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当期目录

    2019年, 第53卷, 第11期 刊出日期:2019-11-28 上一期    下一期
    学报(中文)
    运行工况和直喷正时对双喷射汽油机颗粒物排放的影响
    陈文浩, 夏淳, 毛克让, 陶杰, 方俊华, 黄震
    2019,53 (11):  1269-1275.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.11.001
    摘要 ( 770 )   PDF(1758KB) ( 216 )  
    应用DMS500快速颗粒分析仪对一台进气道-缸内双喷射汽油机的颗粒物排放特性进行试验研究,考察运行工况(转速、负荷)以及直喷时刻对颗粒物排放量及其粒径分布的影响.研究结果表明:在低负荷下双喷与直喷模式的燃烧特性区别较小,而在中、高负荷下双喷模式的缸压峰值相比于直喷模式的缸压峰值略有升高;双喷模式具有非常显著的降低颗粒物排放的效果,但随着转速、负荷的升高双喷模式的颗粒物排放量也逐渐上升;在中、高负荷下,直喷比例为50%的双喷模式对降低颗粒物排放量的效果显著;与直喷模式相比,双喷模式的颗粒物粒径分布向小粒径方向移动;直喷模式存在最佳的喷射正时使得颗粒物排放量达到最低水平,双喷模式的最佳直喷正时要比直喷模式更靠近排气上止点.
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    主碳链长度对脂肪酸甲酯扩散火焰碳烟生成及其演变规律的影响
    邹鑫尧,高展,黄震,朱磊
    2019,53 (11):  1276-1284.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.11.002
    摘要 ( 709 )   PDF(19606KB) ( 100 )  
    研究主碳链长度对于脂肪酸甲酯的同轴层流扩散火焰中碳烟的生成及其演变规律的影响.针对丁酸甲酯、辛酸甲酯及癸酸甲酯扩散火焰,采用激光诱导炽光法,结合热泳探针取样后的透射电子显微镜图像,分析火焰中碳烟体积分数的2维分布及碳烟颗粒的形貌特征.实验结果表明:随着主碳链长度的增加,脂肪酸甲酯扩散火焰的碳烟体积分数增大,碳烟的生成与积聚更为提前,表面生长速率更快;通过化学反应动力学模拟3种脂肪酸甲酯的热解氧化反应,验证了激光诱导炽光法的实验结果;随着主碳链长度的增加,脂肪酸甲酯的热解起始温度有所降低,C2H2、C2H4等中间物质的产生有所增加,多环芳香烃的生成速率更快;通过对苯环生成路径的敏感性分析可知,在丁酸甲酯热解中,第1个苯环的形成主要为C4+C2的生成路径,而辛酸甲酯、癸酸甲酯热解中苯的形成有C4+C2、C3+C3两种生成路径,且C3+C3生成路径占主导地位.
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    润滑油参数对柴油机颗粒排放成分及特性影响的试验研究
    高深,胥昌懋,赵磊,雷凌,田强,张武高
    2019,53 (11):  1285-1293.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.11.003
    摘要 ( 753 )   PDF(2008KB) ( 159 )  
    在一台增压中冷高速柴油机上,分别用4种专门配制的润滑油进行尾气排放测试,比较分析了润滑油的基础油种类及灰分含量对颗粒排放物的氧化活性、金属元素及颗粒中正构烷烃含量的影响.针对柴油发动机排气进行测试,对柴油机颗粒滤清器的再生研究具有一定的参考价值.颗粒物的氧化活性研究结果表明:小负荷时,颗粒排放物的氧化性较强,且和基础油种类关系不大;当负荷增大时,颗粒排放物的氧化活性变低;聚α烯烃(PAO)润滑油的颗粒排放物的氧化活性高于矿物润滑油,且经过低灰处理后润滑油的颗粒物氧化活性较强.颗粒排放物中金属成分的研究结果表明:相同种类的基础油,润滑油的灰分含量降低,颗粒排放物的金属成分含量也随之降低;与普通矿物油相比,在普通PAO润滑油的颗粒排放物中金属含量有增大的趋势,但经过低灰并加入部分矿物油处理后,颗粒排放物中的金属含量与低灰普通矿物润滑油的含量大致相当.颗粒排放物中正构烷烃含量的研究结果表明:当负荷增大时,润滑油中的正构烷烃含量升高;当用PAO润滑油时,颗粒排放物中的正构烷烃含量有所降低;当润滑油的灰分含量较低时,颗粒排放物中的正构烷烃含量减少.
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    采用易挥发工质对超亲水泡沫铜的毛细性能表征
    蒋玉婷, 张鹏,吕凤勇
    2019,53 (11):  1294-1301.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.11.004
    摘要 ( 766 )   PDF(4073KB) ( 151 )  
    为研究超亲水泡沫铜的毛细性能,以及易挥发工质的蒸发对毛细性能参数的影响,分别以水和乙醇作为工质,对其在超亲水泡沫铜上的毛细上升过程进行实验研究.根据工质的挥发性,结合不同的理论模型得到超亲水泡沫铜的毛细性能参数;分析比较不同工质在同一样品上的毛细性能因子.研究结果表明:工质蒸发对所测试的毛细性能参数有较大的影响,不可忽略;在此基础上,为易挥发工质提出一种可准确获得毛细性能参数的方法;利用该方法系统地分析了超亲水泡沫铜的毛细性能.
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    平板型双流道太阳能空气集热器扰流板结构优化
    张东,张建军,张跃智,李金平,王林军
    2019,53 (11):  1302-1307.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.11.005
    摘要 ( 664 )   PDF(2995KB) ( 181 )  
    构建了平板型双流道太阳能空气集热器,提出了安装开孔型扰流板的结构优化方案,将该方案与安装平面无孔式扰流板及无扰流板集热器进行了对比分析.结果表明,安装平面无孔式扰流板后,集热器背部区域会形成局部空气流动死区,而安装开孔型扰流板可以破坏和抑制流动死区的形成,从而提高集热器的集热效率和热性能.相比未安装扰流板的原始模型,安装扰流板后集热效率由53.4%增加到67.9%.
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    基于定向电沉积的神经电极表面性能
    于谦,张文光,尹雪乐
    2019,53 (11):  1308-1315.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.11.006
    摘要 ( 668 )   PDF(5575KB) ( 131 )  
    采用一种新的定向电沉积方法在铂电极表面获得了具有规律的微观结构,经过电化学性能测试来评价不同试验条件下的电沉积处理效果,并通过超声处理和电脉冲刺激来验证电沉积后电极表面性能的机械和电化学稳定性. 结果表明:所制备的铂电极表面微观结构能够增大电荷吸附的表面积;结晶调整剂氯化铵的加入,使得电极表面微观结构更具规律性,并实现了定向电沉积;相较于无规则电沉积,其双层电容及阴极电荷存储能力分别提高了26.8%、85.7%;当结晶调整剂浓度为4 mol/L,电解液温度为50 ℃时,能达到最佳的性能优化效果.
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    基于时间序列分析的电容器退化模型
    张田,潘尔顺
    2019,53 (11):  1316-1325.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.11.007
    摘要 ( 823 )   PDF(1336KB) ( 223 )  
    针对高温下电容器电容值下降的问题,基于差分自回归移动平均(ARIMA)模型及分数阶自回归移动平均(ARFIMA)模型,引入时间序列分析法预测电容值的退化轨迹.对于ARIMA模型,当电容器的退化过程服从Wiener分布时,利用过差分预判法(OPM)预判原时间序列的过差分阶数;根据单位根检验、自相关及偏自相关函数的计算结果确定经过一阶差分后的时间序列的平稳性.对于ARFIMA模型,利用重标极差法判定退化数据是否具有长期记忆性;通过最小准则及极大似然法估计模型阶数及其相关参数值.最后,通过残差检验验证OPM-ARIMA及ARFIMA模型在提取有效信息与准确预测两方面的能力,并进一步分析了这两种模型的可行性与有效性.
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    基于GARCH效应和改进罚指标的时域非线性损伤识别
    郭惠勇,黄淇
    2019,53 (11):  1326-1334.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.99.003
    摘要 ( 620 )   PDF(3821KB) ( 92 )  
    结构在服役期间可能会产生裂纹等损伤,裂纹的张开和闭合效应使损伤呈现出时域非线性特性.另外,基于时域模型的方法主要反映了刚度损伤引起相邻节点自由度处的特征改变,难以直接反映层间刚度的损伤信息.为了解决这些问题,提出了一种基于GARCH模型和改进罚指标的损伤识别方法.首先描述了GARCH模型的基本原理,并给出了GARCH模型的定阶方法和模型参数估计法.然后分析了时域非线性的双线性刚度特性,并提出了基于GARCH模型的非线性损伤识别原理和基于刚度的基本GARCH指标.最后利用罚函数原理,对层间刚度损伤提出了一种改进GARCH罚指标方法以提高识别可靠性.数值计算和实验研究结果表明,采用改进GARCH罚指标可以较好识别出结构非线性损伤,其识别效果要好于基本GARCH指标以及基于线性自回归模型和倒谱测距的方法.
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    可生物降解的黄麻纤维/聚乳酸复合材料的制备和力学性能
    杜思琦,王继崇,彭雄奇,顾海麟
    2019,53 (11):  1335-1341.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.11.009
    摘要 ( 780 )   PDF(9930KB) ( 121 )  
    利用热模压工艺一步成型了可完全生物降解的黄麻增强聚乳酸(PLA)基体复合材料,对机织黄麻纤维布进行碱化处理以尝试提升复合材料的性能,通过扫描电镜观察纤维表面形貌,对黄麻纤维布进行了0°/90° 单轴拉伸和±45° 偏轴拉伸试验,对黄麻纤维/PLA复合材料单层板进行了0°/90° 单轴拉伸试验.纤维的表面形貌显示碱化处理去除了纤维表面杂质,细化了纤维结构,形成了粗糙的纤维表面;拉伸试验结果显示碱化处理后黄麻纤维布和黄麻纤维/PLA复合材料的断裂强度均下降,弹性模量均升高;与纯黄麻纤维布相比,PLA的加入使得复合材料力学性能有很大提升;与聚丙烯作为基体的黄麻纤维增强复合材料相比,黄麻纤维/PLA复合材料不仅可完全降解、无毒无害,而且强度和模量都较高.
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    热载荷作用下颗粒增强复合材料温升分布数值模拟
    杨万友,王家序,黄彦彦,周青华,杨勇
    2019,53 (11):  1342-1351.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.11.010
    摘要 ( 628 )   PDF(4611KB) ( 165 )  
    对在严酷太空环境中服役的航天器而言,高低温交变是严重影响颗粒增强复合材料性能的关键因素之一.热载荷将造成材料表面和内部温升发生变化,进一步导致材料产生热变形和热应力,严重影响材料的力学性能.颗粒增强复合材料中,增强体具备与基体材料不一样的热传导属性,且分布不规则,使得热量在复合材料中的稳态热传导以及温升分布规律极其复杂.论文基于等效夹杂方法,提出一种求解分布热载荷作用下复合材料温升分布场的数值分析方法,并利用共轭梯度法和快速傅里叶变换法提升数值分析方法效率.分析结果表明,颗粒增强体形状、大小、位置和热传导属性对颗粒增强复合材料内部温升分布有着显著影响.
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    橡胶O形圈/不锈钢配副往复摩擦生热特性
    孔亚彬,沈明学,张执南,孟祥铠,彭旭东
    2019,53 (11):  1352-1358.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.11.011
    摘要 ( 734 )   PDF(2341KB) ( 115 )  
    采用含高阶项的Mooney-Rivlin本构模型对丁腈橡胶O形圈/316L不锈钢配副的往复摩擦生热特性进行有限元分析及试验验证.利用变参数法分析往复频率、摩擦系数、接触压力及环境温度对配副金属温度场的影响.结果表明:所建模型能较准确地分析橡胶/金属摩擦界面的摩擦生热特性.随着往复频率、摩擦系数和接触压力的增大,稳定阶段摩擦界面的温度升高;摩擦界面温升速率与初始环境温度无关;摩擦界面温度的稳定值与往复运动频率呈线性变化关系,与摩擦系数和接触压力呈“抛物线”状递增关系;摩擦过程中靠近摩擦热源的区域等温线较密集,温度梯度较大.
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    基于两种预压缩模型的格莱圈静密封性能
    蔡智媛,王冰清,彭旭东,郭生荣,孟祥铠
    2019,53 (11):  1359-1366.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.11.012
    摘要 ( 617 )   PDF(4393KB) ( 142 )  
    基于ANSYS软件建立了液压格莱圈密封二维轴对称几何模型,对模拟密封圈安装过程中采用的轴向推进和径向压缩两种预压缩有限元模型及相关模拟结果进行了对比研究.首先,给出了两种模型下格莱圈密封应力分布的差异.其次,对比分析了两种模型下不同压缩率和介质压力对静密封性能的影响.结果表明:两种模型下获得的静密封性能影响规律基本相同,且应力分布基本相似,但对密封圈应力集中部位预测结果存在偏差,表现为径向压缩模型下的应力集中部位更靠近空气侧;此外,轴向推进预压缩模型的模拟结果揭示出聚四氟乙烯滑环靠介质侧的倒角处易发生磨损,这一结果与工程实际比较符合.
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    跨临界CO2热泵的热气旁通除霜方法及除霜时间分析
    王驿凯,叶祖樑,潘祖栋,赵建峰,胡斌,曹锋
    2019,53 (11):  1367-1374.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.11.013
    摘要 ( 888 )   PDF(1208KB) ( 160 )  
    空气源热泵系统在低温工况下运行时,存在蒸发器表面结霜、系统性能恶化等问题.针对传统除霜方法在跨临界CO2热泵系统应用中的局限性,对热气旁通除霜方法进行实验研究.在搭建的空气源跨临界CO2热泵系统实验平台上,以外径12.7mm的旁通铜管作为节流机构,对除霜过程中的动态参数变化以及环境温度对除霜时间的影响进行分析,并绘制除霜不同时刻的系统压焓图.实验结果表明:热气旁通除霜过程较为稳定,各测点参数变化较为平缓.结合实验数据,可以发现,采用热气旁通除霜方法可明显提高蒸发器进口温度至30℃左右,缩短除霜时间;而除霜时间受除霜稳定期影响较大,环境温度降低或环境湿度增大均会延长系统除霜时间,除霜能耗比值与除霜时间比值的变化趋势基本一致.对热气旁通除霜效率进行计算,其值为46.5%,与其他热气除霜方法相比,效率增长33.62%,除霜时间缩短100s,说明热气旁通除霜方法更适用于空气源跨临界CO2热泵系统.
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    多道次普旋预成形阶段法兰起皱预测
    李雪龙,于忠奇,赵亦希,EVSYUKOV S A
    2019,53 (11):  1375-1380.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.11.014
    摘要 ( 623 )   PDF(4043KB) ( 171 )  
    多道次普旋包括贴模阶段和预成形阶段,本文主要聚焦于预成形阶段法兰起皱预测.根据普旋预成形阶段变形特征,提出法兰失稳区域内侧为简支条件,外侧为自由边界条件的假设,并推导出符合边界条件用来描述起皱波形的挠度曲面方程.基于能量法建立了法兰起皱预测模型,结合从普旋数值仿真获得的应力场和几何信息,完成了预成形阶段法兰起皱预测.与铝合金半球形构普旋试验对比表明,所建立的预测模型可以准确评估预成形阶段法兰起皱现象.
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    7A60铝合金搅拌摩擦加工组织及性能
    李萍,张凯,王薄笑天,薛克敏
    2019,53 (11):  1381-1388.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.11.015
    摘要 ( 634 )   PDF(15025KB) ( 75 )  
    以7A60铝合金为研究对象,采用搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing, FSP)技术对其进行塑性改性并探索加工参数对7A60铝合金组织及力学性能的影响.结果表明:搅拌摩擦加工过程中铝合金发生动态再结晶而形成细小均匀的等轴晶;基体中第二相破碎细化,均匀分布在基体中且组织中η(MgZn2)相发生回溶;速比因子在很大程度上影响合金性能,随着速比因子的增大,搅拌区硬度先增加后减小.当速比因子为5时,材料显微硬度和抗拉强度达到最高(维氏硬度约120,抗拉强度 449.9MPa),相比母材分别提高 37.5% 和 35.5%;速比因子继续增大时,搅拌头产热量急剧增加,导致材料组织严重粗化且拉伸断口韧窝变浅,使得材料强度和塑性降低.
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    基于逆有限元法和网格映射的板材成型坯料优化
    张向奎,王洋,王长生,胡平
    2019,53 (11):  1389-1394.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.11.016
    摘要 ( 639 )   PDF(3520KB) ( 192 )  
    在金属板材成型中,坯料经拉延成型后得到无缺陷与无多余材料的零件,意味着坯料设计必须合理.由于坯料的非均匀流动和各向异性特性产生的凸耳与不均匀法兰,成型零件与目标零件存在形状差异.为获得合理的坯料,提出节点网格映射方法.结合逆有限元分析和增量分析,根据映射关系和材料点流动趋势优化坯料形状.为了验证提出的方法,分别对方盒件成型和某电动车B柱成型进行坯料设计.结果表明,对于较为复杂的工业零件,所提出的方法经过有限次优化后可得到合理坯料形状,所需的目标零件形状与采用合理坯料成型后的形状一致.
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