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当期目录

    2012年, 第46卷, 第03期 刊出日期:2012-03-30 上一期    下一期
    一般工业技术
    变长度柔性提升系统钢丝绳横向振动建模及分析
    包继虎a, 张鹏a, b, 朱昌明b
    2012,46 (03):  341-345. 
    摘要 ( 3284 )  
    基于连续介质力学理论,考虑变形产生的几何非线性因素对提升系统变长度钢丝绳的影响,应用能量法和Hamliton原理建立了提升系统变长度钢丝绳横向振动控制方程,推导中应用了Galerkin截断法对振动方程进行离散化处理,同时借助Matlab软件对方程进行求解,最后以曳引电梯提升系统为例对所建模型进行了计算. 结果表明:基于连续介质理论的建模方法能较好地反映柔性提升系统的动力学特性,提出的数学模型和求解方法是有效的.
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    交通运输
    基于耦合模型的轨道特种车辆悬架参数优化
    李小伟1, 张建武1, 鲁统利1, 薛林2
    2012,46 (03):  346-351. 
    摘要 ( 2612 )  
    基于车辆轨道耦合动力学理论,建立了路轨两用消防车在轨道上行驶的车辆轨道耦合模型,并与传统轨道车辆模型进行比较,通过实车试验验证了车辆轨道耦合模型的正确性. 在此基础上,采用统一目标函数法对车辆悬架参数进行优化. 仿真结果表明,该优化设计方法使得车身加速度均方根值减小了626%,次级悬架动行程均方根值减小了542%,轮轨力均方根值减小了681%,提高了车辆平稳性,降低了悬架行程,削弱了轮轨间动作用力.    
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    波浪载荷与砰击载荷联合作用下SWATH船结构动态响应
    夏齐强, 陈志坚
    2012,46 (03):  352-357. 
    摘要 ( 3895 )  
    针对SWATH船特点,基于平板砰击理论,考虑砰击载荷的时变特性和空间分布不均匀性,提出了随时间和空间变化的砰击载荷公式;采用实时直接加载技术模拟波浪载荷与砰击载荷的联合作用,对某SWATH船在波浪载荷与砰击载荷联合作用下振动响应特性进行了整船数值仿真研究,讨论了砰击对结构总强度的影响. 研究发现:对于SWATH船,波浪载荷与砰击载荷联合作用有其特殊的结构响应模式. 联合作用的整体效应并不是单体船那种沿纵向的两节点弯曲振动,而是连接桥结构的横向弯曲振动;联合载荷作用对湿甲板边缘和支柱外板与横框架连接处的强度威胁较大;砰击对船体振动响应影响重大,从而影响结构总强度和总变形.    
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    基于支持向量机的水下运载器平面操纵运动建模
    徐锋a, 邹早建a, b, 宋鑫a
    2012,46 (03):  358-362. 
    摘要 ( 3047 )  
    应用卡尔曼滤波器对水下运载器操纵运动仿真试验数据进行预处理,应用最小二乘支持向量机(LSSVM)对水下运载器的平面操纵运动方程进行参数辨识,并与传统的最小二乘法(LSM)的结果进行比较,验证了LSSVM应用于水下运载器操纵运动建模的有效性.      
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    晃荡载荷作用下液化天然气船泵塔结构疲劳寿命分析方法    
    张爱青, 薛鸿祥, 唐文勇
    2012,46 (03):  363-367. 
    摘要 ( 3113 )  
    针对液化天然气船运动而产生舱内晃荡载荷,研究了泵塔结构的疲劳分析方法和规律性. 船体耐波性能采用动态载荷方法求得,并按ABS规范选取对晃荡载荷最不利的船舶运动参数;应用二维晃荡程序计算流体晃荡所产生的速度与加速度,并基于Morison公式计算晃荡载荷;采用线性累计损伤理论的SN曲线法对泵塔管节点的疲劳寿命进行分析,获得了疲劳损伤随装载率的变化规律.    
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    基于知识工程的船舶舯剖面结构设计及优化
    崔进举, 王德禹, 夏利娟, 马冲
    2012,46 (03):  368-373. 
    摘要 ( 3781 )  
    基于Visual Basic和Access的系统框架,运用知识工程的基本原理,实现了集装箱船舯剖面的结构设计、优化及三维建模. 设计中新船的布置通过对母型船布置形式的拓扑调整获得. 在2条母型船结构参数的基础上,运用插值方法结合规范公式获取新船的构件参数,并对其关键结构采用遗传算法进行参数优化设计,其收敛性良好. 通过与直接规范设计结果的对比表明,该方法兼顾规范和设计经验的要求,设计结果更为合理. 此外,通过Python程序实现了船体舯剖面在Tribon软件中的自动三维建模,大大提高设计结果的人机交互性.
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    基于面元法的舵球鳍组合节能装置理论
    刘业宝, 苏玉民, 沈海龙, 鞠磊
    2012,46 (03):  374-378. 
    摘要 ( 4098 )  
    根据桨舵干扰思想,采用以速度势为基础的低阶面元法计算了均匀流中的螺旋桨与舵舵球鳍系统相互干扰的定常水动力性能,比较了普通舵及加装舵球、舵球鳍的舵的节能效果,并对影响舵球鳍节能效果的主要参数(舵球尺寸、鳍片尺寸和安装角度)进行了变尺度计算与分析. 计算结果表明,舵球鳍节能效果较舵球为佳,并具有节能效果最佳的尺寸及安装角度.    
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    物理学
    波浪中载液船舶运动的时域模拟
    李裕龙1, 朱仁传1, 缪国平1, 范菊1, 范佘明2
    2012,46 (03):  379-384. 
    摘要 ( 2582 )  
    基于势流理论,采用切片法和脉冲响应函数方法实现船体时域运动,同时采用黏性流理论模拟计算舱内液体的非线性晃荡,进而建立了波浪中载液船舶耦合运动方程. 该方法考虑了波浪、船体、液舱晃荡之间的耦合作用,并结合船体内外流场特点分别采用了势流和黏性流理论,具有较高的计算效率. 研究结果表明:通过数值模拟计算和模型实验,数值模拟计算能够清晰显现液舱晃荡对船体全局运动影响,船体运动响应曲线与模型实验结果吻合良好.
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    兵器工业
    船型方案优选的多目标群决策方法
    侯远杭, 胡玉龙, 王文全, 郭春雨, 王超
    2012,46 (03):  385-389. 
    摘要 ( 3107 )  
    利用与粒子群优化(PSO)算法相结合的多方案、多目标群决策方法对多种船型方案进行了决策优选. 首先在利用加权距离保证决策结果一致性的单方案、多目标决策方法的基础上,提出一种新的多方案、多目标群决策方法,然后引入 PSO方法对个体评价值进行迭代调整,使决策结果既能保持各位专家的初始偏好,又使各位利益相关者的意见具有良好的一致性. 将此决策方法引入船舶初步设计阶段的船型方案决策过程,分析确定船舶初步设计的重点属性指标及其权重,根据主尺度约束均匀生成系列船型方案,然后邀请多位专家进行评价决策,最终获得了船舶最佳主尺度决策结果. 该方法具有较高的可靠度,并为船舶主尺度方案优选提供了一种简便、高效的新方法.
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    交通运输
    基于磁矩信息的水下地磁连续定位算法
    黄玉a, b, 郝燕玲b
    2012,46 (03):  390-393. 
    摘要 ( 2701 )  
    针对地磁场背景中偶极子目标磁场大小难以获得的问题,提出了载体潜深辅助地磁定位方法,通过2次测量潜深及磁场梯度计算载体相对目标的垂向位置,但若想连续定位须载体不断垂向移动. 为解决这一不足,提出利用目标磁矩信息实现水下地磁连续定位,由已知磁矩和磁场梯度组成关于位置的非线性方程组,解算载体位置. 给出了连续定位算法的具体步骤. 数值仿真结果表明,该方法能实现水下连续定位,且具有较高精度.  
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    考虑脱层损伤模式的复合材料船体梁极限强度分析
    张炜1, 蒲映超2, 唐文勇1, 张圣坤1
    2012,46 (03):  394-397. 
    摘要 ( 3675 )  
    基于复合材料三维Hashin破坏准则和相应刚度退化理论,使用基于强度理论的脱层损伤预测方法,分析了复合材料船体梁中垂和中拱状态下考虑脱层损伤模式的总纵极限强度. 提出使用折减因子对不考虑脱层的复合材料船体梁极限强度进行折减,以获取考虑脱层损伤模式的复合材料船体梁总纵极限强度的计算方法.  
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    粒子群算法在大侧斜螺旋桨侧斜分布优化中的应用
    王超1, 2, 熊鹰2, 何苗1, 黄胜1
    2012,46 (03):  398-403. 
    摘要 ( 3094 )  
    为设计出具有良好侧斜分布的螺旋桨剖面,采用智能优化领域的粒子群优化(PSO)算法,结合非定常面元法对螺旋桨的侧斜分布进行了优化设计. 给出了PSO算法的数学模型及其在侧斜优化设计中的主要计算过程,并以HSP桨为母型进行设计.获取了2种纵倾方式下非定常推力系数的2阶幅值收敛情况、侧斜分布随迭代次数的收敛情况以及主桨叶在旋转1周的非定常推力系数随迭代次数的变化规律等.由计算结果可知,优化桨的非定常推力系数脉动比母型桨减小了许多,即通过改变螺旋桨侧斜分布能有效改善非均匀流场中螺旋桨的性能,进而也验证了PSO方法在螺旋桨侧斜优化设计中的可行性.
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    实船喷水推进泵空化识别试验
    苏永生, 王永生, 段向阳
    2012,46 (03):  404-409. 
    摘要 ( 2798 )  
    根据空化特征,提出了利用高阶导数判别空化特征频带的方法.对喷水推进泵壳体振动信号以及进口水声信号进行高阶导数计算,然后进行均方根标准化,通过特征频段滤波后在时域中求取超过给定阈值的极值,计算其均值、均方根值、方差、歪度以及峭度指标,利用基于最小二乘支持向量机(LSSVC)对实船测试的6种空化状态进行了分类识别.与传统的反向传播(BP)和径向基函数(RBF)神经网络识别效果相比,LSSVC的分类准确率更高,程序运行时间更短.        
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    螺旋桨空化初生的判定和空化斗的数值分析
    杨琼方a, 王永生a, 张志宏b
    2012,46 (03):  410-416. 
    摘要 ( 3560 )  
    摘要:
    为了实现空化多相流模拟在螺旋桨空化初生和空化斗预报中的应用,采用改进Sauer空化模型和修正剪切应力输运(SST)湍流模型,对NSRDC4381桨的叶背和叶面片空化初生、梢涡空化初生和空化斗底线特征进行了模拟、校验和分析,提出了“当σ>σi时,叶梢截面压力系数分布不再改变”的空化初生判定准则,并分析了其适用范围. 同时,将空化斗由传统的三区细分为五区,以更准确地描述不同工况点的桨叶空化状态. 结果表明,在设计和非设计进速系数下,预报桨叶叶背和叶面不同叶截面的初生空化数均与实验值吻合较好;模拟梢涡空化初生再现了局部梢涡空化和导边梢涡空化同时存在的现象,证明了分别用叶背07 R截面和叶面04 R截面的片空化初生曲线来表征叶背和叶面可视梢涡空化初生的合理性. 空化初生判定准则适用于空化斗底线上方的叶背和叶面片空化区. 将空化斗底线下方区域进一步细分为叶背03 R至叶梢的片空化区以及叶背与叶面同时片空化区,以更好地在工程中应用空化斗来描述桨叶空化形态和求取空化航态的航速.  
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    五体船运动非线性特性检验方法
    陈震
    2012,46 (03):  417-422. 
    摘要 ( 3342 )  
    采用替代数据法研究了五体船在随机海浪中运动响应系统性质的判别问题. 针对3种侧体排水量比例的五体船型在不同海况、浪向下的运动响应时历,运用改进傅里叶变换算法生成替代数据,计算检验统计量的判别指标,在显著水平为005下,对五体船运动响应系统性质进行了判别. 结果表明:五体船在随机海浪中的运动响应表现为线性系统特征,前后侧体的增加未改变五体船运动响应系统的性质,替代数据检验法能够准确合理地判定五体船运动响应系统的特性.  
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    调距桨锁轴拖带工况最小拖桨阻力和水动力矩
    丁江明, 王永生, 黄斌
    2012,46 (03):  423-429. 
    摘要 ( 3445 )  
    采用计算流体力学方法,对某典型5叶调距桨锁轴工况拖桨阻力以及相应的水动力矩随螺距和进流速度的变化特性进行了数值计算,分析了这些特性的流体力学机理. 数值计算基于有限体积法,通过数值求解螺旋桨周围三维黏性不可压缩流场RANS方程来模拟螺旋桨在各种工况下的流动特性. 计算结果表明:来流速度相等时该调距桨在最大正车螺距时拖桨阻力最大,其幅值约占同航速下船体阻力的80%,水动力矩也最大;在最大倒车螺距时拖桨阻力最小,其幅值约占同航速下船体阻力的50%,水动力矩比最大正车螺距时显著减小;零螺距时拖桨阻力大小居中,而水动力矩最小,接近为零. 上述结论可为船舶动力装置部分桨工况时联控曲线的设计和锁轴机构的设计提供理论参考.
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    基于RANS和DES法船体绕流模拟及不确定度分析
    杨春蕾, 朱仁传, 缪国平, 范菊
    2012,46 (03):  430-435. 
    摘要 ( 3044 )  
    基于计算流体力学(CFD)不确定度分析的推荐规程,对采用雷诺平均的纳维斯托克斯方程(RANS)和分离涡模拟(DES) 2种模型预报的船舶阻力和波形结果分别进行CFD不确定度分析. 数值不确定度主要考虑网格尺寸,按照加细比为42生成3套网格进行计算,并估计网格误差和不确定度. 研究分析表明了验证和确认规程对CFD不同数学模型的实用性,建立了基于2种数学模型下模拟结果的验证和确认等级.
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    城市道路网络动态OD矩阵预测模型
    刁阳a, 隽志才a, 倪安宁b
    2012,46 (03):  436-440. 
    摘要 ( 4801 )  
    实时动态OD(OriginDestination)矩阵是动态交通分配系统的重要输入. 运用状态空间模型的有关概念,考虑交叉口进口道观测数据建立了相应的状态空间模型,提出了一步预测卡尔曼滤波方程实现估计和预测. 案例研究表明,将交叉口观测数据纳入测量方程能更好地对OD矩阵做出较精确的估计和预测,且基于仿真的分配矩阵估计方法能更准确地反映OD流量在检测设施上的比例分配.    
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    纵向裂缝对隧道钢筋混凝土衬砌结构影响的试验
    刘学增a, 包浩杉a, 周敏b
    2012,46 (03):  441-445. 
    摘要 ( 2879 )  
    基于荷载结构模型,开展了钢筋混凝土衬砌的加载试验.通过分析钢筋混凝土衬砌加载过程中结构的变形和裂缝展开规律,获得了纵向裂缝深度与结构转动刚度的关系曲线,提出了单一裂缝情况下钢筋混凝土衬砌的计算模型.该模型根据连接弹簧单元来模拟衬砌裂缝,弹簧单元的参数根据衬砌结构试验结果和理论分析确定.通过该模型得到的承载安全系数可以评价带裂缝衬砌是否需要进一步加固,对实际隧道工程具有指导意义.    
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    天文学、地球科学
    水下攻泥器随钻姿态惯性测量方法
    颜翚, 葛彤, 杨柯, 王旭阳
    2012,46 (03):  446-450. 
    摘要 ( 2423 )  
    结合水下攻泥器钻头实际工作情况,提出了一种基于捷联惯性系统,通过扩展卡尔曼滤波算法进行钻头姿态测量的新方法. 该方法以加速度与角速度低频值作为观测量对误差进行校正,对钻头姿态进行推算. 测试结果表明,该钻头姿态测量方式是可行的,能够在不增加传感器情况下极大地提高捷联惯性系统的导航精度,使航向角的漂移从20°/h减小到3°/h.  
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    弯扭联合作用下的拖缆运动建模与分析
    王飞1, 马建文2, 黄国樑1
    2012,46 (03):  451-457. 
    摘要 ( 3171 )  
    为解决水下低应力拖缆在弯扭联合作用下的运动建模问题,根据集中质量法基本原理,建立了一个四自由度(3个平动自由度和1个轴向转动自由度)运动数学模型,并采用数值仿真方法分析了弯扭矩对其运动的影响. 借鉴材料力学概念给出了具体的三维弯矩、扭矩、剪力等的确定方法;同时,为解耦拖缆平动和转动之间的耦合关系,引入零扭矩转角来考虑平动的影响以确定缆上实际扭矩;在此基础上计入拖缆浮力、重力、流体阻力、张力及弯扭耦合,以形成一个完整的运动模型. 最后给出了3个仿真算例,计算结果同实际弯扭影响运动规律一致,说明该模型是合理、有效的;同时计算结果还给出了一些有意义的运动规律.     
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    基于Fluent的海底管线附近流场分析
    陈薛浩, 朱志夏
    2012,46 (03):  458-462. 
    摘要 ( 2942 )  
    针对单向海流作用下海底管道附近的流场问题,通过一定的假设,将问题简化为定床条件下的二维圆柱绕流问题. 采用不可压缩的NS方程和标准kε湍流模型,模拟了置于床面的管道附近流场,结果与实验一致;同时,很好地模拟了悬空管道后方涡旋的生成、发展和脱落过程. 在此基础上,计算了不同流速和间隙比等条件下的多种工况,指出了管道附近的易冲刷区域,并进一步分析了绕流流态变化、床面切应力和管道上下游床面压差的分布特点,为防止管道附近床面的冲刷提供科学依据.    
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    南海桁架式深吃水立柱式平台水动力性能
    张磊1, 杨建民1, 张艳芳2, 刘培林2, 吕海宁1, 刘建辉2
    2012,46 (03):  463-467. 
    摘要 ( 3214 )  
    应用三维势流理论、非线性时域动力耦合分析方法以及深海平台混合模型试验研究方法,针对我国南海北部一座15 km桁架式深吃水立柱式平台(Truss Spar),在不同海况下对作业装载的平台锚泊系统进行了截断水深模型试验、数值重构研究,并数值外推到全水深,较好地预报了其水动力性能,包括纵荡、垂荡和纵摇. 经分析:Truss Spar平台的垂荡、纵摇低频运动分量较大,同时纵荡也表现出很强的低频特性;此外,平台具有较小的垂荡运动幅值,垂荡性能较好,能较好地满足海上油气生产的要求.
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    交通运输
    装载冷藏集装箱的货舱通风
    刘静1, 连之伟1, 陈旭2, 施鼎岳2, 陈安扬2, 安毓辉2
    2012,46 (03):  468-473. 
    摘要 ( 3628 )  
    运用相似理论推导了装载冷藏集装箱的货舱通风模型,介绍了通风准则方程的选取、准则数的推导,并分析了货舱空间雷诺数的计算以及能量方程的应用. 得出了用于试验的模型具体尺寸,进而实验测量了多种工况下货舱内的温度分布,为后续的货舱通风优化提供依据.
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    一般工业技术
    CO2微通道气冷器的流场分解模拟及实验验证
    巫江虹, 李程, 杨兆光
    2012,46 (03):  474-479. 
    摘要 ( 3596 )  
    为了研究CO2流量分配不均匀度对气冷器流动特性和传热特性的影响,建立了跨临界CO2制冷系统的微通道气冷器分解模型. 实验结果表明:随着CO2制冷剂质量流量由110 kg/h增大到470 kg/h,扁平管内最大流量不均匀度由97% 降低到18%,流量是影响不均匀度的重要因素;流量分配不均度对CO2微通道气冷器的流动特性影响明显,而对传热特性影响较小. 比较了不同工况下相应的模拟结果与实验数据,平均换热系数误差为4.82%~38.25%,摩擦系数误差为6.09%~26.65%.
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    兵器工业
    大负载精密驱动超磁致伸缩直线电机动力学建模与仿真
    许文秉, 杨斌堂, 孟光, 吕扬名
    2012,46 (03):  480-486. 
    摘要 ( 2995 )  
    基于一种新型的精密大负载超磁致伸缩直线电机进行了整机动力学建模和仿真,尝试分析巨磁致伸缩直线电机的频率特性和负载特性,提供了一种对于尺蠖运动超磁致伸缩直线电机进行整机建模和性能分析的有效方法. 在建模过程中,采用JilesAtherton磁滞模型以补偿磁滞回对直线电机输出的影响,并提出了直线电机驱动大负载时的滚动摩擦修正. 通过建模与仿真,验证了直线电机结构设计方案的可行性. 仿真和实验对比结果表明,该动力学模型实现了超磁致伸缩直线电机的变激励、变负载运动的准确模拟.
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    一般工业技术
    调制初乳清粉的状态图研究
    于华宁a, 李云飞b, c
    2012,46 (03):  487-492. 
    摘要 ( 2672 )  
    以差示扫描量热仪作为热分析手段,测量调制初乳清的冻结曲线、最大冻结浓缩条件和玻璃化转变线,并使用Chen、GordonTaylor模型对冻结曲线和玻璃化转变线进行非线性拟合,从而得到简化的调制初乳清粉的状态图,并对状态图进行贮藏条件分析. 结果表明:Chen、GordonTaylor模型能较好地拟合调制初乳清的冻结曲线和玻璃化转变线,调制初乳清的最大冻结浓缩融化温度和玻璃化转变温度分别为23724 K和22624 K. 状态图对选择合理的调制初乳清的脱水干燥工艺和调制初乳清粉的贮藏条件有重要的指导作用.
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    航空、航天
    利用激波管测量丁醇着火延时的试验
    南北, 刘文佳, 李振华, 吕兴才, 黄震
    2012,46 (03):  493-497. 
    摘要 ( 3256 )  
    在双膜化学激波管实验装置上,运用反射激波测量了丁醇氮气氧气混合气在温度1 04332~1 16372 K、压力671~835 kPa、当量比分别为1.0、1.5、0.5下的着火延迟. 试验结果表明:随着温度的增加,丁醇的着火延时缩短,并且着火延时的对数与温度的倒数呈正比,满足Arrhenius关系式;随着当量比的升高,着火延时减小. 根据试验数据,构建了丁醇氮气氧气混合气着火延迟的Arrhenius关系,丁醇着火延时对压力的依赖性很高,而活化能对当量比的变化不敏感.
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    化学工程
    含咪唑基磺化聚酰亚胺质子交换膜的制备及性能
    徐宏, 徐帆, 张桂梅, 马锐, 郭晓霞, 房建华
    2012,46 (03):  498-503. 
    摘要 ( 2772 )  
    将1,4,5,8萘四酸二酐(NTDA)与不同的磺化二胺单体、5氨基(2对氨基苯)苯并咪唑(APABI)及9,9’对(4氨基苯基)芴(BAPF)在间甲酚介质中进行缩聚,通过控制磺化二胺与其他二胺单体的摩尔比,合成了一系列具有不同离子交换容量(IEC)的含咪唑基磺化聚酰亚胺(ImSPI).同时,用溶液浇注法制得了具有良好机械强度的磺化聚酰亚胺薄膜,这些磺化聚酰亚胺薄膜在较高的相对湿度下显示出与Nafion112相当甚至更高的质子导电率,咪唑基的引入显著提高了膜的抗自由基氧化性,但膜的耐水性没有明显变化.
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    大型复杂多孔塑件注塑模拟关键技术
    尹红灵, 孙懋, 徐宗剑, 陈军
    2012,46 (03):  504-508. 
    摘要 ( 2990 )  
    针对大型复杂多孔零件注射成型模拟中网格模型大、计算耗时和模拟精度低的问题,根据体积相等的原则和多孔特征截面的简化方法,用简单截面的形状因子和等效厚度来替代多孔复杂截面,推导了圆形孔和六边形孔的形状因子和等效厚度的计算公式. 利用推导公式对某汽车后门板注塑成型过程进行数值模拟,大大缩短了计算时间,并准确预测了零件熔接痕和气泡的位置,可应用于具有类似特征产品的注塑工艺模拟.
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