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多因素影响下预崩解炭质泥岩动回弹特性研究

土木工程学报 2024年第2期57卷 117-128页

作者：付宏渊杨琪毅曾铃高乾丰文伟陈璐长沙理工大学湖南长沙410114

为探究多因素影响下预崩解炭质泥岩的动回弹特性,通过动三轴试验研究偏应力、最小体应力、含水率、压实度和干湿循环次数对动态回弹模量的影响,并建立考虑上述因素影响的动回弹模量预测模型。研究表明:动回弹模量与最小体应力、压实度... 详细信息

为探究多因素影响下预崩解炭质泥岩的动回弹特性,通过动三轴试验研究偏应力、最小体应力、含水率、压实度和干湿循环次数对动态回弹模量的影响,并建立考虑上述因素影响的动回弹模量预测模型。研究表明:动回弹模量与最小体应力、压实度呈正相关关系,与偏应力、含水率呈负相关关系;在同一围压下,动回弹模量随偏应力增加而降低,降幅区间为14.1%~30.7%;含水率为6%时对应的动回弹模量最大;在围压和偏应力相同时,含水率从6%递增至10%,动回弹模量降幅区间为18.6%~35.5%;压实度从93%递增至96%时,动回弹模量增幅区间为4.47%~20.64%。采用干湿循环损伤因子表征干湿循环次数对动回弹模量的影响,发现损伤因子随干湿循环次数N增加可分为3个阶段,即快速增长阶段(N=0~1)、缓慢增长阶段(N=1~6)和增长稳定阶段(N=6~9)。各因素按显著性由高到低排序依次为:压实度、干湿循环、含水率、偏应力、最小体应力。建立的综合考虑约束效应、剪切效应、压实度、含水率和干湿循环的预测模型具有较高地准确性和适用性,可有效评估和预测湿热地区炭质泥岩路堤的动回弹模量。

关键词：道路工程预崩解炭质泥岩干湿循环动回弹模量预测模型

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基于超声尾波法的钢筋混凝土腐蚀监测研究

振动与冲击 2024年第2期43卷 264-270页

作者：吕铎徐嘉豪胡宏伟易善昌王磊长沙理工大学汽车与机械工程学院长沙410114 长沙理工大学土木工程学院长沙410114

针对现有超声无损检测方法在钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)腐蚀损伤评价方面存在的传播速度偏差问题,提出一种利用尾波干涉(coda wave interference,CWI)表征RC腐蚀情况的监测方法。在混凝土超声传播多重散射基础上,建立CWI腐蚀... 详细信息

针对现有超声无损检测方法在钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)腐蚀损伤评价方面存在的传播速度偏差问题,提出一种利用尾波干涉(coda wave interference,CWI)表征RC腐蚀情况的监测方法。在混凝土超声传播多重散射基础上,建立CWI腐蚀损伤评价指标。搭建快速电化学试验监测了RC在0,1%,2%腐蚀率下的腐蚀过程,通过逐步CWI分析了相对速度变化Δv/v及去相关系数K_(d)的变化规律,探究了换能器布置方式对尾波腐蚀监测敏感性的影响。研究结果表明:Δv/v随着腐蚀时间而逐渐减小,K_(d)随着腐蚀时间而逐渐增大;CWI方法能够有效地监测RC结构腐蚀裂纹的扩展过程,并且具有较好的敏感性;换能器采用垂直、对侧和同侧三种不同布置方式均能检测出RC结构腐蚀开裂,垂直布置方式对RC腐蚀检测的敏感程度更高。

关键词：超声检测尾波干涉(CWI) 钢筋混凝土(RC) 腐蚀多重散射

煅烧温度对钠离子电池P2-Na_(0.67)Ni_(0.1)Fe_(0.1)Mn_(0.8)O_(2)正极材料性能的影响

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中国有色金属学报 2024年第6期34卷 1884-1892页

作者：吴奇峰谭磊任延杰邹康宇宁天翔李灵均长沙理工大学能源与动力工程学院长沙410114 长沙理工大学材料科学与工程学院长沙410114

层状氧化物材料因其容量高被认为是钠离子电池(SIBs)的候选正极材料,其中,锰基P2型层状氧化物因成本低、稳定性好,是具有发展前景的钠离子电池层状正极材料。本文采用固相烧结法制备一种P2-Na_(0.67)Ni_(0.1)Fe_(0.1)Mn_(0.8)O_(2)正极... 详细信息

层状氧化物材料因其容量高被认为是钠离子电池(SIBs)的候选正极材料,其中,锰基P2型层状氧化物因成本低、稳定性好,是具有发展前景的钠离子电池层状正极材料。本文采用固相烧结法制备一种P2-Na_(0.67)Ni_(0.1)Fe_(0.1)Mn_(0.8)O_(2)正极材料,研究煅烧温度对正极材料性能的影响。结果表明:在875℃下获得的Na_(0.67)Ni_(0.1)Fe_(0.1)Mn_(0.8)O_(2)正极材料具有结晶良好的P2纯相,表现出优异的电化学性能。在1.5~4.3 V的电压范围内,0.05C下所制备正极材料的初始放电容量为232 mA·h/g,且循环100次后,正极材料的容量保持率为69.5%。

关键词：钠离子电池 Ni/Fe/Mn基正极材料煅烧温度电化学性能

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考虑光伏场景聚合的配电网光储选址定容

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第8期51卷 117-126页

作者：颜勤余国翔曾林俊长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410114 长沙理工大学能源与动力工程学院湖南长沙410114

研究光伏场景聚合是实现区域电网分布式光伏与储能联合规划的前提和基础,对促进配电网分布式光伏的充分消纳具有重要作用.通过基于改进的K-means++算法对历史光伏数据进行聚合分析,得到光伏出力的典型场景聚合,从配电网的经济性出发,兼... 详细信息

研究光伏场景聚合是实现区域电网分布式光伏与储能联合规划的前提和基础,对促进配电网分布式光伏的充分消纳具有重要作用.通过基于改进的K-means++算法对历史光伏数据进行聚合分析,得到光伏出力的典型场景聚合,从配电网的经济性出发,兼顾系统运行的可靠性、环保性,建立考虑光伏场景聚合的光储选址定容规划模型,引入层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)将多目标优化问题转化为单目标问题,并利用粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)进行求解.算例结果表明,提出的光伏场景聚合模型更准确刻画光伏出力的不确定性,验证了该模型的有效性和可行性.

关键词：光伏聚合分布式光伏储能电池选址定容配电网

铜尾矿改性水泥基地聚合物注浆材料性能与机理分析

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第3期55卷 1107-1119页

作者：付宏渊姚杰邱祥长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410114 长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

为促进岩土工程绿色发展,提高尾矿资源化利用效率,选取铜尾矿制备铜尾矿改性水泥基地聚合物注浆材料,研究水固比、铜尾矿掺量、碱激发剂用量及碱激发剂模数对改性浆液各性能指标的影响规律及微观机理。研究结果表明:掺入尾矿有利于改善... 详细信息

为促进岩土工程绿色发展,提高尾矿资源化利用效率,选取铜尾矿制备铜尾矿改性水泥基地聚合物注浆材料,研究水固比、铜尾矿掺量、碱激发剂用量及碱激发剂模数对改性浆液各性能指标的影响规律及微观机理。研究结果表明:掺入尾矿有利于改善改性浆液力学性能,掺入碱激发剂能提高改性浆液整体的反应程度,减小改性浆液析水率;综合考虑各项性能指标,选取改性浆液最佳配比,即水固比为1.0,铜尾矿掺量为30%(质量分数,下同),碱激发剂用量为4%,碱激发剂模数为1.6;相较于纯水泥浆液,改性浆液最佳配比黏度减小11.1%,流动度增大22.3%,析水率减小29.7%,28 d结石体抗压强度仅减小9.5%,耐久性能良好;改性浆液发生地聚合物反应形成了具有三维空间网状结构的C-A-S-H凝胶和N-A-S-H凝胶等胶凝物质。本研究成果可为岩土工程提供高性能低成本的注浆材料,同时还将为尾矿等固废材料资源化利用提供参考。

关键词：岩土工程注浆材料铜尾矿地聚合物碱激发微观机理

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红黏土裂隙湿化自愈行为及强度影响机制

中国公路学报 2024年第6期37卷 157-168页

作者：高乾丰吴昕阳曾铃余慧聪余涵长沙理工大学特殊环境道路工程湖南省重点实验室湖南长沙410114 长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410114 长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

许多黏性土在干缩开裂后受湿化作用会呈现裂隙自愈现象。为探究红黏土裂隙自愈行为及其对土体强度特性的影响机制,基于摄影识别与数字图像相关技术,分析湿化过程中红黏土试样顶面裂隙自愈与应变演化规律;并开展单轴拉伸试验与直剪试验,... 详细信息

许多黏性土在干缩开裂后受湿化作用会呈现裂隙自愈现象。为探究红黏土裂隙自愈行为及其对土体强度特性的影响机制,基于摄影识别与数字图像相关技术,分析湿化过程中红黏土试样顶面裂隙自愈与应变演化规律;并开展单轴拉伸试验与直剪试验,获取不同条件下红黏土的抗拉强度、抗剪强度及指标恢复率。最后采用扫描电镜观察裂隙自愈前后试样的微观形貌,阐明红黏土裂隙自愈及强度影响机制。结果表明:红黏土在湿化条件下表现出裂隙自愈行为,自愈过程中压应变区域不断向裂隙靠近,裂隙率快速减小并趋于稳定,裂隙自愈率可达90%以上;随饱水湿化时间增加,含裂隙红黏土的抗拉强度小幅提升,此时土表裂隙痕迹几乎消失;湿化条件下土颗粒膨胀程度有限,裂隙宽度越大其愈合难度越高,抗拉强度恢复程度也越低;裂隙深度增加后裂隙自愈率小幅提升,抗拉强度与黏聚力的恢复率增加,内摩擦角恢复率先减小后稳定;裂隙自愈主要源于土颗粒膨胀变形后引起裂隙两侧壁相互黏结,以及土颗粒崩解剥落后对裂隙的填充效应;由于细小颗粒与水混合后可能吸附在裂隙内形成假愈合现象,且土颗粒膨胀崩解将影响土体强度,故尽管表观上裂隙愈合程度良好,但抗拉强度与抗剪强度指标仅小幅恢复。

关键词：路基工程红黏土微观机制裂隙自愈强度特性

湿热环境下多孔功能梯度圆管的非线性弯曲行为

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力学学报 2024年第1期56卷 141-148页

作者：陈央刘晓军彭旭龙陈得良长沙理工大学土木工程学院长沙410114

圆管作为重要的工程结构,广泛应用于各个领域,其几何特征特殊,传统的梁理论不能满足其内外表面切应力为0的边界条件,采用合适的梁理论对其进行研究至关重要.文章采用一种修正的高阶剪切变形梁理论,研究了湿热环境下多孔功能梯度圆管的... 详细信息

圆管作为重要的工程结构,广泛应用于各个领域,其几何特征特殊,传统的梁理论不能满足其内外表面切应力为0的边界条件,采用合适的梁理论对其进行研究至关重要.文章采用一种修正的高阶剪切变形梁理论,研究了湿热环境下多孔功能梯度圆管的非线性弯曲行为.考虑材料物性与温度相关,基于修正的高阶剪切变形梁理论和von Kármán非线性理论,利用最小势能原理,建立了多孔功能梯度圆管的非线性弯曲控制方程,采用二次摄动法对控制方程进行求解,通过数值算例讨论了孔隙分布模型、孔隙率、梯度指数、内半径、湿度和温度对多孔功能梯度圆管非线性弯曲行为的影响.提出了针对湿热环境下多孔功能梯度圆管的非线性弯曲行为分析方法,得到了该问题的半解析解,将为优化多孔功能梯度圆管的结构和材料参数提供理论依据.结果表明:当孔隙率较大时,非均匀孔隙分布模型比均匀孔隙分布模型的多孔功能梯度圆管具有更好的抗弯曲变形能力,因此在实际轻量化设计过程中,孔隙分布应优先采用非均匀分布模型.

关键词：多孔功能梯度材料湿热环境修正高阶梁理论非线性弯曲几何非线性

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欠驱动TORA系统的自耦PID控制策略

控制与决策 2024年第3期39卷 853-860页

作者：熊屹林曾喆昭长沙理工大学电气与信息工程学院长沙410076

针对欠驱动旋转激励平移振荡器(translational oscillations with a rotational actuator, TORA)系统的控制问题,使用一种自耦PID (self-coupling proportional-integral-differential, SCPID)控制方法.该方法首先利用坐标变换使TORA系统的质心映射为Huygens振动中心,以实现新系统控制输入解耦,避免零动态不稳定问题;然后对Huygens振动中心设计平移位置的SCPID控制器,同时获得小球偏转角度的虚拟指令,进而设计小球偏转角度的SCPID控制器,从而实现TORA系统的平衡点跟踪控制;最后在复频域对闭环控制系统的稳定性进行严格的数学分析和证明.仿真及与其他方法的结果对比表明,所设计的控制算法简单高效,在欠驱动控制系统领域具有实际的应用价值.

关键词：欠驱动TORA系统坐标变换 Huygens振动中心自耦PID控制鲁棒稳定性

电机控制器直流侧前置双有源桥DC-DC变换器的模型预测与应力优化混合控制

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电工技术学报 2024年第12期39卷 3787-3801页

作者：关维德李涛钟健王旭红夏向阳长沙理工大学电气与信息工程学院长沙410114

将双有源桥DC-DC变换器置于电动汽车动力电池与电机逆变器之间,可以根据电机实时转速动态调节系统直流母线电压,提升电机驱动系统的能量变换效率。然而,直流母线电压的大范围变化会带来双有源桥DC-DC变换器电流应力剧增的挑战。为此,该... 详细信息

将双有源桥DC-DC变换器置于电动汽车动力电池与电机逆变器之间,可以根据电机实时转速动态调节系统直流母线电压,提升电机驱动系统的能量变换效率。然而,直流母线电压的大范围变化会带来双有源桥DC-DC变换器电流应力剧增的挑战。为此,该文分析直流母线电压动态变化条件下双有源桥DC-DC变换器的电流应力变化规律及优化方法,在此基础上提出一种模型预测与应力优化混合控制策略,将电流应力优化控制嵌入到模型预测控制中,在降低电流应力的同时还能提高系统的稳态和动态性能。另外,为了抑制模型参数失配对模型预测控制的不利影响,提出一种基于输出反馈的误差校正方法,以提高模型预测控制的参数鲁棒性。原型样机实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性,为直流侧前置双有源桥DC-DC变换器的电机控制器设计与控制提供了理论依据。

关键词：双有源桥 DC-DC变换器模型预测控制电流应力优化