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2022年  第36卷  第4期

纺织化工与环境
SPTA−PVA/CDA−GO/PVDF复合膜的制备与表征
徐悦, 曾正, 袁海宽, 陆杰
2022, 36(4): 341-346. doi: 10.12299/jsues.22-0132
摘要:

用1,4−环己二胺(CDA)修饰氧化石墨烯(GO),利用4−磺基邻苯二甲酸(SPTA)对聚乙烯醇(PVA)进行交联,以亲水化的聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜为底膜,通过真空过滤与滴涂,制备SPTA−PVA/CDA−GO/PVDF复合膜. 采用全反射傅里叶变换红外光谱(ATR−FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和接触角测试对复合膜表征,并测试复合膜的渗透汽化脱盐性能. 结果表明,CDA修饰扩大了GO纳米片的层间距,增加了CDA−GO层的透水性;交联PVA层提高了复合膜的表面亲水性和稳定性,增强了复合膜吸水性和水传输性能. 复合膜在70 ℃对质量分数为3.5%的氯化钠(NaCl)水溶液获得15.6 kg/(m2•h)的水通量和99.99%的脱盐率.

气体燃烧室中热流场与生成NOx浓度场的数值模拟研究
张诺楠, 郭韵
2022, 36(4): 347-352. doi: 10.12299/jsues.22-0107
摘要:

对于一种燃气燃烧器,选取合适的燃烧室尺寸进行匹配,进而构成一个完整的计算区域. 天然气燃料和助燃空气通过该燃气燃烧器喷入燃烧室实现完整燃烧过程. 通过简化燃气燃烧器完成几何建模,使用热流与燃烧分析软件对计算区域进行数值模拟,选用Realizable k-ε湍流模型、ED燃烧模型、DO辐射模型及热力型NOx生成模型,探究过量空气系数α对该燃气燃烧器燃烧过程的影响,得出其温度场及生成NOx浓度场的相关云图及分布情况并进行分析. 当过量空气系数α = 1.1时,NOx浓度最大. 研究结果可为相关研究实验和设计低NOx燃烧器提供参考依据.

输油管路油气两相脉冲冲洗的仿真试验研究
栗涛杰, 徐屾, 肖兰兰, 杨兆霞
2022, 36(4): 353-357. doi: 10.12299/jsues.22-0135
摘要:

提出一种油气脉冲冲洗方式,通过改变充气时间产生脉冲震荡流,去除管内污染物. 建立油气脉冲动力学模型和数学控制方程,基于Ansys Fluent模块进行用户自定义函数(UDF)二次开发并仿真试验. 采用k−ε二方程湍流模型、气液两相流流体体积(VOF)模型,并用Simple算法迭代求解,对z=0截面上距进口不同位置处的径向速度、湍流强度、动压及壁面剪切力进行研究. 结果表明,油气两相流冲洗的流速、湍流强度、动压以及壁面剪切力都高于油冲洗时的值;脉冲冲洗法压缩空气,使其以脉冲形式作用于油上,增强紊流脉动性,增加惯性切应力,清洗效果优于持续充气法. 研究结果为管道油气脉冲冲洗提供理论依据和工程实践方法.

基于双热管新风机组温湿度独立控制空调系统试验平台设计
张宇, 蔡颖玲
2022, 36(4): 358-363. doi: 10.12299/jsues.21-0311
摘要:

夏热冬冷地区夏季空气潮湿,除湿是空气调节的重点任务. 针对温湿度独立控制空调系统中新风机组除湿能力不足的问题,采用双热管新风机组增强空调除湿能力. 系统设计新风量为300 m3/h,理论除湿能力为662.4 g/h,采用三级过滤器净化新风,满足除湿与卫生需求. 该系统采用金属辐射吊顶处理室内空气温度,通过监测系统避免金属吊顶结露风险,可为温湿度控制及建筑节能提供参考.

先进制造与智能控制
基于简化惯导的地下管线轨迹测量方法
李昊, 陈强, 徐一雄
2022, 36(4): 364-368. doi: 10.12299/jsues.22-0106
摘要:

针对目前基于惯性导航原理的地下管线轨迹测量系统成本过高的缺点,通过减少惯性传感器的数量,有效降低系统成本. 首先推导了仅使用单轴角速度和双轴加速度数据还原管线轨迹的公式,然后使用具有自适应噪声的完全集成经验模态分解处理惯性传感器原始数据,最后利用所推导公式和处理后数据重建管线轨迹. 在75 m长的测试管路中,重建轨迹最大偏差小于全长的0.2%,同时传感器成本减少一半,具有较强的实用价值.

基于分层优化策略的永磁同步电机转子结构多目标优化
杨尚明, 马其华
2022, 36(4): 369-377. doi: 10.12299/jsues.22-0009
摘要:

永磁同步电机对转矩输出的平滑性有较高要求. 内置式永磁同步电机受齿槽转矩、磁阻转矩脉动、电磁转矩脉动等因素影响,输出转矩脉动相对较大,增加了电磁噪声和输出的不稳定性. 基于一台20 kW永磁同步电机建立有限元模型,验证模型的准确性. 以电机最大输出转矩、最小转矩脉动、最小齿槽转矩为优化目标,对电机转子结构参数进行灵敏度分析,并综合NSGA−Ⅱ算法和单变量参数法进行分层优化. 与单层优化相比,分层优化对易受变量影响的目标提升效果更好. 声学仿真验证了优化后的转子结构对电磁噪声改善效果显著.

基于Volterra级数的功率放大器偏置电路优化设计
柴仁磊, 肖曼琳, 蔡丽媛
2022, 36(4): 378-382. doi: 10.12299/jsues.22-0136
摘要:

以Volterra级数为理论基础,根据AB类功率放大器的特点,采用混合Π型等效电路对共射放大电路进行建模. 对功放中的非线性元件进行具体描述与分析,从而获得放大器电路的系统行为模型. 提出一种基于Volterra 级数和基尔霍夫电流定律( KCL) 的优化设计方法,快速找出最佳偏置参数. 设计一个工作频率在850 MHz的射频放大器,并计算出工作在兼顾放大器效率和线性的最佳输入偏置大小为6 Ω,此时输出的P1dB为23.4dBm(1 mW为基准功率). Multisim电路仿真证明了理论分析结果.

新型2UPR/UPS/UP机构的误差模型与几何误差灵敏度仿真
陈伟杰, 岳义, 韦宝琛, 崔国华, 潘颖, 陈文波
2022, 36(4): 383-391. doi: 10.12299/jsues.22-0034
摘要:

研究推导2UPR/UPS/UP+AC摆混联机构的解析反解,并以2UPR/UPS/UP为研究对象,系统阐述单关节误差模型和支链误差模型,并给出相关的几何误差源;建立被动误差、动平台位姿误差与各支链运动副误差源之间的误差映射模型,并基于机构误差模型进行各运动副误差源的误差灵敏度仿真分析. 研究成果可为基于2UPR/UPS/UP并联机构的五自由度混联机器人工程设计提供运动副误差分配及精度设计的理论支撑,同时为其他混并联机构的误差建模和灵敏度分析提供借鉴.

基于激光和视觉传感器融合的定位与建图
赵以恒, 周志峰
2022, 36(4): 392-397. doi: 10.12299/jsues.22-0121
摘要:

定位与建图是自动驾驶的关键技术之一. 激光传感器或视觉传感器具有局限性,通过多传感器融合可以发挥不同传感器各自的优点,提高定位与建图的精度和鲁棒性. 通过优化Harris算法对图像进行角点提取,利用关键帧对特征点匹配算法进行优化,然后利用非线性最小二乘法进行后端优化. 通过试验平台进行定位与建图试验,对算法进行验证,并用EVO工具对定位误差进行分析. 结果表明,提出后端优化算法误差比单一传感器定位误差减少13%.

现代交通工程
基于道路边界约束的车辆横纵向控制
马思群, 王兆强, 赵佳伟, 韩博
2022, 36(4): 398-404. doi: 10.12299/jsues.22-0128
摘要:

为提高自动驾驶车辆对不同道路的适应性和跟踪稳定性,提出一种基于道路边界约束和双比例−积分−微分(PID)的横纵向轨迹跟踪方法. 基于道路边界约束,求出使车辆安全行驶的转向曲率,结合二自由度动力学模型计算安全行驶转向角. 该方法计算简单,且最远预瞄点由道路的宽度及曲率信息自主确定. 通过仿真试验,制作车辆加速度、速度、油门和刹车的标定关系表,并基于标定表设计双PID速度跟踪控制器. 最后通过Carsim−Simulink联合仿真,证明横纵向控制器可以安全地行驶在道路范围内,并有良好的跟踪精度和稳定性.

地铁列车弓网离线暂态过程仿真研究
张冬冬, 李小波, 张浩, 张程
2022, 36(4): 405-409, 417. doi: 10.12299/jsues.22-0125
摘要:

弓网离线对地铁安全运行带来不利影响. 首先建立弓网离线牵引系统仿真模型,然后对不同时长的离线状况进行仿真,通过对离线期间牵引逆变电路的直流侧电压、IGBT电压以及电机转子电流的暂态过程进行分析,获取不同离线时长对列车牵引过程电气特性的差异化影响. 研究结果对牵引系统故障诊断和维修策略制定有较好的理论指导作用.

基于AHP−风险网络的城市轨道交通应急演练评估研究
刘丹阳, 潘寒川
2022, 36(4): 410-417. doi: 10.12299/jsues.21-0262
摘要:

针对城市轨道交通行业在应急演练中所使用的评估方法单一,存在评价指标的权重主观性强,忽视评价指标之间的客观联系等缺点,提出一种基于AHP−风险网络的评估模型. 通过风险网络分析计算得到的客观权重来修正层次分析法所得到的主观权重,使评估指标的权重既有专家决策的专业性又有一定的客观性. 最后将其应用到上海地铁某车站的大客流应急演练评估中,评估结果验证了该评估模型的有效性,为城市轨道交通应急演练工作提供一种考虑评价指标之间客观联系的主客观结合的评估方法.

疫情下基于Petri网的值机流程仿真建模与分析
韦潇, 石丽娜
2022, 36(4): 418-427. doi: 10.12299/jsues.21-0270
摘要:

疫情下机场航站楼增设的健康检测环节使值机流程用时变久,效率低下. 对某机场航站楼值机流程现状分析,建立基于Petri网值机流程的过程模型,可靠性试验验证模型的正确性. 研究发现:1)自助值机、网上值机和柜台值机方式均使旅客托运行李的时间过长;2)与柜台值机相比,其他两种值机方式旅客等待服务的时间更短,更多旅客选择. 最后提出通过增设自助托运设备或值机柜台的方式减少旅客排队等待时间,缓解和改善值机流程中的瓶颈环节.

材料科学与工程
基于Deform−3D的阶梯钻钻削Inconel718有限元仿真
王宙彪, 周俊
2022, 36(4): 428-434. doi: 10.12299/jsues.22-0129
摘要:

镍基高温合金Inconel718在600 ℃以上的高温环境下能够保持优秀的机械性能,被广泛应用于航空航天等重要科技工业领域. 但其钻削过程中易出现钻削力大、钻削区域温度过高、刀具磨损较大等现状,属于难加工材料. 针对此,以麻花钻为基础设计一种阶梯钻头,引入直径比(第1阶梯与第2阶梯直径之比)概念,并利用Deform−3D软件对两种钻头钻削Inconel718的过程进行有限元仿真. 结果显示,相比麻花钻,在同样的钻削环境下,阶梯钻平均能降低25.5%的轴向力,刀具磨损最大降低33.9%,工件钻削区域温度更低且钻头温度分布更理想.

304不锈钢热变形行为及本构模型研究
姚硕, 陈志英, 张莹, 曹峰华, 孙彦
2022, 36(4): 435-439. doi: 10.12299/jsues.22-0141
摘要:

利用Gleeble−3800热/力学模拟试验机研究304不锈钢热变形行为,通过变形温度区间为800~1200 ℃,应变速率区间为0.001~1 s−1的热压缩试验,得到304不锈钢在此区间的真实应力−应变曲线. 结果表明,304不锈钢在热变形过程中,流动应力随着温度的降低和应变速率的升高而增大. 根据真实应力−应变曲线构建304不锈钢的Arrhenius本构方程,其热变形激活能为490 kJ/mol,lnZ和ln

\begin{document}${\sigma _{\rm{p}}}$\end{document}

之间的线性相关系数为0.93,说明模型应力预测值与试验值吻合较好.

数理科学与应用
基于IDEA的相移获取在Mach−Zehnder干涉测量中的应用
徐湖旺, 陈光龙, 曹云玖, 任莉, 邵辉丽
2022, 36(4): 440-444, 452. doi: 10.12299/jsues.21-0217
摘要:

结合Mach−Zehnder干涉技术得到干涉条纹图,详细介绍如何运用干涉数据评估算法(IDEA)软件实现掩膜、二维快速傅里叶变换和相位去包裹等过程,从而获得干涉条纹图对应的相移分布图. 结果表明,基于IDEA软件的干涉图的相移获取只需通过简单的菜单命令即可完成,并可以有效降低噪声、阴影对测量结果的影响. 因此,使用IDEA软件实现干涉图的相位获取对光学干涉测量研究领域具有一定的意义.

室内攀岩紧身运动服的压力舒适性评价
左海棠, 丛杉
2022, 36(4): 445-452. doi: 10.12299/jsues.22-0119
摘要:

为提升室内攀岩紧身运动服在不同技术动作下的压力舒适性,通过不同结构分割及面料拼接设计4款紧身攀岩运动服,与市场较受欢迎的两款进行着装对比试验. 分析测试点压力值,确定存在超出压力舒适阈值的点;通过相关性分析确定主要受力部位为肩部、腰膝部及臀部;采用视频软件捕捉人体攀岩动作,并对主要压力部位测试点进行主成分分析,确定影响压力大小的4个主要技术动作. 最后对6款试验服装在4个主要技术动作下各测试点的压力值进行权重分析. 结果表明,采用插肩袖设计,在前胸、背宽等部位进行分割线设计,适当增加膝前片弯曲量、减少膝后片松量,均可有效提升攀岩服装的压力舒适性.