Optimization of the Pretreatment of the Mixture of Cassava Peelings and Pineapple Fibers Using Response Surface Methodology and a Process Simulator for the Bioethanol Production

The increase in oil prices and greenhouse gas emissions has led to the search for substitutes for fossil fuels. In Cameroon, the abundance of lignocellulosic resources is inherent to agricultural activity. Production of bioethanol remains a challenge given the crystallinity of cellulose and the presence of the complex. The pretreatment aimed to solubilize the lignin fraction and to make cellulose more accessible to the hydrolytic enzymes, was done using the organosolv process. A mathematical modeling was performed to point out the effect of the temperature on the kinetics of the release of the reducing sugars during the pretreatment. Two mathematical model was used, SAEMAN’s model and Response surface methodology. The first show that the kinetic parameters of the hydrolysis of the cellulose and reducing sugar are: 0.05089 min-1, 5358.1461 J·mol-1, 1383.03691 min-1, 51577.6100 J·mol-1 respectively. The second model was used. Temperature is the factor having the most positive influence whereas, ethanol concentration is not an essential factor. To release the maximum, an organosolv pre-treatment of this sub-strate should be carried out at 209.08°C for 47.60 min with an ethanol-water ratio of 24.02%. Organosolv pre-treatment is an effective process for delignification of the lignocellulosic structure.

IGA Based Bi-Layer Fiber Angle Optimization Method for Variable Stiffness Composites

This paper presents a topology optimization method for variable stiffness composite panels with varying fiber orientation and curvilinear fiber path.Non-uniform rational B-Splines(NURBS)based Isogeometric analysis(IGA)is utilized for the numerical computation of the general minimum compliance problem.The sensitivity analysis of the structure compliance function for the density and bi-layer orientation is conducted.The bi-layer fiber paths in the design domain are generated using streamline method and updated by divided pieces reselection method after the optimization process.Several common examples are tested to demonstrate the effectiveness of the method.The results show that the proposed method can generate more manufacturable fiber paths than some typical topology optimization methods.

The Optimization of Radio over Fiber Link by Proper Link Gain Control

we demonstrate the adjustability of optimal input power(OIP) of the radio over fiber(RoF) link by proper link gain control in the central unit(CU) and remote antenna unit(RAU).The experiment results show that the reading and writing distance(RWD)of the radio frequency identification(RFID)service and the throughput of the WiFi service have a max increase of 3cm and 6.975Mbit/s respectively when the OIP value equals to output power of commercial products,compared with OIP value with 5-dBm right/left shift to the output power.

Retro-Reflective Fiber Optic Displacement Sensor for Performance Optimization Using Taguchi Method

Fiber optic displacement sensors are widely used in industry. Retro reflective fiber optic displacement sensor consists of parallel fibers with a reflector at a distance. Light is launched into the transmitting fiber which gets reflected by reflector. This reflected light is collected by the receiving fiber. The received light is function of the displacement of the reflector from the fiber end faces. This paper is targeted to obtain a robust design for the fiber optic displacement sensor (FODS) using well known Taguchi method. The design takes care of all noise parameters within constraints of manufacturing tolerances. The statistical data analysis is performed on the simulated results. The larger the better signal to noise quality characteristics is used to find the effect of control parameters in the data analysis. Taguchi analysis suggests dominant parameters, which affects the sensitivity of the FODS and causes immunity to noise. A source fiber inclination angle is chosen as an adjustment parameter. Other control parameters are used for fine tuning of the FODS design for achieving three qualities viz. best robustness, optimized sensitivity and robustness and best sensitivity.

玄武岩-聚乙烯醇纤维对再生混凝土抗冻性能的影响

为了推广再生混凝土在高海拔和北方寒冷地区的应用,对单掺、混掺不同体积掺量玄武岩纤维和聚乙烯醇纤维的再生混凝土进行质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度损失率3项抗冻性能指标的探究,并用SEM对200次冻融循环后混掺纤维再生混凝土进行细观作用机理分析,最后结合响应面法对混掺纤维掺量进行优选。结果显示:外掺纤维能够提高再生混凝土的抗冻性能,而混掺纤维效果优于单掺纤维;2种纤维在试件内部呈网状分布,协同受力,与基体互相约束,很大程度限制了裂缝的扩展和数量;纤维优化结果显示当聚乙烯醇纤维与玄武岩体积掺量分别为0.170%和0.246%时,再生混凝土的抗冻性能最优。研究成果对玄武岩-聚乙烯醇纤维再生混凝土纤维掺量设计具有一定的借鉴意义。

Optimizing the Glass Fiber Cutting Process Using the Taguchi Methods and Grey Relational Analysis

This paper mainly describes a new approach to optimizing of the cutting glass fiber with multiple performance characteristics, based on reliability analysis, Taguchi and Grey methods. During the cutting process, the speed, the volume and the cutting load are optimized cutting parameters when the performance characteristics, which include Weibull modulus and blade wear, are taken into consideration. In this paper, optimization with multiple performance characteristics is found to be the highest cutting speed and the smallest cutting volume, and the medium cutting load. An analysis of the variance of the blade wear indicates that the cutting speed (47.21%), the cutting volume (14.62%) and the cutting load (12.20%) are the most significant parameters in the cutting process of glass fibers. In summary, the most optimal cutting parameter should be A3B1C2. The results of experiments have shown that the multiple performance characteristics of cutting glass fiber are improved effectively through this approach.

水稻秸秆拆解工艺参数优化及纤维自交织结构

大尺寸高长径比纤维是影响非织造秸秆纤维生态毯质量的关键。机械揉搓是获得高长径比纤维的最佳处理技术工艺。该研究探究了揉丝机主轴转速和锤齿间隙对不同含水率秸秆纤维拆解揉丝的影响,其工艺参数为主轴转速、锤齿间隙及物料含水率,指标输出为秸秆丝化率与标定单位生产率,并对纤维自交织结构特性进行评价。结果表明,采用Box-Behnken响应面法(response surface method,RSM)开发了一个可确定输入和输出参数间的函数,2种评价指标模型均具有较高的可信度,决定系数分别为R^(2)>0.95,R^(2)>0.84。优化数学模型工艺参数:含水率41.2%,主轴转速2498 r/min,锤齿间隙12.84 mm组合下秸秆丝化率达96.93%,标定单位功率生产率为29.33 kg/(kW?h)。大尺寸高长径比秸秆纤维长度>70 mm和长宽比>80比例增幅分别达120.55%和16.01%,有效改善纤维自交织能力,所开发的RSM模型秸秆的实际揉搓拆解丝化率达96.27%,加工成本降低27.50元/t,可广泛应用于生产大尺寸纤维秸秆基高值农用制品。该研究为生物质秸秆的有效循环利用和高值化材料产业的绿色可持续发展提供重要依据和技术支撑。

Polarization-Dependent Optimization of Fiber-Coupled Terahertz Time-Domain Spectroscopy System

The optimization of the fiber-coupled terahertz time-domain spectroscopy（THz-TDS） system is performed by changing the polarization of the optical excitation pulse centered at 1550 nm. In Ga As/In Al As multilayer structures based photoconductive antennas are used in TDS setup as both the emitter and receiver. The experimental results demonstrate that not only the THz signal power but also the temporal waveform vary with the rotation of the exciting pulse polarization. Maximum output power of the emitter is obtained when the polarization of the pump pulse is perpendicular to the edge of the metal electrodes. At this moment the THz waveform is close to a single-cycled pulse. However, double THz pulses could be recorded when the pump laser polarization is parallel to the electrodes. Laser pulse splitting induced by the birefringence of the optical fiber may attribute to the polarizationdependent performance of the fiber-coupled THz-TDS system.

柚子皮不溶性膳食纤维的提取工艺优化及特性分析

为获得复合酶法制备柚子皮不溶性膳食纤维的制备工艺及其吸附特性,实验以柚子皮为原料,采用正交试验优化提取柚子皮不溶性膳食纤维(IDF),并对其特性进行研究。结果表明,料液比1:40 g/mL、淀粉酶的添加量0.6%、淀粉酶的酶解时间90 min、木瓜蛋白酶的添加量0.2%、木瓜蛋白酶的酶解时间30 min为最佳提取条件,该条件下柚子皮IDF得率为55.07%。柚子皮IDF的膨胀力、持水力、持油力和阳离子交换能力分别为2.84±0.09 mL/g、12.54±0.11 g/g、1.54±0.02 g/g和0.36±0.04 mmol/g。此外,体外吸附研究表明,柚子皮IDF对葡萄糖、胆固醇、胆酸钠的吸附能力分别为0.13±0.003 mmol/g、12.27±0.020 mg/g和53.25±0.100 mg/g。FT-IR分析表明,柚子皮IDF具有纤维素类多糖的特征吸收峰,符合膳食纤维的结构。综上,优化工艺后提取的柚子皮IDF具有较好的特性,这为进一步开发利用柚子皮IDF提供了理论依据。

多相复合导电沥青混合料的伏安特性及电热特性研究

【目的】研究导电沥青混合料的电学性能,推广导电沥青路面。【方法】将石墨烯、碳纤维和钢渣作为导电相,制备多相复合导电沥青混合料并对其进行通电试验,确定碳纤维和石墨烯的最佳掺量,表征导电沥青混合料在交流电下的伏安特性和电热特性。【结果】对于导电沥青,导电相单丝絮状碳纤维和石墨烯的最佳掺量分别为0.5%和0.8%(质量分数);对于导电沥青混合料,导电相针片状碳纤维的最佳掺量为0.35%(质量分数)。导电沥青混合料中的导电相掺量越高,试件尺寸越大,其伏安特性的线性度越高。导电沥青混合料的电热效应主要由碳纤维产生,试件通电后温度分布不均匀,靠近电极两端升温最快。【结论】多相复合导电沥青混合料具有良好的升温性能。本研究成果可为多相复合导电沥青混合料在电热型融雪路面中的应用提供一定借鉴和参考。

基于响应面回归模型的纤维混凝土力学性能分析

为研究玄武岩纤维和纤维素纤维掺量对混杂纤维轻骨料高强混凝土抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度的影响,构建响应面回归模型,对比分析其力学试验实测值和预测值,并结合渴求函数获得混凝土优化配合比.结果表明:此回归模型有效且可信度高,可用于分析试验结果;两种纤维交互作用、水灰比与纤维素纤维交互作用对抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度影响显著;模型预测最优水灰比为0.30,纤维素纤维掺量为0.90 kg/m3,玄武岩纤维掺量为4.00 kg/m3,强度预测值与试验值间相对误差绝对值均小于5%,该回归模型可为混杂纤维轻骨料高强混凝土的配合比多目标优化提供参考.

高速动车组横梁应变场光纤测量与反演研究

针对高速动车组车底底架横梁的应变场反演问题,基于模态叠加法和传感器优化配置理论,提出一种根据部分测点的实测单向应变反演结构空间应变场的方法。以结构的应变模态为输入,以模态坐标独立性为目标,基于信息熵理论建立了传感器优化配置的数学模型,再根据模态坐标和振型采用正则化方法反演结构应变场。仿真计算结果表明,无噪声干扰下,反演的精度较高,最大均方误差为9.87×10~(-12),并且正则化方法可以有效抑制噪声对结果的影响。搭建了基于光纤光栅传感系统的测试试验台,基于实测应变数据和模态结果反演应变场,结果表明,反演后的应变幅值相对误差带为1.21%~10.79%,反演数据和实测数据的均方误差带为0.80~3.69。该方法能够准确识别结构的模态坐标,为获取高速列车关键结构的应变场分布提供参考。

连续纤维增强复合材料结构多尺度拓扑优化设计

连续纤维增强复合材料具有重量轻、比强度和比模量高的特点,日益受到航空航天等高端装备制造领域的青睐,同时连续纤维3D打印技术的发展使具有复杂几何构型和纤维分布的复合材料结构制造成为可能。为发挥复合材料多尺度的可设计性及获得更好的结构性能,本文基于独立连续拓扑变量提出了一种连续纤维复合材料结构多尺度拓扑优化方法。该方法引入基于主应力的纤维方向插值策略,解决纤维取向优化过程中易陷入局部最优的问题,实现连续纤维复合材料结构宏观拓扑、微观纤维方向和纤维疏密的并行优化设计。采用移动渐近算法(MMA)进行优化求解,数值算例证明了提出方法的有效性和稳定性,对连续纤维复合材料结构设计和路径规划具有指导意义。

连续芳纶纤维增强PLA复合材料3D打印技术成型缺陷及工艺优化方法研究

连续纤维3D打印技术结合了复合材料高力学性能和3D打印灵活制造的优点,具有较大发展潜力。然而现有工艺制得的零件存在较多成型缺陷,影响了该技术的大规模应用。本文基于自行研制的3D打印设备制造芳纶纤维增强PLA试验件,研究试验件成型质量并提出了滑移缺陷发生条件,系统研究了纤维束滑移、剥离、断裂和层间孔隙等缺陷,最后提出优化打印速度、路径变化角、冷却系统和喷嘴外形四种工艺优化方法,设计了相关试验进行验证。结果表明,优化打印速度、路径变化角和增设冷却系统可将纤维束滑移距离分别降低45%、81%和50%,优化喷嘴设计可将纤维束断裂率降低90%。本研究为基于3D打印的复合材料设计和制造提供了新的思路和解决方案。

基于机器学习的变刚度纤维增强复合材料最小化结构柔顺性优化设计

纤维增强复合材料层合板的变刚度优化设计,通过逐点优化纤维铺角的可设计性,从而匹配结构中应力状态的空间变化,更高效地发挥纤维增强复合材料层合板在强度与刚度性能上的方向性,为设计师提供了更广阔的设计空间与设计灵活度.然而,基于梯度类算法的传统复合材料变刚度优化设计,因其设计变量众多,不可避免地在结构分析与灵敏度分析中面临大规模计算的挑战.同时,结构在概念设计阶段存在载荷工况随机性问题,如何在初始概念设计阶段,针对随机载荷工况制定高效的设计方案具有重要工程价值.近年来,随着人工智能与高性能计算的快速发展,基于传统优化获得的数据集构建端到端的机器学习模型,为实现实时的复合材料变刚度优化提供了可能.文章采用反向传播(back propagation,BP)神经网络算法,建立了基于机器学习的纤维增强复合材料变刚度优化设计方法.首先,基于正态分布纤维优化(normal distribution fiber optimization,NDFO)插值格式,构建以最小化结构柔顺度为目标的复合材料变刚度优化设计模型,考虑载荷大小与方向的随机性,获得神经网络模型训练所需的样本集数据.其次,以最小均方误差(means square error,MSE)为目标函数,采用BP神经网络模型对样本数据集进行训练.最后,建立基于皮尔逊相关系数(Pearson correlation coefficient)、均方误差的模型评价体系,对生成的神经网络模型进行评价.数值算例讨论了含圆孔MBB梁与悬臂C型梁变刚度优化设计,详细阐述了基于机器学习的复合材料变刚度优化方法的实施过程,系统地对比了所提出的基于机器学习的复合材料变刚度优化与传统基于NDFO插值格式复合材料变刚度优化设计结果在纤维铺角轨迹和目标函数的差异,验证了本方法的有效性.

IPRAN网络下5G时间同步优化方案研究

针对5G基站采用GPS同步方式时成本高、安全性低等问题,提出一系列的解决方案。首先,用双模模块解决卫星授时的安全性问题。其次,采用有源功率分配和无源功率分配方案解决卫星天线安装受限问题,并降低建设成本。在无法安装卫星天线的情况下,采用1588v2技术在IPRAN接入环内部署主从时钟源。该方案可以满足100 ns的同步精度需求,并且可以大幅度降低5G时间同步的部署成本,对5G时间同步技术的优化和部署有一定的借鉴作用。

基于响应面法的PP-PAM复合改良微生物固化膨胀土优化研究

【目的】采用微生物诱导碳酸钙沉淀技术(MICP)加固膨胀土,可有效提高膨胀土的强度,降低胀缩性,但存在土体破坏时脆性明显,以及养护初期崩解量高等问题,为了进一步改善微生物固化膨胀土的脆性破坏和养护初期崩解量高的问题,【方法】在微生物固化膨胀土的基础上,研究掺入聚丙烯纤维(PP)和聚丙烯酰胺(PAM)对微生物固化膨胀土破坏模式和水稳性的影响。以纤维长度、纤维掺量和聚丙烯酰胺掺量为影响因素,以无侧限抗压强度和崩解量为响应值,采用Box-Behnken响应面法进行条件优化试验,建立了响应面回归模型,获得聚丙烯纤维长度、聚丙烯纤维和聚丙烯酰胺用量及其交互作用对微生物固化膨胀土强度和崩解性综合指标的影响。【结果】结果表明:聚丙烯纤维的掺入降低了微生物固化膨胀土破坏时的脆性、提高了土体强度、降低了膨胀土的崩解性,但随着纤维长度的增加,崩解量逐渐增加;聚丙烯酰胺的掺入降低了膨胀土的崩解量,但会降低土体强度。【结论】在影响因素试验范围内,以无侧限抗压强度最高和崩解量最低为原则,通过Box-Behnken响应面法获得最佳配比为:聚丙烯纤维长度为9 mm,掺量为0.5%,聚丙烯酰胺掺量为0.12%。在此配比下,复合固化土的无侧限抗压强度为1.24 MPa,相比优化前提高了29.57%,崩解量仅为0.34%,相比优化前降低了99.07%。

丝/Optim纤维混纺织物风格的统计分析

采用绢丝作为经纱,羊毛、羊绒、绢丝、羊毛/绢丝、羊绒/Optim纤维、Optim纤维/绢丝/羊毛、Optim纤维/绢丝/羊绒混纺纱线作为纬纱,试制了具有丝绒、丝毛风格特性的一系列样品,采用FAST织物风格仪等测试触觉风格和视觉风格的性能指标。运用多元线性回归、方差分析和聚类分析等方法对测试结果进行了统计分析,探讨了织物中绢丝、羊绒、Optim纤维及羊毛含量与织物风格特性之间的关系。结果表明,Optim纤维含量对织物厚度、织物经纬向弯曲长度、织物悬垂性等均有较大的影响,Optim纤维能在一定范围内代替羊绒而不影响丝绒类织物的风格。

3D打印连续纤维复合材料工艺、结构优化研究进展

连续纤维增强复合材料由于优异的比强度、比刚度、可设计性和轻量化特质,日益受到航空航天等高端装备制造领域的青睐.3D打印技术的发展改变了连续纤维复合材料结构的生产制造流程,使复杂结构的自由成型成为可能,为先进结构材料提供了巨大的设计空间.为充分发挥先进材料性能优势和3D打印成型灵活性,研究人员分别从材料性能和结构设计出发,探索与3D打印连续纤维复合材料相适应的设计制造一体化解决方案,实现产品创新设计和性能提升.本文系统性地回顾了面向连续纤维复合材料性能分析、工艺改进和结构优化的研究工作,结合研究实践对连续纤维复合材料的结构多尺度优化方法进行总结分析,并对未来先进材料结构设计实时化、功能化、智能化的发展趋势进行探讨和展望.

玻璃纤维增强机制砂混凝土力学性能及收缩性能研究

为了解决机制砂性能不稳定、易收缩开裂的问题,提出了一种增强机制砂混凝土性能的方法,即采用耐腐蚀的玻璃纤维进行加固。以不同配合比的玻璃纤维增强机制砂混凝土为研究对象,制作试件共计180个,分别进行了坍落度测试、轴心抗压强度试验、抗折强度试验及收缩试验。通过对比机制砂对替代率和玻璃纤维掺量两个重要因素对玻璃纤维增强机制砂混凝土工作性能、力学性能及收缩性能的影响规律和作用原理,进一步确定机制砂对天然砂的最佳替代率和玻璃纤维最佳掺量,以推动机制砂玻璃纤维混凝土的发展与应用。