上海大学学报(自然科学版)

李晨辉, 徐明沁, 韩秀君, 李建国

2015, 21(1): 1-11. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.04.014

摘要 ( 1799 )

PDF (1794KB) ( 785 )

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利用气动悬浮和熔融玻璃净化法对液态纯铁的过冷能力进行研究, 分别获得了340 和281K 的最大过冷度, 表明在气动悬浮无容器凝固条件下液态纯铁的形核更接近于均质形核.根据经典形核理论和Spaepen 界面能公式, 建立了金属熔体本征过冷度(即均质形核对应的过冷度)与熔化熵之间的耦合关系方程. 并根据该方程预测了一系列金属熔体的本征过冷度, 对比结果表明预测值与实验值具有较好的一致性.

Nb₃₀Hf₃₅Ni_35–xCo_x 氢分离合金组织及其渗氢性能

梁骁, 郭景杰, 李新中, 苏彦庆, 傅恒志

2015, 21(1): 12-19. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.04.013

摘要 ( 1558 )

PDF (8552KB) ( 465 )

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通过制备Nb₃₀Hf₃₅Ni_35–xCo_x (x = 0, 5, · · · , 35) 合金, 利用X 射线衍射仪、扫描电子显微镜等设备研究合金相组成和铸态组织随Co 含量的变化规律. 通过在不同温度、压力差条件下进行渗氢实验, 测定各成分合金的渗氢性能, 并分析合金成分和渗氢性能之间的关系. 研究结果表明, 随着Co 含量的增加, 合金中杂质化合物相的含量逐渐降低, 初生bcc-Nb 相的体积分数逐渐减小, 共晶相中的bcc-Nb 相的体积分数逐渐增大, 合金的共晶形态由棒状共晶形态逐渐演变为层片状共晶形态, 且合金的渗氢性能逐渐提高.

行波磁场对板坯连铸结晶器内钢水流态的影响

屠挺生, 邓康, 张振强, 任忠鸣

2015, 21(1): 20-27. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.04.019

摘要 ( 1417 )

PDF (9397KB) ( 711 )

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针对板坯连铸过程中, 结晶器内钢水在行波磁场(电磁搅拌)作用下的流动行为, 采用水银作为模拟工质进行模型实验, 并结合基于流场雷诺应力模型的数值模拟, 分析钢水的流动规律及其对连铸工艺的影响. 研究结果显示, 施加行波磁场(电磁搅拌)时, 结晶器内钢水注流的对称性发生了改变, 进流被电磁力推向一侧, 在结晶器内形成全区域的水平环流, 破坏了通常钢水注流所呈现的规律性上下环流; 在结晶器上部近液面区域内, 水口两侧的环流分别被压缩到靠近水口或窄面的位置, 从而使结晶器内流场趋于紊乱的三维流态; 同时, 液面波动幅度增大, 在钢水注流与电磁力反向的一侧, 液面波动更加剧烈.

烧结温度和粒度分布对多孔氧化硅陶瓷型芯材料性能的影响

徐子烨, 玄伟东, 张金垚, 任忠鸣, 王欢,马晨凯, 杨帆, 余建波, 李传军

2015, 21(1): 28-37. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.04.016

摘要 ( 1967 )

PDF (15031KB) ( 579 )

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采用热压注法制备了纯氧化硅多孔陶瓷型芯材料样品, 研究了烧结温度和陶瓷粉末粒度分布对陶瓷材料烧结后的组织和性能的影响. 结果表明, 随着烧结温度的升高, 样品的气孔率逐步降低, 室温和高温抗弯强度均相应提高. 当烧结温度为1 200°C时, 烧结收缩率为2.75%, 气孔率为24.69%, 室温抗弯强度达到25.3 MPa, 高温抗弯强度达到44.23 MPa; 当烧结温度超过1 200°C时, 室温和高温抗弯强度均明显降低, 而收缩率和气孔率变化不明显. 通过样品断口形貌和相应物相分析发现, 不同烧结温度下样品致密度和方石英含量的不同是造成陶瓷型芯室温和高温抗弯强度变化的主要原因, 而粒度分布能够显著影响型芯材料的气孔率、收缩率和抗弯强度. 在本实验中, 具有如下粒度分布的型芯材料的综合性能最佳: 10 μm以下约为25.33%, 10∽30 μm约为38.16%, 30∽50 μm约为28.74%, 50 μm以上约为7.77%, 最大粒径不超过95 μm.

新型聚苯醚改性环氧树脂

段家真1,2, 余若冰1,2, 胡林1,2, 焦正3

2015, 21(1): 38-45. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.028

摘要 ( 1787 )

PDF (1847KB) ( 1226 )

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采用二苯醚单体合成的含有羟基的新型改性聚苯醚(modified polyphenylene ether, MPPE)可直接作为环氧树脂的固化剂和改性剂. 运用傅里叶变换红外光谱对聚苯醚结构进行了表征, 对MPPE/E51 体系的性能进行了研究. 结果表明: 随着E51 含量的增加, 体系的固化温度降低; 随着MPPE 含量的增加, 体系的热分解温度(T_d5%) 明显升高; 当MPPE 含量为E51的2 倍时, MPPE/E51 层压板具有较低的介电常数(3.51, 1 GHz)、介电损耗(0.008 9, 1 GHz) 和吸水率; MPPE/E51 层压板体系具有较高的冲击强度, 最高可达63.34 kJ/m².

H₂S电化学气体传感器的敏感特性评价

于文双1, 刘玲2, 郭昀1, 衣志伟2, 钱永彪2

2015, 21(1): 46-53. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.03.003

摘要 ( 1202 )

PDF (8240KB) ( 569 )

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利用六西格玛(six sigma)统计工具对电化学硫化氢(H₂S)气体传感器的气体敏感特性进行了研究, 并运用Minitab 软件对测试数据进行了系统分析. 结果显示, 所测电化学气体传感器对H₂S气体响应良好, 灵敏度平均值为0.82 μA/10⁻⁶H₂S. 在H₂S 传感器的量程范围(0∽100×10⁻⁶)内, 传感器的响应输出值与H₂S 气体体积分数呈现良好的线性关系, 相关指数R_Sq=99.9%; 传感器对气体的响应速度较快, 响应时间T₉₀< 20 s. 同时讨论了温度变化对H₂S 传感器灵敏度和响应输出值的影响.

模板法制备银纳米点阵活性基底及其用于葡萄糖的高灵敏检测

郭合帅1, 付群1, 林伟1, 郑贤正1, 鲁波2, 吴明红1, 雷勇1

2015, 21(1): 54-63. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.03.004

摘要 ( 1446 )

PDF (27022KB) ( 1458 )

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介绍了基于超薄氧化铝模板(ultra-thin alumina mask, UTAM)制备的金属银纳米点阵表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering, SERS)活性基底用于葡萄糖的高灵敏检测方法. 以UTAM为模板, 采用真空镀膜制备了大面积高度有序的银纳米点阵活性基底. 该基底的表面经过预处理, 吸附了一层癸硫醇/巯基己醇自组装分子层, 可用于检测葡萄糖. 研究结果表明, 该基底使葡萄糖分子的表面拉曼增强信号得到极大增强, 且增强信号均一稳定、检测灵敏, 特征峰的强度相对标准偏差小于10%. 该制备方法具有易操作、成本低的特点.

校园大气环境不同高度PM_2.5的物理化学特征比较

张荣驰, 龙凌, 吕森林, 刘丁彧, 郝晓洁, 张文超, 刘品威

2015, 21(1): 64-71. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.04.001

摘要 ( 1303 )

PDF (8528KB) ( 475 )

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大气细颗粒物(PM_2.5)已经成为影响我国大气环境质量和人们身体健康的首要污染物. 作为青少年集中学习和生活的校园环境的空气质量状况已经成为多方关注的热点. 为研究校园环境大气细颗粒物的空间分布状况及其物理化学特征, 在不同高度(5, 40 m)设立采样点, 同步采集大气PM_2.5样品, 利用高分辨扫描电子显微镜-X射线能谱仪(scanning electron microscope-energy dispersive spectrometer, SEM-EDS)分析了不同高度和不同时间段校园大气环境中PM_2.5的微观组成、化学组分, 得出如下主要结论: 校园环境PM_2.5的微观组分主要有燃煤飞灰颗粒、矿物颗粒(原生的和新生的矿物颗粒)、烟尘集合体以及无法鉴定的颗粒物; 5 m高度处采集的颗粒物的质量浓度和数浓度均高于40 m高度处, 5 m高度处PM_2.5的矿物颗粒相对较多, 而40 m高度处PM_2.5的烟尘集合体相对较多; 晚上样品中颗粒物数量和种类都比白天要多.

水坝拦截对新安江沉积物中磷、氮形态的影响

钱慧君, 高洋, 操满, 傅家楠, 马静, 汪福顺

2015, 21(1): 72-80. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.031

摘要 ( 1388 )

PDF (5222KB) ( 577 )

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以新安江水库及其相关河段为研究对象, 对沿程上游河段、库区河段、中心库区及坝后河段沉积物中的磷、氮地球化学形态、含量及分布特征进行了研究. 结果表明: 受上游颗粒物的沉积作用和水产养殖的影响, 库区河段的总磷(total phosphorus, TP)、总氮(total nitrogen, TN)分别比上游河段增加了37.3%, 34.2%. 受到大坝的拦截作用, 库区和坝后河段中的磷、氮含量明显降低, 坝后沉积物中的TP, TN分别比坝前降低了39.5%, 74.1%. 在磷的各形态中,钙结合磷(Ca-P)(13.8%∽31.9%)和铁结合磷(Fe-P)(11.5%∽26.2%)在TP中所占比例仅次于有机磷(organic phosphorus, OP)(48%∽69%). 受水库蓄水顶托的作用, 大量沉积的有机磷逐渐矿化降解, 并向铁结合磷转化, 导致坝前、坝后沉积物中的磷形态组成发生了明显改变. 有机氮(organic nitrogen, ON)为TN的主要形态, 在上游河段中ON含量较低, 但在库区河段迅速升高, 而在下游河段迅速降低, 而氨氮(NH⁺₄ -N)含量变化较小. 研究结果表明, 水库对磷、氮具有明显的拦截效应, 并改变了营养元素之间的化学计量比.

蔬菜生长与储藏过程中硝酸盐和亚硝酸盐含量变化

闫潇娟1, 严丽君1,2, 胡雪峰1,3, 王坚4

2015, 21(1): 81-87. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.034

摘要 ( 1471 )

PDF (992KB) ( 824 )

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田间试验表明, 施用化肥能显著提高小青菜中硝酸盐的累积, 且小青菜叶柄中硝酸盐的累积量远高于叶片. 通常新鲜蔬菜中亚硝酸盐含量低于1 mg/kg FW(fresh weight, 指鲜重),但在蔬菜储藏过程中,易造成亚硝酸盐的累积. 在室温储藏条件下,当蔬菜腐烂时亚硝酸盐含量会增至数百mg/kg FW, 对人体健康构成严重威胁. 蔬菜食前处理后储藏, 也会对亚硝酸盐的累积产生重要影响.尤其是蔬菜制成匀浆后,短期内亚硝酸盐含量会剧增,应引起充分重视.

用于环境腐蚀监测的挂片型电阻探针

冯蓓1,2, 翁永基1,3, 李相怡1,3, 李俊豪1, 焦正2

2015, 21(1): 88-96. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2104.01.030

摘要 ( 1453 )

PDF (7521KB) ( 681 )

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设计了一种含4个试片的电阻(electrical resistance, ER)探针, 其中2片暴露在腐蚀环境中, 2片密封在环氧树脂中作为对照组, 用于快速分析环境平均腐蚀速度和偏差. 为消除温度对测量结果的影响, 引入了腐蚀指数P 的概念, 根据P-t曲线计算出特定时段的平均腐蚀速度; 根据P-R_x (腐蚀电阻)曲线确定探针检测厚度变化的灵敏度. 讨论了引线电阻和点蚀系数对测量结果的影响. 对2个对照电阻比值作了统计分析以确定异常波动性, 作为探针密封性损坏的报警依据. 通过与失重实验相对照, 结果表明该电阻探针能提供十分相近的腐蚀速度, 可用于环境腐蚀性的快速评定.

砖墙基础托换的钢梁-砖砌体Timoshenko组合梁模型分析

项潇潇, 吴郦威, 杨骁

2015, 21(1): 97-105. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.011

摘要 ( 1528 )

PDF (801KB) ( 597 )

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将钢夹梁和钢梁间的砖砌体等效为组合梁, 基于Timoshenko 弹性梁理论, 建立了钢梁-砖砌体组合梁弯曲变形的控制方程, 给出了钢梁-砖砌体组合梁弯曲变形的解析解. 在此基础上, 考虑砖砌体墙的拱效应, 研究了砖砌体墙的基础托换问题, 得到了不同型号工字钢夹梁的钢梁-砖砌体组合梁最大挠度和最大应力, 以及基础单段托换的最大长度. 研究结果表明: 钢梁-砖砌体组合梁挠度和应力随着工字钢型号编号的增加而减小, 但钢梁承担的荷载以及锚栓承担的压力不变. 同时, Timoshenko模型的组合梁挠度大于Euler模型的组合梁挠度, 但两种模型的应力及紧箍压力相同. 因此, Euler 组合梁模型可用于基础托换设计中的强度分析, 而刚度分析建议采用Timoshenko 组合梁模型.

盾构隧道等效弯曲刚度的简化计算

黄艳香, 张孟喜, 李磊

2015, 21(1): 106-116. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.036

摘要 ( 1224 )

PDF (1593KB) ( 716 )

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在传统刚度有效率研究的基础上, 采用弹性力学的变刚度梁计算方法进行了隧道位移和变形的计算, 由此得到了简化的纵向刚度有效率计算表达式. 实例分析表明: 随着螺栓个数的增加和半径的增大, 隧道纵向刚度有效率和纵向等效刚度均增大; 但是随着螺栓个数的增加, 纵向刚度有效率表现为同方向、近线性关系; 同时随着螺栓半径的增大, 纵向刚度有效率表现为同方向、近抛物线关系; 而随着管片厚度和管片混凝土模量的增大, 纵向刚度有效率降低. 在此基础上考虑由管片刚度改变引起的应力集中, 研究了埋深对刚度有效率的影响, 结果表明, 随着埋深的增加刚度有效率呈线性降低, 即隧道纵向等效抗弯刚度减小. 研究结果对盾构隧道设计具有一定的指导意义.

吸力控制下非饱和粉土的动力变形特性

贾磊, 孙德安, 郝飞

2015, 21(1): 117-127. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.013

摘要 ( 1500 )

PDF (16174KB) ( 1247 )

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利用美国GCTS公司生产的吸力可控USTX-2000全自动非饱和土/饱和土动三轴仪, 在控制吸力条件下对非饱和粉土的动力变形特性进行试验研究. 开展循环荷载下的动力变形试验, 得到了非饱和粉土试样的动应力应变骨架曲线、动弹性模量和阻尼比. 试验结果表明: 在动荷载作用下, 吸力控制下的非饱和粉土动应力应变关系骨架曲线呈双曲线形, 且吸力越大, 骨架曲线越高; 非饱和粉土的动弹性模量随吸力的增大而增大, 但没有净围压增大效果显著; 非饱和粉土的阻尼比随吸力的增大而减小, 但减小幅度没有净围压增大那样显著; 非饱和粉土的动应力应变关系骨架曲线、动弹性模量以及阻尼比随吸力的变化规律可用非饱和土的平均骨架应力值的变化解释.

基于定子磁链轨迹跟踪的优化PWM高性能闭环控制

宋文祥, 姜书豪, 阮智勇, 杨影, 阮毅

2015, 21(1): 128-140. doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.03.021

摘要 ( 1820 )

PDF (13555KB) ( 745 )

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在低开关频率下采用优化脉冲宽度调制(pulse width modulation, PWM) 可获得较小的谐波畸变, 但将其直接应用于高性能闭环控制系统时会引起PWM 波形紊乱和系统过流. 给出了一组离线求解得到的特定谐波消除脉宽调制(selected harmonic eliminated pulse width modulation, SHEPWM) 开关角, 分析了将优化PWM 应用于高性能闭环控制系统会造成系统过流的原因. 深入研究了基于定子磁链轨迹跟踪的优化PWM 闭环控制方案, 给出了一种结合SHEPWM 特点的脉冲实时修正策略, 实现了采用优化PWM 的磁链轨迹跟踪高性能控制. 通过三电平逆变器异步电机驱动系统的仿真实验验证了该策略的有效性. 结果表明,驱动系统在200∽300 Hz的低开关频率下获得了较小的电流谐波畸变, 同时具有快速动态响应能力.

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