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碳纳米管混凝土三点弯曲梁的声发射及损伤演化特征

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高压物理学报 2025年第1期39卷 86-97页

作者：李慧宽黄山秀陈小羊郭佳奇河南理工大学化学化工学院河南焦作454003 中建七局交通建设有限公司河南郑州454004 河南理工大学土木工程学院河南焦作454003

为研究碳纳米管掺量对混凝土梁损伤演化过程及裂纹扩展规律的影响,制备了质量分数分别为0、0.1%、0.3%、0.5%的碳纳米管混凝土三点弯曲梁试件。采用搭载声发射测试系统的YNS300电液伺服万能试验机开展三点弯曲试验,得到了声发射能量、... 详细信息

为研究碳纳米管掺量对混凝土梁损伤演化过程及裂纹扩展规律的影响,制备了质量分数分别为0、0.1%、0.3%、0.5%的碳纳米管混凝土三点弯曲梁试件。采用搭载声发射测试系统的YNS300电液伺服万能试验机开展三点弯曲试验,得到了声发射能量、振铃计数和幅值等声学信息,并基于声发射参数对裂纹类型、损伤演化过程进行分析。结果表明:碳纳米管混凝土三点弯曲梁破坏时产生的声发射能量明显高于素混凝土梁,但随着碳纳米管掺量的增加,其破坏时产生的声发射能量逐渐减小;碳纳米管的掺入可以提高混凝土三点弯曲梁的承载能力,但超过某一界限后,其承载能力随着碳纳米管掺量的增加而降低;碳纳米管的掺入使得混凝土三点弯曲梁第一次声发射幅值突变的时间提前,试样破坏前,振铃计数及累计振铃计数增长缓慢,近似直线,试样断裂瞬间,两者均急剧上升;声发射信号源隶属于拉伸裂纹,碳纳米管混凝土三点弯曲梁断裂属于Ⅰ型断裂,拉伸裂纹和剪切裂纹占比与碳纳米管掺量之间没有明显关系,但声发射平均频率、上升角度信号源数量与碳纳米管掺量之间具有显著的相关性。不同碳纳米管掺量下,混凝土三点弯曲梁试样的损伤演化规律基本保持一致,试验前期损伤曲线基本为水平直线,破坏阶段损伤变量首先处于快速增长阶段,而后呈陡增式增长。

关键词：碳纳米管混凝土梁损伤演化裂纹扩展声发射

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钛石膏在酸溶液中的除铁与相变规律研究

河南理工大学学报（自然科学版） 2025年第1期44卷 193-200页

作者：管学茂张紫涵刘松辉朱建平河南理工大学材料科学与工程学院河南焦作454000

目的为了解决钛石膏中的杂质问题,探讨常压下石膏的相变规律,方法以工业固废钛石膏为原料,以酸浸法处理,采用X射线衍射仪和X射线荧光光谱,分别测定反应产物的物相组成和化学成分,分析产物的物相,同时定量分析产物的除铁率和石膏含量进... 详细信息

目的为了解决钛石膏中的杂质问题,探讨常压下石膏的相变规律,方法以工业固废钛石膏为原料,以酸浸法处理,采用X射线衍射仪和X射线荧光光谱,分别测定反应产物的物相组成和化学成分,分析产物的物相,同时定量分析产物的除铁率和石膏含量进行除铁效果表征,通过对不同条件处理原料、反应过程中酸的种类和浓度、反应温度和时间等条件探索,钛石膏的除铁效果和石膏的相变规律。采用超景深显微镜探索原料和产物的微观形貌,同步验证酸溶液中钛石膏的除铁效果。结果相较于盐酸、草酸和硝酸,硫酸的除铁效果最好且无其它杂质生成;随着酸浓度的提高,硫酸溶液中发生了二水石膏-硬石膏物相转化,在硝酸溶液和盐酸溶液中,发生了二水石膏-半水石膏物相转化,草酸溶液中最终生成草酸钙;在硫酸溶液反应中,提高提高硫酸浓度、反应温度和反应时间,均可促进二水石膏-硬石膏物相转化;对工业固废钛石膏原料进行处理时,未干燥研磨处理的原料,不影响物相的转化,由此可减少原料的操作步骤和能源消耗,节约钛石膏材料的预处理成本。结论研究结果可有效解决钛石膏中杂质问题,减少了实验和使用过程中的能源消耗,降低成本,同时可得出二水石膏-半水石膏-硬石膏之间的物相转化规律,补充石膏性能变化规律,扩大石膏资源再利用方向。

关键词：钛石膏除铁效果相变规律酸溶液酸浸法

不同加载速率对煤岩组合体巴西劈裂特性的影响

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河南理工大学学报（自然科学版） 2025年第1期44卷 29-36页

作者：陈岩王嘉豪邓良涛洪紫杰荣腾龙侯志强河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 河南理工大学土木工程学院河南焦作454000

目的为了研究煤岩组合体在采掘过程中的抗拉特性,方法以煤岩组合体为研究对象,利用RMT-150B实验机对其进行不同加载速率下的巴西劈裂试验,分析加载速率对煤岩组合体劈裂破坏的强度特征、破坏形态、能量特征和裂纹演化的影响。结果结果表... 详细信息

目的为了研究煤岩组合体在采掘过程中的抗拉特性,方法以煤岩组合体为研究对象,利用RMT-150B实验机对其进行不同加载速率下的巴西劈裂试验,分析加载速率对煤岩组合体劈裂破坏的强度特征、破坏形态、能量特征和裂纹演化的影响。结果结果表明:煤岩组合体的应力-应变曲线大致经历了压密阶段、弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段,其破坏模式与加载速率无关,均沿着圆盘交界面裂成两半;煤岩组合体的抗拉强度与加载速率呈正相关,加载速率较小时,试样的抗拉强度随加载速率变化十分显著;当加载速率增大时,试样的抗拉强度增幅减小;不同加载速率下,煤岩组合体试样的能量集中在0.33~0.42 J,且试样抗拉强度越大,损伤所需的能量也越大;应力-裂纹应变峰前曲线经历裂纹闭合阶段、弹性阶段、裂纹扩展阶段,轴向裂纹损伤应力与抗拉强度值接近,裂纹参数具有明显的加载速率效应。结论研究结果对于揭示煤岩组合结构拉伸破坏机理具有重要理论价值。

关键词：煤岩组合体巴西劈裂强度特征能量特征裂纹演化

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不同预氧化温度破碎煤在轴压下的自燃特性

河南理工大学学报（自然科学版） 2025年第1期44卷 10-17页

作者：徐永亮吴晋东李敏杰张健王文常州大学安全科学与工程学院江苏常州213164 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000

目的为了探究采空区破碎煤在应力状态下的氧化自燃特性,方法采用荷载加压煤自燃特性参数测定装置,研究不同预氧化温度破碎煤在不同轴压状态下的自燃特性,分析破碎煤在氧化过程的耗氧速率、特征温度点、气体生成和表观活化能等特征参数... 详细信息

目的为了探究采空区破碎煤在应力状态下的氧化自燃特性,方法采用荷载加压煤自燃特性参数测定装置,研究不同预氧化温度破碎煤在不同轴压状态下的自燃特性,分析破碎煤在氧化过程的耗氧速率、特征温度点、气体生成和表观活化能等特征参数变化规律。结果结果表明:轴压会增强煤的自燃特性,具体表现为耗氧速率增加,CO和C_(2)H_(4)气体体积分数增大,氧化特征温度点前移,表观活化能减小;轴压为0,4 MPa时,预氧化温度70℃煤样的氧化特性最强,轴压为8 MPa时,预氧化温度升高导致煤样的氧化特性降低;结合耗氧速率、指标气体和表观活化能的变化,表明预氧化温度70℃的煤自燃倾向性更高,更易复燃。结论(1)不同预氧化温度煤样的自燃特性在轴压的影响下表现一致:轴压会增强煤的氧化特性,更容易到达快速氧化阶段。(2)不同轴压下预氧化温度对煤样的自燃特性影响存在差异:预氧化温度升高反而会降低煤样的氧化特性,表明在高轴压影响下煤体预氧化温度越高,其氧化特性越弱。

关键词：轴压耗氧速率特征温度点指标气体表观活化能自燃倾向性

基于尺寸效应的钛合金二维超声辅助精密切削特性研究

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河南理工大学学报（自然科学版） 2025年第1期44卷 117-123页

作者：王鑫刘建慧焦锋新乡航空工业(集团)有限公司河南新乡453000 河南理工大学机械与动力工程学院河南焦作454000

目的为了减少尺寸效应对精密加工的影响,提高钛合金微尺度切削的加工精度与表面质量,方法将特种加工理论和精密切削方法相结合,提出二维超声辅助精密切削方法。首先,基于ABAQUS力-热耦合模型分析二维超声辅助精密切削钛合金的切削过程,... 详细信息

目的为了减少尺寸效应对精密加工的影响,提高钛合金微尺度切削的加工精度与表面质量,方法将特种加工理论和精密切削方法相结合,提出二维超声辅助精密切削方法。首先,基于ABAQUS力-热耦合模型分析二维超声辅助精密切削钛合金的切削过程,探究精密切削与二维超声辅助精密切削的切削力学特性;其次,通过试验以超声振幅、切削深度与刃口半径的比值(a_(p)/r_(n))为因素,分析尺寸效应作用下超声振动切削中切削力及单位切削力的变化规律;最后,对比分析精密切削与二维超声辅助精密切削在不同切削深度与刃口半径的比值(a_(p)/r_(n))下的表面形貌特征。结果结果表明,随着切削深度与刃口半径的比值(a_(p)/r_(n))增大,精密切削钛合金表面形貌出现黏结、凹坑、耕犁现象,而二维超声辅助精密切削加工表面则出现均匀、完整的网状表面纹理特征。另外,二维超声辅助精密切削加工单位切削力远小于精密切削加工的,且随着振幅增大,单位切削力的增长比值由57.7%降至45.2%。结论二维超声辅助精密切削能够显著改善尺寸效应中产生的负前角效应和犁切现象,降低单位切削力,提高切削过程的稳定性,在提高钛合金微尺度切屑加工精度和表面质量方面具有重要应用价值。

关键词：二维超声辅助切削尺寸效应刃口半径切削力

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基于生成式人工智能的眼动样本生成及识别

河南理工大学学报（自然科学版） 2025年第1期44卷 145-153页

作者：谭雪青宋军张慢慢臧传丽天津师范大学心理学部天津300387 河南理工大学机械与动力工程学院河南焦作454000

目的生成式和传统人工智能模型是信息时代的关键工具。在这些技术的助力下,眼动过程的样本生成与识别显得尤为关键,它已成为深入研究认知机制的重要手段。为了推动生成式人工智能在眼动技术领域的应用发展,解决眼动样本生成及因网络深... 详细信息

目的生成式和传统人工智能模型是信息时代的关键工具。在这些技术的助力下,眼动过程的样本生成与识别显得尤为关键,它已成为深入研究认知机制的重要手段。为了推动生成式人工智能在眼动技术领域的应用发展,解决眼动样本生成及因网络深度增加而导致的不透明性和不可解释性问题,并深入挖掘与幼儿语言发展相关的眼动数据,方法采集4~6岁幼儿理解不同焦点结构的眼动数据,采用生成式人工智能模型-变分自编码器(variational autoencoder,VAE)和传统模型-多层感知器(multi-layer perceptron,MLP)识别眼动模式的发展差异并尝试生成新样本,基于灰色关联分析和混淆矩阵对生成式数据集进行解释。结果结果表明:(1)VAE生成的4岁组、5岁组和6岁组幼儿眼动数据集精度高于MINIST数据集(mixed National Institute of Standards and Technology database),且与MLP分析结果一致,具有准确性、多样性和一定的可解释性;(2)生成式眼动数据及混淆矩阵结果表明,在无焦点结构句式中,幼儿在4~5岁、5~6岁两个阶段理解水平均有提升,而宾语焦点结构和主语焦点结构的眼动特征在4~5岁变化较小,5~6岁变化较大,说明幼儿对焦点结构的理解在5岁是一个关键期,这符合幼儿焦点结构理解发展规律。结论提出的人工智能耦合分析方法,具备有效识别眼动特征发展模式的能力,并能据此生成可靠的新样本。这一方法不仅为生成式人工智能与眼动技术的融合开辟了新的途径,而且为复杂语言理解问题提供了全新的思考方向。

关键词：生成式人工智能变分自编码器多层感知器眼动

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基于神经网络模型的煤层气产能预测研究

河南理工大学学报（自然科学版） 2025年第1期44卷 46-56页

作者：金毅郑晨晖宋慧波马家恒杨运航刘顺喜张昆倪小明河南理工大学资源环境学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 中原经济区煤层(页岩)气协同创新中心河南焦作454000 河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000

目的煤层气产能主要受地质和工程因素影响,阐明这些因素对煤层气井产能的影响机制是实现储层精细改造和煤层气井提产的基础。方法本文以沁水盆地柿庄南区块为研究对象,综合考虑地质背景、储层物性和动态排采数据,利用神经网络算法开展... 详细信息

目的煤层气产能主要受地质和工程因素影响,阐明这些因素对煤层气井产能的影响机制是实现储层精细改造和煤层气井提产的基础。方法本文以沁水盆地柿庄南区块为研究对象,综合考虑地质背景、储层物性和动态排采数据,利用神经网络算法开展煤层气产能预测。首先,利用灰色关联分析法遴选出10个地质参数作为煤层气产能预测的主控因素,在此基础上,运用模糊数学法实现研究区34口煤层气井富集区划分,最后,根据分类结果,结合实际排采数据,分别利用BP(back propagation)和LSTM(long short-term memory)神经网络算法实现煤层气井日产气量预测。结果结果表明:(1)渗透率、含气饱和度和储层压力梯度等10个参数是影响研究区煤层气产气性能的关键因素;(2)利用模糊数学评价方法评价煤层气的富集,可将研究区34口井产气效果划分为有利区、较有利区和不利区;(3)依托LSTM算法建立了煤储层日产气量预测模型,预测误差值为4.06%~14.79%,平均误差值为11.09%,预测精度明显高于BP神经网络模型,结论根据LSTM算法建立的煤储层日产气量预测模型稳定性好且预测精度高,可作为煤储层产能长程预测的一种有效手段,进而为煤层气开发工艺布施与排采方案制定提供科学依据。

关键词： LSTM神经网络 BP神经网络灰色关联分析产能预测

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新型导流式孔口防喷钻进技术研究

煤炭技术 2025年第1期44卷 178-184页

作者：王永龙杜康余在江郭佳宽麻登辉赵澳琪河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000

为解决我国瓦斯突出矿井顺层钻孔施工过程中可能出现喷孔、瓦斯超限等事故这一技术性难题,基于伯努利定律提出孔口引流防喷装置设计新思路。结合理论计算验证新理念的科学性和有效性,并提出新型防喷除尘设备的设计模型。使用FLUENT数值... 详细信息

为解决我国瓦斯突出矿井顺层钻孔施工过程中可能出现喷孔、瓦斯超限等事故这一技术性难题,基于伯努利定律提出孔口引流防喷装置设计新思路。结合理论计算验证新理念的科学性和有效性,并提出新型防喷除尘设备的设计模型。使用FLUENT数值模拟软件并基于多项指标对新模型进行参数优化,最终得出最优方案为最大长度1100 mm,最大直径φ340 mm。加工新产品并应用于山西焦煤西山煤电公司屯兰矿,应用结果表明:使用新装备在瓦斯抽采钻孔施工过程中,钻场内瓦斯浓度低于0.3%,普遍低于使用传统设备进行钻孔施工时钻场内的瓦斯浓度。

关键词：突出矿井防喷除尘顺层钻孔数值模拟伯努利定律

同轴反应流反应速率的唯象表征与影响规律研究

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河南理工大学学报（自然科学版） 2025年第1期44卷 109-116页

作者：李瑜樊义辉卞平艳张海光曲海军王建平河南理工大学机械与动力工程学院河南焦作454000 上海大学工程训练国家级实验教学示范中心上海200444

目的为了提高同轴反应流工艺的控制精度,探索反应速率的宏观唯象表征方法和影响规律,方法通过紫脲酸铵对Ca2+进行示踪,在线观测海藻酸钙水凝胶中空纤维的交联成形过程,利用洗脱法对交联层边界的灰度阈值进行标定,从宏观唯象的角度定... 详细信息

目的为了提高同轴反应流工艺的控制精度,探索反应速率的宏观唯象表征方法和影响规律,方法通过紫脲酸铵对Ca2+进行示踪,在线观测海藻酸钙水凝胶中空纤维的交联成形过程,利用洗脱法对交联层边界的灰度阈值进行标定,从宏观唯象的角度定义同轴反应流的平均反应速率,通过在线监测提取的交联层厚数据,计算得到反应速率值,并通过试验研究海藻酸钠和氯化钙溶液的流量(定流率比)、质量分数、共流距离对交联层厚和平均反应速率的影响规律。结果结果表明:对比在线图像识别和洗脱法实测所得中空纤维尺寸,两者误差仅1.09%,满足工程应用需求;增加反应物质量分数能提高平均反应速率,增加交联层厚,且氯化钙质量分数具有更好的调控性能;定流率比条件下,随着两溶液流速增加,中空纤维交联层厚减小而平均反应速率增大;随着反应流共流距离增加,交联层厚增加而平均反应速率逐渐减小。上述唯象平均反应速率受流体速度场和化学反应物质量分数的影响规律与经典反应速率是一致的,说明该唯象定义是有效的。结论研究采用的同轴反应流在线监测方法、反应速率的唯象表征方法、材料工艺参数影响规律等有助于实现中空纤维结构尺寸、交联层厚和保留溶胶层厚的精确控制,有助于同轴反应流工艺的推广与应用。

关键词：同轴挤出反应流反应速率唯象表征精确控制