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• 2020年, 41卷, 第5期
  刊出日期：2020-09-10

    

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  锂离子电池无序结构正极材料的研究进展

  孔继周， 陈瑶， 徐朋， 周飞

  2020, 41(5): 497-502. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2020.05.001

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  介绍了国内外无序正极材料在锂离子电池中的应用现状与研究动态，论述了无序正极材料中2种Li+扩散通道的激活方式.归纳分类了无序正极材料中的Ti基（LiMTiO）和Nb基（LiNbMO）2类正极材料，阐述了Ti基（LiMTiO）和Nb基（LiNbMO）无序正极材料的制备、工艺参数的优化、改性以及相应的电化学性能，并对比了2类无序正极材料的稳定性能及充放电机理.最后针对当前无序正极材料存在的容量保持率一般、倍率性能差等问题，提出了表面包覆、离子掺杂等改善措施，并对是否可以改变其充放电模式进行了讨论，展望了无序正极材料未来的研究方向.
  
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  基于PF-RLS的电池组SOC估算

  李光， 龙吟， 朱浩

  2020, 41(5): 503-508. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2020.05.002

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  针对电池组的安时积分法由于传感器的精度、电池老化、积分误差和初值，会导致SOC（state of charge）的估算不准确等问题，对传统安时积分法的SOC初值、标称容量、积分周期等参数进行了改进.在探索SOC与开路电压Uo内在联系的基础上，建立了一阶RC等效电路模型，通过带遗忘因子的递推无参数最小二乘法（PFRLS）实时在线提取更新Uo，引入对Uo影响较大的电池温度θ变量，建立SOCUo θ三维模型，为改进的安时积分法提供准确的初值，在考虑电池组不一致性的基础上，提出基于电池组的最大电压、最小电压融合算法，进行了FUDS（federal urban driving schedule）工况检测和实车工况验证.结果表明：PFRLS在线提取Uo的精度为2.55%，单体电池SOC的精度为3.20%，电池组SOC算法的精度为4.00%，满足QC/T 897—2011 《电动汽车用电池管理系统技术条件》的要求.
  
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  柴油机可变相位参数耦合对气路状态的影响

  吴学舜， 杜德峰， 李均同， 韩志强

  2020, 41(5): 509-515. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2020.05.003

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   为研究单位附加升程持续角和单位附加升程峰值与原机气门型线峰值间隔角的耦合作用对气路状态参数的影响，以DK4A柴油机为研究对象，在发动机转速为2 800 km·h-1，50%负荷工况下，导入不同气门升程型线进行模拟.分析了单位附加升程持续角和单位附加升程峰值与原机气门型线峰值间隔角对气路状态参数影响权重的变化规律.结果表明：单位附加升程峰值与原机气门型线峰值间隔角为100°~140°，单位附加升程持续角为92°~132°，两者耦合作用对进气状态参数变化率的影响存在权重相等的情况；单位附加升程峰值与原机气门型线峰值间隔角的增加有利于增加其对气路状态参数的影响权重，且单位附加升程峰值与原机气门型线峰值间隔角对进气状态参数变化率的影响权重大于单位附加升程持续角的影响权重.
  
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  市政排涝自吸泵启动过程气液两相流动及压力脉动分析

  杨波， 潘中永， Ibra FALL

  2020, 41(5): 516-522. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2020.05.004

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  为了探明自吸泵的自吸机理.以外混式自吸泵为研究对象，利用CFX仿真软件中的VOF（volume of fluid）两相流模型和kε湍流模型，并结合网格滑移技术进行自吸过程非稳态数值模拟，分析了不同时刻下泵内气液两相体积、液相速度、出口气体体积分数和压力的分布情况.同时改变非稳态模拟的时间步长及总时长，监测自吸过程叶轮及蜗壳内监测点的压力变化.结果表明：自吸泵的吸气与排气主要集中在启动过程的初期和中期，叶轮入口和泵出口的气体体积分数分别超过60%和75%；叶轮出口的气液混合带导致了叶轮出口到蜗壳内侧大片区域内的流动紊乱现象，降低了叶轮的做功能力，进而影响了泵的正常排气；叶轮监测点压力脉动幅值与距叶片工作面的大小有关，蜗壳内监测点压力脉动幅值与距叶轮外缘的大小有关.
  
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  针板电极作用下液体界面不稳定性分析

  王晓英， 武识博， 王东保， 王贞涛， 王军锋

  2020, 41(5): 523-529. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2020.05.005

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  以去离子水为离散相液体，生物柴油为连续相液体，根据界面应力平衡，建立了针板电极作用下离散相液体的色散方程，分析了支配离散相液体变形破碎的界面波特性.采用显微高速摄像技术，对荷电去离子水在生物柴油中的界面形态变化进行了可视化研究，将去离子水在生物柴油中的破碎模式分为滴状模式、摆动滴状模式及锥摆动射流模式.试验观察了不同模式中的界面波特征，结果表明：滴状模式下仅有轴对称界面波存在；在摆动滴状模式、锥摆动射流模式中，轴对称界面波与非轴对称界面波共存；随着荷电电压的增大，轴对称界面波与非轴对称界面波的最优波数均增加；轴对称界面波的最优波数大于非轴对称界面波，但其增长倍率小于非轴对称界面波.
  
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  蓝宝石湿法刻蚀各向异性特征的试验

  张辉， 幸研

  2020, 41(5): 530-534. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2020.05.006

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  针对蓝宝石晶体复杂的各向异性刻蚀特性，致使其刻蚀演化过程和结果难以预测和控制等问题，利用刻蚀半球法，获得了蓝宝石晶体在温度为(245±3)℃，体积比为V(98%H2SO4) ∶V(85%H3PO4)=3 ∶1的混合浓酸溶液中刻蚀的全晶面刻蚀速率.对比分析了典型掩膜形状下的刻蚀微结构特征，探寻了速率各向异性特征与微结构刻蚀成型结构面之间的联系.结果表明：蓝宝石全晶面刻蚀速率呈现典型3次对称和多极值分布，且赤道附近刻蚀速率极低；浓磷酸作为刻蚀缓冲剂可以显著减少刻蚀过程中各类微观凸起的产生，有效提高微结构表面加工质量.
  
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  芦苇高立式沙障成束装置孔隙率控制机构的设计与试验

  张洚宇， 葛云， 郑一江， 余鹏飞

  2020, 41(5): 535-540. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2020.05.007

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  针对目前芦苇高立式沙障孔隙率间距控制难问题，研究设计了一种芦苇高立式沙障成束装置孔隙推送机构.机构的关键部件设计包括推送弧片的设计与参数确定、采用解析法对缓推凸轮的轮廓线的计算、空隙推杆的设计计算等.建立空隙推送机构三维模型，将模型导入ADAMS环境下，对虚拟样机进行运动学仿真分析，研究以缓推凸轮为驱动元件的机构运动规律，并研制出了孔隙距离控制推杆机构进行孔隙率控制试验，试验结果平均孔隙率为50.13%，验证了设计的正确性和合理性，可为后续全自动芦苇高立式沙障成束机的研发提供参考.
  
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  玉米秸秆皮瓤叶分离机的设计与试验

  张洪建， 王德福， 孔凡婷,刘朝贤， 黄会男

  2020, 41(5): 541-550. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2020.05.008

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  针对现有玉米秸秆皮瓤叶分离机存在适应性、生产率和分离率较低等问题，设计了一种结构简单、可靠性高的玉米秸秆皮瓤叶分离机.该机主要由除叶、分展、剥瓤等机构组成，组合笛卡尔坐标系和极坐标方式设计除叶机构，组合切割剥瓤与下抛原理设计剥瓤机构，并利用其试验平台，以影响其分离性能的主要因素为试验因素，分别以除叶率、瓤残留率为评价指标进行正交试验.结果表明：当弹簧线径、喂入辊喂入线速度和除叶辊转速分别为1.4 mm，1 m·s-1和700 r·min-1时，除叶率可以控制在较优范围；当切刀数量、顶板与切刀间隙、剥瓤辊转速和切刀安装角度分别为6把，1.8 mm，780 r·min-1和45°时，瓤残留率可以控制在较优范围.根据以上优化参数进行玉米秸秆皮瓤叶分离机的研制与试验，结果表明：除叶率为97.5%，瓤残留率为2.8%，且外皮完整，瓤粒均匀，满足玉米秸秆皮瓤叶分离机的作业要求.
  
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  组合式排种器的设计与试验

  李娟娟， 张和平， 胡斌， 毕新胜， 张桐宇浩， 李姝卓

  2020, 41(5): 551-556. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2020.05.009

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  针对传统机械式排种器工作时取种部件难以更换等问题，通过理论分析法确定排种器关键部件的结构参数，设计一种组合式的排种器.采用EDEM离散元软件，完成以排种器转速、型孔直径、型孔深度为影响因子的通用正交旋转组合试验，运用Design Expert 8.0.6软件对试验数据进行分析，得到各影响因子与排种性能指标之间的回归模型，同时基于回归模型进行目标参数优化，确定最佳组合参数.结果表明：当排种轮转速为40.38 r·min-1，型孔直径为9.94 mm，型孔深度为8.47 mm时，预测合格率为96.24%，在此基础上进行排种器台架试验，验证了仿真结果的准确性.
  
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  基于概率论的车辆排队长度测量方法

  李津， 王鹏， 李泊霖， 魏小忠

  2020, 41(5): 557-561. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2020.05.010

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  为了更好地分析交叉口车流情况，为交通流检测、交通拥堵识别提供数据，依据概率论，对交叉口的车辆排队长度进行研究.将离散的驶入交叉口的车辆数和驶离交叉口的车辆数与时间拟合成车辆数时间曲线，通过建立起始修正时间用于修正车辆通过交叉口上游到交叉口之间的行驶时间，并建立速度距离模型分析车辆行驶状态推导起始修正时间的计算方法，最后通过微积分方法推导出交叉口车辆排队长度的计算方法.采取了长春市红旗街与湖西路交叉口的交通数据为例，对该方法进行试验验证.结果表明：该方法数据采集方便，设施布设简单，便于大规模应用；在16个时间点中，有14个时间点的排队长度相对误差E小于6%，可见计算较为准确，可以作为交叉口车辆排队长度的测量方法.
  
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  基于VMD-AR谱的多轴转子系统故障特征信息提取方法

  吴飞， 程科， 丁军， 刘苏行

  2020, 41(5): 562-568. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2020.05.011

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  为了解决现有分解方法在近频部分产生模态混叠的问题，提高时变参数模型对故障信号直接诊断的准确性，研究了多轴转子系统的典型故障信号分析方法.提出了基于变分模态分解（VMD）和AR谱相结合的故障特征信号分析方法；采取瞬时频率均值法选取VMD中的分解模式数k.经VMD分解产生固有模态函数(IMFs)，采用AR谱对IMFs分量进行特征提取，分析典型故障模式相对应的特征频带.结果表明：基于VMDAR谱的故障特征提取方法解决了分解模式数k的选取难题，避免k值的经验选取；VMD能够抑制信号分解近频部分的模态混叠，而AR模型克服了Hilbert分离算法存在的加窗效应，在频带划分上具有较强的分辨率.该方法可有效进行故障特征提取，并为改进的粒子群优化算法的混合核支持向量机算法提供特征信息.
  
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  AlN-MOCVD生长中气相寄生反应路径

  仲婷婷， 左然

  2020, 41(5): 569-574. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2020.05.012

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  利用量子化学的密度泛函理论，研究用于制备紫外光电器件的AlN薄膜在MOCVD生长中的气相寄生反应，计算与气相纳米粒子相关的3种主要多聚物\[DMAlNH2\]2，\[MMAlNH\]2，\[MMAlNH\]3与NH3的反应路径.通过对比不同温度下反应前后的吉布斯自由能差ΔG以及过渡态的活化自由能ΔG*，判断反应发生的方向和概率.结果表明：\[DMAlNH2\]2存在2条竞争路径，当T<749 K时，反应走\[DMAlNH2\]2与NH3的双分子反应路径，产物为\[Al(NH2)3\]2；当T>749 K时，反应趋向于活化自由能更低的、脱去CH4生成\[MMAlNH\]2的分子内反应路径.\[MMAlNH\]2，\[MMAlNH\]3与NH3极易发生双分子反应，脱去CH4，生成更稳定的气相产物\[AlNHNH2\]2和\[AlNHNH2\]3.\[Al(NH2)3\]2，\[AlNHNH2\]2，\[AlNHNH2\]3很可能是AlNMOCVD气相寄生反应的末端粒子，也是AlN生长表面反应和纳米粒子的重要前体.
  
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  一种新型硫化氢近红外比率荧光探针的研制

  韩志湘， 顾宇形， 王洋， 董良欢， 姜舒

  2020, 41(5): 575-579. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2020.05.013

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  设计合成了一种基于花色素染料的近红外比率荧光探针分子1，并将其用于活细胞内内源性和外源性硫化氢的检测.结果表明：探针分子1溶液中加入硫化氢时，因硫化氢对探针分子1中苯并吡喃部分的亲核加成破坏了其共轭体系，导致720 nm处的近红外（NIR）发射荧光强度降低.同时，其加成产物含有完整的半刚性香豆素荧光团，在503 nm处的绿色荧光强度显著增强.由于探针1的发射波长与半刚性香豆素的发射波长不同，因此在加入硫化氢前后有两个完全分离的发射峰，实现了对硫化氢的有效比率检测.当加入4.0 μmol·L-1硫化钠时，荧光强度增强了19.2倍.探针分子1对水溶液中的硫化氢的线性响应范围是0.1～4.0 μmol·L-1 (R2=0.993 9)，检测下限为57.8 nmol·L-1.探针分子1对硫化氢比较敏感，响应时间为110 s，且有较好的选择性.此外，探针分子1还被成功应用于活细胞中内源性和外源性硫化氢的荧光成像.
  
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  废水处理过程的KPLS-GPR软测量建模

  刘鸿斌， 杨冲

  2020, 41(5): 580-587. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2020.05.014

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  采取基于核函数偏最小二乘法的高斯过程回归模型（KPLSGPR），对复杂的造纸废水处理过程中出水化学需氧量（COD）和出水悬浮固形物（SS）质量浓度进行预测.首先，采用KPLS的潜变量作为预测模型的输入变量，以降低数据维度，优化数据结构；其次，建立潜变量与输出变量的GPR回归模型.基于某工厂造纸废水数据进行仿真试验，引入人工神经网络（ANN）、基于偏最小二乘潜变量的预测模型（PLSANN）及基于核函数偏最小二乘潜变量的预测模型（KPLSANN）作为对比.试验结果表明：KPLS潜变量对预测模型有明显的优化效果，在这些模型中KPLSGPR预测精度最高；对于出水COD和SS质量浓度的预测，KPLSGPR的决定系数分别为0.575和0.610，相比于常规预测模型，决定系数可分别提升36.90%和43.87%.
  
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  相变混凝土的制备与性能研究综述

  周建庭， 聂志新， 郭增伟， 杨娟， 郑忠

  2020, 41(5): 588-595. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2020.05.015

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   综述了相变材料的分类及特点、相变材料的定形与封装技术、相变混凝土的配合比设计与性能等3个方面的研究成果，对固液相变材料的热物理参数、应用现状及多元复合相变体系进行了研究，归纳整理了相变材料的定形与封装技术，重点讨论了多孔基体吸附法，对比分析了相变混凝土的设计原理、力学性能与热物特性变化规律，并对相变混凝土研究方向进行了展望.结果表明：石蜡、脂酸和醇类等3种相变材料更适合于工程建筑环境的应用；相变材料不宜与混凝土集料直接混合；通常采用多孔基体材料吸附液体相变材料来制备相变骨料；相变混凝土的导热系数受相变骨料掺量影响明显，比热容会随掺量增加而提高，强度往往大幅降低.
  
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  碳纳米纤维对CFRP温阻效应的影响分析

  刘荣桂， 翁煜， 李十泉， 谢桂华， 蔡俊华， 孙悦

  2020, 41(5): 596-600. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2020.05.016

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  为探索掺加的碳纳米纤维（carbon nanofiber，CNF）质量分数对碳纤维复合材料（carbon fiber reinforced polymer， CFRP）温阻效应的影响，将CNF颗粒均匀分散于环氧树脂，制成CFRP元件，进行循环温度测试，并采集CFRP元件的电阻.结果表明：在升温过程中，所有元件均呈正温度系数（PTC）效应，且温度与电阻率的线性关系良好；当掺加的CNF质量分数为0.5%时，更接近材料的渗滤阈值，元件的温度敏感性最强；循环温度作用下，温度曲线变化趋势一致，但会产生明显的“滞后环”现象；随温度循环加载次数的增加，元件的温度敏感性降低，但可重复性变好.
  
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  基于车路耦合振动状态下沥青路面力学响应

  严战友， 赵晓林， 陈恩利， 赵勇， 赵国叶

  2020, 41(5): 601-608. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2020.05.017

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   利用ABAQUS，建立三维两自由度1/4车辆模型与黏弹性沥青路面模型，考虑橡胶轮胎以及轮胎与路面非线性接触，采用中心差分法求解，并与相关文献对比.结果表明：该模型具有一定可行性；静载作用下，上面层最大竖向压应力为0.402 MPa，1/4车辆动载为0.563 MPa，比静载增大40.05%；A，B和C级路面上面层最大竖向位移分别为0.589，0.698和0.941 mm，C级比A级大59.76%；上面层最大竖向压应力分别为0.497，0.702和0.739 MPa，C级比A级大48.69%；中面层出现最大竖向及横向压应变，下面层出现最大竖向拉应变、最大纵向压应变及最大横向拉应变，土基出现最大纵向拉应变；车速越大，路面响应越小；轴重越大，路面响应越大.
  
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  车桥耦合下公路桥梁长标距动态应变的求解方法

  吴必涛， 邹友泉， 陈梦成， 吴刚

  2020, 41(5): 609-614. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2020.05.018

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   针对车桥耦合分析方法不能直接求解桥梁长标距应变的问题，首先研究了移动车辆荷载下桥梁长标距动态应变时程响应求解方法；在考虑路面不平顺影响下，采用MATLAB软件,编程求解车桥耦合系统桥梁长标距应变的动力方程，同时计算求解了不同速度下桥梁跨中动态长标距应变时程，并与传统点式应变时程进行了对比分析.结果表明：长标距应变与点式应变总体上较为接近，尤其是车速超过20 m·s-1时，两者差异不大；在不同车速工况下，长标距动态应变时程和点式应变时程随车速的变化规律相同.研究结果验证了长标距应变随车速变化的规律和理论测试精度.
  
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  工业碱渣改良云南典型膨胀土的膨胀特性试验

  孙孝海， 谢建斌， 陈伟， 赵一锦， 江胜， 刘道炎

  2020, 41(5): 615-620. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2020.05.019

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   通过室内试验，对工业碱渣改良云南蒙自地区典型膨胀土进行研究，探讨不同掺量的水泥、工业碱渣、水泥+工业碱渣混合料条件下，膨胀土的膨胀特性.试验结果表明：水泥、工业碱渣、水泥+工业碱渣混合料均可降低素膨胀土的自由膨胀率，工业碱渣改性土最小膨胀率为水泥的0.77倍；当工业碱渣、水泥及水泥+工业碱渣混合料的改性膨胀土中的工业碱渣和水泥掺量分别超过30%和6%后，胀缩位移曲线基本重合；工业碱渣和水泥的最佳掺量分别为30%和6%，此时，工业碱渣改性土的最小膨胀力仅为水泥改性土的0.33倍，为素膨胀土的0.05倍；使膨胀土黏聚力和内摩擦角最优的工业碱渣掺量为30%~40%.