2020年第43卷第8期文章目次

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  • 1  重构全钒液流电池碳毡力学仿真及孔尺度模拟
    隋邦傑,Roswitha Zeis,冷文亮,段康俊,朱礼军,罗马吉,肖柳胜
    2020, 43(8):1-10. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2020.08.001
    [摘要](733) [HTML](1041) [PDF 6.60 M](1658)
    摘要:
    为探究全钒液流电池(VRFB)碳毡微观尺度下承受压力的位移变形并量化其对传输特性的影响,应用X射线断层扫描(XCT)微观重构技术、有限元方法(FEM)和孔尺度模拟技术(PSM),考虑碳纤维间受压缩的接触摩擦及挤压弯曲,重构碳纤维微观结构,研究了碳纤维不同压缩比3D(X,YZ方向)位移分布,并量化位移变形对微结构传输特性的影响。结果表明:随着压缩比增大到30%,Z方向位移变化最为明显,计算域A位移变化为:-59~+5 μm,计算域B位移变化为:-145~+16 μm,钒离子XY方向扩散系数减小15.4%,Z方向扩散系数减小24.2%,XY方向电导率升高112.5%,Z方向电导率增大113.3%,模拟结果与实验结果趋势较吻合,可以较好模拟预测碳毡电导率计算域尺寸为:X/Y=300~400 μm,Z=200~400 μm。
    2  基于信息融合的风电机组齿轮箱轴承故障诊断
    王屹立,朱才朝,鲁炯
    2020, 43(8):11-22. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2020.08.002
    [摘要](738) [HTML](662) [PDF 2.23 M](1300)
    摘要:
    针对风电齿轮箱轴承故障问题,提出一种基于信息融合将BP神经网络与D-S证据理论相结合的风电轴承故障诊断方法。首先基于大数据,挖掘SCADA (supervisory control and data acquisition)系统中与风电齿轮箱轴承故障有关的振动、温度、电流、转矩和转速信号等故障特征;然后将各信号故障特征量作为神经网络输入,将神经网络的输出归一化作为证据理论基本概率分配值(BPA值),为解决各证据之间冲突问题,采用一种基于加权的方法来改进各条证据,以减小冲突;最后利用组合规则将各条改进的证据融合,得出最终诊断结果。研究基于某风场2 MW风电机组的实际运行数据,结果表明:随着融合信号维度的增加,最终诊断结果的准确率也逐步提高,融合多维信号的可靠性明显高于单一信号。
    3  CFRP-TRB超混杂复合汽车B柱结构的优化设计
    敬敏,胡宁,宁慧铭,杨中磊
    2020, 43(8):23-31. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2020.08.003
    [摘要](770) [HTML](738) [PDF 3.01 M](1207)
    摘要:
    B柱是汽车的关键承载结构件之一。为了提高某轿车的侧面碰撞性能并实现B柱轻量化设计,结合汽车B柱的结构特点以及不同材料的特性,设计一种碳纤维增强复合材料(CFRP)差厚钢板(TRB)复合B柱结构。将传统B柱中部加强板去除,B柱外板设计为差厚板的同时在其内侧局部铺贴碳纤维增强复合材料。基于Optistruct对该复合B柱内外板的厚度分布以及复合材料的铺层顺序及铺层厚度进行了优化设计。整车侧面碰撞模拟结果表明,在满足制造工艺要求的条件下,新型超混杂复合B柱结构达到了27.7%的轻量化效果,并同时提高了侧面碰撞的耐撞性。
    4  大粒径石灰石高温分解动力学
    胡彬,陈凯峰,薛正良,王理猷
    2020, 43(8):32-46. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2020.08.004
    [摘要](611) [HTML](665) [PDF 5.19 M](1257)
    摘要:
    构建符合炼钢溅渣护炉阶段和开吹阶段在转炉中直接投入石灰石代替石灰的模型,对不同粒径、不同传热条件下的大粒径石灰石进行高温分解实验。通过实验求得石灰石分解转化率α,选取适合的反应控速环节,对不同控速环节进行分析,研究溅渣护炉阶段和开吹阶段大粒径石灰石等温加热动力学机理。结果表明:石灰石转化率随粒径增加减小,随温度升高增大;溅渣护炉阶段界面化学反应控速,分解模式为随机成核与随后生长模式,符合Avrami-Erofeev方程,最概然函数积分形式为:Gα)=[-ln(1-α)]nn=3/4;开吹阶段产物层传热与CO2扩散控速,温度一定时,时间t和(1-α)ln(1-α)+α<之间存在线性关系。
    5  基于双层电阻膜的宽频带超材料吸波体设计
    李建辉,孟杰,吕中亮,杨孟涛,黎泽伦,邓显玲
    2020, 43(8):47-53. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2020.103
    [摘要](553) [HTML](1331) [PDF 2.88 M](1255)
    摘要:
    设计了一种基于双层电阻膜的宽频带、极化不敏感和宽入射角的超材料吸波体,该吸波体结构单元依次由圆环电阻膜、介质基板、圆环电阻膜、介质基板和金属背板组成。采用时域有限差分算法对其进行数值模拟分析,仿真得到的反射率和吸收率表明:该吸波体在11.5~20.3 GHz范围内对入射电磁波有大于90%以上的强吸收特性。仿真得到的不同极化角和不同入射角表明该吸波体具有极化不敏感和宽入射角特性。进一步仿真得到各个结构参数对吸收率的影响表明:该双层电阻膜结构吸波体对电磁波的吸收主要是基于电路谐振机制,通过对介质基板厚度和电阻膜宽度、电阻值的设计可以对频率范围和工作带宽进行调节,使吸波体实现超宽带吸收。
    6  不同密度等级泡沫混凝土的性能和孔结构
    孙国星,朱玉,王申,孙超,张亚梅
    2020, 43(8):54-63. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2020.102
    [摘要](929) [HTML](1120) [PDF 9.01 M](2328)
    摘要:
    泡沫混凝土的密度等级对其性能有显著影响。笔者制备了干密度在300~1 000 kg/m3范围内的泡沫混凝土,对其浆体流动度、抗压强度、吸水率和干燥收缩进行了测试,利用X射线计算机断层扫描成像(X-ray computed tomography,X-CT)对试件的孔结构进行表征。结果显示:随着泡沫混凝土密度等级增加,其浆体流动度先增大后减小,密度为600 kg/m3时流动度最大;抗压强度随密度等级增加而逐渐增大,并与密度等级之间存在指数关系;干燥收缩和吸水率均随密度等级增加逐渐减小,这是由于其内部孔隙率降低、封闭孔增多所致。X-CT分析结果显示,密度低于600 kg/m3的泡沫混凝土内部孔隙分布不均,试件表面的大孔较多,这是由于浆体与泡沫的体积比过低、浆体无法均匀地包裹在泡沫表面所致。
    7  Fe-Al-Cr合金的晶粒控制对合金抗高温氧化性的影响
    王焱辉,薄新维,姚志远,刘守平,王小宇,刘奇,王锦涛,韩校宇
    2020, 43(8):64-73. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2019.258
    [摘要](751) [HTML](578) [PDF 19.10 M](870)
    摘要:
    Fe-Al-Cr合金具有良好的高温抗氧化性,有广泛的应用前景,具有晶粒粗大的特点。通过在Fe-Al-Cr合金中添加镍、碳、铜等奥氏体化元素,使合金在冷却过程中生成FeCr相,以阻碍晶粒长大的方式使合金晶粒尺寸可以控制在100 μm以内。探讨了Fe-Al-Cr合金氧化物薄膜形成的机制以及晶粒控制对Fe-Al-Cr合金抗高温氧化性的影响。通过金相显微镜观察高温下经不同氧化时间氧化后的Fe-Al-Cr合金,发现Al2O3薄膜优先形成于晶界,晶界数量增多有利于Al2O3的形成和生长。通过扫描电镜观察和能谱分析,发现在Fe-Al-Cr合金中,(Al0.9Cr0.12O3和Al2O3组成了多层氧化物。结合第一性原理计算,得出该多层氧化物是由于Cr的扩散而在合金表面形成的,有助于提高Fe-Al-Cr合金的抗高温氧化性。最后,证实晶粒直径较小的Fe-Al-Cr合金具有更好的抗高温氧化性。
    8  镍基单晶高温合金表面再结晶控制技术的研究进展
    杜娟,蒋文娟,陈素玲
    2020, 43(8):74-79. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2020.08.008
    [摘要](662) [HTML](844) [PDF 1.64 M](1104)
    摘要:
    针对镍基单晶高温合金构件的表面再结晶控制技术,结合国内外相关工作的研究状况,从单晶高温合金构件表面再结晶的形成机理、再结晶的表面效应、基于再结晶预防的构件设计、单晶构件热成型过程和冷加工过程再结晶控制技术等几方面,对镍基单晶高温合金构件的表面再结晶控制技术领域取得的研究成果进行总结和分析。重点论述了各国单晶再结晶控制技术,提出中国镍基单晶高温合金构件的表面再结晶控制技术存在的差距及未来研究重点。
    9  环状碳纳米卷中的持续电流
    王昭
    2020, 43(8):80-86. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2020.104
    [摘要](407) [HTML](592) [PDF 3.05 M](834)
    摘要:
    在环状碳纳米卷紧束缚模型的基础上,导出了相应的持续电流表达式,并系统地研究了环状碳纳米卷的几何结构、分离能级、温度及塞曼效应对持续电流的影响。结果表明,环状碳纳米卷内部的持续电流数量级仅为10-7 A,并且随着卷环周长增大而逐渐减小。费米能级附近的能级几乎承载了所有持续电流,而远离的能级贡献非常小。随着温度升高,持续电流急剧减小;且卷环周长越大,受温度影响越明显。对于较强的磁场,考虑塞曼效应后,持续电流出现了新的减小的越变,周期性结构遭到破坏。
    10  山地城市滑坡灾害空间分布特征及影响因素分析
    陈结,于鑫,聂闻,谢伟,滕德贵,王新胜
    2020, 43(8):87-96. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2020.08.010
    [摘要](672) [HTML](1863) [PDF 11.36 M](918)
    摘要:
    针对山地城市滑坡灾害影响区域的不确定性,选择重庆市中心城区典型滑坡作为研究对象,利用最邻近指数、空间热点探测与核密度估计方法分析了历史滑坡灾害点的空间分布特征;并选择高程、坡度、坡向、地貌类型、土壤类型、土壤侵蚀、降雨、水系、地表覆盖、归一化植被指数(NDVI)、人口密度和道路等12个影响因素建立滑坡因子数据库,利用神经网络模型分析滑坡灾害空间分布特征的驱动因素,并定量计算各影响因子的贡献权重。利用受试者工作特征曲线(ROC)对模型进行准确性评估。最邻近指数结果表明研究区历史滑坡灾害点呈聚集型分布特征,空间热点探测与核密度估计均显示渝中区、沙坪坝区和巴南区北部是滑坡聚集程度最大的地区;在所有的影响因子中,人口密度、地貌类型和降雨对研究区滑坡灾害的空间分布影响最大,而坡向和道路影响最低。ROC曲线下面积AUC值达到0.917,表明该神经网络模型能准确反映出该地区滑坡影响因子的影响程度。
    11  三峡水库不同运行工况下中段干流碳源气体释放通量研究
    郑望,张渝阳,蒋成勇,秦宇
    2020, 43(8):97-106. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2019.263
    [摘要](551) [HTML](543) [PDF 5.77 M](1081)
    摘要:
    来自陆地大量有机碳源的输入,以及三峡库区调度运行和筑坝蓄水导致CO2、CH4等碳源气体的排放成为近来关注的热点。以三峡库区干流中段为研究对象,于2017年8月—2018年11月对忠县(ZX),万州(WZ),涪陵(FL)进行每月采样分析,探求水气界面CO2、CH4通量在水库不同运行工况下的变化特征。研究发现,在观测期间内,ZX采样点CO2浓度在0.008 6~0.115 3 mmol/L波动,WZ采样点CO2浓度在0.003 5~0.116 8 mmol/L波动,FL采样点0.006 3~0.098 6 mmol/L,整体上3个采样点的CO2浓度变化趋于一致,都在库区泄水期运行4—5月CO2浓度达到峰值,在低水位运行期的6—9月降到最低值。CH4通量在水库低水位运行期表现为"汇",FL点位在泄水期达到"源"的最大值;3个采样点的CO2通量在泄水期均表现为"源"的特征,低水位运行期的CO2通量表现为"源"与"汇"的转换。通过与国外已有水库监测数据比较分析,CO2扩散通量在全球水库序列中处于中等水平,CH4扩散通量在全球水库序列中处于中等偏下水平。
    12  一种基于注意力机制的绝缘子状态反馈认知方法
    张海台,杨建平,李京,苏欣雁
    2020, 43(8):107-116. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2019.280
    [摘要](608) [HTML](614) [PDF 5.72 M](1007)
    摘要:
    针对已有绝缘子状态识别模型,以及细节识别深层网络开环认知模式和损失函数泛化能力不足的缺陷,模仿人工巡检模式,即实时评估认知结果可信度自寻优调节多尺度图像知识空间决策,提出一种基于注意力机制的绝缘子状态反馈认知方法。首先,针对预处理后的绝缘子图像,设计自适应尺度堆叠的卷积神经网络架构,使得网络输入由整体图像缩放至细节局部区域,每个尺度的网络共享相同的架构具有不同的参数,确保不同分辨率输入的可区分能力并为下一尺度生成一个细节注意区域。其次,随机配置网络面向多个尺度特征,建立具有强泛化能力的绝缘子状态分类准则。再次,构建类间分类和类内尺度间排序损失函数优化注意力网络,较前次预测生成更高置信度得分排名。最后,借鉴闭环控制思想,定义广义误差熵性能指标实时评测绝缘子不确定状态认知结果可信度,动态调节网络尺度等级,实现不确定认知结果约束下的特征空间自优化调节和分类准则重构,反馈再认知绝缘子状态。实验结果表明了本文方法与其他网络架构相比,增强了模型的泛化能力,提升了模型的认知精度。
    13  电力终端基于信任和信誉的灵活数据访问控制
    杨云,傅宏,王凌宇
    2020, 43(8):117-126. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2020.013
    [摘要](408) [HTML](802) [PDF 2.01 M](1324)
    摘要:
    为了解决当前电力缴费终端身份认证和访问控制中存在的口令嗅探、重放攻击、越权操作等问题,提出了一种基于信任和信誉的灵活数据访问控制方案,结合云计算技术将其应用到电力终端设备数据访问控制中。该方案通过使用基于属性的加密和代理重加密、终端设备评估的信任级别和由多个信誉中心生成的用户信誉来共同控制电力终端的数据访问,将用户信任级别和信誉评估的概念集成到加密系统中,以支持各种控制方案和访问策略。通过对所提出方案的安全性和性能分析,证明该方案访问控制的细粒度,数据保密性良好,通信开销灵活可控,计算复杂度低,减少了电力终端设备的负担。

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