處區域的粘結聚集以及細顆粒夾層周邊區域形成溶液繞流、溶液優勢流動路徑。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.01.28.004
摘要:
紋層狀頁巖油弱面發育，其井壁失穩問題一直是鉆井工程中的世界性技術難題，也是安全高效鉆井的核心問題之一。頁巖油水平井的井眼垮塌問題給鉆井工程造成了巨大的困難，引發了后續多次工程事故和復雜情況。井壁失穩事故的發生延長了鉆井周期，極大的制約了頁巖油水平井的高效開發。本文開展了驅替實驗和核磁掃描確定不同驅替時間下鉆井液侵入下紋層狀頁巖油的深度，基于實驗結果建立了新的鉆井液侵入下紋層狀頁巖油的數學模型并帶入到數值模型中進行驗證，研究結果表明：鉆井液沿紋層狀頁巖油的侵入深度與侵入時間呈正向對數關系，隨著侵入時間、紋層張開度的增大，侵入深度逐漸變大，但后期增長緩慢最終趨于不變；隨著紋層數目的增加，侵入深度逐漸減小。本研究成果旨在揭示鉆井液侵入下紋層狀頁巖油的侵入的機理，為安全鉆井液密度的選取及井壁失穩提供理論依據。
紋層狀頁巖油弱面發育，其井壁失穩問題一直是鉆井工程中的世界性技術難題，也是安全高效鉆井的核心問題之一。頁巖油水平井的井眼垮塌問題給鉆井工程造成了巨大的困難，引發了后續多次工程事故和復雜情況。井壁失穩事故的發生延長了鉆井周期，極大的制約了頁巖油水平井的高效開發。本文開展了驅替實驗和核磁掃描確定不同驅替時間下鉆井液侵入下紋層狀頁巖油的深度，基于實驗結果建立了新的鉆井液侵入下紋層狀頁巖油的數學模型并帶入到數值模型中進行驗證，研究結果表明：鉆井液沿紋層狀頁巖油的侵入深度與侵入時間呈正向對數關系，隨著侵入時間、紋層張開度的增大，侵入深度逐漸變大，但后期增長緩慢最終趨于不變；隨著紋層數目的增加，侵入深度逐漸減小。本研究成果旨在揭示鉆井液侵入下紋層狀頁巖油的侵入的機理，為安全鉆井液密度的選取及井壁失穩提供理論依據。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.04.13.003
摘要:
光催化作為一種綠色、高效的能源轉換利用技術引起廣泛關注。由于其僅使用太陽光作為能量輸入來解決環境和能源問題，因而具有廣闊應用前景。光催化劑材料是發展光催化技術的關鍵，開發新型可見光光催化劑已經成為發展光催化技術的新趨勢。三氧化鎢（WO3）作為一種過渡金屬氧化物半導體材料，具有良好的可見光響應能力，是理想的光催化材料之一。然而，其光生電荷分離效率低的弊端始終阻礙其發展。相比于WO3，其水合形式（WO3· nH2O）由于具有更高的電荷轉移分離效率而備受研究者的青睞。本文針對近年來WO3· nH2O材料在光催化領域的應用與研究進展進行了系統的歸納整理。首先介紹了WO3· nH2O光催化劑的晶體結構，接著從能帶結構的角度分析了結晶水對WO3光催化活性的影響，并重點闡述了WO3· nH2O和WO3· nH2O基改性光催化劑的制備方法。最后總結了WO3· nH2O及其所構建的復合材料在水分解析氫、CO2還原和降解染料類污染物三個方面的應用，并對發展前景做出了展望。本工作旨在為推動WO3· nH2O光催化體系發展提供有益參考。
光催化作為一種綠色、高效的能源轉換利用技術引起廣泛關注。由于其僅使用太陽光作為能量輸入來解決環境和能源問題，因而具有廣闊應用前景。光催化劑材料是發展光催化技術的關鍵，開發新型可見光光催化劑已經成為發展光催化技術的新趨勢。三氧化鎢（WO3）作為一種過渡金屬氧化物半導體材料，具有良好的可見光響應能力，是理想的光催化材料之一。然而，其光生電荷分離效率低的弊端始終阻礙其發展。相比于WO3，其水合形式（WO3· nH2O）由于具有更高的電荷轉移分離效率而備受研究者的青睞。本文針對近年來WO3· nH2O材料在光催化領域的應用與研究進展進行了系統的歸納整理。首先介紹了WO3· nH2O光催化劑的晶體結構，接著從能帶結構的角度分析了結晶水對WO3光催化活性的影響，并重點闡述了WO3· nH2O和WO3· nH2O基改性光催化劑的制備方法。最后總結了WO3· nH2O及其所構建的復合材料在水分解析氫、CO2還原和降解染料類污染物三個方面的應用，并對發展前景做出了展望。本工作旨在為推動WO3· nH2O光催化體系發展提供有益參考。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.02.17.003
摘要:
通過工業實驗研究了鈣處理對303 t的16Mn重型管板鑄錠中硫化物形貌的控制。未鈣處理的鍛件缺陷主要分布在軸向上靠近頂部、徑向上在距中心1/2以內位置，缺陷主要為大尺寸Ⅱ類MnS夾雜物，采用Micro-CT檢測了鑄錠頂部中心位置MnS夾雜物三維分布，夾雜物主要呈長條狀和片狀形貌，數密度為0.77 #/mm3，最大直徑為1370 μm。通過工業實驗，在VD真空后對鋼液進行鈣處理，鈣處理不僅將鋼中原生Al2O3夾雜物改性為液態鈣鋁酸鹽夾雜物，鑄錠凝固冷卻過程Ca優先與S結合生成CaS。通過FactSage熱力學計算得到，鈣處理將MnS夾雜物的析出溫度由1244.7 oC降低至1227.9 oC，同時減少了MnS夾雜物析出量。鈣在改性硫化物之前先改性了鋼中氧化物，因此提出了有效鈣硫比Ca/Seff.用來表征鈣處理對硫化物形貌的影響，Ca/Seff.的含義為改性硫化物的有效鈣和鋼中硫的原子濃度比，可以直接根據鋼液的總氧T.O含量、總硫T.S含量和總鈣T.Ca含量可以直接計算得到，此公式適用于鋼液潔凈度較高的低硫鋼，鋼中硫含量應小于30 ppm。隨著鋼中Ca/Seff.增加，鑄錠頂部硫化物長寬比逐漸減小。鈣處理后鋼中有效鈣硫比Ca/Seff.應大于0.8，鑄錠頂部硫化物平均長寬比小于1.2，CaS和MnS復合硫化物以鈣鋁酸鹽夾雜物為核心析出，硫化物為球形且尺寸顯著減小，此時鈣處理改性鑄錠中硫化物效果較好。
通過工業實驗研究了鈣處理對303 t的16Mn重型管板鑄錠中硫化物形貌的控制。未鈣處理的鍛件缺陷主要分布在軸向上靠近頂部、徑向上在距中心1/2以內位置，缺陷主要為大尺寸Ⅱ類MnS夾雜物，采用Micro-CT檢測了鑄錠頂部中心位置MnS夾雜物三維分布，夾雜物主要呈長條狀和片狀形貌，數密度為0.77 #/mm3，最大直徑為1370 μm。通過工業實驗，在VD真空后對鋼液進行鈣處理，鈣處理不僅將鋼中原生Al2O3夾雜物改性為液態鈣鋁酸鹽夾雜物，鑄錠凝固冷卻過程Ca優先與S結合生成CaS。通過FactSage熱力學計算得到，鈣處理將MnS夾雜物的析出溫度由1244.7 oC降低至1227.9 oC，同時減少了MnS夾雜物析出量。鈣在改性硫化物之前先改性了鋼中氧化物，因此提出了有效鈣硫比Ca/Seff.用來表征鈣處理對硫化物形貌的影響，Ca/Seff.的含義為改性硫化物的有效鈣和鋼中硫的原子濃度比，可以直接根據鋼液的總氧T.O含量、總硫T.S含量和總鈣T.Ca含量可以直接計算得到，此公式適用于鋼液潔凈度較高的低硫鋼，鋼中硫含量應小于30 ppm。隨著鋼中Ca/Seff.增加，鑄錠頂部硫化物長寬比逐漸減小。鈣處理后鋼中有效鈣硫比Ca/Seff.應大于0.8，鑄錠頂部硫化物平均長寬比小于1.2，CaS和MnS復合硫化物以鈣鋁酸鹽夾雜物為核心析出，硫化物為球形且尺寸顯著減小，此時鈣處理改性鑄錠中硫化物效果較好。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.02.24.001
摘要:
對光熱電站的發電量進行短期預測，可有效應對太陽能隨機性和波動性帶來的影響，為電網調度做好準備。該文以青海某光熱電站為例，首先使用模糊C均值聚類算法對實驗數據進行分類，然后通過分析不同類型下各氣象因素與出力之間的關聯程度，對氣象因素進行加權，進而構建出不同聚類下的長短期記憶神經網絡預測模型。結果表明，與未加權模型和傳統長短期記憶神經網絡模型相比，基于模糊C均值聚類的加權長短期記憶預測模型效果良好，大幅減少了標準偏差，驗證了該預測模型的有效性。
對光熱電站的發電量進行短期預測，可有效應對太陽能隨機性和波動性帶來的影響，為電網調度做好準備。該文以青海某光熱電站為例，首先使用模糊C均值聚類算法對實驗數據進行分類，然后通過分析不同類型下各氣象因素與出力之間的關聯程度，對氣象因素進行加權，進而構建出不同聚類下的長短期記憶神經網絡預測模型。結果表明，與未加權模型和傳統長短期記憶神經網絡模型相比，基于模糊C均值聚類的加權長短期記憶預測模型效果良好，大幅減少了標準偏差，驗證了該預測模型的有效性。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.02.28.006
摘要:
羧甲基纖維素(CMC)是一種高效無污染的選礦抑制劑，廣泛應用于典型硫化礦的選擇性浮選。本文綜述了CMC對方鉛礦、黃銅礦、黃鐵礦等硫化礦以及硫化礦浮選中含鎂硅酸鹽脈石礦物的抑制作用機理；總結了在硫化礦浮選中，CMC自身性質、礦漿pH、其他金屬離子的存在、藥劑用量、藥劑添加順序等因素對CMC抑制性能的影響，旨在為硫化礦高效浮選分離提供參考。
羧甲基纖維素(CMC)是一種高效無污染的選礦抑制劑，廣泛應用于典型硫化礦的選擇性浮選。本文綜述了CMC對方鉛礦、黃銅礦、黃鐵礦等硫化礦以及硫化礦浮選中含鎂硅酸鹽脈石礦物的抑制作用機理；總結了在硫化礦浮選中，CMC自身性質、礦漿pH、其他金屬離子的存在、藥劑用量、藥劑添加順序等因素對CMC抑制性能的影響，旨在為硫化礦高效浮選分離提供參考。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.03.01.001
摘要:
為了考察氧含量對鋼耐蝕性能的影響，冶煉了(20~200)×10-6不同氧含量的碳鋼和耐候鋼。通過掃描電鏡夾雜物分析、極化試驗、全浸試驗等方法研究了隨鋼中氧含量變化夾雜物類型、形態、數量、尺寸等的變化規律以及耐蝕性能的變化規律。結果表明，隨著鋼中氧含量逐漸增大，鋼中夾雜物由長條狀MnS、Al2O3向顆粒狀硅酸鹽夾雜轉變，夾雜物數量、尺寸逐漸增大，譬如氧含量從20×10-6、60×10-6增大到195×10-6時，MnS數量占比從69.9%、23.7%減少到5.8%，硅酸鹽數量占比從3.4%、54.9%增大到73.2%，夾雜物總面積分數從0.01%、0.04%增大至0.25%，等效圓直徑從0.78 μm、1.15 μm增大至4.65 μm；點蝕電位呈變正趨勢，整體升高40 mV左右；腐蝕速率先下降又回升，遵從三次函數變化規律，其中氧含量從(20-30)×10-6增大到60×10-6，碳鋼腐蝕速率降低53%，耐候鋼腐蝕速率降低18%，耐蝕性均提高。分析認為，氧含量在(20~100)×10-6范圍，易誘發腐蝕的長條狀硫化物減少以及固溶氧增大提高基體電位的共同作用導致在全浸腐蝕環境下鋼的耐蝕性增強；氧含量在(100~200)×10-6范圍，夾雜物的數量急劇增多使得鋼的耐腐蝕性又減弱。適當增大氧含量，可開發經濟型耐腐蝕鋼。
為了考察氧含量對鋼耐蝕性能的影響，冶煉了(20~200)×10-6不同氧含量的碳鋼和耐候鋼。通過掃描電鏡夾雜物分析、極化試驗、全浸試驗等方法研究了隨鋼中氧含量變化夾雜物類型、形態、數量、尺寸等的變化規律以及耐蝕性能的變化規律。結果表明，隨著鋼中氧含量逐漸增大，鋼中夾雜物由長條狀MnS、Al2O3向顆粒狀硅酸鹽夾雜轉變，夾雜物數量、尺寸逐漸增大，譬如氧含量從20×10-6、60×10-6增大到195×10-6時，MnS數量占比從69.9%、23.7%減少到5.8%，硅酸鹽數量占比從3.4%、54.9%增大到73.2%，夾雜物總面積分數從0.01%、0.04%增大至0.25%，等效圓直徑從0.78 μm、1.15 μm增大至4.65 μm；點蝕電位呈變正趨勢，整體升高40 mV左右；腐蝕速率先下降又回升，遵從三次函數變化規律，其中氧含量從(20-30)×10-6增大到60×10-6，碳鋼腐蝕速率降低53%，耐候鋼腐蝕速率降低18%，耐蝕性均提高。分析認為，氧含量在(20~100)×10-6范圍，易誘發腐蝕的長條狀硫化物減少以及固溶氧增大提高基體電位的共同作用導致在全浸腐蝕環境下鋼的耐蝕性增強；氧含量在(100~200)×10-6范圍，夾雜物的數量急劇增多使得鋼的耐腐蝕性又減弱。適當增大氧含量，可開發經濟型耐腐蝕鋼。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.03.14.001
摘要:
近年來，可充放鋅-空氣二次電池因其高理論比能密度、高安全性、環境友好、低成本等優點，引起了廣泛的關注，被認為是未來電網和電動汽車供電的可行選擇之一。鋅空電池中，氧還原反應和析氧反應催化劑的活性和穩定性對電池的能量密度、功率密度和壽命有重要影響，因此，開發高效、穩定的氧還原/析氧反應雙功能催化劑已經成為一個重要研究方向。本文介紹了不同種類過渡金屬氧化物催化劑的活性來源及其在鋅空電池能量密度、充/放電電壓、循環壽命等方面的表現，總結了當下研究現狀中提高催化性能的策略和方法。
近年來，可充放鋅-空氣二次電池因其高理論比能密度、高安全性、環境友好、低成本等優點，引起了廣泛的關注，被認為是未來電網和電動汽車供電的可行選擇之一。鋅空電池中，氧還原反應和析氧反應催化劑的活性和穩定性對電池的能量密度、功率密度和壽命有重要影響，因此，開發高效、穩定的氧還原/析氧反應雙功能催化劑已經成為一個重要研究方向。本文介紹了不同種類過渡金屬氧化物催化劑的活性來源及其在鋅空電池能量密度、充/放電電壓、循環壽命等方面的表現，總結了當下研究現狀中提高催化性能的策略和方法。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.01.16.004
摘要:
隔膜作為鋰離子電池的關鍵內層組件之一，其性能的優劣直接影響了電池的電化學性能、壽命及安全性能。本文對目前被廣泛使用的聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層復合隔膜和氧化鋁涂覆聚乙烯四種隔膜的物理性能和電化學性能進行了詳細的對比。研究表明：氧化鋁涂覆聚乙烯隔膜相比于其他三種隔膜，除拉伸強度略低于聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層復合隔膜外，在耐穿刺性、熱穩定性、潤濕性及離子電導率等方面均具有更突出的性能。其穿刺強度達到了426.91 N?μm-1，并且在140 ℃下熱處理1 h基本沒有熱收縮。納米氧化鋁顆粒特有的親水性提高了隔膜與電解液之間的潤濕性，使得隔膜具有優異的離子電導率（0.719 mS·cm-1），并且在循環200次后容量保持率為88.25%，明顯優于未涂覆的聚乙烯隔膜。表明氧化鋁涂覆聚乙烯隔膜與其他三種隔膜相比在高功率和高安全性的鋰離子電池中具有最好的應用前景。
隔膜作為鋰離子電池的關鍵內層組件之一，其性能的優劣直接影響了電池的電化學性能、壽命及安全性能。本文對目前被廣泛使用的聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層復合隔膜和氧化鋁涂覆聚乙烯四種隔膜的物理性能和電化學性能進行了詳細的對比。研究表明：氧化鋁涂覆聚乙烯隔膜相比于其他三種隔膜，除拉伸強度略低于聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層復合隔膜外，在耐穿刺性、熱穩定性、潤濕性及離子電導率等方面均具有更突出的性能。其穿刺強度達到了426.91 N?μm-1，并且在140 ℃下熱處理1 h基本沒有熱收縮。納米氧化鋁顆粒特有的親水性提高了隔膜與電解液之間的潤濕性，使得隔膜具有優異的離子電導率（0.719 mS·cm-1），并且在循環200次后容量保持率為88.25%，明顯優于未涂覆的聚乙烯隔膜。表明氧化鋁涂覆聚乙烯隔膜與其他三種隔膜相比在高功率和高安全性的鋰離子電池中具有最好的應用前景。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.03.28.001
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對0.1C-5Mn中錳鋼不同溫度加熱后進行熱成形處理，利用電化學充氫及慢應變速率拉伸(SSRT)實驗研究了加熱溫度對其氫脆敏感性的影響。結果表明，在850～1000 ℃加熱后進行熱成形處理，其組織全部為馬氏體，且隨著加熱溫度的升高，原奧氏體晶粒尺寸增加，而實驗鋼的強度和塑性逐漸降低，當加熱溫度為850 ℃時獲得了較好的強度與塑性配合，強塑積為22 GPa?%。實驗鋼充氫斷口起裂區均為沿著原奧氏晶界的沿晶斷裂。隨著加熱溫度升高，H含量降低而氫脆敏感性呈現先略微升高后顯著降低的趨勢，當加熱溫度為1000 ℃時，氫脆敏感性最低，氫脆斷裂行為主要與熱成形中錳鋼的強度及ε-碳化物有關。
對0.1C-5Mn中錳鋼不同溫度加熱后進行熱成形處理，利用電化學充氫及慢應變速率拉伸(SSRT)實驗研究了加熱溫度對其氫脆敏感性的影響。結果表明，在850～1000 ℃加熱后進行熱成形處理，其組織全部為馬氏體，且隨著加熱溫度的升高，原奧氏體晶粒尺寸增加，而實驗鋼的強度和塑性逐漸降低，當加熱溫度為850 ℃時獲得了較好的強度與塑性配合，強塑積為22 GPa?%。實驗鋼充氫斷口起裂區均為沿著原奧氏晶界的沿晶斷裂。隨著加熱溫度升高，H含量降低而氫脆敏感性呈現先略微升高后顯著降低的趨勢，當加熱溫度為1000 ℃時，氫脆敏感性最低，氫脆斷裂行為主要與熱成形中錳鋼的強度及ε-碳化物有關。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.03.05.001
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本文基于歐拉多相流技術與元胞自動機方法構建了鎂合金凝固組織預測模型，研究了三種邊界條件下Mg-9wt%Al合金定向凝固過程中的組織演化。研究結果表明，無流動作用時鎂合金枝晶呈現互為60°夾角生長，并在凝固后期出現與一次枝晶呈60°夾角二次枝晶形貌，證明了該模型的可靠性；由于x方向的流動作用下，迎流方向枝晶生長較快并出現發達的二次枝晶形貌，這主要是由于枝晶前端排出的溶質受流動影響被運輸到枝晶后端區域所導致的；由于y方向流動的存在，枝晶呈現不對稱生長，其中部分枝晶生長方向偏轉約3°，分析可知枝晶生長過程中流動引起的 值在固液界面處的不對稱分布是導致枝晶生長發生偏轉的主要原因。
本文基于歐拉多相流技術與元胞自動機方法構建了鎂合金凝固組織預測模型，研究了三種邊界條件下Mg-9wt%Al合金定向凝固過程中的組織演化。研究結果表明，無流動作用時鎂合金枝晶呈現互為60°夾角生長，并在凝固后期出現與一次枝晶呈60°夾角二次枝晶形貌，證明了該模型的可靠性；由于x方向的流動作用下，迎流方向枝晶生長較快并出現發達的二次枝晶形貌，這主要是由于枝晶前端排出的溶質受流動影響被運輸到枝晶后端區域所導致的；由于y方向流動的存在，枝晶呈現不對稱生長，其中部分枝晶生長方向偏轉約3°，分析可知枝晶生長過程中流動引起的 值在固液界面處的不對稱分布是導致枝晶生長發生偏轉的主要原因。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.04.05.001
摘要:
水下蛇形機器人是一種受生物啟發的新型無人潛航器。剛柔耦合蛇形機器人是一種由剛性推進和軟體關節驅動的模塊化游動機器人，本文以該機器人為研究對象，首先，將軟體關節建模為柔性萬向節，繼而可以把兩種物理特性差距較大的模塊聯合建模，建立了剛柔統一運動學和動力學模型，并以此評估了機器人的靜態和動態特性。此外，蛇形機器人是一種典型的冗余驅動機器人，可以利用冗余自由度完成多任務控制。因此，基于剛柔統一模型設計了任務優先級控制器，以末端位置/姿態控制為主要任務、基座位置控制為次要任務模擬了機器人在不同情況下的軌跡跟蹤效果，結果顯示當基座固定而末端移動時，末端的平均跟蹤誤差為X方向1.41%、Y方向1.02%；當兩端同時移動時，末端的平均跟蹤誤差為X方向0.53%、Y方向1.64%；當兩端位置固定而控制末端姿態時，俯仰角的平均誤差為0.38%，偏航角的平均誤差為0.14%，驗證了控制器的有效性。
水下蛇形機器人是一種受生物啟發的新型無人潛航器。剛柔耦合蛇形機器人是一種由剛性推進和軟體關節驅動的模塊化游動機器人，本文以該機器人為研究對象，首先，將軟體關節建模為柔性萬向節，繼而可以把兩種物理特性差距較大的模塊聯合建模，建立了剛柔統一運動學和動力學模型，并以此評估了機器人的靜態和動態特性。此外，蛇形機器人是一種典型的冗余驅動機器人，可以利用冗余自由度完成多任務控制。因此，基于剛柔統一模型設計了任務優先級控制器，以末端位置/姿態控制為主要任務、基座位置控制為次要任務模擬了機器人在不同情況下的軌跡跟蹤效果，結果顯示當基座固定而末端移動時，末端的平均跟蹤誤差為X方向1.41%、Y方向1.02%；當兩端同時移動時，末端的平均跟蹤誤差為X方向0.53%、Y方向1.64%；當兩端位置固定而控制末端姿態時，俯仰角的平均誤差為0.38%，偏航角的平均誤差為0.14%，驗證了控制器的有效性。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.03.15.001
摘要:
近年來，MAX相晶體由于獨特的納米層狀的晶體結構其具有自潤滑、高韌性、導電性等優點，成為全球研究熱點之一。其中M2AX相晶體兼具陶瓷和金屬化合物的性能，同時具有抗熱震性、高韌性、導電性和導熱性，但由于該類材料的單相樣品實驗制備比較困難，從而限制了其發展。主動學習是一種利用少量標記樣本可以達到較好預測性能的機器學習方法，本文將高效全局優化算法與殘差主動學習回歸算法相結合，提出了一種改良的主動學習選擇策略RS-EGO，基于169個M2AX相晶體的數據集，對M2AX相晶體的體模量、楊氏模量、剪切模量與泊松比進行建模與預測。結果發現， RS-EGO在快速尋找最優值的同時具有較好的預測能力，綜合性能要優于兩種原始選擇策略，也更適合小數據樣本的材料性能預測問題。
近年來，MAX相晶體由于獨特的納米層狀的晶體結構其具有自潤滑、高韌性、導電性等優點，成為全球研究熱點之一。其中M2AX相晶體兼具陶瓷和金屬化合物的性能，同時具有抗熱震性、高韌性、導電性和導熱性，但由于該類材料的單相樣品實驗制備比較困難，從而限制了其發展。主動學習是一種利用少量標記樣本可以達到較好預測性能的機器學習方法，本文將高效全局優化算法與殘差主動學習回歸算法相結合，提出了一種改良的主動學習選擇策略RS-EGO，基于169個M2AX相晶體的數據集，對M2AX相晶體的體模量、楊氏模量、剪切模量與泊松比進行建模與預測。結果發現， RS-EGO在快速尋找最優值的同時具有較好的預測能力，綜合性能要優于兩種原始選擇策略，也更適合小數據樣本的材料性能預測問題。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.07.002
摘要:
為了解決建筑工地、隧道、煤礦等施工場景中現有安全帽檢測算法對于小目標、密集目標以及復雜環境下的檢測精度低的問題，提出了一種基于YOLOv5的改進目標檢測算法，記為YOLOv5-GBC。首先使用Ghost卷積對骨干網絡進行重構，使得模型的復雜度有了顯著降低。其次使用雙向特征金字塔網絡(BiFPN)加強特征融合，使得算法對小目標和密集目標準確率提升。最后引入坐標注意力(Coordinate Attention)模塊，能夠將注意力資源分配給關鍵區域，從而在復雜環境中降低背景的干擾。為了驗證算法的可行性，以課題組收集的安全帽數據集為基礎，選用了多種經典算法進行對比，并且進行了消融實驗，探究各個改進模塊的提升效果。實驗結果表明：改進算法YOLOv5-GBC相較于YOLOv5s算法，算法平均精確率(IOU=0.5)提升了4.9%，達到了93.6%，檢測速度達到了124.3FPS，模型更加輕量化，在密集場景和小目標場景下檢測能力提升顯著，并且同時滿足安全帽檢測精度和實時性的要求，給復雜施工環境下安全帽檢測提供了一種新的方法。
為了解決建筑工地、隧道、煤礦等施工場景中現有安全帽檢測算法對于小目標、密集目標以及復雜環境下的檢測精度低的問題，提出了一種基于YOLOv5的改進目標檢測算法，記為YOLOv5-GBC。首先使用Ghost卷積對骨干網絡進行重構，使得模型的復雜度有了顯著降低。其次使用雙向特征金字塔網絡(BiFPN)加強特征融合，使得算法對小目標和密集目標準確率提升。最后引入坐標注意力(Coordinate Attention)模塊，能夠將注意力資源分配給關鍵區域，從而在復雜環境中降低背景的干擾。為了驗證算法的可行性，以課題組收集的安全帽數據集為基礎，選用了多種經典算法進行對比，并且進行了消融實驗，探究各個改進模塊的提升效果。實驗結果表明：改進算法YOLOv5-GBC相較于YOLOv5s算法，算法平均精確率(IOU=0.5)提升了4.9%，達到了93.6%，檢測速度達到了124.3FPS，模型更加輕量化，在密集場景和小目標場景下檢測能力提升顯著，并且同時滿足安全帽檢測精度和實時性的要求，給復雜施工環境下安全帽檢測提供了一種新的方法。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.05.001
摘要:
對于部分復雜系統，由于受內外部因素影響，系統在運行時會呈現出周期性的階段變化，且在不同階段具有完全不同的動態特性。因此在使用數據驅動方法解決此類系統的預測和仿真問題時，使用單一結構模型難以準確地學習系統在不同階段的動態特性。本研究提出了基于確定性有限狀態機-常微分方程網絡的預測仿真框架(DFA-ODENets)，以建模周期多階段系統。該模型由多個ODENet 組成，每個ODENet能夠從不規則采樣的序列數據中學習系統在各個階段內的動態特性。同時模型集成了基于確定性有限狀態自動機思想的階段轉換預測器以實現模型預測時在不同階段之間自動轉換。最后，本文將DFA-ODENet框架應用于某計算中心制冷系統的預測仿真場景中。模型能夠在給定系統運行過程中的服務器負載、環境溫度下，模擬系統運行過程，并對系統的制冷功率、進氣口溫度等主要輸出變量進行預測。其中，對于制冷系統能耗預測的平均相對誤差在5%以內。同時，本文利用制冷系統仿真模型優化了系統停止制冷時的溫度設定值，通過仿真實驗表明該優化最高可以節省18%的制冷能耗。
對于部分復雜系統，由于受內外部因素影響，系統在運行時會呈現出周期性的階段變化，且在不同階段具有完全不同的動態特性。因此在使用數據驅動方法解決此類系統的預測和仿真問題時，使用單一結構模型難以準確地學習系統在不同階段的動態特性。本研究提出了基于確定性有限狀態機-常微分方程網絡的預測仿真框架(DFA-ODENets)，以建模周期多階段系統。該模型由多個ODENet 組成，每個ODENet能夠從不規則采樣的序列數據中學習系統在各個階段內的動態特性。同時模型集成了基于確定性有限狀態自動機思想的階段轉換預測器以實現模型預測時在不同階段之間自動轉換。最后，本文將DFA-ODENet框架應用于某計算中心制冷系統的預測仿真場景中。模型能夠在給定系統運行過程中的服務器負載、環境溫度下，模擬系統運行過程，并對系統的制冷功率、進氣口溫度等主要輸出變量進行預測。其中，對于制冷系統能耗預測的平均相對誤差在5%以內。同時，本文利用制冷系統仿真模型優化了系統停止制冷時的溫度設定值，通過仿真實驗表明該優化最高可以節省18%的制冷能耗。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.02.12.001
摘要:
水系鋅離子電池憑借低成本和環境友好具有極大的發展和應用前景。具有分層、三維開孔或快速離子導體結構的釩基材料是鋅離子電池最具有前景的正極材料。如何改善釩基材料的長循環性能是函待解決的問題之一。本文采用簡單方法成功制備了纖維狀V2O5干凝膠，利用X射線衍射儀、掃描電鏡對其物相和形貌進行了表征，發現制備的材料為V2O5·1.6H2O，結晶相良好，且成片狀纖維結構。電化學測試表明，在0.1 A? g-1電流密度下，首次放電比容量為388.4 mAhg-1，在1 Ag-1電流密度下，循環1000次后容量幾乎無衰減，仍保持為129.7 mAh? g-1，具有良好的長循環穩定性。在0.1，0.2，0.5，1，2和3 A?g-1電流密度下，纖維狀V2O5干凝膠表現出良好的倍率性能，放電比容量分別為388.4、338.5、282.9、239.1、194.4和165.9 mA?g-1，遠高于商業化V2O5 (279.5、251.0、205.5、174.5、144.6和125.1 mA?g-1)。良好的電化學性能主要歸功于結合水的支撐作用增大了層間距，在循環過程中材料具有良好的結構穩定性，避免了放電容量衰減；纖維片狀結構縮短了鋅離子的遷移路徑，提高了鋅離子的擴散速率。對充放電機理研究發現，在鋅離子的嵌入脫出過程中伴隨有堿式硫酸鋅的生成與消失，且該過程可逆。。
水系鋅離子電池憑借低成本和環境友好具有極大的發展和應用前景。具有分層、三維開孔或快速離子導體結構的釩基材料是鋅離子電池最具有前景的正極材料。如何改善釩基材料的長循環性能是函待解決的問題之一。本文采用簡單方法成功制備了纖維狀V2O5干凝膠，利用X射線衍射儀、掃描電鏡對其物相和形貌進行了表征，發現制備的材料為V2O5·1.6H2O，結晶相良好，且成片狀纖維結構。電化學測試表明，在0.1 A? g-1電流密度下，首次放電比容量為388.4 mAhg-1，在1 Ag-1電流密度下，循環1000次后容量幾乎無衰減，仍保持為129.7 mAh? g-1，具有良好的長循環穩定性。在0.1，0.2，0.5，1，2和3 A?g-1電流密度下，纖維狀V2O5干凝膠表現出良好的倍率性能，放電比容量分別為388.4、338.5、282.9、239.1、194.4和165.9 mA?g-1，遠高于商業化V2O5 (279.5、251.0、205.5、174.5、144.6和125.1 mA?g-1)。良好的電化學性能主要歸功于結合水的支撐作用增大了層間距，在循環過程中材料具有良好的結構穩定性，避免了放電容量衰減；纖維片狀結構縮短了鋅離子的遷移路徑，提高了鋅離子的擴散速率。對充放電機理研究發現，在鋅離子的嵌入脫出過程中伴隨有堿式硫酸鋅的生成與消失，且該過程可逆。。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.17.001
摘要:
北山沙棗園是我國高放廢物處置的備選場址。以600m3沙棗園花崗巖體中的露頭節理與鉆孔裂隙作為對象，探究巖體中隨機結構面的空間分布。采用產狀統計和聚類分析，巖體主要發育傾角大于65°，走向為NNE向、EW向、NW向的隨機結構面，其中鉆孔裂隙優勢組為295.4°∠68.3°、189.5°∠71.2°、235.6°∠69.2°和66.0°∠33.0°，露頭節理優勢組為320°∠79°、180°∠77°、282°∠80°和231°∠67°，呈現相似特征；采用Voronoi方法剖分地表巖體，計算完整露頭節理和拆分露頭節理的平均跡長和中點面密度值，巖體東北部的平均跡長值約為西南部的一半，而中點面密度在巖體中部最大，而相對于其他優勢組，NE向與NNE向結構面的平均跡長更長，中點面密度值更大；基于鉆孔裂隙的優勢組劃分，將裂隙中不同優勢組的走向、傾角在深度位置上展開，鉆孔裂隙呈現深度不均勻的分布特征，平均線密度為0.11條/m，在[-150，-160m]區間達到最大值0.60條/m，在[-310m，-370m]區間密集發育NNE向裂隙。
北山沙棗園是我國高放廢物處置的備選場址。以600m3沙棗園花崗巖體中的露頭節理與鉆孔裂隙作為對象，探究巖體中隨機結構面的空間分布。采用產狀統計和聚類分析，巖體主要發育傾角大于65°，走向為NNE向、EW向、NW向的隨機結構面，其中鉆孔裂隙優勢組為295.4°∠68.3°、189.5°∠71.2°、235.6°∠69.2°和66.0°∠33.0°，露頭節理優勢組為320°∠79°、180°∠77°、282°∠80°和231°∠67°，呈現相似特征；采用Voronoi方法剖分地表巖體，計算完整露頭節理和拆分露頭節理的平均跡長和中點面密度值，巖體東北部的平均跡長值約為西南部的一半，而中點面密度在巖體中部最大，而相對于其他優勢組，NE向與NNE向結構面的平均跡長更長，中點面密度值更大；基于鉆孔裂隙的優勢組劃分，將裂隙中不同優勢組的走向、傾角在深度位置上展開，鉆孔裂隙呈現深度不均勻的分布特征，平均線密度為0.11條/m，在[-150，-160m]區間達到最大值0.60條/m，在[-310m，-370m]區間密集發育NNE向裂隙。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.02.04.003
摘要:
本研究針對赤泥基泡沫輕質土工程適用性問題，開展了赤泥基泡沫輕質土流變性能調控方法研究，揭示了水膠比、減水劑對赤泥基泡沫輕質土流變特性、抗壓強度的作用規律。實驗表明，隨著水膠比的增加，漿體流變性得到改善，抗壓強度呈現先升高后降低的趨勢；摻入聚羧酸減水劑和萘系減水劑后，漿體流動性增強，聚羧酸減水劑對抗壓強度具有削弱作用，而萘系減水劑可提升抗壓強度，最終確定了水膠比和減水劑的最佳設計值。
本研究針對赤泥基泡沫輕質土工程適用性問題，開展了赤泥基泡沫輕質土流變性能調控方法研究，揭示了水膠比、減水劑對赤泥基泡沫輕質土流變特性、抗壓強度的作用規律。實驗表明，隨著水膠比的增加，漿體流變性得到改善，抗壓強度呈現先升高后降低的趨勢；摻入聚羧酸減水劑和萘系減水劑后，漿體流動性增強，聚羧酸減水劑對抗壓強度具有削弱作用，而萘系減水劑可提升抗壓強度，最終確定了水膠比和減水劑的最佳設計值。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.01.04.002
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文章通過研究聚碳酸酯（PC）在西藏自治區（西藏）10個典型大氣站點自然暴露1年的老化行為，以色差作為指標評估西藏地區PC服役環境嚴酷度時空分布規律。通過灰色關聯度、回歸分析分析，篩選出影響PC老化的4個敏感環境因子；通過構建反向傳播人工神經網絡（BP-ANN）模型并優化模型參數，建立具有良好訓練精度及泛化能力的“環境-材料”映射模型。輸入西藏全域28個城市氣象數據，并基于griddate插值計算，預測得到西藏地區嚴酷度空間分布地圖，結果顯示低海拔的藏東嚴酷度較低。通過輸入各城市敏感環境月均值，得到嚴酷度全年變化規律圖，結果表明西藏夏季嚴酷度遠高于冬季，而冬季藏西北地區嚴酷度依然保持較高值。西藏地區嚴酷度精細量化評估，對于藏區裝備設施安全服役具有重要意義。
文章通過研究聚碳酸酯（PC）在西藏自治區（西藏）10個典型大氣站點自然暴露1年的老化行為，以色差作為指標評估西藏地區PC服役環境嚴酷度時空分布規律。通過灰色關聯度、回歸分析分析，篩選出影響PC老化的4個敏感環境因子；通過構建反向傳播人工神經網絡（BP-ANN）模型并優化模型參數，建立具有良好訓練精度及泛化能力的“環境-材料”映射模型。輸入西藏全域28個城市氣象數據，并基于griddate插值計算，預測得到西藏地區嚴酷度空間分布地圖，結果顯示低海拔的藏東嚴酷度較低。通過輸入各城市敏感環境月均值，得到嚴酷度全年變化規律圖，結果表明西藏夏季嚴酷度遠高于冬季，而冬季藏西北地區嚴酷度依然保持較高值。西藏地區嚴酷度精細量化評估，對于藏區裝備設施安全服役具有重要意義。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.01.13.003
摘要:
智能合約在法律層面的關注度不斷提高，如何將現實法律合同轉化為智能合約程序，保證法律元素提取和程序轉換的規范化已經成為當前的研究熱點。據此，本文從合約模板化和語義規范化的角度出發，提出一種合同文本置標語言（CTML），通過對合同中語法、結構、詞匯的內容進行標注，實現合同要素的提取與轉化。首先，構建合同元模型并建立“要素-屬性-成分”的三層語義結構與數源標記表示，基于元模型設計面向合同文本的置標語言語法規則，通過CTML完成法律信息規范化提取，形成標注合同；其次，通過遞歸抽象語法樹（AST）并建立映射關系設計由標注合同到智能法律合約的轉換規則，完善法律合同到智能合約可執行代碼的轉化鏈條。進而，以房屋買賣合同為例，展示了合同文本置標語言的語義提取和代碼生成有效性，因而為智能合約的法律化構建提供了一種可選途徑。
智能合約在法律層面的關注度不斷提高，如何將現實法律合同轉化為智能合約程序，保證法律元素提取和程序轉換的規范化已經成為當前的研究熱點。據此，本文從合約模板化和語義規范化的角度出發，提出一種合同文本置標語言（CTML），通過對合同中語法、結構、詞匯的內容進行標注，實現合同要素的提取與轉化。首先，構建合同元模型并建立“要素-屬性-成分”的三層語義結構與數源標記表示，基于元模型設計面向合同文本的置標語言語法規則，通過CTML完成法律信息規范化提取，形成標注合同；其次，通過遞歸抽象語法樹（AST）并建立映射關系設計由標注合同到智能法律合約的轉換規則，完善法律合同到智能合約可執行代碼的轉化鏈條。進而，以房屋買賣合同為例，展示了合同文本置標語言的語義提取和代碼生成有效性，因而為智能合約的法律化構建提供了一種可選途徑。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.02.17.002
摘要:
離子液體具有無質子干擾、電化學窗口寬、蒸汽壓低、導電性好和熔點低等優點，被認為是一類新型的綠色電解質體系。基于離子液體的電沉積過程可以克服傳統水溶液體系電化學窗口窄、易受析氫副反應干擾等缺陷；相較于高溫熔鹽體系，離子液體可在溫和條件下電沉積制備活潑金屬及其合金。通過向離子液體電沉積體系中引入添加劑可以改變活性物種的電化學還原電位，影響晶粒的電化學結晶過程，顯著改善沉積層的微觀結構和性能。本文歸納總結了添加劑對離子液體中電沉積活潑金屬、過渡金屬和貴金屬及其合金等方面的研究進展，系統分析了當前添加劑在離子液體電沉積金屬及合金過程中的作用機理、效用和局限性，展望了未來離子液體電沉積添加劑的重點研究方向。
離子液體具有無質子干擾、電化學窗口寬、蒸汽壓低、導電性好和熔點低等優點，被認為是一類新型的綠色電解質體系。基于離子液體的電沉積過程可以克服傳統水溶液體系電化學窗口窄、易受析氫副反應干擾等缺陷；相較于高溫熔鹽體系，離子液體可在溫和條件下電沉積制備活潑金屬及其合金。通過向離子液體電沉積體系中引入添加劑可以改變活性物種的電化學還原電位，影響晶粒的電化學結晶過程，顯著改善沉積層的微觀結構和性能。本文歸納總結了添加劑對離子液體中電沉積活潑金屬、過渡金屬和貴金屬及其合金等方面的研究進展，系統分析了當前添加劑在離子液體電沉積金屬及合金過程中的作用機理、效用和局限性，展望了未來離子液體電沉積添加劑的重點研究方向。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.03.07.002
摘要:
在材料基因工程的背景下，數據驅動的機器學習技術推動著材料研究進入了新的范式。機器學習能夠充分利用已有的實驗數據，在不明晰機制原理的情況下實現對材料服役性能的準確預測，極大地減少了實驗所需的時間與成本。本文以機器學習預測金屬材料的典型服役性能為主題，總結并分析了四種預測金屬材料服役性能的常用機器學習模型。以疲勞、蠕變、腐蝕這三種常見的服役性能為代表，介紹了機器學習在這三個性能方面的研究情況，并列舉了幾個具體的案例進行簡要分析。最后，總結了機器學習預測金屬材料服役性能的特點，分析了當下機器學習預測金屬材料服役性能存在的一些科學問題，并對其發展前景進行了討論和展望。
在材料基因工程的背景下，數據驅動的機器學習技術推動著材料研究進入了新的范式。機器學習能夠充分利用已有的實驗數據，在不明晰機制原理的情況下實現對材料服役性能的準確預測，極大地減少了實驗所需的時間與成本。本文以機器學習預測金屬材料的典型服役性能為主題，總結并分析了四種預測金屬材料服役性能的常用機器學習模型。以疲勞、蠕變、腐蝕這三種常見的服役性能為代表，介紹了機器學習在這三個性能方面的研究情況，并列舉了幾個具體的案例進行簡要分析。最后，總結了機器學習預測金屬材料服役性能的特點，分析了當下機器學習預測金屬材料服役性能存在的一些科學問題，并對其發展前景進行了討論和展望。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.03.06.001
摘要:
隨著雙相不銹鋼的在油氣工業的應用逐漸廣泛，海洋油氣田和酸性服役工況下的應用增多，臨氫環境下雙相不銹鋼的失效風險逐步提高。氫的引入會對雙相不銹鋼造成顯著影響，除了引起腐蝕性能和組織的改變外，雙相不銹鋼還不可避免遭受氫損傷，包括氫脆、氫致開裂等。本文綜述了氫對雙相不銹鋼作用的研究現狀，旨在為雙相不銹鋼油氣工業臨氫環境下的應用提供指導，同時展望了臨氫環境雙相不銹鋼研究的發展趨勢：腐蝕行為問題已基本達成共識，氫損傷問題還有待研究，理論機制仍不完善，需要完善和發展新的氫損傷理論模型，同時更多的將現代分析技術和理論計算模擬相結合。
隨著雙相不銹鋼的在油氣工業的應用逐漸廣泛，海洋油氣田和酸性服役工況下的應用增多，臨氫環境下雙相不銹鋼的失效風險逐步提高。氫的引入會對雙相不銹鋼造成顯著影響，除了引起腐蝕性能和組織的改變外，雙相不銹鋼還不可避免遭受氫損傷，包括氫脆、氫致開裂等。本文綜述了氫對雙相不銹鋼作用的研究現狀，旨在為雙相不銹鋼油氣工業臨氫環境下的應用提供指導，同時展望了臨氫環境雙相不銹鋼研究的發展趨勢：腐蝕行為問題已基本達成共識，氫損傷問題還有待研究，理論機制仍不完善，需要完善和發展新的氫損傷理論模型，同時更多的將現代分析技術和理論計算模擬相結合。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.03.005
摘要:
錳鐵礦石是錳、鐵選冶的重要原料，由于類質同象及微細粒嵌布等因素影響，錳與鐵難以實現高效分離并綜合利用。針對高鐵低錳礦石，制定了氫基礦相轉化-磁選工藝流程，并考察了焙燒溫度、焙燒時間、還原氣體濃度及總氣量對錳鐵分離及二價錳轉化率效果的影響。試驗結果表明，在焙燒溫度660°C、CO:H2=1:3、焙燒時間30 min、還原氣體濃度60%、總氣量500 mL/min、磁場強度1070 Oe的條件下，可獲得鐵品位55.24%、回收率91.07%的鐵精礦及全錳品位34.80%、回收率77.11%、二價錳轉化率88.79%的錳精礦。化學成分分析、XRD分析、SEM-EDS分析結果均表明錳礦物與鐵礦物實現了有效的分離。
錳鐵礦石是錳、鐵選冶的重要原料，由于類質同象及微細粒嵌布等因素影響，錳與鐵難以實現高效分離并綜合利用。針對高鐵低錳礦石，制定了氫基礦相轉化-磁選工藝流程，并考察了焙燒溫度、焙燒時間、還原氣體濃度及總氣量對錳鐵分離及二價錳轉化率效果的影響。試驗結果表明，在焙燒溫度660°C、CO:H2=1:3、焙燒時間30 min、還原氣體濃度60%、總氣量500 mL/min、磁場強度1070 Oe的條件下，可獲得鐵品位55.24%、回收率91.07%的鐵精礦及全錳品位34.80%、回收率77.11%、二價錳轉化率88.79%的錳精礦。化學成分分析、XRD分析、SEM-EDS分析結果均表明錳礦物與鐵礦物實現了有效的分離。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.30.002
摘要:
在低軌衛星網絡中，針對時延、能耗和計算能力有限以及低軌衛星運行周期短導致的星間鏈路動態變化的特點，提出一種基于遺傳算法和深度確定性的策略梯度算法融合（GA-DDPG）的天基低軌網絡智能邊緣計算卸載算法，通過構造系統模型，將時延和能耗最小化的問題和計算資源最優分配問題建模為馬爾可夫模型；根據衛星之間的可視化約束條件分析當前星間鏈路情況，實現對星間鏈路的感知；通過利用基于GA-DDPG算法來求解任務卸載策略；通過對低軌衛星網絡拓撲結構的周期性的監測，實現對低軌衛星網絡拓撲的及時修正。仿真結果表明，基于GA-DDPG的低軌衛星網絡智能邊緣計算卸載算法復雜度低，時延和能耗均低于基于GA的計算卸載算法和基于DDPG的計算卸載算法。
在低軌衛星網絡中，針對時延、能耗和計算能力有限以及低軌衛星運行周期短導致的星間鏈路動態變化的特點，提出一種基于遺傳算法和深度確定性的策略梯度算法融合（GA-DDPG）的天基低軌網絡智能邊緣計算卸載算法，通過構造系統模型，將時延和能耗最小化的問題和計算資源最優分配問題建模為馬爾可夫模型；根據衛星之間的可視化約束條件分析當前星間鏈路情況，實現對星間鏈路的感知；通過利用基于GA-DDPG算法來求解任務卸載策略；通過對低軌衛星網絡拓撲結構的周期性的監測，實現對低軌衛星網絡拓撲的及時修正。仿真結果表明，基于GA-DDPG的低軌衛星網絡智能邊緣計算卸載算法復雜度低，時延和能耗均低于基于GA的計算卸載算法和基于DDPG的計算卸載算法。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.05.002
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鋰離子電池中含有豐富的金屬元素和多種毒害性物質，廢舊鋰電池回收不僅能實現資源循環利用，而且能防止環境污染。本文以廢舊動力錳酸鋰電池和商品化電極材料錳酸鋰為研究對象，對鋰離子電池電極材料浮選行為進行研究。結果表明，商品化錳酸鋰和商品化石墨具有相反的浮選行為，而廢舊錳酸鋰和廢舊石墨具有相似的疏水性浮選行為。廢舊錳酸鋰電極材料浮選分離時，錳酸鋰和石墨浮選分離效率低，而商品化錳酸鋰和石墨的浮選分離效率高。XRD、XPS、SEM、FT-IR及接觸角分析表明，廢舊鋰電池電極材料表面均包裹一層含C、O、F等元素的有機物，導致正負極電極材料具有相似的表面性質，因而表現出相似的浮選行為，導致兩者的浮選分離難度大。
鋰離子電池中含有豐富的金屬元素和多種毒害性物質，廢舊鋰電池回收不僅能實現資源循環利用，而且能防止環境污染。本文以廢舊動力錳酸鋰電池和商品化電極材料錳酸鋰為研究對象，對鋰離子電池電極材料浮選行為進行研究。結果表明，商品化錳酸鋰和商品化石墨具有相反的浮選行為，而廢舊錳酸鋰和廢舊石墨具有相似的疏水性浮選行為。廢舊錳酸鋰電極材料浮選分離時，錳酸鋰和石墨浮選分離效率低，而商品化錳酸鋰和石墨的浮選分離效率高。XRD、XPS、SEM、FT-IR及接觸角分析表明，廢舊鋰電池電極材料表面均包裹一層含C、O、F等元素的有機物，導致正負極電極材料具有相似的表面性質，因而表現出相似的浮選行為，導致兩者的浮選分離難度大。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.01.02.001
摘要:
SICOMINES銅鈷礦位于剛果（金）科盧韋齊南西側，是中部非洲加丹加銅礦帶的典型礦床。由于礦床成因復雜，礦石中形成了十多種銅、鈷礦物，尤其各種鈷礦物性質變化大，一直存在選冶工藝復雜，生產不穩定，回收率低的問題。為此，本文首次采用Datamine和Leapfrog軟件構建了鈷的冶金地質學模型，首先，收集歷史勘查資料，建立礦區地層和礦化域模型，初步獲得鈷在空間的品位變化規律；其次，進行采樣設計，采集代表鈷在地層和礦體中品位分布規律的工藝礦物學樣品；再次，采用工藝礦物學綜合手段，獲得各樣品中礦物含量和鈷賦存狀態的定量數據，并采用單一域賦值法和距離冪次反比法等插值手段寫入模型；然后，根據鈷礦物選冶類型的空間分布規律劃分了5個空間選冶域，分別為適于浮選域（TYPE1）、適于磁選域（TYPE2）、適于磁選+浮選域（TYPE3）、適于浸出域（TYPE4）和難以利用域（TYPE5），構建初步地質冶金學模型；最后，在5個選冶域中分別采集綜合樣品進行選礦實驗，實驗結果顯示，采用礦山生產中實際選礦流程，5個選冶域中鈷的回收率和精礦品位差距明顯，原有生產流程只適用于空間域TYPE1、TYPE2和TYPE3，說明選冶域的劃分基本合理。地質冶金學模型為實現礦區鈷的分采分選，提高鈷回收率和生產穩定性提供指導。
SICOMINES銅鈷礦位于剛果（金）科盧韋齊南西側，是中部非洲加丹加銅礦帶的典型礦床。由于礦床成因復雜，礦石中形成了十多種銅、鈷礦物，尤其各種鈷礦物性質變化大，一直存在選冶工藝復雜，生產不穩定，回收率低的問題。為此，本文首次采用Datamine和Leapfrog軟件構建了鈷的冶金地質學模型，首先，收集歷史勘查資料，建立礦區地層和礦化域模型，初步獲得鈷在空間的品位變化規律；其次，進行采樣設計，采集代表鈷在地層和礦體中品位分布規律的工藝礦物學樣品；再次，采用工藝礦物學綜合手段，獲得各樣品中礦物含量和鈷賦存狀態的定量數據，并采用單一域賦值法和距離冪次反比法等插值手段寫入模型；然后，根據鈷礦物選冶類型的空間分布規律劃分了5個空間選冶域，分別為適于浮選域（TYPE1）、適于磁選域（TYPE2）、適于磁選+浮選域（TYPE3）、適于浸出域（TYPE4）和難以利用域（TYPE5），構建初步地質冶金學模型；最后，在5個選冶域中分別采集綜合樣品進行選礦實驗，實驗結果顯示，采用礦山生產中實際選礦流程，5個選冶域中鈷的回收率和精礦品位差距明顯，原有生產流程只適用于空間域TYPE1、TYPE2和TYPE3，說明選冶域的劃分基本合理。地質冶金學模型為實現礦區鈷的分采分選，提高鈷回收率和生產穩定性提供指導。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.03.09.004
摘要:
采用Gleeble3800熱模擬試驗機對SP700鈦合金進行單道次圓柱熱壓縮試驗，研究合金在變形溫度為800-880 ℃、應變速率為1-10 s-1、壓縮變形量為30%、50%條件下的熱變形流變行為及變形過程中的組織演變。結果表明，隨著變形溫度升高和應變速率降低，SP700鈦合金熱壓縮變形的峰值流變應力降低。合金在800℃壓縮變形時，流變應力曲線呈明顯的動態軟化，其顯微組織中α片層逐漸破碎球化，部分α片層發生動態再結晶。隨變形溫度升高，合金壓縮真應力應變曲線呈穩態流變狀態。當變形溫度一定時，隨應變速率和壓縮變形量增加，α片層球化程度增加。熱變形過程中，α片層在壓應力作用下彎曲扭折，界面發生起伏或發生剪切變形，片層內部存在累積取向差，產生新的α/α界面，β相于新界面處楔入α片層，最終導致α片層的破碎球化。
采用Gleeble3800熱模擬試驗機對SP700鈦合金進行單道次圓柱熱壓縮試驗，研究合金在變形溫度為800-880 ℃、應變速率為1-10 s-1、壓縮變形量為30%、50%條件下的熱變形流變行為及變形過程中的組織演變。結果表明，隨著變形溫度升高和應變速率降低，SP700鈦合金熱壓縮變形的峰值流變應力降低。合金在800℃壓縮變形時，流變應力曲線呈明顯的動態軟化，其顯微組織中α片層逐漸破碎球化，部分α片層發生動態再結晶。隨變形溫度升高，合金壓縮真應力應變曲線呈穩態流變狀態。當變形溫度一定時，隨應變速率和壓縮變形量增加，α片層球化程度增加。熱變形過程中，α片層在壓應力作用下彎曲扭折，界面發生起伏或發生剪切變形，片層內部存在累積取向差，產生新的α/α界面，β相于新界面處楔入α片層，最終導致α片層的破碎球化。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.06.001
摘要:
城市生活垃圾填埋后，其中的有機質降解會生成大量氣體，若產氣速率過快或導排不順，內部將產生過高的氣壓，導致填埋體發生變形和沉降。基于此，開展氣壓誘導非飽和土體破壞的平面模型試驗和數值模擬，研究不同土體厚度、氣壓條件下的土體變形破壞機制。結果表明：氣壓誘發土體破壞的過程可分為水汽運移、局部微裂縫、貫穿主裂縫和內部空洞四個階段；土體破環主要發生充氣孔上方與表層之間的倒三角區域內，其破壞形態根據是否有前期氣壓作用可分為“劈裂型”與“爆裂型”兩種；適當的氣壓有利于增加土體的穩定性，在此基礎上提出臨界穩定氣壓的概念，并通過提出的數值模擬方法研究了土體內部的滲流變化規律，表明有效應力增量的區域性變化是臨界穩定氣壓產生的原因，可為實際工程提供參考。
城市生活垃圾填埋后，其中的有機質降解會生成大量氣體，若產氣速率過快或導排不順，內部將產生過高的氣壓，導致填埋體發生變形和沉降。基于此，開展氣壓誘導非飽和土體破壞的平面模型試驗和數值模擬，研究不同土體厚度、氣壓條件下的土體變形破壞機制。結果表明：氣壓誘發土體破壞的過程可分為水汽運移、局部微裂縫、貫穿主裂縫和內部空洞四個階段；土體破環主要發生充氣孔上方與表層之間的倒三角區域內，其破壞形態根據是否有前期氣壓作用可分為“劈裂型”與“爆裂型”兩種；適當的氣壓有利于增加土體的穩定性，在此基礎上提出臨界穩定氣壓的概念，并通過提出的數值模擬方法研究了土體內部的滲流變化規律，表明有效應力增量的區域性變化是臨界穩定氣壓產生的原因，可為實際工程提供參考。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.25.002
摘要:
針對現有行為識別算法忽視時空信息上下文的依賴關系和時空與通道之間的依賴關系的問題，本文提出一種基于自校準機制的時空采樣圖卷積網絡行為識別模型。首先，介紹ST-GCN和3D-GCN、Transformer和自注意力機制的工作原理，其次，提出一種時空采樣圖卷積網絡以時序連續多幀作為時空采樣，通過構建時空鄰接矩陣參與圖卷積來建立局部和全局時空上下文依賴關系。然后，為了有效地建立時空與通道之間的依賴關系并增強多層次的感受野來捕獲更具判別力的時域特征，提出了一種時域自校準卷積網絡在兩個不同的尺度空間中進行卷積并特征融合：一種是原始比例尺度的時空，另一種是使用下采樣具有較小比例尺度的潛在時空。再者，結合時空采樣圖卷積網絡和時域自校準網絡構建基于自校準機制的時空采樣圖卷積網絡行為識別模型，在多流網絡下進行端到端的訓練。最后，基于NTU-RGB+D和NTU-RGB+D120骨架動作數據集開展了骨架行為識別的研究。研究結果進一步驗證了該行為識別模型針對時空特征的有效提取能力及優秀的識別準確率。
針對現有行為識別算法忽視時空信息上下文的依賴關系和時空與通道之間的依賴關系的問題，本文提出一種基于自校準機制的時空采樣圖卷積網絡行為識別模型。首先，介紹ST-GCN和3D-GCN、Transformer和自注意力機制的工作原理，其次，提出一種時空采樣圖卷積網絡以時序連續多幀作為時空采樣，通過構建時空鄰接矩陣參與圖卷積來建立局部和全局時空上下文依賴關系。然后，為了有效地建立時空與通道之間的依賴關系并增強多層次的感受野來捕獲更具判別力的時域特征，提出了一種時域自校準卷積網絡在兩個不同的尺度空間中進行卷積并特征融合：一種是原始比例尺度的時空，另一種是使用下采樣具有較小比例尺度的潛在時空。再者，結合時空采樣圖卷積網絡和時域自校準網絡構建基于自校準機制的時空采樣圖卷積網絡行為識別模型，在多流網絡下進行端到端的訓練。最后，基于NTU-RGB+D和NTU-RGB+D120骨架動作數據集開展了骨架行為識別的研究。研究結果進一步驗證了該行為識別模型針對時空特征的有效提取能力及優秀的識別準確率。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.03.001
摘要:
人-機協同遞送是指人類與機器人協同配合完成物體遞送。針對人-機協同遞送過程中無法精確識別物體位姿導致難以準確抓取的問題，引入基于PnP算法的物體6D位姿識別網絡，實現待遞送物體位姿的精確識別；提出改進的被遞送物體數據集制作方法，實現面向任意物體的精準識別；通過視覺系統標定、坐標轉換以及抓取方案改進，實現物體的精確位姿定位與準確抓取。為驗證所提出的人-機協同遞送系統的有效性，邀請4位志愿者進行了共80次人-機遞送實驗。實驗結果表明，所提出的人-機遞送系統平均誤差距離為1.97cm，遞送平均成功率為76%，平均遞送時間為30s；如不考慮抓取姿勢，其遞送成功率可達89%；具有較好的魯棒性，應用前景良好。
人-機協同遞送是指人類與機器人協同配合完成物體遞送。針對人-機協同遞送過程中無法精確識別物體位姿導致難以準確抓取的問題，引入基于PnP算法的物體6D位姿識別網絡，實現待遞送物體位姿的精確識別；提出改進的被遞送物體數據集制作方法，實現面向任意物體的精準識別；通過視覺系統標定、坐標轉換以及抓取方案改進，實現物體的精確位姿定位與準確抓取。為驗證所提出的人-機協同遞送系統的有效性，邀請4位志愿者進行了共80次人-機遞送實驗。實驗結果表明，所提出的人-機遞送系統平均誤差距離為1.97cm，遞送平均成功率為76%，平均遞送時間為30s；如不考慮抓取姿勢，其遞送成功率可達89%；具有較好的魯棒性，應用前景良好。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.16.001
摘要:
錫基雙金屬氧化物作為鋰離子電池負極材料因具有高的理論比容量、嵌脫鋰電位適中、儲量豐富、價格低廉、安全性高以及環保等優點，已經受到了廣泛的關注。本研究采用一步原位水熱法制備了碳包覆的ZnSnO3復合材料（ZnSnO3/C）。在ZnSnO3/C復合材料中，碳材料會抑止ZnSnO3納米顆粒在合成過程中的生長和團聚，提高復合材料的導電性，緩沖ZnSnO3的體積膨脹和結構粉化，從而提升ZnSnO3電極的電化學性能。結果表明：當作為鋰離子電池負極材料時，ZnSnO3/C復合電極的儲鋰性能優于純ZnSnO3。ZnSnO3/C復合電極在200 mA/g電流密度下進行200次循環后可逆容量可達1274.9 mA?h/g，即使在大電流5000 mA/g下經500次循環仍然提供663.2 mA?h/g的放電比容量，同時也表現出卓越的倍率性能。優越的儲鋰性能歸因于表面的碳包覆層與ZnSnO3納米顆粒之間的協同效應。
錫基雙金屬氧化物作為鋰離子電池負極材料因具有高的理論比容量、嵌脫鋰電位適中、儲量豐富、價格低廉、安全性高以及環保等優點，已經受到了廣泛的關注。本研究采用一步原位水熱法制備了碳包覆的ZnSnO3復合材料（ZnSnO3/C）。在ZnSnO3/C復合材料中，碳材料會抑止ZnSnO3納米顆粒在合成過程中的生長和團聚，提高復合材料的導電性，緩沖ZnSnO3的體積膨脹和結構粉化，從而提升ZnSnO3電極的電化學性能。結果表明：當作為鋰離子電池負極材料時，ZnSnO3/C復合電極的儲鋰性能優于純ZnSnO3。ZnSnO3/C復合電極在200 mA/g電流密度下進行200次循環后可逆容量可達1274.9 mA?h/g，即使在大電流5000 mA/g下經500次循環仍然提供663.2 mA?h/g的放電比容量，同時也表現出卓越的倍率性能。優越的儲鋰性能歸因于表面的碳包覆層與ZnSnO3納米顆粒之間的協同效應。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.21.003
摘要:
為評議粗骨料超高性能混凝土（CA-UHPC）的基體配合比設計方法及探究混雜纖維對其力學性能的影響，基于修正的安德森（MAA）模型提出CA-UHPC基體配合比的兩種設計思路，對不同粗骨料體積摻量（10%,12%,14%,17%）及混雜纖維形式（平直鋼纖維、端鉤鋼纖維、共聚甲醛（POM）纖維）的CA-UHPC開展軸拉試驗、抗壓強度及工作性能測試及微觀結構分析。結果表明：采用MAA模型計算CA-UHPC的基體配合比，不論是否將粗骨料引入計算體系，均可實現CA-UHPC的緊密堆積狀態，兩種思路設計的CA-UHPC中粗骨料-UHPC基體界面及纖維-UHPC基體界面的粘結強度均較高；制備的混雜纖維CA-UHPC可實現工作性能與軸拉韌性的協同提升，其中端鉤鋼纖維、POM纖維分別對其軸拉韌性、工作性能提升效果更顯著；拔出的POM纖維表面存在較多的細長絮狀物，說明POM纖維對CA-UHPC軸拉韌性提升的機理為優異的化學粘結作用。
為評議粗骨料超高性能混凝土（CA-UHPC）的基體配合比設計方法及探究混雜纖維對其力學性能的影響，基于修正的安德森（MAA）模型提出CA-UHPC基體配合比的兩種設計思路，對不同粗骨料體積摻量（10%,12%,14%,17%）及混雜纖維形式（平直鋼纖維、端鉤鋼纖維、共聚甲醛（POM）纖維）的CA-UHPC開展軸拉試驗、抗壓強度及工作性能測試及微觀結構分析。結果表明：采用MAA模型計算CA-UHPC的基體配合比，不論是否將粗骨料引入計算體系，均可實現CA-UHPC的緊密堆積狀態，兩種思路設計的CA-UHPC中粗骨料-UHPC基體界面及纖維-UHPC基體界面的粘結強度均較高；制備的混雜纖維CA-UHPC可實現工作性能與軸拉韌性的協同提升，其中端鉤鋼纖維、POM纖維分別對其軸拉韌性、工作性能提升效果更顯著；拔出的POM纖維表面存在較多的細長絮狀物，說明POM纖維對CA-UHPC軸拉韌性提升的機理為優異的化學粘結作用。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.03.001
摘要:
近年來隨著工業生產要求的提高，智能化、自動化技術的代表七關節機械臂受到了國內外學者的廣泛關注，而在七關節機械臂的研究領域中尤為重要的一項關鍵技術就是機械臂避障和軌跡控制技術。在機械臂避障領域，傳統的基于避障指標的梯度投影法雖然可以達到避障的目的，但是會存在末端跟蹤精度下降和無法精確控制關節連桿軌跡的問題。針對上述不足，本文基于七關節機械臂的解析解提出了一種新的基于雙插補的機械臂軌跡控制算法，該方法利用給定的機械臂腕部關節中心點的位置向量推導出該位置向量在軌跡規劃器TP中的插補運算方程，并依據腕部中心點位置向量得到第七關節自運動的旋角，將每個插補周期插補出的旋角值附加到已通過解析解計算出的逆解關節向量的第七關節角度值上，從而達到關節軌跡控制的目的。此外還可以通過通用的梯度投影法計算出一組關節角度值作為參考來進行解析解選解從而達到避免奇異點的影響的效果。該方法基于改造后的七關節機械臂構型在LinuxCNC實時控制平臺和matlab仿真平臺上都進行了實驗，并以機械臂的末端精度作為衡量指標，驗證了基于該方法對機械臂關節軌跡控制的有效性和相比于梯度投影法其末端精度控制的優越性。
近年來隨著工業生產要求的提高，智能化、自動化技術的代表七關節機械臂受到了國內外學者的廣泛關注，而在七關節機械臂的研究領域中尤為重要的一項關鍵技術就是機械臂避障和軌跡控制技術。在機械臂避障領域，傳統的基于避障指標的梯度投影法雖然可以達到避障的目的，但是會存在末端跟蹤精度下降和無法精確控制關節連桿軌跡的問題。針對上述不足，本文基于七關節機械臂的解析解提出了一種新的基于雙插補的機械臂軌跡控制算法，該方法利用給定的機械臂腕部關節中心點的位置向量推導出該位置向量在軌跡規劃器TP中的插補運算方程，并依據腕部中心點位置向量得到第七關節自運動的旋角，將每個插補周期插補出的旋角值附加到已通過解析解計算出的逆解關節向量的第七關節角度值上，從而達到關節軌跡控制的目的。此外還可以通過通用的梯度投影法計算出一組關節角度值作為參考來進行解析解選解從而達到避免奇異點的影響的效果。該方法基于改造后的七關節機械臂構型在LinuxCNC實時控制平臺和matlab仿真平臺上都進行了實驗，并以機械臂的末端精度作為衡量指標，驗證了基于該方法對機械臂關節軌跡控制的有效性和相比于梯度投影法其末端精度控制的優越性。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.08.30.004
摘要:
燒結作為鋼鐵生產的第二大耗能環節，在鋼鐵總能耗中約占15%。燒結工序能源主要來源于固體燃料，傳統燒結優化配礦燃料配比通常由經驗確定，未能實現原料類型與燒結過程燃耗的動態平衡。針對燒結過程的能量平衡，首先在已有化學成分、堿度、原料配比等約束的基礎上，其次嵌入燒結能量平衡約束，構建了基于燒結能量平衡的燒結配料模型，最后采用粒子群算法進行求解，實現了燒結鐵礦石、熔劑和燃料的協同優化。仿真結果表明，本文提出的基于PSO-VIKOR燒結優化配礦模型提高了燒結過程的能源利用率，在考慮燒結成本與質量的同時，實現了燒結過程的節能減排，有助于鋼鐵企業燒結低碳綠色發展。
燒結作為鋼鐵生產的第二大耗能環節，在鋼鐵總能耗中約占15%。燒結工序能源主要來源于固體燃料，傳統燒結優化配礦燃料配比通常由經驗確定，未能實現原料類型與燒結過程燃耗的動態平衡。針對燒結過程的能量平衡，首先在已有化學成分、堿度、原料配比等約束的基礎上，其次嵌入燒結能量平衡約束，構建了基于燒結能量平衡的燒結配料模型，最后采用粒子群算法進行求解，實現了燒結鐵礦石、熔劑和燃料的協同優化。仿真結果表明，本文提出的基于PSO-VIKOR燒結優化配礦模型提高了燒結過程的能源利用率，在考慮燒結成本與質量的同時，實現了燒結過程的節能減排，有助于鋼鐵企業燒結低碳綠色發展。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.22.005
摘要:
為有效地提高插電式燃料電池汽車的經濟性，實現燃料電池和動力電池的功率最優分配，考慮到行駛工況、電池荷電狀態（state of charge, SOC）、等效因子與氫氣消耗之間的密切聯系，制定融合工況預測的里程自適應等效氫耗最小策略。通過基于誤差反向傳播的神經網絡來實現未來短期車速的預測，分析未來車輛功率需求變化，同時利用行駛里程和SOC實時動態修正等效因子，實現能量管理策略的自適應性。仿真結果表明，采用基于神經網絡的工況預測算法能夠較好地預測未來短期工況，其預測精度相較于馬爾可夫方法提高12.5%，所提出的能量管理策略在UDDS工況下的氫氣消耗比CD/CS策略下降55.6%。硬件在環試驗表明，在EUDC工況下的氫氣消耗比CD/CS策略下降26.8%。
為有效地提高插電式燃料電池汽車的經濟性，實現燃料電池和動力電池的功率最優分配，考慮到行駛工況、電池荷電狀態（state of charge, SOC）、等效因子與氫氣消耗之間的密切聯系，制定融合工況預測的里程自適應等效氫耗最小策略。通過基于誤差反向傳播的神經網絡來實現未來短期車速的預測，分析未來車輛功率需求變化，同時利用行駛里程和SOC實時動態修正等效因子，實現能量管理策略的自適應性。仿真結果表明，采用基于神經網絡的工況預測算法能夠較好地預測未來短期工況，其預測精度相較于馬爾可夫方法提高12.5%，所提出的能量管理策略在UDDS工況下的氫氣消耗比CD/CS策略下降55.6%。硬件在環試驗表明，在EUDC工況下的氫氣消耗比CD/CS策略下降26.8%。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.02.002
摘要:
煤的自燃特性使其在開采、存儲和運輸過程中存在火災事故隱患，極大的阻礙了煤炭行業的可持續發展。通過自主搭建的敞車載運煤燃燒蔓延模擬實驗裝置，分析在表面橫向風流作用下的松散煤體內部高溫區域演變以及氣體蔓延規律。結果表明，表面橫向風流明顯加快了高溫區域蔓延速度，相比無風狀況下，高溫蔓延速度加快了0.3倍（風流1 m/s時）和0.5倍(風流2 m/s時），高溫區域峰值溫度升高了120±20 ℃；受表面橫向風流影響，燃燒蔓延路徑向風流流動方向偏移；在風流0 m/s時，燃燒的高溫點O2體積分數快速下降階段所經歷的時間隨縱深的增加逐漸增大，風流作用會加劇煤氧反應。研究成果可為煤炭運輸與儲存過程煤火災害精準治理提供參考。
煤的自燃特性使其在開采、存儲和運輸過程中存在火災事故隱患，極大的阻礙了煤炭行業的可持續發展。通過自主搭建的敞車載運煤燃燒蔓延模擬實驗裝置，分析在表面橫向風流作用下的松散煤體內部高溫區域演變以及氣體蔓延規律。結果表明，表面橫向風流明顯加快了高溫區域蔓延速度，相比無風狀況下，高溫蔓延速度加快了0.3倍（風流1 m/s時）和0.5倍(風流2 m/s時），高溫區域峰值溫度升高了120±20 ℃；受表面橫向風流影響，燃燒蔓延路徑向風流流動方向偏移；在風流0 m/s時，燃燒的高溫點O2體積分數快速下降階段所經歷的時間隨縱深的增加逐漸增大，風流作用會加劇煤氧反應。研究成果可為煤炭運輸與儲存過程煤火災害精準治理提供參考。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.01.13.004
摘要:
外貼碳纖維板是鋼梁抗彎加固的常用方法，但其端部易因界面應力集中導致剝離破壞，嚴重影響高性能材料的有效利用、特別是結構加固后的安全服役。為此開發出一種適用于H型鋼梁的簡易夾具-C形槽板夾，以加強碳纖維板的端部錨固。通過多根帶夾碳纖維板加固梁的靜力加載試驗，驗證了此夾具的可靠性，并考察了碳纖維板伸入剪跨段長度與剪跨段長度之比及錨固方式(純粘、端錨和混錨)對加固效果的影響。研究發現端錨加固不同于純粘，只要梁的控制截面仍在夾具之間，碳纖維板的極限應力、加固效果及利用效率隨其長度縮短而提高，當碳纖維板長度分別為600、750 mm時，前者極限應變比后者高27.3%。由于鋼梁表面處理質量較差，混錨加固梁均發生突然剝離，后期退化為端錨加固梁，因而相比端錨加固梁加固效果改善不大，需要提高表面處理質量再做類似研究。盡管如此，相比純粘加固梁，混錨加固梁采用C形槽板夾后剝離破壞被延遲，抗彎性能大為改善。試驗過程中還用壓電阻抗法對界面剝離情況進行了檢測，結果符合實際。
外貼碳纖維板是鋼梁抗彎加固的常用方法，但其端部易因界面應力集中導致剝離破壞，嚴重影響高性能材料的有效利用、特別是結構加固后的安全服役。為此開發出一種適用于H型鋼梁的簡易夾具-C形槽板夾，以加強碳纖維板的端部錨固。通過多根帶夾碳纖維板加固梁的靜力加載試驗，驗證了此夾具的可靠性，并考察了碳纖維板伸入剪跨段長度與剪跨段長度之比及錨固方式(純粘、端錨和混錨)對加固效果的影響。研究發現端錨加固不同于純粘，只要梁的控制截面仍在夾具之間，碳纖維板的極限應力、加固效果及利用效率隨其長度縮短而提高，當碳纖維板長度分別為600、750 mm時，前者極限應變比后者高27.3%。由于鋼梁表面處理質量較差，混錨加固梁均發生突然剝離，后期退化為端錨加固梁，因而相比端錨加固梁加固效果改善不大，需要提高表面處理質量再做類似研究。盡管如此，相比純粘加固梁，混錨加固梁采用C形槽板夾后剝離破壞被延遲，抗彎性能大為改善。試驗過程中還用壓電阻抗法對界面剝離情況進行了檢測，結果符合實際。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.02.17.004
摘要:
在礦山深部開采過程中，高應力與高水壓耦合作用導致巖石的力學特性演化機理更加復雜。為分析深部復雜條件下花崗巖的力學行為及破壞特征，本文利用低場核磁共振核技術進行花崗巖初始孔隙率測量，借助巖石高溫三軸流變系統開展應力-滲流耦合試驗，引入耗能比實現花崗巖破壞過程的能量演化分析。研究結果表明：巖石的峰值強度、峰值應變隨孔隙水壓的增大呈線性減小且減小速率逐漸提升，隨圍壓的增大呈線性增加且增大速率逐漸變緩；巖石破壞應變能表現出明顯的圍壓效應和孔隙水壓效應，峰值應力點為彈性能極值點，峰值點之后彈性能迅速轉化為巖石損傷的耗散能，巖石耗能比整體呈現增大→減小→增加的“S”型變化規律；引入花崗巖初始孔隙率，將巖石視為固體骨架和孔隙兩部分組成，綜合考慮變形特征并以此構建應力-滲流耦合本構模型，與試驗對比后認為該模型具有較高普適性。試驗結果對分析巖石的變形特征提供認識指導意義。
在礦山深部開采過程中，高應力與高水壓耦合作用導致巖石的力學特性演化機理更加復雜。為分析深部復雜條件下花崗巖的力學行為及破壞特征，本文利用低場核磁共振核技術進行花崗巖初始孔隙率測量，借助巖石高溫三軸流變系統開展應力-滲流耦合試驗，引入耗能比實現花崗巖破壞過程的能量演化分析。研究結果表明：巖石的峰值強度、峰值應變隨孔隙水壓的增大呈線性減小且減小速率逐漸提升，隨圍壓的增大呈線性增加且增大速率逐漸變緩；巖石破壞應變能表現出明顯的圍壓效應和孔隙水壓效應，峰值應力點為彈性能極值點，峰值點之后彈性能迅速轉化為巖石損傷的耗散能，巖石耗能比整體呈現增大→減小→增加的“S”型變化規律；引入花崗巖初始孔隙率，將巖石視為固體骨架和孔隙兩部分組成，綜合考慮變形特征并以此構建應力-滲流耦合本構模型，與試驗對比后認為該模型具有較高普適性。試驗結果對分析巖石的變形特征提供認識指導意義。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.10.14.003
摘要:
生物質能源作為可再生的清潔能源是傳統化石能源的替代品之一，但是其作為工業燃料燃燒時會產生大量具有火山灰活性的生物質灰，研究煅燒溫度對生物質灰火山灰活性的調控機制有助于生物質灰的高效利用。基于此，我們測試評價了500 ℃、700 ℃、850 ℃柳葉灰的火山灰活性，采用XRF、XRD、FTIR和激光粒度分析儀、顯微電泳儀等表征手段，測試了柳葉灰的理化性質；考察柳葉灰替代30 wt%水泥后柳葉灰-水泥基材料的力學性能；通過強度指數、活性離子析出能力和火山灰反應效率，評價柳葉灰的火山灰活性特征，結合SEM、XRD等表征手段，闡明煅燒溫度對柳葉灰結構組成及火山灰活性調控機制。結果表明：柳葉灰的主要氧化物為SiO2和CaO，柳葉灰替代部分水泥后500 ℃柳葉灰-水泥基材料抗壓強度最大，強度指數為0.79，具有最強的火山灰活性；500 ℃和700 ℃柳葉灰Zeta電位的絕對值和電導率變化率大于850 ℃的，Si4+析出濃度隨煅燒溫度升高而下降，過高的煅燒溫度會導致柳葉灰出現結渣現象影響火山灰反應的進行。本研究為生物質灰火山灰活性的調控及應用提供理論支撐。
生物質能源作為可再生的清潔能源是傳統化石能源的替代品之一，但是其作為工業燃料燃燒時會產生大量具有火山灰活性的生物質灰，研究煅燒溫度對生物質灰火山灰活性的調控機制有助于生物質灰的高效利用。基于此，我們測試評價了500 ℃、700 ℃、850 ℃柳葉灰的火山灰活性，采用XRF、XRD、FTIR和激光粒度分析儀、顯微電泳儀等表征手段，測試了柳葉灰的理化性質；考察柳葉灰替代30 wt%水泥后柳葉灰-水泥基材料的力學性能；通過強度指數、活性離子析出能力和火山灰反應效率，評價柳葉灰的火山灰活性特征，結合SEM、XRD等表征手段，闡明煅燒溫度對柳葉灰結構組成及火山灰活性調控機制。結果表明：柳葉灰的主要氧化物為SiO2和CaO，柳葉灰替代部分水泥后500 ℃柳葉灰-水泥基材料抗壓強度最大，強度指數為0.79，具有最強的火山灰活性；500 ℃和700 ℃柳葉灰Zeta電位的絕對值和電導率變化率大于850 ℃的，Si4+析出濃度隨煅燒溫度升高而下降，過高的煅燒溫度會導致柳葉灰出現結渣現象影響火山灰反應的進行。本研究為生物質灰火山灰活性的調控及應用提供理論支撐。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.24.003
摘要:
以硅錳渣為主要原料，分別添加高硅、高鐵和含鉻的改質劑硅石、鐵鱗和鉻鐵渣，采用Petrurgic一步法制備了微晶玻璃，對微晶玻璃樣品進行了X 射線衍射(XRD) 、差熱（DSC）、掃描電鏡（SEM-EDS）等測試和分析，討論了添加不同改質劑對硅錳渣微晶玻璃礦相和性能的影響規律。研究表明: 將改質熔渣冷卻至析晶溫度保溫和700 ℃退火，能夠獲得滿足天然花崗巖石材對性能的要求的微晶玻璃。相對于原硅錳渣，改質熔渣的析晶性能都獲得了顯著提升，其中鐵鱗和鉻鐵渣更有利于促進粒度為0.2~0.5 μm粒狀或短棒狀輝石晶體形成，這些晶體為固溶了Mn、Fe離子的普通輝石（Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6），鈣錳輝石（CaMnSi2O6）等輝石礦物。添加改質劑均改變了硅錳渣中Mn離子的賦存形態，原渣中Mn離子主要以玻璃相和硫化錳形式存在，改質后樣品中的錳離子主要賦存于鈣錳輝石中。
以硅錳渣為主要原料，分別添加高硅、高鐵和含鉻的改質劑硅石、鐵鱗和鉻鐵渣，采用Petrurgic一步法制備了微晶玻璃，對微晶玻璃樣品進行了X 射線衍射(XRD) 、差熱（DSC）、掃描電鏡（SEM-EDS）等測試和分析，討論了添加不同改質劑對硅錳渣微晶玻璃礦相和性能的影響規律。研究表明: 將改質熔渣冷卻至析晶溫度保溫和700 ℃退火，能夠獲得滿足天然花崗巖石材對性能的要求的微晶玻璃。相對于原硅錳渣，改質熔渣的析晶性能都獲得了顯著提升，其中鐵鱗和鉻鐵渣更有利于促進粒度為0.2~0.5 μm粒狀或短棒狀輝石晶體形成，這些晶體為固溶了Mn、Fe離子的普通輝石（Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6），鈣錳輝石（CaMnSi2O6）等輝石礦物。添加改質劑均改變了硅錳渣中Mn離子的賦存形態，原渣中Mn離子主要以玻璃相和硫化錳形式存在，改質后樣品中的錳離子主要賦存于鈣錳輝石中。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.26.003
摘要:
硫化物全固態鋰金屬電池以其高比能和高安全性得到了越來越多的關注，但是電解質與正負極極材料之間嚴重的界面問題仍然限制其進一步發展。為解決Li6PS5Cl固態電解質對金屬鋰不穩定的難點，采用石榴石氧化物固態電解質（LLZTO）與Ag復合界面層改善Li6PS5Cl全固態電池的鋰負極界面循環穩定性。研究了LLZTO和Ag簡單分散復合、均勻分散包覆復合、以及納米球磨復合等不同組成的LLZTO-Ag復合界面層方式對Li6PS5Cl全固態鋰金屬電池負極界面的改善作用。結果表明，納米球磨復合得到的LLZTO@Ag復合層復合界面層能有效阻止鋰枝晶生長和電池短路。在最佳工藝下，全固態鋰金屬電池的0.1 C首圈效率為77.5%，放電比容量為187.3 mAh g?1，經0.3 C循環100圈后容量保持率為81.7%。
硫化物全固態鋰金屬電池以其高比能和高安全性得到了越來越多的關注，但是電解質與正負極極材料之間嚴重的界面問題仍然限制其進一步發展。為解決Li6PS5Cl固態電解質對金屬鋰不穩定的難點，采用石榴石氧化物固態電解質（LLZTO）與Ag復合界面層改善Li6PS5Cl全固態電池的鋰負極界面循環穩定性。研究了LLZTO和Ag簡單分散復合、均勻分散包覆復合、以及納米球磨復合等不同組成的LLZTO-Ag復合界面層方式對Li6PS5Cl全固態鋰金屬電池負極界面的改善作用。結果表明，納米球磨復合得到的LLZTO@Ag復合層復合界面層能有效阻止鋰枝晶生長和電池短路。在最佳工藝下，全固態鋰金屬電池的0.1 C首圈效率為77.5%，放電比容量為187.3 mAh g?1，經0.3 C循環100圈后容量保持率為81.7%。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.07.002
摘要:
超高性能混凝土材料(UHPC)已逐漸成為極具前景的高性能材料，并在沖擊和爆炸等防護工程領域中取得了良好的效果。對于遭受到沖擊荷載的普通鋼筋混凝土梁較易發生局部沖剪破壞，而純UHPC梁雖可改善其沖擊性能，但高昂的造價限制了其進一步的應用。為了實現結構抗沖擊性能和經濟的平衡，提出UHPC局部替換和包裹的方案，改善鋼筋混凝土梁的抗沖擊性能。本文設計了包括NC梁、UHPC梁和NC-UHPC組合梁等不同的研究工況，然后對比分析各個試件的抗沖擊性能。研究結果表明：相比普通鋼筋混凝土梁，UHPC局部替換方案可以有效的避免梁的局部沖剪破壞，至于UHPC包裹方案，在沖擊荷載下梁的破壞模式由沖剪破壞轉變為彎曲破壞，兩種方案都可有效的減少梁跨中的峰值位移和殘余位移；相比UHPC包裹方案，UHPC局部替換梁跨中的峰值位移和殘余位移較小，且具有更高的跨中承載能力，本文建議取大于2倍梁高的局部替換長度以避免局部沖剪破壞。 關鍵詞 超高性能混凝土；普通鋼筋混凝土；組合梁；沖擊荷載；沖剪破壞；彎曲破壞
超高性能混凝土材料(UHPC)已逐漸成為極具前景的高性能材料，并在沖擊和爆炸等防護工程領域中取得了良好的效果。對于遭受到沖擊荷載的普通鋼筋混凝土梁較易發生局部沖剪破壞，而純UHPC梁雖可改善其沖擊性能，但高昂的造價限制了其進一步的應用。為了實現結構抗沖擊性能和經濟的平衡，提出UHPC局部替換和包裹的方案，改善鋼筋混凝土梁的抗沖擊性能。本文設計了包括NC梁、UHPC梁和NC-UHPC組合梁等不同的研究工況，然后對比分析各個試件的抗沖擊性能。研究結果表明：相比普通鋼筋混凝土梁，UHPC局部替換方案可以有效的避免梁的局部沖剪破壞，至于UHPC包裹方案，在沖擊荷載下梁的破壞模式由沖剪破壞轉變為彎曲破壞，兩種方案都可有效的減少梁跨中的峰值位移和殘余位移；相比UHPC包裹方案，UHPC局部替換梁跨中的峰值位移和殘余位移較小，且具有更高的跨中承載能力，本文建議取大于2倍梁高的局部替換長度以避免局部沖剪破壞。 關鍵詞 超高性能混凝土；普通鋼筋混凝土；組合梁；沖擊荷載；沖剪破壞；彎曲破壞
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.02.04.001
摘要:
針對因工業應用成本限制，中、小盾構隧道成型質量無損檢測技術遷移至大直徑盾構隧道時精度、速度折損嚴重的問題，以巡檢車為載體，集成二維激光掃描儀、編碼器和計算機等設備，研制了大盾構隧道成型質量巡檢車，并提出一種基于數字圖像的盾構質量非對稱巡檢方法。分析大直徑盾構的施工環境，濾除地面、車體點云，并采用鄰域向量法提取中軸線，建立隧道中心坐標系。偏心布置巡檢路線，按照采樣距離將采樣點云分為稠密側和稀疏側點云，通過不同方法實現對管片接縫特征的拾取：將稠密側點云繞中軸線展開為二維灰度圖像，并通過縮放、歸一化、梯度閾值分割等方法實現接縫圖像分割；基于直線方程對接縫進行分類，結合管片結構、布置點位，推導出稀疏側接縫與稠密側接縫的線性分布公式，間接拾取稀疏側接縫。根據接縫特征點計算兩側管片邊緣點云簇，計算管片錯臺量；剔除接縫點云簇，使用最小二乘法擬合隧道點云，計算隧道橢圓度。最后在某大直徑盾構隧道進行巡檢試驗，試驗結果表明：成型質量巡檢車在十四米盾構隧道中巡檢速度為3km/h，與傳統方法的錯臺量檢測偏差小于2mm，橢圓度檢測偏差小于1‰，可以滿足大直徑盾構隧道成型質量巡檢的高速度、高精度、低成本需求。
針對因工業應用成本限制，中、小盾構隧道成型質量無損檢測技術遷移至大直徑盾構隧道時精度、速度折損嚴重的問題，以巡檢車為載體，集成二維激光掃描儀、編碼器和計算機等設備，研制了大盾構隧道成型質量巡檢車，并提出一種基于數字圖像的盾構質量非對稱巡檢方法。分析大直徑盾構的施工環境，濾除地面、車體點云，并采用鄰域向量法提取中軸線，建立隧道中心坐標系。偏心布置巡檢路線，按照采樣距離將采樣點云分為稠密側和稀疏側點云，通過不同方法實現對管片接縫特征的拾取：將稠密側點云繞中軸線展開為二維灰度圖像，并通過縮放、歸一化、梯度閾值分割等方法實現接縫圖像分割；基于直線方程對接縫進行分類，結合管片結構、布置點位，推導出稀疏側接縫與稠密側接縫的線性分布公式，間接拾取稀疏側接縫。根據接縫特征點計算兩側管片邊緣點云簇，計算管片錯臺量；剔除接縫點云簇，使用最小二乘法擬合隧道點云，計算隧道橢圓度。最后在某大直徑盾構隧道進行巡檢試驗，試驗結果表明：成型質量巡檢車在十四米盾構隧道中巡檢速度為3km/h，與傳統方法的錯臺量檢測偏差小于2mm，橢圓度檢測偏差小于1‰，可以滿足大直徑盾構隧道成型質量巡檢的高速度、高精度、低成本需求。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.26.002
摘要:
針對防空任務中我方多平臺、多武器、多區域部署帶來的防御武器配系難以建模的問題，在考慮敵我雙方攻防武器對抗博弈的條件下，提出了一種基于障礙函數內點法的我方防御武器部署優化模型，并綜合武器防御效能、防御成本、保衛目標的資產價值等指標對模型進行智能優化分析。首先建立我方部陣地、防御武器與保衛目標的參數化模型，并建立我方武器對于敵方武器攔截的概率函數與約束條件；接著將防御武器優化部署的求解問題轉化為性能指標函數的凸優化問題，并引入障礙函數內點法對其進行求解，利用其針對非線性系統性能好、收斂速度快的優勢實現優化問題的快速、有效收斂，給出了防御陣地武器部署的最優配置方案；最后通過數值仿真驗證了在對抗博弈條件下本文所提出智能優化方法的有效性與優越性。
針對防空任務中我方多平臺、多武器、多區域部署帶來的防御武器配系難以建模的問題，在考慮敵我雙方攻防武器對抗博弈的條件下，提出了一種基于障礙函數內點法的我方防御武器部署優化模型，并綜合武器防御效能、防御成本、保衛目標的資產價值等指標對模型進行智能優化分析。首先建立我方部陣地、防御武器與保衛目標的參數化模型，并建立我方武器對于敵方武器攔截的概率函數與約束條件；接著將防御武器優化部署的求解問題轉化為性能指標函數的凸優化問題，并引入障礙函數內點法對其進行求解，利用其針對非線性系統性能好、收斂速度快的優勢實現優化問題的快速、有效收斂，給出了防御陣地武器部署的最優配置方案；最后通過數值仿真驗證了在對抗博弈條件下本文所提出智能優化方法的有效性與優越性。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.11.004
摘要:
真空蒸餾后炭渣(VDC)替代部分煅后焦用于預焙炭陽極路線可實現炭渣高值資源化運用，但對于各陽極原料反應性的影響及作用機制尚不明確，是實現其運用的技術瓶頸。本文在1200℃，真空度0.5~5Pa的條件下對炭渣真空蒸餾，將真空蒸餾炭渣加入陽極并進行反應性檢測，結果表明，真空蒸餾炭渣的增加降低了陽極的空氣反應性(600℃)而催化了CO2反應性(970℃)。通過研究真空蒸餾炭渣對煤瀝青熱解過程和陽極原料反應性、結構及催化性的影響，研究發現，造成陽極反應性改變的原因是化學因素和結構因素共同作用的結果。首先，真空蒸餾炭渣提高了瀝青的結焦率，增大了石油焦、瀝青焦的微晶高度，石墨化程度提高，從而降低原料的反應性；其次，真空蒸餾炭渣中的Ca元素在炭原料的氣化反應中起著催化作用，且這種催化作用隨著溫度的升高而變得更加明顯，在溫度為970℃時，真空蒸餾炭渣中的鈣元素對摻雜瀝青焦催化效果十分強烈，這是導致陽極CO2反應性增大的主要原因。
真空蒸餾后炭渣(VDC)替代部分煅后焦用于預焙炭陽極路線可實現炭渣高值資源化運用，但對于各陽極原料反應性的影響及作用機制尚不明確，是實現其運用的技術瓶頸。本文在1200℃，真空度0.5~5Pa的條件下對炭渣真空蒸餾，將真空蒸餾炭渣加入陽極并進行反應性檢測，結果表明，真空蒸餾炭渣的增加降低了陽極的空氣反應性(600℃)而催化了CO2反應性(970℃)。通過研究真空蒸餾炭渣對煤瀝青熱解過程和陽極原料反應性、結構及催化性的影響，研究發現，造成陽極反應性改變的原因是化學因素和結構因素共同作用的結果。首先，真空蒸餾炭渣提高了瀝青的結焦率，增大了石油焦、瀝青焦的微晶高度，石墨化程度提高，從而降低原料的反應性；其次，真空蒸餾炭渣中的Ca元素在炭原料的氣化反應中起著催化作用，且這種催化作用隨著溫度的升高而變得更加明顯，在溫度為970℃時，真空蒸餾炭渣中的鈣元素對摻雜瀝青焦催化效果十分強烈，這是導致陽極CO2反應性增大的主要原因。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.11.005
摘要:
生物質屬于可再生資源，在我國含量豐富，生物質材料炭化后得到的生物質炭在儲能、吸附等領域得到了廣泛應用。研究生物質材料的炭化過程，有利于生物質炭的有效利用。本文總結了生物質材料炭化過程中，生物質的種類和炭化條件（包括炭化溫度和時間、預處理等）對炭化產物中碳的結構、形態、性質的影響。同時總結了利用生物質材料采用模板法、化學氣相沉積法等不同方法來制備碳納米管，并分析了生物質材料中木質素和纖維素等組分對碳納米管制備的影響。在此基礎上，展望了生物質材料在含碳耐火材料中的應用前景，以期為制備低成本和高性能的新型含碳耐火材料提供思路。
生物質屬于可再生資源，在我國含量豐富，生物質材料炭化后得到的生物質炭在儲能、吸附等領域得到了廣泛應用。研究生物質材料的炭化過程，有利于生物質炭的有效利用。本文總結了生物質材料炭化過程中，生物質的種類和炭化條件（包括炭化溫度和時間、預處理等）對炭化產物中碳的結構、形態、性質的影響。同時總結了利用生物質材料采用模板法、化學氣相沉積法等不同方法來制備碳納米管，并分析了生物質材料中木質素和纖維素等組分對碳納米管制備的影響。在此基礎上，展望了生物質材料在含碳耐火材料中的應用前景，以期為制備低成本和高性能的新型含碳耐火材料提供思路。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.18.011
摘要:
利用砂巖、大理巖、花崗巖制作6種不同組合方式的層狀復合巖石，采用分離式霍普金森壓桿試驗系統，對不同組合方式的層狀巖石進行動態沖擊試驗，利用高速相機記錄其破壞形態，分析復合巖石材料的動態斷裂模式、波阻抗效應以及能量耗散規律。利用離散格子彈簧模型模擬復合巖石試件的動態斷裂過程，分析復合試件的應力波傳播特性及應力、損傷演化規律。研究結果表明：復合巖石材料的動態斷裂特征與上下層材料具有相關性，當下層材料動態起裂韌度較低時，裂紋從起裂至擴展到巖石膠結面歷時較短。上層材料密度越大應力傳導效果越好，而下層材料與上層材料密度相差越大，膠結面上下端應力差越大；受波阻抗效應影響，復合巖石試件應力波的傳播行為具有明顯差異，波阻抗越大應力波傳播速度越快，透射系數越大，產生更多的透射能；復合巖石試件的耗散能時密度、動能及斷裂能與上下層巖石材料的密度有關，下層材料不變，上層材料密度越大時，耗散能時密度及斷裂能更小，試件完全斷裂時獲得較大的動能；定義的組合系數ξ越大時，試件切縫起裂時間越早，損失動能曲線和損傷率曲線更加均勻，且損失動能峰值更大。
利用砂巖、大理巖、花崗巖制作6種不同組合方式的層狀復合巖石，采用分離式霍普金森壓桿試驗系統，對不同組合方式的層狀巖石進行動態沖擊試驗，利用高速相機記錄其破壞形態，分析復合巖石材料的動態斷裂模式、波阻抗效應以及能量耗散規律。利用離散格子彈簧模型模擬復合巖石試件的動態斷裂過程，分析復合試件的應力波傳播特性及應力、損傷演化規律。研究結果表明：復合巖石材料的動態斷裂特征與上下層材料具有相關性，當下層材料動態起裂韌度較低時，裂紋從起裂至擴展到巖石膠結面歷時較短。上層材料密度越大應力傳導效果越好，而下層材料與上層材料密度相差越大，膠結面上下端應力差越大；受波阻抗效應影響，復合巖石試件應力波的傳播行為具有明顯差異，波阻抗越大應力波傳播速度越快，透射系數越大，產生更多的透射能；復合巖石試件的耗散能時密度、動能及斷裂能與上下層巖石材料的密度有關，下層材料不變，上層材料密度越大時，耗散能時密度及斷裂能更小，試件完全斷裂時獲得較大的動能；定義的組合系數ξ越大時，試件切縫起裂時間越早，損失動能曲線和損傷率曲線更加均勻，且損失動能峰值更大。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.19.001
摘要:
針對聲紋識別領域中基于傳統Res2Net模型特征表達能力不足、泛化能力不強的問題，提出了一種結合稠密連接與殘差連接的特征提取模塊SE-DR-Res2Block。首先，稠密連接結構中每層特征源于其前面所有層的特征輸出，以實現特征重用；其次，介紹應用傳統Res2Block的ECAPA-TDNN網絡結構及其工作原理；然后，為實現更高效的特征提取，采用稠密連接進一步實現特征的充分挖掘，基于SE-Block將殘差連接和稠密鏈接相結合，提出了一種更高效的特征提取模塊SE-DR-Res2Net。該模塊以一種更細粒化的方式獲得不同生長速率和多種感受野的組合，從而獲取多尺度的特征表達組合并最大限度上實現特征重用，以實現對不同層特征的信息進行有效提取；最后，為驗證該模塊的有效性，基于不同網絡模型采用SE-Res2Block、FULL-SE-Res2Block、SE-DR-Res2Block、FULL-SE-DR-Res2Block，分別在Voxceleb1和SITW數據集開展了聲紋識別的研究。實驗結果表明，采用SE-DR-Res2Block的ECAPA-TDNN網絡模型，最佳等錯誤率分別達到2.24%和3.65%，其驗證了該模塊的特征表達能力，并且在不同測試集上的結果也驗證了其具有良好的泛化能力。
針對聲紋識別領域中基于傳統Res2Net模型特征表達能力不足、泛化能力不強的問題，提出了一種結合稠密連接與殘差連接的特征提取模塊SE-DR-Res2Block。首先，稠密連接結構中每層特征源于其前面所有層的特征輸出，以實現特征重用；其次，介紹應用傳統Res2Block的ECAPA-TDNN網絡結構及其工作原理；然后，為實現更高效的特征提取，采用稠密連接進一步實現特征的充分挖掘，基于SE-Block將殘差連接和稠密鏈接相結合，提出了一種更高效的特征提取模塊SE-DR-Res2Net。該模塊以一種更細粒化的方式獲得不同生長速率和多種感受野的組合，從而獲取多尺度的特征表達組合并最大限度上實現特征重用，以實現對不同層特征的信息進行有效提取；最后，為驗證該模塊的有效性，基于不同網絡模型采用SE-Res2Block、FULL-SE-Res2Block、SE-DR-Res2Block、FULL-SE-DR-Res2Block，分別在Voxceleb1和SITW數據集開展了聲紋識別的研究。實驗結果表明，采用SE-DR-Res2Block的ECAPA-TDNN網絡模型，最佳等錯誤率分別達到2.24%和3.65%，其驗證了該模塊的特征表達能力，并且在不同測試集上的結果也驗證了其具有良好的泛化能力。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.09.001
摘要:
水系鋅離子電池具有低成本、安全、環保等優點，在規模化儲能和智能可穿戴方面極具應用前景。提高其循環穩定性以及循環壽命是實現水系鋅離子電池進一步應用的關鍵問題之一。本工作采用二維層狀蒙脫土和丙烯酰胺單體，通過兩步法合成了具有三維網狀結構的蒙脫土-聚丙烯酰胺水凝膠電解質（Montmorillonite-Polyacrylamide hydrogel，MMT-PAM）。蒙脫土的加入為丙烯酰胺單體的原位聚合提供了吸附位點，提高了水凝膠的機械性能。此外，蒙脫土表面豐富的負電荷為Zn2+的快速傳輸提供更多離子傳輸通道，提高其離子電導率（室溫下為34 mS·cm-1），賦予MMT-PAM水凝膠電解質更好的循環穩定性。組裝的Zn-MnO2電池在0.2 A·g-1時提供了289 mAh·g-1的比容量，且可穩定循環2000次。此外，使用MMT-PAM水凝膠作為電解質制備的柔性電池在經過不同外界條件沖擊下依然可正常工作，表現出了其在柔性電子領域的應用可行性。
水系鋅離子電池具有低成本、安全、環保等優點，在規模化儲能和智能可穿戴方面極具應用前景。提高其循環穩定性以及循環壽命是實現水系鋅離子電池進一步應用的關鍵問題之一。本工作采用二維層狀蒙脫土和丙烯酰胺單體，通過兩步法合成了具有三維網狀結構的蒙脫土-聚丙烯酰胺水凝膠電解質（Montmorillonite-Polyacrylamide hydrogel，MMT-PAM）。蒙脫土的加入為丙烯酰胺單體的原位聚合提供了吸附位點，提高了水凝膠的機械性能。此外，蒙脫土表面豐富的負電荷為Zn2+的快速傳輸提供更多離子傳輸通道，提高其離子電導率（室溫下為34 mS·cm-1），賦予MMT-PAM水凝膠電解質更好的循環穩定性。組裝的Zn-MnO2電池在0.2 A·g-1時提供了289 mAh·g-1的比容量，且可穩定循環2000次。此外，使用MMT-PAM水凝膠作為電解質制備的柔性電池在經過不同外界條件沖擊下依然可正常工作，表現出了其在柔性電子領域的應用可行性。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.11.006
摘要:
基于視頻分析技術對生產現場人員安全帽佩戴情況進行自動檢測與識別是保障安全生產的重要手段。但是，復雜的現場環境和多變的外界因素為安全帽檢測與識別的精確性提出挑戰。該文基于YOLOv5模型的框架，提出一種DS-YOLOv5安全帽檢測與識別模型。首先，利用改進的Deep SORT多目標跟蹤的優勢，提高視頻檢測中多目標檢測和有遮擋的容錯率，減少漏檢情況；其次在主干網絡中融合簡化的Transformer模塊，加強對圖像的全局信息的捕獲進而加強對小目標的特征學習；最后在網絡的Neck部分應用雙向特征金字塔網絡(BiFPN)融合多尺度特征，以便適應由攝影距離造成的目標尺度變化。該文所提模型在GDUT-HWD和SHWD公開數據集上進行了驗證實驗，結果表明DS-YOLOv5模型可以更好地適應外界光照變化和目標尺度變化，mAP可以達到95.5%，優于其他常見的安全帽檢測與識別方法。
基于視頻分析技術對生產現場人員安全帽佩戴情況進行自動檢測與識別是保障安全生產的重要手段。但是，復雜的現場環境和多變的外界因素為安全帽檢測與識別的精確性提出挑戰。該文基于YOLOv5模型的框架，提出一種DS-YOLOv5安全帽檢測與識別模型。首先，利用改進的Deep SORT多目標跟蹤的優勢，提高視頻檢測中多目標檢測和有遮擋的容錯率，減少漏檢情況；其次在主干網絡中融合簡化的Transformer模塊，加強對圖像的全局信息的捕獲進而加強對小目標的特征學習；最后在網絡的Neck部分應用雙向特征金字塔網絡(BiFPN)融合多尺度特征，以便適應由攝影距離造成的目標尺度變化。該文所提模型在GDUT-HWD和SHWD公開數據集上進行了驗證實驗，結果表明DS-YOLOv5模型可以更好地適應外界光照變化和目標尺度變化，mAP可以達到95.5%，優于其他常見的安全帽檢測與識別方法。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.23.002
摘要:
隨著鋼鐵行業超低排放政策的出臺，我國已有近70%的鋼鐵企業完成脫硫脫硝除塵一體化協同治理改造。因多采用以CaO或Ca(OH)2為脫硫吸收劑的半干法脫硫工藝，而產生了大量難以資源化的脫硫副產物-脫硫灰。相關數據表明，我國每年生產半干法脫硫灰約2000萬噸，已成為我國第三大固體廢物。半干法脫硫灰現階段處理以堆存為主，導致了土地占用，脫硫灰具有水化反應慢、呈強堿性、金屬雜質含量偏高等特點，長期堆存還將造成環境污染，因此，半干法脫硫副產物的資源化利用成為環境領域的研究熱點和現實課題。本文分析了通過實驗和表征對脫硫灰的理化性質進行了分析，分析目前鋼廠半干法脫硫灰資源化利用研究的主要方向和進展情況，提出資源化利用可能的技術路線。
隨著鋼鐵行業超低排放政策的出臺，我國已有近70%的鋼鐵企業完成脫硫脫硝除塵一體化協同治理改造。因多采用以CaO或Ca(OH)2為脫硫吸收劑的半干法脫硫工藝，而產生了大量難以資源化的脫硫副產物-脫硫灰。相關數據表明，我國每年生產半干法脫硫灰約2000萬噸，已成為我國第三大固體廢物。半干法脫硫灰現階段處理以堆存為主，導致了土地占用，脫硫灰具有水化反應慢、呈強堿性、金屬雜質含量偏高等特點，長期堆存還將造成環境污染，因此，半干法脫硫副產物的資源化利用成為環境領域的研究熱點和現實課題。本文分析了通過實驗和表征對脫硫灰的理化性質進行了分析，分析目前鋼廠半干法脫硫灰資源化利用研究的主要方向和進展情況，提出資源化利用可能的技術路線。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.19.002
摘要:
材料領域數據具有樣本少、噪聲大、緯度高、關系復雜、專家知識豐富的特點。為此，通過將專家知識量化表征后嵌入到神經網絡損失函數，建立了專家知識增強的機器學習模型。所建模型輸入輸出與專家知識的相符程度達到了0.98以上。基于合金成分、狀態、強度&導電率模型，采用遺傳算法對強度和導電率進行了多目標優化。找到了符合帕累托最優解的高強高導銅合金成分，并開展了實驗驗證。實驗結果表明，強度在高達637MPa的同時，導電率仍能保持在77.5%的水平；導電率高達80.2%的同時，強度仍能保持在600MPa的水平。強度和導電率的預測值與實際值誤差在5%以內。對組織演變規律進一步分析發現，添加Mg、Ti元素會形成粗大的一次相，不利于強度的提高，Fe、Sn元素的添加可以有效提高合金的抗拉強度；Fe元素對導電率影響較小，Sn元素對導電率的影響較大。
材料領域數據具有樣本少、噪聲大、緯度高、關系復雜、專家知識豐富的特點。為此，通過將專家知識量化表征后嵌入到神經網絡損失函數，建立了專家知識增強的機器學習模型。所建模型輸入輸出與專家知識的相符程度達到了0.98以上。基于合金成分、狀態、強度&導電率模型，采用遺傳算法對強度和導電率進行了多目標優化。找到了符合帕累托最優解的高強高導銅合金成分，并開展了實驗驗證。實驗結果表明，強度在高達637MPa的同時，導電率仍能保持在77.5%的水平；導電率高達80.2%的同時，強度仍能保持在600MPa的水平。強度和導電率的預測值與實際值誤差在5%以內。對組織演變規律進一步分析發現，添加Mg、Ti元素會形成粗大的一次相，不利于強度的提高，Fe、Sn元素的添加可以有效提高合金的抗拉強度；Fe元素對導電率影響較小，Sn元素對導電率的影響較大。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.04.004
摘要:
為了保證儲能電站和新能源汽車的安全運行，針對鋰離子電池內短路故障引發熱失控現象，提出了鯨魚優化算法優化變分模態分解（WOA-VMD）和粒子群算法優化支持向量機（PSO-SVM）的故障診斷方法。首先通過WOA尋找VMD分解層數K和懲罰因子α最優參數組合，對鋰離子電池內短路故障信號分解；然后，計算各模態分量（IMF）分量的樣本熵值作為特征向量；最后將特征向量輸入PSO優化的SVM模型中進行故障診斷。結果表明，鋰離子電池內短路故障得到了有效識別。
為了保證儲能電站和新能源汽車的安全運行，針對鋰離子電池內短路故障引發熱失控現象，提出了鯨魚優化算法優化變分模態分解（WOA-VMD）和粒子群算法優化支持向量機（PSO-SVM）的故障診斷方法。首先通過WOA尋找VMD分解層數K和懲罰因子α最優參數組合，對鋰離子電池內短路故障信號分解；然后，計算各模態分量（IMF）分量的樣本熵值作為特征向量；最后將特征向量輸入PSO優化的SVM模型中進行故障診斷。結果表明，鋰離子電池內短路故障得到了有效識別。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.12.001
摘要:
銅及其合金因其良好的導熱能力，在冶金行業中已有諸多應用。連鑄結晶器、高爐風口小套以及轉爐氧槍頭是保障鋼鐵生產正常進行的關鍵核心部件。隨著服役工況的日益嚴苛以及部件長壽化的要求，急需提高銅合金部件表面性能，抑制因表面磨損、腐蝕或氧化而導致的部件過早失效。因此，對銅合金部件進行科學有效的表面處理，使其兼具銅合金的高導熱性以及防護層的高強度、高耐熱或高耐蝕性，對鋼鐵行業的發展具有重要意義。目前，表面技術在冶金設備上的應用已有較大量嘗試，銅及銅合金的表面處理技術研究報道也較多，但系統梳理銅合金關鍵冶金部件失效形式和銅合金的表面處理技術研究現狀的相關報道還較少。本文綜述了連鑄結晶器、高爐風口小套以及轉爐氧槍頭三種關鍵冶金部件面臨的表面失效形式以及電鍍、熱噴涂與冷噴涂、表面熔覆、激光處理和合金共滲等幾種表面處理技術在銅合金表面改性領域的研究發展現狀，對比分析了幾種表面處理技術的優缺點，并對高熵合金材料在銅合金表面強化領域的應用潛力進行了展望。開發新的涂層材料、優化鍍膜工藝以及復合表面處理技術，如將激光表面處理與表面涂層技術復合，是實現表面處理技術在冶金設備用銅合金部件長壽化領域應用的可能方向。
銅及其合金因其良好的導熱能力，在冶金行業中已有諸多應用。連鑄結晶器、高爐風口小套以及轉爐氧槍頭是保障鋼鐵生產正常進行的關鍵核心部件。隨著服役工況的日益嚴苛以及部件長壽化的要求，急需提高銅合金部件表面性能，抑制因表面磨損、腐蝕或氧化而導致的部件過早失效。因此，對銅合金部件進行科學有效的表面處理，使其兼具銅合金的高導熱性以及防護層的高強度、高耐熱或高耐蝕性，對鋼鐵行業的發展具有重要意義。目前，表面技術在冶金設備上的應用已有較大量嘗試，銅及銅合金的表面處理技術研究報道也較多，但系統梳理銅合金關鍵冶金部件失效形式和銅合金的表面處理技術研究現狀的相關報道還較少。本文綜述了連鑄結晶器、高爐風口小套以及轉爐氧槍頭三種關鍵冶金部件面臨的表面失效形式以及電鍍、熱噴涂與冷噴涂、表面熔覆、激光處理和合金共滲等幾種表面處理技術在銅合金表面改性領域的研究發展現狀，對比分析了幾種表面處理技術的優缺點，并對高熵合金材料在銅合金表面強化領域的應用潛力進行了展望。開發新的涂層材料、優化鍍膜工藝以及復合表面處理技術，如將激光表面處理與表面涂層技術復合，是實現表面處理技術在冶金設備用銅合金部件長壽化領域應用的可能方向。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.16.003
摘要:
激光誘導擊穿光譜法（LIBS）是一種基于原子發射光譜的多元素分析方法，具有快速、無需復雜的樣品制備和遠程分析的優點。然而，由于礦石、冶金樣品化學成分的復雜性和多樣性，干擾信號多，LIBS定量分析的準確性受到了一定影響。本文綜述了LIBS在礦冶領域3種信號增強方法，分別是雙脈沖、納米粒子增強和空間約束，以及綜述了降噪、歸一化和自吸收校正3種光譜預處理方法。此外，簡要概述了主成分分析、偏最小二乘判別分析、支持向量機、隨機森林和人工神經網絡5種LIBS定性分析建模方法在礦石、冶金樣品中的應用，以及概述了多元線性回歸、偏最小二乘法、支持向量機、人工神經網絡和自由定標法5種定量分析建模方法的應用成果，并對LIBS技術未來在礦冶分析領域的發展進行了展望。
激光誘導擊穿光譜法（LIBS）是一種基于原子發射光譜的多元素分析方法，具有快速、無需復雜的樣品制備和遠程分析的優點。然而，由于礦石、冶金樣品化學成分的復雜性和多樣性，干擾信號多，LIBS定量分析的準確性受到了一定影響。本文綜述了LIBS在礦冶領域3種信號增強方法，分別是雙脈沖、納米粒子增強和空間約束，以及綜述了降噪、歸一化和自吸收校正3種光譜預處理方法。此外，簡要概述了主成分分析、偏最小二乘判別分析、支持向量機、隨機森林和人工神經網絡5種LIBS定性分析建模方法在礦石、冶金樣品中的應用，以及概述了多元線性回歸、偏最小二乘法、支持向量機、人工神經網絡和自由定標法5種定量分析建模方法的應用成果，并對LIBS技術未來在礦冶分析領域的發展進行了展望。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.10.25.004
摘要:
金屬光固化3D打印是一種增材制造技術，近年來隨著立體光刻(SLA)、數字光處理(DLP)、液晶顯示(LCD)、連續液面制造(CLIP)和雙光子3D打印(TPP)等的飛速發展，在金屬材料成型中展現了巨大潛力。通過總結四種主要的金屬光固化3D打印，即固化燒結法、固化鍍膜法、混合固化法和固化模具法的工藝流程和研究結果，探討了該技術目前發展亟待解決的關鍵科學問題，展望了其未來發展方向。
金屬光固化3D打印是一種增材制造技術，近年來隨著立體光刻(SLA)、數字光處理(DLP)、液晶顯示(LCD)、連續液面制造(CLIP)和雙光子3D打印(TPP)等的飛速發展，在金屬材料成型中展現了巨大潛力。通過總結四種主要的金屬光固化3D打印，即固化燒結法、固化鍍膜法、混合固化法和固化模具法的工藝流程和研究結果，探討了該技術目前發展亟待解決的關鍵科學問題，展望了其未來發展方向。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.20.008
摘要:
巖巷掘進中“速度的關鍵在掏槽”，針對目前普通直眼和斜眼掏槽爆破中破碎巖石難以拋擲、單循環進尺小、大塊率高等問題，提出了深孔-孔內分段爆破技術。采用數學建模方法，推導了深孔-孔內分段爆破槽腔內巖石破碎拋擲過程中所受的動力和阻力公式，建立了掏槽槽腔、總爆破槽腔體積及巖石碎脹系數之間的關系，并確定了掏槽槽腔主要參數的計算公式及取值范圍；利用LS-DYNA數值模擬分析了深孔-孔內分段爆炸應力波的傳播規律和孔底巖石的受力特征，并比較了不同分段比例下的應力波強度變化特征；將深孔-孔內分段爆破應用于巖巷掘進現場，對比了深孔-孔內分段爆破方案和普通楔形爆破方案的單循環進尺、炮孔利用率、眼痕率及大塊率等爆破效果指標。結果表明，巖石破碎拋擲過程中所受的動力大于等于阻力，巖石能夠拋擲出腔，深孔-孔內分段爆破巖石拋擲所受的阻力比普通楔形掏槽爆破的阻力小，更易爆破成腔。提出了能夠使破碎巖石完全拋擲出腔的措施，并為掏槽孔孔底距等參數的確定提供了理論支撐；深孔-孔內分段爆破比普通楔形掏槽爆破更容易形成爆破槽腔，初步確定孔內分段的最優比例為0.6；深孔-孔內分段爆破增加了單循環進尺，提高了工作效率，具有良好的經濟社會效益。
巖巷掘進中“速度的關鍵在掏槽”，針對目前普通直眼和斜眼掏槽爆破中破碎巖石難以拋擲、單循環進尺小、大塊率高等問題，提出了深孔-孔內分段爆破技術。采用數學建模方法，推導了深孔-孔內分段爆破槽腔內巖石破碎拋擲過程中所受的動力和阻力公式，建立了掏槽槽腔、總爆破槽腔體積及巖石碎脹系數之間的關系，并確定了掏槽槽腔主要參數的計算公式及取值范圍；利用LS-DYNA數值模擬分析了深孔-孔內分段爆炸應力波的傳播規律和孔底巖石的受力特征，并比較了不同分段比例下的應力波強度變化特征；將深孔-孔內分段爆破應用于巖巷掘進現場，對比了深孔-孔內分段爆破方案和普通楔形爆破方案的單循環進尺、炮孔利用率、眼痕率及大塊率等爆破效果指標。結果表明，巖石破碎拋擲過程中所受的動力大于等于阻力，巖石能夠拋擲出腔，深孔-孔內分段爆破巖石拋擲所受的阻力比普通楔形掏槽爆破的阻力小，更易爆破成腔。提出了能夠使破碎巖石完全拋擲出腔的措施，并為掏槽孔孔底距等參數的確定提供了理論支撐；深孔-孔內分段爆破比普通楔形掏槽爆破更容易形成爆破槽腔，初步確定孔內分段的最優比例為0.6；深孔-孔內分段爆破增加了單循環進尺，提高了工作效率，具有良好的經濟社會效益。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.13.002
摘要:
在北京101處不同地理位置進行了土壤現場取樣，并在實驗室對土壤樣品的9項理化參數進行了測試，獲得了北京地區的土壤參數分布范圍。通過機器學習分析得到了北京地區土壤腐蝕性關鍵影響因素為自腐蝕電位、土壤含水率以及土壤電阻率，基于隨機森林算法建立了腐蝕速率預測模型，其預測值與實際值基本吻合，平均絕對誤差小于5%，預測誤差值較小，說明該預測模型具有較高的預測精度。為了深入探究土壤3關鍵參數與土壤腐蝕速率的關系，利用已建立的腐蝕速率預測模型，以自腐蝕電位、土壤電阻率以及土壤含水率等3關鍵參數為輸入量，以腐蝕速率為輸出量進行預測分析，預測結果表明：當自腐蝕電位在-0.57~-0.70VSCE之間、含水率在13%~22%以及土壤電阻率在45~65Ω·m之間時，土壤腐蝕速率較高，超過了0.1mm/y，該結果為北京地區土壤腐蝕性的評估提供了相對簡單的方法。
在北京101處不同地理位置進行了土壤現場取樣，并在實驗室對土壤樣品的9項理化參數進行了測試，獲得了北京地區的土壤參數分布范圍。通過機器學習分析得到了北京地區土壤腐蝕性關鍵影響因素為自腐蝕電位、土壤含水率以及土壤電阻率，基于隨機森林算法建立了腐蝕速率預測模型，其預測值與實際值基本吻合，平均絕對誤差小于5%，預測誤差值較小，說明該預測模型具有較高的預測精度。為了深入探究土壤3關鍵參數與土壤腐蝕速率的關系，利用已建立的腐蝕速率預測模型，以自腐蝕電位、土壤電阻率以及土壤含水率等3關鍵參數為輸入量，以腐蝕速率為輸出量進行預測分析，預測結果表明：當自腐蝕電位在-0.57~-0.70VSCE之間、含水率在13%~22%以及土壤電阻率在45~65Ω·m之間時，土壤腐蝕速率較高，超過了0.1mm/y，該結果為北京地區土壤腐蝕性的評估提供了相對簡單的方法。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.21.001
摘要:
隨著國內汽車工業的快速發展，對汽車的質量要求越來越高，汽車齒輪是汽車制造業中關鍵零部件之一，但我國的高品質齒輪鋼仍然需要從國外進口。齒輪鋼的奧氏體晶粒和析出第二相粒子的合理控制對其性能有極大的影響，但在齒輪鋼生產過程中，奧氏體晶粒的變化和第二相粒子的控制十分復雜。因此，本文通過對奧氏體晶粒度，奧氏體長大機制及模型，第二相粒子(Nb(C，N)/AlN)的釘扎力及模型，溫度對奧氏體晶粒和第二相粒子尺寸的影響等相關內容進行綜述研究，闡述了奧氏體晶粒長大規律與第二相粒子的控制方法，為高質量齒輪鋼的生產提供參考。
隨著國內汽車工業的快速發展，對汽車的質量要求越來越高，汽車齒輪是汽車制造業中關鍵零部件之一，但我國的高品質齒輪鋼仍然需要從國外進口。齒輪鋼的奧氏體晶粒和析出第二相粒子的合理控制對其性能有極大的影響，但在齒輪鋼生產過程中，奧氏體晶粒的變化和第二相粒子的控制十分復雜。因此，本文通過對奧氏體晶粒度，奧氏體長大機制及模型，第二相粒子(Nb(C，N)/AlN)的釘扎力及模型，溫度對奧氏體晶粒和第二相粒子尺寸的影響等相關內容進行綜述研究，闡述了奧氏體晶粒長大規律與第二相粒子的控制方法，為高質量齒輪鋼的生產提供參考。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.26.005
摘要:
為解決特種變壓器生產車間實時化管控弱、調度決策能力差、過程監控不直觀、運行態勢不明朗的問題。從特種變壓器車間的數字孿生建模、知識信息融合、運行可靠性分析和可視化表達等方面入手，探討了一種特種變壓器車間數字孿生系統的新型體系架構；闡述了基于“5維度-4視角”模型、高性能算力孿生引擎及沉浸式可視化技術的數字孿生建模表達方法；研究了仿生樹生長原理的數字孿生車間指標體系形式化建模和知識信息與數字孿生的融合方法；基于層次分析理論和關聯熵方法，構建了一種基于復合物元信息熵的車間數字孿生系統可靠性分析模型；最后，以某特種變壓器生產車間為應用案例，基于將上述方法和模型，結合實際生產過程開發了原型數字孿生系統，實現了特種變壓器車間的多維多尺度實時智能管控，驗證了該方法的合理性和有效性。
為解決特種變壓器生產車間實時化管控弱、調度決策能力差、過程監控不直觀、運行態勢不明朗的問題。從特種變壓器車間的數字孿生建模、知識信息融合、運行可靠性分析和可視化表達等方面入手，探討了一種特種變壓器車間數字孿生系統的新型體系架構；闡述了基于“5維度-4視角”模型、高性能算力孿生引擎及沉浸式可視化技術的數字孿生建模表達方法；研究了仿生樹生長原理的數字孿生車間指標體系形式化建模和知識信息與數字孿生的融合方法；基于層次分析理論和關聯熵方法，構建了一種基于復合物元信息熵的車間數字孿生系統可靠性分析模型；最后，以某特種變壓器生產車間為應用案例，基于將上述方法和模型，結合實際生產過程開發了原型數字孿生系統，實現了特種變壓器車間的多維多尺度實時智能管控，驗證了該方法的合理性和有效性。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.18.001
摘要:
雙相不銹鋼因為其具有優異的力學與防腐蝕性能，可以應用在化工廠、核電等惡劣環境的工程領域。該材料一個明顯的弊端在于“475 oC脆性”限制了其長期使用下的服役溫度，該問題已在雙相不銹鋼的工業存在了60余年，尚無法得到有效解決方案。近年來的研究發現，雙相不銹鋼的“475 oC脆性”與鐵素體的硬度的增加有著直接的關系。本文建立了機器學習模型預測雙相不銹鋼鐵素體相在不同熱處理條件下硬度的演變趨勢。在建模過程中，用于建立數據庫的數據一部分從文獻中收集，另一部分采用不同類型雙相不銹鋼 (2101、2304、2205、2507、3207)的實驗結果。同時，使用五種不同機器的學習模型進行建模：線性回歸模型 (LR)、回歸樹 (RT)、支持向量機 (SVM)、高斯過程回歸 (GPR) 和集成樹 (ET)。將數據庫隨機拆分為80%用于訓練，20%用于測試，同時基于該機器學習模型研究不同合金元素，例如鉻、鎳、錳、氮等及熱處理條件 (時效時間和溫度) 對鐵素體顯微硬度變化的影響大小，探究影響因素。最后，根據機器學習模型預測的結果，設計并制備實驗室規模的不同類別雙相不銹鋼，用于研究合金元素Ni對鐵素體硬度隨時效變化的影響規律，實驗結果同時用來驗證機器學習模型的預測結果。本文提供了一種通過結合文獻及實驗數據用來建立機器學習模型，并用其輔助研究雙相不銹鋼的低溫脆性的影響機制。
雙相不銹鋼因為其具有優異的力學與防腐蝕性能，可以應用在化工廠、核電等惡劣環境的工程領域。該材料一個明顯的弊端在于“475 oC脆性”限制了其長期使用下的服役溫度，該問題已在雙相不銹鋼的工業存在了60余年，尚無法得到有效解決方案。近年來的研究發現，雙相不銹鋼的“475 oC脆性”與鐵素體的硬度的增加有著直接的關系。本文建立了機器學習模型預測雙相不銹鋼鐵素體相在不同熱處理條件下硬度的演變趨勢。在建模過程中，用于建立數據庫的數據一部分從文獻中收集，另一部分采用不同類型雙相不銹鋼 (2101、2304、2205、2507、3207)的實驗結果。同時，使用五種不同機器的學習模型進行建模：線性回歸模型 (LR)、回歸樹 (RT)、支持向量機 (SVM)、高斯過程回歸 (GPR) 和集成樹 (ET)。將數據庫隨機拆分為80%用于訓練，20%用于測試，同時基于該機器學習模型研究不同合金元素，例如鉻、鎳、錳、氮等及熱處理條件 (時效時間和溫度) 對鐵素體顯微硬度變化的影響大小，探究影響因素。最后，根據機器學習模型預測的結果，設計并制備實驗室規模的不同類別雙相不銹鋼，用于研究合金元素Ni對鐵素體硬度隨時效變化的影響規律，實驗結果同時用來驗證機器學習模型的預測結果。本文提供了一種通過結合文獻及實驗數據用來建立機器學習模型，并用其輔助研究雙相不銹鋼的低溫脆性的影響機制。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.10.21.006
摘要:
為研究高溫造成的熱損傷對花崗巖在不同應力階段聲發射特征及破裂機制的影響，本文對25℃、200℃、400℃和600℃熱損傷花崗巖開展了單軸壓縮試驗并進行了實時聲發射監測，分析了不同應力階段熱損傷花崗巖峰值頻率、RA-AF數據分布特征以及能量集中度ρ=∑N/∑E的分布規律。結果表明：各溫度熱處理后花崗巖單軸壓縮的應力階段可以依據聲發射發育特征分為：Ⅰ裂紋壓密階段、Ⅱ裂紋萌生及穩定發育階段、Ⅲ裂紋非穩定發育階段、Ⅳ峰后破壞階段。不同溫度熱損傷花崗巖的聲發射峰值頻率主頻信號呈現帶狀分布于四個主頻帶，熱損傷越嚴重，越早產生中、高頻破裂信號，且主頻帶分布范圍越寬，破壞時超高頻信號越少。各溫度熱損傷花崗巖聲發射RA-AF數據分布特征可以表征各應力階段產生的裂紋類型，熱損傷花崗巖在壓力作用下更易在產生剪切裂紋，且熱損傷溫度越高，剪切裂紋越發育。能量集中度曲線的穩定發育階與突降階段之間的突變點可以作為花崗巖單軸壓縮條件下的破壞前兆。
為研究高溫造成的熱損傷對花崗巖在不同應力階段聲發射特征及破裂機制的影響，本文對25℃、200℃、400℃和600℃熱損傷花崗巖開展了單軸壓縮試驗并進行了實時聲發射監測，分析了不同應力階段熱損傷花崗巖峰值頻率、RA-AF數據分布特征以及能量集中度ρ=∑N/∑E的分布規律。結果表明：各溫度熱處理后花崗巖單軸壓縮的應力階段可以依據聲發射發育特征分為：Ⅰ裂紋壓密階段、Ⅱ裂紋萌生及穩定發育階段、Ⅲ裂紋非穩定發育階段、Ⅳ峰后破壞階段。不同溫度熱損傷花崗巖的聲發射峰值頻率主頻信號呈現帶狀分布于四個主頻帶，熱損傷越嚴重，越早產生中、高頻破裂信號，且主頻帶分布范圍越寬，破壞時超高頻信號越少。各溫度熱損傷花崗巖聲發射RA-AF數據分布特征可以表征各應力階段產生的裂紋類型，熱損傷花崗巖在壓力作用下更易在產生剪切裂紋，且熱損傷溫度越高，剪切裂紋越發育。能量集中度曲線的穩定發育階與突降階段之間的突變點可以作為花崗巖單軸壓縮條件下的破壞前兆。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.11.002
摘要:
在材料科學過去幾十年的發展過程中，經驗試錯法和基于密度泛函理論的方法等傳統的非晶合金開發方法，幫助研發人員探索出多種非晶合金體系。但是，這些方法由于開發周期長、效率低等缺點，目前已難以滿足研發人員的需求。而機器學習方法因其實驗成本低、性能強大以及開發周期短等優點，被越來越廣泛地應用到非晶合金材料的設計和性能預測中。本文首先按照機器學習建模的主要流程介紹各步驟的基本操作和發展情況。其次，著重介紹數據預處理、模型構建以及模型驗證方面的研究工作，綜述近年來機器學習在非晶合金開發中的應用領域的相關研究，最后從多個角度對比分析了現有的方法，為后續的相關研究提供了可能的研究方向和思路。
在材料科學過去幾十年的發展過程中，經驗試錯法和基于密度泛函理論的方法等傳統的非晶合金開發方法，幫助研發人員探索出多種非晶合金體系。但是，這些方法由于開發周期長、效率低等缺點，目前已難以滿足研發人員的需求。而機器學習方法因其實驗成本低、性能強大以及開發周期短等優點，被越來越廣泛地應用到非晶合金材料的設計和性能預測中。本文首先按照機器學習建模的主要流程介紹各步驟的基本操作和發展情況。其次，著重介紹數據預處理、模型構建以及模型驗證方面的研究工作，綜述近年來機器學習在非晶合金開發中的應用領域的相關研究，最后從多個角度對比分析了現有的方法，為后續的相關研究提供了可能的研究方向和思路。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.10.21.001
摘要:
交通行業的CO2排放是我國三大碳排放來源之一，公路工程建設活動引起的CO2濃度升高，間接導致了溫室效應增強，氣候變暖加劇，人類生產空間收到威脅。因此，公路工程項目是中國在“雙碳”目標背景下的減排重點。本文深度分析了國內外交通行業碳排放清單及碳排放因子目錄，結合中國交通行業特點，基于現有的公路工程估算指標及中國傳統交通行業施工機械設備臺班單價計算表，總結歸納符合中國交通行業特點的碳排放因子數據。基于歸因全生命周期評價方法（ALCA），采用“自下而上”的公路工程碳排放計量思路，將公路工程項目建設期內工程活動分為分項工程-分部工程-單位工程，建立了公路工程建設期碳排放數據庫及碳排放測算模型。在本文匯總的碳排放數據庫及測算模型基礎上，利用MATLAB搭建了公路工程碳排放智能測算軟件并對國內兩段支線高速公路的路面工程碳排放進行了測算分析，分析結果顯示本文的測算軟件能夠高效對公路工程建設期內的碳排放來源及碳排放大戶進行定位，為交通行業節能減排提供數據和理論基礎。
交通行業的CO2排放是我國三大碳排放來源之一，公路工程建設活動引起的CO2濃度升高，間接導致了溫室效應增強，氣候變暖加劇，人類生產空間收到威脅。因此，公路工程項目是中國在“雙碳”目標背景下的減排重點。本文深度分析了國內外交通行業碳排放清單及碳排放因子目錄，結合中國交通行業特點，基于現有的公路工程估算指標及中國傳統交通行業施工機械設備臺班單價計算表，總結歸納符合中國交通行業特點的碳排放因子數據。基于歸因全生命周期評價方法（ALCA），采用“自下而上”的公路工程碳排放計量思路，將公路工程項目建設期內工程活動分為分項工程-分部工程-單位工程，建立了公路工程建設期碳排放數據庫及碳排放測算模型。在本文匯總的碳排放數據庫及測算模型基礎上，利用MATLAB搭建了公路工程碳排放智能測算軟件并對國內兩段支線高速公路的路面工程碳排放進行了測算分析，分析結果顯示本文的測算軟件能夠高效對公路工程建設期內的碳排放來源及碳排放大戶進行定位，為交通行業節能減排提供數據和理論基礎。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.10.10.002
摘要:
風能的規模化利用是構建現代能源體系的關鍵，是保障國家能源安全，力爭如期實現碳達峰、碳中和的內在要求。我國風電裝機容量持續攀升，早期風電機組陸續面臨報廢。廢舊風電葉片的資源化利用面臨拆解難、降解難等多重難題，亟需探索綠色高值化、具有規模消納能力的資源化技術路線，支撐風電產業綠色可持續發展。本文分析了我國風電產業發展概況和風電機組報廢量的增長趨勢，概括了廢舊葉片資源化利用的主要技術途徑，重點介紹了纖維增強復合材料的機械法、熱法和化學法回收利用，以及廢舊葉片在混凝土等建筑材料中的應用和葉片整體結構性利用等資源化利用技術方案，并對比分析了各類技術方案的優缺點，為廢舊風電葉片的資源化利用研究方向提供參考。
風能的規模化利用是構建現代能源體系的關鍵，是保障國家能源安全，力爭如期實現碳達峰、碳中和的內在要求。我國風電裝機容量持續攀升，早期風電機組陸續面臨報廢。廢舊風電葉片的資源化利用面臨拆解難、降解難等多重難題，亟需探索綠色高值化、具有規模消納能力的資源化技術路線，支撐風電產業綠色可持續發展。本文分析了我國風電產業發展概況和風電機組報廢量的增長趨勢，概括了廢舊葉片資源化利用的主要技術途徑，重點介紹了纖維增強復合材料的機械法、熱法和化學法回收利用，以及廢舊葉片在混凝土等建筑材料中的應用和葉片整體結構性利用等資源化利用技術方案，并對比分析了各類技術方案的優缺點，為廢舊風電葉片的資源化利用研究方向提供參考。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.08.18.002
摘要:
轉爐作為一個高溫高壓、多元多相的反應容器，容易發生噴濺或溢渣事故。良好的熔池涌動可以增大渣-金反應面積，提高煉鋼效率；異常的熔池涌動則會造成金屬損失，毀壞爐體及其附屬設備，甚至威脅到爐前工作人員的人身安全。本文總結了前人對噴濺機理及影響因素的研究結果，噴濺事故的產生總體可以歸結為爐內激烈化學反應產生氣泡驅動的高溫熔體噴濺和頂底復吹為熔池提供的流動能量所產生的噴濺，且一次噴濺事故的發生常常是多種因素耦合引發，從單方面分析噴濺事故原因過于片面，研究出一套適用于轉爐噴濺的安全評價模型是當務之急。并對現有的噴濺預報模型進行了綜述，總結了爐氣分析法、音頻分析法、圖像分析法的預測原理及部分應用結果，指出現有預測模型沒有得到廣泛應用的原因，未來噴濺預測模型會朝著更加智能化、精細化的方向發展。
轉爐作為一個高溫高壓、多元多相的反應容器，容易發生噴濺或溢渣事故。良好的熔池涌動可以增大渣-金反應面積，提高煉鋼效率；異常的熔池涌動則會造成金屬損失，毀壞爐體及其附屬設備，甚至威脅到爐前工作人員的人身安全。本文總結了前人對噴濺機理及影響因素的研究結果，噴濺事故的產生總體可以歸結為爐內激烈化學反應產生氣泡驅動的高溫熔體噴濺和頂底復吹為熔池提供的流動能量所產生的噴濺，且一次噴濺事故的發生常常是多種因素耦合引發，從單方面分析噴濺事故原因過于片面，研究出一套適用于轉爐噴濺的安全評價模型是當務之急。并對現有的噴濺預報模型進行了綜述，總結了爐氣分析法、音頻分析法、圖像分析法的預測原理及部分應用結果，指出現有預測模型沒有得到廣泛應用的原因，未來噴濺預測模型會朝著更加智能化、精細化的方向發展。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.07.001
摘要:
同時提高鋁合金的阻尼性能和力學性能具有重要工程意義。本文研究了AlSi10Sn4MgX(x=0~4.0 wt%)合金的力學性能與阻尼性能，并從Mg對Al/Sn潤濕性、Mg對合金組織的影響等方面分析了阻尼和力學性能提高機制。力學性能測試結果表明，當Mg含量為0~1.0 wt%時，試樣的抗拉強度隨著Mg含量的增加而提高、斷后伸長率變化較小，Mg含量為1.0wt%試樣的抗拉強度為161 MPa、斷后伸長率為3.4%；繼續增加Mg含量，試樣的抗拉強度顯著提高，但斷后伸長率明顯降低。試樣的阻尼性能隨Mg含量的增加先提高后降低，1.0wt%Mg試樣的阻尼性能較高，且具有良好的高溫和高頻阻尼性能，25 ℃/1 Hz、200 ℃/1 Hz和25 ℃/40 Hz條件下阻尼損耗因子tanh分別達到0.038、0.058和0.069。少量Mg的加入使Al/Sn潤濕性明顯提高，促使β-Sn相沿晶界呈細小彌散分布；同時，少量的Mg使AlSi10Sn4MgX中的共晶Si相變質球化，并生成Mg2Si強化相，是合金阻尼和力學性能提高的主要原因。
同時提高鋁合金的阻尼性能和力學性能具有重要工程意義。本文研究了AlSi10Sn4MgX(x=0~4.0 wt%)合金的力學性能與阻尼性能，并從Mg對Al/Sn潤濕性、Mg對合金組織的影響等方面分析了阻尼和力學性能提高機制。力學性能測試結果表明，當Mg含量為0~1.0 wt%時，試樣的抗拉強度隨著Mg含量的增加而提高、斷后伸長率變化較小，Mg含量為1.0wt%試樣的抗拉強度為161 MPa、斷后伸長率為3.4%；繼續增加Mg含量，試樣的抗拉強度顯著提高，但斷后伸長率明顯降低。試樣的阻尼性能隨Mg含量的增加先提高后降低，1.0wt%Mg試樣的阻尼性能較高，且具有良好的高溫和高頻阻尼性能，25 ℃/1 Hz、200 ℃/1 Hz和25 ℃/40 Hz條件下阻尼損耗因子tanh分別達到0.038、0.058和0.069。少量Mg的加入使Al/Sn潤濕性明顯提高，促使β-Sn相沿晶界呈細小彌散分布；同時，少量的Mg使AlSi10Sn4MgX中的共晶Si相變質球化，并生成Mg2Si強化相，是合金阻尼和力學性能提高的主要原因。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.26.004
摘要:
隨著萬物互聯時代的快速到來，海量的數據資源在邊緣側產生，使得基于云計算的傳統分布式訓練面臨網絡負載大、能耗高、隱私安全等問題。在此背景下，邊緣智能應運而生。邊緣智能協同訓練作為關鍵環節，在邊緣側輔助或實現機器學習模型的分布式訓練，成為邊緣智能研究的一大熱點。然而，邊緣智能需要協調大量的邊緣節點進行機器模型的訓練，在邊緣場景中存在諸多挑戰。因此，通過充分調研現有邊緣智能協同訓練研究基礎，從整體架構和核心模塊兩大方面總結現有的關鍵技術，圍繞邊緣智能協同訓練在設備異構、設備資源受限和網絡環境不穩定等邊緣場景下進行訓練的挑戰及解決方案，從邊緣智能協同訓練的整體架構和核心模塊兩大方面進行介紹與總結，關注邊緣設備之間的交互框架和大量邊緣設備協同訓練神經網絡模型參數更新問題。最后分析和總結了邊緣協同訓練存在的諸多挑戰和未來展望。
隨著萬物互聯時代的快速到來，海量的數據資源在邊緣側產生，使得基于云計算的傳統分布式訓練面臨網絡負載大、能耗高、隱私安全等問題。在此背景下，邊緣智能應運而生。邊緣智能協同訓練作為關鍵環節，在邊緣側輔助或實現機器學習模型的分布式訓練，成為邊緣智能研究的一大熱點。然而，邊緣智能需要協調大量的邊緣節點進行機器模型的訓練，在邊緣場景中存在諸多挑戰。因此，通過充分調研現有邊緣智能協同訓練研究基礎，從整體架構和核心模塊兩大方面總結現有的關鍵技術，圍繞邊緣智能協同訓練在設備異構、設備資源受限和網絡環境不穩定等邊緣場景下進行訓練的挑戰及解決方案，從邊緣智能協同訓練的整體架構和核心模塊兩大方面進行介紹與總結，關注邊緣設備之間的交互框架和大量邊緣設備協同訓練神經網絡模型參數更新問題。最后分析和總結了邊緣協同訓練存在的諸多挑戰和未來展望。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.10.10.003
摘要:
以氫化脫氫（HDH）鈦粉為原料制備的多孔NiTi形狀記憶合金普遍承載性能與可恢復應變較差。本研究以NaCl為造孔劑，通過在高真空(10-4 Pa)下高溫 (1250 ℃) 均勻化燒結制備出了高強度、高應力循環穩定的多孔NiTi合金，研究了不同孔隙率下的微觀結構、相變行為、力學性能以及細胞毒性。研究發現，隨著NaCl添加量的增加，樣品的孔隙率和孔徑增大，同時氧含量略有增加。在樣品中觀察到無熱處理自發形成的Ni4Ti3析出相，析出相尺寸隨樣品氧含量增加而增加。所有樣品的馬氏體相變均呈現多峰現象，歸因于非均勻分布的沉淀帶來的多步相變效應。孔隙率為14% ~ 37%的多孔NiTi合金的壓縮強度約1236 ~1600 MPa。8%應變壓縮加載-卸載后形狀恢復率超過99%。在應力控制下的壓縮循環測試中，所有樣品表現出良好的應力循環穩定性。同時，細胞毒性實驗證實該合金具有良好的生物相容性。
以氫化脫氫（HDH）鈦粉為原料制備的多孔NiTi形狀記憶合金普遍承載性能與可恢復應變較差。本研究以NaCl為造孔劑，通過在高真空(10-4 Pa)下高溫 (1250 ℃) 均勻化燒結制備出了高強度、高應力循環穩定的多孔NiTi合金，研究了不同孔隙率下的微觀結構、相變行為、力學性能以及細胞毒性。研究發現，隨著NaCl添加量的增加，樣品的孔隙率和孔徑增大，同時氧含量略有增加。在樣品中觀察到無熱處理自發形成的Ni4Ti3析出相，析出相尺寸隨樣品氧含量增加而增加。所有樣品的馬氏體相變均呈現多峰現象，歸因于非均勻分布的沉淀帶來的多步相變效應。孔隙率為14% ~ 37%的多孔NiTi合金的壓縮強度約1236 ~1600 MPa。8%應變壓縮加載-卸載后形狀恢復率超過99%。在應力控制下的壓縮循環測試中，所有樣品表現出良好的應力循環穩定性。同時，細胞毒性實驗證實該合金具有良好的生物相容性。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.10.11.001
摘要:
金屬氧化物半導體具有較好的氣敏性，基于金屬氧化物半導體H2S氣體傳感特性得到廣泛研究。然而，隨著氣體檢測精細程度的增加，需要設計不同結構納米材料，來實現氣體傳感器檢測下限和靈敏度的提高。同其他維度結構納米材料相比，一維結構納米材料由于具有良好的結晶度和獨特的電子輸運特性，在H2S氣敏性能提升上有明顯優勢。因此，本文主要以H2S氣體為主體，綜述了金屬氧化物半導體基一維結構納米材料的特點和一維結構納米材料H2S氣體傳感器的研究進展。討論了金屬氧化物半導體基一維結構納米材料對H2S氣體傳感性能的影響和氣敏機理。最后，對金屬氧化物半導體基一維結構納米材料H2S氣體傳感器的性能改進和未來應用前景進行了展望。
金屬氧化物半導體具有較好的氣敏性，基于金屬氧化物半導體H2S氣體傳感特性得到廣泛研究。然而，隨著氣體檢測精細程度的增加，需要設計不同結構納米材料，來實現氣體傳感器檢測下限和靈敏度的提高。同其他維度結構納米材料相比，一維結構納米材料由于具有良好的結晶度和獨特的電子輸運特性，在H2S氣敏性能提升上有明顯優勢。因此，本文主要以H2S氣體為主體，綜述了金屬氧化物半導體基一維結構納米材料的特點和一維結構納米材料H2S氣體傳感器的研究進展。討論了金屬氧化物半導體基一維結構納米材料對H2S氣體傳感性能的影響和氣敏機理。最后，對金屬氧化物半導體基一維結構納米材料H2S氣體傳感器的性能改進和未來應用前景進行了展望。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.19.004
摘要:
針對燒結半干法脫硫灰中CaSO3在不同反應條件下干熱氧化的變化規律，研究了溫度、氣體中O2含量與流速、鈣類化合物、鐵氧化物（Fe2O3）、水蒸汽含量與流速等對CaSO3氧化的影響，得出：反應遵循阿累尼烏斯方程，在空氣氛圍，升溫速度為10 ℃·min-1的條件下，450℃、75 ml·min-1的氣體流速為經濟性干熱氧化的最佳工藝條件，水汽對CaSO3氧化反應具有兩面性；鈣的氧化物對CaSO3氧化反應通過抑制"O" _"2" ^"-" 、"S" "O" _"3" ^"-" 自由基的生成而抑制反應進行，三種鈣類氧化物對CaSO3氧化抑制作用從弱到強排序為：CaCO3＜Ca(OH)2＜CaCl2；溫度小于450℃，Fe2O3含量大于0.2%時，對氧化反應起到一定催化作用，當催化劑濃度<0.2%時，反應主要由催化劑濃度控制，超過450℃時，溫度占主導地位。SEM表征顯示隨著CaSO3被氧化為CaSO4，形貌由團簇狀轉變為柱狀，CaCl2不僅抑制氧化反應進行也抑制CaSO4的晶型，Fe2O3促進CaSO4結晶的形成。實驗室升溫較快，當溫度大于400℃時，脫硫灰5 min內部溫度大于500℃，此時，CaSO3的轉化率超過85%，中試升溫較慢，不具有這一特征；吉布斯自由能計算結果表明最有可能發生的是CaSO3氧化反應，600℃以下鈣的氧化分解反應不可能發生；CaSO3氧化過程中活性位點的數量與溫度有關，當溫度在350℃~450℃時，該反應為一級反應，當溫度大于450℃時，反應在5 min左右迅速完成，無法確定其反應級數。
針對燒結半干法脫硫灰中CaSO3在不同反應條件下干熱氧化的變化規律，研究了溫度、氣體中O2含量與流速、鈣類化合物、鐵氧化物（Fe2O3）、水蒸汽含量與流速等對CaSO3氧化的影響，得出：反應遵循阿累尼烏斯方程，在空氣氛圍，升溫速度為10 ℃·min-1的條件下，450℃、75 ml·min-1的氣體流速為經濟性干熱氧化的最佳工藝條件，水汽對CaSO3氧化反應具有兩面性；鈣的氧化物對CaSO3氧化反應通過抑制"O" _"2" ^"-" 、"S" "O" _"3" ^"-" 自由基的生成而抑制反應進行，三種鈣類氧化物對CaSO3氧化抑制作用從弱到強排序為：CaCO3＜Ca(OH)2＜CaCl2；溫度小于450℃，Fe2O3含量大于0.2%時，對氧化反應起到一定催化作用，當催化劑濃度<0.2%時，反應主要由催化劑濃度控制，超過450℃時，溫度占主導地位。SEM表征顯示隨著CaSO3被氧化為CaSO4，形貌由團簇狀轉變為柱狀，CaCl2不僅抑制氧化反應進行也抑制CaSO4的晶型，Fe2O3促進CaSO4結晶的形成。實驗室升溫較快，當溫度大于400℃時，脫硫灰5 min內部溫度大于500℃，此時，CaSO3的轉化率超過85%，中試升溫較慢，不具有這一特征；吉布斯自由能計算結果表明最有可能發生的是CaSO3氧化反應，600℃以下鈣的氧化分解反應不可能發生；CaSO3氧化過程中活性位點的數量與溫度有關，當溫度在350℃~450℃時，該反應為一級反應，當溫度大于450℃時，反應在5 min左右迅速完成，無法確定其反應級數。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.30.003
摘要:
根據泰勒展開式,推導了變熱導率的冪律流體沿水平波面上的邊界層方程.假設熱傳導系數是依賴于溫度梯度的冪律函數,構建了變熱導率的能量方程模型.引入一系列變換,將原始波面轉換為偏微分方程組,并用Keller-box方法進行數值求解.討論了某些參數如波幅與波長的比值、冪律指數以及廣義普朗特數對壁面摩擦和流體傳熱的影響. 壁面的摩擦系數和局部Nusselt數,在靠近零點的地方會有劇烈震蕩,沿軸向會呈現波形分布狀態,隨著波長比率的增大而減小,且會隨著振幅的增大,壁面摩擦系數也會震蕩加劇. 隨著冪率指數的增加,局部Nusselt數呈現遞減的分布狀態.
根據泰勒展開式,推導了變熱導率的冪律流體沿水平波面上的邊界層方程.假設熱傳導系數是依賴于溫度梯度的冪律函數,構建了變熱導率的能量方程模型.引入一系列變換,將原始波面轉換為偏微分方程組,并用Keller-box方法進行數值求解.討論了某些參數如波幅與波長的比值、冪律指數以及廣義普朗特數對壁面摩擦和流體傳熱的影響. 壁面的摩擦系數和局部Nusselt數,在靠近零點的地方會有劇烈震蕩,沿軸向會呈現波形分布狀態,隨著波長比率的增大而減小,且會隨著振幅的增大,壁面摩擦系數也會震蕩加劇. 隨著冪率指數的增加,局部Nusselt數呈現遞減的分布狀態.
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.08.31.002
摘要:
求解等跨等截面連續梁的變形和內力是土木工程領域的典型問題。基于Euler–Bernoulli梁理論，利用位移法和輔助數列推導出任意跨數的等跨等截面連續梁梁端轉動剛度的解析表達式，進而得到連續梁支點轉角、彎矩在跨中集中荷載、滿跨均布荷載、豎向溫差作用下的通用計算公式。研究表明：當跨數趨于無窮大時，等跨等截面連續梁的梁端轉動剛度上限值為2sqrt(3) i0，i0為單跨梁的抗彎線剛度。不同跨數的等跨等截面連續梁可采用形式統一的解析公式計算支點轉角和彎矩，不同靜力荷載作用結果的區別僅由單跨梁的固端彎矩決定。本文所得公式形式簡潔，通用性強，應用方便，能揭示跨數對連續梁力學特性的影響規律，亦可用于分析頂推施工導梁參數優化等實際工程問題。
求解等跨等截面連續梁的變形和內力是土木工程領域的典型問題。基于Euler–Bernoulli梁理論，利用位移法和輔助數列推導出任意跨數的等跨等截面連續梁梁端轉動剛度的解析表達式，進而得到連續梁支點轉角、彎矩在跨中集中荷載、滿跨均布荷載、豎向溫差作用下的通用計算公式。研究表明：當跨數趨于無窮大時，等跨等截面連續梁的梁端轉動剛度上限值為2sqrt(3) i0，i0為單跨梁的抗彎線剛度。不同跨數的等跨等截面連續梁可采用形式統一的解析公式計算支點轉角和彎矩，不同靜力荷載作用結果的區別僅由單跨梁的固端彎矩決定。本文所得公式形式簡潔，通用性強，應用方便，能揭示跨數對連續梁力學特性的影響規律，亦可用于分析頂推施工導梁參數優化等實際工程問題。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.05.11.005
[摘要](234)
摘要:
藥劑分子與礦物表面離子的選擇性作用是礦物浮選分離的基礎。不同于自由離子，礦物表面處于半約束態的金屬離子更多地受到周圍配位類型以及空間位阻等因素影響。論文以配位化學的觀點闡述了浮選藥劑與礦物表面離子的作用，即藥劑分子與礦物表面已經配位的金屬離子發生二次配位作用。二次配位作用具有空間位阻效應和配位場效應。 對于弱場配位的氧化礦物，捕收劑與表面金屬離子的作用主要以正向配位為主，對于強場配位的硫化礦物，捕收劑與表面金屬離子作用以反向π鍵配位為主。黃藥等巰基捕收劑容易和低自旋態的金屬離子作用，油酸等含氧基捕收劑容易和價電性強的金屬離子作用。含π軌道NaCN、亞硫酸鹽以及Ca(OH)+等抑制劑容易和含π電子對較多的黃鐵礦作用，而與不含π電子對的方鉛礦制的作用較弱。晶體場穩定化能影響礦物表面藥劑吸附的穩定性，礦物浮選臨界pH值以及藥劑添加順序對礦物抑制的影響都與晶體場穩定化能有關。 浮選配位理論首次把現代化學中的軌道結構、電子自旋以及對稱性匹配等經典概念和理論應用到礦物浮選中，實現了礦物晶體結構和浮選藥劑性質的統一理論描述，從電子-軌道層次上揭示了浮選藥劑作用的本質，對于浮選藥劑的靶向分子設計和新藥劑開發具有重要的理論意義和實際應用價值。
藥劑分子與礦物表面離子的選擇性作用是礦物浮選分離的基礎。不同于自由離子，礦物表面處于半約束態的金屬離子更多地受到周圍配位類型以及空間位阻等因素影響。論文以配位化學的觀點闡述了浮選藥劑與礦物表面離子的作用，即藥劑分子與礦物表面已經配位的金屬離子發生二次配位作用。二次配位作用具有空間位阻效應和配位場效應。 對于弱場配位的氧化礦物，捕收劑與表面金屬離子的作用主要以正向配位為主，對于強場配位的硫化礦物，捕收劑與表面金屬離子作用以反向π鍵配位為主。黃藥等巰基捕收劑容易和低自旋態的金屬離子作用，油酸等含氧基捕收劑容易和價電性強的金屬離子作用。含π軌道NaCN、亞硫酸鹽以及Ca(OH)+等抑制劑容易和含π電子對較多的黃鐵礦作用，而與不含π電子對的方鉛礦制的作用較弱。晶體場穩定化能影響礦物表面藥劑吸附的穩定性，礦物浮選臨界pH值以及藥劑添加順序對礦物抑制的影響都與晶體場穩定化能有關。 浮選配位理論首次把現代化學中的軌道結構、電子自旋以及對稱性匹配等經典概念和理論應用到礦物浮選中，實現了礦物晶體結構和浮選藥劑性質的統一理論描述，從電子-軌道層次上揭示了浮選藥劑作用的本質，對于浮選藥劑的靶向分子設計和新藥劑開發具有重要的理論意義和實際應用價值。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.03.02.001
摘要:
本文對超低碳IF鋼鈦合金化后Al-Ti-O夾雜物進行了分析，研究發現Al-Ti-O夾雜物根據形貌可分為七種類型，81.3%的Al-Ti-O復合夾雜物都有Al2O3外層，未發現單獨存在的TiOx夾雜物。熱力學計算結果表明，隨著鋼中鈦含量的增加，夾雜物的轉變順序為固態Al2O3→液態Al-Ti-O→固態Ti2O3。確定了Al-Ti-O夾雜物的生成機理過程分為兩步：在精煉過程中鈦合金化后，當鋼液局部區域的鈦含量高于0.42%時，[Ti]與鋼液反應瞬態生成Al2O3-TiOx或TiOx。隨著精煉過程中鈦元素的混勻，含TiOx夾雜物被鋼中[Al]還原，Al2O3-TiOx和TiOx夾雜物逐漸轉變，在夾雜物表面生成Al2O3。
本文對超低碳IF鋼鈦合金化后Al-Ti-O夾雜物進行了分析，研究發現Al-Ti-O夾雜物根據形貌可分為七種類型，81.3%的Al-Ti-O復合夾雜物都有Al2O3外層，未發現單獨存在的TiOx夾雜物。熱力學計算結果表明，隨著鋼中鈦含量的增加，夾雜物的轉變順序為固態Al2O3→液態Al-Ti-O→固態Ti2O3。確定了Al-Ti-O夾雜物的生成機理過程分為兩步：在精煉過程中鈦合金化后，當鋼液局部區域的鈦含量高于0.42%時，[Ti]與鋼液反應瞬態生成Al2O3-TiOx或TiOx。隨著精煉過程中鈦元素的混勻，含TiOx夾雜物被鋼中[Al]還原，Al2O3-TiOx和TiOx夾雜物逐漸轉變，在夾雜物表面生成Al2O3。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.04.11.002
摘要:
礦山地熱既會導致高溫熱害等災害，又是一種資源可以開發利用。本文從礦山地熱致災形式、熱害控制技術、熱能利用方法三個方面，對相關文獻進行歸納，總結已有研究成果。結果表明，礦山地熱的致災形式有加劇煤巖體性質劣化、誘發支護結構失效和導致高溫高濕環境三類，具體包括加劇圍巖變形破壞、誘發吸附瓦斯溢出、降低錨桿錨固強度、加劇錨護材料腐蝕、損害工人身心健康、降低工人工作效率和增加機械設備故障率七方面。根據制冷工質不同，可以將降溫系統分成氣冷式、冰冷式和水冷式三大類，包括壓縮空氣制冷降溫、冰制冷降溫、地面集中制冷降溫、地面排熱井下集中降溫、回風排熱井下集中降溫、地面熱電聯產制冷降溫和熱害資源化利用等制冷系統。通過提取礦井水和礦井回風中的余熱用于礦區井口防凍、洗浴供暖和建筑物供暖，是目前礦山地熱利用的主要方法。而巷道圍巖熱能提取是近年來的研究熱點，也是礦山地熱直接利用的關鍵，采用地埋管換熱器提取圍巖熱能、實現礦區多種清潔能源協同利用是未來礦山地熱利用的發展方向之一。
礦山地熱既會導致高溫熱害等災害，又是一種資源可以開發利用。本文從礦山地熱致災形式、熱害控制技術、熱能利用方法三個方面，對相關文獻進行歸納，總結已有研究成果。結果表明，礦山地熱的致災形式有加劇煤巖體性質劣化、誘發支護結構失效和導致高溫高濕環境三類，具體包括加劇圍巖變形破壞、誘發吸附瓦斯溢出、降低錨桿錨固強度、加劇錨護材料腐蝕、損害工人身心健康、降低工人工作效率和增加機械設備故障率七方面。根據制冷工質不同，可以將降溫系統分成氣冷式、冰冷式和水冷式三大類，包括壓縮空氣制冷降溫、冰制冷降溫、地面集中制冷降溫、地面排熱井下集中降溫、回風排熱井下集中降溫、地面熱電聯產制冷降溫和熱害資源化利用等制冷系統。通過提取礦井水和礦井回風中的余熱用于礦區井口防凍、洗浴供暖和建筑物供暖，是目前礦山地熱利用的主要方法。而巷道圍巖熱能提取是近年來的研究熱點，也是礦山地熱直接利用的關鍵，采用地埋管換熱器提取圍巖熱能、實現礦區多種清潔能源協同利用是未來礦山地熱利用的發展方向之一。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.02.11.003
摘要:
合理高效地利用海上風電資源是實現“碳中和”的有效方法之一，隨著海上風電資源的開發逐漸向深遠海延伸，海上風電基礎的承載性能受到越來越廣泛的關注，眾多學者探索新型復合基礎以滿足海上風電場的發展需求。本文基于有限元軟件ABAQUS平臺，建立了非勻質飽和黏土場地的海上風電樁-筒復合基礎數值計算模型，對比研究豎向荷載V、水平荷載H、彎矩荷載M作用下不同筒結構尺寸的樁-筒復合基礎的承載性能，并采用正交試驗法開展樁-筒復合基礎的水平承載性能、豎向承載性能和抗彎承載性能的影響因素研究。結果表明，飽和黏土的不均勻程度系數K對豎向承載力系數NcV影響較小，同一基礎在不同系數K時，NcV值波動范圍較小；飽和黏土不均勻程度系數K對水平承載力系數NcH和抗彎承載力系數NcM的影響呈指數型遞減。筒結構直徑D和入土深度L對各向承載力系數的影響存在交互作用。筒結構直徑D對樁-筒復合基礎承載力系數的影響最大，可以通過增加筒結構直徑D從而有效地提高樁-筒復合基礎的承載性能。研究結果為海上風電樁-筒復合基礎設計提供了依據。
合理高效地利用海上風電資源是實現“碳中和”的有效方法之一，隨著海上風電資源的開發逐漸向深遠海延伸，海上風電基礎的承載性能受到越來越廣泛的關注，眾多學者探索新型復合基礎以滿足海上風電場的發展需求。本文基于有限元軟件ABAQUS平臺，建立了非勻質飽和黏土場地的海上風電樁-筒復合基礎數值計算模型，對比研究豎向荷載V、水平荷載H、彎矩荷載M作用下不同筒結構尺寸的樁-筒復合基礎的承載性能，并采用正交試驗法開展樁-筒復合基礎的水平承載性能、豎向承載性能和抗彎承載性能的影響因素研究。結果表明，飽和黏土的不均勻程度系數K對豎向承載力系數NcV影響較小，同一基礎在不同系數K時，NcV值波動范圍較小；飽和黏土不均勻程度系數K對水平承載力系數NcH和抗彎承載力系數NcM的影響呈指數型遞減。筒結構直徑D和入土深度L對各向承載力系數的影響存在交互作用。筒結構直徑D對樁-筒復合基礎承載力系數的影響最大，可以通過增加筒結構直徑D從而有效地提高樁-筒復合基礎的承載性能。研究結果為海上風電樁-筒復合基礎設計提供了依據。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.07.001
摘要:
橋梁服役過程中，車輛荷載的頻率和軸重都隨著服役期齡而增加。基于時變可靠度理論，采用Gamma隨機過程描述荷載效應的發生頻率，提出了考慮車輛頻率增大的橋梁時變可靠度分析方法。基于驗證荷載試驗，考慮歷史荷載信息對橋梁結構當前時刻抗力評估的影響，提出了抗力變異系數為時間變量的橋梁時變可靠度計算公式。采用上述方法，對某鋼筋混凝土梁橋進行時變可靠度分析，結果表明：車輛荷載頻率增量關聯與否不影響結構時變可靠度的變化；采用本文提出的計算公式可以考慮歷史荷載強度均值介于結構初始抗力的31.6%~36.4%，對預測橋梁可靠性具有更高精度。當荷載頻率λ小于10(1/a)，考察范圍(0,T)在35a之內，若歷史荷載強度不高于初始抗力的29.1%，可以采用基于荷載頻率函數的時變可靠度公式；頻率大于2(1/a)的車輛荷載效應超過結構初始抗力的36.4%，且年增長率超過150%時，采用快速退化函數計算時變抗力的鋼筋混凝土梁橋在20年內的失效概率較高，需引起注意，在設計和施工時增強鋼筋的耐銹蝕性。
橋梁服役過程中，車輛荷載的頻率和軸重都隨著服役期齡而增加。基于時變可靠度理論，采用Gamma隨機過程描述荷載效應的發生頻率，提出了考慮車輛頻率增大的橋梁時變可靠度分析方法。基于驗證荷載試驗，考慮歷史荷載信息對橋梁結構當前時刻抗力評估的影響，提出了抗力變異系數為時間變量的橋梁時變可靠度計算公式。采用上述方法，對某鋼筋混凝土梁橋進行時變可靠度分析，結果表明：車輛荷載頻率增量關聯與否不影響結構時變可靠度的變化；采用本文提出的計算公式可以考慮歷史荷載強度均值介于結構初始抗力的31.6%~36.4%，對預測橋梁可靠性具有更高精度。當荷載頻率λ小于10(1/a)，考察范圍(0,T)在35a之內，若歷史荷載強度不高于初始抗力的29.1%，可以采用基于荷載頻率函數的時變可靠度公式；頻率大于2(1/a)的車輛荷載效應超過結構初始抗力的36.4%，且年增長率超過150%時，采用快速退化函數計算時變抗力的鋼筋混凝土梁橋在20年內的失效概率較高，需引起注意，在設計和施工時增強鋼筋的耐銹蝕性。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.30.002
摘要:
在高爐煉鐵中利用生物質/生物質炭代替粉煤/焦炭是實現高爐煉鐵減少CO2排放的有效方法。本文利用氧化鐵粉和生物質炭，通過冷壓成型和熱處理硬化的方法制備了滿足高爐強度要求的生物質炭復合團塊。其成分為：11.1 wt.% C、72.7 wt.% Fe3O4、11.25 wt.% FeO、0.77 wt.% Fe和4.67wt.% 脈石。隨后，對高爐環境下復合團塊反應進行建模。利用等溫動力學實驗確定模型參數并進行模型驗證。利用該模型，解釋了模擬高爐環境下復合團塊的反應行為，以及對實際高爐中團塊的反應行為進行了分析。結果表明，在模擬高爐條件下。團塊經歷了低熔化合物形成的結構變化和從爐渣基體向鐵網絡結構的轉變。在實際高爐中，生物質炭復合團塊的反應行為主要包括三個階段：團塊的高爐煤氣還原（473-853 K）、團塊的高爐煤氣還原和部分自還原（853-953 K）以及團塊的完全自還原（953-1150 K）。在團塊自還原參與階段，團塊中氧化鐵還原和生物質炭氣化均比燒結礦和焦炭快。團塊具有提高高爐頂氣利用系數和降低熱儲備區溫度水平的作用。
在高爐煉鐵中利用生物質/生物質炭代替粉煤/焦炭是實現高爐煉鐵減少CO2排放的有效方法。本文利用氧化鐵粉和生物質炭，通過冷壓成型和熱處理硬化的方法制備了滿足高爐強度要求的生物質炭復合團塊。其成分為：11.1 wt.% C、72.7 wt.% Fe3O4、11.25 wt.% FeO、0.77 wt.% Fe和4.67wt.% 脈石。隨后，對高爐環境下復合團塊反應進行建模。利用等溫動力學實驗確定模型參數并進行模型驗證。利用該模型，解釋了模擬高爐環境下復合團塊的反應行為，以及對實際高爐中團塊的反應行為進行了分析。結果表明，在模擬高爐條件下。團塊經歷了低熔化合物形成的結構變化和從爐渣基體向鐵網絡結構的轉變。在實際高爐中，生物質炭復合團塊的反應行為主要包括三個階段：團塊的高爐煤氣還原（473-853 K）、團塊的高爐煤氣還原和部分自還原（853-953 K）以及團塊的完全自還原（953-1150 K）。在團塊自還原參與階段，團塊中氧化鐵還原和生物質炭氣化均比燒結礦和焦炭快。團塊具有提高高爐頂氣利用系數和降低熱儲備區溫度水平的作用。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.02.19.002
摘要:
作為云計算模式的延伸，霧計算以其能耗低、時延短、帶寬節省高等優勢而受到廣泛關注，為了構建綠色且長生命周期的物聯網，本文提出了一種霧輔助的公平節能物聯網計算遷移方案。具體地，基于霧節點計算能力、帶寬資源以及融合霧節點能耗公平性的遷移決策的聯合考量，構建了一個最小化所有任務完成總能耗的優化問題。提出了基于動量梯度和坐標協同下降的公平性能耗最小化算法 (Momentum Gradient and Coordinate Collaboration Descent based Fair Energy Minimization, MGCCD-FEM)用于解決上述混合整數非線性規劃問題，即首先，基于霧節點的歷史平均能耗、距離、計算能力以及剩余能量值設計了公平性指標以獲得對于霧節點能耗公平性最優的遷移決策；接著，基于所獲得的最優遷移決策，通過提出的動量梯度與坐標協同下降法，聯合優化霧節點分配給各個任務的計算及帶寬資源占比，達到最小化任務處理總能耗。最后，仿真結果表明本文方案能夠取得較快的收斂速度，且與其他兩種基準方案相比，本文方案的總能耗最低，霧節點的能耗公平性最高，且網絡壽命分別平均提高了23.6%和31.2%。
作為云計算模式的延伸，霧計算以其能耗低、時延短、帶寬節省高等優勢而受到廣泛關注，為了構建綠色且長生命周期的物聯網，本文提出了一種霧輔助的公平節能物聯網計算遷移方案。具體地，基于霧節點計算能力、帶寬資源以及融合霧節點能耗公平性的遷移決策的聯合考量，構建了一個最小化所有任務完成總能耗的優化問題。提出了基于動量梯度和坐標協同下降的公平性能耗最小化算法 (Momentum Gradient and Coordinate Collaboration Descent based Fair Energy Minimization, MGCCD-FEM)用于解決上述混合整數非線性規劃問題，即首先，基于霧節點的歷史平均能耗、距離、計算能力以及剩余能量值設計了公平性指標以獲得對于霧節點能耗公平性最優的遷移決策；接著，基于所獲得的最優遷移決策，通過提出的動量梯度與坐標協同下降法，聯合優化霧節點分配給各個任務的計算及帶寬資源占比，達到最小化任務處理總能耗。最后，仿真結果表明本文方案能夠取得較快的收斂速度，且與其他兩種基準方案相比，本文方案的總能耗最低，霧節點的能耗公平性最高，且網絡壽命分別平均提高了23.6%和31.2%。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.11.10.002
摘要:
為推進金屬磁記憶技術在橋鋼箱梁損傷檢測方面的應用，對橋鋼箱梁進行了靜力受彎試驗，提取其變形最嚴重的上翼緣磁信號分布，建立了損傷區域應力與磁信號和磁信號梯度的量化關系，并提出用磁場梯度指數來表征鋼梁的應力和損傷狀態。結果表明：上翼緣磁信號曲線與應力變化形態正好相反，磁信號曲線在進入塑性后發生反轉變為負值，且隨應力變化的速度增快，可以判斷構件進入塑性狀態，即將發生損傷；磁場梯度曲線在損傷最嚴重的區域出現最大值，且隨著荷載的增大，磁梯度最大值點不斷向鋼梁中間移動，由此可以進行破壞狀態的預警；磁場梯度與應力關系曲線可將構件整個受力過程明顯的區分為初始、屈服、塑性、損傷四個狀態；可以用磁場梯度指數來進行構件應力狀態與損傷狀態的表征。該研究可為金屬磁記憶檢測技術在橋鋼梁損傷狀態的定量評估和預警方面的應用提供依據和參考。
為推進金屬磁記憶技術在橋鋼箱梁損傷檢測方面的應用，對橋鋼箱梁進行了靜力受彎試驗，提取其變形最嚴重的上翼緣磁信號分布，建立了損傷區域應力與磁信號和磁信號梯度的量化關系，并提出用磁場梯度指數來表征鋼梁的應力和損傷狀態。結果表明：上翼緣磁信號曲線與應力變化形態正好相反，磁信號曲線在進入塑性后發生反轉變為負值，且隨應力變化的速度增快，可以判斷構件進入塑性狀態，即將發生損傷；磁場梯度曲線在損傷最嚴重的區域出現最大值，且隨著荷載的增大，磁梯度最大值點不斷向鋼梁中間移動，由此可以進行破壞狀態的預警；磁場梯度與應力關系曲線可將構件整個受力過程明顯的區分為初始、屈服、塑性、損傷四個狀態；可以用磁場梯度指數來進行構件應力狀態與損傷狀態的表征。該研究可為金屬磁記憶檢測技術在橋鋼梁損傷狀態的定量評估和預警方面的應用提供依據和參考。
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孫春蕾,
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摘要:
為推進金屬磁記憶技術在橋鋼箱梁損傷檢測方面的應用，對橋鋼箱梁進行了靜力受彎試驗，提取其變形最嚴重的上翼緣磁信號分布，建立了損傷區域應力與磁信號和磁信號梯度的量化關系，并提出用磁場梯度指數來表征鋼梁的應力和損傷狀態。結果表明：上翼緣磁信號曲線與應力變化形態正好相反，磁信號曲線在進入塑性后發生反轉變為負值，且隨應力變化的速度增快，可以判斷構件進入塑性狀態，即將發生損傷；磁場梯度曲線在損傷最嚴重的區域出現最大值，且隨著荷載的增大，磁梯度最大值點不斷向鋼梁中間移動，由此可以進行破壞狀態的預警；磁場梯度與應力關系曲線可將構件整個受力過程明顯的區分為初始、屈服、塑性、損傷四個狀態；可以用磁場梯度指數來進行構件應力狀態與損傷狀態的表征。該研究可為金屬磁記憶檢測技術在橋鋼梁損傷狀態的定量評估和預警方面的應用提供依據和參考。
為推進金屬磁記憶技術在橋鋼箱梁損傷檢測方面的應用，對橋鋼箱梁進行了靜力受彎試驗，提取其變形最嚴重的上翼緣磁信號分布，建立了損傷區域應力與磁信號和磁信號梯度的量化關系，并提出用磁場梯度指數來表征鋼梁的應力和損傷狀態。結果表明：上翼緣磁信號曲線與應力變化形態正好相反，磁信號曲線在進入塑性后發生反轉變為負值，且隨應力變化的速度增快，可以判斷構件進入塑性狀態，即將發生損傷；磁場梯度曲線在損傷最嚴重的區域出現最大值，且隨著荷載的增大，磁梯度最大值點不斷向鋼梁中間移動，由此可以進行破壞狀態的預警；磁場梯度與應力關系曲線可將構件整個受力過程明顯的區分為初始、屈服、塑性、損傷四個狀態；可以用磁場梯度指數來進行構件應力狀態與損傷狀態的表征。該研究可為金屬磁記憶檢測技術在橋鋼梁損傷狀態的定量評估和預警方面的應用提供依據和參考。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.05.001
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為了探究富氫高爐內Ca/Fe基高反應性焦炭的溶損反應特性，以CO2（N2）載帶不同摩爾比例H2O蒸氣（0～30%）進行焦炭溶損實驗，通過分析尾氣中CO和H2的含量，研究Ca/Fe添加劑對焦炭在H2O+CO2混合氣氛下碳溶反應和水煤氣反應的影響。研究表明，焦炭在H2O+CO2和H2O+N2兩種氣氛下的焦炭反應性隨H2O蒸氣載帶率增加呈線性關系，焦炭在H2O+CO2氣氛中溶損反應的擬合斜率k值明顯小于在H2O+N2氣氛中的k值，H2O+CO2混合氣氛中H2O和CO2與焦炭反應存在競爭關系。而且基礎焦炭（BC）反應性的實驗與理論的差值明顯小于Ca/Fe基焦炭（BC+Ca、BC+Fe）的差值，表明Ca/Fe添加劑影響了CO2和H2O與焦炭共同反應時的競爭關系。基于兩種氣氛下速率常數的差異提煉了兩個抑制因子αCO2/H2O和αH2O/CO2，αCO2/H2O定量表征CO2對C+H2O反應的抑制程度，αCO2/H2O定量表征H2O對C+CO2反應的抑制程度，BC、BC+Fe、BC+Ca三種焦炭的αCO2/H2O分別為0.260、0.251、0.170，而αH2O/CO2分別為0.121、0.217、0.263，Ca/Fe添加劑降低了αCO2/H2O而提高了αH2O/CO2，說明Ca/Fe添加劑能夠減小CO2對C+H2O反應的抑制程度，顯著增強C+H2O反應的活性。Ca/Fe基焦炭中催化活性物質為鐵酸鈣和硅鋁酸鈣，Ca/Fe元素在焦炭中賦存形式的不同導致了Ca/Fe添加劑對焦炭溶損反應催化效果的差異性。
為了探究富氫高爐內Ca/Fe基高反應性焦炭的溶損反應特性，以CO2（N2）載帶不同摩爾比例H2O蒸氣（0～30%）進行焦炭溶損實驗，通過分析尾氣中CO和H2的含量，研究Ca/Fe添加劑對焦炭在H2O+CO2混合氣氛下碳溶反應和水煤氣反應的影響。研究表明，焦炭在H2O+CO2和H2O+N2兩種氣氛下的焦炭反應性隨H2O蒸氣載帶率增加呈線性關系，焦炭在H2O+CO2氣氛中溶損反應的擬合斜率k值明顯小于在H2O+N2氣氛中的k值，H2O+CO2混合氣氛中H2O和CO2與焦炭反應存在競爭關系。而且基礎焦炭（BC）反應性的實驗與理論的差值明顯小于Ca/Fe基焦炭（BC+Ca、BC+Fe）的差值，表明Ca/Fe添加劑影響了CO2和H2O與焦炭共同反應時的競爭關系。基于兩種氣氛下速率常數的差異提煉了兩個抑制因子αCO2/H2O和αH2O/CO2，αCO2/H2O定量表征CO2對C+H2O反應的抑制程度，αCO2/H2O定量表征H2O對C+CO2反應的抑制程度，BC、BC+Fe、BC+Ca三種焦炭的αCO2/H2O分別為0.260、0.251、0.170，而αH2O/CO2分別為0.121、0.217、0.263，Ca/Fe添加劑降低了αCO2/H2O而提高了αH2O/CO2，說明Ca/Fe添加劑能夠減小CO2對C+H2O反應的抑制程度，顯著增強C+H2O反應的活性。Ca/Fe基焦炭中催化活性物質為鐵酸鈣和硅鋁酸鈣，Ca/Fe元素在焦炭中賦存形式的不同導致了Ca/Fe添加劑對焦炭溶損反應催化效果的差異性。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.08.22.001
摘要:
為解決深部泵房硐室群失穩現象突出的問題，以大強煤礦?890水平泵房吸水井硐室群為工程背景，通過理論分析和數值模擬，分析硐室群的破壞原因，對比集約化設計和傳統設計對圍巖穩定性控制的效果. 基于恒阻大變形(NPR)錨索高恒阻、高延伸率和吸能的特性，建立NPR錨索支護下硐室交岔口圍巖能量失穩判據，提出以高預應力NPR錨索+立體桁架為核心的泵房吸水井集約化控制對策，并進行現場應用. 結果表明：相比傳統設計，集約化設計簡化了硐室布局和施工程序，同時能夠減小巷道位移、應力，使塑性區范圍減小并趨于均勻化，消除了空間效應；通過NPR錨索的高恒阻大變形和在桁架與圍巖間預留的間隙釋放圍巖變形能，通過NPR錨索的高預應力和立體桁架的強度限制圍巖變形，能有效保證巷道穩定；現場應用表明，該對策將圍巖變形控制在70 mm以內，應用效果良好，可為類似工程提供參考.
為解決深部泵房硐室群失穩現象突出的問題，以大強煤礦?890水平泵房吸水井硐室群為工程背景，通過理論分析和數值模擬，分析硐室群的破壞原因，對比集約化設計和傳統設計對圍巖穩定性控制的效果. 基于恒阻大變形(NPR)錨索高恒阻、高延伸率和吸能的特性，建立NPR錨索支護下硐室交岔口圍巖能量失穩判據，提出以高預應力NPR錨索+立體桁架為核心的泵房吸水井集約化控制對策，并進行現場應用. 結果表明：相比傳統設計，集約化設計簡化了硐室布局和施工程序，同時能夠減小巷道位移、應力，使塑性區范圍減小并趨于均勻化，消除了空間效應；通過NPR錨索的高恒阻大變形和在桁架與圍巖間預留的間隙釋放圍巖變形能，通過NPR錨索的高預應力和立體桁架的強度限制圍巖變形，能有效保證巷道穩定；現場應用表明，該對策將圍巖變形控制在70 mm以內，應用效果良好，可為類似工程提供參考.
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.27.004
摘要:
近年來，利用大型預訓練模型來提高深度神經網絡在計算機視覺以及自然語言處理等具體任務下的泛化能力和性能，逐漸成為基于深度學習的人工智能技術與應用的發展趨勢. 雖然這些深度神經網絡模型表現優異，但是由于模型的結構復雜、參數量龐大與計算成本極高，使得它們仍然難以被部署在如家電或智能手機等資源受限的邊緣及端側硬件平臺上，這很大程度上阻礙了人工智能技術的應用. 因此，模型壓縮與加速技術一直都是深度神經網絡模型大規模商業化應用推廣的關鍵問題之一. 當前在多種模型壓縮與加速方案中，模型量化是其中主要的有效方法之一. 模型量化技術可以通過減少深度神經網絡模型參數的位寬和中間過程特征圖的位寬，從而達到壓縮加速深度神經網絡的目的，使量化后的網絡能夠部署在資源有限的邊緣設備上，然而，由于量化會導致信息的大量丟失，如何在保證模型任務精度條件下實現模型量化已經成為熱點問題. 另外，因硬件設備以及應用場景的不同，模型量化技術已經發展成為一個多分支的研究問題. 通過全面地調研不同角度下模型量化相關技術現狀，并且深入地總結歸納不同方法的優缺點，可以發現量化技術目前仍然存在的問題，并為未來可能的發展指明方向.
近年來，利用大型預訓練模型來提高深度神經網絡在計算機視覺以及自然語言處理等具體任務下的泛化能力和性能，逐漸成為基于深度學習的人工智能技術與應用的發展趨勢. 雖然這些深度神經網絡模型表現優異，但是由于模型的結構復雜、參數量龐大與計算成本極高，使得它們仍然難以被部署在如家電或智能手機等資源受限的邊緣及端側硬件平臺上，這很大程度上阻礙了人工智能技術的應用. 因此，模型壓縮與加速技術一直都是深度神經網絡模型大規模商業化應用推廣的關鍵問題之一. 當前在多種模型壓縮與加速方案中，模型量化是其中主要的有效方法之一. 模型量化技術可以通過減少深度神經網絡模型參數的位寬和中間過程特征圖的位寬，從而達到壓縮加速深度神經網絡的目的，使量化后的網絡能夠部署在資源有限的邊緣設備上，然而，由于量化會導致信息的大量丟失，如何在保證模型任務精度條件下實現模型量化已經成為熱點問題. 另外，因硬件設備以及應用場景的不同，模型量化技術已經發展成為一個多分支的研究問題. 通過全面地調研不同角度下模型量化相關技術現狀，并且深入地總結歸納不同方法的優缺點，可以發現量化技術目前仍然存在的問題，并為未來可能的發展指明方向.
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.02.08.005
摘要:
通過微細觀結構分析、低場核磁共振量化研究，科學、準確地描述膏體跨尺度顆粒群存在形態與水分賦存狀態，并基于有限元和離散元耦合數值分析方法分析了泵壓擾動下膏體顆粒流態演化規律。研究發現，膏體料漿中的吸附水、間隙水和弱自由水存在動態連通與轉化行為，并主要以吸附水形式存在，低場核磁共振技術(Low-field nuclear magnetic resonance, LF-NMR)弛豫強度與吸附水峰面積非線性增強，與料漿的流動表現出顯著的正相關性。液網結構與絮網結構反映了導水通道的活躍性與力鏈結構的強度，共同組成了膏體穩定性與流動性的雙支撐骨架結構。通過Fluent-EDEM軟件耦合模擬，分析了脈沖泵壓環境顆粒運動行為，在速度差的影響下高、低流速顆粒沖擊擾動加劇，力鏈接觸作用增強，流態均勻性和整體顆粒運動穩定性可有效提高。
通過微細觀結構分析、低場核磁共振量化研究，科學、準確地描述膏體跨尺度顆粒群存在形態與水分賦存狀態，并基于有限元和離散元耦合數值分析方法分析了泵壓擾動下膏體顆粒流態演化規律。研究發現，膏體料漿中的吸附水、間隙水和弱自由水存在動態連通與轉化行為，并主要以吸附水形式存在，低場核磁共振技術(Low-field nuclear magnetic resonance, LF-NMR)弛豫強度與吸附水峰面積非線性增強，與料漿的流動表現出顯著的正相關性。液網結構與絮網結構反映了導水通道的活躍性與力鏈結構的強度，共同組成了膏體穩定性與流動性的雙支撐骨架結構。通過Fluent-EDEM軟件耦合模擬，分析了脈沖泵壓環境顆粒運動行為，在速度差的影響下高、低流速顆粒沖擊擾動加劇，力鏈接觸作用增強，流態均勻性和整體顆粒運動穩定性可有效提高。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.14.001
摘要:
隨著工業互聯網的不斷發展，工業無源光網絡（Passive optical network，PON）引起了工業界和學術界的共同關注. 為應對工業互聯網多樣化場景應用的不同特點，工業PON需滿足超高速率、超大連接和低成本的需求，物理層調制格式、復用方式、傳輸方案、數字信號處理算法等一直是該領域的研究熱點. 首先介紹了PON的基本概念，回顧了PON的標準化歷程，重點對PON物理層傳輸方案及關鍵技術進行梳理，包含強度調制技術、多維復用技術和數字均衡技術的研究進展. 然后，提出了適用于工業PON傳輸的偏振復用強度調制相干檢測系統方案，在仿真平臺上分別測試了四電平脈沖幅度調制和開關鍵控調制兩種調制格式在背靠背和20 km傳輸距離的單模光纖中的傳輸性能，驗證了該方案的優越性. 最后，對工業PON的物理層發展趨勢進行展望.
隨著工業互聯網的不斷發展，工業無源光網絡（Passive optical network，PON）引起了工業界和學術界的共同關注. 為應對工業互聯網多樣化場景應用的不同特點，工業PON需滿足超高速率、超大連接和低成本的需求，物理層調制格式、復用方式、傳輸方案、數字信號處理算法等一直是該領域的研究熱點. 首先介紹了PON的基本概念，回顧了PON的標準化歷程，重點對PON物理層傳輸方案及關鍵技術進行梳理，包含強度調制技術、多維復用技術和數字均衡技術的研究進展. 然后，提出了適用于工業PON傳輸的偏振復用強度調制相干檢測系統方案，在仿真平臺上分別測試了四電平脈沖幅度調制和開關鍵控調制兩種調制格式在背靠背和20 km傳輸距離的單模光纖中的傳輸性能，驗證了該方案的優越性. 最后，對工業PON的物理層發展趨勢進行展望.
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.08.24.007
摘要:
在建筑節能領域，太陽能是一種備受青睞的清潔能源。然而，太陽能本身的不穩定性及不連續性極大的影響了其應用效果。相變儲能技術以其巨大的相變潛熱、相變過程溫度恒定等優點受到廣泛關注，是太陽能存儲技術中應用較為廣泛的一種技術。為總結相變儲能技術在太陽能存儲領域的應用效果及研究現狀，本文綜述了國內外基于相變儲能材料（PCM）的太陽能儲能水箱的研究進展。通過對太陽能相變儲能水箱中PCM的性能改進、相變儲能水箱結構優化設計、相變儲能水箱性能提升等問題的現有研究進行總結分析，歸納出目前基于PCM儲能的太陽能儲能水箱在應用中的優勢與不足。最后，提出改善太陽能相變儲能水箱性能的研究思路，分別對PCM的融化率、強化傳熱方法、技術經濟性、儲能水箱應用場景、多能耦合供熱性能匹配等問題進行了展望，旨在為太陽能相變儲能水箱的深入研究與應用提供幫助和借鑒。
在建筑節能領域，太陽能是一種備受青睞的清潔能源。然而，太陽能本身的不穩定性及不連續性極大的影響了其應用效果。相變儲能技術以其巨大的相變潛熱、相變過程溫度恒定等優點受到廣泛關注，是太陽能存儲技術中應用較為廣泛的一種技術。為總結相變儲能技術在太陽能存儲領域的應用效果及研究現狀，本文綜述了國內外基于相變儲能材料（PCM）的太陽能儲能水箱的研究進展。通過對太陽能相變儲能水箱中PCM的性能改進、相變儲能水箱結構優化設計、相變儲能水箱性能提升等問題的現有研究進行總結分析，歸納出目前基于PCM儲能的太陽能儲能水箱在應用中的優勢與不足。最后，提出改善太陽能相變儲能水箱性能的研究思路，分別對PCM的融化率、強化傳熱方法、技術經濟性、儲能水箱應用場景、多能耦合供熱性能匹配等問題進行了展望，旨在為太陽能相變儲能水箱的深入研究與應用提供幫助和借鑒。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.29.002
摘要:
面向未來5G和衛星網構成的空地高通量互聯場景，為實現飛機著陸風險提前預警。首先基于統計與模型，建立了一套以多源運行實時數據為主，融合歷史統計和專家知識的著陸預警體系；然后，針對現有研究計算結果滯后問題，先通過對ARJ21飛機著陸過程快速存取記錄器（QAR）數據的聚類分析，將飛行員著陸操作模式分為4類，進而構建基于決策場理論的飛行員著陸操作模式預測模型，計算并討論不同場景下、不同個性飛行員的著陸模式選擇；在上述基礎上，針對著陸過程的復雜性和不確定性，提出一種分層計算的置信規則庫推理方法，融合定性與定量信息實現著陸動態風險評估和預警。最后，通過對“2020.10.16攀枝花跑道外接地事件”和“2010.8.2伊春空難”著陸過程的風險推理驗證了預警方法的有效性，其中攀枝花事件提前預警時間可達13 s。
面向未來5G和衛星網構成的空地高通量互聯場景，為實現飛機著陸風險提前預警。首先基于統計與模型，建立了一套以多源運行實時數據為主，融合歷史統計和專家知識的著陸預警體系；然后，針對現有研究計算結果滯后問題，先通過對ARJ21飛機著陸過程快速存取記錄器（QAR）數據的聚類分析，將飛行員著陸操作模式分為4類，進而構建基于決策場理論的飛行員著陸操作模式預測模型，計算并討論不同場景下、不同個性飛行員的著陸模式選擇；在上述基礎上，針對著陸過程的復雜性和不確定性，提出一種分層計算的置信規則庫推理方法，融合定性與定量信息實現著陸動態風險評估和預警。最后，通過對“2020.10.16攀枝花跑道外接地事件”和“2010.8.2伊春空難”著陸過程的風險推理驗證了預警方法的有效性，其中攀枝花事件提前預警時間可達13 s。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.24.001
摘要:
近十年來，研究人員從飛行生物的飛行機理著手分析，對撲翼飛行機器人的姿態控制、位置控制設計以及系統穩定性分析展開了深入研究，基于魯棒控制、神經網絡等技術，提出了諸多控制方法實現撲翼飛行機器人的自主飛行，其中，姿態控制通過自適應等控制器并結合線性化方法來實現，位置控制則通過搭建層級架構的控制器等方法來完成，并通過設計擾動觀測器等來處理系統的不確定性，以提高系統穩定性能。通過對相關研究工作進行總結，可以看出目前撲翼飛行機器人的飛行控制研究仍大多處于理論階段，還需要進一步結合工程應用中的實際需求，推進撲翼飛行機器人的應用與推廣。最后，探討了撲翼飛行機器人飛行控制未來的研究方向。
近十年來，研究人員從飛行生物的飛行機理著手分析，對撲翼飛行機器人的姿態控制、位置控制設計以及系統穩定性分析展開了深入研究，基于魯棒控制、神經網絡等技術，提出了諸多控制方法實現撲翼飛行機器人的自主飛行，其中，姿態控制通過自適應等控制器并結合線性化方法來實現，位置控制則通過搭建層級架構的控制器等方法來完成，并通過設計擾動觀測器等來處理系統的不確定性，以提高系統穩定性能。通過對相關研究工作進行總結，可以看出目前撲翼飛行機器人的飛行控制研究仍大多處于理論階段，還需要進一步結合工程應用中的實際需求，推進撲翼飛行機器人的應用與推廣。最后，探討了撲翼飛行機器人飛行控制未來的研究方向。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.07.21.001
摘要:
微合金化與熱處理工藝是提升鋼材性能最主要的兩種方法。本文以DH980高強鋼中NbC析出相為對象，研究了鈮含量分別為210 × 10–6、430 × 10–6和690 × 10–6和熱處理溫度分別為1000、1100、1200和1300 ℃的條件下，高強鋼中NbC析出相的析出行為。使用高溫硅鉬爐熔煉DH980連鑄坯并添加不同Nb含量進行鈮合金化，再將所得水冷樣置于硅鉬爐中完成不同溫度下的熱處理實驗，然后使用夾雜物自動掃描電鏡對實驗樣品進行夾雜物掃描、統計。經分析，鈮微合金化后的高強鋼中主要的夾雜物為Al2O3、MnS和NbC，其中，NbC析出相的尺寸范圍為0.7～6.0 μm，而1.0～2.0 μm尺寸的NbC居多。使用Factsage熱力學計算軟件計算NbC析出溫度及析出量，隨著鋼中鈮含量從210 × 10–6增加至690 × 10–6，NbC析出相的最高析出溫度逐漸升高，分別為1125、1200和1260 ℃，NbC析出率（NbC質量與所有夾雜物質量的比值）也逐漸從0.023%增加至0.047%、0.076%。MnS的析出溫度為1450 ℃，不隨Nb含量的變化而變化。鋼中NbC析出量隨著鈮含量的增加而增加，也隨著熱處理溫度的升高而增加。當熱處理溫度為1300 ℃時，NbC出現回溶現象，導致析出量減少。NbC尺寸主要與初始Nb含量、熱處理溫度、保溫時間有關，NbC尺寸會隨著Nb含量、熱處理溫度、保溫時間的提高而增加。本研究中建立了高強鋼中NbC析出動力學模型，預測了鋼中鈮含量、熱處理溫度、熱處理時間對NbC析出相尺寸的影響。
微合金化與熱處理工藝是提升鋼材性能最主要的兩種方法。本文以DH980高強鋼中NbC析出相為對象，研究了鈮含量分別為210 × 10–6、430 × 10–6和690 × 10–6和熱處理溫度分別為1000、1100、1200和1300 ℃的條件下，高強鋼中NbC析出相的析出行為。使用高溫硅鉬爐熔煉DH980連鑄坯并添加不同Nb含量進行鈮合金化，再將所得水冷樣置于硅鉬爐中完成不同溫度下的熱處理實驗，然后使用夾雜物自動掃描電鏡對實驗樣品進行夾雜物掃描、統計。經分析，鈮微合金化后的高強鋼中主要的夾雜物為Al2O3、MnS和NbC，其中，NbC析出相的尺寸范圍為0.7～6.0 μm，而1.0～2.0 μm尺寸的NbC居多。使用Factsage熱力學計算軟件計算NbC析出溫度及析出量，隨著鋼中鈮含量從210 × 10–6增加至690 × 10–6，NbC析出相的最高析出溫度逐漸升高，分別為1125、1200和1260 ℃，NbC析出率（NbC質量與所有夾雜物質量的比值）也逐漸從0.023%增加至0.047%、0.076%。MnS的析出溫度為1450 ℃，不隨Nb含量的變化而變化。鋼中NbC析出量隨著鈮含量的增加而增加，也隨著熱處理溫度的升高而增加。當熱處理溫度為1300 ℃時，NbC出現回溶現象，導致析出量減少。NbC尺寸主要與初始Nb含量、熱處理溫度、保溫時間有關，NbC尺寸會隨著Nb含量、熱處理溫度、保溫時間的提高而增加。本研究中建立了高強鋼中NbC析出動力學模型，預測了鋼中鈮含量、熱處理溫度、熱處理時間對NbC析出相尺寸的影響。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.08.15.005
摘要:
采用紅砂巖制作中心直裂紋半圓盤彎曲試樣（Notched semi-circular bend, NSCB），設置不同的負溫溫度對巖石試樣預處理，隨后利用改進后的分離式霍普金森桿（SHPB）實驗系統開展動態試驗。結果表明：巖石的斷裂韌度存在明顯的加載率效應，斷裂韌度試驗值隨加載率的增加近似呈指數型增大；當加載率一定時，巖石斷裂韌度由常溫進入負溫后先緩慢后快速增加，在–20 ℃時達到最大值，隨著溫度進一步降低，巖石斷裂韌度快速減小。進一步對巖石破裂過程分析發現，不同溫度下巖石的斷裂過程基本一致，且裂紋擴展速度受溫度影響較小。基于巖石斷面的掃描電子顯微鏡結果分析巖石斷裂模式為：負溫下紅砂巖的斷裂以沿晶破裂和膠結物的撕裂為主，伴有少量的穿晶破裂現象，同時當溫度降低至–25 ℃時，巖石內部微裂隙數量明顯增多，說明負溫對巖石具有劣化作用。最后探討了溫度對巖石內部結構的影響機制，對分析巖石斷裂特性的低溫效應具有一定參考意義。
采用紅砂巖制作中心直裂紋半圓盤彎曲試樣（Notched semi-circular bend, NSCB），設置不同的負溫溫度對巖石試樣預處理，隨后利用改進后的分離式霍普金森桿（SHPB）實驗系統開展動態試驗。結果表明：巖石的斷裂韌度存在明顯的加載率效應，斷裂韌度試驗值隨加載率的增加近似呈指數型增大；當加載率一定時，巖石斷裂韌度由常溫進入負溫后先緩慢后快速增加，在–20 ℃時達到最大值，隨著溫度進一步降低，巖石斷裂韌度快速減小。進一步對巖石破裂過程分析發現，不同溫度下巖石的斷裂過程基本一致，且裂紋擴展速度受溫度影響較小。基于巖石斷面的掃描電子顯微鏡結果分析巖石斷裂模式為：負溫下紅砂巖的斷裂以沿晶破裂和膠結物的撕裂為主，伴有少量的穿晶破裂現象，同時當溫度降低至–25 ℃時，巖石內部微裂隙數量明顯增多，說明負溫對巖石具有劣化作用。最后探討了溫度對巖石內部結構的影響機制，對分析巖石斷裂特性的低溫效應具有一定參考意義。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.18.001
摘要:
為了解決智能制造領域中云化控制與視覺分選應用相結合的問題，提出了基于深度學習的云化可編程邏輯控制器（Programmable logic controller，PLC）物料識別與定位系統，并在端到端5G與時間敏感網絡（Time sensitive networking，TSN）傳輸網絡環境下，實現了對云化PLC架構和控制功能有效性的驗證。首先，將傳統PLC系統控制功能容器虛擬化，實現PLC的本地和云端自由部署；其次，在云端設計人工智能學習平臺，采用基于You only look once v5 （YOLOv5）的目標檢測算法實現物料的定位和分類，獲取目標的像素坐標和類別信息；然后，利用相機標定方法把像素坐標轉換成物理世界坐標，并將目標類別、坐標、時間戳信息傳輸到云化PLC；最后，在5G和TSN融合網絡環境下，實現云化PLC對天車設備的實時控制與復雜計算功能整合。結果表明，該系統能夠有效的對多天車進行協同控制，物料定位均值平均精度（Mean average precision，mAP）達到99.65%，分選準確率達到96.67%，平均消耗時間225.99 s，滿足工業低時延、高精度的視覺分選需求。
為了解決智能制造領域中云化控制與視覺分選應用相結合的問題，提出了基于深度學習的云化可編程邏輯控制器（Programmable logic controller，PLC）物料識別與定位系統，并在端到端5G與時間敏感網絡（Time sensitive networking，TSN）傳輸網絡環境下，實現了對云化PLC架構和控制功能有效性的驗證。首先，將傳統PLC系統控制功能容器虛擬化，實現PLC的本地和云端自由部署；其次，在云端設計人工智能學習平臺，采用基于You only look once v5 （YOLOv5）的目標檢測算法實現物料的定位和分類，獲取目標的像素坐標和類別信息；然后，利用相機標定方法把像素坐標轉換成物理世界坐標，并將目標類別、坐標、時間戳信息傳輸到云化PLC；最后，在5G和TSN融合網絡環境下，實現云化PLC對天車設備的實時控制與復雜計算功能整合。結果表明，該系統能夠有效的對多天車進行協同控制，物料定位均值平均精度（Mean average precision，mAP）達到99.65%，分選準確率達到96.67%，平均消耗時間225.99 s，滿足工業低時延、高精度的視覺分選需求。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.03.15.003
摘要:
效益最大化是國際石油公司生產經營的永恒主題，油氣產量是效益實現的載體，提高效益產量則是海外資產保值增值的必然途徑. 針對目前國內公司對于海外項目開展提質增效的一系列做法，亟待建立一套能夠兼容油價震蕩、適應海外項目，并滿足不同需求的綜合效益產量決策方法，助力海外項目提質增效. 針對海外項目不同于國內項目的特點，分析了礦稅制、產量分成、服務合同等不同油氣項目合同模式下的效益實現特點及策略；并基于國內外調研分析，建立了一套不同效益條件（成本、產量等指標浮動）下的海外項目效益產量評價邏輯框架，以整體邊際效益、現金流、利潤優化目標為決策點，指導效益配產，實現資產增值保值；在兼顧收益性與風險性的基礎上，創建全效益多維度效益產量決策模型并設計求解算法，在滿足石油公司的投資、成本等多種約束條件下，考慮產量、利潤、風險等多個決策目標，給出海外油氣田項目開發的全維度最優決策區間，即帕累托解集. 將創建的模型應用于海外油田具體案例，給出一定決策目標下的帕累托效益最優決策區間，并對解集中的每個解進行深度分析比選，提出按不同決策偏好選取不同的對應解，從而滿足效益經營決策的客觀性及科學性. 最后考慮不確定性因素的影響，分情景對方案產量、油價、成本及投資等的不確定性進行分析，取得較好的應用效果，為制定海外油田效益產量優化方案、資產保值增值提供可靠的決策支持.
效益最大化是國際石油公司生產經營的永恒主題，油氣產量是效益實現的載體，提高效益產量則是海外資產保值增值的必然途徑. 針對目前國內公司對于海外項目開展提質增效的一系列做法，亟待建立一套能夠兼容油價震蕩、適應海外項目，并滿足不同需求的綜合效益產量決策方法，助力海外項目提質增效. 針對海外項目不同于國內項目的特點，分析了礦稅制、產量分成、服務合同等不同油氣項目合同模式下的效益實現特點及策略；并基于國內外調研分析，建立了一套不同效益條件（成本、產量等指標浮動）下的海外項目效益產量評價邏輯框架，以整體邊際效益、現金流、利潤優化目標為決策點，指導效益配產，實現資產增值保值；在兼顧收益性與風險性的基礎上，創建全效益多維度效益產量決策模型并設計求解算法，在滿足石油公司的投資、成本等多種約束條件下，考慮產量、利潤、風險等多個決策目標，給出海外油氣田項目開發的全維度最優決策區間，即帕累托解集. 將創建的模型應用于海外油田具體案例，給出一定決策目標下的帕累托效益最優決策區間，并對解集中的每個解進行深度分析比選，提出按不同決策偏好選取不同的對應解，從而滿足效益經營決策的客觀性及科學性. 最后考慮不確定性因素的影響，分情景對方案產量、油價、成本及投資等的不確定性進行分析，取得較好的應用效果，為制定海外油田效益產量優化方案、資產保值增值提供可靠的決策支持.
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.17.004
摘要:
隨著獲取點云數據成本下降以及GPU算力的提高，眾多三維視覺場景如自動駕駛、工業控制、MR/XR對三維語義分割的需求日益旺盛，這進一步推動了深度學習模型在三維點云語義分割任務中的發展。近期，深度學習模型在網絡架構上持續創新，如RandLA-Net 和Point Transformer，并突破性地以更低的計算成本提高了分割準確率，但已有的三維點云語義分割綜述介紹的研究工作包含大量早期以及被舍棄的方法，沒有系統地整理這些新型高效的方法，不能很好地體現研究現狀。此外，這部分綜述以輸入網絡的不同數據類型分類各點云語義分割方法，不能有效地體現各方法的演進關系，也不利于對比不同方法的分割性能。針對以上問題，本文面向近3年的研究成果和最新的研究進展，重點歸納了三維點云語義分割中基于不同網絡架構的方法、面臨的挑戰及潛在研究方向，并從3個層面對三維點云語義分割進行了系統地綜述。通過本文，讀者可以較系統地了解三維點云語義分割的數據獲取方式、常見數據集及模型的評價指標，對比基于不同網絡架構的三維點云語義分割方法的發展過程、分割性能和優缺點，并進一步認識三維點云語義分割現存的挑戰和潛在的研究方向。
隨著獲取點云數據成本下降以及GPU算力的提高，眾多三維視覺場景如自動駕駛、工業控制、MR/XR對三維語義分割的需求日益旺盛，這進一步推動了深度學習模型在三維點云語義分割任務中的發展。近期，深度學習模型在網絡架構上持續創新，如RandLA-Net 和Point Transformer，并突破性地以更低的計算成本提高了分割準確率，但已有的三維點云語義分割綜述介紹的研究工作包含大量早期以及被舍棄的方法，沒有系統地整理這些新型高效的方法，不能很好地體現研究現狀。此外，這部分綜述以輸入網絡的不同數據類型分類各點云語義分割方法，不能有效地體現各方法的演進關系，也不利于對比不同方法的分割性能。針對以上問題，本文面向近3年的研究成果和最新的研究進展，重點歸納了三維點云語義分割中基于不同網絡架構的方法、面臨的挑戰及潛在研究方向，并從3個層面對三維點云語義分割進行了系統地綜述。通過本文，讀者可以較系統地了解三維點云語義分割的數據獲取方式、常見數據集及模型的評價指標，對比基于不同網絡架構的三維點云語義分割方法的發展過程、分割性能和優缺點，并進一步認識三維點云語義分割現存的挑戰和潛在的研究方向。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.08.07.001
摘要:
鋼鐵企業煙氣脫硝廢催化劑（危廢）產生量逐年增加，加強對此類廢催化劑的有效處置與利用已成為行業急需解決的關鍵共性難題。本研究首次提出了將廢催化劑添加到球團原料中制備含鈦球團利用的新路徑。將含廢催化劑球團和市場普通含鈦球團的制備過程及冶金性能進行對比研究。結果表明：球團原料中添加質量分數5.0%的廢催化劑可以顯著提高生球綜合性能指標，且明顯優于以釩鈦磁鐵礦制備的普通含鈦球團。球團焙燒后，含廢催化劑球團平均抗壓強度為3083 N，高于普通含鈦球團的2630 N含廢催化劑球團固結機理表明，廢催化劑中TiO2與鐵氧化物反應形成Fe2TiO5相粘結，部分未反應TiO2會降低球團抗壓強度。兩種含鈦球團冶金性能與普通氧化球團基本相同，說明含廢催化劑球團可以用于高爐護爐冶煉使用。本研究有望為鋼鐵企業煙氣脫硝產生的廢催化劑在企業內部資源化利用提供新思路。
鋼鐵企業煙氣脫硝廢催化劑（危廢）產生量逐年增加，加強對此類廢催化劑的有效處置與利用已成為行業急需解決的關鍵共性難題。本研究首次提出了將廢催化劑添加到球團原料中制備含鈦球團利用的新路徑。將含廢催化劑球團和市場普通含鈦球團的制備過程及冶金性能進行對比研究。結果表明：球團原料中添加質量分數5.0%的廢催化劑可以顯著提高生球綜合性能指標，且明顯優于以釩鈦磁鐵礦制備的普通含鈦球團。球團焙燒后，含廢催化劑球團平均抗壓強度為3083 N，高于普通含鈦球團的2630 N含廢催化劑球團固結機理表明，廢催化劑中TiO2與鐵氧化物反應形成Fe2TiO5相粘結，部分未反應TiO2會降低球團抗壓強度。兩種含鈦球團冶金性能與普通氧化球團基本相同，說明含廢催化劑球團可以用于高爐護爐冶煉使用。本研究有望為鋼鐵企業煙氣脫硝產生的廢催化劑在企業內部資源化利用提供新思路。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.08.16.004
摘要:
開展了一系列靜態三軸剪切試驗，研究了不同初始條件（圍壓、密實度）以及不同試驗條件（剪切速率、排水條件）對黃河泥沙靜力強度以及變形特性的影響，得到了黃河泥沙的應力應變曲線發展規律，以及應力路徑、抗剪強度包線、應力比曲線和不同特征狀態下的內摩擦角分布、初始剪切模量以及極限偏應力等指標。結果表明：黃河泥沙的抗剪強度對圍壓、密實度以及排水條件更為敏感，具體而言，峰值強度、臨界強度均隨著圍壓與密實度的提高而增大，不排水條件下的抗剪強度大于排水條件；不排水條件下孔壓的發展與排水條件下的剪脹特性具有對照關系，但孔壓較剪脹特性發展得更為迅速，并且得到黃河泥沙的特征狀態內摩擦角分布區間介于22.6°到38.1°之間。本研究可以為黃河泥沙在路基工程中的資源化利用提供數據和理論參考。
開展了一系列靜態三軸剪切試驗，研究了不同初始條件（圍壓、密實度）以及不同試驗條件（剪切速率、排水條件）對黃河泥沙靜力強度以及變形特性的影響，得到了黃河泥沙的應力應變曲線發展規律，以及應力路徑、抗剪強度包線、應力比曲線和不同特征狀態下的內摩擦角分布、初始剪切模量以及極限偏應力等指標。結果表明：黃河泥沙的抗剪強度對圍壓、密實度以及排水條件更為敏感，具體而言，峰值強度、臨界強度均隨著圍壓與密實度的提高而增大，不排水條件下的抗剪強度大于排水條件；不排水條件下孔壓的發展與排水條件下的剪脹特性具有對照關系，但孔壓較剪脹特性發展得更為迅速，并且得到黃河泥沙的特征狀態內摩擦角分布區間介于22.6°到38.1°之間。本研究可以為黃河泥沙在路基工程中的資源化利用提供數據和理論參考。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.12.28.002
摘要:
極化SAR艦船檢測是極化SAR系統的重要應用之一，現有的極化SAR艦船檢測方法在具有強背景雜波的條件下容易將強雜波誤檢為目標，造成虛警；在多尺度艦船檢測情況下小尺寸的艦船容易淹沒在背景雜波中，造成小尺寸目標的漏檢。針對上述問題，本文提出一種基于超像素與稀疏重構顯著性的極化SAR艦船檢測方法。該方法首先用超像素分割方法將大幅的極化SAR場景圖像分割，在超像素級別上使用稀疏重構顯著性方法保留含有艦船目標的超像素，再在這些保留下來的超像素中逐像素使用稀疏重構顯著性檢測方法，得到最終的艦船檢測結果。本文選取強雜波場景和多尺度艦船檢測場景的兩個場景的ALOS-2衛星極化SAR數據進行對比實驗，實驗結果表明，本文方法在強雜波場景下品質因數達到94.87%，在多尺度艦船檢測場景下品質因數達到94.05%。
極化SAR艦船檢測是極化SAR系統的重要應用之一，現有的極化SAR艦船檢測方法在具有強背景雜波的條件下容易將強雜波誤檢為目標，造成虛警；在多尺度艦船檢測情況下小尺寸的艦船容易淹沒在背景雜波中，造成小尺寸目標的漏檢。針對上述問題，本文提出一種基于超像素與稀疏重構顯著性的極化SAR艦船檢測方法。該方法首先用超像素分割方法將大幅的極化SAR場景圖像分割，在超像素級別上使用稀疏重構顯著性方法保留含有艦船目標的超像素，再在這些保留下來的超像素中逐像素使用稀疏重構顯著性檢測方法，得到最終的艦船檢測結果。本文選取強雜波場景和多尺度艦船檢測場景的兩個場景的ALOS-2衛星極化SAR數據進行對比實驗，實驗結果表明，本文方法在強雜波場景下品質因數達到94.87%，在多尺度艦船檢測場景下品質因數達到94.05%。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.07.24.005
摘要:
深度學習技術的長足發展與數據算力的快速提升，極大地增加了各種結構圖神經網絡優化和實現的可行性，使得圖結構數據的表示研究工作取得極大進展。已有的圖神經網絡方法主要關注圖節點之間全局信息的傳遞，理論上可證明其強大的信息表示能力。然而，面向局部拓撲具有特殊語義的圖結構數據表示時，這些通用方法缺乏靈活的局部結構表示機制，例如化學反應中組成分子的局部結構—官能團，其通常能夠決定化學分子性質并且參與化學反應過程。進一步挖掘這些局部結構的信息對基于圖表示的各類任務都是非常重要的，為此提出一個利用變分卷積推斷局部拓撲結構的圖表示方法，不僅考慮圖節點在全局結構上的關系推理與信息傳遞，還基于變分推斷自適應地學習圖數據的局部拓撲結構，利用卷積操作對局部結構進行編碼，從而進一步提高圖神經網絡的表達能力。本文工作在多個圖結構數據集上進行實驗，實驗結果表明利用局部結構信息可以有效提升圖神經網絡在基于圖的相關任務上的性能。
深度學習技術的長足發展與數據算力的快速提升，極大地增加了各種結構圖神經網絡優化和實現的可行性，使得圖結構數據的表示研究工作取得極大進展。已有的圖神經網絡方法主要關注圖節點之間全局信息的傳遞，理論上可證明其強大的信息表示能力。然而，面向局部拓撲具有特殊語義的圖結構數據表示時，這些通用方法缺乏靈活的局部結構表示機制，例如化學反應中組成分子的局部結構—官能團，其通常能夠決定化學分子性質并且參與化學反應過程。進一步挖掘這些局部結構的信息對基于圖表示的各類任務都是非常重要的，為此提出一個利用變分卷積推斷局部拓撲結構的圖表示方法，不僅考慮圖節點在全局結構上的關系推理與信息傳遞，還基于變分推斷自適應地學習圖數據的局部拓撲結構，利用卷積操作對局部結構進行編碼，從而進一步提高圖神經網絡的表達能力。本文工作在多個圖結構數據集上進行實驗，實驗結果表明利用局部結構信息可以有效提升圖神經網絡在基于圖的相關任務上的性能。
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doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.10.22.001
摘要:
離線強化學習利用預先收集的專家數據或其他經驗數據，在不與環境交互的情況下離線學習動作策略。與在線強化學習相比，離線強化學習具有樣本效率高、交互成本低的優勢。強化學習中通常使用Q值估計函數或Q值估計網絡表示狀態?動作的價值。因無法通過與環境交互及時修正Q值估計誤差，離線強化學習往往面臨外推誤差嚴重、樣本利用率低的問題。為此，提出基于時間差分誤差的離線強化學習采樣方法，使用時間差分誤差作為樣本優先采樣的優先度度量，通過使用優先采樣和標準采樣相結合的采樣方式，提升離線強化學習的采樣效率并緩解分布外誤差問題。同時，在使用雙Q值估計網絡的基礎上，根據目標網絡的不同計算方法，比較了3種時間差分誤差度量所對應的算法的性能。此外，為消除因使用優先經驗回放機制的偏好采樣產生的訓練偏差，使用了重要性采樣機制。通過在強化學習公測數據集——深度數據驅動強化學習數據集上與已有研究成果相比，基于時間差分誤差的離線強化學習采樣方法在最終性能、數據效率和訓練穩定性上均有更好的表現。消融實驗表明，優先采樣和標準采樣相結合的采樣方式對算法性能的發揮至關重要，同時，使用最小化雙目標Q值估計的時間差分誤差優先度度量所對應的算法，在多個任務上具有最優的性能。基于時間差分誤差的離線強化學習采樣方法可與任何基于Q值估計的離線強化學習方法結合，具有性能穩定、實現簡單、可擴展性強的特點。
離線強化學習利用預先收集的專家數據或其他經驗數據，在不與環境交互的情況下離線學習動作策略。與在線強化學習相比，離線強化學習具有樣本效率高、交互成本低的優勢。強化學習中通常使用Q值估計函數或Q值估計網絡表示狀態?動作的價值。因無法通過與環境交互及時修正Q值估計誤差，離線強化學習往往面臨外推誤差嚴重、樣本利用率低的問題。為此，提出基于時間差分誤差的離線強化學習采樣方法，使用時間差分誤差作為樣本優先采樣的優先度度量，通過使用優先采樣和標準采樣相結合的采樣方式，提升離線強化學習的采樣效率并緩解分布外誤差問題。同時，在使用雙Q值估計網絡的基礎上，根據目標網絡的不同計算方法，比較了3種時間差分誤差度量所對應的算法的性能。此外，為消除因使用優先經驗回放機制的偏好采樣產生的訓練偏差，使用了重要性采樣機制。通過在強化學習公測數據集——深度數據驅動強化學習數據集上與已有研究成果相比，基于時間差分誤差的離線強化學習采樣方法在最終性能、數據效率和訓練穩定性上均有更好的表現。消融實驗表明，優先采樣和標準采樣相結合的采樣方式對算法性能的發揮至關重要，同時，使用最小化雙目標Q值估計的時間差分誤差優先度度量所對應的算法，在多個任務上具有最優的性能。基于時間差分誤差的離線強化學習采樣方法可與任何基于Q值估計的離線強化學習方法結合，具有性能穩定、實現簡單、可擴展性強的特點。
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2023, 45(9): 1425-1440.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.01.10.005
摘要:
巷道、采場等地下開挖空間周邊圍巖的次生結構面發育，巖體極易被切割成多個獨立巖塊，并在準靜態地應力或外界動力擾動作用下發生滑動冒落。針對準靜態條件下的頂板失穩冒落問題，研究的重點在于結構面的擴展分析以及塊體系統的受力平衡條件分析。對于動態擾動條件下的頂板巖塊滑動失穩問題，不僅涉及到應力波促進下的裂隙擴展問題，還與塊體系統中應力波的傳播規律和應力波影響下巖塊動態受力條件有關。本文分別從靜態條件下與動態擾動條件下兩個方面總結了頂板巖塊穩定性相關研究。目前針對靜態條件下的頂板塊體穩定性研究已經形成了諸多較為成熟的理論體系；而對于動態擾動條件下的塊體穩定性的研究主要還是集中于塊體系統內部應力波傳播過程的分析，忽略了對頂板巖體受擾過程中裂隙擴展和應力失衡的分析。因此，針對頂板巖塊動態失穩問題的研究尚不能揭示冒落機理，而該研究的難點在于“揭示動態擾動誘發塊體失穩的本質機理”。最后，介紹了課題組針對動態擾動下頂板塊體滑動失穩問題開展的一系列實驗與數值模擬研究，揭示了不同方向動態擾動作用誘發頂板塊體滑動失穩的機理，為地下礦山冒頂災害的防控提供一定的理論參考。
巷道、采場等地下開挖空間周邊圍巖的次生結構面發育，巖體極易被切割成多個獨立巖塊，并在準靜態地應力或外界動力擾動作用下發生滑動冒落。針對準靜態條件下的頂板失穩冒落問題，研究的重點在于結構面的擴展分析以及塊體系統的受力平衡條件分析。對于動態擾動條件下的頂板巖塊滑動失穩問題，不僅涉及到應力波促進下的裂隙擴展問題，還與塊體系統中應力波的傳播規律和應力波影響下巖塊動態受力條件有關。本文分別從靜態條件下與動態擾動條件下兩個方面總結了頂板巖塊穩定性相關研究。目前針對靜態條件下的頂板塊體穩定性研究已經形成了諸多較為成熟的理論體系；而對于動態擾動條件下的塊體穩定性的研究主要還是集中于塊體系統內部應力波傳播過程的分析，忽略了對頂板巖體受擾過程中裂隙擴展和應力失衡的分析。因此，針對頂板巖塊動態失穩問題的研究尚不能揭示冒落機理，而該研究的難點在于“揭示動態擾動誘發塊體失穩的本質機理”。最后，介紹了課題組針對動態擾動下頂板塊體滑動失穩問題開展的一系列實驗與數值模擬研究，揭示了不同方向動態擾動作用誘發頂板塊體滑動失穩的機理，為地下礦山冒頂災害的防控提供一定的理論參考。
2023, 45(9): 1441-1449.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.08.04.003
摘要:
邊坡巖體在地震、長期降雨或施工擾動等影響因素的強烈作用下，穩定巖體逐漸演化成危巖體，基巖開始分離而導致穩定性不斷下降，隨之發生下滑破壞，是威脅工程施工運維安全的主要隱患之一。單一的穩定性系數只能判斷破壞是否發生，而無法識別巖體由穩定階段至分離階段這一變化，也就難以實現危巖體的定量力學判識。通過引入黏結穩定性系數，對潛在滑動面黏聚力及其抗滑占比進行了分析，以期實現滑移型危巖體穩定階段、分離階段和破壞階段的動態考量。當黏結穩定性系數小于1，黏聚力抗滑占比小于結構面長期強度與破壞強度的比值時，即可判定為危巖體。實驗結果得出，單一的穩定性系數無法有效識別A8危巖體，而黏結穩定性系數的引入則從力學角度實現了A8危巖體的定量評價。此外現場案例研究表明，基于雙力學指標的滑移型危巖體判識方法可以提供相對客觀統一的判識結果，有效區分了重慶三峽等地區穩定性系數在1.2附近的滑移型危巖體，提高了傳統力學識別方法的準確率與科學性，為我國地質災害高風險地區更好地應對滑移型崩塌災害提供新的技術支持。
邊坡巖體在地震、長期降雨或施工擾動等影響因素的強烈作用下，穩定巖體逐漸演化成危巖體，基巖開始分離而導致穩定性不斷下降，隨之發生下滑破壞，是威脅工程施工運維安全的主要隱患之一。單一的穩定性系數只能判斷破壞是否發生，而無法識別巖體由穩定階段至分離階段這一變化，也就難以實現危巖體的定量力學判識。通過引入黏結穩定性系數，對潛在滑動面黏聚力及其抗滑占比進行了分析，以期實現滑移型危巖體穩定階段、分離階段和破壞階段的動態考量。當黏結穩定性系數小于1，黏聚力抗滑占比小于結構面長期強度與破壞強度的比值時，即可判定為危巖體。實驗結果得出，單一的穩定性系數無法有效識別A8危巖體，而黏結穩定性系數的引入則從力學角度實現了A8危巖體的定量評價。此外現場案例研究表明，基于雙力學指標的滑移型危巖體判識方法可以提供相對客觀統一的判識結果，有效區分了重慶三峽等地區穩定性系數在1.2附近的滑移型危巖體，提高了傳統力學識別方法的準確率與科學性，為我國地質災害高風險地區更好地應對滑移型崩塌災害提供新的技術支持。
2023, 45(9): 1450-1458.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.17.003
摘要:
膨潤土是球團礦生產過程中的主要粘結劑，能顯著改善原料成球性、提升球團質量，但較高的SiO2和Al2O3含量會造成煉鐵生產渣量增加。添加少量有機粘結劑替代部分膨潤土已成為改善球團性能的必要手段。本文考察了有機粘結劑P替代部分膨潤土對球團高溫強度的影響，結合激光閃射法和熱重法（TG）研究了有機粘結劑對磁鐵礦球團內部結構及傳熱、傳質的影響。結果表明，復合粘結劑可以替代部分膨潤土，適量有機組分的增加有利于預熱球、焙燒球強度的提升和球團的氧化。主要原因是有機粘結劑P經過高溫后熱解，并在球團內部形成適量孔隙，球團熱傳導系數降低，內部升溫梯度減緩，避免了球團表層因過快氧化結晶而形成致密的氧化層。同時，細小的孔隙有利于氧氣進入球團內部，促進Fe3O4氧化成Fe2O3，氧化分數\begin{document}$ f $\end{document} ![]()
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膨潤土是球團礦生產過程中的主要粘結劑，能顯著改善原料成球性、提升球團質量，但較高的SiO2和Al2O3含量會造成煉鐵生產渣量增加。添加少量有機粘結劑替代部分膨潤土已成為改善球團性能的必要手段。本文考察了有機粘結劑P替代部分膨潤土對球團高溫強度的影響，結合激光閃射法和熱重法（TG）研究了有機粘結劑對磁鐵礦球團內部結構及傳熱、傳質的影響。結果表明，復合粘結劑可以替代部分膨潤土，適量有機組分的增加有利于預熱球、焙燒球強度的提升和球團的氧化。主要原因是有機粘結劑P經過高溫后熱解，并在球團內部形成適量孔隙，球團熱傳導系數降低，內部升溫梯度減緩，避免了球團表層因過快氧化結晶而形成致密的氧化層。同時，細小的孔隙有利于氧氣進入球團內部，促進Fe3O4氧化成Fe2O3，氧化分數
2023, 45(9): 1459-1469.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.10.24.006
摘要:
分析了間隙原子C、N、O、B對高熵合金組織和性能的影響；總結了四種間隙原子含量及其產生的固溶強化、晶粒細化、第二相強化作用對高熵合金組織及性能等方面影響，大量的研究表明，在高熵合金體系中摻雜間隙原子不僅可以調控相結構組成（促進/抑制相變，析出第二相顆粒），還可以改變其形變機制（TWIP、TRIP效應）以實現材料的強韌化。其有效利用既可以拓寬高熵合金的設計思路，也可以有效降低航空材料的制備成本。最后提出了含間隙原子的高強高韌高熵合金組織結構設計研究的新方向：（1）了解不同類型高熵合金的摻雜機理，建立更適合高熵合金體系的固溶強化模型；（2）找出合適的間隙原子及其摻雜量來調節高熵合金微觀結構和力學性能。研究設計摻雜不同間隙原子的高熵合金有望揭示不同間隙原子對其相結構、形變機制和力學性能的影響，具有重要的科學及工程實踐意義。
分析了間隙原子C、N、O、B對高熵合金組織和性能的影響；總結了四種間隙原子含量及其產生的固溶強化、晶粒細化、第二相強化作用對高熵合金組織及性能等方面影響，大量的研究表明，在高熵合金體系中摻雜間隙原子不僅可以調控相結構組成（促進/抑制相變，析出第二相顆粒），還可以改變其形變機制（TWIP、TRIP效應）以實現材料的強韌化。其有效利用既可以拓寬高熵合金的設計思路，也可以有效降低航空材料的制備成本。最后提出了含間隙原子的高強高韌高熵合金組織結構設計研究的新方向：（1）了解不同類型高熵合金的摻雜機理，建立更適合高熵合金體系的固溶強化模型；（2）找出合適的間隙原子及其摻雜量來調節高熵合金微觀結構和力學性能。研究設計摻雜不同間隙原子的高熵合金有望揭示不同間隙原子對其相結構、形變機制和力學性能的影響，具有重要的科學及工程實踐意義。
2023, 45(9): 1470-1481.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.15.002
摘要:
近些年來，隨著全球新能源汽車和智能電子產品市場的逐漸擴大，鋰離子電池數量急劇增加，從保護生態環境和節約資源的角度來看，開展廢舊鋰電池的回收再生研究具有極大的社會和經濟價值。以三元鋰電池為例，介紹了三元鋰電池正極失效原因以及傳統火法冶金和濕法冶金浸出工藝的回收條件、應用現狀和優缺點，綜述了廢舊三元鋰電池濕法冶金浸出后再生和直接再生的研究進展。基于此，特別論述了再生后的三元鋰電池正極材料通過離子摻雜和表面包覆改性升級的創新策略。最后，展望了廢舊三元鋰電池回收再生工藝的發展前景，以期對廢舊鋰電池回收體系的完善提供一定的參考和建議，形成經濟效益好、綠色環保的鋰電池生產—回收閉路循環回收體系。
近些年來，隨著全球新能源汽車和智能電子產品市場的逐漸擴大，鋰離子電池數量急劇增加，從保護生態環境和節約資源的角度來看，開展廢舊鋰電池的回收再生研究具有極大的社會和經濟價值。以三元鋰電池為例，介紹了三元鋰電池正極失效原因以及傳統火法冶金和濕法冶金浸出工藝的回收條件、應用現狀和優缺點，綜述了廢舊三元鋰電池濕法冶金浸出后再生和直接再生的研究進展。基于此，特別論述了再生后的三元鋰電池正極材料通過離子摻雜和表面包覆改性升級的創新策略。最后，展望了廢舊三元鋰電池回收再生工藝的發展前景，以期對廢舊鋰電池回收體系的完善提供一定的參考和建議，形成經濟效益好、綠色環保的鋰電池生產—回收閉路循環回收體系。
2023, 45(9): 1482-1492.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.06.004
摘要:
新能源汽車能夠有效緩解傳統汽車行業對化石燃料的嚴重依賴和全球所面臨的環境問題，是未來發展的必然趨勢。驅動電機作為新能源汽車的動力核心，不僅需要具有優異的磁性能提高能源轉換效率，同時需要具有高強度來抵抗高速運轉時的離心力。然而，無取向硅鋼的強度和磁性能難以兼顧，因此無取向硅鋼力、磁性能的協同調控是新能源汽車驅動電機發展過程中的一個關鍵科學問題。本文綜述了國內外有關高強無取向硅鋼力學性能和磁性能調控的相關研究現狀，分析了不同強化方式對無取向硅鋼磁性能的影響，指出了新能源汽車驅動電機用高強無取向硅鋼力學性能和磁性能協同調控的未來發展趨勢，即多種強化方式共同作用或利用細小彌散的納米共格析出相實現高強無取向硅鋼力、磁性能的最佳匹配，為新能源汽車驅動電機用高強無取向硅鋼的發展提供借鑒。
新能源汽車能夠有效緩解傳統汽車行業對化石燃料的嚴重依賴和全球所面臨的環境問題，是未來發展的必然趨勢。驅動電機作為新能源汽車的動力核心，不僅需要具有優異的磁性能提高能源轉換效率，同時需要具有高強度來抵抗高速運轉時的離心力。然而，無取向硅鋼的強度和磁性能難以兼顧，因此無取向硅鋼力、磁性能的協同調控是新能源汽車驅動電機發展過程中的一個關鍵科學問題。本文綜述了國內外有關高強無取向硅鋼力學性能和磁性能調控的相關研究現狀，分析了不同強化方式對無取向硅鋼磁性能的影響，指出了新能源汽車驅動電機用高強無取向硅鋼力學性能和磁性能協同調控的未來發展趨勢，即多種強化方式共同作用或利用細小彌散的納米共格析出相實現高強無取向硅鋼力、磁性能的最佳匹配，為新能源汽車驅動電機用高強無取向硅鋼的發展提供借鑒。
2023, 45(9): 1493-1508.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.07.18.002
摘要:
開發高性能二次電池材料是緩解能源與環境危機的有效途徑。商業鋰離子電池石墨負極由于理論容量較低且在鈉離子電池中幾乎不顯示容量，無法滿足人類日益增長的能量需求。紅磷由于理論容量高（2596 mA?h?g–1）、氧化/還原電位適宜、地球資源占比豐富以及價格低廉等優點成為堿金屬離子電池研究中的熱點，有望成為商業化大規模儲能系統中應用的負極材料。但是，紅磷在作為負極材料時具有導電性差、體積膨脹大等缺點，導致活性材料利用率低，電極粉化現象嚴重，電極循環穩定性差，嚴重限制了其在二次電池中的商業應用。最近研究表明，通過合理的結構設計可以有效地提高紅磷的電子導電率及結構穩定性，進而改善紅磷負極的循環穩定性和倍率性能，促進紅磷在商業鋰/鈉離子電池中的廣泛應用。本文綜述了近年來納米紅磷負極材料在可控合成方法、結構設計與改性以及性能優化機理上的研究進展。最后，總結了目前紅磷負極材料研究存在的問題，并提出可能的應對策略，對納米紅磷基負極材料未來在電池領域發展前景進行了展望，旨在促進其商業應用。
開發高性能二次電池材料是緩解能源與環境危機的有效途徑。商業鋰離子電池石墨負極由于理論容量較低且在鈉離子電池中幾乎不顯示容量，無法滿足人類日益增長的能量需求。紅磷由于理論容量高（2596 mA?h?g–1）、氧化/還原電位適宜、地球資源占比豐富以及價格低廉等優點成為堿金屬離子電池研究中的熱點，有望成為商業化大規模儲能系統中應用的負極材料。但是，紅磷在作為負極材料時具有導電性差、體積膨脹大等缺點，導致活性材料利用率低，電極粉化現象嚴重，電極循環穩定性差，嚴重限制了其在二次電池中的商業應用。最近研究表明，通過合理的結構設計可以有效地提高紅磷的電子導電率及結構穩定性，進而改善紅磷負極的循環穩定性和倍率性能，促進紅磷在商業鋰/鈉離子電池中的廣泛應用。本文綜述了近年來納米紅磷負極材料在可控合成方法、結構設計與改性以及性能優化機理上的研究進展。最后，總結了目前紅磷負極材料研究存在的問題，并提出可能的應對策略，對納米紅磷基負極材料未來在電池領域發展前景進行了展望，旨在促進其商業應用。
2023, 45(9): 1509-1516.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.04.001
摘要:
鈦合金廣泛應用于航空航天、生物醫學等領域。但由于其力學性能不理想（如硬度低、耐磨性差）和加工性差，限制了其應用范圍。為了直接近凈成形出結構復雜且性能提升的鈦合金零部件。本文在選區激光熔化（SLM）Ti6Al4V鈦合金過程中通入氮氣（N2），通過Ti-N反應制備鈦基復合材料（TMCs）。該創新方法的成形原理為：激光誘導Ti6Al4V高溫熔池附近的N2分解生成N原子或者離子，并與熔融狀態的鈦原位反應生成TiN增強相，通過層層疊加，成形TiN增強鈦基復合材料。本文采用3種不同體積分數（3%、10%和30%）的N2氣氛SLM成形了鈦基復合材料，并對比了純氬氣（Ar）氣氛中SLM成形的Ti6Al4V鈦合金。采用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察了材料的微觀組織。X射線衍射（XRD）圖譜表明部分N固溶進入Ti晶格中。能譜（EDS）證實了TiN的生成。高分辨透射電鏡（HR-TEM）圖進一步確認了基體相和第二相分別為Ti和TiN。這種原位合成的氮化物增強相分散均勻，尤其是在低體積分數N2氣氛（3%和10%）下制備的復合材料中均勻分布著大量納米級增強相。此外，在低體積分數N2氣氛（10%）下制備的復合材料強度和塑性同時提高。本文研究了不同N2濃度對鈦基復合材料微觀組織和力學性能的影響規律，并闡明了復合材料的強韌化機理。
鈦合金廣泛應用于航空航天、生物醫學等領域。但由于其力學性能不理想（如硬度低、耐磨性差）和加工性差，限制了其應用范圍。為了直接近凈成形出結構復雜且性能提升的鈦合金零部件。本文在選區激光熔化（SLM）Ti6Al4V鈦合金過程中通入氮氣（N2），通過Ti-N反應制備鈦基復合材料（TMCs）。該創新方法的成形原理為：激光誘導Ti6Al4V高溫熔池附近的N2分解生成N原子或者離子，并與熔融狀態的鈦原位反應生成TiN增強相，通過層層疊加，成形TiN增強鈦基復合材料。本文采用3種不同體積分數（3%、10%和30%）的N2氣氛SLM成形了鈦基復合材料，并對比了純氬氣（Ar）氣氛中SLM成形的Ti6Al4V鈦合金。采用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察了材料的微觀組織。X射線衍射（XRD）圖譜表明部分N固溶進入Ti晶格中。能譜（EDS）證實了TiN的生成。高分辨透射電鏡（HR-TEM）圖進一步確認了基體相和第二相分別為Ti和TiN。這種原位合成的氮化物增強相分散均勻，尤其是在低體積分數N2氣氛（3%和10%）下制備的復合材料中均勻分布著大量納米級增強相。此外，在低體積分數N2氣氛（10%）下制備的復合材料強度和塑性同時提高。本文研究了不同N2濃度對鈦基復合材料微觀組織和力學性能的影響規律，并闡明了復合材料的強韌化機理。
2023, 45(9): 1517-1527.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.11.002
摘要:
在材料科學過去幾十年的發展過程中，經驗試錯法和基于密度泛函理論的方法等傳統的非晶合金開發方法，幫助研發人員探索出多種非晶合金體系。但是，這些方法由于開發周期長、效率低等缺點，目前已難以滿足研發人員的需求。而機器學習方法因其實驗成本低、性能強大以及開發周期短等優點，被越來越廣泛地應用到非晶合金材料的設計、分析和性能預測中。本文首先按照機器學習建模的主要流程闡述了各步驟的基本操作和發展情況。其次，著重介紹了數據預處理、模型構建以及模型驗證方面的研究工作，在數據預處理章節，簡述了數據收集、特征工程以及目前較為流行的數據預采樣方法；在模型構建章節，論述了四類在非晶合金開發中常用的機器學習算法，包括人工神經網絡、支持向量機、隨機森林以及極端梯度提升方法；在模型驗證章節，主要介紹了K折交叉驗證和留一法交叉驗證方法。最后，本文從多個角度對比分析了現有的機器學習應用，為后續的相關研究提供了可能的研究方向和思路。
在材料科學過去幾十年的發展過程中，經驗試錯法和基于密度泛函理論的方法等傳統的非晶合金開發方法，幫助研發人員探索出多種非晶合金體系。但是，這些方法由于開發周期長、效率低等缺點，目前已難以滿足研發人員的需求。而機器學習方法因其實驗成本低、性能強大以及開發周期短等優點，被越來越廣泛地應用到非晶合金材料的設計、分析和性能預測中。本文首先按照機器學習建模的主要流程闡述了各步驟的基本操作和發展情況。其次，著重介紹了數據預處理、模型構建以及模型驗證方面的研究工作，在數據預處理章節，簡述了數據收集、特征工程以及目前較為流行的數據預采樣方法；在模型構建章節，論述了四類在非晶合金開發中常用的機器學習算法，包括人工神經網絡、支持向量機、隨機森林以及極端梯度提升方法；在模型驗證章節，主要介紹了K折交叉驗證和留一法交叉驗證方法。最后，本文從多個角度對比分析了現有的機器學習應用，為后續的相關研究提供了可能的研究方向和思路。
2023, 45(9): 1528-1538.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.02.15.001
摘要:
近期，隨著元宇宙研究重心轉向內容交流和社會互動，如何打破當前視聽媒體交互瓶頸成為了亟待解決的問題，使用腦機接口進行感官模擬就是解決方案之一. 目前，腦機接口已經作為生理信號采集工具在元宇宙諸多領域表現出了不可替代的應用潛力. 研究三個應用場景，元宇宙藝術中的生成藝術、元宇宙醫學中醫療保健嚴肅游戲、元宇宙虛擬社會中的虛擬人表情合成中腦機接口應用現狀，調查已經存在的商業產品和專利(MindWave Mobile、GVS、Galea )，類比網絡安全和神經安全、生物倫理學和神經倫理學的發展過程，探討腦機接口成熟并被廣泛應用后可能面臨的挑戰和潛在問題，展望未來腦機接口在元宇宙中深入多樣應用的可能性.
近期，隨著元宇宙研究重心轉向內容交流和社會互動，如何打破當前視聽媒體交互瓶頸成為了亟待解決的問題，使用腦機接口進行感官模擬就是解決方案之一. 目前，腦機接口已經作為生理信號采集工具在元宇宙諸多領域表現出了不可替代的應用潛力. 研究三個應用場景，元宇宙藝術中的生成藝術、元宇宙醫學中醫療保健嚴肅游戲、元宇宙虛擬社會中的虛擬人表情合成中腦機接口應用現狀，調查已經存在的商業產品和專利(MindWave Mobile、GVS、Galea )，類比網絡安全和神經安全、生物倫理學和神經倫理學的發展過程，探討腦機接口成熟并被廣泛應用后可能面臨的挑戰和潛在問題，展望未來腦機接口在元宇宙中深入多樣應用的可能性.
2023, 45(9): 1539-1549.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.10.24.004
摘要:
為解決現實場景下無人機目標被部分遮擋，導致不易檢測問題，本文提出了基于YOLOX-S改進的反無人機系統目標檢測算法YOLOX-drone。首先，建立無人機圖像數據集；其次，搭建YOLOX-S目標檢測網絡，在此基礎上引入坐標注意力機制，來增強無人機的目標圖像顯著度，突出有用特征抑制無用特征；然后，再去除特征融合層中自下而上的路徑增強結構，減少網絡復雜度，并設計了自適應特征融合網絡結構，增強有用特征的表達能力，抑制干擾，提升檢測精度。在DUT-Anti-UAV數據集上的測試結果表明：YOLOX-drone與YOLOX-S、YOLOv5-S和YOLOX-tiny相比，平均準確率(IoU=0.5)提升了3.2%、4.7%和10.1%；在自建的無人機圖像數據集上的測試結果表明：YOLOX-drone與原YOLOX-S目標檢測模型相比，在無遮擋、一般遮擋、嚴重遮擋情況下，平均準確率(IoU=0.5)分別提高了2.4%、2.1%和6.4%，驗證了改進的算法具有良好的抗遮擋檢測能力。
為解決現實場景下無人機目標被部分遮擋，導致不易檢測問題，本文提出了基于YOLOX-S改進的反無人機系統目標檢測算法YOLOX-drone。首先，建立無人機圖像數據集；其次，搭建YOLOX-S目標檢測網絡，在此基礎上引入坐標注意力機制，來增強無人機的目標圖像顯著度，突出有用特征抑制無用特征；然后，再去除特征融合層中自下而上的路徑增強結構，減少網絡復雜度，并設計了自適應特征融合網絡結構，增強有用特征的表達能力，抑制干擾，提升檢測精度。在DUT-Anti-UAV數據集上的測試結果表明：YOLOX-drone與YOLOX-S、YOLOv5-S和YOLOX-tiny相比，平均準確率(IoU=0.5)提升了3.2%、4.7%和10.1%；在自建的無人機圖像數據集上的測試結果表明：YOLOX-drone與原YOLOX-S目標檢測模型相比，在無遮擋、一般遮擋、嚴重遮擋情況下，平均準確率(IoU=0.5)分別提高了2.4%、2.1%和6.4%，驗證了改進的算法具有良好的抗遮擋檢測能力。
2023, 45(9): 1550-1558.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.08.14.003
摘要:
差動機器人是一種常見的移動機器人，在倉儲、農業等行業的應用十分廣泛。針對縱向速度接近最大值時差動機器人跟蹤參考路徑的能力與保持縱向速度的能力之間存在沖突的問題，從差動機器人縱向速度與轉彎曲率之間的映射關系出發，提出了基于預瞄信息的速度調節控制器，并提出了配套的基于非線性模型預測控制的路徑跟蹤控制器，形成了基于速度調節與路徑跟蹤的差動機器人運動控制系統。仿真與實驗結果表明，提出的運動控制系統可以在差動機器人的縱向速度設定值較高時主動調節縱向速度，保障較高的路徑跟蹤控制精確性，其中位移誤差的絕對值不超過0.0499 m，航向誤差的絕對值不超過0.0726 rad，相比無速度調節的運動控制系統，該系統可將位移誤差和航向誤差的最大絕對值分別減少達97.57%和45.04%。
差動機器人是一種常見的移動機器人，在倉儲、農業等行業的應用十分廣泛。針對縱向速度接近最大值時差動機器人跟蹤參考路徑的能力與保持縱向速度的能力之間存在沖突的問題，從差動機器人縱向速度與轉彎曲率之間的映射關系出發，提出了基于預瞄信息的速度調節控制器，并提出了配套的基于非線性模型預測控制的路徑跟蹤控制器，形成了基于速度調節與路徑跟蹤的差動機器人運動控制系統。仿真與實驗結果表明，提出的運動控制系統可以在差動機器人的縱向速度設定值較高時主動調節縱向速度，保障較高的路徑跟蹤控制精確性，其中位移誤差的絕對值不超過0.0499 m，航向誤差的絕對值不超過0.0726 rad，相比無速度調節的運動控制系統，該系統可將位移誤差和航向誤差的最大絕對值分別減少達97.57%和45.04%。
2023, 45(9): 1559-1568.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.07.01.001
摘要:
行星齒輪箱在運行過程中由于齒輪間的相互作用會產生強噪聲，導致行星軸承的故障特征被完全淹沒在背景噪聲中并難以提取，從而使得行星軸承故障分類的準確率較低。本文提出一種自適應動模式分解(ADMD)和遺傳算法優化支持向量機(GA-SVM)的行星軸承故障分類方法。首先，針對傳統動模式分解(DMD)中截斷秩無法準確選取的問題，定義了一種新的適應度函數，并采用改進的蚱蜢優化算法(IGOA)自適應選取最優截斷秩，進而實現對原始振動信號的降噪處理。然后對處理后的信號計算其歸一化后的復合精細多尺度離散熵(IRCMDE)并構成特征矩陣。最后采用遺傳算法優化支持向量機，構建GA-SVM分類模型，并將其應用到行星軸承故障診斷中。利用行星齒輪箱中行星軸承故障數據驗證了此方法的有效性和實用性，最終分類結果為96.43%，表明了該方法可以準確識別出行星軸承的故障類型。
行星齒輪箱在運行過程中由于齒輪間的相互作用會產生強噪聲，導致行星軸承的故障特征被完全淹沒在背景噪聲中并難以提取，從而使得行星軸承故障分類的準確率較低。本文提出一種自適應動模式分解(ADMD)和遺傳算法優化支持向量機(GA-SVM)的行星軸承故障分類方法。首先，針對傳統動模式分解(DMD)中截斷秩無法準確選取的問題，定義了一種新的適應度函數，并采用改進的蚱蜢優化算法(IGOA)自適應選取最優截斷秩，進而實現對原始振動信號的降噪處理。然后對處理后的信號計算其歸一化后的復合精細多尺度離散熵(IRCMDE)并構成特征矩陣。最后采用遺傳算法優化支持向量機，構建GA-SVM分類模型，并將其應用到行星軸承故障診斷中。利用行星齒輪箱中行星軸承故障數據驗證了此方法的有效性和實用性，最終分類結果為96.43%，表明了該方法可以準確識別出行星軸承的故障類型。
2023, 45(9): 1569-1582.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.07.13.002
摘要:
研究設計、制備以及表征了一種基于球形壓電陶瓷殼的埋入式水泥基壓電聲發射傳感器。相比于傳統的片狀壓電聲發射傳感器只能接收特定方向信號的特點，該水泥基球形壓電傳感器具有全向接收信號的優勢。之后，將該水泥基球形壓電傳感器埋入鋼筋混凝土梁中，對梁試件四點彎加載過程進行了聲發射監測研究。對比分析了水泥基球形壓電傳感器與商業外貼式片狀壓電聲發射傳感器的監測結果，包括聲發射幅值、b值以及分形維數隨加載過程的演化關系。結果表明，相比于商業外貼式聲發射傳感器，水泥基球形壓電傳感器可以取得較好的監測效果，且在結構加載后期對低強度信號具有更高的靈敏度。兩種傳感器采集到的的聲發射信號的b值和分形維數均反映了結構破壞階段的演化，可以將b值和分形維數的持續下降并維持在較低水平作為該鋼筋混凝土梁試件最終破壞的預警標志。此外，相較于純商業聲發射傳感器組成的定位組，該埋入式水泥基球形壓電傳感器所在聲發射定位組捕捉到的破裂點數量大幅提高，有效提高了破裂點定位的準確度與靈敏度。
研究設計、制備以及表征了一種基于球形壓電陶瓷殼的埋入式水泥基壓電聲發射傳感器。相比于傳統的片狀壓電聲發射傳感器只能接收特定方向信號的特點，該水泥基球形壓電傳感器具有全向接收信號的優勢。之后，將該水泥基球形壓電傳感器埋入鋼筋混凝土梁中，對梁試件四點彎加載過程進行了聲發射監測研究。對比分析了水泥基球形壓電傳感器與商業外貼式片狀壓電聲發射傳感器的監測結果，包括聲發射幅值、b值以及分形維數隨加載過程的演化關系。結果表明，相比于商業外貼式聲發射傳感器，水泥基球形壓電傳感器可以取得較好的監測效果，且在結構加載后期對低強度信號具有更高的靈敏度。兩種傳感器采集到的的聲發射信號的b值和分形維數均反映了結構破壞階段的演化，可以將b值和分形維數的持續下降并維持在較低水平作為該鋼筋混凝土梁試件最終破壞的預警標志。此外，相較于純商業聲發射傳感器組成的定位組，該埋入式水泥基球形壓電傳感器所在聲發射定位組捕捉到的破裂點數量大幅提高，有效提高了破裂點定位的準確度與靈敏度。
2023, 45(9): 1583-1591.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.03.003
摘要:
在全球進入低碳發展的新階段的背景下，分析了不同時期的技術變革影響世界鋼鐵工業中心轉移的歷史發展趨勢，提出了在全球碳中和背景下鋼鐵工業所面臨的機遇與挑戰。從國際、國內鋼鐵工業低碳發展現狀出發，結合中國典型鋼鐵企業的綠色制造實踐，及低碳發展規劃，闡述了當前中國鋼鐵行業在低碳綠色發展方面所做出的探索與貢獻，為鋼鐵企業助力國家“碳達峰、碳中和”目標的實現提供實踐案例。建議未來發展路徑可從四方面開展，一是在“十三五”超低排放成效的基礎上向減污降碳過渡，推廣燒結煙氣循環及高比例球團冶煉等技術；二是實施以氫能為中心的能源結構的變革，開展多元化制氫技術，并配套加氫站網絡的建設，加速綠色物流體系的構建，并在探索氫冶金技術的實踐中引領行業發展；三是打造低碳綠色產業生態圈，從整個產業鏈、上下游協同出發，開發全生命周期評價平臺及產品，并結合上下游重點企業全面推進綠色制造；四是行業突破性技術研發，加強產學研合作，整合全球創新資源。最后，在上述低碳發展路徑的基礎上，提出未來鋼鐵行業需要重視的發展建議。
在全球進入低碳發展的新階段的背景下，分析了不同時期的技術變革影響世界鋼鐵工業中心轉移的歷史發展趨勢，提出了在全球碳中和背景下鋼鐵工業所面臨的機遇與挑戰。從國際、國內鋼鐵工業低碳發展現狀出發，結合中國典型鋼鐵企業的綠色制造實踐，及低碳發展規劃，闡述了當前中國鋼鐵行業在低碳綠色發展方面所做出的探索與貢獻，為鋼鐵企業助力國家“碳達峰、碳中和”目標的實現提供實踐案例。建議未來發展路徑可從四方面開展，一是在“十三五”超低排放成效的基礎上向減污降碳過渡，推廣燒結煙氣循環及高比例球團冶煉等技術；二是實施以氫能為中心的能源結構的變革，開展多元化制氫技術，并配套加氫站網絡的建設，加速綠色物流體系的構建，并在探索氫冶金技術的實踐中引領行業發展；三是打造低碳綠色產業生態圈，從整個產業鏈、上下游協同出發，開發全生命周期評價平臺及產品，并結合上下游重點企業全面推進綠色制造；四是行業突破性技術研發，加強產學研合作，整合全球創新資源。最后，在上述低碳發展路徑的基礎上，提出未來鋼鐵行業需要重視的發展建議。
2023, 45(9): 1592-1601.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.16.002
摘要:
炭基催化劑具有制備成本低、催化后處理簡單等優點，但存在易積碳失活、產物選擇性低等缺點，結合微波效應，可明顯提高炭基催化劑的競爭力。本文對微波輔助炭基催化劑熱解生物質的研究進展進行了現狀綜述。主要介紹了微波加熱原理，吸波劑和催化劑對于微波熱解的影響機制。分析了不同改性方法（金屬負載法、化學法、磺化等）對炭基催化劑的孔隙結構、含氧官能團和酸性基團及催化反應產物特性的影響。總結了微波輔助改性炭基催化劑在焦油重整和改善生物質熱解產物特性等方面的應用進展。本文對該研究方向存在的問題提出建議并進行展望，為基于微波催化熱解作用下炭基催化劑的選擇、改性和生物質高值化利用提供一定的參考。
炭基催化劑具有制備成本低、催化后處理簡單等優點，但存在易積碳失活、產物選擇性低等缺點，結合微波效應，可明顯提高炭基催化劑的競爭力。本文對微波輔助炭基催化劑熱解生物質的研究進展進行了現狀綜述。主要介紹了微波加熱原理，吸波劑和催化劑對于微波熱解的影響機制。分析了不同改性方法（金屬負載法、化學法、磺化等）對炭基催化劑的孔隙結構、含氧官能團和酸性基團及催化反應產物特性的影響。總結了微波輔助改性炭基催化劑在焦油重整和改善生物質熱解產物特性等方面的應用進展。本文對該研究方向存在的問題提出建議并進行展望，為基于微波催化熱解作用下炭基催化劑的選擇、改性和生物質高值化利用提供一定的參考。
2023, 45(9): 1602-1612.
doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.11.26.001
摘要:
氮氧化物（NOx）已成為我國首要大氣污染物，鋼鐵工業是工業源NOx排放的主要來源。燒結、球團、煉焦等工序是鋼鐵工業NOx超低排放改造的重點，但其煙氣特性與火電廠煙氣存在差異，煙氣脫硝技術不能完全照搬現有燃煤鍋爐脫硝工藝。目前，選擇性催化還原（SCR）、活性炭（焦）（AC）吸附催化、臭氧（O3）氧化協同吸收等技術已在燒結、球團、煉焦等工序成功應用，并均取得了良好效果。本文針對鋼鐵工業超低排放的迫切需求，梳理了鋼鐵工業燒結、球團、煉焦等主要工序的現有煙氣脫硝技術及其應用，重點總結并對比分析了SCR技術、AC吸附催化和O3氧化協同吸收技術的應用進展及優劣勢。其中，SCR技術正逐步成為鋼鐵工業脫硝市場的主流技術，占比超過70%，因此脫硝催化劑及其再生具有長期巨大的市場需求。AC吸附催化和O3氧化協同吸收等新型技術因其適用溫度低，無需煙氣升溫等，在鋼鐵工業越來越受到青睞，將逐步得到更多鋼鐵企業的支持。
氮氧化物（NOx）已成為我國首要大氣污染物，鋼鐵工業是工業源NOx排放的主要來源。燒結、球團、煉焦等工序是鋼鐵工業NOx超低排放改造的重點，但其煙氣特性與火電廠煙氣存在差異，煙氣脫硝技術不能完全照搬現有燃煤鍋爐脫硝工藝。目前，選擇性催化還原（SCR）、活性炭（焦）（AC）吸附催化、臭氧（O3）氧化協同吸收等技術已在燒結、球團、煉焦等工序成功應用，并均取得了良好效果。本文針對鋼鐵工業超低排放的迫切需求，梳理了鋼鐵工業燒結、球團、煉焦等主要工序的現有煙氣脫硝技術及其應用，重點總結并對比分析了SCR技術、AC吸附催化和O3氧化協同吸收技術的應用進展及優劣勢。其中，SCR技術正逐步成為鋼鐵工業脫硝市場的主流技術，占比超過70%，因此脫硝催化劑及其再生具有長期巨大的市場需求。AC吸附催化和O3氧化協同吸收等新型技術因其適用溫度低，無需煙氣升溫等，在鋼鐵工業越來越受到青睞，將逐步得到更多鋼鐵企業的支持。
