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加速膛参数对换能元飞片速度的影响

含能材料 2024年第7期32卷 737-744页

作者：王蔚董晓芬王端李乾李思宇郭宇轩中北大学环境与安全工程学院山西太原030051

飞片速度是冲击片雷管能否可靠起爆的一个关键因素,为了深入研究加速膛参数对飞片速度的影响,分别通过实验和数值模拟方法对飞片速度的影响因素进行分析。采用磁控溅射技术设计制备了一种膜层厚度为0.5/0.5/2μm,尺寸为0.15 mm×0.15 mm... 详细信息

飞片速度是冲击片雷管能否可靠起爆的一个关键因素,为了深入研究加速膛参数对飞片速度的影响,分别通过实验和数值模拟方法对飞片速度的影响因素进行分析。采用磁控溅射技术设计制备了一种膜层厚度为0.5/0.5/2μm,尺寸为0.15 mm×0.15 mm的TiW/Ni/Au复合薄膜爆炸箔。在激励条件为0.1μF、1200 V下,选用密度为1.45 g·cm^(-3),厚度为25μm的聚酰亚胺飞片,利用光子多普勒速度测试技术测量了不同加速膛参数的飞片速度。研究结果显示:在相同孔径条件下,当加速膛厚度分别为0.3,0.4,0.5,0.6 mm时,随着加速膛厚度的增加,飞片速度先增后减,在厚度为0.4 mm时达到最高值;在相同厚度条件下,当加速膛孔径分别为0.15,0.23,0.3,0.35,0.45 mm时,飞片速度随孔径增加而降低,其中孔径为0.15 mm时速度最高;此外,在相同孔径和厚度下,飞片经过聚酰亚胺和陶瓷两种材质的加速膛测试得到的速度变化趋势和数值相近,而聚酰亚胺具有较高的强度和韧性,成本更低,因此可替代陶瓷作为加速膛材料。同时采用数值模拟方法重新拟合了适用于TiW/Ni/Au复合薄膜的飞片速度经验公式,验证结果表明,计算结果与实验数据的偏差均在2.5%以内。

关键词：爆炸箔光子多普勒速度测试技术(PDV) 飞片速度加速膛聚酰亚胺

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带偏向性轮盘赌的多算子协同粒子群优化算法

控制与决策 2024年第4期39卷 1167-1176页

作者：于海波朱秦娜康丽乔钢柱曾建潮中北大学计算机科学与技术学院太原030051 中北大学大数据与视觉计算研究所太原030051 中北大学环境与安全工程学院太原030051

针对粒子群优化算法在处理高维、大规模、多变量耦合、多模态、多极值属性优化问题时易早熟收敛等性能和技术瓶颈,基于粒子群优化算法行为学习算子和3种不同学习偏好的差分变异算子,建立带偏向性轮盘赌的多算子选择与融合机制,提出一种... 详细信息

针对粒子群优化算法在处理高维、大规模、多变量耦合、多模态、多极值属性优化问题时易早熟收敛等性能和技术瓶颈,基于粒子群优化算法行为学习算子和3种不同学习偏好的差分变异算子,建立带偏向性轮盘赌的多算子选择与融合机制,提出一种带偏向性轮盘赌的多算子协同粒子群优化算法***针对迭代粒子群榜样粒子集,首先通过对迭代种群及其榜样粒子集优劣分组,同时采用轮盘赌分别为每组榜样粒子集选配不同学习偏好的变异算子,并为每组榜样粒子适配差分基向量和最优基向量,预学习并优化迭代种群及其榜样粒子,以权衡算法的全局探索和局部开发;然后通过合并所有子种群,并结合粒子群优化算法行为学习算子,指导迭代种群状态更新,以提高算法的全局收敛性;最后结合精英学习策略,对群体历史最优进行高斯扰动,以提高算法的局部逃生能力,保障算法收敛的多样性.实验结果表明,MOCPSO算法与5种先进的同类型群智能算法在求解CEC2014基准测试问题上具备竞争力,且有更强的优化特性.

关键词：粒子群优化差分演化多算子协同榜样竞争偏向性变异策略精英学习

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基于神经网络的二元混合液体自燃温度预测

安全与环境学报 2024年第5期24卷 1710-1716页

作者：胡双启郭丙宇程泽会吴薇中北大学环境与安全工程学院太原030051 中北大学软件学院太原030051

自燃温度(Auto-Ignition Temperature,AIT)是防火防爆安全设计的关键临界参数之一。为解决目前多数采用试验方法测量混合物AIT费时费力且有一定危险性的问题,运用定量结构性质关系方法,使用反向传播神经网络(Back Propagation Neural Ne... 详细信息

自燃温度(Auto-Ignition Temperature,AIT)是防火防爆安全设计的关键临界参数之一。为解决目前多数采用试验方法测量混合物AIT费时费力且有一定危险性的问题,运用定量结构性质关系方法,使用反向传播神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)和一维卷积神经网络(one-Dimensional Convolutional Neural Network,1DCNN)技术建立二元混合液体AIT预测模型。以二元混合液体的分子描述符为输入、试验测得的AIT为输出,经多种方法对模型的拟合性、稳定性和预测能力评价验证。结果表明,BPNN模型和1DCNN模型均有良好的预测能力,其均方根误差分别为4.780℃和9.603℃,拟合度与5折交叉验证拟合度差值分别为0.058和0.040,表明BPNN模型有更好的拟合能力,1DCNN模型有良好的稳定性。

关键词：安全工程反传播神经网络(BPNN) 一维卷积神经网络(1DCNN) 二元混合液体自燃温度

微藻阴极AOM-MFC原位固碳性能及影响因素研究

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第4期55卷 1323-1331页

作者：侯彬张超孙竹梅刘嘉欣包朋飞李鑫钰卢静中北大学环境与安全工程学院山西太原030051 中南大学冶金与环境学院湖南长沙410083

针对甲烷厌氧氧化微生物燃料电池(anaerobic oxidation of methane-microbial fuel cells,AOM-MFC)阳极终产物多为二氧化碳(CO_(2))的问题,将微藻阴极引入AOM-MFC进行原位固碳。研究结果表明:当接种量为25%(体积分数)、接种龄为24 h、... 详细信息

针对甲烷厌氧氧化微生物燃料电池(anaerobic oxidation of methane-microbial fuel cells,AOM-MFC)阳极终产物多为二氧化碳(CO_(2))的问题,将微藻阴极引入AOM-MFC进行原位固碳。研究结果表明:当接种量为25%(体积分数)、接种龄为24 h、光照强度为8000 lx、光照周期为12 h并以阳极出水作为反应器的阴极液时,微藻阴极反应器获得最大峰值电压((0.385±0.001)V)和最大生物量微藻质量浓度((576.33±1.53)mg/L);微藻阴极反应器的原位固碳过程由3部分组成,即阳极微生物利用甲烷(CH_(4))产生以CO_(2)为主的代谢物和电子、阴极内微藻捕获并固定CO_(2)产生氧气(O_(2))、产生的O_(2)与质子和外电路传递到阴极的电子结合生成水;微藻阴极反应器具有一定的废水处理能力,并且能够将CH4中蕴含的化学能转化为电能和生物质能,有助于实现CH_(4)高效转化过程中“零碳排放”。

关键词：甲烷厌氧氧化微生物燃料电池微藻阴极原位固碳

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质量参数对空爆荷载梁构件振动位移的影响

爆炸与冲击 2024年第5期44卷 108-118页

作者：耿少波洪欣郑毅沈新月中北大学环境与安全工程学院土木工程学科部山西太原030051

为研究质量参数对空爆荷载梁构件振动位移的影响,以等效单自由度法为基本方法,理论推导了柔性及刚性2类梁构件含质量参数在弹性、塑性各阶段的振动位移解,选择矩形截面、圆截面为梁构件典型截面,设计并计算了质量参数在1.00~1.20范围内... 详细信息

为研究质量参数对空爆荷载梁构件振动位移的影响,以等效单自由度法为基本方法,理论推导了柔性及刚性2类梁构件含质量参数在弹性、塑性各阶段的振动位移解,选择矩形截面、圆截面为梁构件典型截面,设计并计算了质量参数在1.00~1.20范围内的13种典型工况。结果表明:对于空爆荷载柔性及刚性2类梁构件,增大其截面面积后,仅考虑质量参数计算振动位移时误差较大,应按质量参数及产生的附加刚度参数耦合效应分析;对于矩形截面梁构件,采用质量参数与刚度参数耦合计算时,其最大弹性位移、最大弹塑性位移和残余变形降低幅度分别约为仅采用质量参数计算结果的4.75、3.28和2.96倍;对于圆截面梁构件,则分别为3.57、2.56和2.32倍;该结论在柔性梁构件及刚性梁构件均适用且无明显差异。

关键词：空爆荷载质量参数梁构件动力响应刚度残余变形

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高氯酸盐对Al/PTFE活性材料热反应行为的影响

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兵器装备工程学报 2024年第7期45卷 150-157页

作者：周丹李如江周鹏王梦飞中北大学环境与安全工程学院太原030051

为了研究高氯酸盐对Al/PTFE二元活性材料热反应行为的影响,选用高氯酸钾(KClO_(4))和高氯酸钠(NaClO_(4))作为填充材料,采用湿混法分别制备了KClO_(4)/Al/PTFE和NaClO_(4)/Al/PTFE三元活性材料样品。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了样品... 详细信息

为了研究高氯酸盐对Al/PTFE二元活性材料热反应行为的影响,选用高氯酸钾(KClO_(4))和高氯酸钠(NaClO_(4))作为填充材料,采用湿混法分别制备了KClO_(4)/Al/PTFE和NaClO_(4)/Al/PTFE三元活性材料样品。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了样品的微观形貌;采用同步热分析技术(TGA-DSC)、 X射线衍射技术(XRD)以及自建的燃烧测试装置,对高氯酸盐/Al/PTFE三元活性材料体系的热性能和燃烧性能进行了研究。结果显示:高氯酸盐粉末和Al粉均匀分布在PTFE基底上。通过TG-DSC同步热分析实验发现高氯酸盐/Al/PTFE活性材料体系分解反应的开始温度均低于Al/PTFE活性材料。其中,KClO_(4)/Al/PTFE三元活性材料的分解放热量略低于NaClO_(4)/Al/PTFE三元活性材料;KClO_(4)的分解温度在PTFE的催化作用下降低,且KClO_(4)/Al/PTFE三元活性材料的放热峰值温度也降低了29.1℃;而NaClO_(4)/Al/PTFE三元活性材料的放热峰值温度提高了7.5℃。相比NaClO_(4),KClO_(4)的加入有助于C的利用。在点火实验中,高氯酸盐的引入可有效增加Al/PTFE活性材料体系的燃烧持续时间、爆燃持续时间,并提高了最高压力,但也降低了体系的升压速率、增加了达到最大压力的时间。

关键词：高氯酸盐/Al/PTFE 活性材料 TGA:DSC XRD 燃烧

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FOX-7在不同溶剂中的形貌预测研究

兵器装备工程学报 2024年第5期45卷 167-172页

作者：张诗敏叶宝云王晶禹石宋超中北大学环境与安全工程学院太原030051

采用分子动力学(MD)方法,预测了1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)在真空条件下以及3种不同溶剂-非溶剂体系(DMSO-H_(2)O、DMSO-乙醇、DMAC-乙醇,溶剂与非溶剂体积比为1∶2)下的晶体形貌,确定真空条件下FOX-7的形态学重要生长面和附着能... 详细信息

采用分子动力学(MD)方法,预测了1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)在真空条件下以及3种不同溶剂-非溶剂体系(DMSO-H_(2)O、DMSO-乙醇、DMAC-乙醇,溶剂与非溶剂体积比为1∶2)下的晶体形貌,确定真空条件下FOX-7的形态学重要生长面和附着能,计算溶剂与晶面之间的相互作用能、溶剂影响下的晶面附着能。结果表明:FOX-7在真空中的主要生长面有6个面,分别为(0 1 1)、(1 0-1)、(1 0 1)、(0 0 2)、(1 1 0)、(1 1-1),其中(0 1 1)晶面面积最大,占比达到49.38%,是FOX-7晶体形态的最重要晶面。在DMSO-H_(2)O体系中形貌为方形,在DMSO-乙醇中晶体较扁,趋于圆形,在DMAC-乙醇中晶体形貌更为立体,趋于球形。对预测效果较好的DMAC-乙醇体系进行试验,得到的晶体形貌规整,为类球形,与模拟结果相符,说明了预测的准确性。

关键词： 1 1-二氨基-2 2-二硝基乙烯(FOX-7) 形貌预测分子动力学附着能结晶

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传爆药装药不同过载环境的力学响应规律研究

兵器装备工程学报 2024年第4期45卷 104-111页

作者：魏亚美徐文峥谭宪鹏郑鑫中北大学环境与安全工程学院太原030051

由于传爆药在使用过程中所处的力学环境复杂,且对传爆药进行相关的力学性能测试试验成本高,环境条件难以控制,很难进行相关的规律性试验研究,因此通过ANSYS/LS-DYNA大型有限元软件进行仿真模拟计算,直接将加速度-时间曲线施加在药柱套... 详细信息

由于传爆药在使用过程中所处的力学环境复杂,且对传爆药进行相关的力学性能测试试验成本高,环境条件难以控制,很难进行相关的规律性试验研究,因此通过ANSYS/LS-DYNA大型有限元软件进行仿真模拟计算,直接将加速度-时间曲线施加在药柱套所对应的节点上,药柱套内部装有传爆药药柱。药柱选用二次开发的粘弹塑性本构模型,通过给药柱套施加不同的加速度脉冲,开展传爆药药柱不同过载环境的力学响应规律研究。结果发现,传爆药药柱的直径和高度对其力学响应有影响,在相同的过载条件下,传爆药的直径越小,高度越高,其轴向长度变化率和密度变化率越大;在不同的过载环境下加速度脉冲的峰值和脉宽也对药柱的力学响应有直接影响。

关键词：传爆药 ANSYS/LS-DYNA 数值模拟影响因素力学响应

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电容去离子脱盐电极材料的研究进展

化工新型材料 2024年

作者：张旭柳张悦吕明珠杜飞刘宁刘鹏霄中北大学环境与安全工程学院

电容去离子技术是一种新兴的海水淡化方法，其中电极材料对于提高脱盐效率至关重要。深入探讨了常用的电极材料，包括碳基材料、普鲁士蓝和MXenes等，归纳了这些材料在电容去离子过程中的表现。此外，分析了目前电容去离子电极材料面临... 详细信息

电容去离子技术是一种新兴的海水淡化方法，其中电极材料对于提高脱盐效率至关重要。深入探讨了常用的电极材料，包括碳基材料、普鲁士蓝和MXenes等，归纳了这些材料在电容去离子过程中的表现。此外，分析了目前电容去离子电极材料面临的主要挑战，并展望了它们在未来海水淡化技术中的应用前景。

关键词：电容去离子电极材料碳基材料赝电容材料