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• 2015年, 36卷, 第5期
  刊出日期：2015-09-10

    

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  基于Kriging法的挖掘机驾驶室减振器性能参数优化

  刘磊1,2, 周以齐1,2, 米永振1, 卢丹1, 陈跃彪1

  2015, 36(5): 497-503. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.001

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  针对挖掘机驾驶室内噪声抑制问题,建立了挖掘机整机的有限元模型,通过驾驶室减振器性能参数的优化,实现了驾驶员耳旁噪声声压级曲线上的多个峰值及总声压级的降低．其中,采用拉丁超立方法对减振器参数刚度和阻尼设计试验,仿真计算得到样本点后建立Kriging代理模型;以耳旁声压级曲线上多个峰值频率处的声压级为目标函数、以减振器性能参数为优化变量,通过NSGA-Ⅱ遗传算法进行优化并得到相应的Pareto前沿．选定减振器性能参数最佳组合再次代入有限元模型中仿真计算,结果表明:通过优化减振器性能参数降低驾驶员耳旁噪声峰值频率处声压级和总声压级的方法可行,挡风玻璃处、座椅处地板及仪表盘处为代表的观测点的振动噪声性能也有改善．
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  基于顶部与侧部扰流器的轿车气动减阻

  杨瀚博, 胡兴军, 安阳

  2015, 36(5): 504-508. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.002

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  汽车空气动力学性能是车身设计中需要着重考虑的方面,针对某国产快背式轿车的简化模型,应用计算流体力学原理与方法,研究了轿车尾部气动附件对于快背式轿车气动阻力系数的影响．采用三棱柱半结构化网格和Realizable k-ω SST模型, 对不同尺寸的顶部及侧部扰流器的外流场进行数值模拟,得到不同情况下该车的气动阻力系数、表面压力分布等气动特性．对比分析了各种方案的流动特性及阻力系数.结果表明:加装不同尺寸的扰流器,通过适当的匹配与优化,可以改善轿车的气动特性,降低气动阻力．
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  凸台撞壁对分区燃烧系统性能影响的仿真

  魏胜利1, 卢泓坤1, 冷先银2, 陈良1, 刘旋1

  2015, 36(5): 509-515. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.003

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  为了更好地利用油束喷射动能,改善柴油机喷雾的空间分布,提出了一种基于凸台撞壁引导下的分区燃烧系统．运用 CFD软件FIRE对该燃烧系统的喷雾与燃烧过程进行了3维仿真研究,从不同角度分析了凸台撞壁对分区燃烧系统的燃烧与排放特性的影响．结果表明:分区结构提高了缸内平均湍动能,增加了压缩过程中流入燃烧室内的气流量,促进了油气的快速混合与燃烧;在凸台面上不发生油束堆积的各撞壁方案中,凸台锥角越大,缸内平均湍动能峰值就越小,同时膨胀过程中气体流出燃烧室的速度也越低,从而扩散燃烧现象就越明显,soot排放值也越低．
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  等离子体与光催化协同净化NO的性能

  陈萌, 杜丹丰, 郭秀荣

  2015, 36(5): 516-521. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.004

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  为了提高汽车车载净化反应器的净化效率,将光催化与等离子体技术相结合,通过试验分析,研究了2种技术协同作用下机动车排放NO的净化效果．试验以单因素变量法为基础,得到了协同作用下净化NO效果与各个影响因素(电压、湿度、温度) 之间的关系．结果表明:当电压从6 kV升高到40 kV时,在使用等离子体与光催化材料(TiO2)协同作用下,NO净化效率会达到 5625％左右;同时,在一定的湿度环境(相对湿度>25％)会降低等离子体-TiO2协同净化NO的效果,其主要原因在于较高的水分子的吸附,导致了光催化材料(TiO2)可利用的电子空穴对的减少;在试验温度为30～200 ℃时,等离子体-TiO2协同净化NO 效率最高达到了8000％,整个净化过程中电子轰击和电子附着较少依赖于温度,而TiO2光催化剂的化学吸附却对温度有较大的依赖性．
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  超高压水射流喷嘴机构的设计及试验

  杨志贤, 相明明

  2015, 36(5): 522-526. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.005

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   针对城市路面标志线难以清除的问题,设计了一种可用于超高压水射流清洗系统的喷嘴机构,该机构特征在于错落分布的12个喷嘴的圆形清洗轨迹由内至外均匀分布,可一次性有效地清洗标志线的各个部位,提高整个清洗过程的效果和效率．为考察喷嘴靶距、系统压力和清洗速度对喷嘴机构清洗效果的影响,以不同厚度标志线为对象进行清洗试验．针对2种不同厚度的标志线,总结了易获得最佳清洗效果的参数组合．结果表明:易获得最佳清洗效果的喷嘴靶距为27 mm,清洗速度为3～4 m?min-1,系统压力为100～120 MPa．
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  旋杯式静电雾化荷电特性的试验

  王军锋, 储进静, 霍元平, 范亚骏

  2015, 36(5): 527-532. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.006

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  基于旋杯式离心雾化技术和静电雾化技术在药液喷洒过程中的优势,设计了一种旋杯式静电雾化装置．首先对雾化液滴的荷电性能进行试验研究,然后结合高速数码摄影技术探讨了荷电对雾化机理及特性的影响规律．结果表明:旋杯式静电雾化液滴的荷电性能与旋杯边缘液帽或液丝直径的大小有关,液帽或液丝直径越小,雾化液滴的荷质比及其增长速率越大;We数较低时,滴状分裂模式下,增加荷电电压,滴状分裂模式逐渐向丝状分裂模式转变,雾滴索特尔平均粒径逐渐减小;We数较高时,丝状分裂模式下,增加荷电电压对索特尔平均粒径及雾化过程的影响减弱,能够改善雾滴粒径分布的均匀性．
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  第3类边界条件下1维平板对流融化过程的量纲一分阶段求解

  孟凡康1,2, 于航1

  2015, 36(5): 533-538. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.007

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  为了研究平板融化各个传热阶段的特性,以第3类边界条件下1维有限厚度平板对流融化过程为研究对象,同时考虑融化后的相变材料被周围流体及时带走,把传热过程分成3个阶段,分别建立了传热计算模型,并采用3次多项式热平衡积分方法对各阶段进行近似求解．利用推导的计算方法,以Stefen数(Ste)、Biot数(Bi)及量纲一环境温度(θa)为控制参数对相界面变化规律进行了讨论,结果表明:当Biθa>3时,平板融化过程可以分为3个阶段,相反,可以分为2个阶段;在不同控制参数条件下,融化开始阶段量纲一相界面位置(H)与量纲一时间(τ)变化率相对较小,而融化后期变化率较大,且近似呈线性关系;在其他控制参数不变的条件下,随着Ste的增小,Bi或θa的增加,整个融化过程的总融化量纲一时间减小,且H与τ变化率增大．
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  基于VB和ADAMS的水稻钵苗栽植机构参数优化及试验分析

  钱孟波1, 俞高红2, 俞益波1, 赵匀2

  2015, 36(5): 539-544. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.008

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  以偏心-非圆齿轮行星系栽植机构为研究对象,构建偏心-非圆齿轮栽植机构简图并阐述其结构特点;建立栽植机构运动学模型,并在此基础上建立全自动参数优化软件,根据优化软件所得参数建立机构三维实体模型并做动态仿真试验;对机构做运动特性分析,构建虚拟试验台架,对支座受力进行分析;最后,试制样机并进行试验分析．试验表明:栽植机构的运动轨迹和工作姿态与全自动优化软件模拟轨迹一致,机构设计是可行的．
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  基于判别分析的X射线荧光烟叶产地识别应用

  陈斌1, 邢为飞1, 陆道礼1, 戚雪勇2

  2015, 36(5): 545-549. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.009

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  烟叶品质的优劣不仅与品种、生长条件有关,还与其原产地的土壤及生长环境有着较大的关联．根据不同产地烟叶中金属元素分布的差异,提出了利用X射线荧光光谱技术快速检测出烟叶中各种金属元素的分布,结合判别分析法对烟叶产地进行识别的研究．首先对不同产地样品的金属元素的平均值进行分析,发现不同产地烟叶样品间存在较大差异;利用SPSS软件对其中样品数较多的4个地区的烟叶样品进行逐步判别分析并建立判别分析模型,当选入自变量的元素包括Cd,Rb,Ba,As,S等6种元素时,建立的判别函数判别回代准确率为92.9％,交互验证的准确率为90.5％,说明应用X射线荧光分析法来鉴别不同产地的烟叶具有较强可行性．
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  江汉-洞庭平原农业土壤重金属综合评价

  喻鹏1, 马腾1, 唐仲华1, 甘义群1, 邓青军2

  2015, 36(5): 550-556. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.010

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  针对江汉-洞庭平原农业土壤受重金属(Cu,Pb,Zn,Cr,Cd,Hg,As)污染的状况进行系统调查后,根据取样测试结果对土壤无机污染物含量进行特征分析.参照研究区土壤地球化学背景评价标准,采用单因子指数法和内梅罗综合污染指数法对研究区农业土壤重金属污染状况进行综合评价.结果表明:研究区7种单要素污染程度大小依次为Hg,Zn,As,Pb,Cd,Cu,Cr,相比较而言,Hg污染为主要污染元素,研究区大部分区域Hg超标,且同污染物外源性关系密切.整体而言,江汉-洞庭平原综合污染指数较往年统计值有走高趋势,农业土壤环境质量达轻度污染级别.
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  银杏酸C15：1在水中溶解度的测定及关联

  杨小明1, 方洋洋1,2, 李月英3, 黄炳忠4

  2015, 36(5): 557-560. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.011

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  采用荧光光度法,通过固-液平衡装置测定了从288.15 K到313.15 K温度下银杏酸C15：1在水中的溶解度,并分别应用 Apelblat模型及理想溶液模型对试验数据进行了关联,总平均相对误差分别为4.50％和2.44％. 结果表明:银杏酸C15：1在水中的溶解度随温度的升高而增大,溶解度的理想溶液模型和Apelblat模型在文中的研究温度和溶解度范围内是适用的,而 Apelblat模型的模拟结果要优于理想溶液模型的模拟结果,其溶解度关联值与试验值比较吻合.通过van′t Hoff方程计算出银杏酸C15：1在水中的溶解焓和溶解熵均为正值,表明银杏酸C15：1在水中的溶解过程为吸热过程.
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  新型蠕动式管道机器人设计

  徐洪1, 林潘忠2, 王扬渝3

  2015, 36(5): 561-565. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.012

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  为提高管道机器人的自适应能力,运用自锁原理设计试制了一种新型蠕动式管道机器人．该机器人行进过程中,不需对管壁施加额外压力,就能适应水平、竖直、弯曲管道,并且对不同管径、不同截面的管道有一定的适应性．机器人的基本结构采用了伸缩式伞架机构,根据设计要求推导出其伸缩机构的受力情况和支撑机构与管壁的自锁原理;完成了支撑结构、联接机构的设计;建立了丝杆推力与平行四边形推动力的关系;并利用提出的设计方法制作了样机,并完成了样机试验．结果表明,该机器人牵引力大,自锁性能好,能够在内径为90～150 mm的管道中行进,并能够顺利通过弯道．研究结果可为管道机器人的设计提供参考．
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  时间维信息的4D多发性硬化损伤区域分割方法

  詹天明1, 詹永照1, 冯灿2

  2015, 36(5): 566-572. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.013

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  为了解决3D脑核磁共振图像分割方法无法准确分割4D多发性硬化损伤区域的问题,结合4D数据中每个时间点的信息并根据相邻时间点图像的相关性构造动态先验改进邻域驱动的水平集模型,提出一种基于时间维信息的4D多发性硬化损伤区域的分割模型．通过交替迭代和最速下降法求该模型的最小化问题得到4D多发性硬化损伤区域的分割算法．为验证该模型,对临床4D数据的分割效果进行测试,并与3D分割方法所得结果进行比较．结果表明:与3D图像分割方法相比,所提出的4D多发性硬化损伤区域的分割方法由于增加了时间维上的约束,得到的分割结果更加准确．这为后续的病灶定量化分析提供了有效的帮助．
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  基于吸引场的蚁群算法在TSP中的应用

  王雷, 李明, 刘志虎

  2015, 36(5): 573-577. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.014

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  针对传统蚁群算法容易陷入局部最优解等缺陷,提出了一种基于吸引场的改进的蚁群算法．首先,详细分析了基于信息素的吸引场原理,在此基础上建立了基于信息素的吸引场模型．其次,设计了吸引场因子,给出了信息素更新策略,使相距较近的蚂蚁之间能更好地进行协作．最后,针对标准的30个城市的旅行商问题,使用所提出的算法与基本蚁群算法、其他改进的蚁群算法进行优化分析,并进行了结果对比．结果表明:所提出的蚁群算法可以获得TSP问题的最优解423.74,Oliver30问题计算结果最优值为423.74,平均值为423.96,具有较好的搜索全局最优解的能力．
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  一种针对祖冲之算法的猜测决定攻击

  赵跃华, 刘文山, 韩牟

  2015, 36(5): 578-582. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.015

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  为了分析ZUC算法在抵御猜测决定攻击方面的安全性,针对ZUC算法在比特重组以及非线性函数中独特的16比特半字的运算,提出基于16比特半字的猜测决定攻击．该攻击方法首先将ZUC中的状态转换运算变换为半位的运算,将线性反馈移位寄存器中的每个状态分为上下半位,然后通过使用Viterbi-like算法计算出猜测决定攻击的基本点,根据已知的基本点状态和变换后的半位运算,决定出其他未知的状态,从而实现对内部状态的恢复．结果表明,这种猜测决定攻击计算复杂度为2398,所需数据量为6个32比特密钥字,该结果优于已有的针对ZUC的猜测决定攻击．
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  平行钢绞线索力测试的参数识别方法

  吴霄, 肖汝诚

  2015, 36(5): 583-587. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.016

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  针对平行钢绞线测索力存在的问题,提出基于拉索非线性振动分析的参数识别新方法．建立考虑拉索垂度及抗弯刚度的拉索振动非线性微分方程,并引入多尺度法求解拉索非线性振动问题,得到基频计算实用公式．采用公式对比与有限元分析的手段,验证该公式的准确性．以该公式为基础,对平行钢绞线斜拉索索力、索长、线密度以及抗弯刚度等的参数识别问题进行了研究,提出采用参数识别方法计算其索力．结果表明:所获得的基频计算公式简单实用,能同时考虑拉索抗弯刚度与垂度的共同影响,满足精度要求;平行钢绞线索力测试的参数识别方法能够准确、方便地确定拉索设计参数,易于模块化设计,显著提高了拉索测试精度．
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  金属沉积成形流固耦合工艺参数

  李素丽1, 刘伟2, 贾宝勤1

  2015, 36(5): 588-592. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.017

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  为了研究金属沉积成形中流固耦合过程工艺参数,建立了VOF理论模型,利用该模型对整个熔滴沉积流固耦合过程进行数值模拟．通过变换相关参数,分析了熔滴滴落及在基板壁面上的铺展状态,研究了不同熔滴直径、碰撞速度以及基板温度对变形过程的影响．结果表明:熔滴在滴落过程中,温度由外层向内部逐渐降低,凝固层加大,而熔滴内部中心处温度基本不变;撞击基板后,熔滴沿着半径向外扩散,水平半径逐渐增大,高度逐渐减小;不同的基板温度所对应熔滴的凝固时间不同,而基板温度越低,熔滴凝固越快;不同直径的液滴在撞击经过预热的基板后,因金属熔滴凝固,体积分数随沉积时间延长而减小,但对铺展时间有影响．
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  钛对镀锌层硅酸盐钝化膜的影响

  范云鹰1,2, 崔欢欢1

  2015, 36(5): 593-597. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.018

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  为了研究钛离子对硅酸钝化膜的微观形貌、化学组成及耐蚀性能的影响,在硅酸盐钝化液中加入钛离子,通过SEM、XPS 、交流阻抗谱(EIS)及中性盐雾试验(NSS)进行研究．试验结果表明:钛离子的加入可控制硅酸钝化膜成膜速度,细化颗粒,使钝化膜膜层平整、致密、无裂纹,且微粒团聚物颗粒变小;同时,钛离子参与反应生成的TiO2颗粒可填充膜层的空隙,增加膜层致密度,显著提高膜层的耐蚀性;钝化过程是复杂的多相反应,最终得到膜层的主要组成为Zn4Si2O7(OH)2? 2H2O,SiO2,ZnO,Zn(OH)2和TiO2．
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  新型PEC柱-钢梁BRS耗能部分自复位节点的抗震性能

  方有珍1, 杨永龙1, 陈赟2, 赵凯1, 万财知1

  2015, 36(5): 598-603. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.019

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  为研究采用预拉对穿螺栓的新型卷边PEC柱-钢梁BRS耗能板部分自复位连接中节点的抗震性能,对考虑PEC柱布置方式的2个试件进行了拟静力试验．结果表明:BRS板耗能部分自复位连接,通过BRS板屈服耗散地震能和预拉杆实现自复位功效,且整个加载过程中结构主要受力构件处在弹性状态;PEC柱的布置决定梁柱连接的刚度匹配,相应影响部分自复位节点受力性能发展进程和试件损伤分布规律;预拉对穿螺栓和预拉杆的设置促使节点域混凝土斜压带传力模式的形成,相应降低了对节点域钢结构腹板的抗剪要求;所有试件连接转角达到中震层间侧移角限值0.020 rad,残余转角均小于自复位残余转角限值为0.005 rad,即使层间侧移角超过大震层间侧移角限值0.035 rad,试件承载能力仍处于增长趋势,且梁端残余转角基本不超过0.010 rad．
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  箱形混凝土梁粘贴碳纤维布的受弯承载力

  张延年1, 李朝阳1, 刘新1, 刘金升1, 郑怡2, 刘春发3

  2015, 36(5): 604-609. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.020

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  为研究箱形混凝土梁粘贴碳纤维布后的受弯性能及承载力,对8根不同混凝土强度、配筋率、碳纤维布加固量、U形箍间距的混凝土梁进行试验．研究结果表明:粘贴碳纤维布能够有效改善梁受弯性能,提高梁的屈服荷载和极限荷载,能够充分发挥其高强特性,得到了很好的加固效果;由于粘贴碳纤维布属于被动加固,且材料很薄,在加载初期发挥的作用很小,故对梁的开裂荷载影响较小;该加固方法对屈服前梁的刚度影响很小,屈服后梁的刚度有一定的提高;标准梁受压区高度x≤2a′s 时,由于混凝土不参加计算,故无需考虑箱形梁的特殊截面,设计时可采用《混凝土结构设计规范》中矩形截面梁的计算公式,计算精度较高;碳纤维布加固梁在受压区高度x≤2a′s 时,参照《公路桥梁加固设计规范》中计算公式,但计算精度不高,通过对折减系数的修正,能够使计算结果更加精确．
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  冻融循环对高寒地区沥青混合料弯拉性能的影响

  李宁, 司伟, 马骉, 周雪艳, 田宇翔

  2015, 36(5): 610-614. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.021

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  为准确地评价冻融循环作用对高原寒冷地区沥青路面的服务水平和使用寿命影响,在沥青混合料冻融循环弯曲试验的基础上,分析了冻融循环次数对混合料弯拉性能的影响,利用指数模型进行了拟合;应用方差分析检验了冻融循环影响的显著性; 采用损失率模型,通过Logistic模型评价了混合料在冻融作用下的衰减特性．结果表明:沥青混合料的弯拉强度、弯拉应变随冻融循环次数的增加呈减小趋势,初期冻融循环作用下混合料性能衰减较快,经历15～21次冻融循环后弯拉性能衰减趋于平缓．方差分析表明:冻融循环对混合料的弯拉性能影响显著;弯拉性能损失模型较好地反映了冻融循环作用的影响．
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  厂拌热再生技术能耗与排放量化分析

  张争奇1, 张苛1, 姚晓光1, 翟佳2

  2015, 36(5): 615-620. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2015.05.022

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  针对旧路处理、新料生产、再生混合料生产以及再生混合料施工等4个阶段,从数据收集、计算等分析了沥青路面热再生技术的能源消耗及排放量化分析的方法与步骤,建立路面再生技术能源消耗与排放的量化分析模型,研究了沥青路面再生过程中总的能源消耗和气体排放量,计算了单位质量厂拌热再生沥青混合料生产及施工过程的总能耗和环境排放总量以及各生命周期阶段的能耗比和环境排放系数．结果表明:1 t厂拌热再生沥青混合料在4个阶段的总能耗较普通热拌沥青混合料降低 19％,铺筑1 km厂拌热再生沥青路面中面层可减少2 645 kg等效CO2、43 kg等效SO2、87 kg等效1,4-二氯苯和143 kg颗粒物质的排放．