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当期目录

    2016年, 第50卷, 第02期 刊出日期:2016-02-29 上一期    下一期
    一般工业技术
    多孔钛合金支架结构设计及其抗压强度分析
    王春晓,李祥,罗云
    2016,50 (02):  165-168. 
    摘要 ( 669 )  
    摘要: 设计了5种不同孔隙结构的钛合金支架模型,利用金属3D打印技术完成了多孔钛合金支架实物模型的制造,并对设计和制造的多孔钛合金支架的微观孔隙特征及力学性能进行观测.结果表明:多孔钛合金支架微观结构的设计特征与制造特性存在一定的差异,但在可控范围以内;在相近孔隙率和相同支杆截面尺寸的条件下,不同单元体形成的三维孔隙结构对支架抗压强度的影响十分显著;倒V型结构支架的抗压强度与支杆的夹角和长度密切相关,其理论分析结果与实验结果一致.
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    在I型模式下异型截面Z-pin增强效果的数值分析
    金竹雨,张晓晶
    2016,50 (02):  169-175. 
    摘要 ( 715 )  
    摘要: 针对单根Z-pin拔出试验以及未增强/Z-pin增强的双悬臂梁(DCB)试验建立了三维有限元仿真模型.在拔出试验的模拟过程中,以静-动摩擦系数模拟Z-pin在基体中的脱胶拔出过程,以计算所得桥联力作为输入参数,通过连接器模拟Z-pin在层合板中的桥联作用,得到了DCB试验的载荷-位移曲线.同时,将所建模型用于计算异型截面Z-pin的桥联力,以及异型截面Z-pin增强DCB试件的载荷,以定量分析Z-pin截面周长对其增强效果的影响.结果表明,所建立的有限元模型的模拟结果与实验值较吻合.
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    水下航行器附连水质量的理论及实验研究
    周勇,车驰东
    2016,50 (02):  176-181. 
    摘要 ( 695 )  
    摘要: 以二维无限长圆柱在水下的垂向振动为例,对其有限区域的不可压缩流场进行分析;通过数值计算并借鉴刘易斯法,分析了水域宽度比、水深比和浸没深度比等无量纲参数对刚体附连水质量的影响;提出了水下航行器附连水质量的快速预测公式.结果表明:刚性壁面可使刚体的附连水质量增大,但当刚体与壁面的距离增加到一定程度(截面半径的5倍)时,刚性壁面的影响可以忽略;自由表面可使刚体的附连水质量减小,当刚体与自由表面的距离达到截面半径的6倍时,可以忽略自由表面的影响;当刚体的垂向运动频率较高或刚体与自由表面的距离较大时,可以认为自由表面的速度势为零.
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    基于重力驱动的坐姿矫正机构原理及其设计
    周俊帆,罗云
    2016,50 (02):  182-187. 
    摘要 ( 545 )  
    摘要: 通过对现有坐姿矫正产品工作原理及其局限性的分析,提出了一种全新的坐姿矫正方式,即利用人体就坐时的重力,通过四杆机构形成使骨盆前倾的扭矩,以帮助人们轻松地保持健康坐姿;通过生物力学实验获得坐姿状态下人体的外力矩与骨盆倾角的关系,根据实验结果设计和制作了坐姿矫正装置,并通过实验验证了所设计装置的有效性.结果表明,所设计的坐姿矫正装置可以使人们得到最佳坐姿,尤其是在腰部肌肉放松的条件下能够保持理想的骨盆倾角.
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    改进的最小方差无畸变响应波束形成方法
    郑恩明1,黎远松2,陈新华1,余华兵1,孙长瑜1
    2016,50 (02):  188-193. 
    摘要 ( 871 )  
    摘要: 提出一种改进的最小方差无畸变响应(MVDR)波束形成方法,通过调节波束形成的权向量设计中的增强因子来改善其方位分辨力,并且不以牺牲信号与干扰+噪声比增益为代价.仿真结果表明,所提出的方法可以有效改善MVDR波束形成的方位分辨力,且不损失MVDR波束形成的信号与干扰+噪声比增益.
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    考虑剪切非线性的复合材料渐进损伤模型
    刘魏光,余音,汪海
    2016,50 (02):  194-199. 
    摘要 ( 826 )  
    摘要: 针对具有明显剪切非线性的复合材料,提出了一种考虑剪切非线性影响、能够分析和预测复合材料层合板极限承载能力的损伤模型.采用RambergOsgood方程描述层合板剪切非线性的应力与应变本构关系,基于连续介质损伤理论建立了分析复合材料结构渐进损伤的三维有限元模型,采用已有的应变描述的三维Hashin失效准则和Ye分层失效准则预测其损伤起始,引入损伤状态变量来分析层合板的损伤扩展,通过UMAT子程序实现了损伤模型的模拟,并运用黏性正则化方法确保计算收敛.同时,将模型运用于AS4/PEEK复合材料开孔层合板渐进损伤实验的模拟分析.结果表明,模拟计算结果与实验结果较吻合,对比已有模型的预测结果,所提出的方法具有更高的准确性. 关键词: 复合材料; 剪切非线性; 渐进损伤; 拉伸强度 中图分类号: TB 332文献标志码: A
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    豚鼠耳蜗基底膜的振动特性
    塔娜1,许立富1,饶柱石1,黄新生2,周雷2
    2016,50 (02):  200-203. 
    摘要 ( 921 )  
    摘要: 为探讨豚鼠耳蜗基底膜的听觉机制,利用多普勒激光测振技术进行了声音在28只成年健康豚鼠耳中传递的测试实验.将豚鼠麻醉后切断头取出听泡,采用电钻暴露其耳蜗基底膜,利用多普勒激光测振仪在给定的声压级、频率的纯音激励条件下测量豚鼠外耳道耳蜗基底膜的振动速度,并测量了中耳镫骨的振动速度.结果表明,豚鼠外耳道基底膜具有频率选择特性,而且其基底膜的振动具有行波特性.
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    自动化技术、计算机技术
    基于ReliefF算法与遗传算法的肌电信号特征选择
    何涛,胡洁,夏鹏,谷朝臣
    2016,50 (02):  204-208. 
    摘要 ( 791 )  
    摘要: 针对肌电信号特征维数高、运算效率低等问题,提出了一种基于ReliefF算法与遗传算法(GA)相结合的肌电信号特征选择方法.分析了肌电信号的特征,运用小波分析对肌电信号进行特征提取,采用ReliefF算法评估所提取的高维特征信号的权值,以选出对分类效果影响显著(权值较大)的特征子集,采用GA进一步筛选出分类效果最佳的特征子集,并对比分析了基于ReliefFGAWrapper算法与全局搜索算法对肌电信号处理的时间和分类效果.结果表明,所提出的方法能够提高运算效率并具有很好的分类效果. 关键词: 肌电信号; ReliefF算法; 遗传算法; 特征选择 中图分类号: TP 391.4文献标志码: A
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    数理科学和化学
    丝米级矩形沟槽表面的水滴融合过程
    胡海豹1,何强1,黄苏和1,薛群基2,杜向党1
    2016,50 (02):  209-214. 
    摘要 ( 736 )  
    摘要: 采用高速摄像技术测试丝米级矩形沟槽表面的水滴融合过程,分析了平行沟槽、垂直沟槽方向的2个等大、非等大水滴间的融合和振荡规律.试验中,采用壁面预埋针头法实现了预置静态水滴与缓慢生长的准静态水滴的融合.结果表明,水滴的融合过程包含融合、振荡2个阶段.在等大水滴间的融合过程中,当水滴平行于沟槽方向融合时,受到沟槽的引导作用,沿沟槽方向的水滴振荡剧烈并伴随接触线的往复移动;当水滴垂直于沟槽方向融合时,受到垂向肋间“能垒”的限制,垂直沟槽方向的水滴振荡较弱,且接触线位置无明显变化,但竖直方向的水滴振幅显著.在非等大水滴间融合时,小水滴被吸引到大水滴一侧,融合过程呈现出不对称性,且液桥高度峰值、融合时间及接触线长度均随两水滴总体积的增加而增大.
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    304和316L不锈钢的高温电化学腐蚀行为
    段振刚1,杜东海1,张乐福1,孟凡江2,石秀强2
    2016,50 (02):  215-221. 
    摘要 ( 1079 )  
    摘要: 通过模拟压水堆一回路水环境,研究了溶液温度和溶氧量(DO)对304和316L不锈钢高温电化学腐蚀行为的影响.结果表明:随着溶液温度升高,在304和316L不锈钢表面所形成的氧化膜的保护性能降低;随着DO升高,304和316L不锈钢的自腐蚀电位升高,自腐蚀电流密度降低,钝化区缩小;304和316L不锈钢表面形成了双层氧化膜,外层氧化膜颗粒尺寸和颗粒间隙随着温度的升高而增大,随着DO增加而减小;在所用实验条件下,316L不锈钢表现出比304更优异的抗腐蚀性能.
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    单晶蓝宝石的摩擦化学机械抛光
    李刚,文东辉,王扬渝
    2016,50 (02):  222-227. 
    摘要 ( 835 )  
    摘要: 为揭示抛光过程中SiO2磨粒与蓝宝石的摩擦化学反应机理,结合摩擦化学理论和纳米压痕试验方法,采用有限元法模拟纳米压头压入与卸载后蓝宝石表面的应力分布情况.数值模拟结果表明:当SiO2磨粒与蓝宝石的接触应力为5~15 GPa时,发生固相反应所需活化能约为14.46 kJ/mol,反应速率常数约为0.07~0.23 μm/min;在摩擦化学反应过程中,SiO2磨粒与蓝宝石的接触半径为15~21 nm,其变形量为6.88~10.22 nm.低载荷纳米压痕试验结果表明:忽略压头与SiO2磨粒的硬度、几何形状等影响因素,单颗SiO2磨粒上的作用力小于0.7 mN,其微观表面粗糙度Rt=38.19 nm及Ra=3.62 nm.
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    掺杂磺酸聚苯胺/碳纳米管复合膜电极制备及其应用
    孙晓文,杨鹏,张文光
    2016,50 (02):  228-234. 
    摘要 ( 684 )  
    摘要: 采用共聚法制备了掺杂磺酸的聚苯胺/多壁碳纳米管复合薄膜,并用其对铂电极进行表面修饰而制备出复合膜电极;通过扫描电子显微镜和红外光谱仪对复合膜电极表面的形态和组分进行表征,并采用电化学方法对其导电性和电催化活性进行测试.结果表明:与聚苯胺电极相比,掺杂磺酸的聚苯胺/多壁碳纳米管复合膜电极的表面形态更均匀致密,导电性能显著提高,响应峰电流从145 μA增加到1.61 mA,表面电荷密度提高了12.1倍,且稳定性也相应提高;复合膜电极具有较高电催化活性,在草酸环境中对抗坏血酸(AA)的线性响应不受干扰,其线性相关系数为0.996 0,灵敏度为9.09 A/(mol·cm2),氧化峰的电位差达到340 mV,能够明显区分其混合物.
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    化学工业
    工艺参数对高光制品收缩及翘曲变形的影响
    王梦寒,李雁召,刘晓,夏知姿,陈明亮
    2016,50 (02):  235-240. 
    摘要 ( 681 )  
    摘要: 为了分析工艺参数对大型平板高光无痕注射成型(RHCM)制品收缩及翘曲变形的影响,以空调柜机出风面板RHCM产品开发为例,利用MOLDFLOW软件建立RHCM有限元模型并进行模拟分析,采用田口实验设计方法分析工艺参数对产品综合质量的影响,采用单因素实验方法分析了模具温度对制品收缩和翘曲变形的影响,以及不同模具温度下工艺参数对制品收缩和翘曲变形的影响.结果表明:工艺参数对制品综合质量影响的大小顺序依次为熔体温度、保压压力、加热时间、保压时间、冷却时间、注射时间;当模具温度升高到材料的玻璃化转变温度并进入RHCM区域时,制品的体积收缩率和翘曲变形量呈减小的变化趋势,当加热时间为35 s时,制品的综合质量最好;在不同的模具温度下,制品的收缩率和翘曲变形量随熔体温度的升高而呈现出准线性增长的变化趋势,随保压压力的增大而减小,随保压时间的增加而呈小幅波动变化.
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    注塑件残余应力的载荷测量法
    刘红1,蒋兰芳2,陈先立1
    2016,50 (02):  241-245. 
    摘要 ( 601 )  
    摘要: 基于线性迭加原理提出了一种非破坏性的表面残余应力测量方法——载荷测量法,通过以一定的方式在注塑件上施加载荷来检测表面测点的应变,并计算出注塑件的加载应力和残余应力.结果表明:与工程上常用的钻孔法及剥层法相比,载荷测量法具有不破坏被测构件且检测成本较低的优点;在保证被测构件的受力状态处于弹性范围内的基础上,所提出的载荷测量法具有足够的检测精度.
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    数理科学和化学
    锥形空化器的流体动力特性及其影响因素
    栗夫园,党建军,张宇文
    2016,50 (02):  246-250. 
    摘要 ( 686 )  
    摘要: 为了分析锥形空化器的力学和流体动力学特性,对特定空化器进行水洞实验,针对各种锥角的空化器的流体动力特性进行仿真分析,并将实验与数值仿真计算的结果进行对比.结果表明:锥形空化器的锥角对其力学特性影响很大,并具有特定的变化规律;空化器的攻角对空化器的升力和阻力均有一定的影响,且不同锥角的空化器所受的力随攻角变化的规律不同.
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    含裂纹胶接金属加筋板的Ⅰ型应力强度因子求解
    何仕玖,张晓晶,汪海
    2016,50 (02):  251-256. 
    摘要 ( 642 )  
    摘要: 借鉴纤维增强金属层板桥接应力求解模型的理论和方法建立了胶接金属加筋板桥接力的求解模型,利用叠加原理将含裂纹胶接加筋板的Ⅰ型应力强度因子的求解分为2种情况,即利用Swift的位移协调方法求解破损筋条和普通筋条作用下基板的应力强度因子,以及利用桥接力模型求解桥接筋条作用下基板的应力强度因子.同时,利用有限元法和相关文献的实验结果验证桥接力模型和应力强度因子求解方法的有效性.结果表明,所建立的桥接力模型能够快速求解桥接力和胶接加筋板的Ⅰ型应力强度因子.
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    海洋环境参数对Scholte波特性的影响
    祝捍皓a,b,郑红a,林建民a,汤云峰a,孔令明a
    2016,50 (02):  257-264. 
    摘要 ( 1092 )  
    摘要: 采用半无限海底的Scholte波模型并将其推广至分层海底,在直角坐标系下利用流体和弹性体中的波动方程,提出基于水平分层弹性海底模型的Scholte波的求解方法,结合简正波理论分析了Scholte波的频散特性及其质点运动轨迹和质点位移的传播特性,并分析了海洋环境参数(声速与海底参数)对Scholte波传播特征的影响.结果表明,Scholte波受海底介质中横波声速的影响最大,其频散曲线转折点可用于估算弹性沉积层厚度.
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    密度均匀连续分层流体的内波格林函数
    朱仁传1,高阳1,缪国平1,姚志崇2
    2016,50 (02):  265-271. 
    摘要 ( 764 )  
    摘要: 考虑自由表面的影响,从理论上建立了在密度均匀的连续分层流体中脉动点源生成内波的数理模型,应用Fourier变换和围道积分,推导出点源脉动频率的平方小于BruntVisl频率的平方条件下含自由面的连续分层流体中脉动点源的内波格林函数,并给出了详细的解析表达式,讨论了解的性质、内波的生成机理和自由面的干扰机理及波动特征.结果表明,所提出的连续分层流体中脉动点源的内波生成格林函数具有较好的准确性.
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    含随机微裂纹的椭圆孔口应力分析
    周胜,李兆霞
    2016,50 (02):  272-277. 
    摘要 ( 691 )  
    摘要: 针对实际工程中广泛存在的孔洞边缘含有随机微裂纹的孔口应力分析问题建立了理论模型.利用微裂纹在小尺度下的局部保角性构造近似的复变函数,通过对微裂纹与宏观孔洞的尺度分离获得了不同尺度下椭圆孔口的应力场,并扩大了复变函数的应用范围.结果表明,通过近似的复变函数的构造和微裂纹与宏观孔洞的尺度分离,能够准确计算含微裂纹椭圆孔口的应力场和应力强度因子.当含随机微裂纹的椭圆孔洞所在平面承受竖向均布载荷时,椭圆长短轴的比值越大,应力强度因子的极值越大,且应力强度因子沿椭圆边缘的衰减速度越快;当椭圆长短轴的比值足够小时,微裂纹位置对应力强度因子的影响不大.
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    微气泡减阻的数值模拟方法及尺寸效应
    傅慧萍a,b,李杰b
    2016,50 (02):  278-282. 
    摘要 ( 778 )  
    摘要: 分别采用混合物模型、欧拉双流体模型和相群平衡模型对底部通气的二维平板微气泡减阻效果进行了模拟分析,探讨了气泡直径、喷气速度对微气泡减阻率的影响,并对其尺度效应进行研究.结果表明:减小气泡直径可以增加微气泡减阻率;在一定的范围内,减阻率随着喷气速度的增加而增大,但喷气速度过小或过大都将影响减阻效果;相群平衡模型比其他2种模型的数值模拟结果更接近于试验结果;由于物体尺寸增加所致的雷诺数增大在一定程度上会降低微气泡减阻率.
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    微通道中细胞转动对其化学微环境的影响
    李沛晔,都晓慧,胡延东,赵社戌
    2016,50 (02):  283-287. 
    摘要 ( 678 )  
    摘要: 采用FLUENT软件模拟了T型引物梯度产生器中的细胞转动过程,分析了细胞转动的线速度、方向和细胞尺寸对其化学微环境的影响.结果表明:在细胞转动的过程中,由于产生额外的引物输运,使其周围引物浓度在一定时间内发生变化,但最终达到稳态;顺时针与逆时针转动的细胞对微环境的搅动效果相反;增加细胞转动的线速度,可以增强其对微环境的搅动效果,但将导致趋化偏转角增大而使得趋化动力减小;细胞尺寸对于细胞趋化偏转角的影响较小,但对其趋化动力的影响较大.
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    波浪载荷作用下海洋结构焊趾表面裂纹的应力强度因子计算
    闫小顺1,2,黄小平1,梁园华3,李洛东3
    2016,50 (02):  288-293. 
    摘要 ( 592 )  
    摘要: 提出一种考虑波浪外载荷影响的应力强度因子计算方法,并通过与权威经验公式进行对比以验证其有效性;在不同的浪向、频率下对某半潜平台立柱与撑杆连接处肘板焊趾表面裂纹应力强度因子幅值进行计算.结果表明:由经验公式所得应力强度因子幅值与实际波浪载荷作用下的结果差别很大;可根据部分计算结果预测不同波浪载荷作用下不同尺寸裂纹的应力强度因子幅值.
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    活塞和圆盘涡环的运动学特征分析
    秦苏洋,向阳,刘洪
    2016,50 (02):  294-299. 
    摘要 ( 739 )  
    摘要: 采用数值模拟方法,使用流函数和拉格朗日相关结构对由2种生长机制所得涡环的典型物理特征进行分析.结果表明:由2种生长机制所得涡环均属于薄核涡环,其涡核的涡量分布满足高斯分布,并且具有统一的物理模型;但由于2种涡环生长过程中的环境差异而导致其运动学特征存在差异,主要表现在涡环的传输速度和无量纲涡核半径有所不同.
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    传统古筝的振动声学特性仿真分析
    邓小伟1,余征跃1,姚卫平1,陈民杰2
    2016,50 (02):  300-305. 
    摘要 ( 768 )  
    摘要: 基于振动声学原理提出了传统古筝的简化分析模型;建立了古筝结构的三维有限元模型,以琴弦及琴码对面板的作用力作为振动条件进行了振动频响分析,并以振动频响仿真结果作为声学边界条件建立了古筝的声学有限元模型以仿真其声学特性.结果表明,古筝结构振动的有限元仿真结果与其实验结果基本一致,所得古筝辐射声压频响曲线的主要峰值频率与结构有限元计算的结果基本一致.其中,声压频响在350~550 Hz以内比350 Hz之前的声辐射效率更高;古筝向上的振动声辐射量高于向下的.
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    其他
    非光滑表面离心泵叶轮的流动减阻特性
    牟介刚1,代东顺1,谷云庆1,刘剑1,郑水华1,WANG Evan2
    2016,50 (02):  306-312. 
    摘要 ( 623 )  
    摘要: 为了分析非光滑表面对离心泵性能的影响,基于仿生凹坑表面的减阻特性,将凹坑型非光滑单元体排布于离心泵叶片的工作面,建立具有非光滑表面的叶轮离心泵的流动减阻特性分析模型,通过RNG kε湍流模型对离心泵内部流场进行数值模拟,分析具有非光滑表面叶轮的流动减阻特性,研究不同流量下非光滑表面对叶片近壁面的速度分布、剪应力和离心泵内部流场的影响.结果表明:凹坑型非光滑表面能够降低因黏性阻力产生的叶轮扭矩,其扭矩的最大降幅为5.8%;非光滑表面能够有效控制叶片近壁面边界层的流体流动,减小叶片的壁面剪应力;凹坑型非光滑表面能够降低离心泵叶轮内部流体的湍动程度,减小湍动产生的能量耗散,使叶轮内部的流体流动更加稳定并提高离心泵的效率.
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    自动化技术、计算机技术
    遗传算法和神经网络耦合的金融预测系统
    宋晓勇,陈年生
    2016,50 (02):  313-316. 
    摘要 ( 671 )  
    摘要: 神经网络具有强大处理非线性系统的能力和映射能力, 在财务预警和金融预测中得到广泛应用.神经网络与遗传算法耦合的金融参数预测系统(GABP系统)是利用智能模拟算法,算法要点是遗传算法对神经网络预测金融系统拓扑结构层间权系值进行优胜劣汰演化,本文证明二者耦合能提高网络系统的效率和预测精度,实现了两种智能模拟方法的集成耦合.
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