“四含”及基岩风化带注浆改造试验研究

为解决上覆含水层下煤柱回采的难题,以五沟煤矿一采区1010区段为工程背景,采用不同配比的粉煤灰、水泥材料进行实验,结合注浆方案对该区段进行“四含”及基岩风化带注浆改造工程实践。研究结果表明:粉煤灰掺量为20%时,浆液结石率最高;钻孔注浆前后,基岩风化带强度增强约2~5倍。将“四含”注浆改造为有效隔水层,保证了上覆含水层下煤柱回采安全进行。研究结果为松散含水层下近煤层安全开采提供了指导和借鉴。

一种增强少数类边界的多类不平衡过抽样算法

多类不平衡数据的过抽样分类方法有助于解决多类实例平衡及提高分类准确率,但在过抽样生成合成实例过程中也面临着两个主要难题:一是怎样区分每个少数类中的有限实例在生成合成实例时的重要性,二是在生成合成实例后能否更加清楚地划分多数类与少数类的边界。针对此问题,提出了一种增强多类不平衡中少数类实例边界实例方法。其思路是根据少数类实例中边界实例在分类中的重要作用,越靠近边界的少数类实例赋予的权重越大,这样就可在边界处生成更多合成少数类实例,从而达到进一步加强少数类处边界的效果,同时也克服了多数类实例的学习偏差,最终使得多类平衡数据达到一定程度的平衡。实验结果表明,本算法既能很好地区分每个少数类实例在生成合成实例时的重要程度,还能更加清楚地区分多数类与少数类的边界,在不平衡数据分类的4个常用评价指标上,其查准率、查全率、F-Measure和G-mean均获得了较好的效果。

基于ZnO纳米棒阵列的钙钛矿太阳电池研究

在钙钛矿太阳电池中利用水热法制备ZnO纳米棒阵列时,TiO_(2)薄膜一般是制备ZnO种子层以及后续生长ZnO纳米棒阵列的基础。因此TiO_(2)薄膜的致密和平滑程度对ZnO纳米棒阵列的生长及相应太阳电池的光伏性能有重要影响。本文通过使用水解-热解法以NbCl5为铌源在FTO导电基底上制备了Nb掺杂的TiO_(2)致密层,有效提升了TiO_(2)薄膜的致密程度,并在此基础上通过水热法成功沉积生长了具有不同长度、直径和面密度的ZnO纳米棒阵列。通过两步连续沉积法在所得ZnO纳米棒阵列上制备了摩尔比为CH3NH3I/CH3NH3Br=85/15的CH3NH3PbI3-xBrx钙钛矿薄膜。使用spiro–OMeTAD作为空穴传输层,组装了基于Nb掺杂TiO_(2)致密层的ZnO纳米棒阵列钙钛矿太阳电池,在相对湿度55%的空气中获得了13.97%的光电转换效率。

陶粒吸附除磷材料制备及其资源化研究

以陶土和氧化钙为主要原料制备陶粒吸附材料,将其用于处理低浓度含磷废水(TP≤20 mg/L)。考察了陶粒吸附材料制备过程的主要影响因素及其对除磷效果的影响,并利用响应曲面法对制备过程参数优化,开展吸附动力学研究,结合表征对陶粒吸附除磷材料进行分析。结果表明:氧化钙含量为12%、煅烧温度为778℃、升温速率为6.06℃/min、煅烧时间为2.77 h时,陶粒除磷性能最佳,总磷去除率达到84.70%。吸附动力学研究表明陶粒对磷酸盐的吸附符合准二级动力学模型;将其用于磷化工企业实际生产废水处理,总磷去除率达98.32%,吸附处理后总磷浓度为0.42 mg/L;除磷吸附后的陶粒中磷形态主要为Ca-P(83.04%)和Al-P(16.53%),其中可被植物利用的有效态磷(Ca_(2)-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P)占总磷的54.51%。植物根系分泌的草酸可促使陶粒中有效磷的释放,有利于植物对其吸收利用,即除磷吸附饱和的陶粒材料可作为磷肥缓释材料实现资源化。

高速列车钢轨硌伤致损机理有限元分析

钢轨长时间暴露在自然环境中,经常受到硬物撞击,表面出现不同形状的硌伤,在局部区域出现应力集中,影响钢轨应力分布,严重时引发轮轨滚动接触疲劳,威胁铁路的行车安全。利用有限元软件ABAQUS建立含不同尺寸初始硌伤形状的钢轨模型,研究硌伤对钢轨残余应力、塑性应变累积和裂纹扩展的影响。结果表明,硌伤坑边缘隆起,出现拉应力状态,残余应力呈环形分布,最大等效塑性应变总是出现在硌伤坑底部;循环载荷作用下,塑性应变累积的速率较小,沿加载方向的硌伤坑形貌明显变宽;在不同初始裂纹方向下,轨头的裂纹扩展可分为沿坑壁横向扩展、沿深度纵向扩展、横向和纵向混合扩展3类;对于圆锥形、球形、楔形硌伤,60°初始裂纹扩展速率最快;3种硌伤形貌中,圆锥形硌伤最危险。

关于椭圆曲线y^(2)=x^(3)+2357x-4722的整数点

关于椭圆曲线y^(2)=x^(3)+2357x-4722的整数点问题至今仍未解决。运用递归序列、平方剩余、二次和四次丢番图方程的相关结果以及分类讨论等初等方法,证明了椭圆曲线y^(2)=x^(3)+2357x-4722仅有整数点(x,y)=(2,0)。

洞门斜切斜率和车速对隧道气动性能的影响

通过建立隧道-列车-空气三维CFD数值仿真模型,研究了帽檐斜切式隧道洞门对列车通过隧道时的流场特性的影响,得出了高速列车通过隧道时洞门斜切斜率和列车运行速度对隧道中部监测点压力波变化、列车车头鼻尖处压力变化和隧道口外40 m处微压波的影响规律。研究结果表明:随着隧道洞门斜切率的减小,隧道中部监测点压力波和列车车头鼻尖处压力的变化趋势基本保持一致,并且压力幅值几乎不变;而隧道口外的微压波幅值显著降低。当列车运行速度从250 km/h增加到350 km/h时,隧道中部监测点压力波、列车车头鼻尖处压力最大值及微压波幅值随车速增加而增加,且初始压缩波峰值、负压幅值和车头鼻尖处压力幅值与车速的二次方成正相关;初始压缩波的瞬变压力梯度最大值与车速的三次方成正相关。

纳米Al_(2)O_(3)/7075铝基复合材料压缩性能与失效机制研究

采用高能球磨结合真空热压烧结工艺制备了高体积分数纳米Al_(2)O_(3)颗粒增强7075铝基复合材料,并研究了该复合材料的压缩性能和相应的变形与断裂失效机制。结果表明,添加高体积分数(15vol.%)纳米颗粒能够显著提高7075铝基复合材料的强度,屈服强度和抗压强度分别可达780 MPa和920 MPa,比7075铝合金分别提高150%和77%,失效应变可达6.46%。该复合材料的变形失效机制为局部剪切带在应力集中处形核并扩展形成微裂纹。该复合材料的断裂失效机制为:宏观上与加载方向呈45°的剪切脆性断裂,微观上为韧脆混合断裂模式。

新能源汽车锂电池热管理系统热性能分析与优化控制研究

为了提高新能源汽车锂电池的使用寿命和性能,本研究通过仿真、试验对新能源汽车锂电池的热管理系统进行了分析。首先建立了锂电池组和冷却结构的计算模型,然后设计了锂电池热管理系统,在此基础上,对锂电池热管理系统冷却结构进行了优化,最后,分析了计算模型的仿真结果和热管理系统冷却结构散热性能仿真结果。影响锂电池热管理系统散热的因素包括冷却液流量、冷却液入口温度和放电倍率。结果表明,本研究所建立的计算模型是可行的,当确定了最优结构、冷却液流量值、冷却液入口温度和放电倍率时,在最优参数下,锂电池热管理系统具有良好的冷却效果,研究结果可为新能源汽车的热管理和散热技术提供坚实的理论基础。

北京空气污染物影响机理与治理效果分析

大气污染防治工作是地方政府的重要议题,而精准治理一个城市空气污染的关键在于明确城市及其周边地区空气污染物的相互影响与传播机理。为此,应用Granger因果检验探索了北京与周边大中城市空气污染物间的因果关系,应用协整分析研究它们之间的长期稳定关系,应用系统变点检测方法检验北京实体污染物序列的分布变异。主要结论是:北京空气污染物的周边主要影响因子是承德、廊坊、张家口、保定、呼和浩特、秦皇岛的当天及前一天污染物,目前北京与周边城市的空气污染物之间没有长期稳定的关系,北京市实体污染物浓度的分布存在突变点。这些结果证实北京与周边大中城市的空气质量逐步好转,北京市历次空气重污染应急预案实施效果明显。

不同温度LBE对主容器振动特性的影响分析

采用流固耦合的方法,利用ANSYS软件对铅基快堆主容器在空气中和不同温度铅铋共晶(Lead-BismuthEutectic,LBE)介质中的振动特性进行了研究。主容器采用实体建模,铅铋共晶介质流体采用FLUID30单元进行模拟,考虑铅铋共晶介质附加质量对主容器振动特性的影响。计算结果表明,主容器在空气中的两种模型前六阶模态均为一阶梁式振型以及低阶壳式振型。由于两种模型约束条件的差异,振型出现的顺序有所不同。铅铋共晶环境中的前六阶振型与空气中相比,没有出现更高阶的振型,但由于附加质量的影响,其各阶频率计算值大幅下降,下降幅度在80%左右,同时伴随着振型互换的现象出现;随着温度的升高,主容器的各阶振型频率均呈现降低的趋势,当温度从150℃上升至390℃时,频率降低大约27.3%。

螺纹参数对种植体的生物力学性能影响分析

种植体的生物力学性能常采用有限元分析方法(FEA)进行评定,种植体受到的力直接传递到骨组织中,而种植体螺纹参数对种植体、皮质骨、松质骨的应力分布具有不同程度的影响。采用UG NX 12.0软件建立24组种植体结构,通过ABAQUS软件分析种植体、皮质骨、松质骨的应力分布,对具有较好生物力学性能的种植体系统用FE-SAFE软件预测其疲劳寿命。分析结果表明:最大应力出现在种植体上,其次是皮质骨,松质骨应力最小;V形螺纹形态下,螺距0.85 mm、螺纹深度0.3 mm组成的种植体(P1-H1)和螺距1.0 mm、螺纹深度0.4 mm组成的种植体(P2-H2)均具有较好的生物力学性能,其疲劳寿命也满足使用要求。研究结果为牙科种植体的结构设计提供了理论参考,在临床植入体实际应用中具有一定的指导价值。

一种改进变步长电导增量法的MPPT跟踪策略

电导增量法是确保光伏发电系统能够以最佳效率将太阳能转化为电能的一种控制技术。为提升传统变步长电导增量法的环境适应性,改善光伏电池的最大功率点跟踪性能,本文提出一种改进的变步长电导增量法。先对电压、电流差值进行实时修正避免误判,再引入与电流相关的系数和与功率相关的系数分别对最大功率点两侧的步长变化量进行修正,优化电导增量法步长变化量,进而达到快速并准确地进行最大功率点跟踪的作用。利用上述方法进行仿真实验发现,在外界环境变化时,与传统的自适应变步长电导增量法相比,本文方法的稳态振荡范围只有传统方法的一半左右,达到稳态需要的时间也只有传统方法的60%,改进后的电导增量法有效地降低了重新跟踪最大功率点过程中由步长变化带来的功率损耗。

多体柔性机械臂的非线性能量阱被动控制研究

柔性机械臂具有质量轻、能耗低、灵敏性高等优点,近年来在航空航天、机器人、军事等高科技领域被广泛应用。针对两端铰接中间亦铰接的双柔性机械臂,将其简化为多柔体梁系统。基于绝对节点坐标法推导其质量矩阵和非线性刚度矩阵,进而建立动力学模型,并采用能量原理验证模型的正确性。之后对集中荷载作用下两端铰接多柔体梁的振动响应进行分析,使用非线性能量阱对其振动进行抑制。结果表明,非线性能量阱能对多柔体梁系统由外载荷激起的振动进行有效地抑制。此外,随着非线性能量阱质量参数的增加,系统振动幅值衰减得更快,系统的振动能量损耗更迅速。

基于改进YOLOv5的轻量化车辆行人雾天检测模型

车辆行人检测是智能交通的重要组成部分。针对现有车辆检测算法模型容量大、参数量较多、占用内存大,难以在智能交通场景中适用于算力和内存均有限的边缘设备的问题,提出了一种基于YOLOv5s算法改进的轻量级目标检测网络。首先,将YOLOv5s网络的卷积模块更换成Ghost卷积,以此减少计算量和参数量;其次,采用改进的加权双向特征金塔网络(BiFPN)结构和非极大值抑制(NMS)算法提高模型的精确度;最后,通过Real-world Task-Driven Testing Set(RTTS)雾天数据集对该方法进行模型训练及验证,以测试模型的有效性。实验结果表明,改进YOLOv5的轻量化雾天检测模型在分辨率为640×640的图像上平均检测精度达88.5%,模型大小约为7.5 M,浮点型计算量为8.20 GFLOPs。与原YOLOv5s网络相比,模型大小减少了46.4%,浮点型计算量压缩到原来的52%,精确度提高0.9%,回归率提高0.5%,平均精度提升1.1%。改进后的车辆检测算法在模型轻量化的同时不仅能够保证较高的检测精度,而且能够满足在算力资源有限的边缘设备进行车辆检测的需求。

基于HJI的移动机器人轨迹跟踪控制

考虑一类受外界干扰的移动机器人的轨迹跟踪控制问题,基于哈密顿-雅可比不等式(HJI)设计了前馈控制和反馈控制相结合的复合控制算法。针对移动机器人的运动学模型,利用反步法设计了运动学辅助速度控制率。针对移动机器人的动力学模型,考虑其外部扰动,基于模型设计了前馈控制器,然后将动力学误差模型改写成HJI所适用的非线性形式,基于HJI设计了反馈控制器。在此基础上,进一步利用Lyapunov稳定性理论证明了运动学控制系统的稳定性,利用HJI理论证明了动力学控制系统的稳定性。最后,仿真结果表明存在外界不确定干扰的情况下,控制算法能够使跟踪误差快速收敛,系统具有良好的抗扰性。

基于轻量级Fast-Unet网络的航拍图像电力线快速精确分割

为了满足光学航拍图像中电力线检测的实时性和高精度,提出了一种轻量级Fast-Unet网络电力线检测方法。它以Unet语义分割网络为基础,添加金字塔池化结构增强特征上下文信息的融合。设计深度可分离残差卷积运算,增加了网络深度且进一步减少了网络参数量。使用多损失函数训练Fast-Unet网络,缓解图像中前景与背景类别分布极度不平衡的问题。实验结果表明,相较于Unet算法,模型参数量大幅减少,运算速度明显提升。Fast-Unet满足了实际应用需求,且模型参数体积得到了有效压缩,更容易部署于各种嵌入式系统,对于提高直升机与无人机的低空飞行安全有一定的现实意义。

机械式激光窗口结构设计与防尘罩抗风载能力研究

针对高能激光发射装置使用环境恶劣,工作间歇时间长等特点设计了机械式快速密闭窗口,窗口包含压紧机构和密封机构两部分,选用同步带作为防尘罩收放机构,设计三连杆机构作为压紧装置。利用薄板大挠度变形原理建立防尘罩挠曲变形量、密封压力与正压风载之间的评估模型,以中心挠度为摄动参数,用摄动法求解模型,获得防尘罩最大抗风载能力与电机输出扭矩和密封圈参数三者之间的对应关系,分别利用有限元和实验测试验证评估模型的准确性,依据解析结果优化压紧机构。实际测试表明,对于600 mm口径的激光发射装置,防尘罩挠曲变形不超过7 mm时,评估模型求解误差不超过6%,当防尘罩厚度为1.2 mm时,窗口可以抵御20 m/s以下的风沙侵袭,最大抗风载能力和评估精度均明显优于现有技术和装备,有效提高了激光发射装置环境适应能力,降低了因环境因素导致的激光烧蚀,提高了激光发射装置的使用寿命。

不匹配扰动下逆变器系统的固定时间扰动观测器设计

逆变器系统是电力转换系统的关键组成部分之一,近几年来在智能电网、新能源汽车等领域获得了越来越多的关注和应用,相应地,对逆变器系统的技术要求也越来越高。针对由负载引起的具有不匹配扰动的DC-AC逆变器系统,在对扰动进行谐波化建模的基础上,基于固定时间收敛理论设计了一种固定时间的误差扰动观测器,以实现对扰动的准确估计。与之前的有限时间观测器相比较,新观测器的优势在于确定出了一个与初始误差无关、只与系统参数相关的固定时间T 1,使观测误差在T 1时间内收敛到零。仿真实验结果也验证了所设计观测器方案的可行性和有效性。