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    2012年, 第34卷, 第8期 刊出日期:2012-08-30
      
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    材料科学与工程
  • 孙振亚,杜露,彭茜茜,杨颖
    . 2012, (8):  1-4. 
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    以溶胶凝胶法自制的干凝胶为原料,通过水热法和离子交换成功制备出长为50~300 nm,直径为5~10 nm的纳米管。采用TEM、XRD分析手段,对在不同工艺条件下获得产物的形态和结构进行表征。结果表明,水热后生成的纳米粉体为纳米片,经H+交换后,纳米片成功的卷曲成纳米管,且合成纳米管的成分为H2Ti5O11·3H2O,结晶度相对纳米颗粒而言有所降低。
  • 朱岩,向艳秋,吴志博,杨丽娟
    . 2012, (8):  5-10. 
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    采用水热法,在反应体系中加入微量的CuCl2作为去氧剂,以AgNO3为前驱物,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为稳定剂和结构导向剂,乙二醇为还原剂和溶剂制备银纳米线。研究了反应温度、反应时间及CuCl2浓度对产物微观形貌的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等检测手段表征了其结构和性能。同时,将所制得的银纳米线作为联吡啶钌\[Ru(bpy)2+3\]电化学发光(ECL)的工作电极对其催化机理进行研究。结果表明:在反应温度为165 ℃、反应时间为1 h、CuCl2浓度为4 mmol/L时制备出了具有面心立方结构的,长度为13 μm,长径比约为75的银纳米线;与普通银丝电极相比,由于具有较高的比表面积和较独特的催化特性,银纳米线电极更适合作为Ru(bpy)2+3 ECL的工作电极。
  • 王琳,李河,刘桂珍,周建

    . 2012, (8):  11-15. 
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    基于实际研究中较少关注的C杂质对ZnO中的影响,通过第一性原理研究了ZnO中非故意掺杂的C杂质对其晶体结构和电子结构的影响,结果发现:C易引起ZnO晶格畸变,造成化合键断裂的现象。CZn与其周围的O在高能位易发生氧化还原反应,产生CO2,引起VO缺陷;低能位的CZn能存在ZnO晶格之中,产生一个新的施主能级,导电性呈现n型,对p型掺杂能产生强烈的补偿作用,不利提高材料的p型导电性能。
  • 卢喜瑞,陈梦君,苏思瑾,王晓丽,吴彦霖
    . 2012, (8):  16-20. 
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    借助X射线衍射仪对所制备固化体的相关系、Sr2+的固溶度进行研究,并对样品的XRD衍射数据进行了结构精修。结果表明:当SrO含量为0%~2%(按质量计,下同)时,固化体以Al2O3、TiC、C、TiO2和AlN相存在;SrO含量为3%~8%时,固化体以Al2O3、TiC、C、TiO2、AlN和Al2TiO5相存在,并在2θ=7.7°、15.6°、19.8°和24.1°位置发现有未知物相衍射峰出现,其峰线强度随SrO量的增加而增强。燃烧产物中Al2O3的晶胞参数a、b和c发生了10-3 nm量级变化,V发生了10-3 nm3量级变化,α、β和γ发生了10-3~10-1°量级变化,总体表现出随SrO添加量增加,a、b、c和V递增的趋势。产物中TiC的晶胞参数a、b和c发生了10-3nm量级变化,V发生了10-4~10-3nm3量级变化,α、β和γ未出现变化。
  • 付克勤,方志坚,梁家毅,王永彤,孙绪韫,严浩,徐鸿雁
    . 2012, (8):  21-24. 
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    开展了超高硬度装甲钢实验室阶段的试制工作。通过对冶炼工艺的研究,添加适量韧化合金元素,采用电炉冶炼+LF炉精炼+喂SiCa丝+VD真空除气工艺,严格控制了钢中的P、S及气体含量和夹杂物的数量与形态,降低了装甲钢的杂质元素,通过对热处理工艺的研究,在温度为210 ℃下进行回火,可以得到综合力学性能优异的装甲钢,采用105模拟穿甲弹测试其抗弹性能,当弹速为1 380~1 440 m/s时,此装甲钢的穿甲防护系数为1.38~1.44。
  • 吴力立,姚金富,张〓为,张超灿
    . 2012, (8):  25-28. 
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    研究了不同相对分子质量的聚醚多元醇的动态黏弹性能,探索了聚醚的分子量对动态黏弹性能的影响。利用AR2000流变仪通过进行应力扫描、温度扫描、频率扫描,分别得到了聚醚复数黏度、损耗模量随温度、频率以及应力的变化关系。结果表明,低分子量的聚醚三元醇中具有稳定的黏性结构。聚醚三元醇的损耗模量随温度降低,随频率增大,其损耗模量与温度、频率的关系对相对分子质量具有依赖性。
  • 邓钦沂,王源升,臧真娟,何特,王思亮,任小孟
    . 2012, (8):  29-34. 
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    为了研究90 ℃下氨水预处理时间对聚丙烯腈(PAN)原丝结构和性能的影响,采用傅里叶转变红外光谱(FTIR)、元素分析(EA)、纤维收缩率和差示扫描量热分析(DSC)对氨水预处理前后PAN原丝的结构转变和热性能变化进行表征分析。结果表明,氨水预处理引发了PAN原丝的环化反应,使得原丝颜色由最初的白色变为黄色,并且延长氨水预处理的时间可有效增加原丝中的—C[FY=,1]N—C[FY=,1]N—结构;此外,未经处理的原丝在热稳定化过程中的加热速率不能超过4 ℃/min,而氨水预处理则能提升原丝可承受的最大加热速率,当预处理时间达到30 min时可使原丝能承受的最大加热速率提高到6 ℃/min。
  • 冯小平,赵奎奎,何峰
    . 2012, (8):  35-39. 
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    研究了以滑石为主要原料制备Na2O-MgO-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃的工艺,探讨了成分对微晶玻璃的结构和性能的影响规律。结果表明:微晶玻璃的主晶相取决于MgO、Al2O3、SiO2 3种成分的比例关系,通过调整这3种氧化物的含量,可以得到以镁橄榄石、斜顽辉石以及它们混合物为主晶相的微晶玻璃。微晶玻璃的热处理工艺为1 000 ℃保温1~2 h。Fe2O3、TiO2和ZnO成分对微晶玻璃白度的影响较大,当试样中质量分数Fe2O3<0.1%,TiO2<0.01%,ZnO为1%时,微晶玻璃的白度可达85,可以满足日用陶瓷的使用要求。
  • 余世浩,冯伟标,曾辉
    . 2012, (8):  40-44. 
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    在1 500 ℃下,采用毛细管熔池法进行钒在高锰钢中的扩散试验,用EPMA分析和测定钒在毛细管轴向的浓度分布,采用一维稳源半无限长棒扩散模型,由Fick扩散第二定律求解钒原子的扩散系数。用光学显微镜和XRD研究材料的显微组织和物相组成,显微组织结构和微区成分分析表明,在材料的奥氏体基体上分布着细小颗粒状和团块状碳化物增强相,并以毛细管靠近扩散源一端为起点,钒元素浓度及碳化物的数量沿毛细管轴向呈梯度下降(减少)分布。用HX1000TM显微硬度计检测试样的硬度,结果表明材料硬度沿试样轴向也呈下降趋势,梯度分布特性明显。
  • 刘翔宇,王丽琼,吉文欣,冀永强,李慧
    . 2012, (8):  45-49. 
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    采用密度泛函理论DFT方法,在B3LYP/CC-PVDZ基组水平上,优化了二叔丁基氮氧自由基(DTBN)、2,2,5,5-四甲基-哌啶-1-氧自由基(TEMPO)、1,1,3,3四甲基异吲哚2氧自由基(TMIO)分子的几何结构。运用前线轨道理论判断氮氧自由基的反应活性中心,得到了各氮氧自由基的分子轨道图;运用电子拓扑密度(AIM)计算得出关键点的电子密度梯度径和Laplacian量2ρ(r)等值线图,进一步分析比较了4种不同结构的氮氧自由基的反应能力。结果表明,氮氧自由基的电子离域效应使其结构相对稳定,反应活性中心为N—O键,活性大小为DTBN>cTEMPO>bTEMPO>TMIO,如果N—O键发生重排,N—O键发生异裂的可能性较大,生成两种带电离子;若C—N发生断裂,开环结构的DTBN最容易发生反应,闭合结构的TMIO和TEMPO不易反应。
  • 交通科学与工程
  • 张文刚,纪小平,宿秀丽,王芳,邹玲
    . 2012, (8):  50-54. 
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    为了揭示路用矿物纤维对沥青混合料的增强机理及性能,通过对路用矿物纤维技术指标进行检测,采用沥青胶浆锥入度试验和沥青混合料低温弯曲试验检测路用矿物纤维对混合料性能的改善作用,结合粘弹性力学和复合材料细观力学原理综合分析矿物纤维提高沥青混合料抗车辙性能、低温抗裂性能和疲劳寿命的机理;并通过试验验证了SMA13和AC16型路用矿物纤维沥青混合料的路用性能。研究结果表明:路用矿物纤维通过提高沥青混合料的弹性模量、强度、抗拉强度以及纤维基体界面附近形成的残余应力应变场和显微裂纹起到的增韧作用,改善了沥青混料的路用性能;且其易于存储及施工,在试验中表现出了较木质素纤维更加优良的性能。
  • 王春,郝培文,徐婷,李瑞霞
    . 2012, (8):  55-60. 
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    通过对添加Sasobit温拌剂的温拌及温拌阻燃沥青混合料进行试验研究,对比分析了其在添加阻燃剂前后混合料在水稳定性、高温稳定性、低温抗裂性等路用性能方面的变化,并参照GB/T10707—1989橡胶燃烧性能测试标准规定的极限氧指数测试方法,采用改进的试样制备方法,对SBS改性沥青和SBS改性阻燃沥青分别在添加不同掺量Sasobit温拌剂后的阻燃性能进行了试验研究。试验结果表明,Sasobit温拌沥青混合料在添加阻燃剂前后其路用性能均能满足规范要求,可以应用于隧道路面;然而氧指数试验结果表明,蜡基温拌剂Sasobit掺在沥青中有一定的助燃作用,它的添加会使沥青极限氧指数减小,阻燃性能变差,且随着其掺量的增加不断降低。
  • 汪海年,李磊,尤占平
    . 2012, (8):  61-67. 
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    细观结构特征对沥青混合料宏观性能有着重要影响,其中细观结构的空隙率特征是影响沥青混合料车辙、水损害的关键因素之一。通过工业CT分别对最大公称粒径分别为13 mm与16 mm的AC、SAC、SMA的6种沥青混合料试样进行无损扫描,获取其内部细观结构特征信息,并对其试样进行三维重构。提取试样的内部空隙体积参数并计算其三维空隙率;选取部分断面图像计算其二维空隙率,并对两种方法计算出的空隙率进行对比分析。研究结果表明:试样内部空隙数量随着空隙体积增大呈递减趋势,且0~50 mm3体积区间内空隙数量最多;相同级配下,SAC的空隙率小于AC和SMA;最大公称粒径为13 mm的空隙率小于16 mm的空隙率;空隙率由试样两端向中间呈逐渐减小的趋势,且SMA较SAC表现得明显,最大公称粒径为16 mm的试样比最大公称粒径13 mm的表现得更明显;3D计算空隙率比2D计算空隙率更接近实测值。
  • 黄珍,侯平仁,徐小强,王绪明
    . 2012, (8):  68-74. 
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    高速三体船是近年来研究开发的新型船型,具有优良的耐波性和稳性,其超高速船体型线可大大减少高速航行时的兴波阻力。由于该船的操纵性极其复杂,其航向控制建模是目前尚未完全解决的一个关键问题。在分析了三体船动力学方程的基础上,根据二阶野本模型对三体船进行了数学建模,并给出了各水动力导数的计算方法。在Matlab/Simulink环境下建立了高速三体船航向控制系统动态仿真模型,设计了航向模糊PID控制器。针对无干扰和综合干扰条件下分别进行了仿真分析,并对控制策略进行了静、动态性能验证。仿真结果表明,控制系统具有响应速度快、精度高、抗干扰等特点,相比常规PID控制算法,模糊PID控制具有更好的控制效果。研究结果为高速三体无人船操纵控制系统的分析与设计提供了新的思路。
  • 谢寒,蒋阳升,蒋若曦,杜海涛
    . 2012, (8):  75-81. 
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    城市快速路交织区的换车道行为是通行能力损失的重要原因,常常导致降低道路的安全等级。以往研究证实换车道行为对交通流的特性具有重要影响,但缺乏量化实证分析。通过对给定交通条件和道路条件的成都市城市快速路交织区4级服务水平上半部状态(设计速度为60 km/h,v/c值为0.81~1.0,密度≤42 pcu/(km·ln))下的4个观测点的5 min间隔内速度、换车道次数、密度的实测数据进行统计分析,在此基础上,建立了不同车道上换车道次数与速度和交通流密度之间的系列最优拟合模型,并将拟合效果与现有模型效果进行了比对,认为文中提出的拟合模型更适合描述4级服务水平上半部下城市快速路交织区的交通流特性。
  • 周鹏,丁晨
    . 2012, (8):  82-86. 
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    为了缓解方向性不均衡交通流带来的交通拥堵问题,国内外开始广泛使用可变车道技术。但现有可变车道导向判决的依据多为人为主观判断或是历史固定方案,方案普适性差、人工控制依赖成份大的缺陷,其功能没有得到充分应用。利用视频检测获得的车流量等相关参数信息,提出了基于非参数回归短时间交通流预测的智能可变车道的导向判决算法,实现了对可变车道随着实时车流量而自动变化的智能控制。通过应用测试和VISSIM交通仿真软件分析效果得出,交叉口日通行能力可提高大约15%~30%,总延误减少62%。
  • 土木工程
  • 杨爱武,刘琦,李佐良
    . 2012, (8):  87-91. 
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    通过压缩试验、无侧限抗压强度试验以及三轴固结不排水试验,对海积软土初始各向异性影响土体强度与变形进行了试验研究。结果表明:在一维压缩试验中,海积软土垂直方向的压缩变形最小,水平方向的变形最大,而45°斜方向的变形介于两者之间;在三轴压缩试验中,海积软土的应力应变关系都呈现应变硬化,垂直方向的峰值强度最强,45°斜方向最弱,水平方向的强度介于两者之间。在此基础上,对其进行了机理分析,研究成果对工程实践有一定的指导意义。
  • 孙秋,刘鑫,洪宝宁,,胡昕,
    . 2012, (8):  92-96. 
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    借助改造后的岩土微细结构全自动三维跟踪光学测试系统,对生态土原状样和扰动样进行单轴荷载作用下的微细结构试验。结果表明,生态土结构参数变化曲线和应力应变曲线对应关系明显,从微细结构特性演化角度解析了宏观力学特性。
  • 聂诗东,戴国欣,熊刚,张伟富,孙小华,冯维琦
    . 2012, (8):  97-102. 
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    对比了蒙特卡罗法和响应面法的各自特点,并针对重庆江北机场铸钢节点的可靠性分析问题,选取响应面法开展相关的研究。对重庆江北机场铸钢节点中的三肢边节点和三肢中节点选取一定的输入和输出变量,通过参数化建模,拟合出铸钢节点的响应面方程。在响应面上进行蒙特卡罗模拟,最后根据PDS后处理的输出结果对铸钢节点的可靠性进行分析和评估。
  • 李春霞,丁志胜,晏石林
    . 2012, (8):  103-106. 
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    根据5根钢筋混凝土梁在不同的初始荷载条件下卸载之后的应变、挠度的变化情况,得出卸载过程中截面应变仍符合平截面假定,当初始荷载值未超过极限荷载的40%时,可以按照现行线弹性理论计算滞后应变,但当初始荷载值超过极限荷载的40%时,应考虑塑性变形对滞后应变的不利影响。受拉区混凝土开裂后,非线性程度的高低将直接影响滞后应变的大小,同时应考虑反复加载卸载对滞后应变的不利影响。
  • 于天来,史伟卓,于国语,马〓强,田蕾蕾
    . 2012, (8):  107-112. 
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    通过对5根钢丝绳体外预应力抗剪加固的钢筋混凝土梁和2根对比梁的试验,研究了矩形梁体外钢丝绳的竖向布置和斜向布置方式、T形梁体外钢丝绳不同的锚固方式对试验梁抗剪加固效果的影响。结果表明,钢丝绳体外预应力抗剪加固可明显提高加固梁的斜截面开裂荷载、刚度及抗剪承载能力;对于矩形截面梁,闭合U型加固的效果优于斜向布束的加固小效果;对于T梁,就抗剪承载力提高幅度来看,三者相差不大。闭合U型箍布束的加固效果略优于非闭合U型箍布束加固,非闭合U型箍布束(锚固于腹板上)的效果与非闭合U型箍布束(锚固于翼板上)的效果无明显差异。研究结果可供桥梁抗剪加固参考。
  • 李鹏云,陈波,张峰,王干军,宋春芳
    . 2012, (8):  113-117. 
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    研究了不对称导线对输电转角塔动力特性的影响。首先基于空间杆系有限元理论建立了输电转角塔的力学模型。然后基于空间索单元建立了输电导线的力学模型。在此基础上组集形成输电塔线耦连体系分析模型。以中国某大跨度输电转角塔为实际工程背景,基于有限元方法考察了该结构的塔线耦连振动效应。进一步进行导线影响的参数研究,考察了相邻导线对输电塔本身振动特性的影响。结果表明,输电转角塔的塔线耦连效应显著,结构的扭转振型受到导线的影响非常显著。因此在转角塔的设计建造过程中,应当充分考虑到导线参数的影响。
  • 许成祥,刘晓强,杜国锋,张继承
    . 2012, (8):  118-122. 
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    现行框架节点试验研究多侧重于平面节点,而结构和构件在地震作用下均处于空间受力状态,为比对平面节点与空间节点的受力性能差异,以十字形截面钢管混凝土异形柱钢梁中柱节点为研究对象,设计并制作了2个空间节点模型和2个平面节点模型,通过施加恒定轴压比的竖向荷载和低周反复水平荷载,对节点模型进行了加载破坏试验。结果表明:空间节点和平面节点破坏现象基本一致,都具有良好的延性和耗能能力,平面节点更优。轴压比对节点的承载力和延性性能有一定的影响,随着轴压比增大,延性性能降低。
  • 薛伟辰,杨涛,白丽丽
    . 2012, (8):  123-127. 
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    为了研究负弯矩作用下预应力钢混凝土组合梁的受力性能,对3根组合梁试件进行了单调静力试验,其中包括非预应力组合梁、体内预应力组合梁和体外预应力组合梁各1根。试验结果表明:负弯矩作用下,3根试件的破坏均始于钢梁的受压屈服,在达到极限承载力时钢梁均发生了屈曲;与非预应力试件相比,体内预应力试件的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载分别提高了120%、35.1%和18.7%;体外预应力试件的开裂荷载较非预应力试件提高了24%,但屈服荷载和极限荷载略有降低;施加体内预应力可以有效地提高组合梁的极限变形能力,但对延性不利;施加体外预应力对组合梁的延性有一定的提高作用。
  • 资源与环境工程
  • 张超,姜应和,金建华,金溪
    . 2012, (8):  128-132. 
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    通过人工降雨模型研究玻璃面、水泥面和道路砖3种下垫面冲刷规律,利用得到的冲刷模型对下垫面径流污染物冲刷进行了模拟。结果表明:冲刷模型对污染物径流冲刷模拟效果较好,对溶解性污染物和非溶解性污染物模拟的相关系数均值在0.90和0.80以上,水泥面上模拟的误差标准差值分别为6.16和14.04。3种下垫面溶解性污染物的冲刷系数分别为0.332 mm-1、0.088 mm-1、0.173 mm-1,非溶解性污染物的冲刷系数分别为0.098 mm-1、0.062 mm-1、0.261 mm-1。污染物降雨径流呈现出明显的初始冲刷,对于水泥路面上,控制30%的径流量即可控制84%的溶解性和60%的非溶解性污染物的排放量。对不同下垫面径流冲刷规律的研究为城市雨水径流污染控制提供理论基础和技术支撑。
  • 余修武,章光,李墨潇,黄海军,余员琴

    . 2012, (8):  133-138. 
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    为提高井下的安全性,设计了一种基于CC2430的ZigBee无线传感器网络矿井安全监测系统,提出了RAPIT定位算法来解决定位精度问题。结果表明,此方案完全满足井下安全监测和人员定位的要求。对比传统的总线式传输和RFID定位,具有安全可靠、成本低廉、布置简便以及定位更准等优势。
  • 能源与动力工程
  • 肖合林,姜涛,宋秀萍
    . 2012, (8):  139-143. 
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    利用大型气相动力学计算软件包CHEMKIN,以温度敏感性和反应速率分析为基础,对液化石油气HCCI燃烧详细化学动力学模型进行了机理简化,得到一个包含33种组分和93个基元反应的简化机理。并对简化机理与详细机理不同边界条件下的缸内温度峰值、压力峰值、着火时刻进行了对比分析,结果表明,在较广的进气温度、进气压力、压缩比、燃空当量比范围内简化机理与详细机理能够保证基本吻合。
  • 方晓勤,游伏兵,韩丹
    . 2012, (8):  144-148. 
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    在对锡柴4DW93-84E3轻卡发动机进行改装的基础上进行了柴油/DME双燃料试验研究。结果表明:通过增加一套混合燃料供给子系统和改造原机柴油供给子系统,可使轻卡发动机改为柴油/二甲醚双燃料发动机。柴油/DME混合燃料的配制应采取正确的方法,以免混合燃料罐中出现浓度不均。燃烧双燃料时发动机动力性有所下降,但可有效降低排放,碳烟相比原机大幅降低,DME掺烧比低于20%的混合燃料能有效提高经济性。
  • 机电与信息工程
  • 阮杰,颜伏伍,李红梅
    . 2012, (8):  149-154. 
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    欧洲标准EN50318用于对弓网动态相互作用的仿真方法的准确性做出评价验证。基于有限单元理论建立了一种弓网相互作用的仿真方法。通过建立非线性三质量块受电弓模型和接触网模型,设置接触单元,建立受电弓/接触网耦合模型,并采用Newmark方法求解。依照EN50318的流程,对该方法的准确性进行验证。对多种接触网类型、拉力组合、跨距、受电弓类型等不同参数组合的仿真,该方法仿真结果与通过EN50318标准验证的Siemens仿真系统和CATMOS[XCF.tif]仿真系统的结果一致,证明了该仿真方法的有效性。
  • 王三秀,俞立,徐建明,邢科新
    . 2012, (8):  155-159. 
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    柔性机械臂具有质量轻、速度快和负载大的特点,针对柔性机械臂轨迹跟踪与弹性振动抑制问题,基于奇异摄动理论和两种时间尺度的假设,将柔性机械臂系统分解为代表大范围刚体运动的慢变子系统和代表柔性振动的快变子系统。对于慢变子系统采用变结构控制来实现关节轨迹的跟踪,而快变子系统则采用最优控制方法来对柔性杆振动进行主动抑制。仿真实验结果表明,该控制方法不仅能够保证系统刚性运动轨迹的精确跟踪,并能有效抑制柔性杆件的弹性振动。
  • 罗忠亮,段琢华
    . 2012, (8):  160-164. 
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    为提高虹膜识别的准确度,提出采用第二代曲波变换提取虹膜图像纹理特征的方法。首先将预处理后的虹膜图像进行曲波分解,然后采取不同方法对曲波分解后的低通和带通子带进行特征提取,并根据各带通子带的能量大小赋予不同的加权系数,最后采用欧式距离进行虹膜特征匹配。在4种虹膜图像库上测试表明,提出的虹膜图像纹理特征提取方法具有较高的识别率,与Harr小波和DCT(离散余弦变换)相比,特征提取时间相当,但识别率相对DCT来说,分别提高了1.8%,2.1%,2.0%和0.9%。