大连理工大学学报杂志

大连理工大学学报杂志2024年第2期

• 基于微波/超声两步法的咖啡渣中油脂和酚类提取

  葛璇,马德笑,李爱民

  富含油脂和酚类的咖啡渣通过生物发酵产生的有毒有害物质将会危害生态环境和人类健康，同时油脂和酚类也是能源、化工等领域的重要原料．因此，提出采用微波/超声两步法提取咖啡渣中咖啡油和酚类，对咖啡油和酚类的提取率均达到90%．通过GC-MS鉴定咖啡油中脂肪酸，表明咖啡油在得到较好保留的同时富含不饱和脂肪酸．通过HPLC-MS鉴定提取的酚类，其主要组分为绿原酸、没食子酸，并且得到了较为完整的保留．研究同时对酚类进行体外抗氧化性分析，结果表明其抗氧化性优于目前广泛应用的原料．因此，研究为实现咖啡渣中咖啡油和酚类的高效提取及高生物活性保留提供了参考依据．

• 碳酸钙为发泡剂的粉煤灰发泡陶瓷制备

  王治聪,解文圣,李爱民

  发泡陶瓷作为一种新型建筑墙体材料，具有轻质保温的特性．以粉煤灰为主要原料，分别添加碳酸钙、四硼酸钠作为发泡剂和助熔剂，通过球磨、压片、烧制等工艺实现了一种新型发泡陶瓷的制备，同时研究了烧结温度、发泡剂掺量、粉煤灰添加量以及粉料粒度对发泡效果的影响．结果表明，样品平均孔径会随发泡剂掺量增加而增大；随烧结温度升高，样品的表观密度先下降后上升，孔隙率与之呈相反趋势，平均孔径会逐渐升高；样品的表观密度和孔隙率随粉料粒度的降低而降低，抗压强度则会提升．研究表明，在发泡剂掺量为1%、烧结温度为750℃、保温时间为15min的工艺下可制得表观密度为0.156g/cm3、孔隙率为93%、抗压强度为2.23MPa的发泡陶瓷．

• 基于复合多尺度等概率符号化样本熵的两相流动态特性分析

  孙庆明,巴頔,钟林,王成龙,陈淑鑫

  多尺度样本熵(MSE)在两相流动态特性分析中存在两点不足：一是熵值无法单纯反映时间序列信息增长速率，在高尺度下稳定性较差；二是传统粗粒化过程中有部分数据信息丢失．针对上述问题，提出复合多尺度等概率符号化样本熵(CMESSE)，并通过对几种典型非线性时间序列进行分析验证了其有效性．与MSE相比，CMESSE不仅能够有效表征不同动力系统非线性时间序列复杂性，而且在时间序列较短时稳定性更好．在此基础上分析了123组流动条件下垂直上升管内空气-水两相流压差波动时间序列．研究结果表明，泡状流、塞状流及混状流的CMESSE变化趋势能够在不同尺度下定性表征不同流型的动态特性，CMESSE复杂性指数可跨多尺度定量描述不同流型的动力学复杂性．

• 微米颗粒撞击液滴表面动力学行为特性研究

  谢俊,赵冰姿,李晨曦,付峥,李润东

  颗粒撞击液滴表面的过程广泛存在于日常生活和工业生产中，且国内外对微米颗粒撞击液滴表面过程的研究较少，因此采用数值计算法对微米颗粒撞击液滴表面的行为进行了研究．建立了颗粒撞击液滴表面的动力学模型，对颗粒的撞击过程进行研究，深入分析了不同初始撞击速度下，撞击过程中颗粒受力、位移和三相接触角的变化情况．研究发现，颗粒在撞击液滴表面的过程中，表面张力和形状阻力是最主要的作用力．对于10μm颗粒，沉没和反弹之间的临界速度为9.080m/s，反弹和振荡之间的临界速度为1.323m/s，在沉没过程中，主导作用力由形状阻力变为表面张力．在反弹和振荡过程中，其运动分为下沉和回弹两部分．下沉过程中，主导作用力由形状阻力变为表面张力；回弹过程中，主导作用力先由表面张力变为形状阻力，然后又变回表面张力．初始撞击速度越大，颗粒在撞击过程中受到的作用力越强，速度、位移和三相接触角的变化速度越快，颗粒越容易沉没到液滴之中．

• 高温环路热管设计方法研究与传热极限分析

  杨程翔,郭向吉,张博

  高超声速飞行器在以高超声速飞行时尾喷管会面临严酷的燃烧热考验，结合高温热管导热性强和环路热管传热距离长等优势，高温环路热管可以作为尾喷管热防护的新方法．根据液态钠高导热系数及高表面张力的物性设计了一种新型蒸发器，提出了一套高温环路热管的设计流程．使用这套设计流程设计了一根高温环路热管，结合热管传热极限的计算方法，对钠热管进行仿真计算，分析了温度和结构对热管传热极限的影响．研究发现在高温环路热管的运行温区内，热管的传热性能随着温度升高一般由声速极限、毛细极限和沸腾极限依次决定．结合研究结论提出了热管结构优化方法，为热管设计提供了理论依据．

• 异质金属熔覆搭接率对Ni60A熔覆层显微组织影响

  詹欢,李涛,邓林辉,石非凡

  利用半导体激光器在45钢基体上熔覆Ni60A材料来制作镍基合金涂层的实验方法，研究了熔覆层内部显微组织、物相成分及显微硬度随着搭接率的变化规律，根据实验结果选择合适的搭接率以满足性能要求．结果表明，在搭接率为20%、30%、40%及50%时，随着搭接率的增大，熔覆层搭接区底部组织晶粒逐渐增大，中上部组织晶粒逐渐减小；熔覆层主要物相为γ-Ni固溶体相，还有大量的铬硼化物、碳化物等硬质强化相，并且当搭接率从20%逐渐增大到30%时，主要物相成分逐渐增多，搭接率从30%增大到50%时主要物相成分有所减少；熔覆层的显微硬度变化规律大致与物相成分变化规律相同，同样是在搭接率从20%增大到30%时逐渐增大，在搭接率为20%时显微硬度最低，在搭接率为30%时显微硬度最大，为700HV，随后当搭接率增大到50%时显微硬度降低至665HV．根据熔覆层的性能要求，显微硬度要高，组织晶粒要细小均匀，在仅考虑搭接率的变化时，综合分析显微组织、物相成分及性能，选择30%搭接率为最佳．

• 门式起重机主梁蚀坑-裂纹模型应力强度因子研究

  王欣,张峰,郭晓光,王远友,滕儒民

  造船门式起重机长期服役在沿海的潮湿盐雾环境中，主梁多处受腐蚀疲劳形成了蚀坑，影响了结构强度．腐蚀疲劳裂纹成核是一个局部损伤演化的过程，应力强度因子准则是判定蚀坑处萌生裂纹的临界条件之一．在门式起重机有限元模型的基础上建立了蚀坑-裂纹模型，并使用ANSYS软件对复杂边界条件下应力强度因子进行了仿真计算．结果显示，预制裂纹深度和蚀坑深径比影响了应力强度因子的取值，随着蚀坑深径比的增大，蚀坑-裂纹模型的应力强度因子明显增大．应力集中现象可能是引起裂纹萌生的主要因素，蚀坑半径的变化对应力强度因子的影响并不明显．根据半椭球点蚀假设，提出了蚀坑处应力强度因子与应力集中系数的关系式，发现蚀坑对应力强度因子的影响与应力集中系数正相关；随着蚀坑深径比的增大，裂纹萌生位置会随着应力集中位置的变化而变化．

• 不同偏心角摆线推进器水动力性能数值模拟

  李海涛,王代斌

  通过数值模拟对摆线推进器水动力性能进行研究．分析摆线推进器流场特性、瞬时荷载变化规律及转向性能．采用重叠网格与滑移网格方法相结合进行网格划分，选择合适的湍流模型计算摆线推进器水动力性能，并与试验值进行对比，验证数值模拟的有效性与准确性．通过数值模拟得到了进速系数与偏心率对摆线推进器水动力性能的影响规律和摆线推进器瞬时荷载变化规律．在此基础上，对偏心角不为0°的摆线推进器进行研究，获得了偏心角对摆线推进器推力的影响规律．结果表明，摆线推进器可以通过改变偏心率改变推力大小，在不改变旋转方向的情况下通过改变偏心角改变推力方向．进速系数为零时，摆线推进器产生合力方向与前进方向夹角等于偏心角；进速系数对摆线推进器合力大小和方向均会产生影响，进速系数越大，前进方向推力越小，合力角度与偏心角差值越大．

• 一种网-桁架式海上拦截装置仿真分析

  范碧岑,李楷,丁生宝,苑志江,蒋晓刚,陆丛红

  针对海上设施的安全防护问题，提出了一种网-桁架式海上拦截装置，目的是在有效拦截来袭小艇撞击的同时尽量降低对拦截装置本身的损伤．为验证这一装置的有效性，基于显式动力学和欧拉-拉格朗日耦合方法对拦截装置拦截小艇过程进行数值模拟，设定小艇垂直撞击支撑柱、支撑柱间隙和45°撞击支撑柱、支撑柱间隙4种工况，每种工况包含10、20、30m/s3种速度．通过对这12组仿真的碰撞力、能量以及破损状态分析，全方位分析了该装置的防撞性能和对小艇的拦截效果．所有工况下该装置都能完成对小艇的拦截，说明这种装置具有优秀的拦截效果．

• 舰船水下抗爆U型夹层板结构改进及参数优化设计

  王秀勇,李楷,苑志江,蒋晓刚,谢保军

  设计相应的防护结构来降低水下爆炸冲击荷载对舰船的损伤对于提高舰船生命力具有重要意义．以U型夹层板为研究对象，对传统U型夹层板结构进行改进，提出了3种改进的U型夹层板结构．采用有限元软件LS-DYNA中任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法分析水下爆炸冲击荷载作用下3种改进夹层板的位移、速度与加速度响应和吸能效应，并与原始U型夹层板对比找到综合性能相对最优的改进夹层板．最后通过正交试验对性能最优的夹层板进行优化，分析夹层板设计参数对抗爆性能影响的主次顺序及最优的尺寸组合．分析表明：改进的U-X型夹层板上面板位移相比U型夹层板下降了15.7%，速度下降了34.5%，芯层吸能提高了25.2%，在改进夹层板中综合性能最优；U-X型夹层板最优的尺寸组合及设计参数为芯层厚度1.5mm、芯层高度100mm、下面板厚度3.0mm、上面板厚度3.5mm．经验证，尺寸优化后U-X型夹层板质量降低了6.3%，抗爆性能也得到了显著提高．

• 老化条件下聚丙烯纤维改性乳化沥青及其微表处混合料性能分析

  丁敏,汪严,裘秋波,金肃静,牛冬瑜

  为探究老化条件下聚丙烯(polypropylene，PP)纤维改性乳化沥青及其微表处混合料的性能，以丁苯橡胶(SBR)改性乳化沥青为黏结剂，PP纤维为改性剂，对不同老化条件下改性乳化沥青结合料蒸发残留物的流变性能展开研究，通过湿轮磨耗试验、车辙变形试验和低温劈裂试验探究5d和12d老化条件对微表处混合料路用性能的影响．研究结果表明：老化条件下改性乳化沥青结合料蒸发残留物的车辙因子和应力敏感性均随老化时间延长而增大，其高温抗车辙能力提升，而承受荷载变化下的弹性恢复能力下降．在2.5%应变幅值时，相较于未改性的乳化沥青，老化后PP纤维改性乳化沥青结合料蒸发残留物的疲劳寿命提高，抵抗疲劳损伤的能力提升明显．在0.2%PP纤维掺量下老化后微表处混合料的黏聚力提升11%，1h及6d湿轮磨耗值分别降低32%及25%，轮辙变形率降低46%，低温劈裂抗拉强度提升16%，微表处混合料路用性能得到提升．

• 铝锆偶联剂改善生物沥青混合料水稳定性研究

  李宁利,梁文鑫,栗培龙,龚芳媛

  为了提高生物沥青与石灰岩集料的黏附性，采用铝锆偶联剂对石灰岩集料进行改性．采用改进水煮试验、接触角试验分析铝锆偶联剂对生物沥青与石灰岩集料黏附性的影响；基于红外光谱和扫描电子显微镜试验分析微观变化和改性机理；采用沥青混合料水稳定性试验对石灰岩集料性能变化进行验证．结果表明，在0.2%铝锆偶联剂掺量下的15min水煮试验中，生物沥青质量损失率相较改性前降低了20.52%；铝锆偶联剂使石灰岩集料由亲水性转变为亲油性，生物沥青与石灰岩集料的配伍率提升；红外光谱表明改性石灰岩集料表面引入了铝锆偶联剂的有机长链；扫描电子显微镜观测发现，铝锆偶联剂能在石灰岩集料表面形成薄膜，完成化学包裹；改性后的生物沥青混合料的残留稳定度与冻融劈裂强度比相较于改性前分别提升了7.91%与12.63%．