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微量生物炭表面酸性官能团质量摩尔浓度定量分析方法

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哈尔滨工业大学学报 2025年第2期57卷 65-72页

作者：李崯雪崔邴晗尚宏儒曹永娜程泽斌于艳玲哈尔滨工业大学郑州研究院郑州450000 哈尔滨工业大学化工与化学学院哈尔滨150001

表面官能团是生物炭的重要组成部分,其种类与数量对生物炭的性质、性能和应用有很大影响。现有碳材料表面官能团定量分析主要方法为Boehm滴定法,该方法耗炭量大、操作步骤多、耗时长。为此,通过构建质子消耗模型、编写Python程序、进行... 详细信息

表面官能团是生物炭的重要组成部分,其种类与数量对生物炭的性质、性能和应用有很大影响。现有碳材料表面官能团定量分析主要方法为Boehm滴定法,该方法耗炭量大、操作步骤多、耗时长。为此,通过构建质子消耗模型、编写Python程序、进行酸碱滴定实验、调试模型参数,建立一种微量生物炭表面官能团质量摩尔质量摩尔浓度定量分析方法,能够快速测量微量生物炭的表面官能团质量摩尔浓度与对应的酸解离常数p K_(a)。通过调整参数、训练模型,分析此方法适用的生物炭质量范围,发现测试样品质量为50 mg时模型的均方误差E_(MS)<0.002,迭代次数设置为20000时模型的E_(MS)<0.001,表明测量结果准确度较高。该方法测定的生物炭表面官能团总量与Boehm滴定法的相对误差在2%以内,且生物炭用量缩减95%、测量时间缩短10 h以上、实验操作步骤大幅简化,满足生物炭表面官能团定量分析微量、快速的技术需求。

关键词：生物炭表面官能团酸碱滴定定量分析方法

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临近空间高超声速飞行器快时变机动模型及轨迹预报

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系统工程与电子技术 2025年第1期47卷 244-253页

作者：朱金钊周荻陈晓波蔡明春哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001 北京电子工程总体研究所北京100854

针对临近空间高超声速快时变机动目标的轨迹跟踪与弹道预报问题,首先以现有的针对慢时变机动目标的运动模型为基础,引入描述快时变机动特点的状态量,建立一种机动目标跟踪非线性模型,并证明基于该模型的非线性跟踪滤波系统的可观性。其... 详细信息

针对临近空间高超声速快时变机动目标的轨迹跟踪与弹道预报问题,首先以现有的针对慢时变机动目标的运动模型为基础,引入描述快时变机动特点的状态量,建立一种机动目标跟踪非线性模型,并证明基于该模型的非线性跟踪滤波系统的可观性。其次,针对该系统提出一种连续-离散测量插值混合型快收敛推广卡尔曼滤波器,还提出一种基于聚类分析的目标机动模式识别方法,并基于目标机动模式识别设计了预报器。仿真结果表明,对于做快时变机动的临近空间高超声速飞行器,采用所提出的机动模型,可以获得良好的跟踪和预报结果。

关键词：临近空间高超声速飞行器快时变机动模型聚类分析弹道预报

考虑不确定参数的含间隙柔性机械臂非概率可靠性分析

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力学学报 2025年第1期57卷 224-236页

作者：白争锋牛余新崔乐文赵继俊哈尔滨工业大学航天工程系哈尔滨150001 哈尔滨工业大学(威海)机械工程系山东威海264209

由于加工制造精度以及空间环境等的影响,空间机械臂的几何参数、材料参数等特征参数的不确定性会降低机械臂系统的运动精度及可靠性.为了研究不确定参数和关节间隙对机械臂动态响应的影响,解决由于空间机械臂实验样本数据不足难以获得... 详细信息

由于加工制造精度以及空间环境等的影响,空间机械臂的几何参数、材料参数等特征参数的不确定性会降低机械臂系统的运动精度及可靠性.为了研究不确定参数和关节间隙对机械臂动态响应的影响,解决由于空间机械臂实验样本数据不足难以获得精准的概率可靠性的问题.本文建立了含关节间隙和不确定参数的柔性机械臂的动力学模型和非概率可靠性计算方法,首先通过碰撞力模型和状态函数建立关节间隙数学模型,采用假设模态法描述柔性机械臂的变形,并利用Lagrange法建立含关节间隙柔性机械臂确定性动力学模型.在此基础上,考虑系统参数不确定性,将系统的不确定参数描述为区间变量,建立机械臂的不确定性动力学方程,并利用基于Chebyshev多项式的区间算法求解含区间变量的机械臂的动力学方程.针对空间机械臂的运动可靠性问题,构建了极限状态函数,并分别建立了4种非概率可靠性指标.最后,基于提出的不确定性动力学模型和4种非概率可靠性计算方法进行仿真分析,数值仿真结果验证了所提出的动力学模型和非概率可靠性计算方法的有效性,且可能性法相比Monte Carlo方法的计算效率更高,实现了柔性机械臂的动力学响应预示与非概率可靠性分析.

关键词：机械臂关节间隙不确定性 Chebyshev 多项式非概率可靠性

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基于含晕气泡曳力模型的鼓泡床流化行为分析

哈尔滨工业大学学报 2025年第2期57卷 17-24页

作者：章凯朱垚辰李娟王帅哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

气固鼓泡流态化系统具有非平衡、非线性的多尺度特征。为研究含晕鼓泡床内复杂流动行为,利用含晕气泡多尺度曳力模型对三维鼓泡床反应器开展数值模拟,获得不同位置颗粒速度与体积分数的变化规律。对颗粒体积分数时间波动序列进行小波变... 详细信息

气固鼓泡流态化系统具有非平衡、非线性的多尺度特征。为研究含晕鼓泡床内复杂流动行为,利用含晕气泡多尺度曳力模型对三维鼓泡床反应器开展数值模拟,获得不同位置颗粒速度与体积分数的变化规律。对颗粒体积分数时间波动序列进行小波变换,分析轴向和径向位置颗粒脉动和气泡波动的变化。结果表明:基于含晕气泡的多尺度曳力模型能够较好地预测床内流动状态,床内整体呈现颗粒在中心上升而沿壁面下落的环-核流动形式;与颗粒速度波动相比,颗粒体积分数的波动频率更高且更加难以分辨;小波分析获得的颗粒相和气泡相的波动强度沿床高增加,但随着靠近壁面逐渐减弱;A类颗粒鼓泡床内气泡更强烈的破碎与聚并行为,使径向气泡分布较为均匀,能量分率径向差异较小;入口流速的增大增强了颗粒径向分布的非均匀性,且增大了颗粒相和气泡相波动信号的能量分率。

关键词：含晕气泡鼓泡流化床小波分析曳力

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基于随机游走法的热特性参数重建研究

工程热物理学报 2025年第1期46卷 193-200页

作者：朱泽宇李嘉璐张志祥高包海任亚涛齐宏哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

随着航空航天事业的不断发展,对航天器温度控制的重要性日益突显,特别是需要获取航天器在轨飞行时的外热流数据。本文在利用蒙特卡罗–随机游走法求解导热正问题的基础上,利用协方差矩阵自适应进化策略对二维矩形计算域进行热特性参数... 详细信息

随着航空航天事业的不断发展,对航天器温度控制的重要性日益突显,特别是需要获取航天器在轨飞行时的外热流数据。本文在利用蒙特卡罗–随机游走法求解导热正问题的基础上,利用协方差矩阵自适应进化策略对二维矩形计算域进行热特性参数反演研究。通过给定计算域不同位置、不同数量的温度以及不同分布的内热源,并分别施加0、1%、3%的误差,研究了壁面温度和介质导热系数的反演情况,并对平均运行时间进行了统计。结果表明,对于计算域布置10个测点的情况,已知的测点温度越靠近边界且测点数量为3个时得到的反演结果较为理想,且内热源分布并不影响反演结果。

关键词：导热反问题蒙特卡罗方法随机游走法协方差矩阵自适应进化策略

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钢筋螺旋肋灌浆套筒连接性能试验分析

哈尔滨工业大学学报 2025年第1期57卷 110-119页

作者：魏嘉奇李明越姜洪斌哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090 结构工程灾变与控制教育部重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090

传统灌浆套筒制造过程繁琐、原材料成本高且灌浆质量难以保证,限制了中国预制装配式建筑的推广。为促进建筑行业的经济、环保和高效发展,本课题组研发了一种新型钢筋灌浆套筒连接技术,采用了“滚压螺旋肋灌浆套筒”和“类宾汉流体灌浆料... 详细信息

传统灌浆套筒制造过程繁琐、原材料成本高且灌浆质量难以保证,限制了中国预制装配式建筑的推广。为促进建筑行业的经济、环保和高效发展,本课题组研发了一种新型钢筋灌浆套筒连接技术,采用了“滚压螺旋肋灌浆套筒”和“类宾汉流体灌浆料”,钢筋与灌浆料、灌浆料与套筒之间形成了更加紧密的机械锁合,显著提高了构件连接后的承载力。该技术具有成本低廉、施工简便、灌浆质量易于保证等优点。为了探究该连接体系下钢筋的最小锚固长度及钢筋对中对接与偏置对接在连接性能上的差异,通过对34个接头试件进行单向拉伸试验,分析了试件的破坏模式及各项结构性能指标。研究结果表明:钢筋在套筒内部偏置对接与对中对接在连接性能上差别不大;滚压套筒内的内凸肋显著增强了对灌浆料滑移的阻抗作用,可提供足够的黏结锚固以达到连接性能要求。初步结果显示,在该连接方式下钢筋的最小锚固长度可采用10倍钢筋直径,并采用偏置对接方式。

关键词：螺旋肋灌浆套筒钢筋偏置对接单拉试验锚固长度黏结强度

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纵波在层状随机孔隙介质中的衰减

地球物理学报 2025年第1期68卷 375-383页

作者：穆常青宋永佳胡恒山哈尔滨工业大学航天科学与力学系哈尔滨150001

储层岩石常具有细密层状结构,研究弹性波在这种细密分层岩石中的衰减特性有助于更准确的获取储层信息.本文将细密分层岩石视为分层随机孔隙介质,并基于小扰动近似,在Biot理论框架下得到了纵波透射分层随机孔隙介质后有效波数的解析表达... 详细信息

储层岩石常具有细密层状结构,研究弹性波在这种细密分层岩石中的衰减特性有助于更准确的获取储层信息.本文将细密分层岩石视为分层随机孔隙介质,并基于小扰动近似,在Biot理论框架下得到了纵波透射分层随机孔隙介质后有效波数的解析表达式,利用有效波数可获得透射波的逆品质因子.本文对透射纵波的衰减特性进行了研究,分析了特征层厚、入射角、介质参数扰动变化以及介质渗透率变化对纵波衰减的影响.计算结果表明,衰减具有角度依赖性,各介质参数的扰动和渗透率变化影响纵波衰减.

关键词：层间流散射 Biot全局流衰减各向异性随机介质

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地月三体系统新型太阳帆周期轨道设计与分析

航空学报 2025年第4期46卷 107-129页

作者：安诗宇刘明李化义吴凡哈尔滨工业大学卫星技术研究所哈尔滨150001

地月三体系统中的周期轨道在深空探测中具有重要的理论价值和工程意义。太阳帆航天器不需要消耗推进剂,在长期的空间任务中具有很大的潜力。在地月三体系统中增加太阳帆推进,将在地月系统中开辟更多有应用价值的轨道。在太阳帆地月圆型... 详细信息

地月三体系统中的周期轨道在深空探测中具有重要的理论价值和工程意义。太阳帆航天器不需要消耗推进剂,在长期的空间任务中具有很大的潜力。在地月三体系统中增加太阳帆推进,将在地月系统中开辟更多有应用价值的轨道。在太阳帆地月圆型限制性三体问题的简化非自治动力学模型下,引入了一种新的太阳帆指向律,使得太阳帆加速度与帆的状态向量相关,在此条件下,推导了系统的雅可比矩阵。将该指向律应用到近直线Halo轨道中,结合改进的微分修正法和太阳帆加速度延拓寻找新的轨道族。数值仿真验证了该指向律和该数值计算方法在非自治系统周期轨道设计中的有效性。分析表明,建立的新型太阳帆周期轨道族可用于月球照明和月球高纬度地区观测。最后,将周期轨道迁移到非共面双椭圆扰动模型中,通过二级微分修正方法得到了扰动下的拟周期轨道,分析表明其照明性能和覆盖性能可以保持。进一步计算了不同初始时刻对应的拟周期轨道,分析表明当地月质心和月球越接近其轨道的近心点时,扰动因素对轨道的影响越大。

关键词：地月系统限制性三体问题太阳帆周期轨道扰动模型

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弥散型核燃料的辐照-热-力耦合断裂相场法

力学学报 2025年第1期57卷 173-182页

作者：尹耀得于红军哈尔滨工业大学航天科学与力学系哈尔滨150001

弥散型核燃料作为第4代核电技术的重要组成部分,以其反应均匀、温度梯度小及高燃耗等显著优势,在核电领域展现出重要应用前景.随着核电站设计服役年限的延长,为防止核裂变产物的泄露,弥散型核燃料元件断裂和失效行为的预测更加重要.断... 详细信息

弥散型核燃料作为第4代核电技术的重要组成部分,以其反应均匀、温度梯度小及高燃耗等显著优势,在核电领域展现出重要应用前景.随着核电站设计服役年限的延长,为防止核裂变产物的泄露,弥散型核燃料元件断裂和失效行为的预测更加重要.断裂相场法是近年发展起来的计算断裂力学方法,并在多物理场作用下的复杂介质断裂行为预测上取得了成功.首先基于连续介质热力学建立了辐照-热-力耦合断裂相场方法用以预测弥散型核燃料在辐照、热应力和机械载荷共同作用下的断裂及传热行为.随后,分别对压水堆坏境下的弥散型核燃料代表性单元及整板的断裂行为进行了数值仿真计算,获得了弥散型核燃料内部的温度场、裂纹相场和静水压力场.结果显示:均匀颗粒分布的弥散型核燃料具有较小的温度梯度;基体中未发现裂纹,结构损伤形式以燃料颗粒断裂为主,裂纹在燃料颗粒边缘萌生并向内部扩展.本研究可为弥散型核燃料元件的断裂行为预测提供有效的计算模拟方法和数值分析依据.

关键词：断裂相场法辐照-热-力耦合弥散型核燃料有限元模拟