• 2023年第11期文章目次
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    • >特约专题:生物基可降解材料
    • 可降解高分子材料在心血管治疗植介入器械中的应用

      2023, 51(11):1649-1656. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23278

      摘要 (109) HTML (757) PDF 1.64 M (179) 评论 (0) 收藏

      摘要:可降解心血管治疗植介入器械已经成为医疗器械开发中的热点。生物医学材料是可降解心血管治疗植介入器械的核心。总结了相关可降解高分子材料的化学物理性质以及降解特性,讨论了可降解心血管植介入器械预期功能与材料性质的关系,并指出了未来可降解医用高分子材料面临的挑战与发展方向。

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    • 聚羟基脂肪酸酯在组织工程中的应用

      2023, 51(11):1657-1662. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23274

      摘要 (80) HTML (732) PDF 479.87 K (105) 评论 (0) 收藏

      摘要:聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoate, PHA)是一系列由微生物合成的天然高分子材料,目前已发现有超过150种组成单体不相同的PHA聚合物。由于最常见也是研究最广泛的PHA——聚3?羟基丁酸(PHB)具有优良的生物相容性和生物可降解性,且其降解产物3?羟基丁酸(3HB)对多种疾病具有潜在的治疗功能,PHA相关材料在组织修复与再生领域得到广泛的关注。介绍了不同单体组成的PHA在修复骨缺损、愈合皮肤伤口、重建神经和递送药物等不同组织工程领域的应用,总结了对应的材料制备方法及组织修复机制,为后续PHA的生物医疗应用提供新的思路。

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    • CO2基全生物降解塑料的性能突破及产业化

      2023, 51(11):1663-1666. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23277

      摘要 (61) HTML (717) PDF 562.86 K (136) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用全新一代的非金属催化剂,通过加入第三单体邻苯二甲酸酐及第四单体环氧环己烷进行共聚,创制了新型的无定形聚酯?聚碳酸酯结构的二氧化碳共聚物。该共聚物具有机械性能好、玻璃化转变温度高、阻水阻氧、全生物降解、生产工艺简单、生产过程无三废、投资极小、原料成本超低等突出优点,应用场景丰富。

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    • 聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯的合成研究进展

      2023, 51(11):1667-1672. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23275

      摘要 (58) HTML (728) PDF 714.66 K (130) 评论 (0) 收藏

      摘要:近年来石油基聚酯材料的大规模生产与应用带来了一系列的资源、能源及环境问题,以生物质资源为原料制备生物基聚呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)已成为化工领域的研究热点。与广泛应用的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等石油基塑料相比,PEF不仅具有相近的物理性能,而且在气体阻隔性能上的优势更为明显,被认为是有望代替PET的大宗聚酯新品种。文中重点综述了PEF的合成方法研究,总结了催化剂、聚合条件及原料来源对PEF颜色和相对分子质量的影响规律,并展望了PEF未来的发展趋势和应用前景。

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    • PBAT/PPC可生物降解薄膜的性能及其自然老化行为

      2023, 51(11):1673-1683. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23276

      摘要 (55) HTML (707) PDF 2.19 M (123) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提升聚己二酸?对苯二甲酸丁二酯(PBAT)共混物的水蒸气阻隔性和耐候性能,通过熔融共混和吹塑方法制备了不同配比的PBAT/聚碳酸亚丙酯(PPC)共混物薄膜,研究了材料组成对共混物薄膜水蒸气阻隔性、力学性能、热性能、微观形貌、透光率等影响,并对其进行了自然老化表征。结果表明,PPC的加入提高了PBAT基薄膜的水蒸气阻隔性,但力学性能和热稳定性有所下降,加入质量分数为20%的PPC可使薄膜的水蒸气透过系数下降54.5%;自然老化试验表明,PPC能够提升PBAT基薄膜的耐候性。

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    • 一步法合成丙交酯

      2023, 51(11):1684-1691. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23273

      摘要 (83) HTML (611) PDF 1.10 M (131) 评论 (0) 收藏

      摘要:聚乳酸(PLA)是最有前途的可生物降解聚合物之一。国家“禁塑令”的颁布,使得PLA产量和应用领域得到史无前例的扩大。丙交酯(LD)作为生物塑料PLA的关键中间体,其化学纯度、光学纯度和生产成本直接决定PLA的质量和经济价值。目前工业上常见的是两步法合成技术,预聚?解聚的方法可保证乳酸的转化率,但是难以避免LD外消旋化反应,选择性低,能源成本高。一步法作为一种替代策略,很好地克服了两步法合成LD的一些缺点。因此,文中重点介绍一步法合成LD,并对不同的方法进行了介绍和技术比较。

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    • >土木工程与建筑学
    • 裂缝检测模型数据集的低监督快速标注算法

      2023, 51(11):1692-1700. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22150

      摘要 (77) HTML (20) PDF 1.96 M (127) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决裂缝检测深度学习模型训练时数据集标注效率低、成本高的现状,以及现有计算机标注算法对复杂环境适应性较弱的问题,基于计算机视觉与概率统计理论,提出低监督快速标注的概念,并以计算机标注和人工标注相融合的全新标注模式,形成了完整的裂缝检测模型数据集的快速标注算法。与人工逐像素标注相比,标注精度均为84%以上,且可节省至少85%的时间;与传统计算机标注方式相比,标注干涉和简单人工标注方式可以较好地处理复杂背景问题。经U?Net深度学习模型验证,测试集的平均交并比可达0.90。

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    • 基于目标检测的施工钢材物料智能实时计数

      2023, 51(11):1701-1710. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22157

      摘要 (60) HTML (24) PDF 2.55 M (116) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了基于深度学习目标检测技术的钢材智能计数方法。通过拍摄并标注大量施工现场的钢筋、圆钢管、方钢管图片,构建了包含近40万个计数点的数据集。基于YOLOv4目标检测算法,建立了钢材智能计数模型,并通过改进其网络结构、损失函数,以及采用合适的训练策略,提高了模型对于钢材的计数精度。检验表明,模型的平均精度为91.41%,平均绝对误差为4.07。利用上述成果开发的APP软件,可通过手机拍照、上传,完成实时计数。

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    • 3D打印粗骨料混凝土力学性能

      2023, 51(11):1711-1718. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22172

      摘要 (70) HTML (24) PDF 1.68 M (103) 评论 (0) 收藏

      摘要:研发了一种可以连续、稳定的打印最大粒径10 mm的粗骨料混凝土3D打印系统。对比测试了3D打印粗骨料混凝土与浇筑混凝土的力学性能,发现3D打印粗骨料混凝土抗压强度呈现细微的各向异性特征(差异在5%以内),而抗折强度呈现显著的各向异性特征(差异在20%~25%之间);与浇筑混凝土相比其抗压强度降低10%~15%,垂直于打印方向的抗折强度(FyFz)降低10%~15%,平行于打印方向的抗折强度(Fx)降低30%~35%。通过微观结构分析发现,3D打印粗骨料混凝土的总孔隙率与浇筑混凝土总孔隙率相近,但3D打印粗骨料混凝土存在明显的层间薄弱区,其灰度值比平均灰度值低25%,说明在层间薄弱区的孔隙分布更加密集,3D打印混凝土中体积在10 mm3以上的大孔隙率较浇筑混凝土高出10.6%。特有的层间结构和较高的大孔隙率导致3D打印混凝土力学性能的各向异性特征和强度的降低。对比发现,3D打印粗骨料混凝土的水泥用量比以往研究中3D打印砂浆的水泥用量减少17.8%~49.6%。

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    • 颗粒材料双轴压缩试验的光弹测试

      2023, 51(11):1719-1724. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22188

      摘要 (48) HTML (22) PDF 1.36 M (106) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过自主设计的柔性边界试验装置对由两种不同粒径组成的光弹颗粒混合系统进行了应变控制式的双轴压缩试验。结合试验数据,利用Hough变换等数字图像处理方法对每个颗粒进行定位,并通过粒子跟踪测速(particle tracking velocimetry,PTV)技术对各颗粒进行编号,实现了对每个颗粒在时间和空间上的连续定位。通过分析颗粒非仿射(non-affine)位移场发现,在应变为25%时,颗粒材料中心位置处颗粒的相对位移非常小(小于3 mm),试样主要通过固定端和压缩端附近以及试样中部靠近边界处的颗粒移动实现变形,而在固定端和压缩端主要以沿压缩方向的位移为主,试样中部靠近变形处的颗粒主要以垂直于压缩方向的位移为主。颗粒材料的光弹效应同时也清晰揭示了颗粒在压缩过程中局部颗粒几乎没有受力的现象。而颗粒中心处的力链也呈现出相对各向同性的性质,密度也相对较小,正是剪切带所穿越的地方。

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    • >交通运输工程
    • 面向货车编队的水泥混凝土路面结构拓扑优化设计及验证

      2023, 51(11):1725-1734. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22222

      摘要 (65) HTML (24) PDF 1.62 M (105) 评论 (0) 收藏

      摘要:货车编队的渠化交通荷载对路面结构提出了高承载力及精细化设计需求。结合拓扑优化理论,基于变密度法、拓扑梯度法与移动渐近线法,提出了面向水泥混凝土路面的结构拓扑优化算法;分析货车编队轮迹偏移特征,利用数值计算设计了面向货车编队的水泥混凝土路面拓扑优化原型结构;从力学性能角度通过室内缩尺试验探究了拓扑优化原型结构的合理性。结果表明,对于轮迹零偏移和15 cm偏移范围的两种荷载分布,拓扑优化原型结构最大疲劳应力分别为传统结构的45.0%和37.5%,同时其质量分别为传统结构的34.3%和30.5%;试验测得的拓扑优化原型结构的最大疲劳应力与理论计算值相近,且相较于传统结构,其极限承载力提升了18.3%,证明了设计方法的有效性。

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    • 基于改进型Stackelberg博弈的自动驾驶测试数据定价模型

      2023, 51(11):1735-1744. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22213

      摘要 (84) HTML (19) PDF 1.77 M (147) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对自动驾驶测试数据兼具连续与离散变量,且包含时间戳和经纬度等间接信息特征的特点,利用特征挖掘过滤、连续变量离散化、驾驶模式加权等方法对传统信息熵方法进行适应性调整,提出基于特征工程的驾驶模式加权信息熵方法,确定自动驾驶测试数据信息量;引入信息量构建数据消费者效用方程,提出考虑信息量和平台利润率约束的改进型Stackelberg博弈数据定价模型。以上海市自动驾驶实际测试数据开展典型案例分析,结果表明,基于改进型Stackelberg博弈的数据定价模型可有效评估数据信息量,合理分配数据生产者、数据平台和数据消费者交易三方的利润率,并显著提升数据交易量和数据交易三方总效用,从而增强自动驾驶测试数据交易市场的活力。

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    • >环境科学与工程
    • 汽车中报废尾气催化剂的性质及失效原因

      2023, 51(11):1745-1752. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22151

      摘要 (46) HTML (22) PDF 1.24 M (82) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于缺乏对废尾气催化剂的全面表征,导致对其物理化学性质及失效原因的了解不完全,影响其中铂族金属的回收。 为此,对报废尾气催化剂进行了化学组成和物相、表面元素、微观形貌、粒度、比表面积和热稳定性等一系列性质表征分析,得出其失效原因主要包括铂族金属硫化及磷化中毒、催化剂表面积碳吸附、铂族金属氧化、烧结团聚及铂族金属在载体内的包裹、比表面积和总孔体积缩小等。

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    • 亚铁联合不同氧化剂对石油烃污染场地热脱附废水的处理

      2023, 51(11):1753-1762. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22120

      摘要 (48) HTML (21) PDF 1.76 M (73) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用亚铁(Fe2+)分别联合次氯酸钠(NaClO)、过硫酸钠(Na?S?O8)和过氧化氢(H2O2) 3种氧化剂处理某原油浸染土壤的热脱附废水,考察了pH值、Fe2+投加量、氧化剂投加量和反应时间对处理效能的影响。Fe2+/H2O2和Fe2+/ Na?S?O8均能有效去除热脱附废水中的典型污染物——石油烃物质,去除率分别达到100.0%和97.8%,但Fe2+/H2O2体系对化学耗氧量(COD)的去除效果明显优于Fe2+/Na?S?O8。Fe2+/H2O2可将有机物彻底氧化分解,而Fe2+/NaClO和Fe2+/Na?S?O8仅是将有机物氧化分解为中间物质。多元变量分析结果表明,pH值和氧化剂投加量是影响去除效果的主要因素,Fe2+/H2O2处理热脱附废水的吨水处理成本较高,但是综合效果最好;Fe2+/Na?S?O8处理成本次之,但无法彻底降解COD;Fe2+/NaClO成本最低,但对有机物去除效果最差。综合去除效果和经济因素考量, Fe2+/H2O2体系更适用于处理热脱附废水。

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    • >机械、车辆与能源工程
    • 质子交换膜燃料电池健康状态指标融合

      2023, 51(11):1763-1770. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22085

      摘要 (43) HTML (24) PDF 1.16 M (99) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于信息论的方法,筛选出包含较多燃料电池性能“不可逆衰退”信息的外部操作条件,采用二次规划法将筛选出的外部操作条件与输出电功率进行融合,提出了一种融合健康状态(state of health, SOH)指标。与以输出电功率为SOH的指标相比,采用融合SOH指标,在单调性、单池衰退一致性和综合评价指标上分别提升了22.83%、91.96%和55.60%。

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    • 基于模糊层次分析法的汽车造型设计开发风险评价

      2023, 51(11):1771-1774. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22097

      摘要 (54) HTML (33) PDF 516.52 K (87) 评论 (0) 收藏

      摘要:对影响汽车造型设计开发的风险指标进行研究,全面系统识别出各项风险指标,应用模糊层次分析法(FAHP)建立层次结构模型,对指标的权重和评价指标隶属度矩阵进行计算和综合评判,为汽车设计公司承接的造型设计开发项目风险应对和风险控制提供量化依据。

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    • 纯氧氛围下正庚烷均质压燃燃烧特性

      2023, 51(11):1775-1782. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22098

      摘要 (36) HTML (28) PDF 1.57 M (84) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于一台双缸柴油机,结合自行设计开发的纯氧进气系统进行试验,研究了不同进气氧体积分数对正庚烷均质压燃燃烧过程及稳定性的影响。试验结果表明,随着混合气中氧体积分数降低,二氧化碳体积分数增加,缸内平均比热容不断增大,使得缸内最高燃烧温度降低,其对应的峰值相位推迟,燃烧始点推迟,放热率峰值下降,热效率降低;同时发现随着二氧化碳体积分数的增加,缸内温度会随之降低,使得燃烧循环不稳定性增强。以上现象均表明较高的二氧化碳体积分数能够有效抑制纯氧氛围下正庚烷均质压燃。此外,试验发现了纯氧氛围下正庚烷均质压燃负温度系数区间持续时间大幅缩短现象。

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    • >经济与管理科学
    • 具有随机波动率方差的信用等级迁移模型

      2023, 51(11):1783-1790. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22102

      摘要 (33) HTML (20) PDF 973.75 K (81) 评论 (0) 收藏

      摘要:考虑到信用等级迁移带来的风险,通过债券定价方式,基于Heston模型建立了具有随机波动率方差的信用等级迁移模型,以此来评估信用风险。根据预先设定的资产阈值将公司债券分为高、低两个信用等级,公司资产的波动率方差在不同的信用等级下有不同的波动性,即波动率方差满足不同的CIR(cox-ingersoll-ross)过程。根据无套利原理等,推导出了高、低等级下债券价值满足的偏微分方程以及耦合边界处满足的条件。利用隐格式差分方法对债券价值求取数值解,并进行参数分析。

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