- 当期目录
- 优先出版
- 下载排行
- 过刊浏览
-
2025,46(6), DOI: 10.7535/hbkd.2025yx06001
Abstract:
-
2025,46(6):599-606, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx06001
Abstract:
针对六方氮化硼（h-BN）表面含有较少的活性基团导致其应用受限的问题，利用球磨和高温加热2种方式制备小尺寸羟基化的h-BN，采用红外光谱、拉曼光谱、扫描电子显微镜、热重分析仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、导热仪和接触角仪对改性的h-BN的结构、晶型、形貌、耐热性、元素含量、导热性和亲/疏水性进行表征。结果表明：球磨法不仅可以降低h-BN的尺寸和表面粗糙度，还能提高其导热性和疏水性，但是对其结构和晶型并未产生影响；随后继续采用高温加热方式，不仅能使h-BN小尺寸化和羟基化，而且还能有效降低其表面粗糙度，使h-BN的均方根表面粗糙度由1.56 nm降低到0.27 nm，但是此过程会导致羟基化的h-BN的耐热性降低，在800 ℃时，其失重率为21.14%（质量分数）；此外，高温处理不仅可以降低h-BN的导热性，而且还能实现h-BN从疏水性向亲水性材料的转变。探讨了球磨和热处理协同制备小尺寸羟基化h-BN的新方法，为拓展改性h-BN材料在其他领域的应用提供了参考。
-
2025,46(6):607-615, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx06002
Abstract:
为了探究活塞销孔型线及活塞销内径对销孔疲劳强度的影响规律，建立了活塞及组件有限元仿真模型，模拟计算了不同销孔型线及活塞销内径对活塞销孔压力、疲劳强度的影响，得到了最优的销孔型线及活塞销匹配方案，并结合发动机台架试验对优化结果进行了验证。结果表明：活塞销孔型线对销孔部位的接触压力及疲劳强度都有较大的影响；活塞销内径对销孔部位接触压力影响较小，但对销孔及活塞销的疲劳强度及活塞销的椭圆变形影响较大；活塞销内径每增大1 mm，销孔疲劳系数会降低6.2%~11.2%，活塞销椭圆变形增大10%~15%，活塞销疲劳系数降低3.2%~9.8%。通过调整销孔型线双曲面的收缩量及减小活塞销内径能有效提高销孔的疲劳强度、减小销孔开裂失效的风险，这为内燃机活塞可靠性提升提供了理论及工程应用参考。
-
2025,46(6):616-624, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx06003
Abstract:
超材料通过人工结构设计可突破传统材料的性能边界，在抗冲击、吸能及轻量化领域展现出独特优势。首先，介绍了超材料的定义及其分类；其次，结合非梯度和梯度2个设计理念，分别对二维和三维负泊松比结构及其力学性能进行了系统梳理，重点介绍了传统内凹六边形蜂窝结构所存在的缺陷及其优化设计方法、三维非梯度负泊松比结构的发展与力学性能、梯度负泊松比结构设计理念及其优异的力学性能等；再次，对负泊松比超材料的研究现状进行了总结；最后，对该材料未来可能的研究方向进行了展望：1）开展多物理场耦合条件下的负泊松比结构力学特性研究；2）探索多工况下三维负泊松比结构的抗冲击机理；3）开展三维负泊松比结构梯度优化设计；4）结合先进制造技术实现从结构到功能一体化设计制造。
-
2025,46(6):625-631, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx06004
Abstract:
为了建设世界最大的综合孔径射电望远镜，使系统具有最高的灵敏度和图像分辨率，对15 m偏置平方公里阵（square kilometre array,SKA）天线设计出一套新型的控制系统。建立了系统的数学模型，对控制环路算法进行了优化和修正，以实现方位、俯仰以及换馈系统的高精度驱动与控制；通过嵌入式软件对工作模式进行切换，完成天文目标的自动跟踪，以提高系统的指向和跟踪精度；进行了系统软硬件功能测试。结果表明，伺服性能及电磁兼容性能均满足SKA观测要求。目前该系统已在SKA射电望远镜应用，可为天文学前沿研究提供技术支撑。
-
2025,46(6):632-640, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx06005
Abstract:
为解决煤热解过程中因荒煤气冷却冷凝造成的管道堵塞和废水处理难题，提出将煤热解炉释放的高温荒煤气直接进行催化裂化，使其中的稠环化合物转化为低沸点的单环化合物，并采用U形管式气固流化床作为裂化转化反应器。为研究该反应器内的颗粒流动特性，设计并搭建了冷模实验装置，在较低床层密度条件下，测定了下行段和上行段的轴向压力分布，并考察了颗粒循环量和空塔气速对下行段轴向与径向颗粒浓度即颗粒加和总体积占反应器体积的比例）及颗粒速度分布的影响。结果表明：下行段轴向压力自上而下逐渐增大，上行段则呈相反趋势；下行段轴向颗粒浓度先升高后平缓，且整体高于相同操作条件下的独立下行流化床；轴向颗粒速度沿流向逐渐降低；径向颗粒浓度分布呈现“密环”结构，颗粒速度在边壁处呈现下降的趋势。初步揭示了U形管式流化床的颗粒流体动力学特性，对后续的实验研究和反应器工程放大具有参考价值。
-
2025,46(6):641-650, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx06006
Abstract:
针对氯碱工业能源利用率低、耗能高的问题，提出了采用水溶胶法制备钌钛阳极以提高催化效率。采用水溶胶法在不同条件下制备了钌钛阳极，利用X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）、线性扫描（linear sweep voltammetry,LSV）、循环伏安扫描（cyclic voltammetry,CV）、电化学阻抗（electrochemical impedance spectroscopy,EIS）等方法，研究了前驱体溶液盐酸浓度、钌钛物质的量比、涂覆层数对钌钛阳极析氯电催化性能的影响。结果表明，在前驱体溶液盐酸浓度为1.5 mol/L、钌钛物质的量比为3∶7、涂覆层数为10层的条件下制备的钌钛阳极的析氯电势最低（1.09 V vs.SCE），远低于石墨电极的析氯电势1.25 V vs.SCE。在一定条件下采用水溶胶法制备的钛基钌钛阳极具有良好的电催化析氯性能，为开发高性能析氯阳极提供了参考。
-
2025,46(6):651-651, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx06008
Abstract:
-
李泽阳，丁全民，钱厚和，赵新宇，王越坤，申 鹏，梁永梅，梁志敏，刘 丹，李建辉
2025,46(6):652-658, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx06007
Abstract:
为进一步改善7N01铝合金的耐腐蚀性能和力学性能，采用电脉冲固溶处理（electropulse solution treatment,EPT）和直流双级时效处理（DC two-stage aging treatment,简称DC）相结合的工艺，研究了处理过程中7N01铝合金微观组织结构、耐腐蚀性和力学性能的变化。结果表明：7N01铝合金经EPT后，试样的自腐蚀电流密度降低82.4%，耐腐蚀性能增强，塑性较好，强度降低；继续DC后，与未处理试样相比耐腐蚀性能提高了69.4%，晶粒稍有长大的同时，强化相重新析出，合金的抗拉强度强于EPT。采用EPT+DC相结合的工艺能够改善7N01铝合金微观组织和性能，为电流处理金属材料提供理论支持和技术参考。
-
王国利，周文悦，段一行，梁敬斌，邵青立，李 栋，尤晓东，康 杰，苏 孺，黎 旺，马海坤
2025,46(6):659-671, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx06008
Abstract:
针对M42高速钢冲头在服役中易因残余应力导致崩刃失效的问题，为优化其热处理工艺并提升性能，探究了球化退火预处理对M42高速钢冲头在完整淬回火工艺链中显微组织与残余应力分布的调控规律。设计了含与不含球化退火的2种热处理工艺路线，采用扫描电镜scanning electron microscope,SEM）和X射线衍射仪（X-ray diffractometry,XRD）对冲头在不同工序下的显微组织和表面残余应力进行表征，并结合ABAQUS有限元软件模拟了整个工艺过程中的残余应力演变。结果表明：球化退火可释放由挤压加工引入的初始残余应力的70%~90%，并显著改善最终热处理后的应力分布；在冲头根部易失效点位，应力状态由-400 MPa的压应力优化为+100 MPa的拉应力，有益于抵消服役载荷；同时，球化退火使组织中尺寸小于1.5 μm的细小碳化物占比显著提升，并呈均匀弥散分布。研究证实了增加球化退火预处理是优化M42高速钢冲头残余应力分布和细化碳化物的有效手段并揭示了其作用机制，可为高性能冲头的热处理工艺设计提供参考。
-
2025,46(6):672-683, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx06009
Abstract:
针对 Mg97Zn1Y2 合金表面耐腐蚀性较差这一问题，采用近年来兴起的激光表面改性方法，同时施加超声辅助，通过观察无超声辅助和施加超声辅助的 Mg-Zn-Y 合金表面微观结构、元素分布和腐蚀行为等，研究超声辅助激光表面熔凝处理laser surface melting,LSM)技术对 Mg-Zn-Y 合金表面耐腐蚀性的作用效果和机理。结果表明：虽然电化学测试结果证明，由于表面粗糙度的影响，LSM过程中施加超声辅助并不能显著改善样品的耐腐蚀性，但浸没腐蚀试验得出，当腐蚀时间大于8 h，S160-15、S160-20 和 S160-25 组实验样品的腐蚀速率明显低于 S160-0组实验样品；施加超声辅助激光熔凝处理的样品熔凝层厚度与超声振幅呈正相关，均高于无超声辅助激光熔凝处理的实验样品；对耐腐蚀性最好的S160-20组的样品进行电子背散射衍射分析发现，熔凝层产生分层现象，其中上部熔凝层厚度约为 24.5 μm，下部熔凝层厚度约为59.3 μm；S160-20组样品的上部熔凝层腐蚀行为与S160-0组样品熔凝层腐蚀行为一致，但S160-20组样品的下部熔凝层出现晶粒细化现象，这些细化后的晶粒与长周期堆垛有序（long period stacked ordered,LPSO）相形成的电偶腐蚀速率低于基体晶粒与长周期堆垛有序相形成的电偶腐蚀速率。施加超声辅助会使熔凝层厚度增加，更有利于提高Mg-Zn-Y合金长期的耐腐蚀性。
-
2025,46(6):684-693, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx06010
Abstract:
为解决热处理炉中传统旋流燃烧器氮氧化物(nitrogen oxide, NOx)排放过高的问题，提出了一种基于燃气分级技术的低氮燃烧器优化方法。首先，以普通旋流燃烧器为基本结构，在不显著增加燃料消耗的条件下，增设燃气分级结构；其次，采用ANSYS Fluent软件系统模拟一级静叶栅叶片角度和空气流速对NOx生成量的影响；最后，通过对比混合均匀性、温度分布及NOx浓度场，确定最佳参数组合。结果表明：燃气分级结构显著 提升了二级燃气与旋流空气的混合效率，热负荷分布更加均匀，热力型NOx生成量降低；当一级静叶栅叶片角度为30°、空气流速为1.15 m/s、 一级燃气占比为65%时，燃烧器性能最优，NOx排放量较传统结构明显减少。研究结果为低氮燃烧器的设计提供了优化方向，对工业燃烧设备的环保改造具有参考价值。
-
2025,46(6):694-703, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx06011
Abstract:
针对氨氢燃料在内燃机中存在的燃烧速度慢、点火困难、排放高的问题，通过提高进气氧浓度来改善氨氢混合气的燃烧速度与稳定性，从而提升内燃机的动力性能与热效率，并降低排放。通过CONVERGE软件对点火式内燃机模型进行燃烧模拟，将氨氢物质的量比保持为85%和15%，氧浓度从21%逐渐扩展至29%。结果表明：随着氧浓度的增加，内燃机的平均指标压力逐渐增加并呈现出线性趋势，缸内混合气的燃烧稳定性增强，燃烧持续期缩短；随着氧浓度增加缸内峰值温度也随之增加，导致氮氧化物（nitrogen oxides，NOx）排放随之升高；内燃机的指示热效率随着氧浓度的增加呈现出先增加后逐渐下降的趋势，氧浓度Ω=27%时内燃机热效率达到峰值40.13%。研究结果为氨内燃机的实际应用提供了参考。
-
杨晨旭，余铭浩，陈 梦，马俊俊，牛建瑞，张 静，刘 春，陈晓轩
2025,46(6):704-712, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx06012
Abstract:
为了解决电化学技术处理铜离子（Cu2+）废水过程中系统易受污染而导致稳定性差的问题，本文重点关注了流动电极电容去离子（flow electrode capacitive deionization, FCDI）去除Cu2+过程中系统的污染特性，探究了外加电压、进水Cu2+浓度、流动电极流速及进水水质等关键参数对系统去除Cu2+性能的影响机制。结果表明：在外加电压为0.8 V、进水Cu2+浓度为50 mg/L、流动电极流速为1.2 mL/min的条件下，Cu2+去除率达到56.22%，电荷效率为90%，除铜速率为0.03 μmol/(cm2·min)。此外，考察了流动电极在不同循环模式下系统的连续运行稳定性，并分析了离子交换膜与活性炭电极的污染特征。研究表明，流动电极在单循环（single cycle, SC）模式下对Cu2+的去除效果显著，且该模式下膜和电极表面的污染程度最低。本研究为FCDI技术在重金属去除中的应用提供了重要参考。
2025年第46卷第6期
当期完整版
国家青年/地区科学基金项目
机械、电子与信息科学
化学与化工
先进金属材料专题
新能源与节能环保
-
DOI:
Abstract:
针对六方氮化硼表面含有较少的活性基团导致其应用受限的问题，利用球磨和高温加热2种方式制备小尺寸羟基化的六方氮化硼，采用红外光谱、拉曼光谱、扫描电子显微镜、热重分析仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、导热仪和接触角仪对改性的六方氮化硼的结构、晶型、形貌、耐热性、元素含量、导热性和亲/疏水性进行表征。结果表明：球磨法可以降低六方氮化硼的尺寸和表面粗糙度，还能提高其导热性和疏水性，但是对其结构和晶型并未产生影响；随后继续采用高温加热方式，不仅可以有效地使六方氮化硼小尺寸化和羟基化，而且还能有效降低其表面粗糙度，使六方氮化硼的均方根表面粗糙度由1.56 nm降低到0.27 nm，但是会导致羟基化的六方氮化硼的耐热性降低，在800 ℃时，其失重率为21.14%（质量分数），此外，高温处理不仅可以降低六方氮化硼的导热性，而且还能实现六方氮化硼从疏水性向亲水性材料的转变。探讨了制备小尺寸化六方氮化硼和羟基化六方氮化硼的新方法，为拓展改性六方氮化硼材料在其他领域的应用提供了参考。
-
DOI:
Abstract:
超材料通过人工结构设计可突破传统材料的性能边界，在抗冲击、吸能及轻量化领域展现出独特优势。首先，介绍了超材料的定义及其分类；其次，结合非梯度和梯度2个设计理念，分别对二维和三维负泊松比结构及其力学性能进行了系统梳理，重点介绍了传统内凹六边形蜂窝结构所存在的缺陷及其优化设计方法、三维非梯度负泊松比结构的发展与力学性能、梯度负泊松比结构设计理念及其优异力学性能等；再次，对负泊松比超材料的研究现状进行了总结；最后，对该材料未来可能的研究方向进行了分析和展望：1）开展多物理场耦合条件下的负泊松比结构力学特性研究；2）探索多工况下三维负泊松比结构的抗冲击机理；3）开展三维负泊松比结构梯度优化设计；4）结合先进制造技术实现从结构到功能一体化设计制造。
-
张俊青1, 2，徐涛1, 2，冯业文1, 2，熊培友1, 2, 3，赵旭东1, 2，王猛4
DOI:
Abstract:
为了探究活塞销孔型线及活塞销内径对销孔疲劳强度的影响规律，建立了活塞及组件有限元仿真模型，模拟计算了不同销孔型线及活塞销内径对活塞销孔压力、疲劳强度的影响，得到了最优的销孔型线及活塞销匹配方案，并结合发动机台架试验对优化结果进行了验证。结果表明：活塞销孔型线对销孔部位的接触压力及疲劳强度都有较大的影响；活塞销内径对销孔部位接触压力影响较小，但对销孔及活塞销的疲劳强度及活塞销的椭圆变形影响较大；活塞销内径每增大1 mm，销孔疲劳系数会降低6.2%~11.2%，活塞销椭圆变形增大10%~15%，活塞销疲劳系数降低3%~10%。通过调整销孔型线双曲面的收缩量及减小活塞销内径能有效提高销孔的疲劳强度、减小销孔开裂失效的风险，这为内燃机活塞可靠性提升提供了理论及工程应用参考。
-
DOI:
Abstract:
为了建设世界最大的综合孔径射电望远镜，使系统具有最高的灵敏度和图像分辨率，对15米偏置SKA天线设计出一套新型的控制系统。建立了系统的数学模型，对控制环路算法进行了优化和修正，以实现方位、俯仰以及换馈系统的高精度驱动与控制；通过嵌入式软件对工作模式进行切换完成天文目标的自动跟踪，以提高系统的指向和跟踪精度；系统进行了软硬件功能测试。结果表明，伺服性能及电磁兼容性能均满足SKA观测要求。目前该系统已在SKA射电望远镜应用，可为天文学前沿研究提供技术支撑。
-
2021,42(1):48-59, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01007
Abstract:
现实生活中存在的网络大多是包含多种类型节点和边的异构网络，比同构网络融合了更多信息且包含更丰富的语义信息。异构网络表示学习拥有强大的建模能力，可以有效解决异构网络的异质性，并将异构网络中丰富的结构和语义信息嵌入到低维节点表示中，以便于下游任务应用。通过对当前国内外异构网络表示学习方法进行归纳分析，综述了异构网络表示学习方法的研究现状，对比了各类别模型之间的特点，介绍了异构网络表示学习的相关应用，并对异构网络表示学习方法的发展趋势进行了总结与展望，提出今后可在以下方面进行深入探讨：1）避免预先定义元路径，应充分释放模型的自动学习能力；2）设计适用于动态和大规模网络的异构网络表示学习方法。
-
2021,42(1):67-74, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01009
Abstract:
随着抗生素副作用的日益凸显，以及其被批准数量的逐年下降，研发功能相似且不易产生耐药性的其他活性物质迫在眉睫。抗菌肽具有广谱抗菌性、热稳定性，作用机理独特，既能起到体内抗病菌感染、促进癌细胞凋亡的作用，还可作为抗病毒化疗剂和医疗器械的抗菌材料。系统综述了抗菌肽的抗菌机制，及其在医药领域抑制抗耐药菌的产生、抗癌以及抗病毒感染的作用，阐明了抗菌肽存在的稳定性、溶血性及毒性等问题，并对其发展前景进行了展望。指出今后可在以下方面对抗菌肽展开深入研究：1）结合体内抑菌机制进行研究，推动抗菌肽的开发应用；2）通过替换、修饰氨基酸残基，合成杂合肽，优化抗菌肽结构，提高其活性，降低毒副作用并预防耐药性的产生；3）利用抗菌肽传递系统或抗菌肽与绿色天然提取物联合作用，提高抗菌活性和生物利用度。
-
2021,42(1):75-81, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01010
Abstract:
为提高304不锈钢的抗高温氧化性能，以正硅酸乙酯(TEOS)为原料，采用溶胶-凝胶法，在不锈钢表面制备了SiO2薄膜，通过氧化动力学，XRD，SEM和EDS分析，研究了涂覆层数对不锈钢900 ℃抗高温氧化性能的影响。结果表明，SiO2薄膜与不锈钢基体的附着性良好，促进了不锈钢表面发生选择性氧化，生成保护作用的Cr2O3和NiCr2O4氧化层，不锈钢的抗高温氧化性能显著提高，其中涂覆3层SiO2薄膜试样的抗高温氧化性能最佳，经900 ℃循环氧化100 h后氧化增重与氧化剥落仅为未涂覆试样的58.1%和41.4%。SiO2薄膜涂覆有效提高了不锈钢的抗高温氧化性能，是表面处理方法应用于高温环境的又一尝试，为溶胶-凝胶法制备其他薄膜提供了借鉴和参考。
-
2021,42(1):22-29, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01004
Abstract:
为了解决YOLOv3算法在手势识别中存在识别精度低及易受光照条件影响的问题，提出了一种改进的YOLOv3手势识别算法。首先，在原来3个检测尺度上新增加1个更小的检测尺度，提高对小目标的检测能力；其次，以DIoU代替原来的均方差损失函数作为坐标误差损失函数，用改进后的Focal损失函数作为边界框置信度损失函数，目标分类损失函数以交叉熵作为损失函数。结果表明，将改进的YOLOv3手势识别算法用于手势检测中，mAP指标达到90.38%，较改进前提升了6.62%，FPS也提升了近2倍。采用改进的YOLOv3方法训练得到的新模型，识别手势精度更高，检测速度更快，整体识别效率大幅提升，平衡了简单样本和困难样本的损失权重，有效提高了模型的训练质量和泛化能力。
-
2021,42(1):60-66, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01008
Abstract:
为减轻盐酸二甲双胍对胃的刺激，实现其在肠道内的释放，以盐酸二甲双胍为主药，壳聚糖、海藻酸钠为复合载体，筛选盐酸二甲双胍pH敏感性水凝胶微球的最佳处方及制备工艺，并对其pH敏感性及体外释药特性进行了考察。通过单因素试验及正交试验优化处方工艺，利用扫描电镜进行结构表征，紫外分光光度法测定载药量及包封率，转篮法研究释放度。结果表明，盐酸二甲双胍pH敏感性水凝胶微球的优选处方如下：壳聚糖与海藻酸钠的总浓度为2%（质量体积比），海藻酸钠与壳聚糖的质量比为1∶1，药物与海藻酸钠的质量比为2∶5，氯化钙的交联浓度为3.5%（质量体积比）；盐酸二甲双胍pH敏感性水凝胶微球在人工胃液中6 h累积释放度小于4%，在人工肠液中6 h累积释放度最大可达96.4%。所制备的盐酸二甲双胍pH敏感性水凝胶微球处方工艺稳定可靠，水凝胶微球机械强度高，生物降解性和稳定性好，是一种新型结构的盐酸二甲双胍给药系统。
-
2021,42(1):1-7, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01001
Abstract:
为了探究醇类物质在高载高速工况下的润滑性能，尤其是碳链、羟基与润滑性能的关系，开展了碳链长度、羟基数目对醇类物质润滑性能影响的研究。利用四球摩擦机调查一系列醇类物质的摩擦学性能，结合黏度仪、透射电镜和拉曼等检测手段，探索碳链长度、羟基数目对润滑性能的影响。实验结果表明，随着碳链的增长磨合期变短、摩擦系数达到稳态的时间变短、磨损率降低；随着羟基数目的增多磨损率降低、无明显磨合期和摩擦系数持续波动(乙二醇)或持续降低(甘油)。摩擦诱导形成的石墨烯较无定形碳更能有效地促使摩擦体系达到稳定的摩擦系数,缩短磨合期，研究结果可为醇类物质在机械设备领域的应用提供参考。
-
2021,42(1):82-90, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01011
Abstract:
为了解决传统U型钢拉杆存在的生产工艺落后、加工周期长、材料利用率低等问题，提出一体式钢拉杆成形工艺。以35型钢拉杆U型头预制坯的成形为研究对象，设计了3道次加热镦粗方法，采用DEFORM-3D有限元软件分析了不同工艺条件下镦粗后温度场、应力场的模拟结果，探讨了成形效果较佳的热成形工艺参数，并通过实验验证成形的可行性。结果表明，各道次较佳的热成形工艺参数如下：第1道次始锻温度为1 150 ℃、冲头速度为20 mm/s，第2道次始锻温度为1 150 ℃、冲头速度为30 mm/s，第3道次始锻温度为1 100 ℃、冲头速度为20 mm/s；在该热成形工艺参数下，各道次的成形力分别为1 520，2 090，5 290 kN，各道次的胀模力分别为5 870，6 710，8 830 kN；镦粗后金属流线分布合理，没有出现交叉、折叠等现象，成形效果较好。采用3道次热镦粗方法制备预制坯，制件内部的等效应力分布都比较均匀，可以形成质量良好的制件，研究结果可为35型钢拉杆U型头预制坯的镦粗聚料工艺设计以及设备选择提供参考。
-
2015,36(1):90-99, DOI: 10.7535/hbkd.2015yx01016
Abstract:
如何定量评估液氮冷却后煤储层的渗透率演化是液氮冷却增透煤储层技术的关键。为分析液氮注入煤后的变形、破坏和渗透率演化过程，将煤视作弹脆塑材料，其变形过程包括弹性变形、脆性跌落和残余塑性流动3个阶段，结合单元强度退化指数、扩容指数和Mohr-Column准则，建立了考虑围压对煤单元峰后力学行为影响的本构模型。根据煤岩单元变形过程，将煤岩单元渗透率演化分成2个阶段，即弹性压缩煤岩单元渗透率减小阶段及煤岩单元破坏后的渗透率增加阶段。分析了单元弹性变形、剪切破坏和拉破坏与渗透率之间的关系。煤岩单元弹性压缩和拉伸引起单元内孔隙空间的变化，进而影响单元渗透率；煤岩单元剪切破坏在单元内形成共轭剪切带，在剪切带内的流体流动服从平行板定律，给出了基于单元体应变的剪切带宽度和渗透率计算公式；煤岩单元拉破坏在单元体内形成“十”字型裂隙，在裂隙内的流动也服从平行板定律，给出了基于单元体应变的裂隙宽度和渗透率计算公式。结合热传导理论建立了液氮冷却煤层的温度-变形-破坏-渗透率演化模型，并在FLAC下利用Fish函数方法予以实现。数值算例研究了液氯注入辽宁王营子矿某煤层气抽放井后煤层的变形、破坏和渗透率演化过程。结果表明：1）煤受液氮冷却作用后发生体积收缩，越靠近钻孔温度梯度越大，收缩变形越大，温度拉应力越大，越容易破坏，形成拉破坏区。液氮注入冷却10 d后的拉破坏区约0.65 m宽。2）在拉破坏区，单元内形成了贯通的裂隙，单元体渗透率显著增长，液氮冷却10 d的单元渗透率最大增长幅度可达1.97×105倍。3）远离钻孔区域，拉应力也使得煤的渗透率有所增加，增加幅度为1%～14%，远小于破坏区。4）随着冷却时间增加，破坏区域扩大，但增长速率逐渐减缓，这表明在工程实践中冷却时间过长，不一定能取得更好的冷裂效果。5）液氮冷裂的主要影响区域在1.0 m左右，但实际工程中钻孔内压力、煤岩体内水的相变等对煤岩的实际变形和破坏也有很大影响，从而使得液氮冷裂的影响区域更大。6）模型能较好地反映液氮冷却煤体变形-破坏-渗透率演化过程，从而为评估液氮冷却煤岩增透效果提供一种简便、可行的方法。
-
2021,42(1):8-14, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01002
Abstract:
为提高非合作室内环境下超宽带组网定位能力，采用无中心定位算法理论对超宽带测距输出距离信息进行解算分析，得到相对定位结果，并将定位结果与光电标定系统结果进行实测对比，对精度进行评估。结果表明，相比传统超宽带定位模式，利用超宽带测距和无中心定位算法相结合的形式，能够实现无中心定位以及各节点之间的相对位置解算，最终确定各节点之间的相对位置。超宽带测距和无中心定位算法相结合，在相对定位方面具有良好的稳定性和精确度，可以广泛应用于室内室外多种场景。
-
2021,42(1):38-47, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01006
Abstract:
为了解决蚁群算法在无人机实现路径规划中容易陷入局部最优的问题，提出改进的蚁群算法。对信息素的挥发因子以及信息素进行上、下限设置，防止由于较短路径上的信息素过高以及较长路径上的信息素过低，使蚂蚁陷入局部最优，同时在多启发因素的影响下，将路径的整体长度作为决定状态转移概率的一个自适应启发函数因子，当路径长度很大时，自适应启发函数因子较小，使得蚁群选择该路径的概率减小。实验结果表明，改进的算法在路径长度上减少了6.4%，最优路径长度方差降低了85.78%，增加了对环境整体性的考虑，缩短了路径长度，降低了迭代次数，跳出局部最优。在环境复杂度加大的情况下，引入自适应启发函数因子之后的算法可以有效地选择较好的路径，为无人机路径规划提供了理论依据。
-
2021,42(1):15-21, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01003
Abstract:
为了解决航空无线电导航服务频段附近的脉冲干扰影响接收机工作的问题，并进一步提高GNSS系统的抗干扰能力，提出了基于STFRFT(short time fractional Fourier transform)的脉冲干扰抑制方法。首先确定接收信号的最佳旋转阶次，再对信号进行STFRFT，通过坐标旋转得到时频面的二维分布，在最佳阶次下采用自适应时变滤波器实现对干扰和信号的分离，进而抑制干扰。仿真结果表明，和几种传统方法相比，基于STFRFT的自适应滤波算法剔除干扰效果最好，在抑制脉冲干扰的同时保留了更多有用信号。结合STFRFT技术和自适应时变滤波技术提高了抑制脉冲干扰的能力，可为航空无线电导航服务的脉冲抗干扰技术提供参考依据。
-
2021,42(1):30-37, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01005
Abstract:
针对传统贝叶斯模型算法对图像显著区域检测精度需要进一步提高的问题，提出一种改进凸包的贝叶斯模型显著性检测算法。首先，利用流行排序算法对图像进行前景提取，提取的前景区域作为贝叶斯模型的先验概率；其次，利用颜色增强的Harris角点检测算法检测图像在RGB，HSV，CIELab 3个颜色空间中的特征点，分别构造RGB，HSV，CIELab空间的凸包，求取3个颜色空间下的凸包的交集；再次，通过贝叶斯模型根据先验概率、凸包与颜色直方图结合得到的观测似然概率计算获得显著性区域图；最后，将新算法在两大公开数据集MSRA和ECSSD中进行测试。结果表明，新算法能够有效抑制背景噪声，完整检出显著区域，F-measure值在MSRA和ECSSD数据库中的测试结果分别为0.87和0.71，准确率-召回率曲线在复杂图像数据库高于传统经典算法。新算法改进了传统经典算法的检测效果，进一步提高了显著图检测的准确性。
-
2019,40(1):68-78, DOI: 10.7535/hbkd.2019yx01011
Abstract:
近年来，关于数字孪生的研究方兴未艾。数字孪生作为一个新的范式或者方法体现出了巨大的潜力，但是，这一概念的内涵和范围尚不确定，尤其是对数字孪生模型概念的界定很不清晰。根据模式类别可以将其分为通用模型和专用模型，其中专用模型仍是当前的研究热点，研究内容主要体现为对具体项目使用数字孪生方法进行建模，也包括对专用模型进行开发。这些具体项目除了传统制造业所涉及的零件测量和质量控制，增材制造，设计和工作过程，以及系统管理外，还包括在生物医药、石油工程领域的应用等。开发专用模型的工具和技术呈现多元化，有通用工业软件、专用工业软件、仿真平台和自研二次开发工具等等。数字孪生通用模型的研究对象不针对某一具体项目，而是研究如何将模型受控元素表示为一组通用的对象以及这些对象之间的关系，从而在不同的环境之间为受控元素的管理和通信提供一种一致的方法。数字孪生通用模型的研究主要分为概念研究和通用模型的实现方法，两者的研究热度相当。其中概念研究从宏观角度的产品生命周期管理，到描述系统行为，如一般系统行为和系统重新配置，再到具体工作流，如设计方法、产品构型管理、制造系统、制造过程等，研究内容较为发散，尚没有出现特别突出的热点。关于数字孪生通用模型实现方面，主要研究了建模语言的构建、模型开发方法的探索、具体工具的使用、元模型理念的植入和模型算法的探索。数字孪生模型是数字孪生研究的核心领域之一，其未来的研究重点是如何将不断涌现的各不相同的数字孪生体的外部特征和内在属性归纳为可集成、可交互、可扩展的模型，便于更高效地实现信息在物理世界和数字世界之间流动，从而实现数字孪生的普遍应用，继而支持CPS（网络物理空间）和CPPS（网络物理生产系统）的建设。因此，数字孪生模型研究下一步需要解决的问题是如何对接标准参考架构，如德国提出的工业4.0参考架构模型RAMI4.0和中国的智能制造系统架构IMSA等；关于数字孪生模型需要建立统一的描述方法并确立一致的结论，以规范各自独立发展建立起来的模型，从而改善模型的互操作性和可扩展性，否则，随着系统规模的扩大模型效能会显著下降；中国数字孪生模型的研究急需国产专业工业软件和建模软件的支持，以便中国学者深入开展更加符合国情的深入研究。
-
2012,33(4):309-312, DOI: 10.7535/hbkd.2012yx04007
Abstract:
采用M-G方程、Bruggeman方程和广义M-G方程计算了复合材料内碳纤维的介电常数。结果表明:当纤维长径比较大时,3个方程均可以计算出碳纤维的介电常数,并且数量级和趋势保持一致；广义M-G和M-G方程的计算结果较为一致,而Bruggeman方程则小于其余两者的计算结果；当碳纤维浓度上升至渗流浓度附近时,3个方程计算结果均出现一定程度的偏离,表明3个方程均适用于低浓度情况。
-
2015,36(1):1-8, DOI: 10.7535/hbkd.2015yx01001
Abstract:
城市轨道交通作为一种快捷、舒适、节能、环保、安全的交通工具已越来越受到人们的青睐，但由于车辆运行时产生的噪声及振动也使城市轨道交通车辆面临严峻的挑战。目前，针对弹性车轮的研究也在不断发展深入，通过对弹性车轮的发展背景与结构分类的论述，介绍了弹性车轮在轻轨车辆上的主要优点，并详细论述了弹性车轮在降噪减振、有限元强度分析、车辆动力学以及轮轨磨耗方面的研究现状。以国内外低地板轻轨车辆为例，介绍了弹性车轮在城市轨道交通中的发展及运用，并论述了弹性车轮在中国轻轨车辆上的运用前景以及弹性车轮今后的研究方向。
-
2012,33(5):453-458, DOI: 10.7535/hbkd.2012yx05016
Abstract:
利用计算流体力学软件FLUENT的凝固/熔化模型,对双层壁圆筒内填充的铝硅合金相变材料的熔化/凝固过程进行了数值模拟,得到了在第3类边界条件下圆筒内相变材料在凝固/熔化过程中的动态温度场分布、相界面移动规律及凝固/熔化时间等,对蓄热装置的设计及实验研究提供了重要的参考价值。
-
2008,29(4):299-304, DOI: 10.7535/hbkd.2008yx04010
Abstract:
针对研制的创伤手指功能康复机械手,研究了以ARM芯片S3C2410为核心的嵌入式系统平台、基于SPI总线的电机控制和数据采集模块,以及控制软件和图形用户界面的设计,还结合机械系统设计了传感系统,实现了康复运动产生、康复数据采集等系统功能,为该系统用于临床康复试验奠定了基础。
-
2021,42(2):180-194, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx02011
Abstract:
作为网络物理空间CPS（cyber-physical space）建设的重要支撑技术之一，数字孪生已应用在航空航天、智能制造、智慧城市、智慧医疗、智慧教育等多领域，但其在实践过程中也出现了一些问题。例如：数字孪生概念泛化,导致理解偏差从而造成产学研用目标不一致、实践结果不受目标用户认同；具体实施缺乏通用有效方法,导致难以形成普遍性实践案例和公认的典型案例。为解决这些问题，需对数字孪生概念边界进行约束，并对数字孪生方法边界进行延伸，形成数字孪生的新边界，促进形成共识，增加实施方法，更好地推动其发展。在概念上，物理实体是一种具备多种性质的物质集合体，具有复杂性、真实性、即时性的特点，可随外界条件变化按照客观规律进行动态演化。在将物理实体映射到数字孪生的研究中，极易扩张概念范围，如将动态演化过程模拟——仿真、外界条件——数据、甚至对象——物理实体等全部包含在内。如此一来，数字孪生概念将失其核心，不利于在学界就其形成共识。在方法上，基于对多场景下相关应用的详细调研分析，现有数字孪生研究往往越过对物理实体的感知过程，直接依托原有专业领域的模型或模型构建方法而进行。这种方法在取得一些进展的同时，也显现出一定的局限性。首先，已有模型多聚焦于细分领域，在领域间无法通用；其次，已有模型中既少有同时体现数字孪生模型高保真、多尺度、多物理场的特点，更罕有涉及对应全生命周期信息流动的内容，直接套用无法保证数字孪生的有效实现；再次，从已有认知的高度直接进入建模过程可能导致成本过高，如世界公认的美军典型案例ADT计划，建设时间以10年计，投入人力物力巨大，这进一步阻碍了产业界进入数字孪生实践。为应对这些挑战，在概念边界方面，提出了数字孪生应回归其数字化模型的本质，以模型为中心进行有效约束，从而促使产学研用各方的理解达成一致。在方法边界的延伸方面，提出了一种面向多感知的数字孪生模型构建方法，即按照人类对物理世界的一般认识过程，先经由各种感知方法对特征获得感性认识，而后经各种认知过程进一步形成理性认识，由浅入深、由易到难、由简到繁地来进行数字孪生的实践。首先，通过视觉、听觉、触觉和动力感知、嗅/味觉、与反映条件变化的[HK]控制数据相结合等多感知方法，建立物理实体的数字孪生初始模型，在模型建立之初就聚焦于物理实体的复杂性和真实性，充分体现数字孪生模型的特点，有效增强模型的实用性和通用性；其次，将初始模型逐步与已有认知的知识框架进行匹配，并使用从物理实体处返回的控制数据进行不断迭代，将物理实体在特定外界条件变化下的各种性质变化、实时/近实时反应、对其有影响的各种客观规律、行为逻辑等信息按照研究领域的实际需要逐步加入到数字孪生模型中，有效控制模型规模和成本，逐步实现全生命周期的信息流动；再次，将优化成型的数字孪生模型进一步用于理论和实际研究中，如仿真、规划、优化、决策等，促进各项研究的发展；最后，展望了面向多感知数字孪生模型在计算机图像扫描领域、文化遗产保护领域、医疗和教育领域及某些特殊领域的应用前景。
-
2005,26(2):160-165, DOI: 10.7535/hbkd.2005yx02021
Abstract:
对化学工程领域中的通用CFD(ComputationalFluidDynamics)模拟软件Phoenics,Fluent,CFX等的具体特点和应用情况进行了综述,指出了他们各自的结构特点、特有模块、包含的数学模型和成功应用领域;给出了选用CFD软件平台的7项准则,对今后CFD技术的发展进行了预测,指出,今后CFD研究的主要方向将集中在数学模型开发、工程改造和新设备开发及与工艺软件的匹配连用等方面。
-
2005,26(1):47-50, DOI: 10.7535/hbkd.2005yx01012
Abstract:
描述了在透视投影和相机针孔模型下从单幅二维投影图像进行目标空间方位测定的方法,即利用现实场景中一个三维标定块来进行相机标定,采用线匹配法求出单应矩阵,即可测量平面上目标距离以及物体高度等。
