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GO@Fe3O4@硅酸盐/PVDF复合材料的制备及电磁屏蔽性能研究

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GO@Fe3O4@硅酸盐/PVDF复合材料的制备及电磁屏蔽性能研究

作者：唐家豪浙江工业大学

学位级别：硕士

如何对微结构及组分进行优化设计是电磁屏蔽材料研究领域的关注热点之一。石墨烯是一种很有前途的碳族电磁屏蔽材料,但单单靠石墨烯一种材料难以达到多波段、宽频带以及强吸收的效果。分级纳米结构由于其微纳米结构和特殊形貌,不仅能够... 详细信息

如何对微结构及组分进行优化设计是电磁屏蔽材料研究领域的关注热点之一。石墨烯是一种很有前途的碳族电磁屏蔽材料,但单单靠石墨烯一种材料难以达到多波段、宽频带以及强吸收的效果。分级纳米结构由于其微纳米结构和特殊形貌,不仅能够具有单一的组装单元所带的优越性能,而且因为构建单元的排列组装能够产生协同效应和耦合效应。本论文首先利用石墨烯、纳米四氧化三铁以及硅酸盐构建了具有多组分、多层次结构的三维纳米复合电磁屏蔽材料。这一方面希望通过组分的复合,调节电磁参数,以拓宽吸收频带;另一方面希望通过微/纳米结构的构建,增大石墨烯基吸波材料的比表面积,增强界面极化,增加多重反射和散射,以提高吸收效能。随后研究了该石墨烯分级异质纳米材料(GO@FeO@硅酸盐)对CO的吸附性并探索其充当超临界CO发泡材料的异相成核剂的可能性。在此基础上,将所制备的GO@FeO@硅酸盐与PVDF复合,研究GO@FeO@硅酸盐在PVDF中的分布情况对材料微观结构,介电性能和电磁屏蔽性能的影响。具体研究内容及研究结果如下:1.通过水热法和牺牲模板法制备了两种不同组分顺序的纳米复合材料(GO@Cusilicate@FeO和GO@FeO@Cusilicate),并对其微观结构和电磁屏蔽性能进行了研究和比较。研究了不同的FeO含量对产物的电磁波屏蔽性能的影响,并对GO@FeO@Cusilicate的电磁屏蔽机理进行了探索。在此基础上,将微粉与PDVF复合制成了复合材料,研究了石墨烯@硅酸铜微粉与石墨烯@硅酸铜/PVDF的微观结构及电磁屏蔽性能。研究结果表明:GO@Cusilicate@FeO和GO@FeO@Cusilicate都具有三维结构和较大的比表面积。但是,分级结构中FeO的内外顺序对它们的电磁屏蔽效率有较大的影响。当FeO位于中间(附着在石墨烯上)时,由于各种损耗效应的叠加,GO@FeO@Cusilicate在较宽的频率范围内(8.2-12.4 GHz)保持了较高的屏蔽效率(超过40 d B)。将所制备得到的GO@FeO@Cusilicate与PVDF复合,可制得具有较好电磁屏蔽性能的材料。通过多层层叠热压法制备的PVDF复合材料的电磁屏蔽性能要好于普通杂乱热压法制备的PVDF复合材料。随着GO@FeO@Cusilicate含量的增加,PVDF的β相特征峰强度越强,GO@FeO@Cu Silicate/PVDF材料的电磁波屏蔽性能越高。GO@Cu Silicate@FeO/PVDF复合材料(25 wt%的填料含量)可以在频率11.5 GHz处,达到最大屏蔽效能22.3 d B。2.以GO内核,FeO作为中间层通过水热法在GO@FeO表面构建了Mg Silicate和Ni Silicate纳米片形成的壳层。对GO@FeO@Ni Silicate,GO@FeO@Mg Silicate及GO@FeO@Cu Silicate的表面形貌,介孔性能,CO2吸附性能进行了研究。构建制备了夹芯的GO@FeO@硅酸盐/PVDF复合材料(GO@FeO@硅酸盐/PVDF(面层)/PVDF(芯层)/GO@FeO@硅酸盐/PVDF(底层)),并对这种复合材料的结构及性能进行了表征。在上述研究基础上,尝试将所制备的夹芯复合材料进行超临界CO的发泡。研究结果表明:三种GO@FeO@硅酸盐均具有较好的CO吸附性能。GO@FeO@Ni Silicate,GO@FeO@Cu Silicate,GO@FeO@Mg Silicate的CO吸附性能分别为180.73mg/g,90.49 mg/g及78.69 mg/g。三种GO@FeO@硅酸盐均有充当CO的异相成核剂的可能性。GO@FeO@硅酸盐的引入可使PVDF的α晶型降低,β晶型增加。其中GO@FeO@Cu Silicate可将PVDF中的大部分α晶型转变为β晶型。与非夹芯结构的PVDF复合材料相比,夹芯结构的GO@FeO@硅酸盐/PVDF复合材料具有更好和电磁屏蔽性能。相对于各自的非夹芯结构的复合材料,具有夹芯结构的GO@FeO@Mg Silicate/PVDF材料,GO@FeO@Ni Silicate/PVDF材料,GO@FeO@Cu Silicate/PVDF材料的最大屏蔽效能分别提升了36.80%,62.68%及82.80%。

关键词：石墨烯分级异质硅酸盐电磁波屏蔽夹芯

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应急救援车辆防侧翻集成控制策略研究

应急救援车辆防侧翻集成控制策略研究

作者：唐家豪燕山大学

学位级别：硕士

应急救援车辆在紧急救援行驶过程中时常发生侧翻事故。具有主动悬架系统和多轴转向系统的应急救援车辆可以通过实时调节车身姿态和侧向运动,提高车辆在复杂路况下的行驶平顺性和侧翻稳定性。本文以提高应急救援车辆的侧翻稳定性为研究目... 详细信息

应急救援车辆在紧急救援行驶过程中时常发生侧翻事故。具有主动悬架系统和多轴转向系统的应急救援车辆可以通过实时调节车身姿态和侧向运动,提高车辆在复杂路况下的行驶平顺性和侧翻稳定性。本文以提高应急救援车辆的侧翻稳定性为研究目标,对主动悬架系统和多轴转向系统的防侧翻集成控制策略展开研究。本文首先建立三轴应急救援车辆转向系统和主动悬架系统的十一自由度耦合动力学模型,构建用于绊倒型和非绊倒型侧翻的侧翻指数,提出一种调控车身侧倾角和侧倾角加速度的主动悬架防侧翻控制策略,设计主动悬架H_∞/广义H输出反馈控制器。其次,设计基于横向载荷转移率和质心侧偏角的多轴转向LQR控制器,采用低速和中高速转向控制策略切换控制器权重系数,利用粒子群优化算法对控制器参数进行优化。然后,提出一种集成主动悬架系统和多轴转向系统的防侧翻控制策略,并设计上层协调模糊控制器。仿真结果表明,集成控制能有效提高车辆的侧翻稳定性。最后,基于三轴应急救援车辆试验平台进行整车集成控制策略试验研究。试验结果表明,与现有的主动悬架单独控制策略相比,集成控制下车辆的横向载荷转移率峰值、车身侧倾角峰值和侧倾角加速度均方根值分别降低了11%、21%和20.8%,提高了应急救援车辆的防侧翻能力,验证了本文防侧翻集成控制策略的有效性。

关键词：应急救援车辆防侧翻主动悬架多轴转向集成控制

冗余机械臂基于运动学与动力学的安全工作空间分析

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冗余机械臂基于运动学与动力学的安全工作空间分析

作者：唐家豪河北工业大学

学位级别：硕士

机械臂在工作空间中运行时应保证其工作的安全性,其中包括机械臂自身运行的安全性和机械臂在与外部交互时的安全性。在对机械臂安全性的研究中,本文从三个主要的方面进行:(1)通过奇异性分析来规避机械臂运行时速度发生畸变的位姿;(2)通... 详细信息

机械臂在工作空间中运行时应保证其工作的安全性,其中包括机械臂自身运行的安全性和机械臂在与外部交互时的安全性。在对机械臂安全性的研究中,本文从三个主要的方面进行:(1)通过奇异性分析来规避机械臂运行时速度发生畸变的位姿;(2)通过机械臂的逆解与优化确保机械臂各个关节不会达到或者超出限位;(3)通过机械臂动力学分析、碰撞检测和后续的反应策略来确保机械臂在与外部交互时的安全性。通过速度、位置和交互这三方面来保证工作空间中运行的安全性,即可让机械臂在工作空间中安全运行,形成机械臂安全工作空间。针对上述三个方面进行机械臂的运动学模型计算,分析了其正运动学和逆运动学;并针对逆向运动学中的臂型角进行了优化;建立雅可比矩阵,在其基础上,分析了奇异性;计算动力学模型,在模型建立的基础上,进行参数辨识,完成碰撞检测算法,最后通过实验验证了算法的安全性。本文的重点内容和创新性工作,包括:(1)进行机械臂运动学分析,为安全工作空间奠定基础。通过MDH法完成了机械臂数学模型的构建,利用坐标转换计算运动学正解;并提出了一个适合本文七自由度机械臂的运动学逆解简化算法,此方法使得机械臂的逆解计算简洁、精确,最后进行了仿真实验验证算法。(2)进行奇异性分析,优化逆运动学算法,保证机械臂安全运行。根据所建立的数学模型计算雅可比矩阵,并进行机械臂的奇异性分析,对所有出现奇异性的情况进行了分析讨论。针对冗余机械臂的逆解,提出了一种基于人工势场法的改进算法,此算法保证了机械臂在工作空间中进行工作时,关节角度远离其安全限位,从而确保机械臂自身运行的安全性。(3)建立机械臂的动力学方程,提出参数辨识算法,基于动力学进行碰撞检测,最终实现机械臂安全工作。根据牛顿欧拉法建立动力学模型,并在动力学方程中引入摩擦力。采用改进粒子群算法进行机械臂动力学参数辨识得到准确的动力学模型后,将其运用于碰撞检测中,并通过实验进行安全性验证,完善了机械臂工作空间的安全性。

关键词：冗余机械臂运动学逆解人工势场法参数辨识碰撞检测

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分级纳米材料的结构、制备及其应用

应用化学 2020年第5期37卷 489-501页

作者：樊哲张盛盛唐家豪范萍浙江工业大学材料科学与工程学院杭州310014

纳米材料因其独特的表面效应、体积效应和量子效应等特点,在化工、生物工程、医学和能源等领域有着广阔的应用。由简单的低维纳米结构作为主要的构建单元并按照特定的排列方式组装成规整有序的三维结构,即分级纳米结构,已经开展了许多... 详细信息

纳米材料因其独特的表面效应、体积效应和量子效应等特点,在化工、生物工程、医学和能源等领域有着广阔的应用。由简单的低维纳米结构作为主要的构建单元并按照特定的排列方式组装成规整有序的三维结构,即分级纳米结构,已经开展了许多的研究。本文综述了分级纳米结构的制备方法和微观结构,及其在污水处理、超级电容器、太阳能电池以及光催化等领域的应用。

关键词：纳米材料可控制备分级纳米结构光催化超级电容器

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一种冗余机械臂的简化运动学求解方法

机械科学与技术 2022年第8期41卷 1191-1196页

作者：高春艳唐家豪吕晓玲张明路河北工业大学机械工程学院天津300130

七自由度机械臂从结构上冗余一个自由度,是为躲避障碍物和奇异点而设置。但因其冗余自由度导致运动学求解难度增加,计算耗时长,直接影响后续运动及控制效率。本文基于一款轻型仿人七自由度机械臂,提出了一种求逆解的简化方法,基于机械... 详细信息

七自由度机械臂从结构上冗余一个自由度,是为躲避障碍物和奇异点而设置。但因其冗余自由度导致运动学求解难度增加,计算耗时长,直接影响后续运动及控制效率。本文基于一款轻型仿人七自由度机械臂,提出了一种求逆解的简化方法,基于机械臂的自运动特性,将几何方法与解析方法结合,此方法在传统的利用罗德里格斯变换的方法基础上简化了求解臂型角为零时求解θ_(1)、θ_(2)、θ_(3)的过程,有效的对此机械臂进行运动学求解。并通过MATLAB中的Robotics Toolbox工具箱对所求结果进行验证,所得结果正确快速,为之后的机械臂运动控制奠定了基础。

关键词：七自由度机械臂运动学自运动几何法

煤层瓦斯多机制流固耦合模型与瓦斯抽采数值模拟分析

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煤炭学报 2023年第2期48卷 763-775页

作者：王登科唐家豪魏建平位乐吴晶袁明羽庞晓非郭玉杰河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454000 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037 中国建筑第五工程局有限公司湖南长沙410004

为了更好地揭示瓦斯抽采过程中松软低透气性煤层瓦斯运移的本质和规律,基于孔隙-裂隙双重介质的假设,建立了全面考虑有效应力、煤层瓦斯多机制流动、真实气体效应和迂曲度影响的煤层瓦斯多机制流固耦合模型。基于所建理论模型,以郑煤集... 详细信息

为了更好地揭示瓦斯抽采过程中松软低透气性煤层瓦斯运移的本质和规律,基于孔隙-裂隙双重介质的假设,建立了全面考虑有效应力、煤层瓦斯多机制流动、真实气体效应和迂曲度影响的煤层瓦斯多机制流固耦合模型。基于所建理论模型,以郑煤集团(河南)白坪煤业有限公司13181工作面为工程背景,利用COMSOL软件开展煤层瓦斯抽采数值模拟,全面分析了瓦斯压力随抽采时间的动态分布规律,结合现场实测结果验证了数值模拟有效抽采半径的准确性。系统开展了不考虑Klinkenberg效应、不考虑基质瓦斯扩散和不考虑煤层瓦斯多机制流动影响的瓦斯抽采数值模拟,对比分析了不同控制因素对煤层瓦斯运移的影响。研究结果表明:抽采结束后,煤层瓦斯压力以抽采钻孔为中心呈椭圆分布;煤层瓦斯压力和有效抽采半径的变化幅度随抽采时间逐渐减小,并趋于稳定;煤层瓦斯有效抽采半径的数值模拟结果与现场实测结果之间的平均误差为3.65%,验证了所建煤层瓦斯多机制流固耦合模型的有效性与合理性;与考虑煤层瓦斯多机制流动影响的模拟结果相比,不考虑Klinkenberg效应的有效抽采半径和渗透率偏小,而不考虑基质瓦斯扩散和瓦斯多机制流动的有效抽采半径和渗透率则明显偏大,表明Klinkenberg效应和基质瓦斯扩散对煤层瓦斯流动分别起促进和抑制之作用。

关键词：多机制流动瓦斯抽采流固耦合数值模拟有效抽采半径渗透率

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石墨烯基吸波材料的研究进展

化工新型材料 2021年第1期49卷 5-8,13页

作者：唐家豪贾顺鑫张盛盛范萍浙江工业大学材料科学与工程学院杭州310014

理想的吸波材料应具有低反射衰减损耗值、宽衰减带、质量轻、成本低等特点。石墨烯具有独特的电子结构、低比重、大的比表面积、高的长径比及电导率,可望成为轻质高效的电磁吸波材料。首先介绍了石墨烯的电磁吸收性能及其吸收机理。在... 详细信息

理想的吸波材料应具有低反射衰减损耗值、宽衰减带、质量轻、成本低等特点。石墨烯具有独特的电子结构、低比重、大的比表面积、高的长径比及电导率,可望成为轻质高效的电磁吸波材料。首先介绍了石墨烯的电磁吸收性能及其吸收机理。在此基础上,介绍了具有代表性的石墨烯基纳米复合吸波材料的设计、合成方法及其电磁吸收性能和电磁能量衰减机制。最后指出石墨烯基电磁吸波材料的发展趋势为多组分化、多结构化以及阻抗匹配性能的优化。

关键词：石墨烯电磁波屏蔽吸波材料

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气体性质和孔隙压力对煤体微裂隙扩展的影响

煤炭科学技术 2023年第2期51卷 183-192页

作者：王登科庞晓非魏建平张宏图姚邦华位乐郭玉杰袁明羽唐家豪河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室–省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454000 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

利用工业CT扫描系统,观测不同气体压力条件下煤体内部微裂隙萌生扩展特点,为揭示煤层瓦斯流动产出控制因素提供新的依据。结果表明:非吸附性气体作用下,随孔隙压力的升高,煤体内部微裂隙的萌生和扩展愈加明显,裂隙体积和裂隙面积百分比... 详细信息

利用工业CT扫描系统,观测不同气体压力条件下煤体内部微裂隙萌生扩展特点,为揭示煤层瓦斯流动产出控制因素提供新的依据。结果表明:非吸附性气体作用下,随孔隙压力的升高,煤体内部微裂隙的萌生和扩展愈加明显,裂隙体积和裂隙面积百分比增长率随之逐渐减小,符合气体压力影响下的裂隙扩展方程,微裂隙扩展主要受控于应力集中效应和煤基质收缩效应。吸附性气体作用下,随吸附时间的延长,煤体内部微裂隙的萌生和扩展则越来越显著,直至扩展平衡;裂隙体积和裂隙面积百分比增长率随之逐渐变小,符合吸附时间影响下的裂隙扩展方程;裂隙扩展主要受应力集中效应、煤基质收缩效应、蚀损作用和劣化机制影响;吸附压力越大,煤体所需的吸附平衡时间愈长;微裂隙扩展平衡时间长于气体吸附平衡时间,裂隙扩展具有明显的滞后性。

关键词：气体压力微裂隙裂隙扩展工业CT扫描吸附劣化

大数据背景下新型职业农民技能教育培训模式与对策研究

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广东科技 2022年第3期31卷 85-89页

作者：吴亚榕梁健铭唐家豪仲恺农业工程学院、仲恺科技孵化园广东省海洋发展规划研究中心仲恺农业工程学院管理学院

0引言随着经济社会的不断发展,我国的城市和乡村建设都取得了显著进步,然而城乡差距仍然存在,且有拉大的趋势,农业、农村、农民发展的短板问题日益凸显。自党的十九大明确提出实施乡村振兴战略以来,我国农村面貌焕然一新,农民生活水平... 详细信息

0引言随着经济社会的不断发展,我国的城市和乡村建设都取得了显著进步,然而城乡差距仍然存在,且有拉大的趋势,农业、农村、农民发展的短板问题日益凸显。自党的十九大明确提出实施乡村振兴战略以来,我国农村面貌焕然一新,农民生活水平稳步提高,如在人均收入上,我国农村居民人均可支配收入在2019年达到了16020.7元,人均消费支出达到了13327.7元。

关键词：人均消费支出乡村振兴战略教育培训模式城乡差距农民生活水平短板问题农村居民人均可支配收入大数据背景下