2024年, 第43卷, 第03期　
刊出日期：2024-06-25

  

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  具有光致变色功能的PA6纳微米纤维的制备与性能

  西鹏, 常晓康

  天津工业大学学报. 2024, 43(03): 1-8.

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  为制备具有光致变色功能的纳微米纤维，以萘并吡喃（NA）为变色单元，以甲基丙烯酸甲酯（MMA）为聚合物基质单体，以二氧化硅（SiO_2）为包覆层，制备了光致变色纳微米微球PMMA/NA@SiO_2，然后将PMMA/NA@SiO_2纳微米微球引入到尼龙6的静电纺丝溶液中，通过对静电纺丝过程中的各工艺参数的优化，对PA6的基本形貌进行了在线调控，成功制备了直径分布较均匀的PA6纳微米变色纤维。场发射扫描电镜和紫外可见光分光光度计的测试结果表明：PMMA/NA@SiO_2的直径范围在100～210 nm之间；在PMMA/NA@SiO_2质量分数小于10%时，纤维样品的形貌无明显变化，变色性能随添加的变色材料的增加而增强，所制备的样品变色性能和纤维形貌最好，在紫外光照射后会呈现出较好的变色性能和耐疲劳性；通过紫外灯照射发现，相对于λ=365 nm的紫外光，λ=254 nm的紫外光对该光致变色纳微米纤维的变色性能影响较大。
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  2.5D机织复合材料双剪连接力学行为与损伤机制

  钱坤, 江昊, 张典堂

  天津工业大学学报. 2024, 43(03): 9-15+22.

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  为研究装配参数对2.5D机织复合材料连接性能的影响，制备了具有不同宽径比w/D与边径比e/D的2.5D机织复合材料试样，通过双搭接拉伸实验，分析了在连接载荷下材料的力学行为与失效模式，并借助微计算机断层扫描技术（Micro-CT）观察试样内部损伤情况，阐明其损伤机制。结果表明：试样在w/D和e/D分别取6和3时，表现出较高的力学性能，但适当减少w/D或e/D依旧能保有相当强度，当w/D下降为4时，刚度减少3.18%，极限挤压强度减少2.77%；当e/D下降为2.5时，刚度与强度分别减少1.62%和7.19%；螺栓孔的位置参数对材料的失效模式影响显著，减小w/D使经纱承受更多载荷，失效模式向净张力失效演变；减小e/D使纬纱承受更多载荷，失效模式向撕裂失效演变。
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  含镍铬合金丝纬编电热层复合材料的拉伸性能

  孙颖, 冯亚, 刘梁森, 崔艳超, 陈利

  天津工业大学学报. 2024, 43(03): 16-22.

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  为开发一种航空飞行器防冰用电热复合材料，选取3种细度的镍铬合金丝，基于平针、罗纹和双罗纹3种纬编结构，优选了6种镍铬合金丝纬编电加热织物，以镍铬合金丝纬编织物为电热层，制备玻璃/环氧电热复合材料，并采用实验方法研究了镍铬合金丝细度和纬编结构对电加热织物及其复合材料的电热性能和对复合材料拉伸性能的影响。结果表明：同种纬编结构，镍铬合金丝细度较大，织物电热转换效率较低，电加热织物及其复合材料表面最高平衡温度较高，电热复合材料拉伸强度较小；同种镍铬合金丝细度，在11 V直流电压30 s下，平针组织电加热织物为电热层的复合材料表面温度由室温升高到74.1℃，升温速率达1.63℃/s，较罗纹和双罗纹组织升温速率分别高154.69%和33.61%；平针组织电加热织物为电热层的复合材料的拉伸强度为450.2 MPa，较罗纹和双罗纹组织拉伸强度分别高3.68%和4.53%。初步工作表明，含镍铬合金丝纬编电热层复合材料有望满足航空飞行器防冰用电热复合材料的需求。
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  溶胶凝胶法铈锆锰基脱硝催化剂制备及性能

  李渊, 王旭超, 谭小耀

  天津工业大学学报. 2024, 43(03): 23-31.

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  为了提高铈锆基脱硝催化剂的低温脱硝性能，采用溶胶凝胶法和溶胶凝胶法+浸渍法制备了一系列铈锆锰基脱硝催化剂，通过XRD、XPS、N_2-吸附脱附、NH_3-TPD、H_2-TPR、SEM/EDS等手段对催化剂进行了表征，对催化剂的脱硝性能进行了评价。结果表明：在100～350℃温度范围内，空速为220 000 h~(-1)的条件下，采用溶胶凝胶法制备的CZM-0.2催化剂展现出最好的低温脱硝性能；CZM-0.2催化剂优异的低温脱硝性能主要与其较好的Mn分散度、较高的Mn~(4+)含量、较强的低温还原性能（MnO_x的逐步还原）和较多的弱酸位点有关。
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  含聚醚基团阴离子表面活性剂对PMMA表面润湿性的影响

  赵濉, 陈兴锋, 张磊, 严峰, 张路

  天津工业大学学报. 2024, 43(03): 32-39+49.

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  为了探索同时具有聚氧异丙烯基团（PO）和聚氧乙烯基团（EO）的延展型表面活性剂分子在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）表面的润湿性调控机制，对5种具有PO基团和EO基团的阴离子延展型表面活性剂十八烷基-（聚氧异丙烯）_m-（聚氧乙烯）_n-羧酸钠（C_(18)PO_mEO_nCOONa,m=5、10、15和n=5、10、15）溶液在PMMA表面的润湿性进行测试分析，考察了PO基团、EO基团和表面活性剂浓度对表面张力（γ_(LV)）和接触角（θ）的影响，并计算黏附张力（γ_(LV)cos θ）、黏附功（W_A）和固液界面张力（γ_(SL)）等吸附参数。结果表明：表面活性剂浓度小于临界胶束浓度（CMC）时，C_(18)PO_mEO_nCOONa分子在溶液-空气界面和PMMA-溶液界面吸附，导致γ_(LV)降低，疏水烷基链朝向水相，导致γ_(SL)升高，两者共同作用导致θ不发生变化，维持在约75°；浓度大于CMC时，C_(18)PO_mEO_nCOONa分子在溶液-空气和PMMA-溶液界面同时达到饱和吸附，吸附参数趋于稳定；进一步增大浓度，C_(18)PO_mEO_nCOONa分子通过疏水相互作用在PMMA-溶液界面形成聚集体，亲水基团朝向水相，导致γ_(SL)迅速减小，θ急剧降低，C_(18)PO_5EO_(15)C的θ可降低至约43°。随着PO基团数量的增加，C_(18)PO_mEO_nCOONa在CMC时的γ_(LV)和高浓度时的θ逐渐升高；而随着EO基团数量的增加，γ_(LV)和θ几乎不发生变化。
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  基于草酸沉淀稀土母液直接复用工艺的风化壳淋积型稀土矿浸取

  冯健, 吴晓燕, 薛永萍, 周芳, 池汝安

  天津工业大学学报. 2024, 43(03): 40-49.

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  为解决草酸沉淀稀土母液复用浸矿工艺无法在禁止使用强酸强碱的矿区开展这一问题，优化了稀土沉淀工艺以减少母液中残留草酸，探索了母液中草酸对稀土浸出过程的影响，从而实现沉淀母液直接复用浸矿，并对其动力学模型和传质过程进行分析。结果表明：优化工艺条件为草酸与稀土的摩尔比（M_o∶M_r）为3.5，草酸质量分数为5%，搅拌速率为300 r/min，陈化时间为8 h，此时，沉淀母液中残留草酸浓度为0.002 5 mol/L，低于0.006 3 mol/L，可直接用于稀土浸取过程，稀土浸出率达90%以上，表明优化工艺条件下可实现沉淀母液直接复用；草酸沉淀稀土母液直接复用工艺中稀土的浸出过程受内扩散动力学控制，浸取温度的升高有利于稀土的浸取传质过程。
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  基于RT-YOLO-V5的芯片外观缺陷检测

  郭翠娟, 王妍, 刘净月, 席雨, 徐伟, 王坦

  天津工业大学学报. 2024, 43(03): 50-57.

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  针对传统的人工芯片检测方法效率低、过分依赖人为操作且误检率高等产生的问题，提出了一种基于ResCBS模块与增加微检测层（Tiny-scale detection layer）的RT-YOLO-V5检测方法用于检测芯片外观缺陷。首先搭建了图像采集系统，并制作了芯片外观缺陷检测数据集。为解决芯片外观缺陷形状不规则、大小不统一、位置不确定带来的检测精度低等问题，在CBS模块中增加短连接，融合输入输出的特征信息，减少信息损失，优化推理速度；其次，增加一个微小尺度的检测层，提高模型对微小目标的特征提取能力。实验结果表明：使用改进后的网络对芯片外观缺陷进行检测，平均精度（mAP）达到95.5%，相对于原始网络提升了5.7%；除此之外，改进后的RT-YOLO-V5在先验框损失（Box＿loss）与小目标缺陷的检测精度上都得到了一定的提升。
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  基于图结构增强的图神经网络方法

  张芳, 单万锦, 王雯

  天津工业大学学报. 2024, 43(03): 58-65.

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  针对图卷积网络（GCNs）在面对低同质性的图结构时性能骤降问题，提出了一种新颖的基于图结构增强的图神经网络方法，用于学习改善的图节点表示。首先将节点信息通过消息传播和聚合，得到节点的初始表示；然后计算节点表示的相似性度量，得到图的同质结构；最后融合图的原始结构和同质结构进行节点的信息传递得到节点表示用于下游任务。结果表明：在6个公开的数据集上，所提算法在节点分类的多个指标上均优于对比算法，特别是在同质性较低的4个数据集上，所提算法的准确度（ACC）分数分别超过最高基准5.53%、6.87%、3.08%、4.00%，宏平均（F1）值分别超过最高基准5.75%、8.06%、6.46%、5.61%，获得了远高于基准的优越表现，表明所提方法成功改善了图数据的结构，验证了该算法对图结构优化的有效性。
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  高频双频Buck变换器平面集成磁件优化设计

  高圣伟, 于冠恒, 赵虹宇

  天津工业大学学报. 2024, 43(03): 66-74.

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  针对目前开关器件和磁性元件性能不足导致双频Buck变换器的效率和功率密度低的问题，研究了一种高效高功率密度的双频Buck变换器。变换器将工作在连续导通（CCM）模式，采用解耦合的平面集成电感器完成系统磁元件的集成，结合磁件的集成方法、有限的PCB层数和变换器的特性给出双频Buck变换器的参数，然后，提出了一种双频Buck变换器平面磁件的设计方法，并完成系统磁元件的优化设计。最后，基于第3代半导体SiC器件以及平面集成磁件，设计了额定功率200 W、开关频率400 kHz的双频Buck变换器。结果表明：该变换器峰值效率将达到96.1%，功率密度为46.1 W/in~3(1 in=25.4 mm)，验证了双频Buck变换器设计方法的正确性和有效性。
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  中厚板多层多道焊视觉测量与工艺规划

  王天琪, 张树浩, 龙斌, 王克宽

  天津工业大学学报. 2024, 43(03): 75-81.

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  针对中厚板多层多道焊的焊道测量问题，提出利用焊缝检测和焊道尺寸视觉测量的信息融合自适应微调焊枪位置的方法。首先基于结构光视觉传感器系统采集焊缝图像，在典型图像处理算法的基础上，结合FROSAC提取算法提取焊缝特征信息；将提取到的特征点进行坐标转换，采用视觉测量获得焊道轮廓和尺寸信息，来修正机器人的运动路径；根据焊缝特征信息分析工艺参数对焊道成型的影响，确定焊道层数、各焊道的工艺参数以及焊枪的偏移量，完成多层多道焊接工艺规划；最后基于搭建的机器人焊接视觉系统在12 mm母材上进行V形坡口多层多道焊接试验。结果表明：该方法下坡口填充良好，焊道尺寸平均测量误差小于0.2 mm，满足多层多道焊接工业应用需求。
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  间隔织物双剑杆织机平行打纬机构箱体的振动分析

  杨建成, 刘艳哲, 黄子文, 赵全鹏, 刘健

  天津工业大学学报. 2024, 43(03): 82-88.

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  针对双剑杆织机共轭凸轮与四连杆组合的平行打纬机构箱体随着织机转速的提高产生强烈振动，影响打纬精度和可靠性的问题，采用理论分析与虚拟仿真结合的方法对打纬机构及箱体进行动应力和振动特性研究。建立了平行打纬机构的动态静力分析方程，运用ADAMS软件对机构进行多体动力学仿真，求解箱体所受的支反力；构建箱体—弹簧阻尼—柔性基础的系统模型，分析箱体在竖直方向的受迫振动，并在仿真过程中探索减小箱体振动的方法。研究结果表明：摆臂轴孔处箱体所受支反力峰值最大，打纬推程阶段箱体的受力最为集中；当凸轮轴转速为260 r/min时齿轮啮合频率与箱体一阶固有频率相等，会产生共振，应避免使用这一转速工作；箱体在竖直方向上产生周期性振动，增加螺栓个数和附加动力减震器有助于改善箱体的振动特性，振幅分别减少38%和23%。