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关键词： 始发端头   洞口加固   数值模拟   大直径顶管   加固强度  

摘要： 为确定软土地层大直径双线顶管始发加固的合理范围，以杭州市取水口上移工程为背景，采用有限元建模分析，研究了端头加固范围对顶管始发掘进过程地层变形的影响。基于数值分析结果，以距离洞口1m处最大位移值为控制目标，顶管掘进结束后模拟结果表明，当纵向加固长度超过顶管机长度后，端头掘进对地表扰动程度较低；洞口处地表沉降与加固土体的粘聚力成负相关，因此在高压旋喷桩施工时，需额外注重施工工艺和材料选型，确保成桩质量。

关键词： 尼龙66   吸水   氢键网络   电子束辐照   交联剂  

摘要： 尼龙66（PA66）因综合性能出色被广泛用于汽车、电子电器等行业。但是,PA66分子中的酰胺基团容易吸水,导致其力学性能、热性能和稳定性降低,进而影响其在实际应用的表现。目前用于降低PA66吸水量的方法有共混改性、表面改性、无机填料改性、纳米复合改性和电子束辐照改性等。其中,电子束辐照具有清洁、高效、性能稳定等优点。已有文献报道PA66在电子束辐照作用下会产生交联反应,降低PA66的吸水量。但是PA66是典型的半结晶性高分子,关于进一步的电子束辐照对不同含水量的PA66在非晶区和结晶区产生的交联反应程度的研究较少。此外目前对PA66进行电子束辐照改性通常需要非常高的辐照剂量,费用高且时间长。基于以上问题,本文采用电子束和交联剂对不同含水量的PA66进行协同改性研究,系统研究不同含水量对PA66的性能影响以及电子束辐照和交联剂对不同含水量PA66的辐照交联影响,阐明含水量和电子束对PA66在非晶区和结晶区的性能影响规律,为在低辐照剂量下制备出具有低吸水量和高强度的PA66材料提供理论数据依据。具体研究内容和结果如下: （1）通过双螺杆挤出机和注塑机制备干态PA66样品,然后在蒸馏水内吸水获得湿态PA66样品,研究含水量对PA66的结构与性能影响。结果表明,湿态PA66的饱和吸水量为6.16 wt%,此时PA66的屈服强度、弹性模量、弯曲强度和结晶度分别降低了47%、73%、77%和8%,断裂伸长率增加了1008%,玻璃化转变温度（Tg）由73.5~oC降低至0.3~oC,熔点和结晶温度无明显变化。说明水分子主要进入了PA66的非晶区,削弱了非晶区PA66分子链间酰胺基团之间氢键作用,提高了非晶区分子链段的运动能力,降低了玻璃化转变温度,导致材料强度下降,韧性增加。而PA66的熔点未有明显变化,结晶度少量下降进一步说明了水分子难以进入PA66结构排列规整的结晶区。 （2）利用电子束辐照对不同含水量PA66（干态和湿态样品）进行辐照改性,研究辐照剂量对不同含水量PA66的结构与性能的影响。结果表明,随着电子束辐照剂量的增加,干、湿态PA66均发生了交联反应,其中湿态PA66的交联反应程度更高。干态PA66样品经过剂量为200 k Gy的电子束辐照后吸水量下降了34%,分子量和Tg分别提高了62%和6%,结晶度下降了15%。湿态PA66样品经过剂量为200 k Gy的电子束辐照后,弯曲强度、洛氏硬度和分子量分别提高了25%、11%和406%,Tg由0.3~oC提高到19.1~oC,结晶度无明显变化。说明PA66在受到电子束辐照后,主链上的亚甲基会电离激发产生自由基,分子链间的自由基相互作用产生交联反应。交联反应的程度受含有自由基链段的运动能力有关,自由基链段运动能力越强,交联程度越高。因此,电子束辐照对PA66的非晶区交联反应影响程度更大。由于湿态尼龙中水分子削弱了PA66非晶区的氢键作用,链段运动能力强,因此受到辐照后,非晶区的交联程度大。而干态尼龙中,非晶区和晶区的链段运动能力都较弱,因此受到辐照后,PA66整体的交联程度较低。 （3）分别利用自主合成的甲基丙烯酸铈(Ce（MAA）3)和三烯丙基异氰尿酸酯（TAIC）与PA66进行熔融共混,再结合电子束辐照对PA66进行协同交联改性,研究电子束辐照和交联剂对干、湿态的改性PA66样品结构与性能的影响。结果表明,与纯PA66相比,含有交联剂的PA66样品在相同电子束辐照剂量下具有更高的交联程度。与干态PA66相比,干态TAIC-PA66和Ce（MAA）3-PA66经过100 k Gy电子束辐照后的吸水量分别降低了16%和23%,屈服强度提高了8%和21%,结晶度提高了11%和13%,Tg分别增加了2.3~oC和3.6~oC。湿态TAIC-PA66、Ce（MAA）3-PA66经过100k Gy电子束辐照后的屈服强度分别比湿态PA66提高74%、87%,结晶度未发生显著变化。这是由于交联剂在PA66中起到了异相成核的作用,提高了PA66的结晶度,此外多官能度的交联剂能在电子束辐照过程中促使PA66在非晶区产生更多的交联反应,使材料结构更致密,提高了材料的强度并有效降低了材料的吸水量。

关键词： 筒体与封头焊缝   手工氩弧焊   变形   焊接质量缺陷   焊接操作方法  

摘要： 在液封器制造过程中，筒体与封头的环缝焊接面临着独特挑战：其环缝装配后存在的显著错边问题（最大错变量为4mm，如图1），加之环缝直径较大，这不仅导致手工氩弧焊作业量极为繁重，还使得焊接过程中工件变形显著，从而出现一系列焊接质量缺陷，包括焊缝根部未焊透、焊瘤形成，以及焊缝宽度不均匀和表面氧化变色等。为克服上述难题，我们采取了持续改进的焊接操作方法、精细调整焊接参数及强化关键工序监控等综合措施。通过实际应用，这些改进有效的解决了各类质量问题的发生，显著提升了焊缝的射线检测合格率，进而大幅度减少了不合格品报告(NCR)的数量，有力保障了生产进度与产品质量。

关键词： 连续油管   超短半径水平井   屈曲   半隐式法   非线性   规格匹配  

摘要： 超短半径水平井技术是一项开发挖潜剩余油的有效技术,可采用连续油管钻井,但由于连续油管本身细长且柔性较大,造成其受轴向载荷作用容易发生螺旋屈曲,导致管柱下入困难,螺旋屈曲严重时可发生自锁,甚至对管柱自身造成破坏。本文采用数值模拟的方法,对超短半径水平井不同井眼直径的连续油管规格匹配开展研究。 首先根据管柱在井下作业时的实际工作状态,考虑管柱的材料非线性、接触非线性和几何非线性特性,建立了超短半径水平井井筒内连续油管的非线性力学模型。由于在静力学求解管柱屈曲时,容易出现计算不收敛和结果不稳定问题,而用动力学求解时,则会导致计算时间长和计算效率低的问题。为此,将隐式求解和显式求解的优点相结合,提出井筒内管柱非线性屈曲分析的半隐式法,在保证计算效率的同时,解决了管柱屈曲分析的收敛和稳定性问题。通过算例验证了半隐式方法的正确性。 基于半隐式法建立的超短半径水平井井筒内管柱屈曲的有限元分析模型,分析了摩擦力、弹塑性和不同加载方式对连续油管屈曲的影响,得出随着摩擦力的增大,轴向力一部分被消耗,导致管柱的屈曲程度减小。不同加载方式下连续油管屈曲的规律基本一致,弹塑性对连续油管屈曲影响较大,因此之后研究应当考虑连续油管的弹塑性。分析了管柱在井筒内的屈曲形态、横向位移和接触压力等,研究结果表明:管柱发生螺旋屈曲之前先发生三维横向屈曲,且发生三维横向屈曲的临界载荷大于发生螺旋屈曲的载荷,在发生三维横向屈曲后,很容易演变为螺旋屈曲。管柱屈曲程度越严重,管柱轴向载荷传递效率越小。 最后计算了不同井眼直径的不同连续油管规格的受力变形情况,分析了井筒直径和连续油管规格对管柱屈曲形态、等效应力和塑性应变的影响,连续油管与井筒的不同组合对连续油管屈曲程度和受力情况影响明显,发现大直径的井筒和大直径的连续油管组合下的管柱屈曲程度低,因此得出了井筒直径和连续油管规格的最优匹配,该计算结果可为超短半径水平井连续油管作业提供参考和技术指导。

关键词： 面粉   GASMAS   含水量   平均等效光程  

摘要： 随着社会和经济的发展,人们对食品安全和生产过程的关注不断增加。作为人类日常饮食中的重要食材之一,面粉的品质备受关注,其中含水量是衡量其品质的一个重要指标。当前的水分检测方法主要包括烘干法、红外干燥法、微波干燥法等,其中烘干法的准确程度最高,但是测量过程需要大型设备和数小时时间。因此,为了解决传统水分测量方法中时间长、成本高、操作复杂、破坏性大等问题,本文发展了一种利用散射介质气体吸收光谱（GASMAS）技术测量面粉含水量的方法,可以大幅度缩短测量时间。论文的主要研究工作如下: （1）自制了一套电路系统,包含电源模块、激光器驱动模块、调制解调模块和探测器接收模块。电源模块为整个系统进行供电,激光器驱动模块给激光器提供温度控制和电流控制,而且主控芯片可以对数据进行采集和处理。调制解调模块的功能是为流控叠加调制信号并对接收信号进行解调。探测器对经过样品的激光进行采集并处理。另外使用聚乳酸（PLA）材料3D打印制作了比色皿固定容器,使得检测操作方便简单。 （2）搭建了基于散射介质气体吸收光谱的面粉水分检测系统,整体尺寸为16.3×14.8×8.5 cm3,实现了小型化。利用GASMAS技术测量了十组同一品牌和四组不同品牌面粉的平均等效光程,通过对比测量结果,验证孔隙分布对样品检测无影响。制备同一品牌的五组不同含水量的面粉,测量各组样品的平均等效光程,然后使用最小二乘法曲线拟合将平均等效光程和含水量建立线性关系,线性相关系数达到0.996。 （3）为了验证该系统的准确性,使用GASMAS技术测量8组未知含水量面粉样品,并与国家标准GB 5009.3-2016中的烘干法进行比较,测量结果对比表明所有测试样品中误差范围在9.3%以内。总之,GASMAS技术可以用于测量面粉中的水含量,并且具有较高的准确性。

关键词： 玉米   无人机   覆盖度   深度学习   图像分割   长势监测  

摘要： 玉米是重要的粮食作物和饲料作物,其生长状况在很大程度上直接反映了最终产量和经济效益,田间玉米长势是品种改良关注的重要性状。传统的田间玉米长势监测方法主要依赖于人工观察和测量,不仅耗时耗力,而且容易受到主观因素的影响。随着无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）技术的快速发展,基于UAV获取的高分辨率RGB图像数据作为植株地表综合特征的二维表现形式,能够很好的表征并解析出与长势相关的表型特征。然而,在田间复杂背景图像中精准、高效的提取长势相关表型参数成为相关研究的瓶颈。针对上述问题,本研究在吉林省东、中、西部选取5个实验地点,设计了包含4个施氮梯度和5个种植密度田间玉米栽培实验,使用无人机搭配高分辨率相机采集不同关键生育期的田间玉米冠层图像,构建对抗生成范式的深度学习图像分割网络提取田间玉米冠层覆盖度,并利用动态系统建模拟合覆盖度变化对时间的线性响应函数,并以此为依据对不同环境、施氮梯度、种植密度等因素对田间玉米长势的影响进行了综合分析及判断。本研究尝试解析不同环境因素和长势之间的动态关联,涉及的主要内容及结论如下: （1）基于对抗生成网络的田间玉米冠层特征提取模型构建与优化 本研究提出了一种名为GU-net的深度学习图像分割模型,该模型将U-net模型和GAN模型相结合,利用U-net模型中的下采样结构提取特征,通过对应的上采样结构还原特征,完成生成器中的端到端图像输出,并利用GAN模型中的判别器对U-net模型生成的分割结果进行判断,通过两个模型的对抗性训练得到更真实的分割结果,提高了田间玉米冠层无人机遥感RGB图像的覆盖度提取准确性。 （2）基于动态系统建模的玉米冠层时间响应曲线构建 基于上述深度学习框架的田间表型监测结果,探究田间玉米冠层覆盖度变化对温度的动态响应特征;解析动态响应特征的时间、空间变化趋势,利用动态系统建模构建数学模型,以Sigmoid函数拟合玉米冠层冠层覆盖度变化的动态响应曲线,并确定最优响应函数;使用响应函数构建与玉米长势相关的S-cov参数,并结合田间实测数据对S-cov参数与玉米生长状态间的关系进行了验证,证明了构建的S-cov参数用于表征玉米冠层发育情况的可靠性。 （3）田间玉米冠层发育对环境、栽培措施及作物产量的响应规律解析 对比分析不同实验地点、施氮梯度、种植密度的玉米冠层响应曲线和S-cov参数,5个实验地点中桦甸地区玉米长势最好,乾安地区玉米长势最差;4个施氮梯度中,各实验地点在施氮量为150kg/hm2或225kg/hm2时,玉米生长速度较快、长势较好。5个种植密度中,桦甸地区在种植密度为45000株/公顷时玉米长势最好;结果表明,S-cov参数响应规律与各实验地点不同栽培措施实验小区产量一致,说明了本研究提出的监测方法能够反映玉米作物实际生长状态,为玉米的提前估产和早期干预提供新的方法。 本研究成果将为基于冠层动态变化的田间玉米长势监测研究提供技术支持,有助于深化田间玉米长势相关性状对环境因素和栽培措施响应的生理特性,对于实现物候期精准预测、适应性种质选育和智慧化管理等均具有重要意义。

关键词： 大气集水   水凝胶   湿能发电   水吸收量   解吸  

摘要： 吸湿盐复合水凝胶（Hygroscopic Salt Complex Hydrogel,HSCHs）通过收集大气中的水,为干旱地区或水资源紧缺地区提供一种新的补充水源,缓解当地的水资源压力。吸湿水凝胶表面形成水梯度并将其水输送至水凝胶内部加以储存,并且水梯度可促进离子在材料内部的传输,从而产生电荷传导的机会。因此,吸湿盐复合水凝胶的发展不仅在水资源管理方面具有重要意义,还为新型能源的开发提供了新的可能性。然而,水收集量的局限和过高的交联密度限制了水的输送和离子的传输效率。本文介绍了一种新型的两性离子纳米导电水凝胶（Zwitterionic Nanocomposite Conductive Hydrogel,ZNCH）,通过调控水凝胶的密度和交联性,开展集水性能研究、湿度发电性能研究以及提高机械性能后进行光热驱动取水性能研究。 采用自由基聚合法,基于[2-（甲基丙烯酰基氧基）乙基]二甲基-（3-磺酸丙基）氢氧化铵单体和纳米碳粉制备了两性离子纳米水凝胶,并通过浸渍法,将吸湿性盐加载入水凝胶内部,使其分子链间隙扩大,产生溶胀效应,提升其储水性能并进一步增强其大气集水能力。对ZNCH水凝胶进行表征测试其内部化学元素和形貌结构,在25℃、90%相对空气湿度（RH）条件下运行10 h,最高吸附量可达3.0 g g-1。 以ZNCH水凝胶为发电装置,以对苯二甲酸乙二醇酯为底座,结合铜电极和铝电极制作了ZNCH-MEG装置,利用ZNCH水凝胶内部的浓度梯度,有利于离子传输,这为发电提供了机会。对MEG的电流输出规律进行了系统测试并将其运用在灯珠上使其作为光源。在Hofmeister效应下,ZNCH用Li键取代了H键,从而产生了大量的自由H+离子。这使得ZNCH具有高效率的发电性能,短路电流可达945μA,电流密度为945μA cm-1,开路电压为0.802 V。这项工作激发了从大气提取能量的材料和设备的改进。 针对ZNCH水凝胶在以往工作条件下的机械性能不足以及进一步提升其大气集水性能,将丙烯酰胺单体加入到了ZNCH水凝胶中,通过其较好的聚合物性能来提升水凝胶的韧性,最后制备了PAM-ZNCH水凝胶,之后对其进行表征探究其亲水性并对其光谱进行测试,并在恒温恒湿箱中对其大气集水性能进行测试,水吸收量达到了14.9 g,在太阳能模拟器下对其水解吸性能进行测试25 mg碳粉的水凝胶3 h可解吸水分10.2 g,采用太阳能水收集装置收集了7.4 g的液态水。