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基于K-T条件的核环吊空间滑轮绳索接触段计算方法研究

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力学学报 2024年第4期56卷 1123-1137页

作者：赵天骄齐朝晖王天堉徐金帅大连理工大学工程力学系辽宁大连116024

滑轮绳索系统是一类可以利用内嵌于其中的绳索控制的多体系统,一般存在大量绳索接触段,随着机械系统的复杂化和智能化,对这类系统的精确性和可靠性提出了高要求.针对核环吊起升机构中空间滑轮绳索接触段,推导了接触段绳索微元体平衡方程... 详细信息

滑轮绳索系统是一类可以利用内嵌于其中的绳索控制的多体系统,一般存在大量绳索接触段,随着机械系统的复杂化和智能化,对这类系统的精确性和可靠性提出了高要求.针对核环吊起升机构中空间滑轮绳索接触段,推导了接触段绳索微元体平衡方程,得到了接触力密度的解析表达式.将绳索应变求解转化为优化问题,利用库恩塔克(K-T)条件,建立了绳索轴向应变以及应变对弧长导数满足的非线性方程,并求出了内部应变对滑轮两端参数的导数,计算了滑轮与绳索接触段的应变分布,推导了绳索方位角与弧长应满足的协调方程.同时结合接触段滑轮槽截面的几何特点,推导了切向和法向接触力密度与绳索轴向应变之间的关系,提出了滑轮两侧绳索应满足的边界条件,利用边界点处绳索与滑轮物质速度相等的条件,建立了约束方程.数值算例表明,计算结果符合绳索受力变形规律和接触力变化趋势.提供的方法为包含空间滑轮绳索机构的核环吊机构以及其他大型机械系统分析提供了新的思路.

关键词：滑轮绳索系统起升机构应变分析接触力密度空间描述

气流输运工况玉米淀粉爆炸火焰传播与压力特性实验研究

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化工学报 2024年第5期75卷 2072-2080页

作者：张帅喻健良丁建飞闫兴清大连理工大学化工学院辽宁大连116024

利用自主搭建的2 m长气流输运管道实验装置开展了不同气流速度下玉米淀粉爆炸实验,通过高速摄影和压力传感器获得火焰信息和压力参数。基于实验结果分析了气流输运工况气流速度对玉米淀粉爆炸火焰传播行为和爆炸特性的影响规律。结果表... 详细信息

利用自主搭建的2 m长气流输运管道实验装置开展了不同气流速度下玉米淀粉爆炸实验,通过高速摄影和压力传感器获得火焰信息和压力参数。基于实验结果分析了气流输运工况气流速度对玉米淀粉爆炸火焰传播行为和爆炸特性的影响规律。结果表明:随着气流速度的增加,粉尘爆炸火焰亮度、火焰传播速度及最大爆炸压力呈先增大后减小的趋势,存在火焰呈螺旋状向管道末端传播的现象。气流速度从5 m/s升至10 m/s,火焰最大传播速度从74.07 m/s增加到89.51 m/s,最大爆炸压力由17.08 kPa增至23.42 kPa。气流速度提高到15 m/s时,火焰最大传播速度和爆炸压力均有所下降,质量浓度为300 g/m3时受影响最大,爆炸压力降低41%,500 g/m3时受影响最小,爆炸压力下降7.4%。

关键词：气流输运粉尘爆炸气流速度火焰传播火焰传播速度爆炸压力

可降解Fe@Fe-Zn骨组织工程支架体外生物相容性研究

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表面技术 2024年第8期53卷 163-172页

作者：罗彩云王伟强史淑艳杨帅康许雅南朱明刘慧颖大连理工大学辽宁大连116024 大连医科大学辽宁大连116044

目的以多孔铁为基体,利用脉冲电沉积制备可降解多孔Fe@Fe-Zn复合材料骨组织工程支架,以期提高材料的降解速率和抗菌性能。方法通过调节脉冲频率,得到不同Zn含量的Fe-Zn合金层;使用电子探针、X射线衍射仪、扫描电镜来研究材料的元素含量... 详细信息

目的以多孔铁为基体,利用脉冲电沉积制备可降解多孔Fe@Fe-Zn复合材料骨组织工程支架,以期提高材料的降解速率和抗菌性能。方法通过调节脉冲频率,得到不同Zn含量的Fe-Zn合金层;使用电子探针、X射线衍射仪、扫描电镜来研究材料的元素含量、相组成和显微结构;通过压缩测试考察支架的力学性能;用体外浸泡来考察材料的降解性能;用浸提液培养分析材料对小鼠胚胎成骨细胞的黏附铺展和细胞活性的影响;用浸提液和直接培养来探究材料的抗大肠杆菌性能。结果随脉冲频率增加,合金中Zn含量减小;不同合金均为单一的α(Fe)相;电沉积组织致密,杂质含量低;Zn含量为7.5%(均以质量分数计)时,支架抗压屈服强度较多孔铁提升6%;复合材料的降解速率为0.44~0.48 mm/a,较多孔铁有显著改善;复合材料浸提液在稀释到25%(体积分数)时,表现出良好的细胞相容性,且随Zn含量增加,细胞活性增强;Zn含量为7.5%时,材料的抗菌性能最好。结论通过电沉积制备的Fe@Fe-Zn支架的腐蚀速率相较于多孔铁有明显提高。随合金层中Zn含量的增加,其细胞活性增强,抗菌性能提高。Fe@Fe-Zn有望发展为可广泛应用的可降解骨组织工程支架材料。

关键词：骨组织工程支架多孔铁 Fe-Zn合金降解性能生物相容性抗菌性能

油水膜分离中高黏度油滴行为研究和影响因素分析

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化工学报 2024年第6期75卷 2262-2273页

作者：霍宗伟牛亚宾潘艳秋大连理工大学化工学院辽宁大连116024

膜法分离油田采出废水中的重油组分是膜污染的重要影响因素,且不同膜分离条件下膜面附近的复杂油滴行为直接影响膜分离效果,所以研究膜面附近的高黏度油滴行为十分必要。基于实际油田采出废水物性数据的实验测定结果,采用耗散粒子动力学... 详细信息

膜法分离油田采出废水中的重油组分是膜污染的重要影响因素,且不同膜分离条件下膜面附近的复杂油滴行为直接影响膜分离效果,所以研究膜面附近的高黏度油滴行为十分必要。基于实际油田采出废水物性数据的实验测定结果,采用耗散粒子动力学(DPD)方法结合高黏度油滴轨迹和油滴间相互作用能结果对油滴行为进行细化分析。结果表明,双油滴呈现掠过和聚并两大类行为,又可各分为三个行为阶段:油滴间排液、油滴接触和油滴复稳;双油滴间距和油滴与膜面间距的减小有助于油滴聚并,从而有利于油水分离,且油滴与膜面间距的减小会导致油滴碰撞后的位置更远离膜面;表面活性剂的存在阻碍油滴聚并,不利于油水分离,且离子型表面活性剂因其亲水头间的强排斥力而阻碍作用更强;第3油滴的存在会促进双油滴聚并,有利于油水分离,其促聚并程度受油滴碰撞角的影响。研究结果可为后续的油滴与分离膜相互作用及油水分离效果的研究提供依据,也可为油水膜分离条件的设置和技术优化提供理论支持。

关键词：膜分离耗散粒子动力学模拟油滴行为表面活性剂

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基于单液滴蒸发的离心喷雾干燥数值模拟

化工进展 2024年第4期43卷 1700-1710页

作者：祝妍妮王维孙闫晨昊魏岗张大为大连理工大学化工学院辽宁大连116024

为了分析离心式喷雾干燥塔内物理场分布和液滴运动规律,采用欧拉-拉格朗日法,耦合单液滴干燥模型,建立了喷雾干燥过程的三维稳态数学模型。以70%(湿基)麦芽糊精溶液为原料液,在中试喷雾干燥系统上进行实验,测定了塔内温度分布。结果表明... 详细信息

为了分析离心式喷雾干燥塔内物理场分布和液滴运动规律,采用欧拉-拉格朗日法,耦合单液滴干燥模型,建立了喷雾干燥过程的三维稳态数学模型。以70%(湿基)麦芽糊精溶液为原料液,在中试喷雾干燥系统上进行实验,测定了塔内温度分布。结果表明,模拟的塔内特征点温度与实验结果吻合良好,平均相对误差为1.84%,验证了模拟结果的准确性和可靠性。考察塔内连续相传递过程发现,三维物理场分布不是轴对称的,塔中心区域具有较高的温度、较低的水蒸气含量和较大的气流速度。分析液滴运动轨迹和干燥过程发现,较大的液滴干燥时间较长,较小的液滴干燥时间短但由于发生回旋返混停留时间较长。模拟研究了进风温度、雾化盘转速和进风角度对塔内物理场分布和液滴干燥行为的影响,分析了喷雾干燥过程的传质传热机理。

关键词：喷雾干燥数值模拟单液滴干燥动力学运动轨迹传质传热

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AZ31B镁合金钒/硅烷复合转化膜的制备与表征

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表面技术 2024年第4期53卷 34-45页

作者：董丽惠王华李琳大连理工大学化工学院辽宁大连116024

目的改善钒酸盐转化膜表面形貌,提高单一钒酸盐转化膜的耐蚀性能。方法使用偏钒酸盐和硅烷通过两步法在镁合金表面制备钒/硅烷复合转化膜,比较不同硅烷制备的复合膜的耐蚀性能,从而确定使用硅烷的种类,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能... 详细信息

目的改善钒酸盐转化膜表面形貌,提高单一钒酸盐转化膜的耐蚀性能。方法使用偏钒酸盐和硅烷通过两步法在镁合金表面制备钒/硅烷复合转化膜,比较不同硅烷制备的复合膜的耐蚀性能,从而确定使用硅烷的种类,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外光谱(FT-IR)观察转化膜的微观形貌并分析转化膜的组成和结构,通过交流阻抗测试(EIS)、Tafel极化曲线测试和全浸腐蚀实验评价转化膜的耐蚀性能,并采用划格实验和接触角测试评价转化膜的结合力和疏水性。结果确定使用BTEPST(双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物)作为成膜组分,使用偏钒酸钠和BTESPT在镁合金表面成功制备钒/BTESPT复合膜,复合膜表面均匀平整,致密无裂纹,与基体结合力好,具有疏水性,该复合膜的组成元素为Mg、V、C、O、Si和S,且元素分布较均匀,膜层是包含Si—O—S、Si—O—Mg、Si—O—V等共价键的交联结构。交流阻抗测试结果显示,钒/BTESPT复合转化膜的膜层电阻为1.17×10^(5)Ω·cm^(2),电荷转移电阻为1.076×10^(5)Ω·cm^(2)。极化曲线测试结果表明,复合膜的腐蚀电位为-1.4570V,腐蚀电流密度为1.4980×10^(-7)A·cm^(-2),腐蚀电流密度相较于基体降低约2个数量级,对镁合金的保护效率达到99.6%。复合转化膜在3.5%(质量分数)NaCl溶液中长期浸泡10d未发生明显腐蚀,全浸实验浸泡14d腐蚀速率为0.0580 g/(m^(2)·h),未处理的镁合金腐蚀速率则为0.5186 g/(m^(2)·h)。结论钒/BTESPT复合膜能进一步提高钒酸盐转化膜对AZ31B镁合金的保护性能。

关键词：镁合金表面处理化学转化膜钒酸盐硅烷耐蚀性

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智能网联公交车出站强制换道的演化博弈机制

吉林大学学报（工学版） 2024年第1期54卷 124-135页

作者：杜筱婧姚荣涵大连理工大学交通运输学院辽宁大连116024

为缓解智能网联公交车出站强制换道时与社会车辆之间的冲突,分析了智能网联公交车与社会车辆行为决策的演化博弈机制。考虑社会车辆为人工驾驶社会车辆和智能网联社会车辆两种场景,从安全效用、时间效用和节能效用角度构建演化博弈效用... 详细信息

为缓解智能网联公交车出站强制换道时与社会车辆之间的冲突,分析了智能网联公交车与社会车辆行为决策的演化博弈机制。考虑社会车辆为人工驾驶社会车辆和智能网联社会车辆两种场景,从安全效用、时间效用和节能效用角度构建演化博弈效用函数,并以此建立演化博弈的复制动态方程。根据动态博弈系统的雅克比矩阵的行列式和迹,分析不同情况下博弈的均衡点及其稳定性,并探讨动态博弈系统对合作策略与非合作策略差值的灵敏度。结果表明,动态博弈系统可能的演化方向包括“智能网联公交车换道、社会车辆让路”“,智能网联公交车不换道、社会车辆不让路”和“智能网联公交车不换道、社会车辆让路”。从整体最优的角度看,调整社会车辆安全效用和时间效用的相关变量,能够保证更多车辆在智能网联公交车出站强制换道过程中的安全和效率。节能效用对(换道,让路)策略组合有促进作用,对(不换道,不让路)策略组合有抑制作用。

关键词：交通工程智能网联公交车强制换道演化博弈行为决策

高石墨化度多孔炭的制备及其乙烷/乙烯分离性能

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新型炭材料（中英文） 2024年第5期39卷 1027-1036页

作者：刘汝帅唐帆史晓东郝广平陆安慧大连理工大学化工学院辽宁大连116024

乙烷(C_(2)H_(6))与乙烯(C_(2)H_(4))的高效分离对于制备聚合物级C_(2)H_(4)至关重要,需要开发选择性高和稳定性好的C_(2)H_(6)/C_(2)H_(4)吸附剂。本文以酚醛树脂为前驱体,FeCl3为铁源,通过在室温下聚合及800ºC下炭化的方法制备了高石... 详细信息

乙烷(C_(2)H_(6))与乙烯(C_(2)H_(4))的高效分离对于制备聚合物级C_(2)H_(4)至关重要,需要开发选择性高和稳定性好的C_(2)H_(6)/C_(2)H_(4)吸附剂。本文以酚醛树脂为前驱体,FeCl3为铁源,通过在室温下聚合及800ºC下炭化的方法制备了高石墨化度多孔炭(GC-800,GC=Graphitized Carbon),并利用Vienna Ab-initio Simulation Package(VASP)计算证实了石墨化的多孔炭表面与C_(2)H_(6)分子间的结合能更高。石墨化度的增加可以有效提高多孔炭对C_(2)H_(6)的吸附能力,但高温下Fe的催化石墨化过程会破坏多孔炭的微孔结构,从而降低C_(2)H_(6)/C_(2)H_(4)的分离能力。通过调控炭化温度,实现了对多孔炭的石墨化度与孔隙结构的协同优化。结果表明,GC-800具有高的石墨化度,sp^(2)C的含量高达73%,比表面积高达574 m^(2)·g^(-1)。在298 K和1 bar的条件下GC-800对C_(2)H_(6)的平衡吸附容量为2.16 mmol·g^(-1),C_(2)H_(6)/C_(2)H_(4)(1∶1和1∶9,v/v)Ideal Adsorption Solution Theory(IAST)选择性分别达到2.4和3.8,显著高于大多数报道的高性能C_(2)H_(6)选择性吸附剂。动态穿透实验表明GC-800可以从C_(2)H_(6)和C_(2)H_(4)混合物中一步获得高纯度的C_(2)H_(4)。动态循环测试证实了GC-800具有良好的循环稳定性,含湿条件下GC-800仍能高效分离C_(2)H_(6)/C_(2)H_(4)。

关键词：多孔炭石墨化炭 C2H6/C2H4分离反转吸附

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迎风格式在接触间断的数值耗散及其诱导误差

国防科技大学学报 2024年第1期46卷 51-62页

作者：韩芳魏雁昕刘君大连理工大学航空航天学院辽宁大连116024

在不同流场参数条件下对三种迎风格式在接触间断中的数值耗散问题进行了数值实验,并对数值耗散产生的机理进行了分析。数值计算结果和理论分析表明,矢通量分裂格式计算接触间断问题时,若流场静止或流场内存在亚声速区域,密度耗散的产生... 详细信息

在不同流场参数条件下对三种迎风格式在接触间断中的数值耗散问题进行了数值实验,并对数值耗散产生的机理进行了分析。数值计算结果和理论分析表明,矢通量分裂格式计算接触间断问题时,若流场静止或流场内存在亚声速区域,密度耗散的产生会诱导出以特征速度运动的数值扰动误差,该误差对数值耗散的大小无影响,但会影响流场的速度及压力参数分布,从而改变流场的结构。在二维问题中,诱导误差相互干扰会产生大量的复杂小尺度结构,给流场结构分析带来困难。同时,在密度参数线性分布的流场中,若空间离散格式重构的对象为对流通量,使用矢通量分裂格式计算流场会产生数值误差,使计算精度难以到达二阶。

关键词：迎风格式有限差分格式接触间断数值耗散数值误差