欢迎访问北京化工大学学报（自然科学版），今天是
Email Alert RSS
石墨烯作为固体润滑剂及润滑添加剂的研制及表征是目前机械工程领域的研究热点。本文分析了石墨烯在不同工况下的摩擦学性能，论述及总结了其对应工况的润滑特性。当表面修饰的石墨烯作为润滑添加剂加入水中时，其较好的分散性可提高基底材料的润滑性能；在水基环境中应用时，石墨烯的润滑特性为非共价键相互作用或层间静电斥力形成的边界润滑；当添加适量的石墨烯时，不仅可以形成油膜层，而且还能够大幅度提高润滑性能，其润滑机制为薄膜润滑特性。当石墨烯作为固体润滑剂时，其润滑性能大多由其二维结构的完整程度决定；通过调控测试工况可以保持石墨烯的层状结构，其润滑机制为层间滑移诱导使得接触面上生成转移膜。最后，展望了石墨烯基固体润滑剂及润滑添加剂的发展方向，以期为石墨烯的润滑特性研究提供参考。
虽然隔离壁精馏塔(DWC)与多个常规精馏塔组成的常规分离序列相比具有明显的节能潜力，但是通过引入内部热耦合技术，仍然具有进一步强化设计的空间。以进料位置为界，可将DWC分为上、下两部分，上部包含公共精馏段和进料上端的隔离壁两侧，下部包含进料下端的隔离壁两侧和公共提馏段，在两部分之间设置内部热耦合，得到一种新型内部热耦合中间隔壁塔(IHIMDWC)。在进料上、下两端的隔离壁一侧或两侧设置内部热耦合可以得到4种不同的IHIMDWC拓扑结构。以甲醇、乙醇与正丙醇三元物系的分离为例，通过启发式搜索法对4种IHIMDWC拓扑结构进行稳态设计，并提出了一种分散温度控制系统以验证它们的可控性。仿真结果表明，与DWC相比，IHIMDWC不但可以显著降低能量消耗，而且所设计的分散温度控制系统可以有效地抑制干扰。
为了解决传统的原油脱水方法在处理致密油及页岩油等非常规油时存在的脱水效率低、脱水不彻底以及脱水费用昂贵等问题，利用油田脱水污泥和膨润土等固体废弃物，制备了强亲水性陶粒脱水材料，采用自制的室内脱水装置并结合化学破乳法对玛东致密油与昌吉页岩油进行了快速聚结脱水实验，并与传统的热化学沉降法进行了对比，最后对玛东致密油实施了快速聚结脱水的现场应用。结果表明：与热化学沉降法相比，快速聚结脱水方法在处理致密油与页岩油的过程中表现出更加优异的脱水性能；在温度20 ℃、破乳剂含量50 mg/L或者温度30 ℃、破乳剂含量20 mg/L的条件下对致密油样处理并沉降30 min，在温度30 ℃、破乳剂含量100 mg/L的条件下对页岩油样处理并沉降120 min，油样含水率均可达到工程应用的原油脱水标准；在9天的现场应用期内，玛东处理站的来液经过装填陶粒材料的三相分离器处理后，平均含水率由处理前的65.8%降至8.50%(破乳剂含量为20 mg/L)，表明陶粒脱水材料可有效促进玛东致密油中水滴的聚结，强化油水分离过程。
采用共混造粒和微孔发泡注塑成型工艺，制备了聚四氟乙烯(PTFE)原位成纤增强的聚丙烯/多壁碳纳米管/聚四氟乙烯(PP/MWCNTs/PTFE)微孔复合材料，并对其结晶、流变、微孔发泡和力学性能进行了测试和表征。结果表明：与不加PTFE的PP/MWCNTs复合材料相比，PTFE的加入可以提高PP/MWCNTs/PTFE复合材料的结晶度，增大储能模量，降低损耗因子；PTFE的加入可以改善PP/MWCNTs/PTFE复合材料的泡孔结构，使泡孔密度增大，泡孔直径减小；相比PP/MWCNTs复合材料，当PFTE的加入量为1%(质量分数)时，PP/MWCNTs/PTFE复合材料的断裂伸长率提高了67.5%，抗拉强度提高了21.1%，杨氏模量提高了12.5%。
以聚四氢呋喃二醇(PTMG)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和1, 4-丁二醇(BDO)为主要原料，采用半预聚法制备了一种具有低模量和优异高低温性能的聚氨酯基体材料(硬段含量为35%，R值为1.2)；利用尼龙织物提供材料的力学性能，采用刮涂工艺制备了尼龙织物/钨掺杂聚氨酯复合防辐射材料，当复合材料的厚度为0.30 mm、面密度为1.48 kg/m2、钨粉负载量达92.0%时，复合材料对X射线(120 kV)的屏蔽率可达61.1%。结果表明所制备的复合防辐射材料具有较好的轻柔性和屏蔽性能。
云计算、大数据、物联网及人工智能等技术的快速发展在给人们生活带来便利的同时，也造成隐私泄露和信息滥用等问题，因此在不泄露行程轨迹的情况下对行程轨迹求交问题具有重要的现实意义。提出两种多维行程轨迹数据集隐私集合求交方案，并进行了性能分析实验验证。实验结果表明，基于Rivest-Shamir-Adleman(RSA)公钥密码体制的隐私集合求交方法具有较高的运算效率，而基于Ben-Or-Goldwasser-Wigderson(BGW)秘密共享的隐私集合求交方法支持更复杂的运算，从而可实现近似求交。由此提出结合两方法特点、取长补短的综合方案。
向电磁线圈通入交流电可对用于轮胎硫化的金属内模具实现感应生热，该方法升温快、功率损耗率低、可独立调控。为进一步提升电磁硫化轮胎鼓瓦的温度均匀性，提高胎坯硫化质量，借助COMSOL Multiphysics软件对电磁线圈加热鼓瓦的温度场进行数值模拟，分析通入的电流方向、交流电大小、交流电频率和线圈匝数等多个参数对加热工件的温度和功率的影响。采用正交试验法探寻多个参数的最佳水平组合，由极差分析和方差分析得出一致结论：影响鼓瓦温度均匀性的因素次序为交流电大小>线圈匝数>交流电频率。在此基础上，分别从加热方式和线圈分布结构两方面对线圈鼓瓦模型进行优化，以进一步降低温差，提升硫化均匀性。研究工作可为轮胎硫化中电磁加热金属内模技术提供有意义的参考。
围绕液态铅铋合金(LBE)的数值模拟研究通常仅针对流体域，而忽略了固体域的影响。为了研究绕丝燃料组件物理模型及边界条件对LBE的流动与传热的影响，基于质量守恒原则、能量守恒原则和传热特性等效原则，设计了燃料棒及绕丝表面有恒热流密度的纯流体域模拟、燃料棒及绕丝有恒体积功率的流固共轭传热模拟、燃料棒表面有恒热流密度的纯流体域模拟和燃料棒有恒体积功率的流固共轭传热模拟这4种数值模拟方案，在施加相同总功率条件下，比较了4种方案的LBE和流固边界上的温度分布差异。对比分析4种方案的大涡模拟结果发现：流固共轭传热方案比热流边界方案更具合理性；与Pacio实验数据相比，方案四即燃料棒具有恒体积功率的流固共轭传热的数值模拟结果在流固边界峰值温度上的偏差最小。因此，针对绕丝燃料组件LBE及包壳局部温度峰值的数值预测，推荐采用燃料棒有内热源的流固共轭传热数值模拟方案，能够准确预测绕丝燃料组件内LBE的温度特性。
针对电磁式自动平衡执行器永磁/电磁混合磁路和结构优化困难、执行器运行平稳性差的复杂问题，采用永磁/电磁相结合的混合励磁结构参数优化方法，探究结构参数对自锁力矩和驱动力矩的影响规律；考虑不同尺寸执行器的结构差异性，提出宽比和厚比两个无量纲参数，利用混合励磁仿真优化永磁体、励磁环结构尺寸，大大提高了自锁及驱动稳定性。基于混合励磁结构参数优化结果搭建了一套自动平衡执行器，试验验证了永磁自锁和电磁驱动仿真结果：自锁力矩测试和仿真结果的误差不高于13.7%，电磁驱动配重盘实现了整圈步进。研究工作为电磁式自动平衡执行器的磁路优化设计提供了技术支撑。
红外成像因具有隐蔽性强、环境适应能力强和抗干扰能力强等优点，被广泛用于军事和民用领域。为了实现对红外小目标的高精度检测，提出了一种基于曲率滤波和视觉显著性相结合的红外小目标检测算法。首次将曲率滤波引入红外小目标检测中，对图像中的背景进行估计，然后将背景估计结果与原图像进行差分，使得图像中的大部分背景被显著抑制。为了减小残余的部分高强度杂波对目标的正确检测产生影响，利用形态学方法将高强度杂波移除。为了进一步提高目标的检测精度，提出了一种局部对比度算法进行杂波抑制及目标增强。最后，采用自适应阈值分割方法得到显著的小目标。对本文所提算法与其他算法在5个数据集上进行了比较分析，结果表明，本文算法的信杂比(SCR)与背景抑制因子(BSF)远高于其他算法，在检测率和误报率方面也明显优于其他算法。
针对移动机器人路径规划算法不能根据环境自适应调整步长的问题，提出一种基于环境复杂度的变步长路径规划算法。以快速搜索随机树(RRT)算法为例，引入衡量路径规划性能的参数，通过遗传算法寻找最优步长与环境复杂度之间的关系，建立最优步长与环境复杂度的函数表达式。针对局部环境的特殊性，提出基于滑动窗的变步长RRT路径规划算法。基于该算法，移动机器人能够根据实时局部环境动态改变路径规划的搜索步长，提高了算法的整体性能。最后通过Matlab仿真实验验证了所提出的RRT算法较传统RRT算法具有高效、平稳、代价小的优点。
对一类带界面的椭圆最优控制问题给出了有限元逼近格式，其中网格剖分不需要匹配界面。对问题的状态变量和伴随变量用线性连续函数离散，控制变量采用变分离散的方法逼近，最后给出相应的后验误差。
为了降低轮胎全生命周期所产生的环境影响，促进废旧轮胎的再生利用，提升轮胎产业的环境效益与经济效益，针对白炭黑在乘用车用半钢子午线轮胎中的应用开展碳足迹研究。基于全生命周期理论，采用亿科eFootprint数据库分别构建了全炭黑和白炭黑体系轮胎模型，并对其生产阶段、运输使用及废弃回收阶段进行全生命周期碳足迹对比分析。研究结果表明：轮胎使用阶段是对碳足迹贡献最大的部分，其次是生产阶段；使用白炭黑替代炭黑作为补强剂可以在提高轮胎性能的同时，显著降低使用能耗，从而减小轮胎全生命周期产生的环境影响。
基于VO2的相变特性提出一种具有双宽带特性的太赫兹超材料吸收器，包括对角放置的VO2图案层、电介质层以及金反射层共3层结构。对吸收器的结构建模、吸收效果及吸收特性等进行了仿真分析，仿真结果表明，所设计吸收器吸收率大于90%的两个带宽分别为0.73 THz和0.6 THz。在通过热控制诱导VO2从绝缘态到金属态的相变过程中，吸收率分别在31%~93.1%和30%~95.2%之间实现连续可调。另外，通过研究不同偏振角及入射角下所设计超材料吸收器的吸收性能发现，该吸收器具有偏振无关、偏振不敏感以及大入射角吸收特性。所设计吸收器有望在如太赫兹通信、成像和探测器等利用太赫兹波段领域得到广泛应用。
