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基于固态聚合物电解质的柔性超级电容器的制备与性能研究

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基于固态聚合物电解质的柔性超级电容器的制备与性能研究

作者：刘庚长春工业大学

学位级别：硕士

随着电力设施的普及,可充电式移动设备得到了大范围的推广与普及。传统的干电池、铅酸电池、甘汞电池等储能设备由于较低功率密度以及严重的环境污染已经不符合当今的社会发展理念。因此,具有功率密度高,充放电速率快,重量轻,结构简单... 详细信息

随着电力设施的普及,可充电式移动设备得到了大范围的推广与普及。传统的干电池、铅酸电池、甘汞电池等储能设备由于较低功率密度以及严重的环境污染已经不符合当今的社会发展理念。因此,具有功率密度高,充放电速率快,重量轻,结构简单等优点的超级电容器得到了广泛关注。超级电容器通常由电极和电解质两部分组成,电解质会影响其安全性及其最大工作电压。传统的电解质包括液态电解质和固态电解质两种,但是液态电解质存在几种常见弊端,例如在组装过程中容易造成电解质的泄露,以及不便于携带等缺点。于是,固态电解质成为了现在大多数科研工作者的首选。聚合物电解质相较于其他固态电解质来说,具有较好的柔性以及更高的使用温度,可适用于更加严苛的环境中,目前,在超级电容器电解质中已经使用了一些高分子材料,如:聚苯并咪唑、聚乙烯醇、壳聚糖等,由于其良好的成膜性、高的质子传导率和优异的机械强度而受到广泛关注。在此之前,已经有一部分工作者将其应用于超级电容器领域,并取得了不错的成绩。本论文在聚合物体系内部设计一种笼状交联结构(c PBIOH-X),即引入硅氧烷结构,硅氧烷一端与聚合物体系相连接,另一端通过水解形成Si-O-Si交联网络。这种交联网络既可以提高体系内的磷酸吸收能力,又可以提升其磷酸保留能力以及机械性能。复合膜在浸泡磷酸后,其断裂强度可以达到8 MPa左右,并且c PBIOH-30样品在170°C下其质子传导率最高可达50 m S cm。组装电容器后,电容值随着温度升高而成梯度增加,在150°C下时,电容值最高可达62.3 F g,在5000次充放电循环后,电容保持率能够达到96.1%。由于聚苯并咪唑类聚合物与电极材料之间的相容性不佳,所以我们选取与活性炭电极相容性较好的壳聚糖作为我们接下来的研究。通过将壳聚糖季铵化,再与聚乙烯醇(PVA)两者混合,加入离子液体,制备出凝胶电解质,再在其中加入碳纳米管,为凝胶内部形成离子传输通道,同时碳管的加入也提高了凝胶的机械性能。最终,我们制备的凝胶在室温下的质子传导率为33 m S cm。组装成超级电容器器件后,器件的电容值为43.15 F g,最大能量密度可达到10.03 Wh kg。并且凝胶表现出优异的传感能力,传感因子为0.995,响应时间为180 ms,经过多次循环后仍能保持优异性能。

关键词：聚合物电解质笼状交联结构季铵壳聚糖碳纳米管全固态超级电容器

PLC在钢铁冶金企业电气自动化控制中的应用

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中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 2023年第3期 0007-0009页

作者：刘庚唐山惠唐物联科技有限公司河北唐山063000

在现代化的钢铁冶金工业生产领域当中,其各种门类的生产工艺愈发复杂繁琐,通过机电一体化技术的有效融入和发挥,让钢铁冶金生产工艺高效便捷。与此同时,为了推动现代化企业的不断发展和进步,相关技术人员要深入开展研发和创新工作,制定... 详细信息

在现代化的钢铁冶金工业生产领域当中,其各种门类的生产工艺愈发复杂繁琐,通过机电一体化技术的有效融入和发挥,让钢铁冶金生产工艺高效便捷。与此同时,为了推动现代化企业的不断发展和进步,相关技术人员要深入开展研发和创新工作,制定出更加科学合理的钢铁冶金生产PLC技术应用策略,进一步提升机电一体化系统的应用稳定性,为我国现代化工业生产事业带来全新的技术支持,也为钢铁冶金加工技术的现代化发展注入全新的动力和活力,提高钢铁冶金企业的综合生产效率以及经济水平。

关键词： PLC 钢铁冶金企业电气自动化控制应用

基于Tanaka-Mura位错模型的多尺度疲劳寿命评估方法研究

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基于Tanaka-Mura位错模型的多尺度疲劳寿命评估方法研究

作者：刘庚天津大学

学位级别：硕士

疲劳破坏是工程应用中最重要的失效形式之一,在疲劳载荷的作用下即使载荷幅值低于弹性极限结构也会发生失效破坏,因此能准确高效的评估和监测服役结构的疲劳寿命具有重要意义。在高周疲劳以及超高周疲劳阶段,裂纹萌生寿命占据整个疲劳... 详细信息

疲劳破坏是工程应用中最重要的失效形式之一,在疲劳载荷的作用下即使载荷幅值低于弹性极限结构也会发生失效破坏,因此能准确高效的评估和监测服役结构的疲劳寿命具有重要意义。在高周疲劳以及超高周疲劳阶段,裂纹萌生寿命占据整个疲劳寿命的绝大部分。而在疲劳演化的整个过程中,裂纹萌生寿命与裂纹扩展寿命的主导因素具有很大差别,有必要从多个尺度对疲劳寿命进行评估。本文以Tanaka-Mura位错模型和Paris公式为基础,发展了一种多尺度评估疲劳寿命的有限元模拟方法,并应用该方法模拟预测了2205双相钢的疲劳寿命,并对微观结构特征对疲劳行为的影响进行研究。主要工作内容及结果如下:1)详细介绍了多尺度方法的建模、分析、模拟过程。微观尺度模型基于在Tanaka模型的理论基础上编写的Python脚本,赋予晶粒随机取向,对裂纹潜在萌生位置的滑移带进行分段处理,通过计算滑移带平均剪切应力判断疲劳裂纹形核位置,实现裂纹的萌生扩展并得到裂纹萌生寿命。宏观尺度模型以线弹性断裂力学为基础,通过模拟计算不同长度裂纹的应力强度因子范围,积分Paris公式计算得到完整的疲劳寿命。2)通过静力拉伸、纳米压痕、电子背散射衍射等试验获取了模拟所需参数。应用多尺度模型对2205双相钢疲劳试样的疲劳寿命进行了模拟分析,并通过对2205双相钢疲劳试样进行疲劳试验对模拟结果进行了验证,模拟结果与试验结果拟合得到的S-N曲线的斜率分别为5.30和5.44。3)改变微观子模型的微观结构特征(晶粒尺寸、夹杂、取向等),研究其对疲劳行为的影响。结果表明该模型能够揭示晶粒度、缺陷尺寸、取向等对于疲劳性能的影响及疲劳裂纹表面萌生和内部萌生的竞争机制:晶粒细化能显著提高抗疲劳性能;随着载荷降低,疲劳失效的形式由表面失效转变为内部失效;随着夹杂尺度的增加,应力集中加剧,当集中达到一定值裂纹表现为内部起裂失效;对于具有高弹性模量的夹杂,疲劳裂纹会在具有有利取向的夹杂中形核,并向基体中扩展。

关键词：疲劳寿命有限元模拟微观结构裂纹萌生

界面改性纳米SiO2/环氧树脂的电树枝生长特性研究

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界面改性纳米SiO2/环氧树脂的电树枝生长特性研究

作者：刘庚西安理工大学

学位级别：硕士

在聚合物中填充纳米颗粒是抑制电树枝生长的有效手段,而界面区域是影响纳米复合电介质性能的主要因素。本文基于化学接枝与等离子体辅助接枝两种表面改性方法,得到超支化聚酯改性纳米SiO2/环氧树脂复合材料,并研究了两种改性方法对于电... 详细信息

在聚合物中填充纳米颗粒是抑制电树枝生长的有效手段,而界面区域是影响纳米复合电介质性能的主要因素。本文基于化学接枝与等离子体辅助接枝两种表面改性方法,得到超支化聚酯改性纳米SiO2/环氧树脂复合材料,并研究了两种改性方法对于电树枝生长的影响规律。首先采用化学接枝法与等离子体辅助接枝法,分别对纳米SiO2表面进行端竣基超支化聚酯（CHBP）接枝处理,并制备不同填充量的KH550-CHBP与CHBP/DBD改性纳米SiO2/EP复合材料。采用SEM与TEM分析了复合材料及改性纳米SiO2的微观特性。随后通过热刺激去极化电流（TSDC）测量了不同改性复合材料的陷阱能级。建立局部放电测试和电树枝实验系统,研究了不同界面改性对于纳米SiO2/环氧树脂复合材料局部放电特性与电树枝生长特性的影响。实验结果表明,CHBP/DBD表面接枝处理在纳米SiO2表面形成了厚度为2.2 nm的CHBP功能层,并显著改善了纳米SiO2在环氧树脂基体中的分散性。经低温等离子体辅助CHBP修饰纳米SiO2表面后,纳米SiO2/EP复合材料出现0.99～1.53 eV深陷阱;当改性纳米SiO2填充至3wt%时,复合材料的局部放电起始电压达到峰值14.5 kV,较纯EP提高了 55.9%。此外,相比于KH550-CHBP改性,CHBP/DBD改性有效提高了纳米SiO2/EP复合材料的耐电树枝特性。当填充5wt%时,CHBP/DBD改性复合材料的耐电树枝性能达到最优,此时电树枝通道的延伸与碳化程度均达到最小值,并且电树枝通道主要沿垂直电场方向扩展,而电树枝的劣化区域面积以及形态结构的复杂程度相对较高。分析发现,相比于传统化学接枝CHBP,长链CHBP经低温等离子体处理后,形成大量短链CHBP接枝于纳米SiO2表面,提高了纳米SiO2与EP基体之间的结合强度,并引入了大量深陷阱,显著改善了纳米SiO2/EP复合材料的电树枝生长特性。

关键词：超支化聚酯低温等离子体环氧树脂界面改性电树枝

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秦岭造山带及其两侧区域地壳剪切波分裂

地球物理学报 2017年第6期60卷 2326-2337页

作者：刘庚高原石玉涛中国地震局地震预测研究所(地震预测重点实验室) 北京100036 中国地震局第二监测中心西安710054

本文分析了陕西区域地震台网2006年1月到2015年7月的近震波形资料,采用剪切波分裂系统分析方法(SAM),获得了秦岭造山带及两侧区域17个台站的快波偏振方向和慢剪切波时间延迟.结果显示,剪切波分裂参数具有明显的分区特征.鄂尔多斯内部和... 详细信息

本文分析了陕西区域地震台网2006年1月到2015年7月的近震波形资料,采用剪切波分裂系统分析方法(SAM),获得了秦岭造山带及两侧区域17个台站的快波偏振方向和慢剪切波时间延迟.结果显示,剪切波分裂参数具有明显的分区特征.鄂尔多斯内部和渭河盆地的台站表现出NE-SW和NEE-SWW向的快波偏振方向,与华北地块区域主压应力方向一致;鄂尔多斯西南部,处于多个地块过渡区,积累了大量的应变,该区快波偏振方向较为复杂,反映了该区复杂的区域构造;南秦岭以勉略缝合带为界,北部为秦岭微板块,南部为扬子地块北缘.秦岭微板块地区台站快剪切波优势偏振方向为NWW-SEE向,与华南地块应力方向一致;扬子地块北缘地区台站表现出NE-SW向的快波优势偏振方向,可能受到青藏高原向东北扩张的影响.本文得到的快剪切波优势偏振方向与秦岭造山带被商丹缝合带和勉略缝合带分割的构造划分方案一致.研究区内,扬子地块北缘地区慢剪切波时间延迟最大,可能反映该区各向异性强于其他区域.本文的研究结果为进一步了解区域应力场特征和动力学过程提供了重要参考.

关键词：秦岭造山带地壳各向异性剪切波分裂主压应力构造断裂

含碎石粉质黏土蠕变对桥头北滑坡格构梁变形破坏的影响机制

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含碎石粉质黏土蠕变对桥头北滑坡格构梁变形破坏的影响机制

作者：刘庚合肥工业大学

学位级别：硕士

桥头北滑坡上层堆积体含碎石粉质黏土处于蠕滑阶段,现场调查发现坡体上无锚杆护坡格构梁多个部位出现裂纹,甚至出现个别纵梁、横梁断裂破坏的情况。为了弄清含碎石粉质黏土蠕变对格构梁变形破坏的影响机制,本文以该滑坡上层堆积体含碎... 详细信息

桥头北滑坡上层堆积体含碎石粉质黏土处于蠕滑阶段,现场调查发现坡体上无锚杆护坡格构梁多个部位出现裂纹,甚至出现个别纵梁、横梁断裂破坏的情况。为了弄清含碎石粉质黏土蠕变对格构梁变形破坏的影响机制,本文以该滑坡上层堆积体含碎石粉质黏土为研究对象,针对传统一维压缩蠕变试验中不允许试样横向变形的不足,改进试验方法,利用改造后的高压固结仪进行了含碎石粉质黏土的压缩蠕变试验,基于该试验数据,通过回归分析选取了适合描述该含碎石粉质黏土蠕变特性的蠕变本构模型;采用FLAC3D软件对滑坡堆积体的蠕滑过程及格构梁的应力与变形过程进行模拟计算;基于上述研究成果,探讨堆积体含碎石粉质黏土蠕变引起无锚杆护坡格构梁变形破坏的内在机制。研究得到的结果如下:（1）采用加载面积小于圆柱体试样上表面的加载方式进行压缩蠕变试验能够克服传统一维压缩试验中不允许试样横向变形的不足。试验结果表明同样的荷载作用下加载面积越小,试样的最终蠕变量越大、蠕变速率越大、蠕变稳定时间越长,且荷载越大这种现象越显著。本文采用的尺寸为220mm×300mm的含碎石粉质黏土原状样,在最大一级荷载250k Pa的荷载作用下,加载面直径为150mm的试样最终蠕变量较直径70mm减小39%,蠕变稳定时间减少24h;而加载面直径为100mm与70mm的试验结果基本相同,说明加载面直径为70mm能够很大程度地降低侧壁对试样横向变形的限制。因此,对于直径为220mm的原状土样,采用70mm直径加载面的试验数据更加准确。（2）含碎石粉质黏土在50～250k Pa荷载的作用下具有明显的衰减蠕变特性,并未进入等速蠕变阶段。采用最小二乘法对蠕变试验曲线进行拟合,广义Kelvin模型和Burgers模型都能较近似地表达土体的蠕变规律,且相关系数均大于0.95,但由于Burgers模型不能准确描述试样加载末期蠕变速率趋于零的变形特点,因此选取广义Kelvin模型能更好的描述本文研究对象含碎石粉质黏土的蠕变特性。（3）数值模拟结果显示,在堆积体蠕变单一因素影响下,蠕变时间到90天时,坡顶第一排横梁与纵梁连接处出现了2.2MPa的拉应力;在堆积体蠕变和雨水淘蚀横梁下方土体这两种因素影响下,蠕变时间到60天时,坡顶第一排横梁与纵梁连接处出现1.8MPa的拉应力。这说明堆积体蠕变足以使格构梁内部产生超出C25混凝土抗拉强度的拉应力,而雨水淘蚀会加速格构梁的破坏。（4）对桥头北滑坡坡面防护采用的无锚杆正方形框格结构的格构梁来说,在滑坡上层堆积体蠕滑过程中,格构横梁承受上方土体推力,并传递给纵梁,纵梁是受压构件,其变形较小,因此横梁两端可以近似地当作固定约束,其受力状态与受竖直向下均布荷载且两端固定约束的超静定梁类似。随着堆积体蠕变变形的增加,横梁上方土体推力会不断增加,并在横梁两端及中央引起较大的弯矩,导致横梁与纵梁连接处以及横梁中央位置会产生超过混凝土抗拉强度的拉应力,进而产生拉裂破坏。由于雨水淘蚀横梁下方土体会导致横梁失去下方土体的支持力,使得横梁在同样大小的上方土体推力作用下变形更大,更易发生破坏。

关键词：含碎石粉质黏土蠕变格构梁变形破坏数值模拟

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一种变刚度柔性手爪设计及其性能研究

一种变刚度柔性手爪设计及其性能研究

作者：刘庚西安理工大学

学位级别：硕士

柔性手爪作为软体机器人的末端执行器,对于软体机器人的发展具有重要意义。与传统的刚性手爪相比,柔性手爪采用轻质柔软的弹性材料构成,具有柔性接触、适应性强、控制简单等特点,适用于对柔软易碎、轮廓复杂物体的抓取。然而过分的追求... 详细信息

柔性手爪作为软体机器人的末端执行器,对于软体机器人的发展具有重要意义。与传统的刚性手爪相比,柔性手爪采用轻质柔软的弹性材料构成,具有柔性接触、适应性强、控制简单等特点,适用于对柔软易碎、轮廓复杂物体的抓取。然而过分的追求手爪的柔性,导致其刚度缺陷日益凸显,柔性的提高虽然能够提高手爪的环境适应性与运动灵活性,但会导致手爪控制精度和抓取力的下降。本文设计并制作了一种基于纤维堵塞原理的变刚度柔性手爪,并对其驱动器性能、刚度调节机理、抓取性能展开研究。主要工作内容如下:对变刚度柔性手爪的柔性弯曲驱动器展开研究,基于超弹性本构模型分别建立了柔性弯曲驱动器的数学模型和有限元模型,得到了不同气压载荷下驱动器的弯曲角度以及末端输出力之间的关系;通过有限元分析确定了驱动器的结构参数。搭建实验平台对柔性弯曲驱动器进行性能测试,验证了驱动器数学模型及有限元模型的正确性。基于RVE法（代表性体积元）,提出了变刚度外套中纤维介质堵塞现象的分析方法。结合RVE法中周期性边界条件以及载荷的施加方式,建立了 RVE单元的有限元模型,得到了不同载荷下RVE单元的应力分布以及变形情况,仿真结果表明,通过增大纤维表面摩擦力与增大负压载荷,均可以提高RVE单元的抵抗变形能力,提升变刚度外套的刚度;利用变刚度外套实现了驱动器不等曲率弯曲变形,并且建立了相应的数学模型,得到了驱动器弯曲角度与气压载荷的关系。搭建实验平台,对变刚度柔性手爪的抓取性能以及刚度调节能力展开研究,结果表明,通过调节负压载荷,可以实现柔性手爪的刚度调节,在最大负压下,柔性手爪的抓取能力提升了 2倍左右,达到了预期的设计目标。

关键词：柔性手爪变刚度纤维堵塞 RVE单元

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团体心理辅导在高校育人中的应用

长春师范大学学报 2022年第6期41卷 128-130页

作者：刘庚长春师范大学吉林长春130032

团体心理辅导是以心理学专业知识为背景,在学生群体中开展的一项促进其心理健康发展的实践教育活动。开展团体心理辅导有助于学生群体的身心健康发展,可以为高校育人工作提供新的思路和方法。本文分析了团体心理辅导在高校育人过程中的... 详细信息

团体心理辅导是以心理学专业知识为背景,在学生群体中开展的一项促进其心理健康发展的实践教育活动。开展团体心理辅导有助于学生群体的身心健康发展,可以为高校育人工作提供新的思路和方法。本文分析了团体心理辅导在高校育人过程中的作用,探究团体心理辅导在高校育人中的应用,以期为高校开展心理健康教育工作提供思路和参考。

关键词：辅导教师团体心理辅导大学生

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一种含铌微合金钢的热变形及相变行为研究

一种含铌微合金钢的热变形及相变行为研究

作者：刘庚燕山大学

学位级别：硕士

提高铌在微合金化钢的含量是降低低碳低合金高强钢性能生产成本的重要发展方向。在Nb微合金化钢中,Nb作用是通过钢热机械化处理(Thermo-Mechanical Control Process,TMCP)过程中的溶解和析出影响钢的组织演变及产品的组织和性能实现的。... 详细信息

提高铌在微合金化钢的含量是降低低碳低合金高强钢性能生产成本的重要发展方向。在Nb微合金化钢中,Nb作用是通过钢热机械化处理(Thermo-Mechanical Control Process,TMCP)过程中的溶解和析出影响钢的组织演变及产品的组织和性能实现的。随Nb含量的增加,Nb的影响作用更显著。因此,研究高Nb钢中Nb的作用,对低成本低碳微合金钢的开发具有重要的意义。本文采用Gleeble-3500热模拟试验机,研究了一种低碳高Nb钢奥氏体晶粒长大、热变形、再结晶及相变行为;采用Nb固溶量定量方法分析Nb的溶解和析出行为;并分析讨论了NbC的溶解和析出对组织演变和性能的影响。高Nb钢的奥氏体化晶粒尺寸随加热温度升高开始快速长大的温度为1150℃,与固溶Nb含量快速增加的温度相一致。固溶Nb含量快速增加的温度为1100℃;Nb的碳氮化物在再加热过程中不能完全溶解,显著抑制了奥氏体晶粒长大,当加热温度到达1200℃时,奥氏体晶粒尺寸仍保持在100?m以下。固溶Nb显著抑制钢的动态再结晶,当奥氏体温度为1250℃时,其热变形激活能为465.8 kJ/mol,随奥氏体化温度降低到1150℃时,热变形激活能降低到422.9kJ/mol。Nb碳氮化物的析出显著抑制钢的静态再结晶,提高钢的非再结晶温度。试验钢的非再结晶温度在92575℃之间,这与NbC析出的“鼻点”温度950℃相一致。Nb能显著抑制铁素体相变,而奥氏体再结晶及非再结晶区变形则显著加速相变,使CCT曲线向左上方移动。在奥氏体中的固溶Nb能抑制冷却过程中的相变,而NbC在奥氏体区析出,降低固溶Nb含量,减弱Nb对相变的抑制作用,使CCT曲线向左上方移动,并降低冷却后相变组织的硬度。

关键词： Nb微合金钢热变形析出再结晶 CCT曲线