2025年, 第44卷, 第02期　
刊出日期：2025-04-25

  

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  基于偏心理论的异型构件编织工艺推理方法

  崔博, 阳海棠, 李麒阳, 俞建勇

  天津工业大学学报. 2025, 44(02): 1-7.

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  为实现复合材料异型构件编织预成型体的精确自主生产，提出了一种基于偏心理论的异型构件编织工艺推理方法，提出编织的偏心参数并分析偏心下纱线的沉积规律，基于收敛长度随时间的响应函数建立纱线在芯模表面落点的位置方程；应用模型重构算法，重构异型构件的变截面、大曲率等表面轮廓特征；基于轮廓特征对纱线分布进行优化设计，实现编织速度、牵引速度、牵引轨迹等工艺参数推理。结果表明：该工艺推理方法使芯模内外侧覆盖率差值降低了68.9%，显著提升了编织异型预成型体的一致性。
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  碳-玻璃纤维夹层泡沫缝合复合材料的弯曲性能

  毛丽贺, 朱佳琦, 陈利, 焦亚男, 鲁吉文, 孙荣庆

  天津工业大学学报. 2025, 44(02): 8-14+22.

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  针对夹层泡沫复合材料在弯曲载荷下易分层失效的问题，通过缝合技术来增强其弯曲性能。通过实验方法研究缝合密度和面板厚度对复合材料弯曲性能的影响，并结合有限元模拟分析弯曲过程渐进损伤。结果表明：碳-玻璃纤维夹层泡沫缝合复合材料的弯曲性能与缝合密度和面板厚度呈正比关系。当缝合密度为10 mm×10 mm、面板厚度为5层时，试样弯曲性能最优，弯曲强度达到73 MPa，弯曲模量为4.19 GPa，弯曲刚度为4.01×10～6 N·mm²；碳-玻璃纤维夹层泡沫缝合复合材料弯曲破坏形貌主要表现为上面板凹陷、下面板断裂、泡沫发生压缩变形和剪切破坏现象，缝线树脂柱出现抽拔断裂。
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  滑动方向对编织复合材料摩擦磨损性能的影响

  裴晓园, 孙晴, 贾志坤, 刘思琦, 徐志伟

  天津工业大学学报. 2025, 44(02): 15-22.

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  为了提升三维编织复合材料的抗摩擦磨损性能，研究了编织复合材料横向和纵向的微观结构对其摩擦磨损性能的影响，优化了编织复合材料的工艺参数，并对复合材料在不同方向上的硬度、导热系数、磨损表面形貌进行分析。结果表明：编织复合材料横向截面中的碳纤维面积占比低于纵向；其横向的硬度和导热系数高于纵向；纤维体积分数由0增加至57.5%时，复合材料横向的平均摩擦因数降低了34.37%，磨损率降低了99.36%，纵向的摩擦因数降低了31.29%，磨损率降低了98.95%；复合材料横向的摩擦因数稳定性在纤维体积分数为57.5%时最高，而纵向的摩擦因数稳定性在纤维体积分数为50.5%时最高；编织复合材料横向和纵向磨损表面的损伤程度随着纤维体积分数的增大而降低，润滑膜的质量提高。
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  基于白石墨基阻燃剂的PVC复合材料阻燃抑烟改性

  刘晓辉, 李迪, 张秋艳

  天津工业大学学报. 2025, 44(02): 23-28+36.

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  为解决聚氯乙烯（PVC）热降解或燃烧过程中释放大量的有毒烟雾和阻燃性差的问题，基于路易斯酸碱理论进行设计，成功合成了“白石墨”基阻燃剂BN-GP-PMA，采用磷酸胍（GP）和磷钼酸水合物（PMA）对具有“白石墨”之称的氮化硼（BN）进行改性，并利用共混改性法制备了PVC复合材料。采用傅里叶红外光谱和X-射线光电子能谱仪，探讨了阻燃剂的结构组成；利用热重分析仪、临界氧指数测定仪和锥形量热仪分析了PVC及其复合材料的热稳定性和阻燃性性能，并推测了其阻燃机理。结果表明：添加6.5%（质量分数）阻燃剂的BNGP-PMA/PVC复合材料的极限氧指数（LOI）值为28.5%，相较于纯PVC的LOI值（25%）提升了14.0%;BNGP-PMA/PVC复合材料的热释放速率峰值、总热释放量和总产烟量相较于纯PVC分别下降了28.6%、24.1%和13.1%;BN-GP-PMA/PVC复合材料在氮气气氛、800℃下的残炭量相较于纯PVC提高了179.7%。由此表明“白石墨”基阻燃剂BN-GP-PMA赋予了PVC良好的阻燃性和抑烟性能。
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  基于微波耦合碳分散镍催化的废塑料制氢

  赵濉, 赵俊, 张磊, 严峰, 马望京

  天津工业大学学报. 2025, 44(02): 29-36.

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  为实现废塑料制氢的高氢气产量和高氢气选择性，采用传统电炉和微波2种方法制备Ni/C催化剂，采用拉曼光谱、热重分析、SEM、TEM、XRD等方法对Ni/C催化剂和塑料脱氢后的碳产物进行表征，对比分析2种催化剂在微波辐照下对塑料脱氢效率和产物分布的影响，探索2种方法合成的Ni/C催化剂活性差异的原因。结果表明：微波辅助合成的Ni/C催化剂具有优异的微波加热和选择性断裂C—H键的能力，最终实现了53.1 mmol/g(g为塑料质量)和87%的氢气产量和氢气选择性；伴随塑料脱氢后产生的碳在催化剂表面沉积并结晶生长为高附加值碳纳米管。
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  多通道活性炭基导电炭膜的制备及其对盐酸四环素废水的降解性能

  王虹, 蔡超逸, 韩静, 杨睿舟

  天津工业大学学报. 2025, 44(02): 37-42.

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  为高效降解盐酸四环素（TCH）废水，以活性炭为原料，制备了多通道活性炭基导电炭膜（ECM）。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱仪（Raman）等技术对ECM的形貌与结构进行表征；采用循环伏安性能测试（CV）、电化学阻抗谱测试（ELS）等表征手段分析了导电炭膜的电化学活性，并采用ECM膜电极材料设计构建新型的电催化膜反应器（ECMR），研究ECMR催化降解TCH的性能。结果表明：所制备的ECM具有发达的孔隙结构和较好的机械强度与导电性，孔隙率为43.2%、抗折强度为14.3 MPa、电导率为6 275 S/m；在外加电压为2.5 V、TCH质量浓度为50 mg/L、停留时间为5 min的条件下，ECM对TCH的去除率为85%，对总有机碳（TOC）的去除率为72%，且经10次循环使用后其降解性能基本保持稳定，表明ECM是良好的导电膜材料，在处理抗生素废水领域中展现出了巨大潜力。
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  碳载硫化铑催化剂在酸性体系中的氢氧化性能

  初园园, 赵若琛, 周长剑, 欧阳安鑫, 谭小耀

  天津工业大学学报. 2025, 44(02): 43-50.

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  针对传统商业Pt/C电催化剂在酸性电解质特别是盐酸中稳定性差这一问题，采用先冷凝回流后低温煅烧法制备了稳定性良好的高效氢氧化反应电催化剂即碳载硫化铑（RhxSy/C）纳米催化剂，结合物理表征手段以及在1 mol/L HCl中的电化学测试，考察了煅烧热处理的温度对电催化剂催化性能的影响。结果表明：不同的煅烧温度造成了RhxSy/C纳米颗粒中不同的晶相组成，进而影响催化剂的整体催化性能。在350℃煅烧温度下制备的RhxSy/C催化剂既拥有一定氢氧化活性，同时也呈现出良好的稳定性，经过1000圈加速老化稳定性测试后仍能保持87.1%的催化活性。
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  基于新型多电平功率变换器的SRM转矩分配函数控制方法

  蔡燕, 万耀华, 刘云虎, 吴宇航

  天津工业大学学报. 2025, 44(02): 51-62.

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  针对开关磁阻电机（SRM）的传统转矩分配函数（TSF）控制方法在重叠导通区转矩脉动较大的问题，提出一种基于新型多电平功率变换器（MLC）的SRM在线TSF控制方法。利用新型MLC具有的高压快速励磁和高压快速退磁功能来提高各相绕组的转矩跟随能力；并将重叠导通区划分为2个区域，在不同区域依据各相转矩输出能力在线分配参考转矩以进一步减小转矩跟随误差；在减小转矩脉动的同时，运用粒子群优化（PSO）算法对不同工况下的角度控制参数进行离线寻优，以进一步降低电机铜耗。通过仿真和实验对该方法的有效性进行验证，结果表明：本文所提方法有效地减小了电机转矩脉动，尤其在高转速时相较传统方法转矩脉动最高降低了46.6%，同时电机效率也得到了提高。
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  基于改进电流平均值法的PMSM谐波电流抑制策略

  谷鑫, 马兰港, 李奕旸, 金雪峰

  天津工业大学学报. 2025, 44(02): 63-71.

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  针对传统永磁同步电机谐波电流抑制算法中基于低通滤波器和电流平均值法的谐波电流提取方法无法兼顾电流提取精度和动态响应速度的问题，提出了一种基于改进电流平均值法的谐波电流提取方法。将谐波电流信号进行多旋转坐标系变换后，先后经过低通滤波器和电流平均值算法模块进行滤波，从而在保证谐波电流提取精度的同时，加快提取的动态响应速度。将所提出的电流提取方法与电流PI控制策略相结合，通过仿真分析对所提方法的有效性进行了验证。结果表明：电机在500、1500和3000 r/min 3种典型转速下，采用所提方法前后，定子电流总谐波畸变率分别从11.54%、8.14%和8.25%降到了6.84%、4.45%和5.66%，实现了对永磁同步电机5、7次谐波电流的有效抑制。
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  基于随机采样一致算法的卡车车厢点云分割

  耿磊, 杨梅, 肖志涛, 张芳

  天津工业大学学报. 2025, 44(02): 72-77.

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  针对卡车种类多且车厢形变不易分割的问题，提出了基于随机采样一致（RANSAC）算法的分段式分割方法。首先将车厢面进行等分获得多个近似平面的面片，利用Kd-tree建立面片点云之间拓扑几何关系，将点到平面的欧式距离作为判断准则，通过距离阈值对面片进行初始分割；然后设计角度阈值结合RANSAC算法对面片进行优化合并，实现多类型卡车车厢精确分割。实验结果表明：本文设计的卡车分割模型能够对多种类型的卡车车厢进行分割，其中对于双面卡车、四面卡车以及五面卡车的车体尺寸信息的最大相对误差分别为0.048、0.031和0.046m，测量精度满足工程需要。
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  基于图像匹配的钢丝绳芯输送带接头抽动自动检测

  李现国, 郭宽宽, 苗长云

  天津工业大学学报. 2025, 44(02): 78-83.

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  针对钢丝绳芯输送带接头抽动检测有效性和准确性差的问题，提出一种基于图像匹配的钢丝绳芯输送带接头抽动自动检测方法。首先进行图像预处理，提高图像质量；然后使用自动阈值提取钢丝绳端头点；再利用改进的ORB算法进行图像匹配，将待检测图像和基准图像中的钢丝绳端头点一一对应；最后采用基于钢丝绳端头基准点集的接头抽动测量方法计算接头抽动量并进行故障定位。实验结果表明：本文方法能够自动检测并标识出钢丝绳芯输送带接头处的钢丝绳端头点，准确得到钢丝绳端头点的匹配点对，计算出单个钢丝绳端头抽动量、钢丝绳上（下）端头平均抽动量和接头整体抽动量，检测并标识出异常钢丝绳端头的位置和变化量，实现了对接头抽动的自动检测和综合判断。
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  基于NSGA-Ⅱ算法的超声骨刀换能器设计与模态优化

  张宏杰, 蔡养春, 吴军强

  天津工业大学学报. 2025, 44(02): 84-91.

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  为了实现超声骨刀换能器在工作频率附近的多模态分离和寄生模态抑制，提高超声能量传输效率，综合模块化设计、机电等效四端网络、模态频率灵敏度分析、非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）等方法，建立了一种超声骨刀换能器设计与模态优化的新方法，并对其可行性和有效性进行试验验证。试验结果表明：所建立的超声骨刀换能器稳态振幅、模态频差多目标优化模型有效，利用NSGA-Ⅱ算法可获得结构参数的全局最优解；试制的超声骨刀样机工作频率为27.56kHz，稳态输出振幅达到110μm，振幅放大系数较优化前提升50.43%，同时在工作频率附近±2kHz范围内不存在寄生模态，有效抑制了模态密集现象，展现出良好的优化效果。
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  用于焊缝跟踪的TIG焊磁控电弧装置

  岳建锋, 邢恩成, 刘海华, 郗迎斌

  天津工业大学学报. 2025, 44(02): 92-96.

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  针对钨极惰性气体保护（TIG）焊弧压跟踪中采用传统机械摆动装置容易发生钨针与坡口的干涉碰撞问题，设计开发了一套磁控装置，利用外加横向磁场作用于焊接电弧实现柔性电弧往复摆动，通过提取弧压特征信号，获取焊枪焊接过程中的偏差量，用于焊缝跟踪。基于COM.SOL软件建立了磁控装置的有限元模型，研究了励磁回路、电流对磁场强度及分布的影响规律，并将此装置应用到TIG摆动焊接试验。结果表明：形成励磁回路能有效增强装置磁场强度；增大励磁电流，是最方便有效的增强磁感应强度的方法，对应的电弧摆动幅度也有明显提升；在保证磁感应强度不会大幅下降的前提下，焊缝跟踪时励磁频率选取范围应在4 Hz以内；在开展的对中、左偏和右偏2 mm的磁控电弧摆动焊缝偏差实验中，获得了规律性明显的弧压变化特征，为下一步磁控电弧偏差提取和焊缝跟踪打下了基础。