2024年, 第41卷, 第03期　
刊出日期：2024-05-26

  

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  安徽工业大学学子在2024年国际大学生数学建模竞赛中获佳绩

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(03): 229-229.

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  <正>近日,2024年国际大学生数学建模竞赛结果揭晓,安徽工业大学参赛队伍共获得特等奖提名奖(Finalist)3项、国际二等奖(Honorable Mention) 8项,获奖层次和数量创历史新高。其中,微电子与数据科学学院教师刘玉琳指导的鲍震、雷雪倩、余学浩同学团队,杨辉指导的郑越、魏子豪、宁威龙同学团队,张世涛指导的沈婷、程吉雨、吕圣文同学团队荣获特等奖提名奖(Finalist)。
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  工艺因素对铁矿粉流态化还原效果影响的模拟研究

  黄金玉, 胡明伟, 窦安南, 朱国民, 徐其言

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(03): 233-241.

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  以高压循环流化床为原型,建立流化床内管几何模型,综合考虑颗粒间传热传质和化学反应特征,以金属化率和反应平衡时间为评价指标,采用B arracuda软件模拟分析还原温度、矿粉粒径、还原气氛等工艺因素对铁矿粉流态化还原的影响,确定铁矿粉流态化还原的最佳方案;采用扫描电镜表征铁矿粉的微观形貌,探讨工艺因素对铁矿粉流态化还原和黏结的机理。结果表明:铁矿粉粒径为[0.150,0.180) mm时,还原温度在573～1 173 K范围,升高温度有利于提高铁矿粉的金属化率和颗粒纵向速度、缩短反应平衡时间,但温度过高颗粒纵向速度降低,这是由于铁晶须相互勾连形成团聚,抑制铁矿粉流化;温度为973 K时,铁矿粉粒径在[0.080,1.000) mm范围,减小粒径可增大铁矿粉的比表面积,有利于提高铁矿粉的金属化率,但铁矿粉粒径过小颗粒堆积不易流化;还原气氛为（H₂+CO）的条件下,纯H₂的还原效率优于CO,但增加CO的含量利于减少水蒸气的生成,提高铁矿粉的流化性能。气体线速度为0.6 m/s、压力为0.2 MPa条件下,流态化还原铁矿粉的最佳工艺参数为还原温度973 K、粒径[0.150,0.180) mm、还原气氛70%H2+30%CO。
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  机械活化微波协同强化铟铁酸锌中铟的浸出

  申星梅, 李乐, 彭倩柔, 沈成义, 曹发斌, 武杏荣

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(03): 242-247.

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  针对常规酸浸提铟浸出率较低的问题,采用机械活化和微波协同强化的方法对铟铁酸锌中的铟进行酸浸提取,分析机械活化前后铟铁酸锌的晶格结构变化,研究不同工艺因素对铟铁酸锌中铟浸出行为的影响规律,并对机械活化微波协同下的铟浸出过程进行动力学分析。结果表明:机械活化后,铟铁酸锌的晶体结构被破坏,衍射峰强度降低、峰型宽化,晶粒尺寸减小,晶格应变增加;常规条件下,铟浸出率在低温低酸时最高仅59.2%,高温高酸时达92.0%(150 min);微波、机械活化分别单独及协同作用时,低温低酸下铟浸出的促进不明显,而高温高酸下浸出率均达到100%,但时间分别逐渐减少为120,90,60 min,机械活化与微波的协同作用可显著提升铟的浸出效率;表面化学反应控制模型比较适用于机械活化微波协同下铟浸出的动力学过程。
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  一步法合成碳包覆Na_0.44MnO₂正极材料的制备及电化学性能

  张威龙, 李桦林, 庞刚, 张庆安

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(03): 248-255.

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  以MnCO₃为锰源,Na₃C₆H₅O₇·2H₂O为碳源和钠源,采用一步固相法制备碳包覆Na_0.44MnO₂（NMO/C）正极材料,对材料的晶体结构、微观组织形貌进行表征分析,探究Na₃C₆H₅O₇·2H₂O和Na₂CO₃对Na_0.44MnO₂晶体结构的影响;采用NMO/C组装纽扣电池进行循环伏安和首圈充放电测试,探究NMO/C材料的电化学性能。结果表明:NMO/C材料具有三维隧道结构,空间群为Pbam,形貌为长棒状,且表面均匀包覆一层2～3 nm的碳层;NMO/C正极材料表现出比较优异的长循环寿命和倍率性能,0.5 C倍率下的首圈放电比容量为113.1 mAh·g^-1,循环1 000圈后的放电比容量仍有74.1 mAh·g^-1,容量保持率为65.5%;0.1,0.2,0.5,1.0,2.0 C倍率下的放电比容量分别为121.1,115.7,113.4,110.3,103.9 mAh·g^-1,这是由于碳包覆层不仅可提高Na_0.44MnO₂正极材料的导电性,还可阻碍其与电解液直接接触,抑制Mn³⁺的溶解,致使NMO/C材料表现出优异的电化学性能。
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  “锻-退”循环对微合金钢晶粒细化的作用机制

  费彦民, 蔡忠贤, 陈伟, 高安阳, 斯庭智

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(03): 256-264.

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  提出1种新型的“锻-退”循环热加工工艺,且对Ti-Nb-V-B微合金钢进行热处理实验,研究“锻-退”循环对Ti-Nb-V-B微合金钢晶粒尺寸和力学性能的影响;通过透射电镜组织观察和热力学计算,探究Ti-Nb-V-B微合金钢“锻-退”循环晶粒细化机理,并建立微合金钢晶粒细化模型。结果表明:“锻-退”循环热处理可显著细化Ti-Nb-V-B微合金钢的晶粒,“三锻三退”试样的晶粒度由锻前2.5～4.0级细化到9.5～11.5级;“三锻三退”试样的综合力学性能得到显著改善,与“一锻一退”相比,其抗拉强度（R_m）、屈服强度(R_el)、断后伸长率（A）、断面收缩率（Z）和夏比冲击功（K_V）分别提高了10.6%,9.9%,18.8%,30.2%和135.0%;Ti-Nb-V-B微合金钢中NbC,TiC,VC和Cr₂₃C₆第二相的析出温度分别为1 202,1 187,897,672℃,锻前加热和锻造过程中均发生VC和Cr₂₃C₆的溶解,锻后退火可促进第二相的析出,“锻-退”循环过程中发生NbC和TiC的析出,锻前奥氏体重结晶、锻造再结晶和锻后退火第二相析出的协同效应是Ti-Nb-V-B微合金钢获得细晶的重要机制。
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  Ti基MXenes表面氮气还原机理的第一性原理研究

  邵翠萍, 王文杰, 程育汶

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(03): 265-275.

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  基于第一性原理,计算二维过渡金属碳氮化物（MXenes）Ti₂CT₂和Ti₃C₂T₂ （T=O*或OH*）催化剂表面N₂吸附前后的态密度（DOS）、反应中间结构的吉布斯自由能（△G）、差分电荷（CDD）、功函数φ及活化能（E_a）,探究OH*终端MXene表面发生N₂还原反应（NRR）反应的机制。结果发现:N₂在Ti₂CO₂和Ti3C₂O₂表面发生物理吸附（△q≈0e）,在Ti₂C（OH）₂和Ti₃C₂（OH）₂表面发生化学吸附（△q>0.2e）,Ti₂CO₂ (η_NRR=2.13 V)和Ti₃C₂O₂ (η_NRR=2.03 V)催化剂由于过高的加氢过电位(η_NRR)而不利于发生NRR;Ti₂C（OH）₂和Ti₃C₂（OH）₂表面可在起始步骤N2吸附时提供H原子,并通过Enzymatic机制发生NRR,相应的η_NRR分别降至0.29,0.38 V;此外,η_NRR与功函数φ存在η_NRR=0.44φ-0.71函数关系,线性相关系数（R²）为0.97,两者存在较大的线性相关性;在*OH终端与*O终端表面N 2p轨道和O 2p轨道能级杂化强度不同,导致OH*MXene的NRR活性不同。由此认为,N₂在Ti₂C（OH）₂和Ti₃C₂（OH）₂表面的N2通过“N₂+2*H=*N₂H₂”进行吸附,然后沿Enzymatic机制进行NRR。
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  旋翼轴用Ni-Al₂O₃-PTFE复合镀层的制备与摩擦学性能

  刘李, 孙炫琪, 陈子豪, 戴庆文, 黄巍, 王晓雷

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(03): 276-286.

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  针对国内航空传动系统翻修间隔时间短的不足,以硬质颗粒Al₂O₃和润滑材料PTFE作为微粒,采用电刷镀技术在旋翼轴常用过渡层金属材料T2紫铜片表面,制备Ni-Al₂O₃,Ni-PTFE,Ni-Al₂O₃-PTFE复合镀层,采用扫描电镜、显微硬度仪表征分析镀层微观形貌、元素含量分布及硬度;采用自制的销盘式摩擦磨损试验机对镀层试样进行摩擦磨损试验,探究镀层摩擦学性能及其磨损机理。结果表明:随Al₂O₃颗粒含量的提高,Ni-Al₂O₃-PTFE复合镀层表面微晶单元尺寸减小,硬度提高,Ni-Al₂O₃-PTFE （3:1）显微硬度最大为236 HV,相比于Ni-PTFE复合镀层提升约66%;Ni-Al₂O₃-PTFE复合镀层结合了Al₂O₃和PTFE两者的优势,在具有减摩的同时,还具有良好的耐磨性能,Ni-Al₂O₃-PTFE（1:1）复合镀层的减摩性能最优,相比于Ni-Al₂O₃其摩擦系数降低约52%;Ni-Al₂O₃-PTFE （3:1）复合镀层的耐磨性能最优,相比于Ni-PTFE其磨损率降低约85%;Ni-Al₂O₃-PTFE复合镀层的磨损形式主要是机械磨损,存在轻微的氧化磨损和黏着磨损,复合镀层表面微凸体的塑性变形可为摩擦表面提供润滑膜,其中PTFE是自润滑颗粒,Al₂O₃颗粒起到支撑与强化的作用,保护镀层免受磨损。
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  制动方式对机车轮残余应力的影响

  何鹏, 鲁松, 宋小齐, 黄孝卿, 高德阳, 谢宣, 范永勤, 陈刚, 贾军战, 张宏钧, 陆波

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(03): 287-293.

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  以新制外径1 066 mm机车轮和磨耗到限机车轮(磨耗轮)为研究对象,使用ANSYS有限元软件建立二维弹塑性模型,对车轮制造态残余应力进行分析;使用X射线衍射法实测车轮辐板圆弧段残余应力且与模型计算结果进行比较,验证模型的有效性;在此基础上,模拟分析新轮和磨耗轮在正常制动及异常制动后的残余应力分布,评估服役过程中车轮的疲劳状态。结果表明:除去车轮辐板机加工的影响,辐板圆弧段残余应力分布的有限元计算与实测结果趋势一致,验证了有限元模型的合理性;新轮在不同制动工况下,残余应力均未发生变化;磨耗轮在制动过程中发生塑性变形,车轮残余应力发生显著变化,塑性变形区域的径向和周向残余应力变为拉应力,且大于原始制造态残余应力;制动过程中随热输入的增大,磨耗轮踏面的周向残余拉应力区域增大,辐板的径向残余压应力增大。因此在车轮服役后期需定期对其踏面进行检修,防止因制动带来踏面裂纹。
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  SLAM技术在矿井智能化的研究现状与应用进展

  徐中华, 张鑫, 付信凯, 崔智翔, 江松

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(03): 294-304.

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  智能采矿是矿井生产发展过程中的重要阶段,直接影响矿产企业的安全生产、矿产产量、经济效益和社会效益,随着矿井智能化水平的提高和相应政策的颁布,特别是我国智慧矿山和智能感知设备的快速发展和普及,矿井智能化地图构建和定位导航技术已成为重要的研究课题。回顾传统矿井地图绘制和定位技术的发展历程,结合矿井环境特点分析传统技术面临的挑战。介绍同步定位与建图(SLAM)技术在矿井智能化应用方面的优势,综述SLAM技术在非结构化复杂矿井工作环境下数字地图构建及无网络井下人、机/车定位导航的研究现状与应用进展。最后,对未来SLAM技术在矿井智能化领域中的发展趋势进行展望,即融合深度学习、三维重建与可视化、5G与云计算等。
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  基于改进点线特征与惯性传感单元融合的SLAM算法

  管玲, 李丹, 李俊祥, 陆钰

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(03): 305-313.

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  针对传统同步定位与建图(SLAM)算法在密集环境中过度提取线段的问题,提出1种基于改进点线特征与惯性传感单元(IMU)紧耦合的SLAM算法,即IPLI-SLAM。在数据预处理阶段采用Shi-Tomasi特征进行点特征提取并使用LK (LucasKanade)光流进行跟踪和匹配;引入线特征,在像素梯度过滤机制的基础上改进直线段检测(LSD)提取算法,筛选过滤线特征密集区域;将视觉点线信息与IMU紧耦合后加入后端,提高算法精度,最后将IPLI SLAM算法在数据集EuRoc与实际场景下进行测试验证。结果表明:相较于LSD算法,改进LSD算法的提取及匹配时间减少8.2%;相较VINS-mono与PL-VINS算法,IPLI-SLAM算法定位精度分别提高50.7%,13.2%,在运动速度快、场景模糊的环境中定位精度分别提高55.6%,25.1%;在实际多纹理场景中本文算法定位轨迹起点与终点相差的距离均小于VINS-mono算法,由此证明本文算法在显著提高定位精度的同时,还具有更高的稳定性和更强的鲁棒性。
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  一种简单高精度的线结构光传感器标定方法

  张然

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(03): 314-320.

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  线结构光三维视觉测量是获取物体表面三维数据的主要方法之一,传统的线结构光标定结果完全依赖提取光条纹特征点的数量,实际操作中无法保证提取足够多的特征点来拟合平面。针对这一问题,设计1种新的线结构光标定方法,将相机中心与结构光光条纹中心的任一特征点连成直线,不需求得光条纹中心线所有点的坐标,只需找到光条纹与棋盘格格边的交点;将其作为光条纹的特征点,控制特征点的数量,基于一次拟合特征点在像素坐标系下的直线方程,再联立直线方程与棋盘格平面方程,得到相机坐标系下的特征点坐标,依次求得3条及以上光条纹的中心坐标;利用多条不重合的直线拟合平面,采用二次拟合的方法提高标定精度。通过实验室搭建的线结构光单目相机对本文方法进行标定实验,结果表明:特征点到光平面的平均距离为0.052 mm,该距离在标定误差范围内,本文方法可有效解决因特征点较少而导致标定误差大的问题。
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  融合改进斜四邻域A^*与三次B样条曲线的路径规划算法

  付金岗, 李丹, 王鹏杰

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(03): 321-327.

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  针对传统A*算法八邻域搜索路径节点多导致搜索及规划路径速度慢的问题,提出1种融合改进斜四邻域A*与三次B样条曲线的路径规划算法。在传统八邻域搜索启发下,删除原本上下左右4个方向上的搜索路径,保留右上、右下、左上及左下4个方向的搜索路径,使算法在搜索时速度更快,搜索路径节点数更少;引入三次B样条曲线,优化路径上的尖锐拐点,使路径更平滑。采用提出的算法与其他2种算法在3种不同分辨率及不同障碍率的地图上进行实验验证。结果表明:相比于传统A*算法,改进斜四邻域A*算法的搜索时间缩短83.4%,路径节点数减少89.7%;引入的三次B样条曲线使斜四邻域A*算法规划出的路径更平滑,提出的算法可极大提高路径搜索及规划的有效性。
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  创新链视角下高技术产业创新韧性及其空间网络结构分析

  张慧, 刘家树, 崔书会

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(03): 328-341.

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  结合创新和韧性理论,基于创新链视角构建高技术产业创新韧性评价指标体系,以1997—2020年中国30个省(区、市)为样本,采用熵权-TOPSIS模型对高技术产业创新韧性进行综合测度,并采用社会网络分析法和修正引力模型,探究其空间关联网络特征及其驱动因素。结果表明:高技术产业创新链韧性的空间关联日趋紧密,网络关联数和网络密度呈阶段性小幅波动,网络等级度较为稳定;空间网络结构呈现“核心-边缘”特征,东部处于核心位置,而中、西部在网络中处于边缘位置;产业结构升级、研发投入和产业化能力等因素显著影响高技术产业创新链韧性的形成与演变。根据研究结论,提出政策建议:以整体观推动各省(区、市)要素协同、技术协同、产业协同,推动区域协同创新发展;发挥核心区域和边缘区域自身优势,促进各区域协调发展;发挥空间溢出效应,促进区域高技术产业创新链韧性增强;优化创新环境,提高资源配置效率。
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  递归趋势调整单位根检验与功效提升研究

  江海峰, 初子靖

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(03): 342-349.

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  提出2种新递归趋势调整方法,并构建引理;利用引理推论推导4种递归趋势调整模式下单位根检验量的极限分布,使用蒙特卡洛模拟方法获取检验量分位数;选取2019年1月2日至2023年2月16日上证综合指数收盘价共1 000个观测值对递归趋势调整检验量进行实证研究。理论推导表明:和已有调整方法相同,新调整后变量不再含未知参数,可用于构造单位根检验量;基于递归趋势调整检验量在大样本下收敛于维纳过程的泛函,但与已有分布不同,需使用蒙特卡洛模拟方法重新获取分位数。模拟研究表明:第一种和第三种检验量分位数随样本容量增大而上升,第二种和第四种检验量分位数随样本容量增大而下降,但均呈现收敛趋势;和经典DF检验相比,在具有满意检验水平同时,递归趋势调整方法不但能够显著降低估计偏差,还能明显提高检验功效。实证结果表明:无论是上证综合指数对数收盘价序列还是收益率序列,递归趋势调整检验模式都能得到正确的检验结论。