河南科技大学学报:自然科学版

Journal of Henan University of Science and Technology: Natural Science

材料科学与工程

  • 尺寸效应下Cu-Ag合金强度的神经网络预测

    张学宾;谷继华;宋克兴;米绪军;吴保安;肖柱;解浩峰;吕长春;

    建立了基于尺寸效应的Cu-Ag合金抗拉强度反向传播神经网络和粒子群优化神经网络模型,将神经网络模型应用于Cu-Ag合金微细丝抗拉强度的预测。进行不同线径和银含量(质量分数)的Cu-Ag合金微细丝拉拔和微观组织试验。试验结果表明:铸杆微观组织由共晶树枝晶和共晶群体组成。拉拔变形量达98.06%时,枝晶组织基本消失,以变形态的细小等轴晶组织为主,且均匀致密。抗拉强度随线径减小持续增加,当线径小于1 mm时,合金的抗拉强度迅速增大,表现出明显的尺寸效应。确定神经网络模型最优拓扑结构为2-10-1,两种神经元网络模型样本数据的相关系数分别为0.794和0.907,粒子群优化-反向传播(PSO-BP)人工神经网络模型测试样本最大相对误差绝对值为3.3%,能准确预测Cu-Ag合金的抗拉强度。

    2021年02期 v.42;No.189 1-6+117页 [查看摘要][在线阅读][下载 2538K]
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  • 铜基材料表面石墨烯涂层的调控

    胡浩;宋克兴;卢伟伟;程浩艳;周延军;曹军;陈鼎彪;沈晓宇;丁勇;徐静;胡天庆;

    针对铜箔在特殊领域应用时导电性与耐腐蚀性差的问题,采用空气喷涂法在铜箔表面涂覆石墨烯涂层,通过调节石墨烯涂镀液中甲基吡咯烷酮与乙二醇的体积比,实现石墨烯涂层在铜箔表面空间结构的精确调控。研究结果表明:石墨烯在铜箔表面的空间形态与厚度,可以通过分散剂的种类和喷涂液的体积来控制。当分散溶剂中甲基吡咯烷酮与乙二醇的体积比为2∶1时,涂覆石墨烯的铜箔阻抗最大,在盐水中的抗腐蚀性能最好。

    2021年02期 v.42;No.189 7-11+17+4页 [查看摘要][在线阅读][下载 3026K]
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机械与仪表

  • 一种FIR滤波参数可调的电压采集模块设计

    杨旭;徐巧玉;王军委;周新稳;

    为了有效滤除电压采集信号中的高频噪声,提出了一种有限长单位冲激响应(FIR)滤波参数可调的电压采集模块设计方案。基于高级精简指令集微处理器(ARM)和现场可编程门阵列(FPGA)的硬件平台,采用FIR数字滤波器滤除采集信号中的高频噪声。ARM根据采样频率、截止频率等滤波参数自动生成滤波器系数。FPGA采用改进后的直接型滤波器,根据滤波参数调整滤波器结构,完成滤波系数与采集数据的运算。ARM与FPGA协同工作实现参数可调的FIR滤波器。实验结果表明:本文电压采集模块电压具有较高的采集精度,采集相对误差绝对值最大为0.22%。本模块能够根据设置的滤波参数,自动完成FIR滤波系数计算和滤波器结构调整,在信号采集的同时完成数据滤波,有效滤除信号中的高频噪声。

    2021年02期 v.42;No.189 12-17+5页 [查看摘要][在线阅读][下载 1062K]
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  • 能量法结合数值模拟的20SiMn合金钢粗糙度分析

    陈爽;肖锦初;张志;肖友谱;

    针对20SiMn合金钢粗糙度模拟值计算过程复杂的问题,通过结合能量法中卡氏定理和粗糙度的表征定义,建立材料内部应变能与粗糙度的关系。通过有限元分析,将粗糙度仿真模拟值R_(ai)与运用内部应变能求解得到的粗糙度值R_(aii)进行了对比。研究结果表明:在静压力参数分别为100 N、300 N和600 N时,模拟值R_(ai)与R_(aii)的变化规律一致。试验证明了材料内部应变能数值可用于粗糙度的分析。

    2021年02期 v.42;No.189 18-22+5页 [查看摘要][在线阅读][下载 2307K]
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交通运输、能源与动力工程

  • 动力电池热管理冷热双工况特性分析

    米国强;徐红玉;梁坤峰;李亚超;王莫然;

    基于工质相变换热和热虹吸原理,设计了一种动力电池热管理冷热双工况循环系统,系统无泵运行。针对某款17Ah锂电池,通过试验,测试了该系统的换热效果。试验结果表明:该热管理系统能实现电池箱的温度管理。加热工况下,多组试验的电池箱换热功率相差为1.2%~3.8%,电池箱的升温效果较好。散热工况下,系统散热功率在电池温度为70℃时达到最大,其值为88.4 W。且冷凝器侧强制风冷散热与自然散热相比,能将系统散热功率提高10.0%~63.9%。

    2021年02期 v.42;No.189 23-29+5-6页 [查看摘要][在线阅读][下载 6674K]
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  • 掺氢比和废气再循环率对天然气发动机性能的影响

    董永超;马志豪;王鑫;马凡华;

    为了研究部分节气门开度下掺氢比和废气再循环(EGR)率对天然气发动机性能的影响,在一台6缸火花点火天然气发动机上进行了不同掺氢比和EGR率下的性能和排放特性试验。试验时,发动机转速恒定为1 000 r/min,节气门开度为50%,过量空气系数φ_a=1。研究结果表明:最佳点火提前角随着EGR率的增大而提前,随着掺氢比的增加而推迟。平均有效压力(BMEP)随着EGR率的增大而降低,随着掺氢比的增加呈现先减小后稳定的趋势。NO_X排放量随EGR率和掺氢比的变化趋势与HC排放量的变化趋势相反。CO排放量随EGR率增大变化不大,随掺氢比的增加而降低。发动机在此工况下的最佳掺氢比为40%,最佳EGR率为15.8%。

    2021年02期 v.42;No.189 30-37+6页 [查看摘要][在线阅读][下载 3086K]
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  • 轮边驱动式电动拖拉机转向特性分析

    韩冰;刘孟楠;徐立友;

    针对轮边驱动式电动拖拉机差速转向问题,建立了三自由度动力学模型,导出了滑转率-车速求解模型和转向轨迹模型。通过构建驾驶员输入模型,建立了系统仿真模型,分析差速率对横摆角速度、侧倾角、滑转率和转向半径的影响。研究结果表明:重载低速工况差速率的推荐范围为21%~23%,其转向半径为4.57~5.01 m;轻载高速工况差速率的推荐范围为6%~8%,其转向半径为13.13~17.50 m。

    2021年02期 v.42;No.189 38-45+6页 [查看摘要][在线阅读][下载 3028K]
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电工电信、自动化与计算机

  • 非线性预测控制及其在微电网中的应用

    王建;卢一相;高清维;余益;

    针对具有异质通信延迟和数据丢失的多智能体非线性系统的输出一致性问题,提出了一种网络化的多智能体预测控制方法。首先,结合输入输出反馈线性化和分布式滚动优化的方法,解决了非线性系统的预测问题。主动通信约束补偿机制的引入,克服了传统控制器仅在最大允许时延情况下实现输出一致性的保守性问题。其次,引入了代理之间的协调和控制成本,即综合考虑了控制目标和系统约束,使得所设计的协调控制器更具物理意义且更易实现。分布式控制器的引入还将大幅减轻大规模网络化多代理控制系统的计算负担。最后,在MATLAB/Simulink软件环境中,该算法被应用在一个具有4个发电单元的分布式智能微电网上,以解决其电压恢复问题。研究结果表明:所提出的网络化分布式预测控制方案,可以有效地解决多代理系统所遭遇的通信约束问题,并使得系统在一定的性能指标下实现输出一致性,即微电网可以在较低的控制成本下,实现时延的主动补偿及给定的380 V电压值的快速跟踪。

    2021年02期 v.42;No.189 46-52+58+6-7页 [查看摘要][在线阅读][下载 1250K]
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  • 物联网技术在养殖塘水质监控系统中的应用

    海涛;陈娟;韦文;李娜娜;曾泽明;

    针对传统水质监控系统中存在不能兼顾通信距离、通信成功率、调控精准度等问题,设计了一种基于长距离无线通信(LoRa)技术和窄带物联网(NB-IoT)技术的养殖塘水质监控系统。利用MSP430F149单片机和传感器实时采集水质参数信息,通过LoRa局域网传输参数信息至采集节点中心,利用NB-IoT进行数据汇总上传至中国移动物联网云平台(One-NET),开发了相应的微信小程序实现与云平台数据对接。云平台根据所得到的数据主动控制电气设备实现水质参数的调控。试验结果表明:通信成功率在98%以上,水质参数平均相对误差在0.5%以内,其他参数指标均符合要求。该系统保证了远程监控的实时性,提高了对水质参数调控的精准度。

    2021年02期 v.42;No.189 53-58+7页 [查看摘要][在线阅读][下载 1956K]
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建筑科学

  • 富水软弱围岩隧道塌方机理及治理措施

    罗治国;张智健;李勇森;梁斌;

    以国家"一带一路"重点项目云南临沧临翔至清水河高速公路马家寨隧道工程为依托,通过有限元软件迈达斯GTS NX模拟隧道塌方段围岩稳定性,对隧道塌方机理进行了分析,并提出相应治理措施。研究结果表明:隧道塌方段拱顶沉降值最大达到了41.3 mm,仰拱隆起值最大为54.5 mm,围岩结构松散软弱,极易发生塌方事故。围岩最大塑性应变值为1.04×10~(-2),塑性应变主要集中在上台阶掌子面中心处,该处易发生塑性破坏。塌方段初期支护最大拉应力为25.1 MPa,最大压应力为69.3 MPa,均超过规范要求,支护极易发生破坏。实际工程中地下水的流动进一步降低了围岩强度,施工时过大的扰动导致了该次塌方事故,结合隧道塌方现场实际情况,采用超前管棚支护对塌方段进行注浆加固。

    2021年02期 v.42;No.189 59-64+7-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 4566K]
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  • 洛阳地区砂卵石地层渗透系数与有效粒径关系

    李达;高笑娟;马建军;雷居强;

    洛阳地区砂卵石地层渗透系数经验取值的范围较大,对洛阳地铁1号线车站深基坑的降水设计造成极大困难。为了精确估算渗透系数,利用地铁车站基坑开挖面取得的土样颗粒筛分试验结果,以现场抽水试验求得的渗透系数值为基准,分析了砂卵石地层有效粒径d_(10)与渗透系数k之间的关系,修正了太沙基渗透系数计算经验公式,得到了适用于洛阳地区砂卵石地层的渗透系数计算经验公式。研究结果表明:修正后的渗透系数计算经验公式,可用于估算d_(10)为0.2~0.7 mm时洛阳地区砂卵石地层渗透系数k。勘探孔取土可能造成砂卵石土样中细颗粒缺失,修正渗透系数计算经验公式时应引入粒径级配累计曲线的曲率系数C_c。

    2021年02期 v.42;No.189 65-69+75+8页 [查看摘要][在线阅读][下载 1824K]
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  • 基桩嵌岩段抗拔承载特性现场试验研究

    杨柏;陈开伦;刘磊;苏春晖;孙珍茂;

    通过现场试验研究了砂岩层中基桩的抗拔承载特性,分析了基桩嵌岩段的破坏机理,提出了嵌岩桩极限抗拔承载力的预测公式,将计算结果与试验值和规范计算值进行了比较。研究结果表明:嵌岩桩的上拔荷载-桩顶位移曲线均为陡变型,增加桩长可以有效地增加承载力,但对桩顶位移的影响有限。试验得到桩岩相对位移为20~25 mm,中风化砂岩层侧阻力达到极限,极限抗拔侧阻力为925.4~961.3 kPa。当桩身强度高于桩周岩体时,基桩的抗拔承载力由桩周岩体的抗剪切强度提供,桩的极限侧阻力可以等效为桩周岩体的抗剪切强度。现行规范的计算值偏于保守,与本文试验值的比值为0.18~0.39。

    2021年02期 v.42;No.189 70-75+8页 [查看摘要][在线阅读][下载 1873K]
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  • 高强钢绞线沿海环境锈蚀时变模型试验研究

    程鹏举;谢军军;潘鑫鑫;彭卫;

    针对沿海建筑结构中常用的高强钢绞线材料,开展了锈蚀时变规律试验研究。建立了沿海地区真实环境与多功能气候模拟试验室环境之间的当量折算关系,分析了钢绞线锈蚀率随时间的变化规律,进行了钢绞线锈蚀形貌观测,分析蚀坑发展模型。试验结果表明:随着锈蚀时间的不断增加,钢绞线的抗蚀坑增长的能力逐渐减弱,锈蚀前期(1 a之内)平均锈蚀率缓慢增长,随后急剧增加。从初始锈蚀到第5年平均锈蚀率时变曲线拟合结果为幂函数形式。在1 a之内时,局部锈蚀中的点蚀为主要锈蚀形式,蚀坑形貌尺寸扩张迅速。实际服役1~5 a阶段,均匀锈蚀与局部锈蚀共同作用,锈蚀产物的不断堆积阻碍蚀坑扩展,导致蚀坑尺寸扩展缓慢。蚀坑长、宽、深随时间扩展曲线拟合结果为分段函数形式。

    2021年02期 v.42;No.189 76-81+9页 [查看摘要][在线阅读][下载 2948K]
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农业与生物科学

  • 土壤与初烤烟叶成分及烤烟品质的相关性分析

    赵鹏力;申洪涛;徐辰生;王艳芳;张仕祥;刘德鸿;刘领;杨自军;

    为了探讨植烟区土壤成分对烤烟基础化学成分及品质的影响,选择南平K326植烟品种为材料,测定土壤和烟叶中基础成分含量,分析其与评吸结果的关联性。研究结果表明:土壤碱解氮和速效磷含量与C3F烤烟烟碱有较高的正相关性(r>0.64),土壤有机质与烤烟总氮、总糖、还原糖含量有正相关性(r>0.72)。C3F烤烟透发性与土壤速效钾呈强正相关性(r>0.96),与烤烟总氮、钾含量呈较强正相关性(r>0.65)。B2F烤烟透发性与总氮(r>0.84)、糖含量(r>0.74)有正相关性。说明土壤营养物质影响烤烟中的化学成分含量,同时影响初烤烟叶的品质,且与等级有关联。烤烟中总氮、钾、烟碱和总糖含量及其之间的比例关系与烤烟的透发性有关。

    2021年02期 v.42;No.189 82-87+93+9页 [查看摘要][在线阅读][下载 231K]
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  • 甘草多糖对肉鸡生长性能和血清生化指标的影响

    张才;马璐;杨自军;代晶晶;马彦博;刘艳;王国永;

    为了研究甘草多糖(GCP)对肉鸡生长性能和血清生化指标的影响,将320只1日龄肉鸡随机分成5组。对照组肉鸡饲喂基础日粮,其他4个试验组肉鸡分别饲喂添加甘草多糖200 mg/kg、500 mg/kg、1 000 mg/kg和1 500 mg/kg的基础日粮。研究结果表明:日粮中添加GCP虽然不能提高整个试验期肉鸡的生长性能,但500 mg/kg组和1 000 mg/kg组的GCP,可以显著提高22~42日龄肉鸡的平均日增体质量(ADG),并降低料重比(F/G)(P<0.05)。日粮中添加GCP对肉鸡血清生化指标也有一定程度的影响,其中,500 mg/kg组和1 000 mg/kg组的GCP,可以提高肉鸡血清中总蛋白(TP)和球蛋白(GLB)的质量浓度以及高密度脂蛋白(HDL-C)的浓度(P<0.05),并能显著降低谷丙转氨酶(ALT)、甘油三酯(TG)和尿酸(UA)的浓度(P<0.05)。

    2021年02期 v.42;No.189 88-93+9-10页 [查看摘要][在线阅读][下载 414K]
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数理科学

  • 求解不可微凸优化问题的充分下降共轭梯度法

    黄元元;

    给出求解不可微凸优化问题的一类具有充分下降条件的共轭梯度法。该类方法是基于Moreau-Yosida正则化策略和传统的共轭梯度法设计的。理论分析表明:该类方法在一定条件下是全局收敛的。

    2021年02期 v.42;No.189 94-99+10页 [查看摘要][在线阅读][下载 227K]
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化学化工及其他

  • 中空微结构合金Pt/Cu的制备及其对氨硼烷水解释氢的催化活性

    刘全兴;刘亚伟;张军;杜西刚;李想;

    通过铜(Cu)还原铂(Pt)伽伐尼置换的液相化学反应途径,在温和条件下制备了具有中空结构的Pt/Cu微纳米合金粒子,借助于氨硼烷的水解释氢反应对其催化活性进行了评价。研究结果表明:所制得的系列双金属合金Pt/Cu纳米粒子,平均粒径约45 nm,呈中空微结构,分散性良好,且其赋存状态为独立的单金属Cu和Pt,未形成化合物或新物相。在室温下,Pt/Cu双金属纳米粒子对氨硼烷水解的催化活性均高于Cu粒子,Pt/Cu-0.75的催化活性明显高于Pt粒子,催化转化频率为67.22 min~(-1),表观活化能为35.75 kJ·mol~(-1)。

    2021年02期 v.42;No.189 100-104+10页 [查看摘要][在线阅读][下载 2045K]
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  • 稿约

    <正>《河南科技大学学报(自然科学版)》是由河南省教育厅主管、河南科技大学主办的综合性自然科学学术期刊,原刊名《洛阳工学院学报》,1964年创刊,1980年复刊;国际标准连续出版物号:ISSN 1672-6871,国内统一连续出版物号:CN 41-1362/N。本刊为双月刊,A4开本,112页,双月末出版,国内外公开发行,邮发代号36-285。读者可在当地邮局,或本刊编辑部订阅。

    2021年02期 v.42;No.189 2页 [查看摘要][在线阅读][下载 416K]
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  • 来稿须知

    <正>来稿要求立论正确,论据充足,数据可靠,图表清晰。文稿字数(含图、表)一般要求6 000~10 000字(A4纸4~6面)。文责自负,谢绝抄袭及一稿多投等学术不端行为。1.题名:中文题名应简明、具体、确切,一般不超过20个汉字。英文题名应与中文题名的含义保持一致,一般不宜超过10个实词,不用非公认的缩写词。2.作者及单位:中英文作者姓名、中英文作者单位名称、中英文单位所在省市名及邮政编码。英文部分的国内作者姓名用汉语拼音,姓前名后,作者单位的英文名称用全称,省市名用汉语拼音。

    2021年02期 v.42;No.189 105页 [查看摘要][在线阅读][下载 515K]
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