由石蜡基相变材料和煤渣改良的粉砂土的冻融性能

【目的】针对季节冻土区渠道的衬砌结构因冻融作用而受损的现状,同时为了解决石蜡基相变材料(phase change materials, PCM)的泄露,并满足煤渣的再利用需求,研究石蜡基PCM和煤渣对土体冻融性能的影响。【方法】以粉砂土为研究对象,选取石蜡基PCM和煤渣作为改良剂,制备石蜡基PCM改良土和石蜡基PCM-煤渣改良土;通过冻融循环作用下的体积变化率试验、无侧限抗压强度试验,微观结构及潜热研究土体的体积和无侧限抗压强度的变化。【结果】石蜡基PCM能抑制粉砂土的冻融变形,质量分数为8%时2种改良土的体积变化率最小;随着冻融循环次数的增加,土体的无侧限抗压强度均降低,降低速率先大后小;循环次数相同时,加入煤渣的改良土的无侧限抗压强度均大于未加入煤渣的;冻融循环9次后,石蜡基PCM质量分数为10%的石蜡基PCM改良土的无侧限抗压强度最低;2种改良土的结构比粉砂土更密实、稳定;潜热的吸收或释放延缓了土体冻融过程。【结论】将石蜡基PCM和煤渣共同掺入粉砂土,能控制土体的冻融变形且效果稳定,改善土体的冻融性能,减轻季节冻土区输水渠道衬砌结构的冻害,提高煤渣的利用率。

难选高铁软锰矿流态化磁化焙烧-磁选浸出工艺

【目的】提高难选高铁软锰矿的资源利用效率,缓解我国锰矿资源依赖进口的现状。【方法】采用流化床反应器作为焙烧装置,模拟发生炉煤气气体组分作为还原气体,对云南省某地区的难选高铁软锰矿进行流态化磁化焙烧。对还原后的焙烧矿进行磨矿-弱磁磁选,得到铁精矿和锰精矿。最后,对锰精矿中的锰进行酸浸浸出。【结果】在500℃流态化还原焙烧10 min,该难选高铁软锰矿即可达到最佳的还原状态效果,当样品的磨矿粒径<30μm的颗粒的质量分数为65%时,即可达到最佳的解离效果。选别后铁精矿铁品位和回收率分别为57.24%和76.55%,锰精矿锰品位和回收率分别为24.41%和73.84%,锰精矿的铁浸出率仅有1.94%。【结论】考察难选高铁软锰矿流态化磁化焙烧-磁选浸出规律,可以降低反应温度,缩短反应时间,低碳节能;抑制过还原反应的发生,可以提高铁资源利用率,降低浸出酸耗和除铁剂消耗。低能耗、低消耗和高利用率可以极大地提高难选高铁软锰矿的经济性,解决这部分资源难于利用的困境。

喷雾热解法加热壁温对铈锆固溶体生产过程的影响

【目的】为了探究喷雾热解过程中加热壁温对铈锆固溶体生产过程的影响,分析热解炉内的流量场和浓度场的变化情况,实现对热解炉的设计优化。【方法】采用数值模拟的方法,建立喷雾热解炉的物理模型,分别探讨加热壁温对铈锆固溶体在热解炉的不同阶段及热解炉中水蒸气分布和HCl分布的影响。【结果】当热解温度为850℃时,液滴的反应主要分2个阶段,在炉膛高度为0~0.05 m处,为加热蒸发阶段,在炉膛高度为0.05~0.6 m处,为稳态热解阶段。当炉壁温度为550~650℃时,在炉膛高度为0.9 m处温度变化放缓,喷雾处于稳定热解阶段;而壁温在750~850℃时,在炉膛高度为0.6 m处温度变化放缓;当壁温为850℃时,在炉膛高度为0.1~0.6 m处的温度曲线斜率最大,液滴达到稳定蒸发阶段的时间缩短,水分蒸发变快,热解时间变短。【结论】炉壁加热区的温度越高,HCl生成的速度越快,速度的最大值越小,在炉膛高度为0.4 m处速度变化最大,达到1.6 m/s左右;并且整体HCl生成的量随温度的升高而增大,平均速度变化随着热空气温度的升高而减小。

喂料方式对粉体气力分级性能的影响及成因分析

【目的】为了提高粉体气力分级设备的分级性能,研究螺旋喂料和振动喂料2种不同喂料方式对气力分级性能的影响。【方法】采用高速摄像机对不同喂料方式下粉体下落运动(喂料)进行图像采集,运用图像处理技术对采集到的图像进行处理,通过图像观察法和引入喂料时连续时刻粉体面积分布变异系数分析喂料方式对粉体分散性的影响;通过碳酸钙粉体分级实验方法探讨喂料方式对分级性能的影响。【结果】相较于螺旋喂料,振动喂料有利于粉体解团,提升粉体喂料时的均匀性和分散性;相较于螺旋喂料方式,振动喂料有助于提升气力分级机的分级性能,尤其在较高的喂料速度下,分级性能提升效果显著,喂料速度为18 kg/h时,分级精度提升185%,旁路值减小75%,“鱼钩效应”峰值点高度降低29%;粒径小于10μm的超细颗粒在粗粉中占比从螺旋喂料时的11.4%减小到振动喂料时的4.4%,粗粉中细粉占比大幅减小,粗细颗粒分离效果得到改善。【结论】螺旋喂料不适合输运黏性较强、流动性较差的粉体,如碳酸钙;振动喂料可改善粉体材料的喂料均匀性和分散程度,有利于提高气力分级机分级性能。

离散元法在月面建造力学分析中的研究及应用

【目的】为了深入了解月面建造过程中月壤的力学特性,评估月基装备性能,优化月面建造作业,开展离散元法(discrete element method,DEM)在月壤接触力学领域的应用调查研究,旨在利用离散元法为未来月球基地建设提供理论指导和技术支持。【研究现状】基于地质勘探、资源采集及运输、建造作业等月面原位建造任务场景,分析月壤颗粒的建模与参数标定,介绍月基装备与月壤的接触作用研究现状,概述离散元法在钻-壤作用模拟、铲-壤作用模拟、轮-壤作用模拟及足-壤作用模拟中的应用,探讨基于离散元法的天然月基承载力分析。【结论与展望】提出降低几何模型复杂度、优化粒间接触模型及参数是提高宏观尺度月壤离散元建模精度以应对大规模月面建造场景的有效方法。认为利用离散元法进行铲挖式月壤采集装置及足式月球车设计在未来可以为月面建造提供可靠的技术支持。面向月面建造,离散元法将在水冰资源利用、建筑物月面承载力分析等方面提供科学依据。

微球形材料在三相流化时磨损指数的测试方法

【目的】现有微球形材料磨损指数的测试方法均在气固两相中进行,建立一种在三相流化条件下评价微球形材料耐磨性的方法,以更准确测定微球形材料在气液固三相流化时的磨损指数。【方法】在传统气固两相耐磨性测试基础上,在体系中引入去离子水作为液相,提出并建立一种在气液固三相体系中的微球形材料耐磨性测试方法;系统研究了样品预筛分、气体流量、样品量、加水量和测试时间等对耐磨性测定结果的影响,探索微球形材料在气液固三相中的磨损时变规律。【结果】气体流量对耐磨性测试结果影响最为显著,提高气体流量会使测得的磨损指数增大,且直径小于20μm的细颗粒会干扰耐磨性测试结果的准确性,应在测试前筛除。使用3批样品开展耐磨性重复测试,相对标准偏差均小于5%。采用Gwyn模型对测试数据进行拟合,实测值与模型的吻合程度良好。【结论】建立的耐磨性测试方法具有较优的准确性和重复性,能够更真实地预测微球形材料在气液固三相流化床中的耐磨性优劣。

预压缩气垫包装系统静力及动力学特性研究

目的以柱形气垫包装系统为研究对象,建立静力及动力学模型,对静态压缩、自由振动和基础激励受迫振动特性进行研究。方法建立气柱压缩力数学模型,并通过试验、仿真验证模型,通过建立预压缩柱形气垫包装系统力学模型,研究静力及动力学特性。结果预压缩量和充气压力越大,包装系统固有频率越高。在包装对象宽度定值约束下,选取多个小直径气柱,固有频率更高,且薄膜应力更小。在基础激励下,包装系统固有频率处存在共振峰值,对高频域气垫表现出了较好的减振特性。结论所建立的静力压缩模型与试验、仿真结果较吻合,所建立的动力学模型合理,结果准确。

甲烷裂解双分散孔催化剂颗粒积碳行为模拟

【目的】为了更好地理解催化剂颗粒的积碳行为,分析积碳效应下催化剂颗粒界面反应传质特性,实现对催化剂颗粒的优化设计与调控。【方法】采用颗粒解析模型,考虑积碳引起的孔隙结构动态演变以及反应性能的衰减,分别探讨单分散孔和双分散孔颗粒积碳形成及所引起的孔隙结构演变规律。【结果】积碳失活从多孔颗粒表层向内部核心移动,扩散主导机制转向反应主导机制;相较于单分散孔颗粒,双分散孔颗粒具备更强的抗积碳性能;固定床反应器中催化剂颗粒分布影响积碳行为,壁面处积碳更加严重,更容易导致失活。【结论】选择双分散孔催化剂颗粒对于积碳行为具有改善作用,同时应选择合适的长径比反应器,削弱壁面效应对积碳行为的影响。

金属有机框架复合材料对放射性碘的吸附机制研究进展

【目的】以金属有机框架(metal-organic framework,MOF)复合材料作为吸附剂高效吸附核电站运行、核燃料后处理、核医学过程以及核事故等所泄漏的放射性碘,研究MOF复合材料对放射性碘的吸附机制,消除环境中的放射性碘污染。【研究现状】综述了近年来MOF复合材料吸附放射性碘的基于化学反应、强化MOF空间结构和电子转移的吸附机制。MOF中掺杂银、铜和铋金属或金属氧化物生成的MOF复合材料具有较大的接触面积和较多的活性位点,铋掺杂MOF复合材料对气态I_(2)的吸附性能最优。在MOF复合材料中掺杂多孔材料能增大孔隙体积;高温热解MOF复合材料使得活性位点均匀分布并提高利用率;在MOF复合材料中嵌合纳米复合膜或离子液体能够与吸附物充分接触,回收性和重复利用性好;改变MOF的金属节点或共轭同类MOF衍生出的MOF复合材料,可增强对放射性碘的物理吸附性能。MOF复合材料可以经过碳化作用增强与放射性碘的电荷转移作用,I_(2)能以络合物的形式吸附在MOF复合材料的活性位点上。【结论与展望】虽然对MOF复合材料对放射性碘的吸附机制的研究取得重要进展,但仍然面临着吸附容量小、吸附速率慢、回收利用性差及活性位点利用率低等问题。提出应进一步研究铋掺杂MOF复合材料,探究在高温条件下对放射性碘的吸附机制,采取适当措施减少金属掺杂MOF复合材料对环境的二次污染。

“非遗+AI”模式下的湖南土特产包装创新设计

目的探究“非遗+AI”新模式下湖南土特产包装的创新设计形式,传承和发展非遗文化,提升土特产包装的文化内涵,提高传统包装的科技含量,以适应当代消费者不断提升的审美和消费需求。方法通过问卷调查、深度访谈等方法,分析“非遗+AI”模式与当代湖南土特产包装的设计现状,了解消费者对包装设计的不同需求,总结设计策略,并基于“非遗+AI”新模式下机器学习和深度学习技术,借助SD(Stable Diffusion,稳定扩散模型)架构下的Lora模型(Low-RankAdaptation of Large Language Models,大语言模型的低秩适用方法),进行踏虎凿花在岳阳王鸽土特产包装设计中的创新应用实践。结果生成出紧跟新时代数字技术,驱动非遗文化活态传承的包装设计图案,从而实现湖南土特产包装的创新设计探索。结论基于“非遗+AI”模式下的SD模型技术,对泸溪踏虎凿花进行创新转化并应用在湖南土特产岳阳王鸽包装设计中,既活化了传统手工艺的表达形式,又创新了土特产的包装表现手法,为其他非遗文化元素和产品包装的有机融合提供了新路径。

微胶囊相变材料改良粉砂土的导热系数及预测模型

【目的】针对季节冻土地区渠道冻融破坏,分析微胶囊相变材料(microencapsulated phase change materials,mPCM)改良粉砂土层渠基的温度场,对改良粉砂土的导热系数进行研究。【方法】以mPCM为改良剂,掺入渠基粉砂土形成mPCM改良粉砂土;对mPCM改良粉砂土进行导热系数实验和内部结构表征;采用多元线性回归和支持向量机(support vector machine,SVM)方法分别建立mPCM改良粉砂土的导热系数预测模型。【结果】mPCM改良粉砂土导热系数与含水率、干密度、mPCM掺量有关,且受冰水相对含量、冰水相变潜热、mPCM相变潜热和mPCM填充密实作用的影响,具有明显的温度效应;mPCM改良粉砂土导热系数的变化与实验温度和mPCM相变温度有关,可分为快速降低、缓慢降低和逐步上升3个阶段;多元线性回归和SVM模型均能较好地拟合预测mPCM改良粉砂土的导热系数,但SVM模型更适用于表征mPCM改良粉砂土导热系数各影响因素间的非线性关系。【结论】mPCM改良粉砂土的导热系数提高能够有效调控渠基土温度场,减轻渠道冻害,且SVM模型能更加准确地进行导热系数预测。

动态光散射测量仪粒度标准物质的研制

【目的】解决国内尚缺动态光散射测量法专用粒度标准物质的问题。【方法】采用微乳液聚合法合成标称粒径为40、80 nm的态光散射粒度标准物质,标准物质编号分别是QBW12001和GBW12011b;采用动态光散射多家定值法测定2种粒度标准物质的散射光强调和平均粒径,定值结果溯源至动态光散射法(ISO 22412:2017)。【结果】合成的2种粒度标准物质均匀且稳定,散射光强调和平均粒径分别为(40.0±0.5)、(80±2)nm。【结论】不同厂家生产的激光粒度仪测的散射光强度调和平均粒径一致性最好;散射光强度平均粒径一致性较好;体积平均粒径一致性较差;颗粒数目平均粒径一致性最差。

花岗岩石粉蒸压加气混凝土的制备及性能

【目的】实现以大掺量(质量分数,下同)低品位硅质固废制备蒸压加气混凝土(autoclaved aerated concrete,AAC)。【方法】研究不同掺量花岗岩石粉对AAC料浆发气、抗压强度和干密度等的影响,确定优化掺量配比;通过X射线衍射(X-ray diffractometer,XRD)、傅里叶转换红外光谱(fourier transform infrared spectrometer,FTIR)、场发射扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)等表征手段对AAC微观性能进行分析。【结果】花岗岩石粉掺量为60%时,AAC抗压强度为3.02 MPa,干密度为523㎏/m^(3),性能较优;主要矿物成分为托贝莫来石、水化硅酸钙和残留的石英等;托贝莫来石、水化硅酸钙等水化产物与未反应的石英相互交织形成坚固的网状结构,使AAC致密并具有强度。【结论】花岗岩石粉主要含低活性SiO_(2),属于低品位硅质固废,以花岗岩石粉60%替代黄河特细砂制备AAC,物理力学性能可满足GB11968-2020中混凝土砌块抗压强度A 3.5、 B 05级的性能要求。

基于纳米WO_(3)半导体材料的H_(2)气体传感器的研究现状

【目的】梳理对氢气气体响应快、灵敏度高的气体传感器研究现状,为研究高灵敏度、高选择性、易制备的H2气体传感器提供思路。【研究现状】纳米WO_(3)材料作为N型半导体,具有宽带隙、热稳定性高、易合成等优点,广泛应用于气体传感器领域;WO_(3)基氢气传感器发展迅速,综述近年来国内外WO_(3)基氢气传感器的研究成果,概括WO_(3)材料氢气传感器制备技术、形貌特征、气敏性能的研究成果,总结上述成果的优势与现阶段的局限性;WO_(3)纳米材料由于独特的结构特性,存在多种提高其性能的方式,包括形貌控制、异质结构筑、贵金属掺杂;重点阐述WO_(3)纳米材料不同调整修饰技术的基本原理。【展望】WO_(3)基氢气传感器的发展势头较好,提升性能的方式灵活多样,制备出的传感器气敏性能优异,WO_(3)基氢气传感器在未来具有深厚的发展潜力。

面向产品设计改进的顾客偏好分析与预测

针对顾客产品偏好快速变化对企业分析和预测顾客偏好能力的要求,提出一种面向产品改进的顾客偏好分析与预测方法,首先构建长短期记忆网络模型,预测产品设计迭代期间的情感值和重要度,并计算预测准确度;然后通过基于产品特征情感变化模式的产品设计改进模型判断各个特征的变化模式,明确待改进的产品特征及改进优先级;最后以DJI Mini 2无人机的在线评论为例验证了方法的有效性。

美育视阈下的蜀绣AIGC创新设计与数字化推广研究

目的世代相传的蜀绣凝聚了悠久的历史价值、丰富的文化价值与极高的艺术价值。基于“美育”的视角结合AIGC技术进行创新设计有助于蜀绣的传承与发展。以人工智能的设计融合蜀绣的文化特色来开发文创产品及周边,使美育融入现代年轻人的时尚生活,成为触手可及的生活美学。这既为传统文化的创新发展注入新的生机,也在传承创新中保护了非遗蜀绣的原真性。方法通过文献研究法与图像分析研究梳理蜀绣的历史与现状,并对蜀绣的传承进行实地调研,掌握目前蜀绣的纹样技艺、创新传播等情况并进行系统梳理。使用AIGC进行创新设计,并将创新设计应用于文创产品研发,最后进行数字化推广。结果通过AIGC为蜀绣带来了形式与内容上的创新,再灵活运用以线带面、绣画结合的方式,使人工智能美学助力非遗传承。结论AIGC融合蜀绣的创新设计提升了文创产品的科技精神与内涵,赋予了蜀绣传承与发展重要的时代革新意义,数字化推广也使蜀绣的传播方式与受众群体得到了有效的拓展。

基于离散元法的面粉颗粒接触参数标定试验

为设计和优化面粉输送设备,应用离散元法对面粉进行准确地工程建模和分析,需要对其接触参数进行必要的标定。该研究依据颗粒缩放理论,用“Hertz-Mindlin with Johnson-Kendall-Roberts”接触模型表征面粉颗粒间黏性的影响,提出了一种基于静/动态休止角的接触参数标定方法。运用正交试验方法,对接触参数的敏感性和方差分析,表明面粉颗粒间的滚动摩擦系数、面粉颗粒与不锈钢表面间的静摩擦系数、表面能对静态休止角的影响极显著(P<0.01),并且多组接触参数都可以模拟出与试验相同的静态休止角。进一步研究表明,面粉颗粒与不锈钢表面间的静摩擦系数的合理取值范围为0.2~0.4。通过2种填充率、4种转速下基于动态休止角的参数标定,将其中与试验最为吻合的一组参数作为标定结果,其值如下:面粉颗粒之间恢复系数为0.6、面粉颗粒之间静摩擦系数为0.2、面粉颗粒之间滚动摩擦系数为0.1、面粉颗粒与不锈钢容器表面之间恢复系数为0.6、面粉颗粒与不锈钢容器表面之间静摩擦系数为0.6、面粉颗粒与不锈钢容器表面之间滚动摩擦系数为0.5、表面能为0.12 J/m^(2)。使用该组参数对矩形容器中物料自由坍塌试验进行仿真,其结果与试验结果相符,验证了该标定方法的有效性。该研究提出的标定方法简单、易执行,对粉料输送设备的设计及优化具有一定的工程应用价值。

“力学+软件工程”交叉人才能力体系的构建研究

以新工科建设理念为指导,创新性地提出力学与软件工程跨专业交叉人才培养新模式,培养未来力学CAE软件产业发展需求的专门人才.针对这一跨专业交叉融合培养新模式,采用扎根理论,通过两次调研,构建了“力学+软件工程”交叉人才的能力体系,包括4个一级指标和8个二级指标.重构的能力体系符合力学CAE软件领域本科生培养和用人需求.以能力体系为导向,可完善培养过程和课程体系的重构,为培养满足国家需要和业界需求的交叉专业人才提供有力支撑,也可为相关高等院校的新工科人才培养提供参考.

基于PTFE矩形密封圈的高压容器密封结构设计

PTFE矩形密封圈具有耐化学性能好、截面稳定性高等优点,可以有效解决腐蚀性介质的密封问题。但在实际使用中,PTFE矩形密封圈及其适配沟槽的尺寸设计缺乏参考依据。针对上述问题,根据高压容器端面密封结构的形状与受力特征,在Ansys Workbench中建立PTFE矩形密封圈的二维轴对称模型,采用双线性等向强化模型表征PTFE的力学性能,对基于PTFE矩形密封圈的高压容器端面密封结构进行分析和设计,讨论压缩率、PTFE矩形密封圈几何参数和沟槽结构参数对高压容器端面密封性能的影响。结果表明,压缩率、矩形圈的高度和宽度以及矩形圈与沟槽侧壁的间隙对密封性能的影响较大,而内径对密封性能的影响较小,因而设计时应优先考虑沟槽深度、矩形圈的截面尺寸以及与沟槽的装配位置等参数。确定PTFE矩形密封圈及适配沟槽的尺寸后,采用有限元仿真手段验证了设计的密封结构在常温30 MPa高压下的密封性能,证实了设计的合理性。

人工智能在设计产业中的应用及发展

目的对人工智能在设计领域的应用进行梳理与总结,分析当下人工智能对设计流程和设计师的影响,展望未来人工智能对设计行业的影响趋势。方法使用VOSviewer工具和文献计量法对Web of Science数据库中关于“人工智能在设计领域的创新与应用”的文献进行详细的可视化和聚类分析,深入探讨文献中的核心观点和案例。结果基于四个主要聚类(AI+技术应用、AI+设计流程、AI+创意协作、AI+影响反思)来展开讨论。特别关注生成式人工智能(AIGC)技术对设计方法和设计流程的影响,指出生成式人工智能在促进设计创新和提升设计效率方面发挥着至关重要的作用。此外,生成式人工智能对设计师的传统角色及设计原创性提出了新的挑战并重新定义需求。预测未来人工智能将进一步整合进设计流程,促进设计创新,更加关注人工智能的原创性、责任边界问题,探讨人工智能与设计师合作的新模式。结论通过对人工智能在设计领域应用的全面综述,为未来设计创新与人工智能融合提供了有价值的理论参考和发展方向。