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基于CBAM-CNN和压电悬臂梁的温度解耦质量感知方法

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仪器仪表学报 2024年第4期45卷 113-126页

作者：闫宇楠刘智康徐佳文严如强东南大学仪器科学与工程学院南京210096 机器人感知与控制技术重点实验室南京210096 西安交通大学高端装备研究院西安710049

悬臂梁结构广泛用于微小质量测量,而温度变化会引起测量结果漂移。传统测量方法需要在温度稳定的环境中进行,但实际应用中通常难以满足此要求,且温度漂移对测量的影响难以直接解耦。本文提出了一种基于数据驱动,CBAM-CNN和压电悬臂梁的... 详细信息

悬臂梁结构广泛用于微小质量测量,而温度变化会引起测量结果漂移。传统测量方法需要在温度稳定的环境中进行,但实际应用中通常难以满足此要求,且温度漂移对测量的影响难以直接解耦。本文提出了一种基于数据驱动,CBAM-CNN和压电悬臂梁的自适应温度解耦质量感知方法。首先,搭建谐振式压电悬臂梁温控测量平台采集不同质量负载下的阻抗响应信号,设计自适应加权预处理方法以增强结构特征并突出有限样本中的关键信息;其次,设计基于混合领域注意力机制的CBAM-CNN网络来评估信号中多个谐振峰的相对关系,实现温度解耦和质量感知。实验结果表明,该方法在25℃至55℃的温度范围内的对0.1~1 g的质量感知准确率高达99.70%,无需进行温度补偿即可实现大跨度温度下的精确质量感知。

关键词：压电悬臂梁深度学习 CNN CBAM 质量感知温度解耦

奥氏体钢辐照促进应力腐蚀开裂行为机制的研究进展

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中国腐蚀与防护学报 2024年第4期44卷 835-846页

作者：高俊宣曹晗匡文军郑全张鹏钟巍华中国原子能科学研究院北京102413 西安交通大学材料科学与工程学院西安710049

奥氏体不锈钢是压水堆堆内构件的主要材料,服役过程中在中子辐照、拉应力和一回路高温高压水的联合作用下可发生辐照促进应力腐蚀开裂(IASCC),并导致部件断裂失效,从而影响堆芯构件结构完整性,已经成为影响核电站安全、经济运行的关键... 详细信息

奥氏体不锈钢是压水堆堆内构件的主要材料,服役过程中在中子辐照、拉应力和一回路高温高压水的联合作用下可发生辐照促进应力腐蚀开裂(IASCC),并导致部件断裂失效,从而影响堆芯构件结构完整性,已经成为影响核电站安全、经济运行的关键问题之一。本文通过调研总结,综述了辐照致IASCC裂纹萌生、扩展及敏感性变化的行为规律,分析了局部变形、晶界氧化、辐照硬化、辐照诱导偏析(RIS)、辐照肿胀及辐照蠕变、辐照诱导相变等主要IASCC机制,总结了辐照后退火(PIA)在IASCC机制研究中的应用,并讨论了IASCC行为机理研究的发展趋势,以期为中子辐照IASCC的行为机理研究提供参考。

关键词：裂纹萌生与扩展 IASCC敏感性局部变形晶界氧化辐照硬化辐照诱导偏析辐照肿胀与辐照蠕变辐照诱导相变辐照后退火

双“Z”形缝合与改良Kessler缝合技术修复急性闭合性跟腱断裂的疗效比较

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中华创伤杂志 2024年第9期40卷 817-825页

作者：薛晗刘丹肖丰旭张晨李苗西安交通大学第二附属医院骨关节外科西安710004 西安交通大学第二附属医院超声研究室西安710004

目的比较双“Z”形缝合与改良Kessler缝合技术修复急性闭合性跟腱断裂的疗效。方法采用回顾性队列研究分析2018年7月至2022年7月西安交通大学第二附属医院收治的27例急性闭合性跟腱断裂患者的临床资料,其中男24例,女3例;年龄14~53岁[(3... 详细信息

目的比较双“Z”形缝合与改良Kessler缝合技术修复急性闭合性跟腱断裂的疗效。方法采用回顾性队列研究分析2018年7月至2022年7月西安交通大学第二附属医院收治的27例急性闭合性跟腱断裂患者的临床资料,其中男24例,女3例;年龄14~53岁[(35.7±8.2)岁]。患者均首次接受跟腱断裂开放性修复手术治疗,其中16例行双“Z”形缝合技术治疗(双“Z”形缝合组);11例行改良Kessler缝合技术治疗(改良Kessler缝合组)。比较两组术前和术后2、4、6周及末次随访时视觉模拟评分(VAS)。术后2、4、6周及末次随访时,采用美国足踝外科协会(AOFAS)踝‑后足评分、跟腱总断裂评分(ATRS)、踝关节活动度(背屈角度和跖屈角度)和剪切波弹性成像技术(SWE)[结果记为剪切波弹性速度值(SWV)]评估跟腱功能及质量恢复情况;采用高频超声技术评估跟腱形态结构恢复情况及软组织黏连程度。比较两组术后2周时早期康复训练耐受性及术后并发症发生率。结果患者均获随访6~12个月[(9.6±1.3)个月]。双“Z”形缝合组和改良Kessler缝合组术前VAS差异无统计学意义(P>0.05);术后2、4、6周,双“Z”形缝合组VAS分别为4.6(4.0,5.0)分、1.6(1.0,2.0)分、0.5(0.0,1.0)分,均低于改良Kessler缝合组的6.9(6.0,8.0)分、2.5(2.0,3.0)分、1.4(1.0,2.0)分(P0.05),而术后4、6周及末次随访时均呈降低趋势(P0.05)。术后2、4、6周,双“Z”形缝合组踝关节背屈角度分别为(-18.2±3.9)°、(-13.7±2.8)°、(-6.6±2.4)°,均优于改良Kessler缝合组的(-24.1±2.7)°、(-18.3±3.0)°、(-12.0±2.8)°(P0.05)。术后2周及末次随访时,两组踝关节跖屈角度差异均无统计学意义(P>0.05);术后4、6周,双“Z”形缝合组踝关节跖屈角度分别为(37.5±3.8)°、(42.1±3.3)°,均优于改良Kessler缝合组的(34.6±2.0)°、(38.0±1.4)°(P0.05),而术后6周及末次随访时均较前明显升高(P变化趋势(P>0.05),仅末次随访时较前明显升高(P0.05)。结论与改良Kessler缝合技术相比,双“Z”形缝合技术修复急性闭合性跟腱断裂,可术后早期减轻患者疼痛、促进踝关节活动度恢复、降低术后软组织黏连风险、提高康复训练耐受性。

关键词：跟腱软组织损伤超声检查缝合技术

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断路器碳陶瓷合闸电阻能量耐受及失效特性

高电压技术 2024年第6期50卷 2590-2600页

作者：孙晋茹戴辉翔陈维崔博源杨飞姚学玲西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049 中国电力科学研究院有限公司北京100192

合闸电阻在大能量注入下的热电耐受及性能稳定是超/特高压交流系统断路器安全稳定运行的关键因素。为此通过开展合闸电阻模拟能量注入实验,并建立碳陶瓷复合材料微观结构热电耦合仿真模型,研究碳陶瓷电阻在不同强度能量注入下的材料温... 详细信息

合闸电阻在大能量注入下的热电耐受及性能稳定是超/特高压交流系统断路器安全稳定运行的关键因素。为此通过开展合闸电阻模拟能量注入实验,并建立碳陶瓷复合材料微观结构热电耦合仿真模型,研究碳陶瓷电阻在不同强度能量注入下的材料温升、动态导电、性能劣化及结构破坏行为,分析碳陶瓷合闸电阻的能量耐受及失效机理。研究发现,碳陶瓷电阻具有随温度变化的动态导电特性,导通电阻及恢复电阻随能量注入强度的增加而减小;在大能量注入下,碳陶瓷电阻劣化及损伤模式包含恢复电阻下降、侧面绝缘击穿及电阻体碎裂。根据大能量注入下电阻内部多物理场分布仿真结果,结合碳陶瓷复合材料微观结构观察及电接触导电机制分析,揭示来源于碳陶瓷电阻内部电流密度、温度及热应力不均匀分布的性能劣化及结构破坏电热正反馈物理机制。

关键词：断路器合闸电阻碳陶瓷复合材料能量耐受动态导电温升特性劣化机制

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大型燃煤发电机组低碳技术进展

煤炭学报 2024年第2期49卷 1052-1066页

作者：谭厚章王学斌杨富鑫邓双辉阮仁晖西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室陕西西安710049

当前我国碳排放总量约110亿t,其中约40%的CO_(2)由燃煤机组产生,如何降低燃煤发电机组的碳排放是实现双碳目标的关键。针对燃煤发电机组大规模减碳技术,重点介绍低碳/零碳燃料替代技术(生物质、污泥、氢/氨等)和CCUS技术的研究进展:燃... 详细信息

当前我国碳排放总量约110亿t,其中约40%的CO_(2)由燃煤机组产生,如何降低燃煤发电机组的碳排放是实现双碳目标的关键。针对燃煤发电机组大规模减碳技术,重点介绍低碳/零碳燃料替代技术(生物质、污泥、氢/氨等)和CCUS技术的研究进展:燃煤电厂耦合生物质包括直接耦合和间接耦合,但均受制于生物质原料供应和价格,生物质“种植—收割—转运—储存—预处理—燃烧”全链条控制掺烧模式可有效解决上述问题。660 MW机组掺烧试验表明,CO_(2)排放可减少77.25万t/a;市政污泥含水率高达80%,进入锅炉前需干化处理,目前蒸汽或烟气干化均存在投资运行成本高、干化后的污泥水分较大且有臭气等问题,导致掺烧比例一般低于8%。基于生物质热源的污泥炭化技术可直接在污水厂生产无臭污泥炭,热值达10.26 MJ/kg左右,电厂掺烧比例可提高至20%~30%;掺烧氢/氨燃料需解决大比例掺烧下氨逃逸和NOx排放问题,国内已开展皖能集团300 MW和国家能源集团600 MW氨煤掺烧实验,通过燃烧调控可在NOx排放略微增加的情况下实现较高的NH3燃烬率,但商业化推广还受制于氢/氨成本;燃烧前脱碳技术(IGCC电站)的商业化运行案例极为有限,由于高居不下的成本,国外多个示范项目均已停运,推动该技术商业化需解决建设成本、发电成本和设备可靠性等问题。燃烧中碳捕集包括富氧燃烧和化学链燃烧,由于空分、再循环等过程能耗,常压富氧发电效率比空气燃烧低8%~12%,从常压富氧到加压富氧可进一步提高净发电效率;我国已建成全球最大的4 MW化学链燃烧示范装置,该技术也有望应用于气化领域;燃烧后碳捕集目前以溶液吸收技术为主,固体吸附技术的再生能耗更低,但大规模商业化需要继续降低能耗和成本。

关键词：燃煤机组 CO_(2) 低碳/零碳燃料 CCUS

淬火温度对聚硫脲介电储能特性影响的分子动力学模拟

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高电压技术 2024年第6期50卷 2363-2373页

作者：冯阳渠广昊李盛涛西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049

为了提高聚硫脲(polythiourea,PTU)的储能密度,对PTU进行了淬火处理,并采用分子动力学模拟研究了PTU中氢键动力学性质对介电储能特性的影响机理。首先,借助热波动指数(thermalfluctuationindex,TFI)和约化梯度密度(reduction gradient d... 详细信息

为了提高聚硫脲(polythiourea,PTU)的储能密度,对PTU进行了淬火处理,并采用分子动力学模拟研究了PTU中氢键动力学性质对介电储能特性的影响机理。首先,借助热波动指数(thermalfluctuationindex,TFI)和约化梯度密度(reduction gradient density,RDG)描述了氢键作用模式和强度随淬火温度升高的演变规律。其次,计算了氢键供体分别与受体和氢原子的径向分布函数、自相关函数等,提取了氢键密度和平均寿命。最后,建立了氢键特征参数与介电常数的关联,揭示了淬火提高PTU储能密度的机理。研究发现,淬火温度升高,氢键作用模式发生了由双氢键至单氢键,并最终超过氢键阈值而断裂的演变规律,这造成氢键密度减少,表现为强极性双氢键硫脲阵列数目的减少,导致介电常数减小;同时,氢键强度持续减弱,氢键寿命缩短,动态变化加快,导致硫脲阵列转向势垒降低,这有利于增大介电常数。受氢键作用模式和强度的共同影响,PTU的介电常数随淬火温度升高呈现先增大后减小的变化趋势。当淬火温度为393 K时,PTU的介电常数增大至10,储能密度高达16.3 J/cm~3。

关键词：聚硫脲分子动力学模拟氢键动力学性质介电常数储能密度

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超高参数碳捕集燃煤发电机组变工况[火用]分析

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工程热物理学报 2024年第4期45卷 970-977页

作者：符悦刘明王立元严俊杰西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

二氧化碳捕集与封存是在保证能源安全的基础上实现气候变化应对目标的重要技术路径,是电力以及工业部门实现碳减排的重要战略选择。但是,高能耗及伴生问题是制约碳捕集与封存规模化发展的关键因素。本文研究了超高参数燃煤发电机组耦合... 详细信息

二氧化碳捕集与封存是在保证能源安全的基础上实现气候变化应对目标的重要技术路径,是电力以及工业部门实现碳减排的重要战略选择。但是,高能耗及伴生问题是制约碳捕集与封存规模化发展的关键因素。本文研究了超高参数燃煤发电机组耦合全烟气碳捕集系统的变工况[火用]损分布规律,比较了两种汽轮机构型的低碳排放燃煤机组的变工况性能。结果表明:全烟气碳捕集时,碳捕集系统的能耗为3.9 GJ·t^(-1)CO_(2),吸收过程和解吸过程的不可逆性导致吸收塔和解吸塔[火用]效率低。将碳捕集系统集成到燃煤电站后,采用回热汽轮机排汽系统构型的效率较采用中压缸排汽的效率高1.5%,并且在变负荷运行时采用回热汽轮机排汽系统构型效率较采用中压缸排汽的机组效率也有明显提升。

关键词：碳捕集能耗超高参数机组系统集成

半互穿网络结构提升聚偏氟乙烯基材料储能温度稳定性

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高电压技术 2024年第6期50卷 2374-2381页

作者：刘泳斌徐雅婷吴明高景晖钟力生西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049

随着新能源汽车和油气勘探等高温环境对电储能器件的需求迅速增长,对储能电容器的小型化与高温化要求越来越高。常见的极性介质材料能够实现高储能密度特性,但是随着温度的升高其介电性能严重降低;而常见的高温聚合物,虽然高温介电性能... 详细信息

随着新能源汽车和油气勘探等高温环境对电储能器件的需求迅速增长,对储能电容器的小型化与高温化要求越来越高。常见的极性介质材料能够实现高储能密度特性,但是随着温度的升高其介电性能严重降低;而常见的高温聚合物,虽然高温介电性能温度稳定性良好,但是极化响应较低。为此研究了利用半互穿交联聚合物共混方法,在具有高介电性能的聚偏氟乙烯中引入具有高玻璃化转变温度与高击穿强度的聚甲基丙烯酸酯,构建互穿交联网络结构协同提高储能性能及其温度稳定性。通过差示扫描量热法和X射线衍射结果发现形成的半互穿交联聚合物无定形区温度稳定性随聚甲基丙烯酸酯含量增加而增强。获得的最优组分在30~120℃范围内同一电场强度下的储能密度与效率控制在6.9~7.6 J/cm~3与81%~59.7%,储能密度随温度的相对变化率在11.2%,高于大部分铁电聚合物。

关键词：储能聚合物互穿网络共混温度稳定性聚偏氟乙烯

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计及硅橡胶应力松弛的电缆接头界面压力演变仿真研究

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高电压技术 2024年第3期50卷 1043-1052页

作者：伊德伦郑莹莹蒋浩月高建武康宁李建英西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室西安710049

高压电缆中间接头的电气性能与其硅橡胶-交联聚乙烯界面压力的大小密切相关。为探究实际电缆接头界面压力的演变规律,开展了考虑老化过程中硅橡胶应力松弛现象的220 kV电缆中间接头界面压力仿真研究。首先综合电缆接头处物理场特点建立... 详细信息

高压电缆中间接头的电气性能与其硅橡胶-交联聚乙烯界面压力的大小密切相关。为探究实际电缆接头界面压力的演变规律,开展了考虑老化过程中硅橡胶应力松弛现象的220 kV电缆中间接头界面压力仿真研究。首先综合电缆接头处物理场特点建立有限元模型,确定了电缆中间接头硅橡胶-交联聚乙烯界面的初始压力分布情况;其次通过力学理论计算的解析解以及预置压力传感器的实测结果对有限元分析结果进行验证;之后结合硅橡胶的热机械老化实验结果,提出一种将老化过程中硅橡胶应力松弛转化为过盈量变化的方法,得到了考虑老化过程中应力松弛与弹性模量变化的多参量有限元分析方法,并成功应用于电缆中间接头绝缘硅橡胶-交联聚乙烯界面压力的分析。分析认为,硅橡胶的老化同时导致应力松弛和弹性模量增大。综合考虑弹性模量和应力松弛的仿真结果表明:对中间接头硅橡胶在100℃、125℃、150℃下分别经过2040 h、1680 h、1200 h热机械老化后,界面压力从0.156 MPa分别下降到0.129 MPa、0.125 MPa、0.107 MPa。这说明应力松弛对于界面压力的影响更显著,界面压力随着老化时间的增加而下降,同时温度升高会显著加快中间接头界面压力的衰减过程。该文研究结果可为提升电缆中间接头设计与运行可靠性提供理论依据。

关键词：电缆中间接头界面压力有限元分析热机械老化应力松弛硅橡胶