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基于小波去噪和卷积神经网络的发动机爆震识别

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航空动力学报 2024年第7期39卷 151-160页

作者：胡春明刘铮刘娜宋玺娟杜春媛天津大学内燃机研究所天津300072 天津大学机械工程学院天津300072

在活塞式航空煤油发动机上进行爆震试验研究,首先使用小波去噪对发动机缸压信号进行噪声提取,然后对0°~45°曲轴转角内的噪声信号进行快速傅里叶变换将一维时域噪声信号展开成二维时频域特征图,最后将特征图输入到训练好的卷积神经网络... 详细信息

在活塞式航空煤油发动机上进行爆震试验研究,首先使用小波去噪对发动机缸压信号进行噪声提取,然后对0°~45°曲轴转角内的噪声信号进行快速傅里叶变换将一维时域噪声信号展开成二维时频域特征图,最后将特征图输入到训练好的卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)中进行爆震识别.验证结果表明:轻微和严重爆震都会在10°~30°曲轴转角内产生幅值较大噪声信号,与无爆震循环的时频域特征图有明显区别;在爆震特征提取上小波去噪要优于带通滤波,在爆震特征识别上CNN方法要优于支持向量机(support vector machine,SVM)方法;小波去噪和CNN结合的爆震识别方法对发动机4种不同运行工况的爆震识别准确率都能达到91%以上;小波去噪结合CNN方法对爆震循环的查准率为83.16%,查全率高达98.79%,能够准确地识别出发动机的爆震循环.

关键词：爆震识别活塞式航空煤油发动机小波分析小波去噪深度学习卷积神经网络

基于平板热管的高温质子交换膜燃料电池堆启动特性

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化工进展 2024年第4期43卷 1754-1763页

作者：钱志广王世学朱禹岳利可天津大学机械工程学院天津300350 中低温热能高效利用教育部重点实验室(天津大学) 天津300350 天津大学国家储能技术产教融合创新平台天津300350

高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)运行温度约160℃,较传统低温电池具有更佳的电化学反应动力学、更简单的水热管理和更高的CO耐受性等优势。但运行温度提高,如何实现HT-PEMFC的快速预热启动成为制约其应用推广的重要挑战之一。当前工作... 详细信息

高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)运行温度约160℃,较传统低温电池具有更佳的电化学反应动力学、更简单的水热管理和更高的CO耐受性等优势。但运行温度提高,如何实现HT-PEMFC的快速预热启动成为制约其应用推广的重要挑战之一。当前工作中,针对一个额定功率为500W的HT-PEMFC电堆,尝试利用一种平板热管(FHP)对该电堆进行预热启动。设计搭建了实验装置,从预热时间、温度分布、传热量分布等方面对这一方法进行评估。实验结果表明,提高加热功率可以显著缩短预热时间,500W时预热耗时3000s,1500W时则仅需980s;但同时也造成温度均匀性出现恶化,500W时竖直方向最大温差约28℃,1500W时该温差则达到了80℃。此外,水平方向的温差也随加热功率的提高而增加,且越靠近热源的区域越明显,最高达15.7℃,这无疑会加速质子交换膜的机械失效。实际中,应在不过多影响电池运行寿命的前提下,提高加热功率以缩短启动时间。

关键词：燃料电池传热氢测量热管理平板热管

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设定地震的近断层地铁车站结构宽频地震响应分析

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工程科学与技术 2024年

作者：吴孟桃王斌巴振宁戴靠山梁建文四川大学土木工程系天津大学土木工程系

利用确定性物理模拟方法构建震源-路径-场地耦合的强地震动场，进而将模拟地震动作为输入评估近断层场地中重要工程结构的抗震性能是当前地震工程领域的前沿课题。本文针对断层-车站全过程响应模拟，在前期提出的频率波数域-谱元-有限元... 详细信息

利用确定性物理模拟方法构建震源-路径-场地耦合的强地震动场，进而将模拟地震动作为输入评估近断层场地中重要工程结构的抗震性能是当前地震工程领域的前沿课题。本文针对断层-车站全过程响应模拟，在前期提出的频率波数域-谱元-有限元（FK-SE-FE）强耦合3步方法的基础上，进一步引入结合确定性低频成分和随机高频扰动的运动学混合震源模型，实现基于设定地震的近断层地铁车站结构宽频地震响应分析。以天津市地铁地下车站为例，根据现有轨道交通线网选取6个重要站点作为研究对象，建立了考虑土-结构动力相互作用的地铁车站结构精细化有限元模型；以天津南隐伏断裂为背景，基于目标地区的活动断层探测、地震危险性评价和岩土勘探钻孔数据等资料，构造了目标断层的运动学混合震源模型和区域地下速度结构，给出了设定6.1级地震下车站所在场地的0～10 Hz地震动幅值及波形特征；将合成的宽频地震波作为土层-车站系统的多维多点地震动输入，从变形云图、最大层间位移角和侧墙相对位移等多个角度比较了不同车站的动力响应。结果表明：本文研究方法能够反映不同车站场地地震动的空间差异，可评估潜在地震发生时近断层地铁车站结构的破坏风险，为相关场地区域内的地下交通抗震设防提供参考。

关键词：设定地震地震波传播混合震源模型地铁车站全过程响应

震源-盆地-结构整体物理模型地震模拟：FK-SE-FE方法

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振动工程学报 2024年

作者：吴孟桃王斌巴振宁戴靠山梁建文四川大学土木工程系天津大学土木工程系

震源特性、传播路径和场地条件是影响地震动的关键因素，相关研究为结构抗震设计提供基础。本文针对考虑震源-路径-场地效应的工程结构地震响应模拟，充分发挥频率-波数域（FK）技术半解析求解深部地壳半无限空间内源格林函数、SEM高效... 详细信息

震源特性、传播路径和场地条件是影响地震动的关键因素，相关研究为结构抗震设计提供基础。本文针对考虑震源-路径-场地效应的工程结构地震响应模拟，充分发挥频率-波数域（FK）技术半解析求解深部地壳半无限空间内源格林函数、SEM高效计算大尺度复杂场地非均匀波场、FEM精细模拟工程结构与构件及其弹塑性特性的优势，建立了FK-SE-FE强耦合三步走方法。通过“震源-场地”和“场地-结构”两方面的算例比较，逐步验证了方法的正确性和精度。进而以美国SAC钢框架结构基准模型为实例，开展位错点源、沉积盆地和上部结构的地震模拟及其作用效应分析，重点探讨了有无沉积盆地和是否考虑土-结构相互作用对钢框架结构地震响应的影响。结果表明：与从模型底部直接输入加速度地震波的方案相比，考虑土-结构相互作用情况的结构顶层峰值响应显著降低；波传播过程中沉积盆地的存在显著增大了结构的整体地震响应和最大形变沿层高的分布，且结构开始振动时间明显延后。

关键词：位错点源盆地效应结构基准模型地震波传播全过程模拟

欧盟PFAS限制提案解读及其对制冷空调行业影响与应对

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制冷学报 2024年第2期45卷 22-29页

作者：安青松侯佳鑫史琳戴晓业天津大学机械工程学院天津300350 清华大学能源与动力工程系北京100084

在《〈关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书〉基加利修正案》的履约和“双碳”目标的双重驱动下,制冷剂替代是制冷空调领域最为关注的热点之一。采用热物性相近的低GWP的HFOs制冷剂和天然制冷剂作为替代品,实现HFCs的削减被认为是较为... 详细信息

在《〈关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书〉基加利修正案》的履约和“双碳”目标的双重驱动下,制冷剂替代是制冷空调领域最为关注的热点之一。采用热物性相近的低GWP的HFOs制冷剂和天然制冷剂作为替代品,实现HFCs的削减被认为是较为合适的替代技术路线;但随着2023年2月欧盟出台的PFAS限制提案,引发了对HFOs制冷剂替代前景的担忧,这可能影响全球制冷剂替代发展。因此,首先对PFAS物质进行了介绍,分析了含氟制冷剂与PFASs的关系,并对PFAS法案的形成脉络和关键内容进行了解读,总结了不同领域对此的观点,希望对未来制冷剂替代方案的制定提供一定思辨意义和参考价值。

关键词：制冷剂替代欧盟PFAS法案 PFASs HFOs 基加利修正案

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市政埋地供水管网抗寒潮服务可靠度分析

自然灾害学报 2024年第3期33卷 122-129页

作者：梁建文赵雅坤肖笛天津大学建筑工程学院天津300350 南开大学管理科学与工程系天津300071

提出了市政埋地供水管网抗寒潮服务可靠度分析的一个方法。针对寒潮期气温变化对供水管道温度应力和管道周围土体冰冻应力的影响,建立管道接头渗漏状态的供水管网水力分析模型,采用一次二阶矩方法计算市政埋地供水管网抗寒潮服务可靠度... 详细信息

提出了市政埋地供水管网抗寒潮服务可靠度分析的一个方法。针对寒潮期气温变化对供水管道温度应力和管道周围土体冰冻应力的影响,建立管道接头渗漏状态的供水管网水力分析模型,采用一次二阶矩方法计算市政埋地供水管网抗寒潮服务可靠度。以某城市供水管网为例进行分析,分别给出了在蓝色、黄色、橙色和红色寒潮预警下供水管网的服务可靠度。研究表明,寒潮期气温变化对市政埋地供水管网服务可靠度具有明显影响,有必要开展市政埋地供水管网寒潮可靠度分析,寒潮强度、管道接头性能、管网拓扑结构等是市政埋地供水管网服务可靠度的影响因素。研究对于市政埋地供水管网抗灾设计具有一定参考价值。

关键词：市政供水管网抗寒潮服务可靠度温度应力管道接头变形管道渗漏

非线性电导调制SiC/环氧树脂绝缘涂层热氧/湿热老化研究

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机械工程学报 2024年第6期60卷 207-215页

作者：梁玉陆国权梅云辉天津大学材料科学与工程学院天津300350 弗吉尼亚理工大学电气与计算机工程系美国黑堡镇24061 天津工业大学电气工程学院天津300387

高压电力电子器件的发展对其绝缘封装提出了更高要求。提出一种可以提升功率器件高压绝缘性能的非线性电导调制绝缘涂层,并对其性能进行研究分析。首先研究了非线性电导调制SiC/环氧树脂复合材料的制备工艺方法,并研究了材料电导率随电... 详细信息

高压电力电子器件的发展对其绝缘封装提出了更高要求。提出一种可以提升功率器件高压绝缘性能的非线性电导调制绝缘涂层,并对其性能进行研究分析。首先研究了非线性电导调制SiC/环氧树脂复合材料的制备工艺方法,并研究了材料电导率随电场强度及温度的变化规律。之后采用非线性电导调制SiC/环氧树脂作为绝缘涂层封装器件,通过有限元电场仿真结合试验的方法,验证了复合材料对器件局部放电性能的改善效果,结果表明采用非线性电导调制SiC/环氧树脂封装的器件的电场峰值相较于对照组降低了38.6%,且局部放电试验结果表明,非线性电导调制SiC/环氧树脂绝缘涂层可以将器件的局部放电起始电压提升44.9%以上。最后,对非线性电导调制SiC/环氧树脂绝缘涂层的长期可靠性进行了研究,通过热氧老化与湿热老化试验对其长期绝缘可靠性进行了试验验证,并从微观机理对试验结果进行分析。最终结果表明,采用非线性电导调制SiC/环氧树脂涂层封装的功率器件长期绝缘可靠性仍优于对照组。

关键词：非线性电导涂层局部放电绝缘材料功率器件封装

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离心叶轮失速涡结构演化与耦合特征研究

推进技术 2024年第4期45卷 91-99页

作者：钟云红刘正先李孝检赵明天津大学机械工程学院天津300350

为深入解析离心压气机旋转失速的涡流耦合演化机理,基于Eckardt离心叶轮全通道非定常数值模拟数据,利用涡系识别法和傅里叶频谱分析等方法研究了失速工况下叶轮中关键涡流结构的空间分布特征及非定常演化规律,发现失速流场同时存在两类... 详细信息

为深入解析离心压气机旋转失速的涡流耦合演化机理,基于Eckardt离心叶轮全通道非定常数值模拟数据,利用涡系识别法和傅里叶频谱分析等方法研究了失速工况下叶轮中关键涡流结构的空间分布特征及非定常演化规律,发现失速流场同时存在两类涡流结构:叶片前缘龙卷风涡和叶顶泄漏涡,两类流动结构交替演化、相互作用,形成了以63%叶轮转速周向传播的失速团,促使离心叶轮失速。具体体现为:叶顶泄漏涡形成并发展,裹挟、牵引叶片前缘分离涡从叶顶开始剥离,直至完全从叶片吸力面脱落。脱落后的分离涡沿周向运动,受到叶片阻挡产生溢流,该溢流流体在叶片压力面与吸力面横向压差的作用下演变为龙卷风涡,该龙卷风涡在周向运动过程中被叶片“截断”为两段而后向下游扩散并逐渐耗散消失。之后新的叶顶泄漏涡又逐渐兴起,形成下一个涡流演化周期。两种涡结构此消彼长、周而复始,共同构成了失速演化特征。

关键词：离心叶轮旋转失速龙卷风涡结构叶顶泄漏涡耦合演化

基于FK-FE混合方法的位错点源作用下全过程结构地震反应模拟

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工程力学 2024年第4期41卷 184-198页

作者：巴振宁鲁世斌付继赛梁建文芦燕中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室天津300354 天津大学土木工程系天津300354

基于区域缩减思想,集整基于精确动力刚度矩阵的频率波数域(FK)半解析方法和有限元(FE)数值方法各自优势(FK精确高效模拟一维波速结构地震波传播;FEM具有丰富单元和本构类型,可精细模拟工程结构地震反应),提出了一种从震源到工程结构全... 详细信息

基于区域缩减思想,集整基于精确动力刚度矩阵的频率波数域(FK)半解析方法和有限元(FE)数值方法各自优势(FK精确高效模拟一维波速结构地震波传播;FEM具有丰富单元和本构类型,可精细模拟工程结构地震反应),提出了一种从震源到工程结构全过程地震反应模拟的FK-FE混合方法。并将FK代码作为插件二次开发到大型商业有限元软件ABAQUS中,实现了ABAQUS平台下从震源到工程结构的全过程宽频地震反应物理模拟。验证了FK-FE混合方法正确性,进而将其应用于位错点源作用下美国SAC机构设计的9层Benchmark抗弯钢框架结构全过程0 Hz~15 Hz宽频地震反应模拟,重点探讨了地壳层波速结构和近地表场地条件对框架结构地震反应的影响。研究表明:地壳层速度结构和场地类别对该结构的地震反应均有显著影响,地壳层速度结构3(较硬)相比速度结构1(较软),结构最大位移和层间位移角分别减小了22.7%和62.0%;Ⅱ类场地相较于Ⅳ类场地,结构最大位移和层间位移角分别减小了22.3%和44.7%。

关键词：地震反应位错点源 FK-FE混合方法区域缩减全过程模拟