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损伤-渗流耦合作用下上覆溶洞隧道突水灾变规律研究 被引量：1
1
作者 林志斌 李亚豪 +2 位作者 林培忠 张勃阳 杨大方 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期154-163,共10页
目的为分析上覆溶洞对隧道的影响,进行损伤-渗流耦合作用下上覆溶洞隧道突水灾变规律的研究。方法以重庆市双碑隧道工程为背景,基于三线性应变软化模型建立岩体损伤-渗流耦合模型,采用FLAC3D对隧道开挖通过上覆溶洞过程中的围岩变形、... 目的为分析上覆溶洞对隧道的影响,进行损伤-渗流耦合作用下上覆溶洞隧道突水灾变规律的研究。方法以重庆市双碑隧道工程为背景,基于三线性应变软化模型建立岩体损伤-渗流耦合模型,采用FLAC3D对隧道开挖通过上覆溶洞过程中的围岩变形、塑性区、渗透系数和涌水量进行数值模拟分析,并对比分析了不考虑岩体损伤-渗流耦合作用和不同溶洞水压对上覆溶洞隧道突水灾变特征的影响。结果上覆溶洞水压为1.8 MPa时,隧道开挖通过上覆溶洞中心5.0 m后,隧道围岩在溶洞与隧道间产生2条“八字形”的导水裂隙带,导致溶洞与隧道间岩体整体滑动约600 mm,整个滑动体近似梯形,其顶、底、高分别为3.6,9.6,8.4 m;隧道开挖未到达上覆溶洞时,其最大涌水量不超过0.01 m^(3)/s,而通过上覆溶洞中心0,2.5,5.0 m后,其最大涌水量分别为0.022,0.185,0.743 m^(3)/s;上覆溶洞水压为1.2,1.8,2.4 MPa时,隧道通过上覆溶洞后的最大涌水量分别为0.031,0.0743,1.365 m^(3)/s。结论隧道开挖通过上覆溶洞过程中,上覆溶洞水压超过临界值时,隧道会发生冒顶坍塌和突水事故,且突水表现出一定的滞后性和大体量性;溶洞水压越大,隧道会越早突水,最终突水量越高;为模拟再现岩溶隧道开挖过程中的突水灾变时空演化过程,必须考虑岩体的损伤-渗流耦合作用。本文研究成果可为岩溶隧道工程围岩稳定控制提供重要依据。 展开更多
关键词 溶洞 隧道 损伤-渗流耦合 突水 渗透系数 涌水量
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矿用电机车双电机同步控制方法研究 被引量：1
2
作者 冯高明 周庆凯 谭兴国 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期128-137,共10页
目的为解决采用永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)的双电机牵引矿用电机车运行时同步性能和抗干扰能力差的问题,方法提出一种新型积分滑模控制与改进交叉耦合控制相结合的双电机同步控制方法。首先,设计采用新型... 目的为解决采用永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)的双电机牵引矿用电机车运行时同步性能和抗干扰能力差的问题,方法提出一种新型积分滑模控制与改进交叉耦合控制相结合的双电机同步控制方法。首先,设计采用新型趋近率的积分滑模控制器,使系统具有良好的调速性能,并有效抑制滑模控制的抖振现象;其次,设计滑模扰动观测器,对电机受到的外部扰动进行观测和补偿,从而提高系统的抗干扰性能;然后,将传统交叉耦合控制结构中的耦合系数改进为自适应系数,以缓解稳态性能与暂态补偿效果相互矛盾的问题;最后,将新型积分滑模控制和改进的交叉耦合控制结构相结合,搭建矿用电机车双电机同步控制系统的仿真模型,通过仿真实验模拟矿用电机车运行时可能遇到的突发情况,以验证双电机同步控制方法的有效性。结果结果表明,系统在遭受外部负载扰动时电机转速变化较小,且系统对两台电机的参数差异不敏感,具有很好的抗干扰性和鲁棒性。在各种突发情况下,所提出的双电机同步控制方法均能使系统保持较好的同步性能。结论基于新型积分滑模控制和改进交叉耦合控制相结合的矿用电机车双电机同步控制方法具有良好的同步性能和抗干扰能力,对矿用电机车双电机同步控制系统优化具有重要意义。 展开更多
关键词 矿用电机车 双电机同步控制 交叉耦合控制 积分滑模控制 扰动观测器
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特厚煤层采放协调智能群组放煤工艺模型及关键技术研究
3
作者 李东印 王祖洸 +5 位作者 王伸 李化敏 彭维平 李红斌 张国澎 张旭和 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期22-33,共12页
目的综放开采是特厚煤层安全高效的开采方法,放煤环境复杂多变、采放协调难度大、放煤工艺及参数受控因素多,导致智能化综放开采尤其是智能放煤控制技术发展较为缓慢。针对特厚煤层综放面群组放煤下的智能化放煤控制难题,方法采用理论... 目的综放开采是特厚煤层安全高效的开采方法,放煤环境复杂多变、采放协调难度大、放煤工艺及参数受控因素多,导致智能化综放开采尤其是智能放煤控制技术发展较为缓慢。针对特厚煤层综放面群组放煤下的智能化放煤控制难题,方法采用理论分析、实验室仿真试验、计算机控制软件研发、现场试验与示范等方法,以“智能群组放煤机理-采放协调控制理论及方法-放煤工艺决策模型-放煤软件现场应用”为主线展开深入研究。结果结果表明:提出多放煤口群组协同放煤方法,以连续群组放煤为例,揭示了多放煤口群组协同放煤下的顶煤放出体和煤岩分界面的空间关系;深入剖析综放工作面的采放协调关系及群组放煤逻辑,提出特厚煤层综放面采放协调智能放煤控制理论,构建了综放面采放时间、空间和运能协调控制模型和基于强化学习及隐马尔科夫随机场模型的群组放煤协同控制决策方法,为智能化放煤决策与精准控制提供可靠理论基础;深度融合地质信息与采放工艺参数,建立了综放面多源信息数据库,为智能决策及数字孪生提供数据基础。结论基于群组放煤条件下的采放协调特征,构建了智能放煤决策模型,自主研发智能放煤决策系统(软件),实现了智能放煤工作面年产1500万t。 展开更多
关键词 特厚煤层 综放开采 智能放煤 采放协调 群组放煤
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分形毛细管束中溶质对流-扩散传质行为研究
4
作者 金毅 黄欢 +3 位作者 宋慧波 郑军领 董佳斌 董文浩 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期124-133,共10页
探明煤层气在煤储层中的运移规律对煤层气高效开发和产能评估至关重要。煤层气在储层通道中的运移隶属对流、扩散的耦合,受限于孔隙结构复杂形貌,而传统连续介质理论难以准确表征孔隙结构多尺度分形特征对对流-扩散耦合输运过程的控制... 探明煤层气在煤储层中的运移规律对煤层气高效开发和产能评估至关重要。煤层气在储层通道中的运移隶属对流、扩散的耦合,受限于孔隙结构复杂形貌,而传统连续介质理论难以准确表征孔隙结构多尺度分形特征对对流-扩散耦合输运过程的控制性作用。目的为了深入阐释复杂多尺度孔隙结构中煤层气对流-扩散耦合传质的内在机理。方法首先,依托分形拓扑理论构建分形毛细管束模型,以定量表征孔隙结构的几何异质性与拓扑连通性;其次,结合经典Taylor-Aris方程,推导耦合孔隙结构尺度不变特征的溶质对流-扩散数学传质方程;最后,借助格子Boltzmann方法模拟分形毛细管束中溶质的对流-扩散过程,并阐释了孔隙结构分形特征对溶质输运的影响机制。结果结果表明,对流-扩散数学传质方程可精准预测溶质有效扩散系数,具有较好的适配性;管道弯曲度分形维数、缩放间隙度、最大管径等孔隙结构特征参数制约着溶质对流-扩散行为。具体地,管道弯曲度分形维数反比于有效扩散系数,而缩放间隙度和最大管径与有效扩散系数呈良好正相关关系,并以控制流体流速的形式影响溶质对流-扩散过程。结论研究结果可为煤储层中煤层气复杂运移规律研究提供理论与方法参考,进而为煤层气产能精准预测及储层压裂改造方案的优化提供理论支撑与决策支持。 展开更多
关键词 对流-扩散 毛细管束 分形拓扑 有效扩散系数 格子BOLTZMANN方法
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磨料参数对低压磨料空气射流喷嘴磨损影响研究
5
作者 张宏图 叶红燕 +2 位作者 刘勇 魏建平 李志平 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期94-103,共10页
目的低压磨料空气射流辅助破岩喷嘴内部受高速运动磨料冲蚀导致磨损过快,为改善喷嘴磨损,提高低压磨料空气射流辅助破岩效率。方法选取拉瓦尔喷嘴为研究对象,依托Archard Wear和Relative Wear磨损模型,利用FLUENT-EDEM进行耦合数值模拟... 目的低压磨料空气射流辅助破岩喷嘴内部受高速运动磨料冲蚀导致磨损过快,为改善喷嘴磨损,提高低压磨料空气射流辅助破岩效率。方法选取拉瓦尔喷嘴为研究对象,依托Archard Wear和Relative Wear磨损模型,利用FLUENT-EDEM进行耦合数值模拟,选取磨料质量流量、粒径、形状和种类等主要影响因素进行数值模拟计算,以磨损深度为评价指标,求解不同因素对喷嘴磨损的影响。结果研究可知,磨损发生在喷嘴收敛段喷嘴入口0~6 mm,且磨损最大处集中于距喷嘴入口2.62~3.28 mm,之后磨料发生集束作用开始沿喷嘴轴线处运动,收敛段后端和整个扩张段不发生磨损。数值模拟中,磨损规律与磨料碰撞速度、喷嘴内壁的碰撞次数有关,不同磨料参数对喷嘴磨损影响不同。磨料质量流量增大,导致磨料与喷嘴碰撞次数增多,造成磨损深度增大;磨料粒径增大通过影响碰撞时能量从而增大磨损;球形度较小的颗粒由于棱角尖锐会造成更大的磨损;材料密度、剪切模量、泊松比不同对磨损产生了影响不同,其中以石榴石造成的磨损最大。结论研究结果可为降低喷嘴磨损提供一定的理论指导。 展开更多
关键词 磨料空气射流 喷嘴磨损 拉瓦尔喷嘴 磨料参数
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F^(-)在煤矿采空区充填矸石中运移规律及其随达西流速变化特征
6
作者 赵丽 贾祥腾 +6 位作者 张庆 许峰 朱开鹏 孔伟芳 邢明飞 金毅 无 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期90-98,共9页
煤矿开采过程中,煤矸石的大量堆积及其对地下水的污染影响,已成为亟需解决的生态环境和资源化利用问题。目的将煤矸石充填采空区作为矿井水净化的储水空间,既能实现煤矸石资源化利用,又有助于去除矿井水中的氟化物,是一种经济且环保的... 煤矿开采过程中,煤矸石的大量堆积及其对地下水的污染影响,已成为亟需解决的生态环境和资源化利用问题。目的将煤矸石充填采空区作为矿井水净化的储水空间,既能实现煤矸石资源化利用,又有助于去除矿井水中的氟化物,是一种经济且环保的可行方案。方法本研究以矿井水中F^(-)为研究对象,以保德矿采空区煤矸石为充填介质,根据研究区水文地质条件,在25℃、达西流速6.24,3.12,1.56 cm/h下开展室内柱模拟实验。利用CDE模型和双点位模型对实验数据进行数值模拟,探讨不同流速下F^(-)运移特征。结果结果表明:Cl-作为非反应性示踪剂,其穿透时间与流速负相关,CDE模型可以较好表征其运移规律,弥散作用随着达西流速增加而增大;相较于CDE模型,双点位模型能更好地表征F^(-)运移过程,充填矸石对F^(-)吸附阻滞现象显著,且阻滞系数R和吸附量均随流速减小而增大。F^(-)在煤矸石上的平衡吸附点位占总吸附点位的比值(f值)和分配系数β值随流速减小而增加,而一级动力学吸附速率常数α随流速减小而降低,这表明溶质运移过程中平衡吸附作用随着流速减小逐渐增强。此外,随着淋滤液持续注入,矸石表面的OH^(-)不断被注入的F^(-)通过离子交换吸附作用置换到淋出液中,导致淋出液pH升高,且流速越低,pH升高越明显。结论研究结果为高氟矿井水净化提供了一定的理论依据,有助于提升煤矸石资源化利用途径,具有显著的环境经济效益和推广应用潜力。 展开更多
关键词 煤矸石 氟化物 溶质运移 弥散系数 阻滞系数 双点位吸附溶质运移模型
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基于压汞-液氮吸附-核磁共振法的中低阶煤孔裂隙联合表征
7
作者 刘佳佳 张云龙 +2 位作者 杨迪 高志扬 王丹 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期19-31,共13页
目的为深入研究中低阶煤中孔裂隙结构和孔径分布形态,方法利用压汞、低温液氮吸附和低场核磁共振试验,结合分形维数分别对新疆艾维尔沟1890煤矿低阶煤(XJ)和鹤壁八矿中阶煤(HB)的孔隙结构和孔径分布进行联合表征,并提出一种基于优势区... 目的为深入研究中低阶煤中孔裂隙结构和孔径分布形态,方法利用压汞、低温液氮吸附和低场核磁共振试验,结合分形维数分别对新疆艾维尔沟1890煤矿低阶煤(XJ)和鹤壁八矿中阶煤(HB)的孔隙结构和孔径分布进行联合表征,并提出一种基于优势区间的全孔径分形维数表征方法,即孔径r<140 nm时,使用低温液氮吸附法的FHH模型表征;140≤r<1000 nm时,使用核磁共振模型表征;r≥1000 nm时,使用压汞法的Menger海绵模型表征。结果结果表明:XJ的中/大孔主要由开放孔构成,微/小孔主要由封闭孔和半封闭孔构成,其中,大孔对孔容的贡献率最高,达到94%以上,中孔是孔比表面积的主要贡献者,贡献率为40.58%,微/小孔和中孔较发育,大孔几乎不发育,微/小孔的孔隙连通性较差,中大孔隙的连通性较好;HB孔隙主要由半封闭孔构成,其中孔容中大孔占比最高,占比达97%以上,孔比表面积主要由小孔贡献,贡献率为58.33%,以微/小孔发育为主,中孔、大孔和裂隙相对不发育,孔隙连通性较差;低温液氮吸附法的DFT模型可以得到XJ最发育的孔径为10~12 nm,HB最发育的孔径为1~4 nm;r<140 nm时,HB的内分形维数明显大于XJ的,此孔径范围内HB的非均质性比XJ的更强,孔隙结构更复杂;r>140 nm时HB的分形维数小于XJ的,此孔径范围内XJ的孔隙结构比HB的更复杂。结论研究结果揭示了中低阶煤储层孔隙分布规律,为中低阶煤层的裂隙扩展和瓦斯运移提供理论指导。 展开更多
关键词 中低阶煤 孔径分布 孔隙特征 分形维数 联合表征
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基于EtherCAT的液压支架智能控制系统研究
8
作者 王磊 孙凯 +1 位作者 袁瑞甫 齐俊艳 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期53-63,共11页
目的液压支架是煤矿开采的关键设备之一,为了解决液压支架通信网络通信速率低与同步性差的问题,方法以支撑掩护式液压支架为对象,设计一套完整的智能控制系统,深入探讨液压支架的数据传输与控制问题。EtherCAT通信基于标准的以太网数据... 目的液压支架是煤矿开采的关键设备之一,为了解决液压支架通信网络通信速率低与同步性差的问题,方法以支撑掩护式液压支架为对象,设计一套完整的智能控制系统,深入探讨液压支架的数据传输与控制问题。EtherCAT通信基于标准的以太网数据帧,优化了协议栈的应用层和数据链路层。将EtherCAT总线应用于整个液压支架通信网络,完成液压支架智能控制系统的软硬件设计。将液压支架的单架控制、邻架控制和成组控制等命令结合EtherCAT报文嵌入以太网数据帧中,实现直达I/O的以太网控制。基于建立的液压支架运动模型,利用EtherCAT总线的高精度分布式时钟(DC)同步机制,实现对采煤机位姿及液压支架升降、推进、移动等动作的精确控制。结果采用EtherCAT总线替代传统的CAN总线后,通信速率从1 MB/s提升至100 MB/s,显著增强了数据传输的速度和效率。同时,网络拓扑结构从单一的总线型扩展为更加灵活的混合拓扑结构,适应范围更广。主站对液压支架的统一管理和控制,有效简化了网络管理的复杂性。利用EtherCAT的分布时钟(DC)同步机制,实现了微秒级的运动控制更新周期,确保了液压支架从站与主站之间的快速数据交换。结论通过引入EtherCAT总线技术,显著提升了液压支架的控制效率和通信速率。研究结果不仅完善了智能无人采煤开采技术体系,为后续研究及现场应用提供了重要参考,还对促进煤矿工作面的安全高效生产具有重要意义。 展开更多
关键词 液压支架 ETHERCAT 监控分站 煤矿开采 故障报警
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晋城市沁河流域秋季浮游动物群落结构特征及其与环境因子的关系
9
作者 李艳利 李艳粉 +2 位作者 李林霞 高梦蝶 王明仕 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期151-159,共9页
目的为了摸清晋城沁河流域浮游动物的空间分布及关键驱动因子,方法于2020年10—11月对山西省晋城市沁河和丹河的61个采样点的浮游动物和环境因子进行调查分析。结果鉴定出浮游动物4门37种,其中,轮虫动物和原生动物种类数较多,分别占总... 目的为了摸清晋城沁河流域浮游动物的空间分布及关键驱动因子,方法于2020年10—11月对山西省晋城市沁河和丹河的61个采样点的浮游动物和环境因子进行调查分析。结果鉴定出浮游动物4门37种,其中,轮虫动物和原生动物种类数较多,分别占总物种数的48.6%和32.4%。沁河干流和支流丹河共有优势物种2种,分别为普通表壳虫、球形砂壳虫;差异优势物种3种,分别为沁河干流的长圆砂壳虫和丹河的英勇剑水溞和无节幼体;沁河晋城段浮游动物密度为0.4~16 ind./L,以原生动物居多,生物量为0.01~164.02μg/L,以桡足类居多;丹河中下游浮游动物密度和生物量最高;沁河晋城段浮游动物Shannon-Wiener(H′)多样性指数为0.28~2.94,均值1.28;丹河中上游点位和沁河大多点位属于α-中污染型水平,物种的优势种主要普通表壳虫和球形砂壳虫。丹河下游点位属于β-中污染水平,对应的优势物种为英勇剑水溞和无节幼体。典范对应分析结果表明:沁河晋城段浮游动物的主要驱动因子为氯离子、总氮、硝酸盐和水温。原生动物门的普通表壳虫、球形砂壳虫和长圆砂壳虫等优势种主要受硝酸盐、氨氮与化学需氧量影响,桡足类的英勇剑水溞和无节幼体与氯离子和硫酸盐显著正相关。为了阻止和缓解沁河晋城段持续退化,应减少化肥、采矿、化学材料制造的废水的排放以及增加河岸带林地和草地的比例等。结论研究结果可为晋城市沁河流域水环境质量评价和水资源合理利用与保护提供参考。 展开更多
关键词 浮游动物 优势种 环境因子 典范对应分析
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基于双级PNN的直驱永磁同步电机匝间短路故障诊断方法
10
作者 高彩霞 冯凌云 党建军 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期116-127,共12页
目的早期故障的精准定位对于预防电机系统故障恶化和制定故障后运行维护策略至关重要。针对多支路并联直驱永磁同步电机(MB-DDPMSM)匝间短路故障诊断问题,方法提出一种基于双级PNN的匝间短路故障检测与短路线圈自动定位的新方法。首先,... 目的早期故障的精准定位对于预防电机系统故障恶化和制定故障后运行维护策略至关重要。针对多支路并联直驱永磁同步电机(MB-DDPMSM)匝间短路故障诊断问题,方法提出一种基于双级PNN的匝间短路故障检测与短路线圈自动定位的新方法。首先,根据MBDDPMSM特殊的结构特点,选择支路差值电流(BDC)作为故障支路定位特征信号,支路电流残差(BRC)作为短路线圈定位特征信号;其次,建立MB-DDPMSM匝间短路故障状态的有限元模型,利用MB-DDPMSM有限元模型分析短路线圈位置对特征信号的影响规律,并建立BDC与故障支路位置的映射关系以及BRC与短路线圈位置的映射关系,为了消除故障程度对特征信号的影响并增强故障特征,对提取的BDC幅值进行L2范数归一化处理,得到故障支路定位特征向量,对提取的BRC幅值进行Z-Score标准化处理,得到短路线圈定位特征向量;最后,建立基于双级PNN的故障诊断模型,利用第一级PNN实现匝间短路故障检测与故障支路定位,利用第二级PNN实现短路线圈自动定位。结果仿真和实验结果表明,所提出的方法能及时检测出电机早期匝间短路故障并实现短路线圈精准定位,识别正确率达100%。结论基于双级PNN的匝间短路故障诊断模型具有建模简单、收敛速度快、故障诊断精准度高等优势。 展开更多
关键词 直驱永磁同步电机 匝间短路故障 支路差值电流 支路电流残差 双级PNN 短路线圈定位
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金属非金属矿山作业链数智化技术体系研究
11
作者 王李管 刘永春 张炬 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期12-21,共10页
意义矿产资源是现代工业与社会发展的重要物质基础。然而,我国矿山企业普遍面临资源品位低、矿区规模小且空间分布分散等突出问题,传统矿山作业模式难以满足新常态下对生产效率、安全保障、产品品质和精细化管理的更高要求。因此,构建... 意义矿产资源是现代工业与社会发展的重要物质基础。然而,我国矿山企业普遍面临资源品位低、矿区规模小且空间分布分散等突出问题,传统矿山作业模式难以满足新常态下对生产效率、安全保障、产品品质和精细化管理的更高要求。因此,构建以作业链为核心的矿山数字化技术体系,推动矿业产业向数字化、智能化全面转型升级,已成为矿业培育新质生产力、实现高质量可持续发展的关键路径。进展在资源数字化领域,国内企业已成功研发出具有国际领先水平的数字化技术与产品体系,实现了矿产资源全生命周期的建模、评价、设计、优化与管理的全面数字化;在智能作业方面,井下装备的高精度定位、智能路径规划和自动驾驶技术已实现工程应用;在安全保障领域,研发了基于微震监测的自动事件拾取与智能预警软硬件系统,构建了集“认知-感知-管执”于一体的矿山数智化安全技术体系;在可视化管控层面,以多源异构数据融合为基础,通过数字孪生技术手段,实现了矿山多系统协同联动与多装备集群的高效调度管控。结论与展望未来的矿山数智化作业链技术体系将通过多模态感知、工艺优化、全流程智能化、数据资源化、大模型智能体和云端开采的有机融合,构建一个高度智能化、协同化、安全化的矿山生产管理生态系统,实现数据到决策的闭环智能管控。 展开更多
关键词 金属非金属矿山 矿山作业链 智能化 数字化 自动化
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微波热诱导沥青混合料内部升温机理研究
12
作者 吴文亮 彭俊霖 李智 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期164-171,共8页
目的微波热诱导技术只能依据结构表面温度对诱导效果进行测量与评价,微波对结构内部诱导作用机理尚不明确。方法为探讨此机理,首先采用COMSOL有限元数值模拟方法,通过各项材料的电磁参数计算沥青混合料整体的电磁参数,进行电磁热耦合有... 目的微波热诱导技术只能依据结构表面温度对诱导效果进行测量与评价,微波对结构内部诱导作用机理尚不明确。方法为探讨此机理,首先采用COMSOL有限元数值模拟方法,通过各项材料的电磁参数计算沥青混合料整体的电磁参数,进行电磁热耦合有限元数值分析,分析微波在正方体试件内部的电场强度分布规律,推断微波对沥青路面结构内部温度变化的诱导机理;然后,结合微波热诱导环境中正方体沥青混合料试件表面温度变化受诱导时间影响的变化情况加以验证,阐明不同级配的沥青混合料结构内部在微波热诱导环境下的升温规律和温度分布均匀性。结果结果表明,不同矿料的吸波性能可以通过其耗散能量的能力进行评价,辉绿岩在微波热诱导作用下比其他石料的吸波性能更优异。经过有限元数值模拟,各级配辉绿岩沥青混合料结构内部在动态微波热诱导环境下加热200 s,结构整体平均温度达到80℃以上,满足混合料内部细小裂缝的愈合温度需求。结论以辉绿岩为骨架的沥青混合料在微波热诱导200 s以内即可升温至80℃,满足内部结构裂缝的愈合要求,能够更高效利用微波热诱导愈合技术,防止沥青混合料中的裂缝发展成坑槽、松散等功能性病害。 展开更多
关键词 微波热诱导 数值仿真 COMSOL 辉绿岩 诱导机理
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超强基层沥青路面力学分析与材料制备
13
作者 谭波 郑港 +2 位作者 李青 谢恩连 刘敬霜 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期186-194,共9页
目的为提升沥青路面结构性能并实现低碳目标,提出AC+超强基层沥青路面结构以减薄沥青路面结构厚度。方法首先采用Bisar软件对超强基层路面结构进行力学响应规律分析,提出沥青路面结构和超强基层材料设计参数;其次,开展正交试验设计,分... 目的为提升沥青路面结构性能并实现低碳目标,提出AC+超强基层沥青路面结构以减薄沥青路面结构厚度。方法首先采用Bisar软件对超强基层路面结构进行力学响应规律分析,提出沥青路面结构和超强基层材料设计参数;其次,开展正交试验设计,分析硅灰、粉煤灰、胶砂比参数对超强基材料力学性能影响,经极差与方差分析,寻找最优配合比;最后,通过劈裂抗拉试验,对比撒布碎石、刷毛刻槽、环氧树脂、喷洒改性沥青和橡胶沥青5种不同方式沥青层和超强基层的黏结性能。结果结果表明,当超强基层厚度为0.08 m时,弹性模量为40 GPa,结构总厚度0.52 m超强基层沥青路面沥青混合料层和无机结合料层疲劳开裂寿命高于总厚度为0.74 m常规沥青路面的。硅灰质量分数13%,粉煤灰质量分数11%,胶砂比0.8,水胶比0.25为超强基层材料最优配比。经劈裂抗拉强度测试,环氧树脂黏结最优,撒布碎石黏结次之,橡胶沥青黏结最差。结论路面厚度减薄情况下,AC+超强基层沥青路面性能优于常规沥青路面;提出了低碳、经济的新型沥青路面结构形式和材料制备方法;分析了沥青面层与超强基层的层间结合性能,并推荐采用撒布碎石方式,为复合沥青路面提供一种新的可行途径。 展开更多
关键词 复合式路面 超高性能混凝土 正交试验 配合比设计 层间结合
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负弯矩作用下部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁刚度分析
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作者 莫时旭 柴龙杰 +2 位作者 郑艳 黄意均 檀新宁 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期164-175,共12页
目的为研究负弯矩作用下部分充填式窄幅钢箱-UHPC(ultra-high performance concrete,UHPC)组合梁的抗弯性能,采用反向集中力对9根不同参数的试验梁进行静载试验。方法研究部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁在反向集中力作用下的受力过程、... 目的为研究负弯矩作用下部分充填式窄幅钢箱-UHPC(ultra-high performance concrete,UHPC)组合梁的抗弯性能,采用反向集中力对9根不同参数的试验梁进行静载试验。方法研究部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁在反向集中力作用下的受力过程、应变行为、刚度和抗裂性,明确各参数在提升试验梁力学性能方面的贡献程度,并将考虑界面滑移和翼板开裂因素的理论挠度与试验结果进行比较和验证。结果部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁处于整体弹性阶段时刚度最高,翼板开裂后刚度略有下降,钢箱下翼缘局部受压屈服时,跨中翼板上形成多条贯通裂缝,极限承载力阶段,承载力未明显下降。与部分充填式窄幅钢箱-NC(ordinary concrete,NC)组合梁和窄幅钢箱-UHPC组合梁相比,随着钢纤维掺量、配筋率和相对充填高度增加,部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁的极限承载力、正常使用和承载能力极限状态的最大刚度分别提高57%,25%,21%,裂缝宽度为0.05,0.10,0.20 mm时,对应的最大荷载分别提高155%,266%,100%。结论部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁刚度大,抗裂性能好,承载力高。现行规范计算负弯矩作用下组合梁挠度过于保守,考虑负弯矩作用下组合梁滑移影响的有效惯性矩法计算试验梁挠度较为准确。 展开更多
关键词 部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁 超高性能混凝土 负弯矩 极限承载力 裂缝宽度
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水力压裂过程中煤体复电性频散响应特征试验研究
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作者 雷东记 刘丽英 +1 位作者 贾子强 刘宁 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期42-50,共9页
目的为研究水力压裂过程中煤体复电性频散响应特征,方法通过实测水力压裂煤体的复电阻实部R和虚部X,分析其变化以判断煤体内部裂隙发育进程,并用激发极化理论分析其频散特征。结果结果表明:(1)水力压裂过程中,每个压力点煤体实部频散曲... 目的为研究水力压裂过程中煤体复电性频散响应特征,方法通过实测水力压裂煤体的复电阻实部R和虚部X,分析其变化以判断煤体内部裂隙发育进程,并用激发极化理论分析其频散特征。结果结果表明:(1)水力压裂过程中,每个压力点煤体实部频散曲线随频率变化均为“三段式”,虚部均为“U”形;实部频散曲线随水压变化呈现“先上移,后下移,压裂时大幅度下移”的趋势。(2)虚部极值点可以敏感反映由于小范围的弹性变形和剪切破坏造成的阻值变化,极值点频率能识别较大范围的剪切破坏,可作为预测煤体破裂的有效指标。(3)水力压裂过程中,由于煤体固气固交界面发生激发极化,煤体实部和虚部随频率出现“三段式”和“U”型变化。(4)由于煤体压裂先出现弹性变形,随后出现剪切破坏,最终煤体含水导电通道完全贯通,实部频散曲线随水压变化呈现“先增大,后减小,压裂时迅速下降”的趋势。结论采用复电阻率法监测煤体水力压裂过程中的复电参数,研究该参数随水压变化规律并判断煤体裂隙发育进程,运用激发极化理论分析复电参数随水压和随交流电频率的响应特征,为煤层频谱激电法评价煤层裂隙和压裂效果奠定基础。 展开更多
关键词 复电阻率法 水力压裂 响应特征 频散机理 激发极化
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抗拜占庭节点的Raft改进算法研究
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作者 王小伟 李杰 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期145-153,共9页
目的为解决原始Raft算法无法处理由拜占庭节点引发的恶意竞选问题和日志易篡改问题,方法提出一种能够抵抗拜占庭节点的AntiB-Raft(anti-Byzantine Raft)算法。在候选者请求更换Leader(领导者)阶段,采用心跳监测门限机制确定候选者是否... 目的为解决原始Raft算法无法处理由拜占庭节点引发的恶意竞选问题和日志易篡改问题,方法提出一种能够抵抗拜占庭节点的AntiB-Raft(anti-Byzantine Raft)算法。在候选者请求更换Leader(领导者)阶段,采用心跳监测门限机制确定候选者是否可以成功获得足够的选票成为Leader,约定只有当超过半数节点都认定当前Leader宕机的情况下,候选者才能获得超过半数的选票进而成为新的Leader,防止拜占庭节点在当前Leader未宕机的情况下恶意拉取选票导致正常Leader被更换;在日志校验阶段,采用迭代哈希算法进行日志加密,并选择合适的校验时机进行日志校验,约定每经过K笔交易或Leader更换时进行一次日志校验,确保已经同步的日志正确无误;日志校验过程中,当日志校验失败时采用二分法快速回滚,可以迅速定位到问题日志位置并进行重传操作,大大提高工作效率。结果模拟100节点选举过程,Raft算法中恶意候选者获得选票数超过50%,替换掉正常的Leader,本文算法、RB-Raft算法均未超50%,避免了恶意拉票;抗拜占庭方面,Raft算法无法识别错误日志,而AntiB-Raft算法错误日志识别率可达100%,且共识时延比已有算法RB-Raft降低了28%。结论本文所提算法AntiBRaft具备抗拜占庭能力,与已有算法RB-Raft相比降低了共识时延,效率得到了明显提升。 展开更多
关键词 RAFT 共识机制 拜占庭容错 迭代哈希 心跳门限
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华北南部济源地区三叠纪气候及其演变特征——来自古土壤地球化学的证据
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作者 杨文涛 冯婉莹 +1 位作者 张鸿禹 王敏 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期51-60,共10页
目的三叠纪处于温室气候的快速波动期,古土壤记录了丰富的古气候信息。为了探讨三叠纪由极端温室向中等温室气候的转变过程,方法选取济源地区三叠纪地层中古土壤为研究对象,进行主量元素分析,定量估算年均降水量与年均温度,进而恢复三... 目的三叠纪处于温室气候的快速波动期,古土壤记录了丰富的古气候信息。为了探讨三叠纪由极端温室向中等温室气候的转变过程,方法选取济源地区三叠纪地层中古土壤为研究对象,进行主量元素分析,定量估算年均降水量与年均温度,进而恢复三叠纪气候特征及其演变规律。结果结果表明:(1)济源地区三叠纪地层中识别出15层古土壤层(包括钙质土、有机土和潜育土)。(2)定量古气候重建结果显示,三叠纪年均降水量为447~1557 mm,温度为11~23℃。早三叠世,年均降水量为447~896 mm(早三叠世晚期,降水量呈增加趋势),温度为16~23℃(表现出下降的趋势);中三叠世,年均降水量为679~1539 mm,呈稳步升高趋势,温度为11~20℃,中三叠世中期降至最低;晚三叠世,年均降水量为575~1557 mm,晚三叠世早期和晚期降雨较少,中期降雨最多,温度为17~21℃,与降水量存在较好的正相关关系。(3)华北盆地三叠纪气候波动较普遍,早三叠世和中三叠世前期总体处于干旱炎热的大背景下,存在短暂的相对湿润时期;中三叠世后期,降雨量明显增加,开始向湿润气候转变;晚三叠世,降雨量波动较大,总体处于温暖湿润背景下,同时伴随相对干旱时期。结论研究结果可为三叠纪气候及其演变规律研究提供参考。 展开更多
关键词 三叠纪 气候演变 地球化学 济源地区
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侧壁凹槽结构微通道流动与换热特性
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作者 朱崎峰 崔阳 +3 位作者 赵同乐 温小萍 孙好雷 和文强 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期99-107,共9页
目的为探究凹槽形状对微通道热沉内液体流动与换热性能的影响,寻找适用于微通道流动减阻和强化传热的最优凹槽几何结构,以提高微通道热沉的冷却效率,方法通过试验测试不同体积流量下去离子水在扇形凹槽结构微通道、水滴形凹槽结构微通... 目的为探究凹槽形状对微通道热沉内液体流动与换热性能的影响,寻找适用于微通道流动减阻和强化传热的最优凹槽几何结构,以提高微通道热沉的冷却效率,方法通过试验测试不同体积流量下去离子水在扇形凹槽结构微通道、水滴形凹槽结构微通道和梯形凹槽结构微通道内的进出口压力降和温升,采用流动摩擦因子、平均努塞尔数、强化传热因子和场协同数评价不同微通道内液体强制对流的流动和换热性能,并与光滑微通道的性能进行对比。结果随着体积流量增加,微通道内液体流动压降、平均努塞尔数和强化传热因子增大,流动摩擦因子、进出口温差和场协同数则相应减小,表明微通道内液体流动的泵耗功率增大,但其对流换热性能和换热效率却均得到显著提升;3种凹槽结构内液体流动压降和平均摩擦因子均小于光滑微通道,降低了流动的泵耗功率;在液体流量较大时,水滴形凹槽结构微通道和梯形凹槽结构微通道的换热性能和换热效率均优于光滑微通道;扇形凹槽结构微通道的换热性能和换热效率最好,其平均努塞尔数和综合强化传热因子最高分别达到7.81和1.32。结论研究结果为改进微通道设计以解决超大规模集成电路芯片冷却问题提供了参考。 展开更多
关键词 微通道 凹槽 传热 努塞尔数
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煤矿井下三维透明地质环境建设探索
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作者 文广超 王一博 +3 位作者 冯雅杰 周彦斌 张一帆 赵梦余 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期71-80,共10页
目的为推进智慧矿山建设,保障掘进条件可视、可预、可控,实现煤炭安全精准回采,方法基于矿井钻探、物探、测绘、观测等相关数据,以地质学和地统计学为基础,考虑煤矿井下地质要素特征,综合运用数据标准化、三维建模、可视化表达、统计分... 目的为推进智慧矿山建设,保障掘进条件可视、可预、可控,实现煤炭安全精准回采,方法基于矿井钻探、物探、测绘、观测等相关数据,以地质学和地统计学为基础,考虑煤矿井下地质要素特征,综合运用数据标准化、三维建模、可视化表达、统计分析等技术手段,从煤矿井下地质要素三维建模与可视化、断层识别与可视化、井巷工程可视化3个方面开展研究。建立矿井地质大数据中心,制定煤矿井下透明地质环境动态可视化建设方案;构建三维地质动态模型,实现关键地质体及工作面透明化;提出基于钻孔、地形、剖面、井巷等数据的隐伏小断层识别方法,建立小断层识别模型,实现小断层自动识别及可视化;自主研发矿井地质环境三维可视化平台,并对以上成果进行案例验证,结果结果表明,地质要素三维可视化结果与实际揭露情况吻合较好,可以反映岩层、煤层、断层的空间展布特征,实现了煤矿井下地质环境的实时动态更新,能够较为准确地识别3 m以下小断层。结论研究结果可为煤矿安全生产提供技术支撑。 展开更多
关键词 煤矿 三维可视化 透明地质 地质环境 钻孔
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基于时空融合模型和TVDI的土壤水分监测方法研究
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作者 赵军 刘坚 +2 位作者 胡飞鹏 托瑞 孙紫云 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期112-118,共7页
目的针对以往利用温度植被干旱指数(temperature vegetation dryness index,TVDI)监测土壤水分时多采用MODIS或Landsat TIRS/TIRS-2等单一遥感数据,导致在时空分辨率方面存在数据缺陷问题,方法提出一种基于多源遥感数据时空融合模型(spa... 目的针对以往利用温度植被干旱指数(temperature vegetation dryness index,TVDI)监测土壤水分时多采用MODIS或Landsat TIRS/TIRS-2等单一遥感数据,导致在时空分辨率方面存在数据缺陷问题,方法提出一种基于多源遥感数据时空融合模型(spatiotemporal image-fusion model,STI-FM)和TVDI的土壤水分监测方法,探究该方法的土壤水分监测效果和STI-FM融合多源遥感地表温度在试验区的适用性。结果结果表明:(1)STI-FM融合MODIS或Landsat TIRS/TIRS-2的地表温度数据质量较好;运用STI-FM推测的地表温度数据与遥感监测的地表温度数据具有较强的相关性,得到R2为0.89,均方根误差(root mean squared error,RMSE)为2.85 K,即STI-FM适用于本文试验区。(2)与传统TVDI相比,利用STI-FM改进地表温度数据并结合优选植被指数的TVDI对试验区土壤水分监测精度提高效果更显著,与原始NDVI-LST特征空间计算的TVDI相比,6,7月份TVDI与土壤水分的相关系数分别提高了0.07和0.14。(3)与再分析土壤水分资料ERA5-Land的土壤水分数据相比,改进后的TVDI土壤水分监测结果精度更高,6,7月份TVDI与土壤水分的相关系数分别提高了0.1和0.44。结论综上所述,基于STIFM的TVDI可以提高土壤水分监测效果,在提高监测精度的同时,监测土壤水分数据较其他土壤水分监测方法具有更高的空间分辨率,为TVDI土壤水分监测提供了一种新思路。 展开更多
关键词 土壤水分 TVDI 时空融合模型 时空融合 适用性
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