摘要:极地低温、高湿、高风速、高盐度、极昼极夜等极端环境易导致船舶、低空飞行器等近海面装备表面结冰,严重影响装备正常运行。为应对极地复杂环境带来的冰害,国内外学者围绕结冰预测探测方法、防除破冰技术等开展了大量对比实验与数理建模研究,对既有涉冰研究进展进行了分析总结。结果表明:结冰预测方法主要基于经验、理论与数值3种模型,其中,理论模型准确度小于50%,而数值模型准确度大于60%；结冰探测主要采用观测与检测两种方法,其中,平均结冰厚度的观测法与检测法测量精度分别可达±0.038 mm与±0.05 mm；极地装备表面的覆冰源自海浪飞沫、雨雾飞沫与大气,其中,海浪飞沫占比高达90%；防除冰技术有被动式和主动式两种,前者能耗低且寿命短,后者效率高但装置复杂,两者结合仍是未来发展趋势；极地水上船舶破冰主要采用冲撞、顶撞与首压技术,冰下潜艇破冰则采用机械挤压、鱼雷爆破与激光融冰等直接破冰或“先弱冰再破冰”的耦合技术。基于本文对极地低温环境结冰预探测方法与防除破冰技术的分析,进一步提出了既有方法与技术的优化方向,以期为复杂低温环境中载运装备及工程设备的冰灾护控技术发展提供参考与借鉴。

摘要:气固鼓泡流态化系统具有非平衡、非线性的多尺度特征。为研究含晕鼓泡床内复杂流动行为,利用含晕气泡多尺度曳力模型对三维鼓泡床反应器开展数值模拟,获得不同位置颗粒速度与体积分数的变化规律。对颗粒体积分数时间波动序列进行小波变换,分析轴向和径向位置颗粒脉动和气泡波动的变化。结果表明:基于含晕气泡的多尺度曳力模型能够较好地预测床内流动状态,床内整体呈现颗粒在中心上升而沿壁面下落的环-核流动形式;与颗粒速度波动相比,颗粒体积分数的波动频率更高且更加难以分辨;小波分析获得的颗粒相和气泡相的波动强度沿床高增加,但随着靠近壁面逐渐减弱;A类颗粒鼓泡床内气泡更强烈的破碎与聚并行为,使径向气泡分布较为均匀,能量分率径向差异较小;入口流速的增大增强了颗粒径向分布的非均匀性,且增大了颗粒相和气泡相波动信号的能量分率。

摘要:在多热源系统的动态热管理中,全域热场分析与实时评估是核心要素,而传统的离散测量和重构技术难以实时获取温度场动态变化。为此,提出一种基于离散测点的全域温度场重构策略,通过引入奇异值分解提取温度场的特征基函数,并引入灰狼优化算法对重构离散测点的布局进行优化,通过与离散测点值结合,建立全域温度场的关联系数矩阵。采用数值实验,基于4种类型热源系统验证了该方法的可靠性。结果表明:测点布局优化后,4种温度模型的理论重构误差水平显著降低了至少3个数量级。采用该方法对某多芯片PCB的温度场进行重构,与数值实验结果对比显示温度场平均误差为0.12 ℃,均方根百分比误差低于1%,验证了该策略在实际应用中的可靠性,为电子设备热控热分析提供了参考依据。

摘要:污水处理是重要的温室气体排放源之一,污水生化处理中氧化亚氮（N₂O）的产生及排放已经成为研究的热点。N₂O的产生机制复杂,不同工艺、不同操作条件下排放特性差异大。目前,已有大量针对污水生化处理过程中N₂O产生排放的研究,但基于N₂O产生途径的分析、评述N₂O减排策略的内容较少。系统探讨了污水生化处理过程中N₂O的主要产生途径,即NH₂OH氧化、硝化细菌反硝化、异养反硝化以及非生物途径；阐述了N₂O产生的影响因素,包括碳源、氮源、盐度等污水水质特性,溶解氧、回流比等工艺参数以及微生物种群分布等；总结了相应的减排策略,即可通过工艺条件优化、不同生化工艺耦合以及低N₂O产生水平微生物种群的富集等方法有效降低N₂O的产生排放；评述了目前研究存在的问题以及未来发展方向,模型的构建仍是研究污水生化处理过程中N₂O产生排放的有效方法,在N₂O回收的研究中具有广阔前景。

摘要:水环境中的抗生素污染问题已成为当前环境保护领域的重大挑战之一,这类污染物不仅会引起严重的水生生物生态毒性效应,破坏水生态系统的平衡,还可能会诱导产生抗性基因,对生态安全造成严重的风险和潜在威胁。高级氧化技术因其具有对抗生素的高效降解能力而备受关注,这一技术通过产生强氧化性的自由基,快速氧化分解抗生素,从而达到去除抗生素的目的。近年来,该技术已经被广泛研究并逐步应用于含抗生素废水处理中。然而在高级氧化降解过程中,抗生素因不完全降解和矿化会产生大量中间产物,这些中间产物的生态毒性不容忽视,其可能同样会对水生生态系统造成负面影响。关于中间产物的生态毒性研究是本领域的科研热点,也是关乎高级氧化技术安全性应用的关键。系统总结并分类对比各典型高级氧化技术降解抗生素的机制和技术特点,重点介绍抗生素高级氧化降解产物的生态毒性研究进展,并系统分析该方向研究未来发展趋势。

摘要:针对现有载人航天器空气过滤净化技术效率低、净化能力单一、易造成二次污染的问题,提出基于YMn₂O₅莫来石催化剂协同臭氧催化氧化的人机共存一体化技术路线。利用柠檬酸凝胶溶胶法制备的YMn₂O₅催化剂通过X射线粉末衍射仪与扫描电子显微镜表征后发现,其表面具有丰富的活性位点,有利于在臭氧的协同作用下产生大量的还原性物质。该技术路线通过反应过程中产生的高活性O*,可对空气中挥发性有机化合物与病毒、细菌等微生物实现高效、绿色、低能耗的降解与消杀。基于此技术路线,结合3D建模与3D打印技术设计制作了空气净化和病毒消杀（Mcaton）一体化的原型机设备。针对空气中不同的挥发性有机污染物和病毒气溶胶,在密封舱内测试了原型机对气体污染物和病毒气溶胶的净化和消杀效果,验证了Mcaton技术可实现快速、高效净化各种挥发性有机污染物和病毒、细菌的消杀能力。

摘要:表面官能团是生物炭的重要组成部分,其种类与数量对生物炭的性质、性能和应用有很大影响。现有碳材料表面官能团定量分析主要方法为Boehm滴定法,该方法耗炭量大、操作步骤多、耗时长。为此,通过构建质子消耗模型、编写Python程序、进行酸碱滴定实验、调试模型参数,建立一种微量生物炭表面官能团质量摩尔质量摩尔浓度定量分析方法,能够快速测量微量生物炭的表面官能团质量摩尔浓度与对应的酸解离常数pK_a。通过调整参数、训练模型,分析此方法适用的生物炭质量范围,发现测试样品质量为50 mg时模型的均方误差E_MS<0.002,迭代次数设置为20 000时模型的E_MS<0.001,表明测量结果准确度较高。该方法测定的生物炭表面官能团总量与Boehm滴定法的相对误差在2%以内,且生物炭用量缩减95%、测量时间缩短10 h以上、实验操作步骤大幅简化,满足生物炭表面官能团定量分析微量、快速的技术需求。

摘要:LiInSe₂(LIS)晶体是一种可以在室温下使用的直接型热中子探测用半导体材料,为此,提出采用垂直布里奇曼法生长LiInSe₂晶体,通过对合料工艺及生长用坩埚材质的优化,成功制备出红色以及黄色生长态LiInSe₂晶体,并对晶体的结构特征、元素相对摩尔分数、光学特性以及宏观夹杂相开展了研究。结果表明:通过改进的低温合料技术,并额外添加3%（质量分数）的Li以及0.002 7 mol的Se可以稳定获得组分可控的黄色LiInSe₂多晶料；同时发现利用石墨坩埚并且引入合适的坩埚加速旋转技术 (ACRT) 可以得到高质量的中子探测用LiInSe₂晶体；利用透过光谱计算得到不同方法生长的黄色晶体的光学禁带宽度接近,约为2.8 eV;生长得到的黄色晶体中夹杂相的尺寸为5~10 μm,密度约为3.50×10³/cm²。

摘要:为研究形状记忆合金(SMA)嵌入式加固法对钢筋混凝土柱抗震性能的影响,设计制作6根SMA嵌入式加固钢筋混凝土柱试件,通过低周往复荷载试验研究SMA筋加固混凝土柱的破坏过程及破坏模式,分析SMA加固量、轴压比和环包CFRP布对加固柱滞回性能、位移延性、刚度退化和耗能等抗震性能的影响,基于数字图像相关法分析SMA筋嵌入式加固柱的曲率分布。结果表明:SMA筋嵌入式加固钢筋混凝土柱因柱脚处纵向受拉钢筋屈服和混凝土压溃形成塑性铰而破坏,主要表现为延性破坏模式；相同轴压比下,加固柱试件较普通混凝土柱承载力提高了51.2%~70.2%,位移延性和累计耗能也得到提升,抗震性能显著改善；随加固量增加,SMA筋嵌入式加固柱的耗能、塑性铰长度和极限位移显著提高；在层间位移角达到1/50之前,承载力没有明显下降；轴压比增大至0.4时,加固柱的峰值荷载和耗能能力增大,延性显著降低,环包CFRP布后加固柱的变形和耗能明显改善。基于平截面假定,提出SMA筋嵌入式加固钢筋混凝土柱受弯承载力计算模型,计算结果与试验结果吻合良好。

摘要:为研究冷弯薄壁型钢材料在高温和锈蚀耦合作用下力学性能变化规律,通过中性盐雾锈蚀、高温煅烧、冷却和拉伸试验,对180个经历0~60 d人工加速锈蚀和20~800 ℃高温煅烧后1.5 mm厚S280GD+Z型冷轧薄钢板在自然冷却和浸水冷却方式下的力学性能进行了试验研究。结果表明:在锈蚀和高温耦合作用下,钢材表面特征和破坏模式受冷却方式影响较大；锈蚀率小于6%时,锈蚀对S280GD+Z钢材力学性能影响较小；受火温度低于600 ℃时,受火温度及冷却方式对S280GD+Z钢材屈服强度、极限强度影响不显著；在锈蚀和高温耦合作用下,受火温度大于600 ℃后,钢材强度退化幅度变大并且高温在对钢材强度影响中占主导地位；冷却方式对钢材伸长率影响较大,自然冷却条件下,伸长率随受火温度呈先增加后减小趋势,浸水冷却条件下,伸长率随受火温度整体呈降低趋势。建立了锈蚀与高温耦合作用下,S280GD+Z钢材力学参数与锈蚀率、受火温度之间定量关系的数学模型,基于简化的二次塑流模型建立了锈蚀与高温耦合作用下S280GD+Z钢材本构模型。

摘要:为研究新型装配式剪力墙的抗震性能及其变形指标限值,基于课题组所做新型装配式剪力墙抗震性能试验,采用析因法,共设计216个不同剪跨比、轴压比、边缘构件纵筋配筋率等新型装配式剪力墙模型,完成相应的单推性能研究；基于有限元破坏形态识别,将构件破坏形态划分为弯曲破坏、弯剪破坏和剪切破坏3类,提出墙体破坏形态划分准则。参考GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》,对弯曲破坏和弯剪破坏划分6个性能状态,对剪切破坏划分两个性能状态,基于构件极限状态下混凝土、钢筋应变和承载力,确定墙体性能状态判定准则。通过线性回归分别得到弯曲破坏、弯剪破坏和剪切破坏形态下构件各塑性位移角限值的回归方程,并提出各破坏形态下具有90%保证率的构件变形指标限值标准,为基于性能的新型装配式剪力墙抗震设计提供参考。

摘要:结构模型经过有限元方法空间离散化处理之后,可能引入虚假的高频分量,这部分高频分量会对结构的动力响应求解带来不利影响。为此,需要引入算法的数值阻尼有效地抑制这部分虚假的高频分量。使用半显式算法格式,通过匹配隐式ρ∞-Bathe算法放大矩阵的特征方程系数,提出一种具有可控数值阻尼的无条件稳定半显式积分算法,记为NSE(New Semi-Explicit)-ρ∞算法,新算法通过两个自由参数ρ∞和γ控制算法的数值阻尼,并且无需对结构运动方程进行加权处理。对新算法的稳定性、精度、周期延长和振幅衰减等数值特性进行分析,结果表明,新算法对于线弹性体系和非线性刚度软化体系均为无条件稳定。通过具有代表性的数值算例,将新算法与两种具有可控数值阻尼的无条件稳定显式积分算法进行对比,证明新算法能够更加有效地抑制虚假高频分量。

摘要:为实现钢结构住宅轻量化,采用大宽厚比钢构件组成的薄柔钢框架体系,通过合理的截面组配,实现体系的承载力与延性的平衡。为了研究薄柔钢框架体系的抗震性能,制作两个足尺薄柔钢框架,包括S1级、S3级和S4级截面宽厚比的构件,进行拟静力试验分析其破坏机制、滞回曲线、承载能力、延性和能量耗散能力等。结果表明:两个试件均以梁端和柱底区域局部屈曲变形为主要破坏模式,首次局部集中破坏出现在梁端,导致试件达到极限承载状态；在框架结构中关键位置屈曲变形的发生顺序和发展程度对框架的抗震性能有显著影响;薄柔钢框架结构在搭配不同截面宽厚比的构件下,可以在实现轻量化的同时仍有较高的延性和塑性耗能能力。最后,基于试验结果采用ABAQUS软件建立试件的有限元模型并进行参数分析,得到了在不同截面组配下模型的破坏机制及对应屈曲截面的内力变化。

摘要:针对外伸悬臂式拼接全螺栓连接节点梁翼缘很难同时保证上下表面平齐与足够抗震性能的问题,提出一种新型阶梯型全螺栓连接梁柱节点。对两个不同端板连接面形式的悬臂型节点试件进行低周往复加载试验,通过对试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性及耗能能力等进行分析,考察该类型节点的抗震性能,并分析厚端板与U型卡扣连接形式对抗震性能的影响。结果表明:不同连接面形式对节点的弹性段性能影响较小,对节点最终破坏形式影响较大；厚端板阶梯型节点具有良好的承载性能和变形性能,U型卡扣节点抗震性能较差。并以厚端板试件为例进行有限元模型的建立与校核,通过有限元软件改变参数探究端板厚度对新型节点抗震性能的影响,发现随着端板厚度的降低,节点初始刚度、承载能力及耗能能力均随之降低。

摘要:为研究锈蚀钢筋混凝土（RC）梁抗震性能,对8根RC梁进行人工气候加速腐蚀试验和拟静力加载试验,分析了锈蚀程度和配箍率对RC梁破坏过程、承载能力、变形能力及耗能能力等的影响。在OpenSees中分别采用SFI-MVLEM单元和零长度截面单元模拟梁的弯剪变形和黏结滑移变形,并以承载力和耗能能力最优为原则对模型相关参数进行标定。结果表明:纵筋锈蚀率从0增加到6.8%,试件剪切破坏特征愈加严重,承载力、延性及塑性转动能力分别降低6.7%、5.1%、11.5%；随着配箍率的增加,试件的变形能力、延性和承载力逐渐提高;单位纵筋锈蚀率增量下,梁试件DL-4的峰值荷载、延性系数和塑性转角比相同配箍率试件DL-3分别降低1.48%、1.79%和3.04%；试件DL-8的峰值荷载、延性系数和塑性转角比相同配箍率试件DL-7分别降低1.77%、3.20%和6.97%,表明锈蚀率和配箍率参数存在耦合效应。模拟与试验的承载力误差均值为8.95%,累积耗能能力误差均值为9.82%,表明所提出的数值模型具有较好的准确性,可用于锈蚀RC梁抗震性能评估。

摘要:为解决型钢混凝土结构的施工困难,充分发挥各部分材料的性能优势,将钢筋笼离散化为随机分布的钢纤维,并将钢纤维混凝土集中应用于受压区,形成型钢钢纤维混凝土局部组合梁。对18根不同钢纤维体积率（ρ_sf）、剪跨比（λ）、型钢受压翼缘上下部混凝土保护层厚度（C_ss、C_sv）和型钢规格（I_s）的组合梁试件进行四点弯试验。分析试验参数对破坏模式、荷载挠度曲线以及破坏对称性的影响。结果表明:增大ρ_sf对小剪跨比试件（λ为1.5或1.7）的界面黏结性能具有积极改善作用,试件破坏模式由界面破坏转为弯扭破坏；混凝土保护层厚度须随I_s同步增大,确保混凝土保护层对型钢提供足够的“握裹效应”,避免或削弱弯扭变形的不利影响。通过高斯分布拟合,得到试件整体性能开始出现严重退化时的挠度退化系数,进而对构件整体性能开始出现严重退化时的挠度进行预测。

摘要:为研究冻融和高温作用下碳纤维增强塑料布（carbon fiber reinforced plastic sheet,简称CFRP布）粘贴页岩砖黏结性能的变化规律,对冻融环境、高温（60 ℃）环境、冻融和高温环境循环作用下,页岩砖、CFRP布和环氧树脂胶的材料性能进行测试,并对CFRP布粘贴页岩砖单面剪切性能的变化规律进行试验研究。结果表明:页岩砖、CFRP布和环氧树脂在冻融和高温循环作用下的材料性能受到较大影响,经历3次大循环作用后,页岩砖的抗压强度降低了31.62%,CFRP布的抗拉强度和弹性模量分别下降了44.38%和42.28%,环氧树脂的抗拉强度和弹性模量分别下降了32.45%和35.36%；冻融和高温循环作用对CFRP布粘贴页岩砖的单面剪切性能影响最明显,其次是单独冻融循环作用的影响,单独高温的影响最小。给出不同侵蚀环境下CFRP布粘贴页岩砖的单面剪切承载力计算公式,可以准确地计算不同环境下CFRP布粘贴页岩砖的单面剪切承载力。