郑州大学学报(工学版)

碳量子点诱导人体肝癌细胞凋亡的研究

郭一民,张涛,李卓扬,席果果,左磊,曹永平,王雅泓 — 2020年09月25 00:00

采用石墨脉冲电解法制备了碳量子点溶胶 ,利用透射电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱和荧光光谱等手段对碳量子点的形状、尺寸、结构和性能进行了表征。碳量子点为近似球形，平均粒径为6.93nm,表面含有多种富氧官能团并具有荧光特性。体外细胞毒性试验表明:当碳量子点浓度高于一定值时,溶胶能诱导人体肝癌细胞凋亡，对其具有显著的抑制作用。对碳量子点诱导凋亡后的人体肝癌细胞进行了透射电子显微镜观察,结果显示其对线粒体产生了损伤。在相同的浓度范围内,碳量子点溶胶对人体淋巴细胞几乎没有产生影响。碳量子点溶胶具有选择性诱导人体肝癌细胞凋亡的作用,对于研究新型无毒副作用的抗癌药物具有重要意义。

以高炉渣为助烧剂制备ZTA/TiC复合陶瓷及其性能研究

卢红霞,高凯,李明亮,王海龙 — 2020年09月25 00:00

以3μm α -Al ₂ 0 ₃ 为主要原料,辅以纳米Al ₂ 0 ₃ 、ZrO ₂ ,和TiC等原料,工业废渣一高炉渣为助烧剂,热压烧结制备ZTA/TiC复合陶瓷。利用XRF、XRD、DSC、SEM、三点弯曲试验和维氏压痕等表征手段,研究了原料组成和烧结温度对复合陶瓷物相组成、微观结构及力学性能的影响。结果表明:15%(质量分数,下同)纳米Al ₂ 0 ₃ 及5%纳米TiC的加入有利于复合陶瓷力学性能的提升,烧结温度为1650 ℃ 时,材料的抗弯强度和断裂韧性分别为510MPa和6.58MPa.m ^1/2 ,沿晶断裂与穿晶断裂同时存在,使复合陶瓷有较好的综合性能。添加质量分数为4%的高炉渣，1550 ℃ 热压烧结30min,得到的ZTA/TiC复合陶瓷相对密度为99.5%,抗弯强度和断裂韧性分别为555MPa和5.20MPa.m ^1/2 ",比相同温度下未添加高炉渣时的性能优良。烧结时高炉渣产生的液相可促进Al ₂ 0 ₃ 棒晶生长并降低烧结温度;同时由于其析晶特性,陶瓷基体中的玻璃相减少,陶瓷强度提高。

石墨烯为载体的Pd/SnO₂纳米复合材料的制备及其对CO气敏性能研究

2020年09月25 00:00

采用沉淀法和超声浸渍法制备出不同石墨烯(G)载体量(G _x％ )的二氧化锡(SnO ₂ )复合材料,并成功负载贵金属钯(Pd)得到Pd _1.5％ /SnO ₂ /G _x％ ,复合材料。分析比较Pd _1.5％ /SnO ₂ 纳米复合材料及其石墨烯载体量分别为0.1%、0.25%、0.5%、0.75%(质量分数)的Pd _1.5％ /SnO ₂ /G _x％复合材料对CO气敏性能。结果表明:石墨烯的加入在抑制SnO2纳米颗粒团聚的同时也提高了其均匀分散程度,从而提升Pd _1.5％ /SnO ₂ /G _x％对CO的灵敏度。其中,Pd _1.5％ /SnO ₂ /G _0.25％对CO表现出更好的传感特性。在最佳工作温度75 ℃ 下,该复合材料对115mg/m ³ CO的灵敏度值为56.2,响应时间和恢复时间分别为7s和10s,且当CO质量浓度降至5.75mg/m ³ 时,该传感器仍对CO具有较好响应。

新型N,S共掺杂微孔碳材料的制备及性能研究

炊宁博,黄佳佳,原思国,田志红 — 2020年09月25 00:00

以三聚氯氰和噻吩为反应单体,通过简单的傅克烷基化反应制备含N 、 S多孔有机聚合物(PCT),进而以PCT为碳前驱体,采用氢氧化钾活化法在不同温度下碳化得到N.S共掺杂微孔碳材料(CPCT-X),研究碳化温度对材料比表面积和孔径的影响规律,并考察具有不同孔结构和杂原子含量微孔碳材料的CO ₂ 捕集性能和电化学性能。结果表明:CPCT-X具有较大的比表面积(1629 m ² · g ^-1 )和高微孔孔隙率(96.7%),碳化温度为600 ℃ 时,具有最好的CO ₂ 捕集性能(5.5 mmol/g,273K,0.1MPa);同时,CPCT-X具有很好的超电性能，当碳化温度为700 ℃ 时,比电容可达210F/g(电流密度为0.5A/g)。

基于超声纳米表面改性的镁锂合金强化研究

邹云,王起龙,李阳,卢政彤,刘书豪,张银霞 — 2020年09月25 00:00

为了得到超声纳米表面改性(UNSM)技术的工艺参数(静压力、移动速度和间距)对LA106镁锂合金表面性能指标(硬度、粗糙度和硬化层深度)的影响程度,采用显微硬度计和三维表面形貌测量系统分别测试LA106镁锂合金经UNSM处理后的显微硬度值和表面粗糙度;并结合显著性方法分析正交试验结果,利用多目标优化设计方法研究了不同UNSM工艺参数下的综合强化效果。结果表明:UNSM工艺参数对LA106镁锂合金综合强化效果影响程度由大到小的顺序为静压力、间距、移动速度;经过多目标优化设计,通过直观分析得到了UNSM处理LA106镁锂合金工艺参数的最佳组合:静压力0.3MPa,移动速度1500mm/min,间距0.05mm,利用UNSM技术强化LA106镁锂合金时,主要应考虑静压力的影响。

Fe/Cu纳米复合材料对罗丹明B的吸附性能研究

贾瑞娟,王钰翠,常春,韩秀丽 — 2020年09月25 00:00

以红薯叶提取物为原料绿色合成 Fe/Cu纳米复合材料,用其处理含有罗丹明B(RhB)的废水，并采用响应面法(RSM)对吸附时间、吸附剂用量、pH等吸附条件进行了优化。吸附平衡数据符合Sips等温模型,且热力学参数表明对罗丹明B的吸附过程是一个自发的吸热过程。准二级动力学模型能很好地描述Fe/Cu纳米复合材料对罗丹明B的吸附过程。在298K时,Fe/Cu纳米复合材料对罗丹明B的最大吸附量是484.18mg/g,表明Fe/Cu纳米复合材料在罗丹明B废水处理上有较好的应用前景。

基于分解多目标进化的椭圆定日镜场布局

邓立宝,吴怡然,郭苏 — 2020年09月25 00:00

针对塔式太阳能热电站中的定日镜场布局多目标优化问题 ,将基于分解的多目标进化算法(MOEA/D)应用于定日镜场布局领域,提出了基于改进的MOEA/D多目标定日镜场布局优化算法(MOEA/D-HFL)。首先建立了以镜场年均综合光学效率和镜场占地面积为目标的椭圓形定日镜场优化模型,接着将基于佳点集和反向学习的初始种群生成策略、目标函数稳定归一化机制以及动态遗传交叉分布指数引入MOEA/D用于求解该问题,获得了定日镜场布局问题的Pareto前沿,并利用模糊集理论获得了最优折中解。为验证所提算法的性能,将MOEA/D-HFL算法与NSGA-II和基本MOEA/D对比，仿真结果证明了MOEA/D-HFL在多目标定日镜场布局问题上的高效性与准确性。

基于相似日和特征提取的短期风电功率预测

张颖超,成金杰,邓华,宗阳,章璇 — 2020年09月25 00:00

为提高短期风电功率预测精度,增强预测模型对特定天气状况的代表性和适应性,提出一种基于离散Fréchet距离与核熵成分分析(KECA)相结合的数据处理方法。通过引入离散Fréchet距离,建立匹配相似日的数学模型,提取与预测日相似的样本,使用KECA从多种气象要素中提取合适的非线性主.元作为支持向量机(SVM)模型的输入。实验结果表明:所提出的方法明显提高了预测精度并具有一定的适用性。

平滑含DG配网功率波动的储能容量优化研究

段俊东,付子恒,张普胜,张永辉 — 2020年09月25 00:00

风电、光伏等分布式电源(distributed generation,DG)并网后,其间歇性、不稳定性与用电负荷的周期性、季节性相结合会加剧电网的功率波动。为抑制由DG并网造成的功率波动,研究了用于平滑功率波.动的储能系统(energy storage system, ESS)容量优化办法。利用经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)的方法,对含DG的配网功率样本进行EMD处理。基于分解结果,考虑ESS运行效率及荷电状态的约束,确定所需的ESS最小容量。算例表明:该方法可使含DG配网功率的波动明显降低，其中按曲线3配置的ESS可使含DG的配网功率在30min内最大波动率由53.46%降低至24.67%,且系统可正常稳定地运行,同时也具有一定的“削峰填谷”作用,减小电力系统“调峰”压力。

基于模糊集理论的土石坝开裂破坏风险分析

李宗坤,宋子元,葛巍,王特,张兆省 — 2020年09月25 00:00

针对传统土石坝抗裂可靠度分析只考虑变量随机性的不足,引入模糊集理论,综合考虑土体应变参数随机性和模糊性及失效准则模糊性分析,构建了土石坝开裂破坏风险评估模型。求解模型时,运用水平截集将模糊参数转化为区间数,采用Monte Carlo模拟方法求解模糊风险率区间上下限。应用该模型对毛尖山水库大坝进行开裂风险分析,当水平截集a取0.5时,得到大坝运行5a和39.5a的开裂破坏模糊风险率区间分别为[5.23%,7.91%]和[28.91%,32.49%]。分析结果表明:与根据传统风险确定值得出的结论相比,根据模糊风险率区间得出的结论更切合大坝开裂的实际状况，可为大坝结构安全评估与管理提供参考和依据。

城市水源地深层承压水合理开采水位阈值研究

窦明,胡浩东,潘登,王继华 — 2020年09月25 00:00

从中国城市水源地长期开采深层承压水存在的各种问题出发,提出了承压水合理开采水位概念及划定方法。以河南省西平县新建水源地为研究区,根据研究区实际条件建立地下水数值模型,通过地下水数值模拟方法确定不同开采情景下地下水位的变化情况,并利用地面沉降经验公式计算出研究区不同开采情景下的年均沉降速率,结合划定的水源地保护区边界,划定研究区城市水源地承压水合理开采水位。结果表明:在开采承压水的同时,为防止承压水开采引发严重的地面沉降,西平县新建水源地地下水平均开采强度应控制在18 200~33 400 m’/d; 以G06观测井为例,正常开采水位为27.58 m,限制开采水位为24.12 m,禁止开采水位为20.34 m,承压水合理开采水位阈值为20.34~27.58 m。

基坑开挖对邻近管线变形影响及控制措施研究

郜新军,段鹏辉,王磊 — 2020年09月25 00:00

为了探明基坑开挖引起的邻近地下管线的附加变形 ,依托实际工程,基于有限元分析方法,建立了基坑及邻近管线的三维整体数值模型,分析了深基坑开挖过程中邻近管线的位移变化规律并对其安全性进行了评价;基于评价结果,提出了注浆法、微型桩法及二者联合的3种管线加固措施,并对比分析了3种加固措施的加固效果。结果表明:随着开挖深度的不断加深,管线的水平位移和竖向位移的最大值也在不断增大,两者均出现在管线的中间位置;注浆法加固通过增大注浆区域宽度的大小,对管线水平位移有很好的抑制作用,对管线竖向位移影响很小;微型桩法对管线竖向位移有很好的抑制作用，对管线水平位移基本没有影响;而二者联合的方法可很好控制管线的水平及竖向位移,是一种较为有效的加固方法。

剩余污泥驯化过程中的除磷性能

彭赵旭,韩微,姜昆,李磊 — 2020年09月25 00:00

为了探究闲置剩余污泥活性恢复过程中除磷性能的变化,采用厌氧-好氧交替运行的序批式间歇反应器(SBR)进行驯化,考察了比释(吸)磷量、比释(吸)磷速率、污泥浓度、吸释比(好氧吸磷量与厌氧释磷量的比值)等指标的变化。结果发现:在污泥龄控制为12.5 d的情况下,比释磷量与比吸磷量的恢复进程保持同步,其相关系数为0.927。除磷性能在活性污泥更新了16.7%时开始复苏,更新了45. 8%后迅速提高,此时吸释比稳定在1.5~2,活性污泥更新58. 3%时除磷性能基本完全恢复。厌氧段释磷期间pH的下降值可以间接指示吸磷表现,厌氧段pH在硝酸盐膝后的降低值与释磷量间的相关系数为0.675,而氧化还原电位(ORP)无论在厌氧还是好氧过程均无法指示除磷性能的变化。结构稳定的活性污泥是生物除磷性能恢复的前提,驯化过程中污泥浓度趋于稳定时除磷性能开始显著改善。

工程卡车行驶引发地面振动特性研究

时刚,田新涛 — 2020年09月25 00:00

针对城市道路行驶工程卡车引起周围地面振动问题,引入路面不平整函数,建立工程卡车的七自由度运动模型方程;利用FlexPDE软件求解出车轮激励,并施加于道路土体有限元模型上;在此基础上,研究了车辆引发地面振动的传播规律,并讨论车速、载重、路面特性对周围地面振动的影响。结果表明:近振源范围内,地面竖向和横向振动衰减速率明显高于远振源区城;速度和载重的增大对地面振动影响显著;随着路面不平整波长的提高,地面振动响应往往会降低。

基于FV-FBE的滚动轴承故障诊断研究

雷文平,宋圣霖,郝旺身,陈宏,胡鑫 — 2020年09月25 00:00

针对单通道信号不能全面提取旋转机械的振动信息,为了从强背景噪声中准确提取出滚动轴承的微弱故障特征,提出了一种全矢频带熵(FV-FBE)的滚动轴承故障诊断算法。该方法采用短时傅里叶变换计算频带熵(FBE) ,根据FBE最小原则自适应设计双通道信号的带通滤波器带宽和中心频率,对滤波后的双通道信号采用全矢Hilbert 包络解调,得到全矢包络谱进行滚动轴承的故障识别。实验结果表明:FV-FBE算法可以全面准确地提取滚动轴承故障特征,优于谱峭度算法得到的全矢包络谱,抗干扰能力强。

平稳随机激励下约束阻尼结构布局优化设计

房占鹏,张孟珂,李宏伟 — 2020年09月25 00:00

针对平稳随机激励下约束阻尼结构布局优化问题,采用虛拟激励法对平稳随机激励下约束阻尼结构振动响应进行分析。以平稳随机激励下约束阻尼结构位移响应均方根值最小化为优化目标,约束阻尼材料体积为约束条件,建立约束阻尼结构的拓扑优化模型。提出复模态叠加法和伴随法相结合的灵敏度分析方法,以提高灵敏度计算效率。采用移动渐近线法(MMA)对建立的拓扑优化模型进行求解。通过算例分析,验证了提出的平稳随机激励下约束阻尼结构布局优化方法的正确性和有效性。

基于全矢-CNN的轴承故障诊断研究

郝旺身,陈耀,孙浩,付耀琨,李伟 — 2020年09月25 00:00

针对传统智能故障诊断系统需要大量先验知识,以及模型复杂度高和单通道信号不完整造成信息遺漏的问题,将全矢谱技术与卷积神经网络(CNN)结合,提出一种新的滚动轴承的故障诊断模型。该方法将全矢谱技术与深度卷积神经网络结合,相比于单通道数据建立的模型而言,具有特征信息完整、模型适应性强等优点。首先利用全矢谱技术对采集的双通道信号进行信息融合,得到融合后的主振矢数据。然后结合主振矢数据与深度学习算法构建全矢深度卷积神经网络,模型能够自适应地提取故障特征,利用反向传播算法调节优化模型参数。实验结果表明:该方法能够提取更加完整的轴承故障信息,该模型具有更高的准确率和更好的稳定性。