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钢纤维增强碱矿渣再生混凝土力学性能及碳排放分析

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建筑材料学报 2024年

作者：夏冬桃喻诗汀李彪王煜吴晨湖北工业大学土木建筑与环境学院湖北工业大学河湖健康智慧感知与生态修复教育部重点实验室

使用工业副产品矿渣和再生骨料制备碱矿渣再生混凝土（AARAC），符合我国“双碳”和“可持续发展”战略目标的要求。通过13组试件基本力学性能试验，研究再生骨料取代率和钢纤维体积掺量对AARAC基本力学性能的影响规律，并从原材料端对... 详细信息

使用工业副产品矿渣和再生骨料制备碱矿渣再生混凝土（AARAC），符合我国“双碳”和“可持续发展”战略目标的要求。通过13组试件基本力学性能试验，研究再生骨料取代率和钢纤维体积掺量对AARAC基本力学性能的影响规律，并从原材料端对其进行碳排放评价。结果表明，当再生骨料取代率为75%时，其力学性能指标与普通混凝土相当；添加钢纤维有效缓解了再生骨料掺入对碱矿渣混凝土力学性能的负面影响。当再生骨料取代率为50%和钢纤维体积掺量为0.5%时，AARAC力学性能优良，可持续性强。基于本文及相关文献试验数据结果，建立了AARAC力学强度和弹性模量的计算公式，计算结果与试验结果吻合良好。

关键词：碱激发混凝土再生骨料钢纤维力学性能碳排放评价

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玻璃钢夹砂管涵夹砂层细观断裂数值模拟

材料导报 2024年第17期38卷 294-303页

作者：王清洲孙颖晖薛晓马士宾肖成志河北工业大学土木与交通学院天津300401

为了提高玻璃钢夹砂管中夹砂层的力学性能,增强其可设计性,借助有限元仿真软件构建代表性体积单元重现树脂夹砂层的细观结构特性,通过全域插设零厚度粘聚单元,实现复杂离散的多裂缝萌生和扩展。对夹砂层试样单轴拉伸断裂过程进行模拟,... 详细信息

为了提高玻璃钢夹砂管中夹砂层的力学性能,增强其可设计性,借助有限元仿真软件构建代表性体积单元重现树脂夹砂层的细观结构特性,通过全域插设零厚度粘聚单元,实现复杂离散的多裂缝萌生和扩展。对夹砂层试样单轴拉伸断裂过程进行模拟,分析细观断裂损伤演化过程,探究各组分参数对夹砂层断裂力学行为的影响规律。结果表明:构建的细观粘聚断裂模型能较好地表征夹砂层复杂断裂过程,轴向拉伸变形时复合材料主裂缝的形成位置近似垂直于加载方向,伴随界面脱粘和基体内裂纹的萌生与扩展。裂纹扩展方向主要受细观颗粒分布的位置影响,提高颗粒体积分数能显著提高材料刚度;多颗粒粒径分布的增强效果优于单粒径分布,粒径越小,则增强增韧效果越好;粘聚单元的抗拉强度和断裂能的增大均能够提升模型整体抗拉强度,断裂能越大,则裂纹路径分支越少。

关键词：颗粒增强复合材料玻璃钢夹砂管细观仿真裂纹扩展粘聚单元法

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基于低碳生态理念的绿道慢行系统设计研究

公路 2024年第1期69卷 212-218页

作者：王琴郝琳哲湖北工业大学土木建筑与环境学院武汉市430068

随着城市的高速发展和伴随而来的一系列环境问题,建设低碳城市、倡导绿色出行成为人们关注的重点。绿道慢行系统在规划绿色交通网络、营造低碳生态环境等方面与低碳城市相契合。基于对低碳生态理念的解析,分析了绿道慢行系统的低碳生态... 详细信息

随着城市的高速发展和伴随而来的一系列环境问题,建设低碳城市、倡导绿色出行成为人们关注的重点。绿道慢行系统在规划绿色交通网络、营造低碳生态环境等方面与低碳城市相契合。基于对低碳生态理念的解析,分析了绿道慢行系统的低碳生态设计策略,并以武汉东湖绿道为例,从构建绿道生态网络、连接慢行交通系统、营造舒适慢行空间、建设人性化服务设施、打造智慧游览体验等5个方面对东湖绿道的低碳生态理念进行了诠释,探讨了绿道慢行系统低碳生态设计方法,以期能为绿道慢行系统规划设计提供参考。

关键词：慢行系统低碳生态规划设计东湖绿道

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基于变分模态逐步抽取的结构弱模态识别

工程力学 2024年第3期41卷 106-113页

作者：姚小俊吕玉春河北工业大学土木与交通学院天津300401

针对结构的弱模态易淹没在噪声中导致模态识别遗漏的问题,该文提出了一种基于变分模态逐步抽取高能量模态的结构弱模态识别方法。该方法采用自回归模型功率谱准确选取高能量模态的初始中心频率;利用变分模态抽取法进行高能量模态分量的... 详细信息

针对结构的弱模态易淹没在噪声中导致模态识别遗漏的问题,该文提出了一种基于变分模态逐步抽取高能量模态的结构弱模态识别方法。该方法采用自回归模型功率谱准确选取高能量模态的初始中心频率;利用变分模态抽取法进行高能量模态分量的分解,接着将去除高能量模态成分的信号代替原始结构响应,重复进行下一阶高能量模态的初始中心频率选取和模态成分分解;对各模态分量进行主成分分析法实现振型识别。进一步,通过地震激励下的十自由度数值算例验证该方法在非平稳激励下弱模态识别的有效性;利用IASC-ASCE健康监测工作组开发的4层框架基准模型试验进行数据分析,验证该方法在实际应用中的有效性。结果表明,所提方法能够用于地震激励下含噪情况的结构弱模态识别。

关键词：模态识别变分模态抽取自回归模型功率谱主成分分析弱模态

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天然粘土矿物材料在质子交换膜中的应用进展

复合材料学报 2024年第3期41卷 1166-1178页

作者：王贝凌志伟周依琳付旭东张荣胡圣飞李骁刘清亭湖北工业大学绿色轻工材料湖北省重点实验室武汉430068 湖北工业大学材料与化学工程学院武汉430068 武汉众宇动力系统科技有限公司武汉430079

质子交换膜(PEM)作为聚合物电解质燃料电池关键部件直接影响着电池性能,拓宽其运行温度和湿度范围有利于简化燃料电池水、热管理设计,从而促进电池小型化和降低成本。近些年来,开发天然粘土/聚合物复合膜已成为提升传统PEM性能和拓宽其... 详细信息

质子交换膜(PEM)作为聚合物电解质燃料电池关键部件直接影响着电池性能,拓宽其运行温度和湿度范围有利于简化燃料电池水、热管理设计,从而促进电池小型化和降低成本。近些年来,开发天然粘土/聚合物复合膜已成为提升传统PEM性能和拓宽其应用温、湿度范围的重要途径之一。天然粘土矿物多为含水层状硅酸盐化合物,特殊的孔、层结构和纳米尺度赋予其较大的比表面积和表面效应,其表面和层间富含的羟基在提高复合膜机械强度的同时固定了传质介质,从而在复合膜中构建新的质子传导通道用以提高膜的性能。从纳米微观多个维度综述了不同类别粘土矿物的结构与性能,以及其在质子交换膜中的研究进展,对天然粘土矿物复合质子交换膜的研究进行了总结与展望。

关键词：天然粘土矿物质子交换膜复合膜纳米尺度燃料电池

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低碳胶凝材料的研究进展

材料导报 2024年第2期38卷 56-64页

作者：聂松周健徐名凤李辉河北工业大学土木与交通学院天津300401

水泥作为构筑现代社会不可或缺的原材料,在满足基础设施建设巨大需求的同时,自身生产伴随着CO_(2)排放高的问题。近年来,为减少水泥生产过程中的CO_(2)排放,实现水泥行业可持续发展,人们提出了一系列CO_(2)减排措施,包括提高能源效率、... 详细信息

水泥作为构筑现代社会不可或缺的原材料,在满足基础设施建设巨大需求的同时,自身生产伴随着CO_(2)排放高的问题。近年来,为减少水泥生产过程中的CO_(2)排放,实现水泥行业可持续发展,人们提出了一系列CO_(2)减排措施,包括提高能源效率、使用替代原燃料、使用辅助胶凝材料、采用CCUS技术以及开发新型低碳胶凝材料等。从长远来看,低碳胶凝材料将在水泥行业CO_(2)减排中起重要作用。本文总结了低熟料水泥、低钙水泥、固碳水泥和碱激发胶凝材料四类低碳胶凝材料的研究进展,介绍了各类低碳胶凝材料的制备方法与基本性能,对比分析了传统硅酸盐水泥与低碳胶凝材料的CO_(2)排放,最后指出了低碳胶凝材料发展过程中存在的问题,并为其进一步研究工作提出了建议。

关键词：水泥 CO_(2)排放低碳胶凝材料 CO_(2)减排技术

改进SSA优化的BP神经网络交通量预测模型

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哈尔滨工业大学学报 2024年第7期56卷 94-101页

作者：陈亮郝祎纯李巧茹丁景轩河北工业大学土木与交通学院天津300401

为更加准确地进行交通量预测,针对传统的BP神经网络随机赋值、收敛速度慢等问题,提出了改进麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)优化的BP神经网络预测模型。该模型结合SSA位置更新原理和鸡群优化算法中公鸡位置更新方法对麻雀... 详细信息

为更加准确地进行交通量预测,针对传统的BP神经网络随机赋值、收敛速度慢等问题,提出了改进麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)优化的BP神经网络预测模型。该模型结合SSA位置更新原理和鸡群优化算法中公鸡位置更新方法对麻雀搜索算法进行改进,在避免算法陷入局部最优和位置更新无效的同时有效地提高了算法的收敛速度。利用改进麻雀搜索算法对BP神经网络的权值和阈值进行寻优赋值,得到了改进SSA-BP神经网络预测模型。利用交通量数据,对LSTM神经网络、BP神经网络、SSA-BP神经网络和改进SSA-BP神经网络4种预测模型进行训练和测试,以MAE、MAPE、MSE、RMSE和EC 5个指标对预测结果进行对比分析。结果表明:BP神经网络优于LSTM神经网络,且麻雀搜索算法优化BP神经网络预测模型相较于BP神经网络预测模型MAE降低了0.28 veh/(3 min)、MAPE降低了1%、MSE降低了2.72 veh/(3 min)、RMSE降低了0.04;改进麻雀搜索算法优化BP神经网络预测模型相较于BP神经网络预测模型MAE降低了1.31 veh/(3 min)、MAPE降低了4%、MSE降低了9.2 veh/(3 min)、RMSE降低了0.18,且拟合度更接近于1。改进SSA-BP预测模型的性能优于SSA-BP神经网络预测模型,且有效提高了BP神经网络的预测精度,拟合度达到0.98,该模型适用于交通量预测,能够为智能交通系统提供可靠的预测值。

关键词：交通量预测 BP神经网络改进麻雀搜索算法权值阈值

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基于扰动观测和摩擦补偿的气动摆角伺服系统滑模控制

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中国机械工程 2024年

作者：魏琼白林勇陈子超张道德李奕湖北工业大学机械工程学院

外部不确定扰动与摩擦是影响气动摆角伺服系统控制性能的重要因素(分别引起局部波动与爬行现象)。为此，本文提出一种基于扰动观测和摩擦补偿的滑模控制策略。首先，设计一种引入类双曲正切函数和转速误差项的改进扩张观测器对外部不确... 详细信息

外部不确定扰动与摩擦是影响气动摆角伺服系统控制性能的重要因素(分别引起局部波动与爬行现象)。为此，本文提出一种基于扰动观测和摩擦补偿的滑模控制策略。首先，设计一种引入类双曲正切函数和转速误差项的改进扩张观测器对外部不确定扰动进行观测以提高系统抗扰能力。其次，由于观测器不能有效观测系统摩擦的静-动高阶突变，导致爬行现象不能有效改善，在此基础上对摩擦力矩进行辨识以弥补观测不足。最后，针对系统存在鲁棒性较差的问题，设计一种非奇异快速滑模控制器，利用含积分特性的超螺旋算法平滑控制量，改善滑模控制中固有抖振问题，并将扰动观测值和摩擦力矩辨识值进行反馈补偿。仿真与实验表明，较四种控制策略相比，本文所设计的控制方法有效增强了系统的抗扰能力、并提高了气动摆角伺服系统轨迹跟踪性能。

关键词：气动摆角伺服系统摩擦补偿扰动观测非奇异快速滑模超螺旋算法

非平坦环境下履带机器人多目标路径规划方法研究

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中国机械工程 2024年

作者：张道德卢子健赵坤杨智勇湖北工业大学机械工程学院

为实现在非平坦环境下履带机器人路径规划高效、安全、节能等运行目标，本文提出了一种改进的NSGA-II多目标路径规划方法。首先，综合分析非平坦环境下履带机器人作业需求，建立2.5D栅格环境模型简化复杂的环境地图；然后，选取路径长... 详细信息

为实现在非平坦环境下履带机器人路径规划高效、安全、节能等运行目标，本文提出了一种改进的NSGA-II多目标路径规划方法。首先，综合分析非平坦环境下履带机器人作业需求，建立2.5D栅格环境模型简化复杂的环境地图；然后，选取路径长度短、能量消耗低和安全性高作为机器人路径规划子目标指标；最后，通过8邻域曼哈顿防碰撞算法改进栅格选择方式避免机器人与障碍物栅格顶点碰撞，并在NSGA-II算法中引入精英替换策略扩大种群规模，防止优良路径基因流失，加速算法收敛。相较于MOVNS算法，所提方法规划出的路径在路径长度平均缩短9.02%、能耗平均节省18.36%、危险率平均降低7.28%，有助于提升非平坦环境下的路径质量。

关键词：路径规划非平坦环境能量消耗防碰撞多目标优化