上海大学学报(自然科学版)

2020年第26卷第2期电子期刊

2020, 26(2): 0-0.

摘要 ( 478 )

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油井管螺纹接头力学特性的研究进展

狄勤丰, 王楠, 陈锋, 王文昌, 牛新明, 张金成

2020, 26(2): 163-180. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2208

摘要 ( 1011 )

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随着油藏埋深增加, 石油钻采条件日益苛刻,油井管柱受到的载荷工况(包括拉伸、压缩、弯曲、内压、外压以及温度等)愈来愈复杂,油井管(包括钻杆、油管、套管等)螺纹接头失效已成为各油田遇到的主要问题之一.开发连接强度和密封性能更优越的螺纹接头已备受重视.作为特殊螺纹接头开发的瓶颈问题之一,螺纹接头力学性能分析方法亟待攻关.在介绍油井管螺纹接头发展进程的基础上,从解析法、试验法和数值模拟方法 3 个方面阐述了油井管螺纹接头力学性能的研究进展,并对与之相关的试验方法、设备以及数值模拟方法进行了描述,明确了当前研究存在的不足, 提出了油井管螺纹接头力学性能的研究新方向.

缺失数据下滑动平均模型的估计方法

陈博, 何幼桦

2020, 26(2): 181-188. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2035

摘要 ( 1123 )

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针对含有多个连续缺失数据的滑动平均 MA($q$) 序列,基于 EM 算法得到其模型的参数估计, 并给出了序列缺失值估计及其协方差矩阵的表达式. 通过数值模拟验证了该算法的有效性, 同时得到如下结论: 参数估计整体均方误差随着模型阶数的增加而增加, 随着模型特征根模长的增加而增加, 随着样本缺失比例的增加而增加, 随着序列长度的增加而减少. 对于缺失值估计整体均方误差而言, 随着模型阶数的增加而增加, 随着模型特征根模长的增加而增加, 但对于序列长度与样本缺失比例并不敏感. 通过实例计算, 在缺失数据下该算法能够较好地给出 MA 模型的参数估计.

多项式 xⁿ-1 在有限域 F_p 上的因式分解

丁洋, 王永超

2020, 26(2): 189-196. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2026

摘要 ( 834 )

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令 p 为奇素数,给出了多项式 xⁿ-1 在有限域 F_p 上的一个不可约分解的有效算法.考虑 n=d(p+1) 的情形, 其中 d|(p-1) 且 d＜p-1.在此类情况下, 其分解问题可以借助 F_p 上的一个本原多项式,由 Dickson 多项式完全给出. 最后用实例对算法加以说明.

STM 分子结中电流非对称性的定性分析

钱利江, 李惟驹, 张义邴, 陈竞哲

2020, 26(2): 197-206. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2028

摘要 ( 982 )

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分子器件的量子输运特性实验(上大部分)是通过扫描隧道显微镜(scanningtunneling microscopy, STM)来完成测量的,其测量结果经常会出现非对称的电流-电压(asymmetric I-V, AIV)曲线、负微分电导(negative differential conductance,NDC)等区别于宏观器件的一些输运特性. 基于有限元方法和参数建模,给出了一个有局域态存在情况下的输运体系的哈密顿量.同时结合非平衡格林函数方法, 对输运体系的电子密度展开自洽场的计算,并在自洽收敛之后分析器件的隧穿电流. 用模型参数描绘了分子结的配置,包括分子结的电极耦合强度、分子能级、局域态的能级等因素的作用,定性分析了器件中局域态及其几何结构的非对称性对纳米器件输运性质的影响.结果显示, 采用 STM 的分子结实验中出现 AIV 和 NDC,其本质原因是体系本征的局域态的偏置.

HSP 含量对 EVA 发泡材料微观结构和力学性能的影响

刘丽, 涂多想

2020, 26(2): 207-215. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2030

摘要 ( 891 )

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采用注射成型工艺制备了一系列不同配比的乙烯-乙酸乙酯共聚物 (ethylene-vinyl acetate, EVA) 汉麻秆芯粉 (hemp stem powder,HSP) 发泡材料. 通过扫描电子显微镜 (scanning electron microscopy,SEM) 观察了 HSP 的结构形貌和 EVA/HSP 发泡材料的泡孔形貌;通过哈克转矩流变仪和旋转流变仪测试了 EVA/HSP 共混物的熔体强度和储能模量;探究了 HSP 含量对 EVA/HSP 发泡材料力学性能的影响规律.研究结果表明: HSP 表面含有大量的裂缝和凹槽; 随着 HSP 含量的增加,EVA/HSP 发泡材料的泡孔尺寸由 79.64 um 下降到 69.85 um,EVA/HSP 共混物的熔体强度由 3.7 Nm 提升到 4.5 Nm,EVA/HSP 发泡材料的密度、硬度、拉伸强度和回弹性下降,断裂伸长率和压缩永久变形提高.

Al 液诱导凝固过程的分子动力学模拟

余熔刚, 赖琴梅, 汪昊, 吴永全

2020, 26(2): 216-226. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2038

摘要 ( 722 )

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采用分子动力学(molecular dynamics,MD)方法模拟了嵌入不同半径(0.37~2.4nm)固态 Al 晶核的 Al 液诱导凝固过程. 结果表明,体系临界温度和嵌入晶核半径的倒数呈线性关系,符合吉布斯-汤姆森(Gibbs-Thomson, G-T)效应,得到的 G-T 系数 Γ 为 1.4*10^-7 Km,体材料熔点 T_m^bulk 为 (985.36±11.25) K.借助 Γ 计算出固液界面能为 (140.35±9.05)mJ/m², 与通过毛细波动法获得的 149 mJ/m²比较接近,再次证实了 Turnbull 的实验值(93 mJ/m²)$较低.外推得到诱导凝固失效半径为 0.91 nm,此时体系温度已达到临界温度极限值. 在该极限值下, 体系可以自发形核,孕育时间呈现随机性, 微观结构表现为不稳定的层错互相交织.在有效晶核尺寸范畴内, 孕育时间随嵌入晶核半径的增大而增加,长大速度却随半径的增大而降低, 微观结构是稳定的 lamellar 结构.

在线液相色谱-气相色谱/质谱联用快速分析烟叶中的西柏三烯二醇

黄志, 毕艳玖, 沙云菲, 谢雯燕, 吴达, 刘百战, 刘太昂

2020, 26(2): 227-233. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2078

摘要 ( 1273 )

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西柏三烯二醇是重要的中性香味物质——茄酮及其衍生物的前体物,对烟叶的香气风格和品质具有重要影响. 建立了以超声波辅助溶剂萃取技术,结合在线液相色谱-气相色谱/质谱(liquid chromatography-gaschromatography/mass spectrometry,LC-GC/MS)联用法对烟草中的西柏三烯二醇进行快速分析的方法.该方法的前处理操作快速简便, 检测灵敏度高, 重复性好,在对不同地区 K326 青烟叶中西柏三烯二醇含量的比较分析中也取得了良好的结果,适用于烟草中西柏三烯二醇含量的大规模分析.

SiC/UHMWPE 复合装甲板抗侵彻性能的试验与数值模拟

刘迪, 肖依, 江旭伟, 李红, 俞鸣明, 任慕苏, 孙晋良

2020, 26(2): 234-243. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2037

摘要 ( 1125 )

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采用碳化硅(SiC)陶瓷结合超高分子聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene, UHMWPE)硬-软结构, 设计出 4 种不同配比的轻型复合装甲板.研究了不同类型小口径子弹对不同配比复合装甲板的侵彻性能,同时运用 LS-DYNA 软件对侵彻过程进行了数值模拟分析,模拟结果与试验结果具有较好的一致性. 结果表明,该硬-软结构的轻型复合装甲板能有效防护 7.62 和 5.8 mm 小口径弹药的进攻, 极大地提升了防护性能.

一种新的表面张力测定方法——真球气泡法

郭杰, 余仲达, 郑少波, RYO Moriyasu, HIROMICHI Takebe, KUSUHIRO Mukai

2020, 26(2): 244-254. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2024

摘要 ( 1102 )

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设计了一个新的表面张力测定装置,通过实时测定液膜气泡的半径及其内外压差来获得被测液体的表面张力.该测定液体表面张力的方法简称为真球气泡法(real sphere bubblemethod, RSBM). 对十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)溶液的表面张力进行了测定, 结果与文献值吻合,且测定装置的绝对精度为98.2%.通过检测到的液膜气泡突然长大所需要的最大压差值Δ P_m及其表面积随时间的变化过程, 定量分析了ΔP_m与溶液起泡难易程度及气泡大小的关系.

丙酸和乳酸插层的 LDHs 制备及其载碳量比较

生亮, 姜莉, 叶敏, 刘建勇, 钱光人, 李玉友, 许志平

2020, 26(2): 255-262. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2023

摘要 ( 786 )

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在模拟体系下,采用共沉淀法分别合成了丙酸、乳酸以及二者组成的混酸插层的层状双金属氢氧化物 (layereddouble hydroxides, LDHs). X 射线衍射 (X-ray diffraction,XRD) 图谱和傅里叶红外 (Fourier transform infrared,FTIR) 光谱分析结果表明,3 种 LDHs 样品均符合 Ni/Fe-LDH 的结构特征,并且丙酸和乳酸都成功插层进入 LDHs 层间.C₂H₅COO-LDH 和 C₂H₅COO-C₃H₅O₃-LDH 层间丙酸的载碳量分别为 (2.38±0.07) 和 (2.27±0.05) mmol/g LDH,C₂H₅COO-LDH 和 C₂H₅COO-C₃H₅O₃-LDH 层间乳酸的载碳量分别为 (1.57±0.04) 和 (0.84±0.03) mmol/g LDH.这表明无论是单酸还是混酸插层的 LDHs, 丙酸都比乳酸的插层效果好.

基于 PM_2.5中的黑碳变化探究上海冬季典型污染过程

陈奇, 方引, 冯艳丽, 张帆, 朱文杰, 汪午, 陈颖军

2020, 26(2): 263-274. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2025

摘要 ( 837 )

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2016 年 11 月 29 日—12 月9日, 上海连续发生两起大气污染事件,最高小时 PM_2.5 质量浓度分别达到 119 和 179 ug/m³. 利用黑碳 (black carbon, BC) 仪的在线观测数据,结合大流量 PM_2.5 滤膜样品的化学组成数据——有机碳 (organiccarbon, OC)、元素碳 (element carbon, EC)、水溶性离子、金属元素,观察两次污染过程中 PM_2.5 的化学组成和来源变化. 结果表明,在两次污染过程中,污染期的平均 PM_2.5 质量浓度分别是洁净期的 4.2 和 3.9 倍,而平均黑碳质量浓度仅为洁净期的 1.6 和 1.9 倍.污染期的最高黑碳质量浓度为 8.94 ug/m³,占 PM_2.5 的百分比为 22.0%. 在两次污染过程中,洁净期的平均黑碳质量浓度占 PM_2.5 的百分比分别为 11.8% 和 7.5%,显著高于污染期的 4.4% 和 3.7%. 污染期的二次污染严重,平均二次污染物分别占 PM_2.5 的百分比为 41.8% 和 31.9%,平均二次有机碳 (secondary OC,SOC) 占有机碳的百分比分别为 42.5% 和 34.9%.在两次污染过程中, 燃煤、机动车、船舶排放和生物质燃烧均有显著贡献.

景观河道病原微生物污染来源与分布特征

徐晓璇, 康丽娟, 叶建锋, 焦正, 浦娴娟

2020, 26(2): 275-282. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2036

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以上海市徐汇区 3 条景观河段为研究对象, 在不同的天气情景下,调查分析了河道病原微生物的分布情况与主要来源. 结果显示:河道 1 在晴天的粪大肠菌群平均浓度为 1.31*10⁵ MPN/100 mL, 在雨天的为 2.49*10⁵ MPN/100 mL;河道 2 和河道 3 在晴天和在雨天的粪大肠菌群平均浓度保持在 10⁴ MPN/100 mL; 3 个河道在晴天的大肠菌群平均浓度相差两个数量级,其中河道 1 为 3.6*10³CFU/mL, 河道 2 和河道 3 分别为 29和 98 CFU/mL; 3 个河道在雨天的大肠菌群平均浓度也相差两个数量级.降雨和雨水泵站放江均会导致粪大肠菌群和大肠菌群浓度的增加,但大肠菌群浓度增加的程度明显高于粪大肠菌群. 这表明降雨是景观河道病原微生物的主要来源之一.景观河道水虽然不直接接触人体, 但仍存在潜在的健康风险,因此需要加强对河道病原微生物的监控与治理.

基于卷积神经网络的多肉植物细粒度图像分类

黄嘉宝, 朱永华, 周霁婷, 高文靖

2020, 26(2): 283-291. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2029

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多肉植物分类是植物栽培管理中的一项重要任务,通常需使用大型数据集和领域独有的特性. 由于没有现成的多肉植物数据集,需收集大量的图片自制数据集. 研究了多肉植物的细粒度图像分类.为了识别不同视角、背景、光效和成长阶段的多肉植物,对卷积神经网络 AlexNet 和 GoogLeNet 的最后三层进行微调,对原创数据集进行了强监督分类和弱监督分类的测试、训练. 实验结果表明,微调 GoogLeNet 的强监督分类达到了最佳效果, 精准率为 96.7${\%}$.

基于区间值直觉模糊集的技术创新风险评价方法

田永超, 于丽英

2020, 26(2): 292-300. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2034

摘要 ( 733 )

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降低企业技术创新风险是提高企业技术创新绩效的关键.首先以技术创新六阶段模型为基础,针对技术创新的全生命周期识别了 18 项潜在风险.之后基于区间值直觉模糊集构建了应用于企业技术创新风险评价的模糊失效模式与影响分析 (failuremode and effect analysis, FMEA) 方法.该方法利用区间值直觉模糊集来评价技术创新各潜在风险的严重度、发生度和检测度,通过基于逼近理想解排序法 (technique for order preference bysimilarity to ideal solution,TOPSIS) 的非线性规划模型获得风险优先级并进行排序,以此为依据确定潜在风险的优先处理次序.最后以 D 公司的座椅开发项目为例, 验证了该模糊 FMEA 方法的可行性.

FRP 筋混凝土梁的抗剪承载力

张智梅, 陈刚, 王卓

2020, 26(2): 301-310. doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2027

摘要 ( 414 )

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利用《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》(GB50608—2010)建议的纤维增强复合(fiber-reinforced polymer,FRP)筋混凝土梁受剪承载力计算公式, 分析了收集到的171 根 FRP 筋试验梁(包括无箍筋梁和配 FRP 箍筋梁)的抗剪承载力.对比了各梁抗剪承载力的计算值与试验值发现,《规范》推荐的方法过于保守. 为此,采用灰度关联法分析了影响 FRP 筋试验梁受剪承载力的主要因素. 结果表明,截面有效高度对受剪承载力影响最大,其次分别为纵筋配筋率、混凝土抗压强度和剪跨比.据此分析了《规范》公式存在对截面有效高度估计不足、未考虑剪跨比影响等缺陷,并在此基础上对《规范》公式进行了相应修正.利用上述 171 根梁的试验数据验证了修正后的抗剪承载力计算公式的合理性.结果表明: 对于无箍筋梁,修正前后试验值与理论值之比的均值由 4.78 变为 1.49;而配 FRP 箍筋梁的均值则由 2.18 变为 1.40.

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