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2018, 39(3):191-197.
摘要:复合材料因性能独特而备受关注,但其自身结构复杂且受到诸多因素的影响,因而对其摩擦学性能的研究仍有待进一步加强。为了对比不同摩擦配副对C/SiC复合材料摩擦性能及储油性能的影响,以C/SiC复合材料为研究对象,运用销盘摩擦学试验方法,研究了C/SiC复合材料与45#钢以及C/SiC复合材料与ZrO2材料摩擦配副的摩擦学性能,采用三维形貌仪等仪器对C/SiC复合材料摩擦后的表面进行表征分析,研究其摩擦后的表面质量及其储油性能。结果表明,C/SiC复合材料与45#钢磨损剧烈,摩擦后表面储油性能严重下降;其与ZrO2对磨则摩擦系数较低,磨损量较小,摩擦后的表面仍保持了较好的承载性能及储油性能,是一种良好的摩擦配副。研究结果为拓展C/SiC复合材料的应用及揭示其摩擦学特性提供了有力支撑。
2018, 39(3):198-203. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx03001
摘要:高速列车长期服役的可靠性是高铁建设的首要保证,自激蛇行运动是轨道车辆所特有的一种失稳形式,为了保证车辆的运动稳定性,确保其高速、安全行驶,以高速列车蛇行失稳的理论研究方法为背景,概述了蛇行失稳研究中的主要研究方法及其存在的不足,对近期的研究热点方向进行了概述并对非光滑分岔、非对称运行稳定性等方向进行了展望。对于高速列车的确定性和稳定性而言,在不考虑车辆非线性特性的情况下,一般可以采用特征根法、Routh-Hurwitz准则判定法、最小阻尼系数等方法进行分析;当必须考虑轮轨接触以及悬挂系统等非线性特征时,可以采用特征值变化法、QR算法+二分法、中心流形法、打靶法、延续算法等方法。对于车辆的随机稳定性而言,可以采用随机非线性动力学Hamilton理论、蒙特卡洛法、半隐式的Milstein随机数值模拟、小数据量等方法对随机稳定性、随机分岔以及分岔类型进行分析。由于能够考虑自身结构参数激励、轮轨接触不平顺激励,能得到更接近真实运行条件下的失稳临界速度,随机稳定性、随机分岔的理论研究和试验研究逐渐得到研究人员的关注,成为高速列车蛇行失稳研究的热点方向。
2018, 39(3):204-213. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx03003
摘要:研发水果采摘机器人对提高收获效率、保证果实品质和减轻劳动强度具有重要意义,但由于果园环境的非结构性,使得采摘机器人极易因目标定位不准、采摘顺序不当、夹剪位姿不合理等导致果实碰伤或刮落,造成该损伤的主要原因是防碰损采摘的视觉认知与执行机构耦合问题尚未得到解决。为梳理水果采摘机器人防碰损作业的最新研究进展,从防碰损采摘中果实多维信息(采摘点、果梗位姿、防碰空间包围体等)的视觉感知、采摘机器人的视觉认知与智能防碰损采摘行为规划、防损采摘机构设计及其行为控制等三方面进行了全面综述和分析,并对今后需重点解决的核心关键问题进行总结和展望,为进一步研究和攻克非结构环境下水果智能防碰损采摘问题提供参考和依据。
2018, 39(3):214-220. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx03004
摘要:针对接触正压力较大时干摩擦力主要表现出刚度特性的情况,结合已有文献的实验研究结论,对双线性迟滞模型进行完善。通过龙格库塔方法计算干摩擦阻尼系统的动力响应,结合傅里叶变换、庞加莱图及相图分析系统的非线性动力学特性。仿真结果表明,在干摩擦接触不脱离的情况下,系统没有出现分叉与混沌现象,稳态响应与摩擦力没有出现次谐波响应且高次谐波分量很小,证明了基于一次谐波平衡的等效线性化方法求解接触不脱离的干摩擦阻尼系统是较为精确的;得到了接触刚度、外激励幅值、正压力对干摩擦阻尼系统减振效果影响的规律,与相关实验结果基本相符。相关结论可为工程中干摩擦阻尼器的设计提供参考。
2018, 39(3):221-231. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx03005
摘要:猪笼草叶笼能够捕集昆虫并将其消化成生长所需的营养元素,依据宏/微观形貌结构差异可划分为盖子、口缘、滑移区与消化区等区域。口缘密布楔形盲孔的辐射状沟脊结构可使液膜产生定向移动,滑移区形貌结构呈现抑制昆虫附着、低黏附超疏水等特性,受到学者普遍关注并逐步成为研究热点。从口缘与滑移区在工程仿生领域的研究现状入手,介绍其形貌结构特征与功能特性,重点关注以其为仿生原型制备液膜定向传输、昆虫滑移捕集、超疏水等功能表面的研究进展,并对未来需要关注的研究内容进行分析,从而进一步加深人们对叶笼形貌结构与功能特性的认识,为功能表面仿生研制提供新思路。
2018, 39(3):232-237. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx03006
摘要:水玻璃砂在绿色铸造领域有着非常广泛的应用,但旧砂再生难题长期困扰着铸造与环保工作者。针对这一问题,国内外学者先后提出了干法再生、湿法再生、加热干法再生、化学再生、生物再生等水玻璃再生方法。对现有的几种典型的水玻璃再生方法的原理及其设备进行了详细的阐述,分析了各类再生方法的优缺点,介绍了课题组开发的一系列水玻璃旧砂再生设备,认为未来水玻璃旧砂生物再生将重点研究绿色高效的水玻璃旧砂促溶剂以及再生设备的开发。
王艳海 , 魏江南 , 孟义昌 , 张 玉 , 马乾伟 , 摆永强
2018, 39(3):238-242. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx03007
摘要:为了解决交通运输和工业行业中移动重物的起重机动臂和支撑点不稳定的摆动幅度问题,采用一个悬挂点在水平面内做圆周运动的摆球系统模型来模拟这一问题的动力学过程。应用拉格朗日方程推导了摆球运动的微分方程,采用四阶龙格-库塔算法进行了数值求解,得到了给定悬挂点圆周运动半径、频率和摆长的条件下,摆球做稳定圆周运动的摆角,计算了摆球的稳定运动轨迹,并将计算结果与实验进行了对比,理论计算和实验结果精确吻合。研究内容在科研和工程技术领域有着广泛的应用,研究结果对起重机的机械吊臂设计有重要的参考价值。同时,文中所用到的理论建模、计算机编程、数值计算、实验设计等也可以作为一个非常好的教学案例,培养学生应用所学理论解决实际问题的能力。
范士明 , 刘润娇 , 赵 园 , 李 朔 , 李星驰 , 王 鹏 , 刘守信
2018, 39(3):243-248. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx03008
摘要:Fmoc是一种常用的氨基保护基,传统的脱除方法是通过加入二级胺与之作用来实现。针对方法中存在的成本较高、使用的过量二级胺不易回收以及污染环境等缺点,建立了利用新型无机碱纳米碳酸钾非均相脱除Fmoc保护基的新方法。采用湿法研磨方法,将普通碳酸钾制成粒径为64 nm的纳米碳酸钾,以Fmoc保护的L-苯丙氨酸的脱保护反应为Model反应,确定了最佳反应条件:反应溶剂为无水乙醇,Fmoc-L-Phe-OBn与纳米碳酸钾物质的量比为1︰2,反应温度为25 ℃,高产率得到了相应的游离氨基化合物,进一步研究了新方法的适用范围,对7个Fmoc保护的氨基酸和二肽的底物进行了测试。结果表明,产率均在98%以上,且纳米碳酸钾能够回收再利用,在5次之内的活性几乎没有变化。新方法具有操作简单、成本低、污染小、碳酸钾可回收利用的优点,对多肽的合成及脱保护研究有重要的参考价值。
裴 娟 , 冯康宁 , 赵 雪 , 魏亚男 , 郝彦忠 , 孙 宝 , 李英品
2018, 39(3):249-260. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx03009
摘要:有机-无机杂化太阳电池是一种由提供电子的有机聚合物和接受电子的无机半导体构成的新型电池,常用的无机半导体材料有纳米氧化锌(ZnO)、二氧化钛(TiO2)、硫化镉(CdS)等。杂化太阳电池在研究过程中存在一些问题,如电池中电子传输效率差、太阳能利用率低、无机半导体和有机聚合物之间化学不兼容以及由此导致的光电转换效率低等。围绕这些问题,针对以ZnO半导体材料为电子受体的太阳电池,从电子受体材料形貌、电子给体材料种类以及添加不同修饰层等方面论述了电池光伏性能的优化方法,对该电池的未来发展趋势进行了展望。电池性能的优化,为低成本、高效率应用该类杂化太阳电池带来了希望。
2018, 39(3):261-267. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx03010
摘要:为了提高CO2热泵的传热性能,基于Fluent的数值模拟方法研究了不同质量流量下,扭距为100 mm及无扭曲状态下的水平椭圆管管内超临界CO2冷却换热特性及二次流的变化规律,并针对竖直椭圆管引入局部换热系数和压降,研究了长短轴比b/a及扭距对扭曲管换热性能的影响。结果表明,低质量流量下扭曲椭圆管内浮升力明显大于椭圆管扭曲结构所产生的浮升力,对于低质量流量G<200 kg/(m2·s2)下的超临界CO2流体,椭圆管具有更大强度的浮升力所造成的二次流,强化传热更明显;对于高质量流量G>200 kg/(m2·s2)下的超临界CO2流体时,扭曲椭圆管具有更大强度自身结构所产生的周期性二次流来强化传热;管内的传热系数及压降随着扭曲程度及压扁程度的增大而增大。为扭曲椭圆管在CO2热泵中的应用提供了重要的理论与数据支持。
2018, 39(3):268-274. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx03011
摘要:为了实现成排连铸坯端面机器人贴标时各连铸坯端面中心坐标的快速提取,提出了先提取连铸坯端面图像角点像面坐标,再计算各连铸坯端面中心像面坐标的研究方案。首先,提出了一种改进型SUSAN角点检测算法,解决了图像中相邻连铸坯端面图像边界间距离过小和连铸坯端面图像角为弧形角所造成的角点漏检问题;然后,提取角点的像面坐标,并确定各封闭区域所包含连铸坯端面个数;最后,采用一种倾斜连铸坯端面图像中心像面坐标的提取方法,计算各连铸坯端面中心像面坐标。应用以上方法进行成排连铸坯端面机器人贴标实验,实验结果表明,连铸坯端面水平和竖直方向贴标位置误差范围分别为-0.625~0.850 mm和-0.550~0.875 mm,完全满足企业对多根连铸坯端面自动贴标位置误差允许值1 mm的要求。所提视觉方法在理论和实际应用上都是可行的,不仅为连铸坯端面贴标机器人提供了准确的贴标位置,而且为矩形图像元素的中心坐标提取提供了一种可靠的方法,具有一定的应用价值。
2018, 39(3):275-281. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx03012
摘要:随着电子芯片技术的发展,电路系统不断向高集成度和智能化发展。在复杂电磁场环境的各种干扰下,对信息化电子系统的稳定性和可靠性要求越来越高,电子系统的可靠性及自主容错能力成为电路设计所面临的新挑战。为提高恶劣情况下电路的抗干扰能力,提出将分析得到的演化效率因素作为算法的影响因子,引入到演化算法的适应度函数中,对算法进行提高和改进。研究结果表明,在单点短路和断路故障仿真实验中,引入演化效率因子的演化算法的平均无故障概率分别为0.754和0.853。与传统的演化算法相比,两者分别提高了16.4%和14%;与自适应算法相比,两者分别提高了6.7%和5%,证明在受扰或局部损伤的情况下,引入演化效率因子能够有效提升电路系统的鲁棒性及容错抗扰能力。研究结果对改进电路设计的强化及完善有一定的参考价值。
2018, 39(3):282-288. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx03013
摘要:为了帮助电话人工客服座席提供不间断地、质量稳定的服务,有必要研发智能查号引擎。基于最长公共子序列算法和最长公共子元素序列算法的研究,提出了短文本相似度计算算法,以提高查号的准确性,并以此为基础,设计出智能查号搜索引擎系统及其实现方法。考虑到实际需求,通过自然语言处理中的分词、简称替换、同义词替换、构建停用词表等,对数据进行预处理;通过基于HowNet和同义词词林的相似计算,完成进一步的数据处理;对外提供遵循REST规范的API接口。实验表明,智能查号引擎的设计可行,具有较好的业务处理能力,可满足用户需求;同时,也存在一些问题,有待于进一步的改进。智能查号引擎可以提供24 h不间断服务,相对于人工服务,具有更高的查号效率和更稳定的高质服务,可为智能电话客服的发展提供借鉴。