大连理工大学学报杂志

大连理工大学学报杂志2025年第4期

• 硫自养微生物阳极MFCs重金属回收及产电研究

  谢昊,李越,张捍民

  重金属废水污染以及金属资源短缺仍然是我国目前发展亟待解决的重要问题，微生物燃料电池(MFCs)作为环境友好、低成本的生物处理装置具有广阔的应用前景，而有机底物从经济、性能等方面限制了其应用．以双室MFCs为基础，以硫自养微生物为阳极微生物，碳毡为阴极材料，在不加入有机碳的条件下高效回收重金属，克服了传统MFCs外加有机碳源造成的运行成本高、二次污染等弊端．研究表明，系统最大功率密度为308mW/m3，金属去除速率为2.27mg/(L·h)，比空白碳毡分别提高了133.3%和98%．阴极库仑效率达到92.6%．Thiomonas、Acidithiobacillus、Halothiobacillus为主要硫自养菌属，主要涉及Dsr和Hdr两种电子传递途径，黄素单核苷酸与类黄素等细胞色素参与阳极电子传递过程．

• 基于时序概率矩阵的GO-FLOW可靠度计算新方法

  韩冲,段富海

  GO-FLOW法是一种可以评估多时序系统与多阶段任务的可靠性分析方法，但其计算过程较为复杂烦琐．提出了一种简化的GO-FLOW可靠度计算新方法．首先，引入了时序概率矩阵和时序联合概率矩阵的概念，从矩阵运算的角度推导了常用操作符的运算规则；其次，针对具有多时序特点的系统，提出了一种适用于GO-FLOW法的共有信号修正方法；最后，通过算例证明了GO-FLOW可靠度计算新方法和共有信号修正方法的有效性．研究表明，新方法不仅能够直观全面地表示系统在各个时间点的状态，且易于编程，在简化运算流程、缩短分析时间和提高效率等方面具有优势．

• CCF/PC丝材制备与性能研究

  汪骥,李晨龙,李瑞,刘玉君,刘晓,王安刚,高立,于鹏法

  连续碳纤维(CCF)增强复合材料具有轻质高强等优异性能，结合3D打印技术在船舶建造行业具有广阔应用前景，其中丝材制备是目前亟待解决的关键技术．采用正交实验法，以树脂进给量(A)、外包裹结构件加热温度(B)和收卷速度(C)作为研究因素，并考虑丝材制备工艺参数之间的交互作用，根据正交实验表进行连续碳纤维增强聚碳酸酯(CCF/PC)丝材制备实验，以连续碳纤维丝材的单位直径、拉伸强度性能作为衡量指标．通过极差分析和方差分析，确定了使CCF/PC丝材整体性能最优的工艺参数组合：树脂进给量(A)为3挡、外包裹结构件加热温度(B)为270℃、收卷速度(C)为150mm/min．在最优工艺参数下制备的丝材单位直径为0.594mm，拉伸强度高达451.07MPa．研究结果可为连续碳纤维增强复合材料在船舶建造行业的应用提供理论依据．

• 基于改进片条合成法的有限板表面裂纹张开位移研究

  吴剑烽,袁奎霖

  对于船舶结构而言，疲劳荷载作用下应力集中区域的初始缺陷极易发展成半椭圆表面裂纹，而求解裂纹张开位移，对于研究疲劳裂纹的扩展机理十分重要．提出了一种改进片条合成法，用于计算弹性条件下有限板表面裂纹张开位移．首先利用片条合成法得到位移的数值解，然后建立不同长宽比裂纹深长比(a/c)、相对裂纹深度比(a/t)以及相对裂纹长度比(c/w)的网格模型得到有限元解．对比结果表明，传统片条合成法在合理的表面裂纹形状范围内存在局限性．通过拟合参数来改进传统片条合成法，验证一维和二维一到三次应力分布下的位移结果，得到适用的表面裂纹形状范围：0.25≤a/c≤1.00，0.05≤a/t≤0.40，0.05≤c/w≤0.50．改进片条合成法可用于复杂应力分布下有限板表面裂纹张开位移的计算和残余疲劳寿命预测．

• 基于知识工程与参数化设计的舰船舱室布局研究

  王运龙,廉立晨,梁国鹏,顾宇杰,李楷

  为在不同舰船舱室布局场景下快速实现智能化推理布局，提高设计效率，节省人工成本，综合考虑振动噪声、采光通风和舱室间邻接性等因素，采用知识工程与参数化设计相结合策略，提出了一种面向多种舰船舱室布局场景的知识工程推理布局方法．结合规范、公约中对舰船舱室布局的相关知识，分别建立了参数化模型库和代码规则库．针对不同舰船舱室布局场景，在布局时导入相应的参数化模型，借助CATIA二次开发将待布局区域边界和舱室信息传递到相应舱室的代码规则库中，即可实现舱室的智能布局．

• 基于LSTM神经网络的船舶油耗模型研究

  李智东,易文欣,陆丛红,周波

  针对船舶节能减排和提高经济效益的需求，建立了准确的船舶油耗模型，为船舶采取各种航行策略优化措施提供了决策基础．基于丹麦籍客滚轮的实测运行数据，经过数据预处理和特征选取，利用LSTM神经网络和多种机器学习算法建立了案例船的油耗模型．将各模型对测试集和额外时间序列测试集的预测值与真实值分别进行比较，结果表明LSTM模型对两种测试集的预测误差均低于1.30%，预测精度不会出现较大波动；而其他模型对额外时间序列测试集的预测性能会下降，稳定性和预测精度均不如LSTM模型．考虑到油耗模型的预测性能和实际应用场景，基于LSTM神经网络的油耗模型具有较大的优势，对后续的船舶油耗率预测及航行策略优化都具有重要意义．

• 连接刚度对两模块浮体运动影响实验研究

  胡嘉翰,勾莹,梁爽,唐鹏程,朱建赫

  浮式模块间的连接结构对多模块结构在波浪作用下运动响应和系泊力有重要的影响，因此开展了波浪与两模块组成的系泊浮体结构作用的物理模型实验，对比了模块间连接刚度对运动响应和系泊力的影响，并考虑了两种浮体系泊刚度．实验采用拉伸弹簧模拟模块间的连接结构，通过改变弹簧刚度模拟不同连接结构的刚度．结果表明，改变连接刚度可以显著改变结构纵摇运动幅值，但对结构的纵荡和垂荡运动影响较小．实验结果可为多模块间的连接设计提供参考依据．

• 超限船舶荷载作用下高桩码头损伤数值分析

  杨钢,周玉,王忠涛,田尚

  受海洋经济繁荣、船舶大型化趋势等因素影响，泊位能力提升成为诸多码头的选择．为有效了解码头潜力，针对当前保有量较大的高桩码头，综合考虑船舶-结构-土体的相互作用，采用ANSYS/LS-DYNA大型有限元软件建立仿真数值模型．引入JHC模型和线性强化模型来描述码头与船体在不同船舶荷载作用下的非线性变形及破坏情况，设计15种不同船舶质量和撞击速度的组合工况，展开超限撞击下撞击力、码头结构应力和码头损伤评价等方面的研究．研究表明，撞击力峰值与船舶质量和撞击速度密切相关，其中撞击速度的影响更显著；倾向码头方向的斜桩是水平荷载的主要受力构件，提升码头结构强度应重点考虑此类构件的加固设计；桩基设计应考虑间距布设，以减少群桩效应引起的承载力问题；提出结构损伤比，结合15种组合工况获得结构损伤评价的拟合公式．

• 基于博弈论-价值模型的设计方案决策

  王茹,郑雨洁,梁琼,黄炜

  为了在工程项目初步设计阶段科学便捷地进行多属性设计方案优选，减少在设计方案选择过程中主观评价对决策的影响，基于博弈论-价值模型对考虑碳排放的设计方案进行了优选．从可持续性、技术性和经济性3个方面选取评价指标，构建设计方案优选评价指标体系．采用G1法确定主观权重，熵权法确定客观权重，基于博弈论将主、客观权重进行组合得到综合权重，并通过价值工程得到各设计方案的价值系数，根据价值系数将方案进行排序，选择最优设计方案．实例分析表明，此方法具有普适性，并可提高方案评价的准确性，为设计方案优选提供参考．

• 热阻抗滑表层开发及其高温性能评价

  韩占闯,王学海,赵明杰,易勇,林宏伟

  为改善沥青路面夏季高温稳定性，采用热阻材料等体积替换沥青混合料中相当粒径的集料，以实现对沥青路面温度场的主动控制．通过室内模拟光照试验研究了多挡耐火碎石掺量对SMA-13路用性能和阻热性能的影响，研发了热阻抗滑表层(TRFC-13)，研究了TRFC-13路面高温抗车辙性能．结果表明，光照时间约180min时普通SMA-13车辙板表面温度可达75℃，等效于夏季极端不利气温41℃，建议模拟光照时间为180min；在单挡和两挡集料替换方案中，采用4.75~9.50mm耐火碎石替换该粒径普通集料60%时，阻热性能最好，可降低路面温度约7℃，且路用性能降幅不超过12.5%，满足规范要求；与普通SMA-13相比，TRFC-13路面在38、39、40和41℃下的动稳定度分别提高了23%、56%、114%和255%，但在15℃时疲劳寿命略有降低．

• BFGCC加固锈蚀RC梁抗弯刚度试验研究

  李杉,安俊澎,卢亦焱,郑傲寒

  通过玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)网格增强工程水泥基复合材料(ECC)(BFGCC)加固锈蚀钢筋混凝土(RC)梁受弯性能试验，研究不同配筋率、纵筋锈蚀率和BFRP网格加固量对BFGCC加固锈蚀RC梁抗弯刚度和跨中挠度的影响．结果表明，采用BFGCC能有效改善锈蚀RC梁裂缝分布形态，提高其抗弯刚度，减小其跨中挠度．对抗弯刚度的影响主要集中在混凝土开裂后阶段，尤其在纵筋屈服后，抗弯刚度提高程度较为显著，且提高幅度随着BFRP网格加固量的增大而增大．基于理论分析，建立了BFGCC加固锈蚀RC梁的抗弯刚度计算公式，并采用正常使用阶段的跨中挠度对计算公式进行了验证，计算值与试验值吻合良好，为BFGCC加固锈蚀RC梁抗弯刚度的计算提供了参考．

• 限排模式下地铁共建管廊综合井渗流规律研究

  张国军,李明宇,罗庆斐,臧加浩,余海波,王峥峥

  以深圳市地铁14号线共建管廊为工程背景，采用自主设计的试验装置，模拟研究不同透水盲管渗透系数下综合井的渗流规律．同时，利用COMSOL软件建立综合井渗流模型研究透水盲管渗透系数，并通过对比模型试验与数值模拟结果，验证了数值模型的准确性，进而研究不同透水盲管管径下综合井的渗流规律．结果表明，不同透水盲管渗透系数对应的孔隙水压力随着时间的推移而减小，减小速度先快后慢．在相同时间段内，随着透水盲管渗透系数的降低，孔隙水压力的变化量为1.87~1.96kPa．此外，孔隙水压力随着透水盲管渗透系数的减小而增大，增大幅度为0.01~1.27kPa．当透水盲管渗透系数大于1.192m/s时，侧墙外孔隙水压力并未减小；而当透水盲管渗透系数小于或等于1.192m/s时，侧墙外孔隙水压力降幅为0.001~0.012MPa．随着透水盲管管径的增大，孔隙水压力减小速度先快后慢，并且在靠近排水系统的侧墙处孔隙水压力变化最大．综上，建议透水盲管管径为0.10~0.16m．

• 基于DSR修正试验的老化沥青低温性能研究

  钟国亮,童以文,刘亚敏,韩旭晖,高晨光

  为客观全面地评价老化沥青胶结料的低温性能，提出了动态剪切流变仪(DSR)修正试验方法，基于时间-温度等效原理，利用松弛模量和松弛速率两个指标，对5种不同沥青胶结料在不同老化时间下的低温性能进行了研究，建立了低温性能随老化时间变化的非线性预估模型．结果表明，DSR修正试验方法适用于老化沥青胶结料的低温性能评价．对于基质沥青，其低温性能衰减最快出现在短期老化阶段，并且随着老化时间的增加，松弛模量逐渐增大，松弛速率逐渐减小；对于改性沥青，其低温性能衰减规律与基质沥青基本一致，但存在一个平缓过渡期．

• 具有食饵避难所的捕食者-食饵模型稳态解

  吴绍艳,李海侠,罗丽琴

  研究了一类具有食饵避难所和捕获项的修正Leslie-Gower捕食者-食饵模型．首先利用线性化方法和特征值理论探讨了常数稳态解的稳定性以及自扩散和交错扩散系统的Turing不稳定性，其次采用能量估计法和度理论分析了非常数正稳态解的不存在性和存在性，最后通过数值模拟对理论结果进行了验证和补充．结果表明，种群间的扩散可以促进系统空间模式的形成，并且适当的食饵避难率和捕获率可确保种群稳态共存．