• 2021年第49卷第12期文章目次
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    • >特约专题 :中低速磁浮交通系统
    • 基于向量式有限元法的磁浮列车磁力耦合系统建模与数值分析

      2021, 49(12):1635-1641. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21210

      摘要 (142) HTML (40) PDF 1.12 M (185) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对中低速磁浮列车悬浮系统,基于向量式有限元法建立可变刚度的高架轨道梁模型,同时基于牛顿力学方程建立车辆系统模型,并通过可控悬浮电磁力将2个模型耦合。以轨道梁的跨中位移、梁端转角、振动加速度以及悬浮间隙偏差值为重要指标,从所提出的车?桥磁力耦合模型出发,通过数值仿真得到磁浮列车及轨道线路相应结构构件的振动响应及位移变形响应规律。最后,通过全尺寸磁浮列车现场试验初步验证所提出的磁力耦合模型的有效性。

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    • 具有径向基网络加速度反馈的磁浮列车悬浮系统滑模控制

      2021, 49(12):1642-1651. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21206

      摘要 (103) HTML (0) PDF 1.89 M (113) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了保证磁浮列车的悬浮稳定性,研究了悬浮系统的主动控制问题。首先,基于磁浮列车单电磁铁最小悬浮单元建立了对应的电流控制数学模型,并结合仿真说明了比例?积分?微分(PID)控制算法对非线性负载等时变干扰非常敏感的问题;然后,提出了一种采用分岔理论稳定性证明的滑模控制方法,并结合径向基函数(RBF)神经网络的参数自调整功能构建了具有振动抑制的悬浮控制模块,有效地抑制了电磁铁振动;最后,通过构造Simulink控制模型并搭建单电磁铁悬浮试验平台进行仿真和试验。结果表明:电磁铁振动对悬浮性能的影响尤为明显,所提出控制算法能够在复杂扰动存在的情况下对电磁铁振动进行有效抑制,并提高悬浮系统的动态性能。

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    • 考虑涡流效应的端部悬浮系统建模与控制器优化设计

      2021, 49(12):1652-1659. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21207

      摘要 (78) HTML (33) PDF 1.19 M (120) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过分析涡流效应原理并利用有限元法对端部悬浮电磁场进行数值仿真,获取了涡流效应对端部悬浮电磁铁悬浮力影响的关键因素,并建立了考虑涡流效应的端部悬浮系统模型。针对列车运行过程中悬浮系统的动态特性,提出了一种不改变现有标称控制器结构的参数优化算法。优化后的控制器已成功应用于长沙磁浮快线,实际运行数据表明端部悬浮系统的鲁棒性和抗干扰能力得到了显著提升。

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    • 基于云理论的电磁悬浮系统控制回路性能评估

      2021, 49(12):1660-1670. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21209

      摘要 (65) HTML (28) PDF 1.94 M (87) 评论 (0) 收藏

      摘要:将云理论引入电磁悬浮系统控制回路性能评估领域,并基于实测磁浮列车在调试阶段的运行数据进行数据驱动下的控制回路性能评估方法可行性测试。结果表明,基于云理论的评估指标能有效评价电磁悬浮系统控制回路性能。此外,基于多变量控制系统特征,将性能评估结果以云模型的方式进行了数据可视化。

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    • 中低速磁浮列车速度对直线感应电机牵引力影响

      2021, 49(12):1671-1677. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21211

      摘要 (54) HTML (0) PDF 1.27 M (87) 评论 (0) 收藏

      摘要:结合中低速磁浮列车工程应用的电机结构参数,基于准一维理论建立气隙磁场数学模型,分析运行速度与电机气隙磁场之间的关系,然后采用有限元仿真从气隙磁场、次级涡流和牵引力3个方面对数学模型进行验证。结果表明,列车速度会影响电机的纵向动态端部效应(LDEE),导致气隙磁场产生畸变,并在次级感应板上的电机入端、出端区域产生涡流,使电机推力下降、效率降低。对比电机端部半填充槽结构和全填充槽结构的纵向动态端部效应,半填充槽结构的电机牵引力受速度影响更严重。

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    • 中低速磁浮车辆与U型梁耦合振动响应

      2021, 49(12):1678-1687. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21208

      摘要 (48) HTML (25) PDF 1.83 M (68) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了评估中低速磁浮列车在U型梁上的走行性能,建立了考虑比例?积分?微分(PID)反馈控制的磁浮列车动力学模型,以及轨排和梁高1.7 m、跨度25 m的U型轨道梁有限元模型。利用开发的磁浮交通分布式协同仿真平台,计算了20~100 km·h-1速度下磁浮车?轨?桥系统的动力学响应。结果表明:U型梁跨中挠度、电磁铁悬浮间隙变化量、车体和U型梁梁体的竖向加速度随车速提高变化不大,U型梁跨中挠度不超过3.00 mm,跨中F型导轨最大竖向位移约3.81 mm,悬浮间隙波动量小于1.00 mm,车体质心最大竖向加速度为0.13 m·s-2;梁端和跨中接缝处轨排的竖向加速度随车速提高先减小后增大,最大加速度达到5.0g。中低速磁浮列车在U型轨道梁上能够稳定悬浮和安全平稳运行。

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    • >特约专题:环境微生物技术
    • 餐厨垃圾发酵产乳酸研究进展

      2021, 49(12):1688-1700. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21309

      摘要 (67) HTML (29) PDF 1.09 M (96) 评论 (0) 收藏

      摘要:我国餐厨垃圾产量大、含水率高且极易腐烂变质,收集、处理困难,利用率低。如何环保、高效、经济地处理及资源化利用餐厨垃圾成为关注的焦点。乳酸(LA)作为一种重要的有机酸广泛应用于食品、化工等领域。在微生物发酵产乳酸机理及餐厨垃圾发酵制备乳酸工艺发展的基础上,综述了菌种、碳源和氮源、pH值等重要因素对餐厨垃圾发酵产乳酸的影响,并分析了发酵液中乳酸分离提纯技术的发展现状,展望了今后餐厨垃圾发酵产乳酸技术研究与应用的重点和难点。

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    • 碳基材料对有机废弃物厌氧消化的影响及作用机制研究进展

      2021, 49(12):1701-1709. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21312

      摘要 (47) HTML (34) PDF 729.47 K (111) 评论 (0) 收藏

      摘要:厌氧消化是有机废弃物处理的重要途径之一。首先,综述了碳基材料对提升有机废弃物厌氧消化产酸和产气的效能作用及主要影响因素;然后,从微生物群落结构和丰度的变化、功能微生物活性的提升(如代谢酶和基因丰度等)、微生物之间电子传递的加速、有毒污染物(如氨氮、有机酸等)毒性的削减以及与铁等物质的协同作用等多角度,探究了碳基材料强化厌氧消化效能的关键作用机制;最后,从高效、经济的厌氧消化系统构建以及耦合工艺的开发等角度进行了展望。

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    • 利用宏基因组学分析壬基酚对剩余污泥厌氧发酵产酸的影响

      2021, 49(12):1710-1719. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21311

      摘要 (33) HTML (17) PDF 3.14 M (77) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了环境雌激素壬基酚(NP)对剩余污泥厌氧发酵产酸的影响,并利用宏基因组测序手段分析影响机制。NP促进污泥厌氧发酵产酸,随NP含量的提高,该促进作用呈先增加后减少的趋势。当NP含量为200 mg·kg-1干污泥时,污泥发酵产生的短链脂肪酸(SCFAs)达最大值,为空白组SCFAs产量的2倍,乙酸产量为空白组的3倍。基于宏基因组学的机理研究表明,NP导致不利于SCFAs积累的耗酸微生物有所削减,产酸微生物大量积累。NP存在时,以葡萄糖为底物的糖酵解、以氨基酸为底物的脱氨基和以脂肪酸为底物的β氧化过程功能基因相对丰度提高;单糖和氨基酸等有机底物由胞外向胞内运输的腺苷三磷酸结合盒转运蛋白、运输至胞内的有机底物向SCFAs代谢转化的双组分系统及胞内产生的SCFAs外排转运蛋白的相关功能基因丰度大幅提高。最后,NP引起了与细胞生长和保护机制密切相关的群体感应调控的生物膜合成基因丰度显著提升。

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    • 渗滤液中聚苯乙烯微塑料表面老化行为及抗性基因的富集规律

      2021, 49(12):1720-1726. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21313

      摘要 (40) HTML (12) PDF 1.49 M (83) 评论 (0) 收藏

      摘要:以聚苯乙烯(PS)微塑料(MPs)为例,分析其在渗滤液中的老化规律以及老化过程对抗性基因(ARGs)的富集效应及富集机制。结果表明,90 d老化后PS微塑料比表面积增大、含氧基团增加。渗滤液中的PS微塑料表面可选择性富集ARGs,并且随着老化时间延长富集程度增加。进一步采用微生物属?ARGs共相关网络和基因表达等来揭示PS微塑料富集ARGs的机制,证实PS微塑料表面形成的生态位具有更为密切的ARGs?微生物关联关系,并且参与ARGs调控的基因表达水平较高。

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    • 反硝化生物滤池深度脱氮中试运行效能及微生物菌群分析

      2021, 49(12):1727-1737. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21310

      摘要 (60) HTML (26) PDF 1.88 M (105) 评论 (0) 收藏

      摘要:以污水处理厂二级出水为原水,开展了水力负荷、碳氮比和温度等关键参数的中试运行效能研究。中试系统中主要利用外加碳源而不是二级出水原水中的有机物进行反硝化,较优的水力负荷和碳氮比分别为5 m·h-1和4,对化学需氧量(COD)和总氮(TN)的去除率分别为62.8%和67.3%;在温度为15~27 ℃时,中试系统的出水TN稳定在10.0 mg·L-1以下。中试系统中,不仅HyphomicrobiumMethyloversatilis等传统反硝化细菌的相对丰度较高(占25.12%),MethyloteneraParacoccus等同步硝化反硝化细菌的相对丰度也较高(占33.29%),以上优势菌种的存在保证了系统的高效脱氮效果。

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    • >土木工程与建筑学
    • 海水海砂再生混凝土单轴受压应力-应变全曲线

      2021, 49(12):1738-1745. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21085

      摘要 (69) HTML (24) PDF 2.14 M (135) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究海水海砂再生混凝土(SSRAC)力学性能,设计了不同配合比下海水海砂再生混凝土棱柱体试件,并进行了单轴受压应力?应变全曲线测试。在试验加载应变率10-5 s-1和10-2 s-1下,得到了试件的破坏模式,分析了峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化规律以及应变率、再生粗骨料(RCA)取代率和贝壳含量对上述指标的影响规律,讨论了海水海砂再生混凝土的动态增长因子(DIF)。基于电子计算机断层扫描(CT)测试得到了海水海砂再生混凝土内部的孔隙分布,对应力?应变曲线的特征指标变化趋势进行了解释。最后,在现有再生混凝土单轴受压本构模型的基础上,考虑特征指标的动态增长因子,通过修正下降段形状系数得到了预测应力?应变全曲线。

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    • 下击暴流作用下大跨度平屋盖结构的风荷载分布特性

      2021, 49(12):1746-1753. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21120

      摘要 (46) HTML (17) PDF 1.96 M (169) 评论 (0) 收藏

      摘要:应用一种下击暴流发生装置,在大气边界层风洞内模拟了适用于大跨度屋盖风洞试验的1∶300比例下击暴流风场。在此基础上,对下击暴流作用下大跨度平屋盖结构的风压分布特征进行了风洞试验,并与常规B类地貌的相应试验结果进行对比。结果表明:在模型区内,下击暴流发生的相对位置对风压系数的影响整体较小;下击暴流作用下平均风压分布与B类风场下的结果基本一致,但极小风压系数绝对值最大值9.85比B类风场的5.54超出77.8%,并且相应脉动风压的功率谱显著高于B类风场的试验结果;B类风场下平屋面的极大风压系数最大值均接近或小于0,但不同风向角的下击暴流风作用下高于0.15的极大风压系数所占的屋盖面积比例处于51%到75%的范围之间,极大风压系数局部最高可达0.35,大范围的较高正压会进一步影响结构的承载力。

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    • Q420钢U肋加劲板轴压承载性能试验研究

      2021, 49(12):1754-1760. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21089

      摘要 (54) HTML (25) PDF 1.89 M (72) 评论 (0) 收藏

      摘要:对4个缩尺比1∶2的Q420钢U肋加劲板进行轴压承载性能试验,分析U肋加劲板极限承载力、破坏形式以及破坏机理。结果表明:4个U肋加劲板极限承载力均达到全截面屈服承载力;受压U肋加劲板的破坏形式分为局部屈曲、整体屈曲和合成屈曲破坏3种;极限状态下,受压U肋加劲板在达到极限承载力前发生局部屈曲,最后发生整体屈曲导致板件破坏;通过板件柔度确定的最易发生屈曲的板件位置与实际破坏位置基本一致,说明板件柔度能够预测U肋加劲板在极限状态下的破坏位置。

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    • >机械、车辆与能源工程
    • 资源受限的飞机总装脉动生产线节拍转换调度建模

      2021, 49(12):1761-1770. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21071

      摘要 (35) HTML (27) PDF 1007.72 K (121) 评论 (0) 收藏

      摘要:以飞机总装脉动生产线节拍转换过程为实际生产背景,提出基于项目拆分的资源受限项目节拍转换调度问题,并建立了以最小化转换期时长为目标函数的数学模型。根据项目节拍转换调度问题的特点,采用双层迭代算法进行求解。结果表明:该算法有效缩短生产线节拍转换时间,对不同项目组合的优化程度为1.1%~23.4%。

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    • 通风压力及泄露位置对燃料电池汽车氢气小孔泄露的影响

      2021, 49(12):1771-1777. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.20474

      摘要 (51) HTML (24) PDF 1.01 M (162) 评论 (0) 收藏

      摘要:对氢气小孔泄露问题进行了理论分析,并利用Simulink和Fluent软件分别对氢气小孔泄露问题进行仿真。结果表明:温度对氢气小孔泄露的影响不显著,而氢气压力和储氢空间对氢气小孔泄漏的影响较大;主动通风可抑制车内氢气泄露;密闭空间内氢气泄露具有泄露点聚集特性,并且受重力影响氢气在高处聚集。

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    • 高炉冲渣水有机朗肯循环波纹板式冷凝器传热特性

      2021, 49(12):1778-1788. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21064

      摘要 (49) HTML (18) PDF 1.92 M (63) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对90 ℃左右的高炉冲渣水有机朗肯循环(ORC)发电系统,建立了R245fa在波纹板式冷凝器中的冷凝传热数值模型,并验证了模型的正确性。借助冷凝传热数值模型,探讨了蒸汽过热度、壁面过冷度、蒸汽干度对传热系数、压降和综合传热性能的影响,拟合了适用于以R245fa为工质的ORC发电系统中波纹板式冷凝器的传热关联式。针对冷凝器冷凝液相体积分数沿板长方向的变化情况,探讨了冷凝器中间排液的可能性,并就液相体积分数给出了合适的中间排液范围。

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