检索结果-南通市图书馆

作者：刘子玉内蒙古工业大学

学位级别：硕士

钢桥面铺装层存在的开裂、强度失效及脱层等问题,是长期困扰正交异性钢桥面发展的重要因素。本文针对柔性铺装无法有效提升桥面系整体刚度的问题,结合我国北方寒冷地区钢桥面铺装层受盐冻破坏严重的现状,选用PVA-ECC作为铺装材料,通过... 详细信息

钢桥面铺装层存在的开裂、强度失效及脱层等问题,是长期困扰正交异性钢桥面发展的重要因素。本文针对柔性铺装无法有效提升桥面系整体刚度的问题,结合我国北方寒冷地区钢桥面铺装层受盐冻破坏严重的现状,选用PVA-ECC作为铺装材料,通过栓钉与钢桥面板组成钢桥面/ECC铺装层结构。采用斜剪试验,将栓钉的直径、高度、间距以及铺装层所受盐冻循环次数作为试验参数,利用DIC数字图像相关技术和非线性有限元分析,系统分析了试验参数对PVA-ECC铺装层抗剪性能的影响以及钢桥面/ECC铺装层结构的受力行为。主要内容与成果如下:(1)以栓钉的直径、高度、间距作为试验参数,对钢桥面/ECC铺装层进行斜剪试验,研究了钢桥面/ECC铺装层的破坏形态,并分析了栓钉的直径、高度以及间距对剪切力学特性的影响。试验结果表明:钢桥面/ECC铺装层破坏形态主要受栓钉直径影响,当直径≥16mm时,试件表现为铺装层材料破坏。试件剪切力学特性则主要受栓钉直径及栓钉高度的影响,栓钉间距对其影响不明显。(2)以铺装层所受盐冻循环次数作为试验参数,将4组钢桥面/ECC铺装层分别进行0次、200次、400、550次氯盐冻融循环试验,研究不同盐冻循环次数试件的表观损伤、质量损失、相对动弹性模量损失。并进行斜剪试验,分析了不同盐冻循环次数对钢桥面/ECC铺装层剪切力学特性的影响。试验结果表明:随盐冻循环的进行,钢桥面/ECC铺装层抗剪强度降低,延性增加。(3)通过DIC数次图像相关技术,对钢桥面/ECC铺装层斜剪试验全过程进行实时分析,对比不同试验参数下钢桥面/ECC铺装层的受力状态。并对不同特征点的切向位移和切向应变进行统计分析,结合应力云图,阐明了斜剪过程中钢桥面/ECC铺装层的破坏机理,并分析了盐冻循环对钢桥面/ECC铺装层的影响。试验结果表明:斜剪试验中,铺装层层间应力首先由铺装层PVA-ECC材料传递至栓钉圆柱头处,随后通过栓杆传递至钢桥面板上。盐冻循环会导致铺装层中应力集中现象提前出现。(4)利用ABAQUS有限元软件对9组不同试验参数的钢桥面/ECC铺装层进行有限元模拟,分析了栓钉钢桥面/ECC铺装层中的应力分布规律以及主应力方向。试验结果表明:栓钉结构可使铺装层材料与钢桥面板的粘结更加稳固,不易破坏。盐冻循环会加大栓钉所承受剪力,导致栓钉根部位置出现应力集中现象。

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热处理工艺对7034高锌铝合金微观组织及力学性能的影响

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作者：任子其内蒙古工业大学

学位级别：硕士

7000系超高强铝合金主要是以Al-Zn-Mg-Cu系元素为主的合金,不但具有较高的比刚度和比强度,耐腐蚀性能和加工性能也极其优异,合金综合性能较好,是航空航天、机械制造以及轨道交通运输等工业部门极为关键的结构材料。7000系铝合金属于典... 详细信息

7000系超高强铝合金主要是以Al-Zn-Mg-Cu系元素为主的合金,不但具有较高的比刚度和比强度,耐腐蚀性能和加工性能也极其优异,合金综合性能较好,是航空航天、机械制造以及轨道交通运输等工业部门极为关键的结构材料。7000系铝合金属于典型的可热处理型合金,热处理工艺包括均匀化退火、固溶及时效等技术,其中对7000系铝合金性能影响最大的是时效工艺。非等温时效工艺是以传统时效工艺为基础,对沉淀相尺寸大小及分布进行调控,从而开发出的一种极具潜力的新型时效工艺。目前,对铝合金的非等温时效工艺进行的研究日渐增多,但对高锌铝合金进行非等温时效处理的研究鲜少。本文以喷射沉积7034高锌铝合金作为研究对象,首先探索了其较为合适的固溶工艺,之后对不同的升温速率与降温速率相组合的非等温时效工艺进行了研究,探讨该工艺对合金微观组织的影响及其规律,并与力学性能联系起来,为工业上高锌铝合金应用非等温时效工艺进行热处理的技术提供了一些理论基础和数据参考,对现实应用具有实际意义。研究结果表明:喷射成形7034铝合金的挤压态合金中第二相成分主要为Mg Zn相和S相。随着固溶温度的增加或固溶时间的延长,合金内残留第二相的面积分数逐渐降低,实验合金的晶粒尺寸逐渐增加,硬度值呈先增加后减小的趋势。挤压态合金的残留第二相面积分数为7.08%。当固溶时间为2 h,固溶温度由440℃升至480℃时,合金的残留第二相面积分数由4.02%降至0.91%;当固溶温度为470℃,保温时间由1 h延长至4 h时,合金的残留第二相面积分数由1.56%降至1.12%。在470℃下保温4 h时晶粒出现了异常长大的现象。经470℃固溶2 h后,可得最大硬度值为144.6 HV。最终可以确定470℃/2h为最佳固溶工艺。7034铝合金在非等温时效处理过程中,依次经历了欠时效、峰时效以及过时效三个阶段,其硬度呈现为先上升后下降再小幅回升的趋势。以100℃为初始温度和终止温度,200℃为升温终止温度和降温初始温度时,HR40-CR20这一升/降温组合在时效后合金硬度值最高,达到了201 HV。利用TEM观察了合金在HR40-CR20时效过程中析出相的形貌,升温阶段末期与降温阶段初期,析出相的分布范围、析出相之间的距离以及析出相平均尺寸随时效处理的进行而逐渐增大。随着时效过程中降温阶段继续进行,合金基体中有部分溶质原子出现回溶,η'相和细小的GP区出现二次析出的现象。提高升温速率能够使增加合金的形核位点,有利于溶质原子的扩散,使析出相的分布更加均匀;降低降温速率会延长合金在低温区的时效时间,提供足够的析出时间和析出动力使合金内部出现“二次析出”的现象。在非等温时效过程中,升温速率较高且降温速率较低时,有利于合金获得更高的强度。因此当工艺为HR40-CR20时合金硬度值最大,为201 HV。通过拉伸试验发现当时效工艺为HR20-CR20时,合金的延伸率最高,可达14.7%,此时抗拉强度为492 MPa;当时效工艺为HR40-CR20时,合金的抗拉强度最高,可达532.5 MPa,此时延伸率为12.6%。对拉伸断口形貌进行分析,非等温时效处理后实验合金在拉伸测试中的断裂均为沿晶断裂和穿晶断裂混合断裂方式。

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La2O3粉末粒度对Al-Si合金CMT增材制造工艺与组织性能的影响

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作者：杨易杭内蒙古工业大学

学位级别：硕士

丝材电弧增材制造(WAAM)是基于连续多次沉积的原理,以电弧为热源,将金属焊丝逐层熔覆制成零件的三维快速制造方法,适合较大尺寸零件的快速制造。然而金属的丝材电弧增材沉积试件通常会存在气孔较多、组织粗大、性能不稳定等缺陷,如何利... 详细信息

丝材电弧增材制造(WAAM)是基于连续多次沉积的原理,以电弧为热源,将金属焊丝逐层熔覆制成零件的三维快速制造方法,适合较大尺寸零件的快速制造。然而金属的丝材电弧增材沉积试件通常会存在气孔较多、组织粗大、性能不稳定等缺陷,如何利用不同的工艺与强化机制优化金属丝材电弧增材制造沉积试件的成形质量与性能是当前重要的研究课题。本课题以4系(Al-Si)铝合金ER4043焊丝为研究对象,在增材层间添加稀土氧化物LaO强化颗粒,以期优化增材沉积试件的成形质量、细化试件显微组织和提升试件力学性能。在优化增材工艺和颗粒引入工艺的基础上,以粉末粒度为变量,通过分析增材沉积试件在宏观成形质量、电弧行为、显微组织和力学性能的变化等因素,对添加不同粒度LaO粉末的增材沉积试件的工艺与组织性能进行了研究。阐明了LaO粉末的引入对沉积试件组织与性能的影响规律;揭示了不同粒度的LaO颗粒对沉积试件强化机制;得到了更适用于Al-Si合金电弧增材制造的LaO粉末粒度及工艺。研究结果表明,添加了纳米LaO粉末的试件拥有和原始态试件同样良好的单层及多层成形质量,多层的沉积试件会将单层沉积的成形缺陷连续积累并使缺陷扩大。同时,LaO粉末的引入会使沉积试件的高度变低、熔宽变大。LaO颗粒的添加会使电弧形态和电弧电压出现不稳定的现象,大粒度LaO粉末的添加会导致电弧波动剧烈并产生焊接飞溅,随着LaO粒度的减小,增材过程的电弧行为也会趋于稳定。只有在稳定的电弧形态与电弧电压下,才能获得较好成形质量的增材沉积试件。在显微组织上,原始态沉积试件的显微组织中分布了较多的细长柱状晶,添加较大粒度的LaO粉末几乎不会对沉积试件的显微组织造成明显影响。当LaO粉末的粒度变小时,细长的柱状晶数量明显减小,LaO颗粒阻碍了柱状晶沿垂直于等温面方向的进一步生长,LaO颗粒多位于晶界处,少量分布于晶体内部。纳米LaO粉末的添加降低了气孔的数量和尺寸。此外,LaO颗粒的添加还会降低试件的最大织构强度,纳米LaO粉末的添加对沉积试件晶粒取向性和织构强度的影响效果最大,且粉末的扩散效果最好。纳米LaO粉末的添加使沉积试件的平均显微硬度从原始态的55.2HV提升至62.4HV,提升了约13%,增材沉积试件的抗拉强度也有较大的提升,增材沉积试件水平方向的抗拉强度要大于垂直方向。组织的细化与气孔等缺陷的减少是其力学性能提升的主要原因。

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基于建立秩序的工业建筑改造设计策略研究

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作者：王帅内蒙古工业大学

学位级别：硕士

当下高速化的发展进程一方面为工业建筑的改造提供了沃土,另一方面又大力的冲击着建筑市场。由于社会整体都处在加速运转中,所以就造成了许多工业建筑的改扩建并没有投入认真的思考,囿于追求形式上的新颖和概念上的独特而忽略了建筑空... 详细信息

当下高速化的发展进程一方面为工业建筑的改造提供了沃土,另一方面又大力的冲击着建筑市场。由于社会整体都处在加速运转中,所以就造成了许多工业建筑的改扩建并没有投入认真的思考,囿于追求形式上的新颖和概念上的独特而忽略了建筑空间本身的秩序和理性,最后形成的结果就是改造后的建筑呈现出混乱无序的状态,改造后的质量也参差不齐,更加缺乏了对自身所蕴含的文化内涵的表达。在这样的背景下,本文以探究工业建筑改造作为研究主题,以重建工业建筑改造中的秩序作为研究角度,以分析构成秩序的多种“要素”作为研究方法,试图从建筑本体的角度来提高改造的质量,并总结相关设计原则和策略。论文首先引入了工业建筑改造、建筑秩序以及“要素”这三个基础概念并对其进行解析。然后梳理了工业建筑改造和建筑秩序的概念及特征,并在两者之间建立联系;紧接着通过对“要素”与秩序表达之间关系的分析,再次建立“要素”与建筑秩序之间的关系;最后借助秩序这一共通点,从而将三个基础概念连接起来,奠定了论文的研究基础。随后在此基础上运用案例分析法与归纳总结法,通过对大量成熟案例进行分析与归纳,得出工业建筑改造中建立秩序的五种要素:“形态”、“方位”、“动线”、“基线”和“建造”;建立秩序的两种分类方式:“秩序延续”与“秩序重构”,以及建立秩序的三项指导原则:整体性原则、以人为本原则、经济合理原则。最后,在上述研究的基础上,针对性地提出了基于五种要素、两种分类方式且将指导原则贯穿其中的共计五类十条工业建筑改造中建立秩序的策略:基于形态要素的延续与重构、基于方位要素的延续与重构、基于动线要素的延续与重构、基于基线要素的延续与重构、基于建造要素的延续与重构,并将总结出的策略应用到实际设计方案中进行验证。本文创新性的针对工业建筑改造中的空间秩序进行研究,以建立空间秩序这一具体操作方法作为研究的切入点,通过对建筑秩序的解析,摒弃风格、流派的纷争,从秩序的本质去探讨和挖掘如何高质量的完成工业建筑的改扩建。希望对当下同类型的设计实践有一定的指导意义。

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选区激光熔化Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金微观组织和力学性能研究

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作者：梁绍波内蒙古工业大学

学位级别：硕士

铝合金作为目前可工业化规模生产的工程结构材料,具有比强度、比刚度高、铸造性能优异、可循环利用等优点,在航空航天、汽车制造等领域得到广泛应用。选区激光熔化（Selective laser melting,SLM）技术具有加工自由度高、制造周期短、... 详细信息

铝合金作为目前可工业化规模生产的工程结构材料,具有比强度、比刚度高、铸造性能优异、可循环利用等优点,在航空航天、汽车制造等领域得到广泛应用。选区激光熔化（Selective laser melting,SLM）技术具有加工自由度高、制造周期短、可以实现零部件直接成形、后处理工序简单等优点,能够扩大铝合金的应用范围。SLM技术冷却速度较快,成形合金内部应力较大,容易产生变形、裂纹等缺陷。目前,SLM Al-Mn系合金的报道较少,未形成系统性研究。因此,开展相关组织和性能方面的研究具有重要意义。本文采用选区激光熔化技术,制备了Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金。使用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和透射电子显微镜（TEM）测试方法,表征了热处理前后Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金微观组织结构,并测试了实验合金的力学性能,分析了Sc元素在合金中的存在形式和作用机理。通过原位加热TEM实验研究了组织中析出沉淀相的演变行为,分析了沉淀相的形态、大小、数量以及与析出界面的关系。利用第一性原理计算了实验合金中主要第二相的稳定性、电子特性、力学性能和热力学性能。研究结果表明:（1）沉积态合金组织主要由α-Al、AlMn和初生AlSc组成。SLM成形的合金熔池组织呈“鱼鳞”状,熔池内靠近熔合线附近形成了大量细小的等轴晶,平均晶粒尺寸约为0.57μm,熔池芯部则由柱状晶组成。棒状AlMn主要沿晶界分布,少量颗粒状的初生AlSc存在于晶粒内部,这表明初生AlSc可以作为异质形核质点,细化基体α-Al。（2）随着时效时间的延长,各温度条件下合金的硬度值均出现先升高后降低的趋势,经过325℃×180 min处理后实验合金的硬度相较于沉积态合金提高了30%左右,达到185.0 HV。经过375℃×40 min处理后实验合金的抗拉强度和屈服强度分别达到了536 MPa和511 MPa,相较于沉积态实验合金分别提高了28.2%和42.3%,延伸率降为11.0%。实验合金热处理后,等轴晶尺寸及柱状晶宽度均有所增大,组织中析出了大量细小弥散的二次AlSc颗粒。（3）实验合金原位加热TEM研究表明:较低的时效温度难以促使AlSc以及AlMn沉淀相析出。在双级时效过程中针状的AlMn沉淀相开始从基体中析出,其尺寸长度大多在100～500 nm范围内,且在基体中均匀分布。随着时效时间的延长AlMn沉淀相的数量、尺寸均出现不同程度的增加,此过程中再结晶晶粒尺寸也在不断增加。（4）第一性原理计算结果表明:AlSc和AlMn相均能够稳定存在于合金组织中。同时,二者均为硬质相,都有助于改善合金的力学性能。在85 K～800 K温度范围内AlMn的自由能要低于AlSc,更容易形成。

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湍流入流条件下风力机尾迹恢复特性的实验研究

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作者：金凯宁内蒙古工业大学

学位级别：硕士

大气边界层中气流流经地表障碍物时受到阻碍,会形成风切变并使湍流强度升高,风力机实际运行时处于大气边界层底部,并且塔架会对轮毂下方尾迹造成扰动。随着风力机趋于大型化,风力机受大气边界层中风切变与湍流强度影响更为显著。由于湍... 详细信息

大气边界层中气流流经地表障碍物时受到阻碍,会形成风切变并使湍流强度升高,风力机实际运行时处于大气边界层底部,并且塔架会对轮毂下方尾迹造成扰动。随着风力机趋于大型化,风力机受大气边界层中风切变与湍流强度影响更为显著。由于湍流的复杂性、随机性,在湍流强度、风切变与塔架影响下的风力机尾迹恢复特性、尾迹涡系间动量、能量输运等问题,仍需进一步实验研究。首先,本文设计、制作了两种变间距棒栅以形成非均匀湍流入流条件,进而分析了两种棒栅下游的速度场与湍流强度场。利用热线风速仪在风洞闭口实验段测量棒栅下游0.6m～1.5m范围内的时均流场数据,探讨棒栅形成非均匀湍流入流条件的可行性以及不同棒栅对速度、湍流强度剖面的影响规律。通过分析流场发现:结构略有区别的两种棒栅也会导致明显差异的流场,其中Ⅰ型变间距棒栅形成了具有一定的风切变与湍流强度剖面的非均匀湍流入流条件,并且在600mm处基本满足了A类粗糙度类别,符合实验要求,故本文选取Ⅰ型棒栅进行非均匀湍流入流对风力机尾迹研究。其次,采集了三种入流条件下风力机时均尾迹流场信息,通过分析轴向速度与湍流强度,研究湍流强度、风切变与塔架对风力机尾迹恢复的影响规律。结果表明:在尾迹速度恢复过程中,均匀湍流入流条件下时均尾迹速度恢复最快,均匀入流次之,非均匀湍流入流恢复最慢;湍流强度恢复方面,均匀湍流入流时尾迹湍流强度恢复最快,非均匀湍流入流次之,均匀入流恢复最慢。说明来流湍流强度对尾迹速度恢复起到促进作用,同时加快了附加湍流强度衰减速率,湍流强度恢复能力增强;风切变的存在使非均匀湍流入流条件下风轮吸收动能较低,在一定程度上延缓了尾迹速度恢复,但入流湍流也会促进尾迹湍流强度的恢复;塔架增强了轮毂下方的流体脉动,使湍流强度进一步增大,也会使尾迹中心径向位置逐渐下移,并且下移随着尖速比的增加更为显著。最后,通过粒子图像测速(Particle Image Velocity)系统采集有、无变间距棒栅时尾迹涡结构、雷诺应力以及湍动能等湍流特征量,进一步探究湍流强度、风切变与塔架对风力机尾迹恢复的影响机理。结果表明:均匀入流时叶尖涡结构较为稳定,成为了阻碍外部主流渗透进入尾迹区的屏障,附着涡区雷诺切应力基本为0,尾迹内部难以掺混;在非均匀湍流入流条件下,入流湍流强度显著影响叶尖涡区,涡结构迅速失稳,涡量快速耗散,雷诺切应力显著增加,标志着尾迹与外部主流剧烈掺混。在轮毂下方,两种入流条件下均出现了中心涡量集中带和破碎的叶尖涡,涡系结构更为复杂。塔架同样促进了涡的耗散,从而在一定程度上增强了动量交换与能量输运,但非均匀湍流入流条件下入流湍流强度引起的动量交换与能量输运更为显著和持续,并且风切变是制约尾迹速度恢复的主要因素。深入对湍流环境中风力机的尾迹恢复特征及其发展规律的了解,是风电场内风力机功率、载荷及噪声特征研究的必要基础,并且将为风电场风力机布置方式、数值模拟方面的研究提供实验数据支撑。

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利用煤气化灰渣制备低碳胶凝材料及其水化性能研究

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作者：刘佳鑫内蒙古工业大学

学位级别：硕士

随着城镇化和工业化的快速推进,固废的随意填埋堆弃、不可再生矿物的肆意开采以及超标排放温室气体已经成为社会发展不可忽视的问题。固废建材化利用和低碳胶凝材料（Low carbon cementitious materials,简称LCCM）的发展也成为亟需解... 详细信息

随着城镇化和工业化的快速推进,固废的随意填埋堆弃、不可再生矿物的肆意开采以及超标排放温室气体已经成为社会发展不可忽视的问题。固废建材化利用和低碳胶凝材料（Low carbon cementitious materials,简称LCCM）的发展也成为亟需解决的双重热点问题。为响应国家政策引导,利用工业固废制备新型LCCM成为有效解决问题的关键技术路线。硫铝酸盐水泥（Sulphoaluminate cement,简称SAC）因其快硬早强的特点,在新型LCCM的研发中备受青睐。为了实现煤气化灰渣在水泥行业的减量化消纳,本文研发了一种以煤气化灰渣为硅铁质原材料,基于多种固废协同处置技术制备硫铝系低碳胶凝材料（Low carbon sulphoaluminate cement,简称LCSAC）的方法,采用宏观试验研究与微观结构机理分析相结合的方法,对LCSAC的制备理论和性能进行了系统的研究,主要研究内容与结论如下:（1）本文试验设计LCSAC的矿物体系为CA（?）-CS-CAF三元矿物体系,为简化计算,在矿物组成计算中,假设该LCSAC熟料中只有设计的CA（?）-CS-CAF三元矿物,其余矿物成分忽略不计。考虑Si O和FeO主要由煤气化灰渣提供,Ca O主要由电石渣和脱硫石膏共同提供,AlO主要由铝灰提供,SO主要由脱硫石膏提供。高温反应过程中,生料中的部分AlO与全部SO、部分Ca O生成CA（?）,生料中的全部Si O与部分Ca O反应生成CS,生料中的全部FeO与剩余的AlO、CaO反应生成CAF。基于以上原则设计了四组不同配比的LCSAC。（2）通过对生料的综合热分析初步确定了LCSAC的适宜煅烧温度范围为1280～1320℃,在此基础上设置了1280℃、1300℃、1320℃和1340℃四个煅烧温度以及20min、40min、60min和80min四个保温时长。并对在不同煅烧制度下制备的LCSAC熟料进行了矿物组成、官能团演化和微观形貌分析。结果表明:LCSAC熟料中主要以CA（?）和CS为主,并含有少量的CAF。其中,在煅烧温度为1320℃,保温时长为60min时四组LCSAC的熟料晶体发育较好,说明此条件为最佳煅烧制度。将最佳煅烧制度下的四组熟料与15%的二水石膏混合制备成LCSAC。（3）通过粒度分布与比表面积、标准稠度用水量和凝结时间测试表征LCSAC的物理性能。结果表明:LCSAC的粒度分布基本都在0.01-100μm区间内,在0.01-10μm区间内,四个配比相同粒度的颗粒体积占比几乎完全一致,在10-100μm区间内相同粒度的颗粒体积占比LCSAC-4>LCSAC-1>LCSAC-2>LCSAC-3,粒度超过1000μm后,仅有LCSAC-3的颗粒分布。比表面积由小到大依次为LCSAC-3、LCSAC-4、LCSAC-1、LCSAC-2。LCSAC-1和LCSAC-2的标准稠度用水量为0.27,LCSAC-3和LCSAC-4的标准稠度用水量为0.28,LCSAC的初凝时间均大于3min,终凝时间小于12min,满足快凝快硬SAC的规范要求。（4）通过净浆和砂浆抗压强度测试表征LCSAC的力学性能。结果表明:LCSAC不仅具有早强的特点,其中后期强度也可以稳定增长,其中LCSAC-2净浆试件28d龄期抗压强度达到了78.88MPa,超过了OPC。LCSAC-1和LCSAC-4净浆试件28d龄期抗压强度也超过了SAC,分别达到了72.13MPa和70.92MPa。其中LCSAC-2砂浆试件28d龄期抗压强度达到了54.85MPa,LCSAC-1和LCSAC-4砂浆试件28d龄期抗压强度分别达到了49.86MPa和48.33MPa,均超过了市售SAC。LCSAC试件全龄期范围内未出现强度倒缩的情况,LCSAC-1和LCSAC-2的砂浆试件抗压强度全龄期均达到了快凝快硬42.5级SAC的强度要求。（5）通过水化热、化学收缩、化学结合水表征LCSAC水化进程。结果表明:在72h时,LCSAC-2、LCSAC-1和LCSAC-4的累计水化放热量分别为147.07J/g、136.47J/g和127.65J/g,LCSAC-3为99.20J/g。28d龄期时,LCSAC-2、LCSAC-1、LCSAC-4、LCSAC-3的化学收缩量分别为0.0766m L/g、0.0715m L/g、0.0646m L/g和0.0536m L/g。28d龄期时,LCSAC-2因为前中期水化产物的积累化学结合水远高于其它三组。而LCSAC-3在水化后期反应显著加快了,但是由于其前中期水化不足的差距导致其28d龄期时水化程度明显低于其它三组。（6）通过矿物组成、官能团演化、微观形貌表征LCSAC的水化产物。结果表明:LCSAC水化产物体系中的矿

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基于无人机的林火检测研究

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作者：朱弥雪内蒙古工业大学

学位级别：硕士

森林不仅能调节气候、维护生态平衡,还可以涵养水源、减缓温室效应。我国森林面积约22045万公顷,覆盖率为23%,是重要的自然资源之一。由于林区可燃物含量高,林火一旦发生就会造成巨大的生态和经济损失。而林火初期检测对于防火至关重要... 详细信息

森林不仅能调节气候、维护生态平衡,还可以涵养水源、减缓温室效应。我国森林面积约22045万公顷,覆盖率为23%,是重要的自然资源之一。由于林区可燃物含量高,林火一旦发生就会造成巨大的生态和经济损失。而林火初期检测对于防火至关重要。相较于卫星、飞机等检测方式,无人机凭借其灵活、经济的优势成为林火检测的一种重要补充手段。本文围绕无人机林火检测关键技术进行研究:(1)基于能耗的无人机路径规划研究。根据实际林火检测需求,选定作业区域并对其进行路径规划。能耗是无人机作业时需要考虑的关键因素,本文根据无人机不同飞行状态下的能耗不同,研究了无人机飞行路径总长度、转弯次数和不同直线飞行距离下的最优速度,得出确定低能耗飞行方向的规律以及最优速度。最后针对选定作业区域规划出低能耗路径并实验验证。(2)烟雾检测算法研究。林火初期阶段烟雾特征较为明显,因此利用烟雾进行火灾判定。使用自建烟雾数据集对主流目标检测算法Faster R-CNN、SSD、YOLOv5训练,平均检测精度分别为84.5%、83.9%、84.7%,因此选择YOLOv5作为检测模型。但该模型还不能满足无人机检测烟雾的实时性与高精度要求,应进一步优化。提出使用轻量级网络Ghost Net替换YOLOv5主干网络并融合注意力机制,使用C3Ghost替换Head中的C3模块。改进后的YOLOv5-GCA模型参数减少了51.35%,检测精度提高了1.2%,速度提升了21.2%。最后设置消融实验和对比试验来证明算法改进的优越性。(3)基于红外图像的火点检测及定位研究。林火发生时,该区域温度会急剧上升,在红外图像中火点特征更为明显。使用自建火点红外数据集对主流目标检测算法Faster R-CNN、SSD、YOLOv5训练,平均检测精度分别为77.6%、77.1%、78.4%,性能普遍偏低。在YOLOv5 Head中,使用C3Ghost替换C3模块,并将Concat换为Bi FPN＿Concat,再将YOLOv5主干网络换为Ghost Net。改进后的YOLOv5-GB模型检测精度提高了3.1%,召回率提升1.2%。设置消融实验来证明改进的有效性,并与YOLOv5-GCA检测模型以及其他模型进行对比实验。当检测到火灾发生时,借助无人机所处位置的经纬度,通过坐标系之间的转换计算出着火点的位置。(4)设计研发林火检测系统。为验证本文所研究算法的性能,设计研发出林火检测系统。考虑到部分林区会采用安装摄像头的方式来监测林区是否发生火灾,因此将系统设计为两大功能模块:基于摄像头的视频林火检测模块实现了烟雾检测、火点检测功能;二基于无人机的林火检测模块系统实现了烟雾检测、火点检测、无人机火点定位及报警功能。

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基于自抗扰技术的飞轮储能阵列系统控制策略研究

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作者：刘宇佳内蒙古工业大学

学位级别：硕士

近年来风电技术的日趋完善和生产成本显著降低,风电机组已实现大规模并网运行。但由于风能的波动性与间歇性,使得风电机组不能持续恒定地向电网提供电能,这会对电网的稳定性产生不利影响。飞轮储能具有响应速度快、功率密度高和使用寿... 详细信息

近年来风电技术的日趋完善和生产成本显著降低,风电机组已实现大规模并网运行。但由于风能的波动性与间歇性,使得风电机组不能持续恒定地向电网提供电能,这会对电网的稳定性产生不利影响。飞轮储能具有响应速度快、功率密度高和使用寿命长等优点,适用于电力系统等领域。本文以飞轮储能阵列系统机/网侧变流器为研究对象,采用自抗扰控制技术,研究了系统充放电和电网电压对称故障工况下高电压穿越的控制策略,解决了传统控制策略中系统响应慢、抗扰动能力不足和直流母线电压不稳定的问题。首先,概述了飞轮储能系统单元结构及工作原理,总结了飞轮储能系统的三种运行工况。建立了不同坐标系下飞轮储能系统中电机的数学模型,为接下来飞轮储能系统的充放电控制和飞轮储能阵列系统的高电压穿越奠定了模型基础。并对飞轮储能电机的主要控制方式进行了分析,包括矢量控制、直接转矩控制与变压变频控制等。其次,传统的飞轮储能系统的控制策略存在响应速度慢、抗扰动能力不足和直流母线电压稳定性不佳等问题,因此本文采用了一种基于改进自抗扰控制技术的飞轮储能系统的充放电控制策略。其中,机侧变流器控制采用了转速外环电流内环控制策略,对自抗扰控制器中的非线性函数进行了优化改进,用改进后的自抗扰控制器取代传统的PI控制器,同时引入滑模观测器对电机的转速和转子位置角进行观测,验证了改进后的控制系统有更快的响应速度和更强的抗扰动能力。在飞轮储能系统的网侧控制中,将网侧变流器模型转化为二阶系统,采用二阶线性自抗扰控制器取代直流母线电压外环的PI控制器,改进后的控制系统可更有效地维持直流母线电压稳定。对系统进行仿真实验,结果显示改进后的控制策略可有效缩短飞轮储能系统的充放电时间并提高系统稳定性。最后,针对电网出现不同程度高电压故障的问题,采用了一种基于改进型飞轮储能阵列系统机/网侧变流器协调控制实现高电压穿越的方法。飞轮储能阵列系统采用等转矩充电控制策略,吸收网侧多余能量,上层控制器作为系统总控单元,下层控制器按照电磁转矩指令值驱动各自的飞轮储能单元进行充电。机侧采用基于改进自抗扰控制技术的直流母线电压外环控制策略,在考虑直流母线电压、负载电流和转子转速等因素的情况下,对内环电流参考值进行调节。网侧变流器限制最大电流的同时,按照无功补偿原则对电网提供无功支撑,并通过仿真结果验证了该策略的可行性。

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同方学位论文库评论

基于可重构梯次利用电池储能系统的暂稳态分析

引用

作者：张元内蒙古工业大学

学位级别：硕士

在能源危机不断加重和“2030碳达峰,2060碳中和”战略决策的背景下,我国积极发展非化石能源,大量的新能源被纳入到电力系统中。微电网中大部分负载通过变换器与直流侧母线连接,此类负载由于实现了闭环控制具有负阻抗特性,进而使系统的... 详细信息

在能源危机不断加重和“2030碳达峰,2060碳中和”战略决策的背景下,我国积极发展非化石能源,大量的新能源被纳入到电力系统中。微电网中大部分负载通过变换器与直流侧母线连接,此类负载由于实现了闭环控制具有负阻抗特性,进而使系统的稳定裕度降低。由于微电网具有复杂和低惯性的特点,在发生大扰动时会加剧系统的扰动,严重时整个系统发生振荡崩溃,威胁着系统的可靠运行。微电网的稳定性问题是微电网中最为复杂和繁琐的问题之一,其中,基于小信号的分析方法是对系统稳态工作点附近进行小信号分析,而发生大扰动时系统偏离稳定工作点,此时小信号研究方法将不再适用,必须采用大信号分析方法研究系统在大扰动下的稳定性。因此,对系统进行大信号分析具有重要意义。本文建立了含有光伏发电单元、可重构电池储能系统和恒功率负载的多端口微电网模型,并根据系统中储能系统工作的模式不同,分别建立在dq坐标系下储能系统充、放电模式的大信号等效模型;根据等效的系统模型列写混合势函数表达式,利用其第三条稳定性定理推导得到了系统大信号的稳定性判据。在运行中可重构电池的重构过程时间较短,对系统的稳定性影响较小,故在本文中重点研究了大量电池投切和恒功率负载的功率突变对系统稳定性的影响,并根据判据得到大信号扰动下功率极限值;构造了Lyapunov形式的能量函数,给出了储能系统工作在充放电模式时,恒功率负载突变对系统渐近稳定域的影响。大信号稳定性判据给出了直流侧稳压电容C、交流侧滤波电感L、并网变流器控制参数k、光伏发电单元功率P、储能系统的充放电功率P及其工作模式与系统能承受的恒功率负载功率P突变极限值的关系。通过对判据推导过程中视作常数项的电压外环进行细致的推导,发现当系统发生大扰动时电压外环的积分环节会加剧系统的振荡,因此,为去除电压外环的不利影响,考虑采用一阶线性自抗扰控制代替电压外环,并对其可行性进行分析验证。最后,通过仿真软件搭建系统模型,对判据中的C、L、k、P和P的影响设置多个不同的组别进行对比,验证了判据的正确性;通过比较PI电压外环和自抗扰电压外环的功率稳定边界,证明采用自抗扰控制可以扩大系统的功率边界,并验证所采用的改进方法的有效性。

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