工程科學學報

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期刊信息

月刊，1955年創刊

ISSN 2095-9389

CN 10-1297/TF

主管單位：教育部

主辦單位：北京科技大學

編　　輯：《工程科學學報》編輯部

出　　版：科學出版社

主任委員：楊仁樹

副主任委員(主編)：吳愛祥

地　　址：北京市海淀區學院路30號

電　　話：(010)62333436

傳　　真：(010)62333436

郵發代碼：82-303

國內發行：北京報刊發行局

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2023年第45卷第2期

欄目

礦業工程
冶金工程·材料科學與工程
控制科學與工程
環境工程

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礦業工程

低溫條件下邊坡巖石動態力學特性實驗研究

高峰, 楊根, 熊信, 周科平, 李聰, 李杰林

2023, 45(2): 171-181. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.11.26.004

[摘要](821)

[HTML全文] (224)

[PDF 2542KB](164) [施引文獻] ()

摘要:
我國多年凍結區和季節性凍結區面積廣泛，在這些地區進行工程建設和礦產資源開采必須考慮特殊的地質和氣候條件，其中寒區邊坡的穩定性問題值得研究。以位于西藏自治區的玉龍銅礦為例，礦區平均海拔約4000 m，最冷月日平均最低氣溫約?20 ℃，凍結期長，邊坡穩定性受凍融作用顯著，凍結巖層給爆破開挖帶來諸多困難，制約了礦山生產效率。為研究低溫條件下邊坡巖石的動態力學特性，從西藏玉龍銅礦邊坡鉆取了大理巖試樣，借助含低溫控制系統的分離式霍普金森壓桿（SHPB）實驗系統，對常溫干燥、常溫飽水和低溫凍結三種狀態的巖樣進行了動態拉壓力學實驗，以探究溫度、含水量對巖石動態力學性質的影響。試驗結果表明：(1)受低溫水冰相變和巖石基質冷縮的共同影響，?20 ℃凍結巖樣的平均單軸動態壓縮、拉伸強度較常溫下有所增大。其中，巖石基質的冷縮現象是造成凍結巖石強度顯著提高的主要原因。四種應變率下，壓縮應力分別增大1.30、1.62、1.41、1.43倍，拉伸應力分別增大1.36、1.28、1.22和1.29倍；(2) 受孔隙水軟化影響，飽水巖樣動態強度小于干燥巖樣，因此同一應變率下的實驗數據滿足規律，即凍結巖樣強度最高，干燥次之，飽水最低；(3)相同應變率下，飽水大理石的動態沖擊破碎時間最長，且隨應變率增大下降速度最快，同時，在相同應變率下，凍結巖樣破碎耗能大于常溫耗能，隨應變率變化增幅最大。

掏槽孔超深深度對爆破效果的影響

王雁冰, 張航, 楊仁樹, 謝平, 李書萱, 周振偉

2023, 45(2): 182-194. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.11.30.006

[摘要](612)

[HTML全文] (249)

[PDF 5911KB](77) [施引文獻] ()

摘要:
煤礦巖巷鉆爆施工中，速度的關鍵在于掏槽。隨著巖巷掘進工程量不斷增大，雖然炮孔深度逐漸增大，但是掏槽孔超出普通孔的長度并沒有改變，基本保持在200 mm及以下。針對掏槽孔超深與炮孔利用率這一問題，本文在超深系數η的基礎上，引入裂隙區重合度φ的概念，利用數學建模方法，分析了不同超深深度爆破時的巖石應力狀態，建立了超深深度及巖石碎脹系數之間的關系，并確定了掏槽槽腔主要參數的計算公式及取值范圍，發現存在最優掏槽孔超深系數η和裂隙區重合度φ，使得炮眼利用率最高。利用LS-DYNA數值模擬分析了掏槽孔超深爆破時爆炸應力波的傳播規律和孔底巖石的受力特征，并比較了200、300、400和500 mm不同超深深度的應力波強度變化特征并應用于巖巷掘進現場，對比了超深爆破方案和普通爆破方案的單循環進尺、炮孔利用率、眼痕率及大塊率等爆破效果指標。結果表明，當超深深度為400 mm時，炸藥爆破能量充分用于破巖，能量利用率最高，爆破后形成重疊的裂隙區，增大了后續爆破的自由面，提高了爆破破巖的效率，對巖巷鉆爆法施工的參數優化有一定的指導意義。

脂肪酸不飽和度對低階煤浮選強化的影響機制

徐夢迪, 何琳, 司偉汗, 包西程, 劉曉康, 邢耀文, 桂夏輝, 曹亦俊

2023, 45(2): 195-205. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.10.26.001

[摘要](547)

[HTML全文] (225)

[PDF 13537KB](62) [施引文獻] ()

摘要:
為研究脂肪酸不飽和度對低階煤浮選的影響，選擇碳原子個數相同但雙鍵個數依次增加的油酸、亞油酸和亞麻酸作為浮選捕收劑對低階煤進行浮選，并與非極性捕收劑柴油進行對比，通過顆粒–氣泡間粘附力測試和藥劑吸附的分子動力學模擬，揭示了不飽和脂肪酸強化低階煤浮選的作用機制。結果表明，不飽和脂肪酸的浮選性能優于柴油，低階煤浮選產率隨脂肪酸不飽和度增加而增加。采用掃描電鏡（SEM）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和X射線光電子能譜（XPS）對低階煤表面形貌和官能團進行分析。SEM結果表明，低階煤表面疏松，含有大量孔隙與裂隙，不利于藥劑在煤表面的鋪展。FTIR和XPS結果表明低階煤表面含有大量含氧官能團，表面疏水性較差，導致浮選回收率較低。對不同捕收劑條件下氣泡與煤表面粘附力進行測定，發現氣泡與煤表面間最大粘附力隨捕收劑不飽和程度增加而增加，這說明顆粒可浮性增加。進一步對不飽和脂肪酸吸附的分子動力學模擬進行分析，可知不飽和脂肪酸通過其極性基團與煤表面極性基團間形成氫鍵，從而在煤表面鋪展。雙鍵個數增加使得不飽和脂肪酸極性增加，在煤表面的鋪展程度逐漸增加，導致顆粒可浮性增加，這是低階煤浮選回收率隨脂肪酸不飽和程度增加而增加的主要原因。

利用雙氧水為還原劑濕法浸出電解錳陽極泥中錳的研究

趙俊杰, 蔡林宏, 舒建成, 曹靜, 楊勇, 陳夢君

2023, 45(2): 206-213. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.09.12.001

[摘要](675)

[HTML全文] (259)

[PDF 3615KB](109) [施引文獻] ()

摘要:
電解錳陽極泥是生產電解金屬錳時陽極產生的副產物，其中含有大量錳、鉛等資源。如何高效浸出電解錳陽極泥中的錳是實現其資源化利用的關鍵，本研究提出了一種H₂SO₄?H₂O₂浸出體系強化電解錳陽極泥中錳浸出的新方法，研究了H₂O₂和H₂SO₄用量、反應溫度、反應時間以及固液比對電解錳陽極泥中錳浸出率的影響。研究結果表明，在陽極泥與H₂O₂質量比1∶0.8、陽極泥與H₂SO₄質量比1∶0.9、反應溫度45 ℃、固液質量比1∶10條件下浸出反應15 min，錳的浸出率可達97.23%，浸出渣中Pb的質量分數高達53.71%。浸出機理分析表明，酸性條件下電解錳陽極泥中錳氧化物被H₂O₂還原浸出，浸出液中Mn主要以MnSO₄存在，浸出渣中Pb主要以PbSO₄富集。本研究結果為電解錳陽極泥的資源化利用提供了一種新思路。

冶金工程·材料科學與工程

廢均相催化劑氧化?絡合浸出銠工藝及其動力學

丁云集, 李佳怡, 鄭環東, 崔言杰, 劉波, 張深根

2023, 45(2): 214-222. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.10.20.005

[摘要](402)

[HTML全文] (209)

[PDF 4684KB](51) [施引文獻] ()

摘要:
基于Rh在廢均相催化劑中的賦存狀態，研發出綠色解離Rh–P化學鍵及Rh的絡合浸出新技術，實現了Rh的綠色高效浸出，杜絕了傳統廢均相催化劑焚燒–碎化–酸浸工藝流程長、污染嚴重、回收率低等問題。首先通過蒸餾將低熔點有機物去除，然后采用H₂O₂將均相銠膦絡合物中的Rh⁺氧化成Rh³⁺，減少有機配體對Rh的束縛；同時Rh³⁺與Cl^–絡合形成水溶性的RhCl₆^3–進入溶液中。研究了蒸餾溫度、Cl^–濃度、H₂O₂用量、H⁺濃度、反應時間等對Rh的回收率影響，并采用響應曲面法優化了Cl^–濃度、H₂O₂用量和反應時間等工藝參數。結果表明：各參數對Rh回收率的影響大小為：H₂O₂用量>Cl^–濃度>反應時間，優化的工藝參數為：蒸餾溫度260 ℃、Cl^–濃度3.0 mol?L^–1、H₂O₂用量為廢均相催化劑的37%（體積分數）、H⁺濃度1.0 mol?L^–1、反應時間4.5 h，Rh的回收率達到98.22%。最后，采用分光光度法研究了Rh的氧化–絡合動力學行為，表明該反應的活化能為39.24 kJ?mol^–1，屬于化學反應控速。

廢覆銅板分選殘渣生物脫毒工藝優化及機理

仉麗娟, 李雨欣, 范越, 任凌霄, 王慧雅, 王藝, 丁克強, 周洪波

2023, 45(2): 223-233. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.12.03.005

[摘要](464)

[HTML全文] (189)

[PDF 1400KB](66) [施引文獻] ()

摘要:
廢覆銅板分選殘渣量大，殘留銅質量分數約為1%，潛在利用價值高。為了獲得廢覆銅板分選殘渣生物浸出脫毒工藝最優條件及探明其生物浸出相關機理，首先采用Box?Behnken響應曲面法設計三因素（參數因子包括初始pH值、固形物含量和Fe²⁺濃度；響應值為銅浸出率）三水平共計17個實驗的優化實驗方案。響應面多項回歸擬合分析指出：銅浸出率回歸模型與實際試驗擬合性較好，實驗誤差較小，對廢覆銅板分選殘渣中銅生物浸出過程優化具有一定參考性。在最優化條件下(初始pH值為 1.65、廢覆銅板分選殘渣投加量300 g·L^?1和Fe²⁺質量濃度為6.13 g·L^?1)經過4 h生物浸出獲得(92.2±0.27)%的銅浸出率。其次，廢覆銅板殘渣生物浸出脫毒放大改進實驗中（100 L攪拌槽）：增加曝氣和攪拌，同時外加酸調控體系pH值<2.5，延長浸出至6 h，銅最大浸出率>98%，浸出渣中銅殘留質量分數≤0.02%。未反應縮核動力學模型顯示殘渣中銅生物浸出過程受界面傳質和固體膜層內擴散混合控制。綜上所述，廢覆銅板分選殘渣中的銅主要通過Fe³⁺氧化和H⁺攻擊溶出；嗜酸氧化亞鐵微生物持續氧化Fe²⁺→Fe³⁺，不僅降低了總鐵消耗量，也促進了殘渣中銅的釋放。研究結果將為廢舊電子電器綠色資源化再生利用提供理論支撐。

Al₂O₃對超高堿度連鑄保護渣理化性能的影響

李剛, 潘偉杰, 李民, 朱禮龍, 何生平

2023, 45(2): 234-242. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.09.07.003

[摘要](474)

[HTML全文] (165)

[PDF 4369KB](56) [施引文獻] ()

摘要:
Al₂O₃是一種兩性氧化物，在高堿度條件下呈現酸性氧化物特征，而在低堿度條件下表現出堿性氧化物的行為，是冶金熔渣中常見的一種組元。以超高堿度保護渣（綜合堿度R=1.75）為研究對象，分析了Al₂O₃對保護渣流動特性、熔化特性和凝固特性的影響規律。研究結果顯示：渣中Al₂O₃質量分數每增加1%，熔化溫度上升5 ℃左右，轉折溫度下降12 ℃左右，開始結晶溫度平均下降11 ℃左右。平均結晶速率隨渣中Al₂O₃質量分數的增加而減小。且隨著Al₂O₃質量分數的增加，保護渣結晶礦相中晶體比例逐漸降低，但晶體保持槍晶石的種類不變。

負載貴金屬的γ-Al₂O₃催化劑的抗燒結策略

彭勝攀, 馬子然, 馬靜, 王紅妍, 敖志敏, 李永龍, 王寶冬

2023, 45(2): 243-252. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.30.003

[摘要](719)

[HTML全文] (300)

[PDF 2365KB](80) [施引文獻] ()

摘要:
負載貴金屬的γ-Al₂O₃催化劑具有優異的有機物催化降解能力，被廣泛用于處理固定源和移動源排放產生的廢氣，高溫燒結是導致催化劑失活的重要因素之一，如何提高催化劑抗燒結性能備受關注。本文介紹了負載貴金屬的γ-Al₂O₃催化劑高溫燒結產生的原因和機理，分析表明高溫致使貴金屬發生Ostwald熟化和液化團聚以及γ-Al₂O₃晶相轉變降低催化劑比表面積，降低了催化劑活性。在此基礎上從貴金屬、載體以及載體與貴金屬間作用三個方面回顧和整理了提高催化劑高溫熱穩定性的方法，并重點闡述了貴金屬修飾、載體改性以及改變金屬與載體相互作用來達到提高熱穩定性的方法。此外，還介紹了其他如限域法、晶面控制等實現催化劑穩定性提高的方法，為催化劑的設計提供了新思路。最后，對γ-Al₂O₃基氧化催化劑的未來發展方向進行了展望。

MXenes在鋰離子電池負極材料中的應用

申恒濤, 安永靈, 滿泉言, 馮金奎

2023, 45(2): 253-262. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.10.07.002

[摘要](1027)

[HTML全文] (447)

[PDF 1694KB](156) [施引文獻] ()

摘要:
MXenes(M_n+1X_nT_x)是一類二維無機化合物材料，它由幾個原子層厚度的過渡金屬氮化物、碳化物或碳氮化物構成。由于具有大的比表面積、快速充放電性能和小的體積變化等優點，MXenes受到越來越多研究人員的關注。研究者希望能夠利用MXenes材料研發出具有優異電化學性能的鋰離子電池負極材料，從而提高電池的能量密度和壽命。然而MXenes材料制備過程中產生的層間堆積和坍塌限制了其進一步的發展。目前，研究人員通過將MXenes與其他材料復合制備出具有新結構的材料，不僅可以擴大層間距，改善材料結構，還有助于改進材料的電化學性能。本文介紹了MXenes與碳納米材料、過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物和硅等材料復合改性來提高材料電化學性能的研究策略，并探討了MXenes和堿金屬等材料復合實現穩定無枝晶的鋰離子電池金屬負極的方案。最后，闡述了MXenes應用在鋰離子電池負極材料中面臨的挑戰，并作出了展望。

SnO₂基鈣鈦礦太陽能電池界面調控與性能優化

汪志鵬, 李瑞, 張梅, 郭敏

2023, 45(2): 263-277. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.13.004

[摘要](972)

[HTML全文] (471)

[PDF 4160KB](158) [施引文獻] ()

摘要:
近十余年來，鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率從3.8%提升至目前的25.5%，有望成為下一代商業用薄膜太陽能電池。然而，目前廣泛使用的TiO₂電子傳輸層電子遷移率低、退火溫度高、紫外光照穩定性差等特性使得TiO₂基鈣鈦礦太陽能電池性能，尤其是長期穩定性，面臨巨大挑戰。SnO₂由于良好的電子遷移率、適宜的能帶結構、簡單的低溫溶液合成以及穩定的化學結構等優點成為替代TiO₂電子傳輸層的首選。目前，調控SnO₂/鈣鈦礦以及鈣鈦礦/空穴傳輸層界面是SnO₂基鈣鈦礦太陽能電池性能優化的關鍵。鑒于此，在詳細介紹SnO₂電子傳輸層本體與表面，鈣鈦礦本體、晶界及表面缺陷類型及特征的基礎之上，重點總結了SnO₂/鈣鈦礦、鈣鈦礦/空穴傳輸層界面調控及性能提升的研究進展。最后，針對SnO₂基鈣鈦礦太陽能電池器件界面調控與性能優化的研究趨勢和發展方向做出展望。

晶面協同NaF–TiO₂/rGO的制備及其光催化性能

張超妍, 夏靜芬, 謝周云, 張妮, 徐伊漪, 唐力, 楊國靖

2023, 45(2): 278-285. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.04.07.002

[摘要](449)

[HTML全文] (212)

[PDF 2348KB](51) [施引文獻] ()

摘要:
為解決二氧化鈦（TiO₂）光生載流子壽命短的問題，以鈦酸四丁酯、氟化鈉和石墨粉為原料，采用水熱法制備了NaF–TiO₂/rGO復合材料，通過透射電鏡（TEM）、X射線能譜分析（EDS）、X射線衍射（XRD）、光致發光光譜（PL）、紫外漫反射光譜（UV–Vis）對復合材料的微觀形貌、物相組成、晶型、熒光強度等特性進行了表征，并以降解羅丹明B（RhB）測試其光催化活性及降解機理。實驗結果表明，制備得到的產物主要為{001}、{101}晶面協同的銳鈦礦相TiO₂并均勻分布于rGO表面，NaF與rGO的加入可有效降低其電子–空穴對的復合速率以及帶隙寬度從而提高光催化活性。在最佳制備條件下，催化反應80 min后對1×10^–5 mol·L^–1 羅丹明B（RhB）溶液的降解率可達99.8%，降解速率常數（0.0448 min^–1）是NaF – TiO₂的1.67倍，且復合材料的催化性能隨其投加量的增大先加強后保持穩定，pH適用范圍為3～11；自由基猝滅實驗結果表明，在光催化降解過程中，起主要作用的活性物質是·OH和h⁺。

離子液體改性MWCNTs、MoS₂及其復合納米流體的摩擦學性能

童佳威, 彭銳濤, 郝秀清, 趙林峰, 陳美良

2023, 45(2): 286-294. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.05.004

[摘要](671)

[HTML全文] (239)

[PDF 4602KB](61) [施引文獻] ()

摘要:
采用1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（[EMIm]BF₄）離子液體分散多壁碳納米管（MWCNTs）、二硫化鉬（MoS₂）于去離子水以得到具有優異摩擦學特性的納米流體。通過拉曼光譜儀、納米粒度電位儀、接觸角測量儀表征其分散與潤濕性，通過導熱系數儀和流變儀測試其熱物性，并通過材料表面性能綜合測試儀進行摩擦實驗。結果表明：經[EMIm]BF₄改性而制備的納米流體Zeta電位大幅提高，納米顆粒在空間位阻作用下有效分散于水基液，故保持潤濕性的同時增強了導熱能力，其對高溫合金的潤濕接觸角最小為59.33°，室溫(25 °C)平均黏度最低為1.49 mPa·s，且導熱系數最大為1.02 W·(m·K)^–1。納米流體中層狀、管狀幾何結構的MoS₂、MWCNTs納米顆粒極大強化了基液的減摩抗磨性能，平均摩擦系數降至0.083，磨痕體積磨損率相比傳統水基冷卻液減小了72.33%。

高強導電Cu?3Ti?0.1Mg?0.05B?0.05La合金的微觀組織與性能

王虎, 莫永達, 婁花芬

2023, 45(2): 295-300. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.10.20.004

[摘要](443)

[HTML全文] (186)

[PDF 2548KB](51) [施引文獻] ()

摘要:
采用真空熔鑄和冷開坯工藝，通過優化形變熱處理工藝，調控基體晶粒尺寸、第二相的析出及分布狀態，制備出綜合性能優異的Cu?3Ti?0.1Mg?0.05B?0.05La合金。結果表明，經過400 ℃/2 h一次時效處理后，Cu?3Ti?0.1Mg?0.05B?0.05La合金的顯微硬度可達356 HV，此時導電率為14.5%IACS。透射電鏡分析表明，Cu?3Ti?0.1Mg?0.05B?0.05La合金第二相的析出演變規律為富Ti相→顆粒狀β′-Cu₄Ti相→顆粒狀β′-Cu₄Ti相+片層狀β-Cu₄Ti相→片層狀β-Cu₄Ti相，其中顆粒狀β′-Cu₄Ti相是最重要的強化相，片層狀β-Cu₄Ti相會導致合金強度下降，但可以提高導電率。采用二次時效能夠進一步優化Cu?3Ti?0.1Mg?0.05B?0.05La合金的綜合性能，在合金強度基本不變的條件下，顯著提升了合金的導電率。450 ℃/8 h一次時效+50%冷軋+400 ℃/1 h二次時效處理后合金的顯微硬度和導電率分別達到了341 HV和20.5%IACS。

溫度對GH4169合金蠕變行為及機制的影響

高圣勇, 葛樹欣, 楊選宏, 王倩, 包燕平

2023, 45(2): 301-309. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.27.005

[摘要](628)

[HTML全文] (252)

[PDF 6532KB](97) [施引文獻] ()

摘要:
在研究了溫度對鎳基高溫合金GH4169蠕變行為及機制的影響基礎之上，分析了其斷口形貌和蠕變斷裂機理。實驗結果表明，隨著蠕變溫度的升高，GH4169合金的穩態蠕變速率逐漸升高，蠕變壽命顯著降低，即該合金有極強的溫度敏感性。蠕變過程中，γ″相長大聚集，并向δ相轉變，隨著蠕變溫度的升高，γ″相向δ相轉變速度加快，晶內的γ″相數量減少，δ相所占體積增加，尺寸增大，次生裂紋數量減少，尺寸減小。當蠕變溫度為650 ℃時，斷口中存在較多亮白色撕裂棱，韌窩尺寸大小不一，有少量析出物和碳化物；當溫度提高到670 ℃時，韌窩尺寸減小，以淺韌窩為主，且出現解理面；當溫度提高到690 ℃時，只存在少量韌窩，且δ相的數量顯著增多，出現解理臺階，斷裂方式為解理斷裂或準解理斷裂。

控制科學與工程

面向三維復雜焊縫的焊接機器人焊縫跟蹤方法

曹學鵬, 張弓, 楊根, 吳月玉, 陶浩, 王傳璽

2023, 45(2): 310-317. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.09.02.001

[摘要](759)

[HTML全文] (261)

[PDF 3591KB](100) [施引文獻] ()

摘要:
機器人焊接技術具有質量穩定、效率高等特點，為實現空間內的三維復雜焊縫跟蹤，提出基于分段掃描、濾波、特征點采集、路徑規劃的焊縫四步跟蹤方法。通過安裝于焊接機器人末端的激光傳感器，以分段掃描方式連續多段采集焊縫數據；為提高跟蹤精度，采用組合濾波的方式修正數據，有效降低焊件表面毛刺、數據失真和噪聲等影響；通過特征點采集與坐標系標定確定焊接點；最后結合焊接機器人路徑規劃獲得空間焊接路徑。對二維S型焊縫與三維復雜焊縫進行了實驗研究，結果表明提出的四步焊縫跟蹤方法可形成完整的焊接路徑，兩種焊件平均跟蹤誤差約為0.296 mm和0.292 mm，滿足機器人焊接跟蹤誤差低于0.5 mm的精度要求。表明所提出焊接跟蹤方法的有效性，可為復雜焊縫的高精度跟蹤和自動焊接研究提供有益參考。

基于Udwadia?Kalaba理論的自行車機器人平衡控制方法

張佳樂, 趙睿英, 馮艷麗, 楊皓, 武琳琳

2023, 45(2): 318-325. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.27.007

[摘要](806)

[HTML全文] (244)

[PDF 1767KB](109) [施引文獻] ()

摘要:
針對自行車機器人側向自平衡問題，以一類裝有角動量輪的自行車機器人為研究對象，提出一種新的平衡控制方法。該方法根據自行車機器人靜止時刻的側向平衡條件，構造機器人平衡控制的運動學約束，并將平衡約束視為控制目標。基于Udwadia?Kalaba（U?K）理論，建立滿足機器人側向平衡的扭矩解析模型，設計基于模型的平衡約束跟隨控制器。研究結果表明，所提控制方法能夠實現自行車機器人的側向平衡，克服機器人側向橫滾角θ初始偏差的干擾，通過對平衡扭矩模型的計算，對自行車機器人進行主動平衡控制。相較于傳統PD反饋控制方法，該種基于模型設計的控制方法，具有系統響應速度快、超調量小和控制扭矩易于優化等特點。借助MATLAB軟件，對所提控制方法進行了仿真驗證，實現了初始橫滾角速度分別為0、1、2、5°·s^?1條件下的自行車機器人側向自平衡控制，仿真結果驗證了控制系統的穩定性和有效性，為無人駕駛自行車機器人的平衡控制領域提供了一個新的思路。

環境工程

爆破振動影響下人體舒適度振動臺試驗及其評價體系構建

張繼奎, 蔣楠, 周傳波, 朱斌, 蔡忠偉, 周文斌

2023, 45(2): 326-335. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.04.20.001

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摘要:
針對現有爆破振動影響下人體舒適度評價體系中人體主觀感受的不確定性，通過振動臺模擬爆破振動開展人體振動反應試驗，結合人體心電指標，分析爆破振動參數、心電指標以及人體主觀感受的量化關系，構建爆破振動影響下人體舒適度評價體系。研究結果表明：豎直方向是影響人體舒適度的主要振動方向，且振動對人體的影響與人體主要震感部位有關，主要震感部位從腳部到頭部上移時，影響也逐漸增大；隨著振動頻率和速度的增加，人體心電指標相鄰RR間期之差的均方根（RMSSD）在豎直方向振動下呈現出先減小后增大的趨勢，在水平方向振動下則一直減小，但減小的幅度有限；RMSSD的下降比例與爆破振動參數以及人體主觀感受之間存在定量關系，利用三者之間的定量對應關系可實現爆破振動影響下的人體舒適度定量評價；爆破施工時，可將0.7 cm·s^?1的地表豎直方向振動速度和80 Hz的振動頻率作為鄰近人群密集區域爆破工程的控制閾值。