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深部大理岩真三轴力学特性离散元和有限差分耦合分析

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爆炸与冲击 2024年第7期44卷 124-136页

作者：王志亮余浪浪合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

为了研究深部大理岩的动态力学特性,首先基于离散元PFC(particle flow code)和有限差分FLAC(fast Lagrangian analysis of continua)耦合法,对大理岩的细观参数进行标定。接着,对三维分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,S... 详细信息

为了研究深部大理岩的动态力学特性,首先基于离散元PFC(particle flow code)和有限差分FLAC(fast Lagrangian analysis of continua)耦合法,对大理岩的细观参数进行标定。接着,对三维分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)冲击模拟中的动态应力平衡条件及均匀性假设进行数值验证。最后,对真三轴应力环境下大理岩的应力-应变响应、破碎特征及能量演化机理等问题进行深入分析。结果表明:基于PFC-FLAC耦合理论的真三轴SHPB试验数值结果满足应力均匀性假设,模拟得到的应力-应变曲线与室内试验数据高度一致。峰值应力、峰值应变随着冲击方向上预压(下称“轴向压力”)的增大呈下降趋势。在轴向压力相同时,试样峰值应力增幅随入射应力的提高逐渐变小;当入射应力固定时,轴向压力对试样峰值应力有削弱作用,垂直于冲击方向的侧压则会提升试样的抗压强度。加载过程中声发射事件爆发期整体上发生在应力峰后段,并在此阶段试样内形成较明显的宏观破碎带。在真三轴动态压缩下,大理岩试样主要以拉伸裂纹居多,在总裂纹数中占比超过80%。试样从加载至破坏的过程伴随有能量的变化,达到应力峰值点时试样的应变储能达到极限,之后转化为以耗散能为主、颗粒动能等为辅的能量形式。

关键词：深部大理岩真三轴条件力学特性破碎形态耦合分析

基于U-net卷积神经网络的电磁场快速计算方法

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电工技术学报 2024年第9期39卷 2730-2742页

作者：张宇娇赵志涛徐斌孙宏达黄雄峰合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

有限元法(FEM)是物理场分析常用的方法,但庞大的求解自由度导致FEM计算成本很大。针对FEM计算时间长的问题,构建一种基于U-net卷积神经网络的物理场快速计算方法,将样本数据通过栅格化或点云化处理后作为神经网络的输入和标签数据,通过... 详细信息

有限元法(FEM)是物理场分析常用的方法,但庞大的求解自由度导致FEM计算成本很大。针对FEM计算时间长的问题,构建一种基于U-net卷积神经网络的物理场快速计算方法,将样本数据通过栅格化或点云化处理后作为神经网络的输入和标签数据,通过网络训练实现物理场的快速计算并研究该方法在电磁场计算中的应用。结果表明,该方法能准确有效地预测电势、电场强度、磁感应强度等物理量的分布,且预测时间较FEM仿真计算时间大幅缩短。同时,通过合理选择数据集大小,即使在小数据集下也能有较高的预测精度。

关键词：电磁场卷积神经网络快速计算有限元法

基于脉冲电压频域特征和内阻的退役电池快速初步分选策略

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仪器仪表学报 2024年第3期45卷 214-226页

作者：汪宇航黄海宏王海欣合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

随着新能源产业的发展,越来越多的退役电池如何处理成为了一个急需解决的问题。磷酸铁锂电池由于高能量密度及安全性的优点被广泛应用于汽车及储能场合,是现有退役电池中的主流之一。退役磷酸铁锂电池的二次利用场景是根据电池的健康状... 详细信息

随着新能源产业的发展,越来越多的退役电池如何处理成为了一个急需解决的问题。磷酸铁锂电池由于高能量密度及安全性的优点被广泛应用于汽车及储能场合,是现有退役电池中的主流之一。退役磷酸铁锂电池的二次利用场景是根据电池的健康状态、内阻等状态进行评估的,但是这个过程耗费大量的时间。本文提出利用脉冲过程电压的频域特征作为估计健康状态的健康特征,然后利用随机森林回归算法实现了健康状态的快速估计,这极大的缩短了退役磷酸铁锂电池分选的时间。在此基础上,本文提出利用基于高斯分布的异常参数识别方法评估异常内阻退役磷酸铁锂电池。通过实验验证,选取的15节磷酸铁锂电池中健康状态估计的最大误差为6%,且能够有效的筛除内阻与SOH不匹配的退役磷酸铁锂电池。

关键词：退役电池健康状态快速分选脉冲电压

循环冲击下大理岩的损伤力学行为及能量耗散特性

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爆炸与冲击 2024年第4期44卷 47-59页

作者：王志亮汪大为汪书敏巫绪涛合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

为了研究循环冲击荷载作用下大理岩的动态力学行为和能量耗散特性,首先采用分离式霍普金森压杆,通过试冲法确定出5种代表性的入射子弹速度,据此完成了大理岩试样的等幅循环冲击试验,并对试样的应力均匀性进行了检验。接着,从应变率时程... 详细信息

为了研究循环冲击荷载作用下大理岩的动态力学行为和能量耗散特性,首先采用分离式霍普金森压杆,通过试冲法确定出5种代表性的入射子弹速度,据此完成了大理岩试样的等幅循环冲击试验,并对试样的应力均匀性进行了检验。接着,从应变率时程曲线、应力-应变关系、冲击次数和能量耗散特性等方面对测试数据进行了系统分析。最后,基于能量演化定义损伤变量,探讨了能量耗散与岩样损伤发展之间的关联机制。结果表明:试样应变率时程曲线在低弹速下会出现变化率恒定的平台段,应力-应变曲线在峰后阶段均产生一定的回弹;随着循环次数的增加,试样峰值应力总体减小,而峰值应变、平均应变率和累积比能量吸收值则变化趋势相反,且在临近破坏或开裂前其变化速率呈现突增现象;峰值应力与平均应变率存在明显的线性关系,弹性模量随平均应变率的变化整体上符合指数衰减规律;试样的耗散比能与平均应变率之间呈线性正相关,基于能量耗散定义的损伤变量可以较好地表征该大理岩试样动载下的损伤破坏过程。

关键词：大理岩循环冲击动力学特性能量耗散损伤演化

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B_(4)C-TiB_(2)-SiC-TiC复合陶瓷钎焊接头微观组织与力学性能

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稀有金属材料与工程 2024年第4期53卷 1086-1094页

作者：钟志宏袁东立朱文静魏仁伟宋奎晶吴玉程合肥工业大学材料科学与工程学院安徽合肥230009 合肥工业大学高性能铜合金材料及成形加工教育部工程研究中心安徽合肥230009

采用Ag-Cu-Ti钎料及Ag-Cu-Ti+B_(4)C复合钎料对高性能B_(4)C-TiB_(2)-SiC-TiC(BTST)复合陶瓷进行了钎焊连接,分析了Ag-Cu-Ti钎料在复合陶瓷表面的润湿行为,研究了钎焊温度、保温时间以及B_(4)C含量对接头界面组织及力学性能的影响。结... 详细信息

采用Ag-Cu-Ti钎料及Ag-Cu-Ti+B_(4)C复合钎料对高性能B_(4)C-TiB_(2)-SiC-TiC(BTST)复合陶瓷进行了钎焊连接,分析了Ag-Cu-Ti钎料在复合陶瓷表面的润湿行为,研究了钎焊温度、保温时间以及B_(4)C含量对接头界面组织及力学性能的影响。结果表明:钎料对BTST复合陶瓷具有良好的润湿性,界面反应主要发生在Ti与复合陶瓷之间,反应产物主要为TiC和TiB。钎焊温度和保温时间显著影响钎焊接头的界面组织和力学性能。随着钎焊温度的提高或保温时间的延长,BTST复合陶瓷侧界面反应层逐渐增厚,钎缝组织趋向于形成Ag-Cu共晶组织,钎焊接头弯曲强度先升高后降低。随着钎料中B_(4)C含量的增加,接头中陶瓷侧反应层厚度急剧降低,钎缝区域组织得到细化,接头强度先升高后降低。当添加B_(4)C颗粒含量(质量分数)为1%,钎焊温度890℃,保温时间15 min时,钎焊接头弯曲强度最高为314.2 MPa。

关键词：复合陶瓷碳化硼钎焊微观组织弯曲强度

配电网用气体间隙开关触发腔性能劣化进程及剩余寿命预测方法

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电工技术学报 2024年第13期39卷 4127-4138页

作者：董冰冰陈子建合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

气体间隙开关重复触发动作导致其触发腔的机械性能、电气性能降低,在配电网快速控制与保护应用场景中的影响或将更加显著,亟须开展触发腔性能劣化及其寿命预测研究,为此搭建了气体间隙开关触发放电研究平台。研究结果表明,随着触发放电... 详细信息

气体间隙开关重复触发动作导致其触发腔的机械性能、电气性能降低,在配电网快速控制与保护应用场景中的影响或将更加显著,亟须开展触发腔性能劣化及其寿命预测研究,为此搭建了气体间隙开关触发放电研究平台。研究结果表明,随着触发放电次数的累积,触发腔针电极处内径、喷口直径与内壁表面粗糙度均逐渐增大,喷口内壁出现凹坑、凸起点,针电极处的烧蚀孔洞由“点—线—面”发展,引起气体开关触通过程中的等离子体喷射特性参数(喷射高度、喷射直径、喷射面积)逐渐减小,触通时延、击穿时延均明显增大。在强绝缘、强电负性SF6触发环境中,计及放电烧蚀分解产物的电负性效应,致其喷射等离子体发展过程受到明显抑制,显著制约了触发寿命。选取喷射高度为预测因子,建立基于长短期记忆神经网络(LSTM)的气体开关剩余触发寿命预测模型,模型预测值与试验值间的方均根误差、平均绝对百分比误差分别低至0.063、0.055,剩余触发寿命预测误差在10%以内。研究结果可为气体开关运行稳定性及寿命预测提供参考。

关键词：气体间隙开关等离子体喷射重复触发放电烧蚀累积寿命预测配电网

隔离开关温度检测用可逆变色涂料制备方法及其性能

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高电压技术 2024年第6期50卷 2580-2589页

作者：董冰冰孟岩葛医博武奔合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

隔离开关触头异常发热问题较为突出,影响电网的安全稳定运行。为了及时检测异常发热,提出一种隔离开关温度检测用可逆变色涂料制备方法,并对其性能进行分析研究。采用三组分法以结晶紫内酯为发色剂、双酚A为显色剂、棕榈酸为溶剂制备可... 详细信息

隔离开关触头异常发热问题较为突出,影响电网的安全稳定运行。为了及时检测异常发热,提出一种隔离开关温度检测用可逆变色涂料制备方法,并对其性能进行分析研究。采用三组分法以结晶紫内酯为发色剂、双酚A为显色剂、棕榈酸为溶剂制备可逆变色材料,并对其组分质量配比进行优选。结果表明:提高双酚A的质量配比,变色材料颜色加深,变色开始温度和变色结束温度均有所提高。提高棕榈酸的质量配比,变色材料颜色变浅,变色开始温度未见明显变化,而变色结束温度逐渐降低。采用原位聚合法制备变色微胶囊并进行差示扫描量热分析,其发生相变的温度区间与其变色温度范围较为一致,且其热稳定性良好。采用混合搅拌法制备不同配比(持久性就地成型防污闪复合涂料:微胶囊)的变色涂料具有较好的变色性能。各配比变色涂料的水接触角均大于100°,且单位长度沿面闪络电压均大于8.5 kV,具有较好的疏水性能和耐电性能。研究成果可为高温高湿运行环境中的隔离开关热致缺陷在线检测提供方法参考。

关键词：隔离开关温度检测变色材料微胶囊制备变色性能耐电性能

酞菁铁/MXene复合阴极的制备及电芬顿降解磺胺间二甲氧嘧啶

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无机材料学报 2024年

作者：刘会来李志豪孔德峰陈星合肥工业大学资源与环境工程学院合肥工业大学工业与装备技术研究院

研发具有高活性和高稳定的电极材料，是实现电芬顿体系高效降解磺胺类抗生素污染物的关键问题。本工作以MXene材料作为载体负载酞菁铁（FePc）制备了FePc/MXene纳米复合材料，并将其作为阴极催化剂构建电芬顿体系对磺胺间二甲氧嘧啶（SD... 详细信息

研发具有高活性和高稳定的电极材料，是实现电芬顿体系高效降解磺胺类抗生素污染物的关键问题。本工作以MXene材料作为载体负载酞菁铁（FePc）制备了FePc/MXene纳米复合材料，并将其作为阴极催化剂构建电芬顿体系对磺胺间二甲氧嘧啶（SDM）进行降解。负载FePc后，纳米材料依然保持手风琴状的片层结构，并且表面略粗糙，层间间距变小；FePc/MXene中FeNx的配位数约为4，且FePc与MXene之间的相互作用促进电极表面的电子转移。在构建的电芬顿体系中，FePc/MXene电极在50 min内对磺胺间二甲氧嘧啶（SDM）降解率达到98.9%，且在较宽的pH范围内表现出优异的催化性能和稳定性。降解性能的显著提高主要归因于复合材料中FeN4的引入增强了O2电催化还原为H2O2的活性。电芬顿体系主要通过自由基途径(·OH和·O2-)与非自由基途径(1O2)共同降解SDM。利用前沿轨道理论和福井函数阐明了SDM被不同活性物种攻击的位点，主要通过苯环的羟基化、氨基氧化、C–S和S–N键断裂而降解。此外，循环和离子浸出实验证明所制备的阴极催化剂具有优异的稳定性。

关键词：电芬顿 FePc/MXene 磺胺间二甲氧嘧啶活性氧物种降解路径

预制混凝土柱-钢梁对拉钢筋连接节点抗震性能试验研究

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建筑结构学报 2024年第5期45卷 184-195页

作者：王成刚幸飞宇薛彦涛陈丽华合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009 合肥工业大学土木工程结构与材料安徽重点实验室安徽合肥230009 中国建筑科学研究院有限公司北京100013

为充分发挥装配式结构的施工优越性以及改善钢筋混凝土柱-钢梁节点(RCS)的抗震性能,提出一种预制混凝土柱-钢梁对拉钢筋连接节点。通过对6个节点试件的低周往复加载试验,研究了对拉钢筋直径、对拉钢筋与钢梁翼缘相对位置以及钢梁翼缘形... 详细信息

为充分发挥装配式结构的施工优越性以及改善钢筋混凝土柱-钢梁节点(RCS)的抗震性能,提出一种预制混凝土柱-钢梁对拉钢筋连接节点。通过对6个节点试件的低周往复加载试验,研究了对拉钢筋直径、对拉钢筋与钢梁翼缘相对位置以及钢梁翼缘形式对节点抗震性能的影响。结果表明:节点试件破坏模式为梁端弯曲破坏和节点区连接破坏,主要表现为柱钢梁翼缘屈曲、钢梁翼缘撕裂、对拉钢筋断裂、钢套筒撕裂、对拉钢筋脱孔和钢套筒与混凝土柱脱空;梁端荷载-位移的滞回曲线形状较为饱满,刚度退化曲线较为平缓,位移延性系数在3.30~5.52之间,等效黏滞阻尼系数在0.15~0.30之间,节点具有较好的塑性变形能力和抗震性能;随着对拉钢筋和塞焊孔的直径增大,节点试件的承载力和耗能能力有所提高;对拉钢筋布置在钢梁翼缘内侧,节点试件的承载力、延性和耗能均有所降低,非加强翼缘节点试件的承载力显著降低,但延性有所提高。在试验基础上,建立了该种节点的有限元分析模型,对轴压比、钢套筒厚度等相关影响因素进行了研究。结果表明:随着轴压比的增大(由0.2增大到0.7),节点承载力有小幅增加8.8%;节点承载力随着核心区钢套筒厚度的增大(由10 mm增大到20 mm)有明显提高,增大了65.1%;核心区钢套筒延伸高度对节点的承载力影响不大;对拉钢筋与钢梁翼缘抗拉力比值小于1.0时,节点承载力随比值提高大幅提升,比值大于1.0时,节点承载力增加有所放缓,而比值大于1.5后,节点承载力几乎不再增长。

关键词：预制混凝土柱-钢梁梁柱节点对拉钢筋低周往复加载试验有限元分析抗震性能