材料科学与工程

• ZnO和碱土金属氧化物对磷酸盐玻璃结构和性能的影响

  胡开文;韩建军;李娜;

  为探究掺杂不同二价离子对磷酸盐玻璃性能和结构的影响，本研究以44P_2O_5-45Na_2O-11RO(R=Mg、Ca、Sr、Ba、Zn)组分玻璃为研究对象，探究不同二价离子取代对磷酸盐玻璃的玻璃转变温度(T_g)、强弱性指数(m)、活化能(E_a)、硬度(H_v)、弹性模量(E和G)和泊松比(ν)的调控规律，结果发现：相比于其他碱土元素，Zn的引入会导致磷酸盐玻璃具有较高T_g(596 K),较低m(34.3),较高H_v(279 kgf/mm~2)、E(44.2 GPa)和G(17.2 GPa)。基于拉曼光谱分析揭示了不同二价离子替换对磷酸盐玻璃性能影响的结构起源。

  2024年02期 v.46;No.398 1-7页 [查看摘要][在线阅读][下载 521K]
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• Nd_2O_3的含量对硼硅酸盐玻璃固化体性能及稳定性的影响

  冯杰;朱永昌;霍冀川;崔竹;杨柳;吴堑;李静;

  通过向玻璃配方为(54.73SiO_2-14.96B_2O_3-5.34Na_2O-2.66Li_2O-4.51Al_2O_3-8.20CaO-5.33MgO-4.27BaO)的基础玻璃粉末中加入不同质量比的Nd_2O_3,经过高温熔融烧制，随后冷却得到玻璃固化体样品，利用XRD,FTIR,SEM,ICP,DSC等现代分析测试仪器对固化体样品进行分析得到结论为：本玻璃配方对Nd_2O_3的最大包容量为36%(质量分数),超过溶解度的部分会以氧基磷灰石(Ca_2Nd_8(SiO_4)_6O_2)的形式析出，并且Nd_2O_3的引入会导致玻璃固化体的密度和热稳定性先增大后降低，通过浸出测试得到28 d后Ca, Si元素的浸出率始终保持在10~(-4)数量级，Nd元素的浸出率保持在10~(-7)数量级，浸出结果表明玻璃固化体化学稳定性良好。

  2024年02期 v.46;No.398 8-12页 [查看摘要][在线阅读][下载 280K]
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• 掺杂时间对水热法制备氮掺杂还原氧化石墨烯的影响研究

  刘慧平;杨懿;李云鹏;周元林;李迎军;

  以氨水为氮源，探究了水热反应时间不同情况下氮掺杂还原氧化石墨烯(NrGO)结构和性能的影响。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱分析(Raman)、X射线光电子能谱分析(XPS)、比表面积分析(BET)等测试手段对其形貌和结构进行表征。结果表明，随着氮掺杂时间的增加，NrGO的氮元素含量从7.05%增加到9.22%。氮的掺杂导致了石墨烯结构缺陷增多、微观形貌褶皱增多及导电性变好，氮键构型也表现出不同的变化趋势。

  2024年02期 v.46;No.398 13-20+27页 [查看摘要][在线阅读][下载 833K]
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• 聚丙烯纤维增强流态固化土性能及其作用机制研究

  陈书杰;邵玉玲;张恒春;张峰;王耀;

  流态固化土作为一种新型回填材料，具有高流动性、可泵送、施工简便等优点。开展聚丙烯纤维增强黄土基流态固化土的工作性和力学强度研究，分析聚丙烯纤维增强流态固化土的作用机制。结果表明，随着聚丙烯纤维掺量的增加，流态固化土拌合物的流动度、泌水率逐渐下降；聚丙烯纤维掺量低于1.25%时，30 min流动度经时损失下降；聚丙烯纤维最佳掺量为1.25%,此掺量下流态固化土28 d抗折强度、抗压强度分别提高62.6%和13.8%;加筋效应、纤维与土颗粒界面摩擦力、粘结力和形成三维网格结构是聚丙烯纤维增强流态固化土力学强度的作用机制。

  2024年02期 v.46;No.398 21-27页 [查看摘要][在线阅读][下载 573K]
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• 高分子减缩密实剂对水泥基材料性能影响研究

  方周;余剑英;

  采用高分子减缩密实剂改善水泥基材料的性能，研究了高分子减缩密实剂对水泥基材料的抗渗性能、体积稳定性、抗开裂性能、抗硫酸盐侵蚀、抗冻融循环的影响，并通过扫描电镜观察了28 d龄期净浆水化产物的形貌。结果表明，相比于未掺组，掺入2%高分子减缩密实剂的水泥基材料，混凝土的28 d渗透高度比为27%,砂浆的渗透压力比达300%,混凝土28 d氯离子迁移系数比下降至61%,混凝土的28 d收缩率比为87%,砂浆的早期抗开裂性能比可达76%,KS150次混凝土抗压强度耐蚀系数比提升至122%,混凝土抗冻等级达到F300,净浆水化产物形态得到优化，由疏松的团状结构转化为致密的簇状结构。

  2024年02期 v.46;No.398 28-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 498K]
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土木工程

• 大粒径级配碎石的永久变形研究及模型预测

  伍阳;程春;谭波;粟友良;李杰敏;

  为了研究大粒径级配碎石在循环重复荷载作用下的永久变形规律，对大粒径级配碎石混合料开展循环压实试验，研究含水量、级配、重复荷载对大粒径级配碎石累积变形的影响，引入灰色关联理论，通过计算各因素的灰色关联度，确定各因素对永久变形的影响程度。试验结果表明：当荷载低于200 kPa时，大粒径级配碎石混合料处于塑性安定状态，当荷载在250～300 kPa时，试样变形将缓慢累积，试样处于塑性蠕变状态；根据灰色关联分析结果，大粒径级配碎石混合料的永久变形受级配的影响最大，其次是压实荷载和含水量；最后基于试验结果，提出了一种更适用于大粒径级配碎石的累积变形预测模型。

  2024年02期 v.46;No.398 36-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 298K]
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• 温缩纤维混凝土力学性能试验与本构关系

  卢志芳;胡玉坤;吴静;刘沐宇;张利华;

  为提高混凝土的抗裂性能，研发了一种基于温缩纤维的混凝土材料，利用温升时纤维回缩所产生的应力来提高混凝土的抗裂性能。为了探明该种混凝土的力学性能，设计制作了26组共计112个混凝土试块，按2.0 kg/m~3纤维掺量，通过试块蒸养模拟温升作用，对比分析了素混凝土、聚丙烯纤维混凝土、温缩纤维混凝土的力学性能，研究了温缩纤维混凝土的应力-应变曲线。结果表明，温缩纤维混凝土的力学性能优于聚丙烯纤维混凝土和素混凝土，轴心抗拉强度分别提高了30.17%和31.96%,说明温缩纤维对混凝土的抗裂性能有明显的提高作用。同时建立了温缩纤维混凝土的本构关系，为温缩纤维混凝土的应用提供了理论和试验依据。

  2024年02期 v.46;No.398 44-50+101页 [查看摘要][在线阅读][下载 570K]
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• 带可拆槽钢的无桁架筋预制混凝土底板抗弯试验研究

  王小平;李福鑫;孙安君;董泽鑫;周智;李涛;

  基于桁架钢筋混凝土叠合楼板，提出一种带可拆槽钢的无桁架钢筋预制混凝土底板(简称PBC),对包括PBC在内的3块预制混凝土底板进行了抗弯试验、有限元分析和对比。结果表明：PBC由预制混凝土底板、槽钢通过螺栓连接而成，成本低，制作、运输和安装方便，且槽钢可重复利用，具有一定的推广应用价值。PBC的抗弯刚度和极限承载力与带钢筋桁架的预制混凝土底板相差不大，能满足现浇混凝土自重及施工活载要求。3个试件荷载-跨中位移关系曲线的有限元分析结果与试验数据较为接近，开裂荷载、极限荷载的计算结果与试验数值相比也在可接受范围之内，说明所提预制混凝土底板有限元建模方法正确、可靠。

  2024年02期 v.46;No.398 51-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 539K]
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• 蜂窝状波阻块用于铁路高架桥环境振动的隔振效果研究

  胡晶晶;赵良;罗忆;

  为了研究蜂窝状波阻块(HWIB)对重载列车在高架桥上运行诱发的场地振动的隔振效果，运用有限元软件LS-DYNA建立了场地-波阻块-建筑物的三维分析模型，采用桥墩底部的振动响应作为场地的激励源，分析了蜂窝的填充方式、屏障区位置、桩长和填充材料等参数对HWIB隔振效果的影响。结果表明：地面振动在屏障区附近有放大，放大的幅度跟桩长和屏障区位置有关，3排填充比1排填充和不填充的隔振效果都要好，屏障区应该设置在合理的位置，距离桥墩太近和太远都不好，桩长12 m比桩长6 m的HWIB效果好，在远离屏障区时，橡胶填充的隔振效果更好。最后，合理设置隔振参数，将HWIB应用到神山高架桥附近的一层建筑的隔振上，对比发现，减振后建筑物监测点的振动幅值均降到限值以下。

  2024年02期 v.46;No.398 57-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 570K]
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• 输电线路岩石锚杆基础锚筋疲劳试验研究

  贾及汉;罗瑾煊;李杰;柳劲京;刘岩;吕忠华;孙清;

  以HRB400钢筋作为岩石基础锚筋，通过疲劳性能试验建立HRB400锚筋疲劳寿命与应力水平之间的关系，并通过3参数Weibull分布和Gumbel分布模型进行参数估计，评价了不同失效概率下的HRB400锚筋的疲劳特性，为岩石锚杆基础疲劳性能设计提供了重要的试验参考依据。

  2024年02期 v.46;No.398 64-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 312K]
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交通科学与工程

• 基于HACO-ALNS的车辆与无人机协同配送问题研究

  辜勇;柴子艺;刘迪;李文锋;

  针对物流配送需求增大、“最后一公里”交付困难、车辆或无人机配送均具有一定局限性等问题，作者提出了带有动态能耗约束的车辆与无人机协同配送问题，以最小化总配送成本为目标建立了混合整数规划模型，在约束中考虑了无人机一次起飞可完成多点配送、客户点差异等限制。设计了一种基于自适应大邻域搜索的混合蚁群算法进行求解，在蚁群算法中融入遗传算法，设计新的启发式因子。实验结果表明，该算法在不同规模算例上均具有良好的求解精度和运行速度。与不同配送模式的对比表明，多点配送的无人机装载率比单点配送高22.1%,动态能耗模式的成本与固定能耗相比平均降幅为3.31%。

  2024年02期 v.46;No.398 69-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 402K]
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• 用于广西北部湾海域的风力机气动参数设计研究

  郝淑宁;金伟晨;刘利琴;刘东升;张勤杰;

  设计了适用于广西北部湾海域的4 MW风力机的气动参数。建立了风力机数值模型，分析了风力机的气动性能；计算了风力机风能利用系数与叶尖速比和桨距角的关系，得到了最优风能利用系数和最佳叶尖速比；基于广西北部湾海域实测风速数据计算得到该地区的威布尔分布参数，采用威布尔方法确定风力机额定风速；利用FAST计算得到额定风速下的额定功率为4 MW,基于变速变桨的控制策略进而得到了额定转速等气动参数；基于实测风速，计算了所设计4 MW风力机2021年和2022年发电量。结果表明，该4 MW风力机具有良好的发电性能。

  2024年02期 v.46;No.398 80-87+115页 [查看摘要][在线阅读][下载 566K]
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• 三峡升船机成组船舶进厢水动力性能研究

  姚宇;常海超;闫晓青;

  以全平衡垂直升降为核心的三峡升船机，是目前世界上规模最大、运行条件最复杂、技术难度最高的升船机。在三峡升船机复杂的外部通航环境无法改变的情况下，轨道牵引系统无法安装布置。为提升三峡升船机的通过效率，提出采用推轮顶推的方式实现船舶进出船厢，但必须要面对成组船舶在上下闸首狭窄航道中的低速航行问题。文章主要围绕成组船舶进出船厢时在狭窄水道中低速航行的典型工况，考虑浅水效应、岸壁效应以及船-船间干扰等因素的影响，分析两船的水动力特性和船间干扰力情况，为后续升船机效率提升提供理论依据。

  2024年02期 v.46;No.398 88-93页 [查看摘要][在线阅读][下载 410K]
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资源与环境工程

• 基于概率积分法和数值模拟的某铁矿地表沉降影响研究

  黄刚;李东伟;陆港;

  为了研究安徽某铁矿地下开采对地表沉降的影响情况，以该地下铁矿山工程地质条件为基础资料，运用概率积分法和Matlab计算地下矿山开采引起地表沉降数值范围，用FLAC~(3D)构建地下矿山虚拟仿真模型，进行整个矿区的矿石历史和未来开挖充填全过程模拟。研究结果表明：地表倾斜、曲率、水平变形最大值分别为1.8 mm/m、0.019 mm/m~2、1.94 mm/m,均低于地表建筑物保护等级安全阈值。研究结果可为矿区保障地表建筑物安全和沉降监测系统设计提供理论和技术支撑。

  2024年02期 v.46;No.398 94-101页 [查看摘要][在线阅读][下载 737K]
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• 基于zeta电位的造纸中段废水处理过程中絮凝剂投加量的优化控制

  张玉华;曾鸿亮;全四龙;

  在造纸中段废水处理过程中，精确控制药品添加量是絮凝法的关键技术。zeta电位可以反映胶体颗粒的稳定性，表征废水处理过程中絮凝效果，指导絮凝剂的添加。基于流动电位法搭建zeta电位在线测定装置；构建以可编程逻辑控制器为核心的絮凝剂投加量的优化控制系统，构成现场设备单元——监控单元——执行单元的三级控制单元。实验结果表明，该系统能够实时检测待测废水的zeta电位，并采用比例、积分和微分综合控制器，优化控制絮凝剂的投加量，且系统具有良好的人机界面。

  2024年02期 v.46;No.398 102-108页 [查看摘要][在线阅读][下载 410K]
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• 钢渣对污水培养小球藻生长特性的影响

  钟鑫;樊杰;冯绍玮;祝佳佳;

  在污水培养微藻的光生物反应器中加入钢渣，考察钢渣对小球藻生长和生理的影响。结果表明，钢渣对微藻生长具有“低促高抑”的剂量效应，1 g/L钢渣浸出了20 mg/L Ca~(2+),是小球藻生长的最佳促进浓度，微藻生物量为对照组的1.3倍，叶绿素a和叶绿素b分别增加29%、20%,产氧增强；钢渣投加量大于2 g/L则抑制微藻生长。相关性分析表明，Ca~(2+)和pH值是微藻生长的关键因素，Ca~(2+)小于30 mg/L、pH值为9～10时刺激微藻生长，过量则损伤叶绿素a。钢渣浸出的重金属离子浓度未超过污水排放标准和地表水环境质量标准。既实现了钢渣金属元素循环利用，又提供了一种钢渣和微藻协同固碳方式。

  2024年02期 v.46;No.398 109-115页 [查看摘要][在线阅读][下载 536K]
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• 餐饮商户燃气爆炸多因素风险耦合研究

  张洪杰;魏甜甜;聂俊杰;余恺瑞;陈卫星;

  为了分析多因素耦合作用对餐饮商户燃气爆炸事故的影响，在扎根理论质性分析餐饮商户燃气爆炸事故风险因素的基础上，应用N-K模型进行系统耦合风险的分析。首先，运用扎根理论构建餐饮商户燃气爆炸事故风险因素模型，其中包括18个范畴4个核心范畴；其次，根据耦合组合的类型划分为单因素、双因素、多因素风险耦合，并借助Vensim软件绘制耦合关系图；最后，运用N-K模型定量地对各种耦合形式的耦合风险值进行计算。结果表明：餐饮燃气爆炸事故的耦合因素越多则风险值越大；多因素风险耦合中4种因素耦合产生的风险值最大，其次是人-物-环因素耦合；双因素风险耦合中，人-物因素耦合最大。

  2024年02期 v.46;No.398 116-124页 [查看摘要][在线阅读][下载 378K]
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机电与信息工程

• 旋转机械安装平台的振动控制研究

  刘志恩;彭文杰;廖武;尹立峰;薛齐凡;李放;

  旋转机械因其体积小、效率高而被广泛应用于船舶行业，其工作时往往会安装在底板、底座等平台上，以提高本身的承载能力，并衰减其传给船体的振动和冲击。传统的设计方法常将旋转机械设备安装在底板中间位置，未充分考虑设备安装方式对振动性能的影响。以某船用抽气泵为研究对象，采用有限单元法，对泵体的不同安装方式进行振动特性分析，并基于Python语言，开发一套旋转机械安装平台结构设计与响应优化的程序，并对优化后的安装方案进行可靠性分析。结果表明，相比于传统安装方式，优化后的布置方案在保证底板承载能力前提下，使其所受振动加速度明显降低，验证了旋转机械安装平台优化方案的有效性。

  2024年02期 v.46;No.398 125-133页 [查看摘要][在线阅读][下载 732K]
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• 基于AEB正面碰撞的乘员主被动一体式损伤研究

  张义;诸海涛;唐友名;王平;王宇;范体强;

  为探究自动紧急制动(automatic emergency braking, AEB)系统与主动预紧安全带在发生正面碰撞时的防护效果，基于某车型构建了AEB功能和主动预紧安全带的乘员约束系统模型；对3组不同防护策略(无AEB无预紧安全带、有AEB无预紧安全带和有AEB有预紧安全带)开展了正面100%重叠刚性壁障碰撞仿真实验。仿真结果表明：仅有AEB作用下，乘员平均加权伤害指标(weighted injury criteria, WIC)值反而升高了79%;而在AEB和主动预紧安全带耦合作用下，乘员平均WIC值降低了9%。在主动预紧安全带与AEB系统联合作用下，能够有效提高乘员防护水平。

  2024年02期 v.46;No.398 134-140页 [查看摘要][在线阅读][下载 808K]
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• 基于EMD-BiLSTM的短期电力负荷预测研究

  沈旃葳;吴细秀;罗格帅;秦理;张清勇;

  短期电力负荷预测能够评估某地区整体的电力负荷变化情况，对电力系统安全稳定运行至关重要，而气象因素也具有深刻的影响。作者提出一种融合了经验模态分解(EMD)和双向长短期记忆网络(BiLSTM)的模型，首先结合气象因素分析其与电力系统用电量的相关性，选取有相关性的气象因素和历史负荷数据一起作为输入特征集，利用EMD算法将随机性强的历史电力负荷数据分解为有限个特征互异的固有模态函数分量和趋势分量。然后和气象因素一起输入到BiLSTM中深度挖掘历史数据并训练模型。最后对各分量数据分别预测并叠加输出预测值。以某地电力负荷数据为实际算例，算例结果表明，采用该方法预测模型拟合度能达到97%,具有较好的预测效果。相较于LSTM网络和BiLSTM网络的预测结果，其预测曲线更贴近于历史负荷数据，特别是对于电力负荷趋势的突然变化，其预测精度得到有效提升。

  2024年02期 v.46;No.398 141-149页 [查看摘要][在线阅读][下载 810K]
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• 基于高压行列寻址系统的压电柔性执行器阵列研究

  马方毅;杨邓飞;丁弘;

  动植物中存在许多高自由度形变，如软体动物的拟态、鱼类的水下运动等。仿生学通过对这些高自由度形变的模拟，为机器人的研究提供新思路。柔性执行器因其能够适应各种非结构化环境，较刚性执行器有更高的灵活性、功能性和安全性，近年来已成为机器人研究的热点。但受限于材料和驱动原理，无法完全模拟生物体的形变和运动，且执行器被制备后，功能即被固化，无法进行再编程，限制了功能拓展。针对上述问题，作者基于聚偏二氟乙烯(PVDF)制备了一种2×2压电柔性执行器阵列，开发了相应的高压行列寻址(HV-RCA)控制系统。

  2024年02期 v.46;No.398 150-156页 [查看摘要][在线阅读][下载 454K]
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  <正>《武汉理工大学学报》是基础理论与应用科学相结合的综合性学术期刊。坚持以马列主义、毛泽东思想、邓小平理论、江泽民“三个代表”和“科学发展观”为指导思想，贯彻党的有关方针、政策。坚持“双百方针”,以促进科学与技术的发展、加强国内外学术交流为宗旨。重点刊登材料科学与工程、交通科学与工程、土木工程、资源与环境工程、机电与信息工程等学科的基础研究与工程应用论文。读者对象主要是高等院校的教师、研究生、

  2024年02期 v.46;No.398 7页 [查看摘要][在线阅读][下载 48K]
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