南昌大学学报（工科版）
 
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南昌大学学报(工科版)
 
2024年 46卷 1期
刊出日期：2024-03-28
论文
   
论文
1 黎先财徐丹黄玉华覃苑苑王佳明
纳米Fe3O4修饰功能化介孔分子筛MS-PC20高效吸附La(Ⅲ)
以硅酸钠和氟硅酸为原料，采用非离子表面活性剂聚氧乙烯(20)十六烷基醚(PC20),利用凝胶法制备了介孔二氧化硅(MS-PC20)。将MS-PC20经(E)-2-[(羟甲基)亚氨基甲基]-5-甲氧基苯酚(HESI)选择性配体修饰，再在改性材料中加入磁性成分(Fe3O4),成功制备出MS-PC20-HESI和MS-PC20-HESI-Fe3O4-NPs。将它们作为一种新型吸附剂，用于吸附水样中的La(Ⅲ)离子。通过傅里叶红外光谱、扫描电镜和X射线衍射等表征手段，确定复合材料的化学结构、形貌、晶体结构等特征。通过对样品溶液pH、La(Ⅲ)离子初始质量浓度和吸附时间等变量进行考察和优化，探究MS-PC20-HESI-Fe3O4-NPs吸附剂在不同条件下对La(Ⅲ)吸附性能的影响。结果表明：在优化条件下，MS-PC20-HESI-Fe3O4-NPs复合材料对La(Ⅲ)的吸附量为165.68 mg·g-1,吸附率高达88.34%,吸附的过程符合伪二阶模型和朗缪尔模型，其不仅吸附速率快，还对目标物种有足够的可及性、高吸附容量和良好的可重用性，并且加入磁性成分可以通过适当的磁场实现方便和经济的磁分离。
2024 Vol. 46 (1): 1- [摘要] ( 13 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 26 )
11 钟念龙 万怡国 陈东 陈永清 李嵩 黄河 蒋水华
电杆基础冲刷及防护措施效果的数值分析
目前考虑一定坡度下基础局部冲刷的研究很少，并且缺乏探讨山洪灾害下电杆防护措施的效果研究。基于FLOW-3D软件对电杆基础冲刷进行三维数值模拟，分别对水头(4～6 m)、坡度(10°～20°)、电杆距坡脚距离(6～9 m)和初始流速(1～3 m·s-1)4个变量进行了参数敏感性分析，对照工况的水头、坡度、电杆距坡脚距离和初始流速分别设置为4 m、20°、6 m和2 m·s-1,通过控制变量法进行试验。随后在对照工况基础上分别设置牺牲桩群和杆前分流板，计算电杆基础的最大冲刷深度和水流冲击电杆的压力，并对比分析2种防护措施的防护效果。结果表明：随着水头、坡度和初始流速的增大及电杆距坡脚距离的减小，电杆基础的最大冲刷深度和水流冲击电杆的压力均随之增大。在水头、坡度、电杆距坡脚距离和初始流速分别取6 m、20°、6 m和3 m·s-1的工况下，电杆基础的最大冲刷深度和水流冲击电杆的压力最大；设置牺牲桩和分流板均可降低水流冲击电杆的压力，其中设置牺牲桩降低冲击压力的幅度更大；设置牺牲桩可有效降低电杆基础的最大冲刷深度，相比之下，设置分流板只能降低电杆前侧基础的冲刷深度，但对电杆后侧基础的防护效果不明显。
2024 Vol. 46 (1): 11- [摘要] ( 14 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 27 )
21 陶忠 叶彩凤 皇甫双娥 燕钊
冷弯薄壁卷边C形不锈钢梁的力学性能试验
为了研究冷弯壁薄卷边C形钢受弯构件的力学性能，以冷弯薄壁不锈钢梁为研究对象，重点研究加载条件、跨度对构件屈曲模式和受弯承载力的影响。结果发现：试件的加载条件和跨度对冷弯薄壁卷边C形钢受弯构件屈曲模式和极限承载力的影响显著，纯弯加载下的短梁极限承载力高达169.1 kN,破坏模式为畸变屈曲，其余试件破坏模式也为畸变屈曲；腹板V型加劲能够有效抑制腹板鼓曲的产生，提高试件的极限承载力。利用现有直接强度法修正公式的计算结果与试验结果进行对比，以验证公式的准确性。
2024 Vol. 46 (1): 21- [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 23 )
29 张大帅 熊进刚 万保金 熊镖 秦汕 刘有权 朱水珠
水泥聚苯保温模壳混凝土柱的抗震性能试验
为进一步了解水泥聚苯保温模壳混凝土柱的抗震性能，制作了单侧设置水泥聚苯保温模壳、周边设置保温模壳的2个混凝土柱试件，以及相应的2个普通混凝土柱对照试件，采用拟静力加载方式对各试件的抗震性能进行试验。试验中考虑不同混凝土柱截面尺寸、单侧设置保温模壳及四周设置保温模壳对混凝土柱抗震性能的影响，分析各试件的滞回性能、骨架曲线、延性、刚度退化、耗能能力以及破坏特征等。结果表明：水泥聚苯保温模壳可以延缓混凝土开裂，混凝土柱角先于保温模壳发生破坏，且保温模壳与混凝土柱交界面无损伤，模壳与试件协同受力，形成整体；单侧设置保温模壳的试件，其承载力、延性、累积耗能分别提高了5.0%、6.0%、10.7%;周边布置保温模壳的试件，分别提高了17.0%、26.0%、23.3%。在混凝土柱中设置水泥聚苯保温模壳不仅可以起到保温、隔热的作用，还可以显著提高结构的抗震性能。
2024 Vol. 46 (1): 29- [摘要] ( 14 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 24 )
37 田钦 刘康 康彩霞
双向加载下不同因素对H型钢构件板壳节段损伤域长度的影响
为研究双向加载条件下，轴压比、长细比、腹板高厚和翼缘宽厚比4个主要参数对H型钢构件损伤域长度的影响，利用有限元软件ABAQUS建立板壳模型进行有限元分析，并给出了双向加载下板壳节段损伤域长度的计算公式。分析结果表明：双向加载更加符合实际情况，所得损伤域长度偏大，提高了板壳节段取值的准确性；在一定区域内，损伤域长度与轴压比和腹板高厚比呈正相关，且增长幅度可达初始值的1倍以上，与翼缘宽厚比呈负相关，最大降幅可达50%以上。当长细比小于临界值时，两者呈负相关，最大降幅达34.28%;反之，两者呈正相关，最大增幅达58.26%。
2024 Vol. 46 (1): 37- [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 19 )
45 王渠 吴庆雄 陈康明 黄育凡 黄锦涛
预应力CFRP平板式锚具优化设计与应用
针对平板式锚具存在需在混凝土表面开槽、有效行程短、不可重复利用等问题，开展了平板式锚具优化设计与应用研究，提出了一种无须在结构基面设置扣槽，占用空间小、碳纤维增强材料(CFRP)板有效利用长度更长，轻质高强、可重复利用的预应力CFRP平板式锚具。有限元分析表明：在计算荷载作用下，锚具性能满足预应力CFRP加固需要，锚固支座、锚板和锚栓最大应力值分别为133、76、94 MPa,总体应力分布均匀，均小于其屈服强度，最大变形值为0.056、0.024、0.028 mm,保证锚具不先于结构破坏。随着锚栓直径与锚板厚度增大，锚具内部应力与变形均有所改善，其中锚栓直径变化对锚栓与锚板接触部分受力影响较大；锚板厚度对混凝土表面与锚栓接触部分受力影响较大，故建议锚栓直径为18 mm,锚板厚度为20 mm。实际工程应用表明该锚具使用效果良好。
2024 Vol. 46 (1): 45- [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 24 )
53 刘俊辉张龙涛胡淑军黄海邵铁峰
腹板开洞型抗剪连接件力学性能有限元分析
为了提高全装配式混凝土梁柱-钢支撑的受剪性能，提出一种腹板开洞型抗剪连接件。以腹板截面分配方式为参数，设计2个试件进行往复加载试验，研究其力学性能。采用ABAQUS软件进行有限元分析校正，并设计16个分别考虑混凝土强度、腹板宽度高度和2组腹板组合形式影响的有限元模型进行模拟分析，进而探究各参数对抗剪连接件受剪性能的影响。结果表明：两试件破坏形态基本一致，首先混凝土梁侧面产生斜向裂缝，并向梁正面发展，随后抗剪腹板处出现裂缝，最终在多次循环往复加载下，混凝土被压溃。两滞回曲线走势基本相同，主要包括弹性、弹塑性和破坏3个阶段。提高混凝土强度能有效提高连接件剪切承载能力；腹板截面面积一定时，截面尺寸为15 mm×32 mm的连接件极限承载能力最大；同时改变2组腹板尺寸，截面组合尺寸为18 mm×40 mm和6 mm×40 mm的组合形式抗剪性最好。
2024 Vol. 46 (1): 53- [摘要] ( 18 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 24 )
61 刘铖聪 白羽 苏何先 蒋欣利 李振南 王俊伟
轻钢骨架水泥粉煤灰发泡墙板的抗震性能
针对轻钢轻混凝土组合墙板抗震性能的研究相对缺乏，同时为研究不同填料对轻钢骨架水泥粉煤灰发泡墙板抗震性能的影响规律，设计了3个不同填料的墙板进行低周往复水平荷载试验，探究了不同填料对墙板的抗震性能的影响。结果表明：不同填料配比墙板的破坏模式大致相同，墙板的整体性和抗震性能较好；在轻钢骨架水泥粉煤灰发泡墙板中掺入聚丙烯纤维和增加水泥用量可以有效地提高墙体的抗震性能和抗侧刚度，增强墙体的承载力和延性，同时还可以明显提高墙体的变形能力以及耗能能力。与对照组相比，掺加0.4%聚丙烯纤维或增加水泥用量至50.0%的墙板受剪承载力均提高了约54.0%,抗侧刚度分别提高了26.0%和15.0%,累计耗能分别提高了172.0%和86.0%。
2024 Vol. 46 (1): 61- [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 24 )
69 徐松 徐康义 王叶飞 黄金铭 章灿林 贾晓娟
沥青路面坑槽修补材料特性及评价标准
为了建立合理的坑槽修补材料评价方法，选择性能优良且适合特定环境的修补材料。通过叶片阻力试验、水煮试验、滚动筛试验、马歇尔稳定度试验、车辙试验、低温弯曲蠕变试验和冻融劈裂试验来测试修补料的施工性能和路用性能，并对修补料的评价标准进行修订。基于试验结果，建议修补料的黏附等级、滚动筛残留率和水稳定性分别不小于4级、60%和75%。并且，热补料的动稳定度和最大弯曲应变应分别不小于800次·mm-1和2 300με,冷补料应不小于600次·mm-1和900με。在施工和易性方面，对于不可储存类的修补料建议现场拌制，并在制备后30 min内尽快完成修补施工作业，拌和扭矩需要小于40 N·m。此外，水泥-乳化沥青和环氧树脂冷补料的初始强度较高，高温稳定性好，可以实现快速修补的目的，建议初始稳定度不小于2 kN。
2024 Vol. 46 (1): 69- [摘要] ( 18 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 23 )
76 薛守宁 董江峰 朱忠平 刘钊 李昂 徐一 刘元聪
高致密高强橡胶混凝土的力学性能
考虑深部煤炭开采等深部地下工程的高渗透压以及剧烈扰动的工况需求，对地下混凝土材料韧性和致密性等性能提出更高要求。因此基于最紧密堆积模型，完成了高致密橡胶混凝土配合比设计，并在此基础上控制橡胶颗粒掺量和粒径，研究了橡胶掺量和橡胶粒径对其养护7、14、28 d后力学性能的影响。研究结果表明：高致密橡胶混凝土各项基础力学性能皆优于普通橡胶混凝土，橡胶掺量的增加会导致高致密橡胶混凝土抗压强度和弹性模量下降，抗折强度为先增后减，劈裂抗拉强度呈现波动下降趋势，且高致密的混凝土结构能够有效改善橡胶掺入带来的抗压强度和弹性模量下降。综合试验结果，20%橡胶粉掺量下的高致密橡胶混凝土表现出最佳的力学性能。
2024 Vol. 46 (1): 76- [摘要] ( 18 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 11 )
83 万怡国 雷声 王萱子 张磊 张洁 涂宜昌
堤防工程汛期实时安全风险综合评估
在出现洪涝灾害时，第一时间发现并及时处置险情是应急抢险的关键，如何提前配置防汛人力、物力等，一直是防汛指挥部门亟待解决的问题。为实时掌握堤防工程安全风险情况，结合一线防汛抢险实践经验，提出了一套数量适宜、指标内容易获取的堤防工程安全风险评价指标体系，采用层次分析法、模糊综合评价法建立了评估模型，给定了评估标准，划分了堤防工程风险等级，并选取了2020年江西省遭受特大洪水引起的堤防险情进行典型案例分析。结果表明：选取的未溃口与发生溃口的堤防，其安全风险综合评估情况与堤防后续状况吻合性较好，堤防工程安全风险综合评估模型可为防汛指挥部门部署人力、物力等提供支撑。
2024 Vol. 46 (1): 83- [摘要] ( 14 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 12 )
89 杜兴曲智旭李小兵
基于知识的齿轮减速器传动方案智能设计
为解决机械系统传动方案的综合评价及优化难以高效评判的问题，采用模糊层次分析法和遗传算法相结合的评价方式，获取适合机械系统的最佳传动方案，并通过齿轮减速器传动方案设计作为验证实例。基于模糊层次分析理论综合评价法确定权重及量化评价指标，通过遗传算法选择传动方案并对其进行评价，最后进行决策并输出最佳传动方案。通过该方法构建了齿轮减速器传动方案智能设计系统模型，通过对知识的获取、推理机制和控制策略输出传动方案的总体设计并对其进行优化决策，以输出符合要求的最优齿轮减速器传动方案。利用MATLAB图形用户界面设计框实现了基于知识的齿轮减速器传动方案智能优化与决策系统的设计开发，通过搭建优选系统建立了各模块之间的逻辑关系，实现了信息输入和方案输出的功能。以齿轮减速器的设计为例，通过验证和分析，能有效地对方案进行评价和优选，证实该系统的可用性、合理性。
2024 Vol. 46 (1): 89- [摘要] ( 13 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 17 )
98 万聪 赖家美 黄晖 邓磊 申一方
车门的高维多目标优化
为改善某MPV车门力学性能，降低车门总成质量，针对传统优化算法在高维多目标优化时易出现解收敛性差的问题，采用基于非支配排序及参考点的NSGA-Ⅲ算法，结合试验设计及响应面模型等方法对车门进行多目标优化。研究结果表明：初始车门模型各目标的仿真分析结果与实验值误差均小于5%,一致性好；构建的响应面精度高；基于NSGA-Ⅲ算法优化获得的Pareto解分布均匀、收敛性好；优化后的车门内板模态频率及门框刚度未有明显提高，但仍满足企业要求，车门质量降低13.63%,轻量化效果较为明显。说明应用NSGA-Ⅲ算法能有效地解决传统优化高维目标收敛性差的问题，获得较为理想的结果。
2024 Vol. 46 (1): 98- [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 17 )
105 胡瑢华周浩曾成熊特徐亦璐
基于CCA融合FFT的SSVEP脑机接口分类算法
为解决多目标刺激范式的稳态视觉诱发电位脑电信号识别准确率低和信息传输率低的问题，提出了一种快速傅里叶变换同典型相关分析相结合的方法，通过快速傅里叶变换将信号训练成对应频率的训练模板，并作为参考信号与实时采集的信号进行典型相关分析来计算频率的识别准确率。6名受试者参与并完成了180组实验，在时间窗口长度为1.5 s的条件下，基于快速傅里叶变换-典型相关分析的稳态视觉诱发电位信号识别算法的平均识别准确率为93.98%,比典型相关分析算法提升了14.75%,信息传输率为62.30 bit·min-1,比典型相关分析算法提升了55.63%。实验结果表明，快速傅里叶变换-典型相关分析算法性能更优。
2024 Vol. 46 (1): 105- [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 20 )
111 何祥芝涂海宁刘建胜
基于OpenCV的人脸黑头识别算法
目前越来越多的人受到人脸黑头问题的困扰，为了更加直观地看到人脸黑头的情况，基于OpenCV提出了一种智能识别黑头的算法，通过黑头仪设备获取到人脸照片，先通过灰度化，去噪滤波，图像增强算法对图像进行预处理改善图像质量，再进行自适应阈值二值化去除图像背景，获取到疑似黑头的特征，再根据黑头预设特征对疑似目标进行筛选得到最终识别为黑头的结果，并进行标记和计数。将算法移植到黑头仪设备中，经过测试，算法识别准确率达到85.55%。
2024 Vol. 46 (1): 111- [摘要] ( 15 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 20 )
117 杨广辉 缪希仁 庄胜斌 赵鹏飞
基于“边端协同”架构的台区短路故障定位技术
针对新型电力系统低压台区故障准确定位要求，开发了一种基于“边端协同”架构的低压台区短路故障定位技术。提出多层级短路故障定位的台区物联网架构体系，研究采用二阶最小二乘拟合算法的台区各层级物联终端短路故障检测方法；设计基于高速电力线宽带载波通信的故障定位通信协议，面向智能配变终端，提出基于台区拓扑结构的短路故障定位策略，并开展边缘计算及其硬件化技术实现。在此基础上，通过真型低压交流系统短路故障测试实验，验证了“边端协同”物联台区短路故障定位技术的有效性。
2024 Vol. 46 (1): 117- [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 26 )
125 王博 晋绍珲 谭昕怡 卢新培
大气压非平衡等离子体诊断：电场诱导二次谐波
电场诱导二次谐波作为一种非侵入式、时间分辨率高达纳秒甚至飞秒量级的测量方法在大气压非平衡等离子的电场诊断中得到广泛关注。基于二次谐波产生的原理，对其适用性进行了讨论。针对纳秒和飞秒激光器在该应用中的特点，搭建了对应的诊断系统。通过使用纳秒激光器测量电场，获得了更高的时间分辨率，并通过平行板电极产生的均匀电场对系统进行标定，获得二次谐波信号强度与电场强度平方的定量关系。基于该定量关系，最终获得大气压等离子体不同位置的瞬态电场。
2024 Vol. 46 (1): 125- [摘要] ( 15 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 25 )
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