济南大学学报(自然科学版)杂志

济南大学学报(自然科学版)杂志2020年第06期

• 阳离子碳点与人体纤维原蛋白的作用机理

  张慧超,谭奎,葛琳,刘丹,闫丽丽,刘文,乔华,解军

  以蔗糖和谷氨酸为原料,聚乙烯亚胺为钝化剂,合成一种表面带正电荷的、N掺杂的阳离子碳点;通过高分辨透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、紫外光谱和荧光光谱等技术手段对制备的阳离子碳点的形貌、表面官能团以及光学特性进行表征;利用荧光光谱考察阳离子碳点对人体纤维原蛋白的猝灭机制;联合同步荧光和圆二色谱,研究阳离子碳点对人体纤维原蛋白空间构象的影响。结果表明:阳离子碳点粒径约为2.2 nm,呈规则圆球形,Zeta电位为+28.7 mV,且表面存在羰基、羧基、羟基和胺基等官能团;在模拟生理条件下,当阳离子碳点浓度为0～2.0μmol/L时,人体纤维原蛋白的荧光随阳离子碳点浓度的增大呈线性静态猝灭,两者以静电作用力结合;阳离子碳点与人体纤维原蛋白的色氨酸残基作用更强,阳离子碳点浓度大于1.0μmol/L时会引起人体纤维原蛋白解螺旋。

• 基于表面等离子体共振的光子晶体光纤甲烷气体传感器

  魏方皓,张祥军,唐守锋

  将表面等离子体技术与光纤传感技术相结合,提出并仿真验证一种具有高灵敏度的D型基于表面等离子体共振的光子晶体光纤甲烷气体传感器;在光纤的抛磨表面外侧沉积金属纳米条,甲烷敏感材料涂覆于光纤抛磨表面外侧与金属外表面,利用D型结构使甲烷敏感材料与甲烷气体充分反应;通过有限元矢量软件COMSOL进行模拟仿真,比较传统金属层与金属条之间的传感性能差异。结果表明,当入射波长由0.9 μm增加到1.1 μm,并且甲烷气体体积分数测量区间为0～3%时,该传感器的平均光谱灵敏度为10 nm。

• 基于虚拟同步发电机的孤岛微电网频率恢复控制

  针对传统的虚拟同步发电机控制仅能实现频率一次调节,导致在负荷波动时频率存在偏差的问题,提出一种改进的虚拟同步发电机控制策略;通过一个积分环节代替传统功频控制器中的下垂系数模块,在内环电压电流控制中,采用跟踪性能更好的准比例谐振控制器,实现微电网频率的无差控制;建立改进控制策略后的降阶小信号模型,并通过根轨迹法分析主要控制参数对系统稳定性的影响;采用MATLAB Simulink软件进行仿真验证。结果表明,与传统下垂控制和传统虚拟同步发电机控制策略相比,改进后的控制策略频率偏差更小,动态响应更快。

• 基于关联的零件特征尺寸更改传播方法

  尚俊芝,杨波,马宁,高常青

  为了提高零件的设计效率及零件中关联尺寸传播的准确性,以变更零件为研究对象,从定量及定性2个角度探讨尺寸更改在零件内部的传播过程;首先基于零件的基本信息,建立尺寸逻辑元模型;然后基于零件建模过程,分析尺寸关联逻辑结构;定义零件内尺寸的3种关联关系,并提取零件内部尺寸关联关系,生成尺寸关联图;建立尺寸间的更改传播路径,形成基于零件结构分析的零件内尺寸传递方法,从而实现零件中尺寸的更改传播;最后,通过零件阀体端盖实例验证本方法的可行性。结果表明,该方法能够保证零件尺寸传播的准确性,提高了零件的设计效率。

• 基于温湿度应力回归分析的智能电能表性能退化研究

  罗群,刘春雨,王尧,张志龙,王维光,张文婷

  针对智能电能表性能退化研究中计量误差较难准确估计的问题,考虑智能电能表运行环境温湿度影响,选取Peck加速寿命模型进行智能电能表加速寿命试验;采用线性回归拟合加速寿命试验数据,并用最小二乘法计算Peck加速模型的激活能与幂指数参数,建立智能电能表计量误差均值估计值与加速寿命试验结果的函数关系;利用加速寿命试验数据与实测数据对提出的智能电能表计量误差估计方法进行验证。结果表明:基于温湿度应力回归分析对智能电能表计量误差均值的最大估计误差为13%,远小于传统方法的最大估计误差28%。

• 贵州省贫困县土地集约利用评价体系构建

  刘传琦,赵翠薇,王涵

  基于土地开发力度、投入力度、经济产出、生态产出四维角度,构建贵州省贫困县土地集约利用评价指标体系;运用熵权-逼近理想解排序法对贫困县土地集约利用状况进行综合评价,探讨土地集约利用类型的空间区划,运用系统聚类法进行空间区划合理性验证及对比分析;使用Pearson相关系数分析土地集约利用度及各准则与贫困水平之间的相关程度,利用障碍度模型找出贫困县在土地集约利用方面的主要改进因子。结果表明:贵州省大部分贫困县的土地集约利用度都较低,亟需提高土地利用率;研究区内的主要土地集约利用类型为生态产出较高、土地集约利用度较低的类型;研究区内贫困县的土地集约利用度和土地集约类型表现出明显的集聚性,且土地集约利用度与贫困水平之间呈现明显的负相关;提升经济产出应作为贫困县提高土地集约利用的重点改进方向。

• 盆地地下水密度变化对水流驱动力的影响

  郝奇琛,崔伟哲,黄林显

  为了揭示内陆干旱盆地地下水密度变化对区域水流系统的影响机制,基于理想剖面变密度流数值模型,采用平均等价淡水水头差定量表征方法,分析地下水密度增加对区域水流系统的影响。结果表明,受蒸发浓缩作用控制,盆地中部地下水密度逐渐增大;地下水密度增大造成排泄区等价淡水水头差增大,进而削弱补给区到排泄区的水流驱动力,当模型运行100 ka时,地下水密度增大对下层区域水流系统驱动力的削弱程度达47.86%,造成排泄区地下水径流路径发生明显变化;盆地中部地下水密度变化导致的等价淡水水头增大是造成水流驱动力减小的根本原因,是区域地下水流系统研究中不可忽略的因素之一。

• 一种新型无人驾驶飞行器姿态控制系统

  为了解决无人驾驶飞行器因飞行姿态过大,三轴陀螺仪过载而导致坠毁的问题,提出一种新的飞行器结构,通过优化旋翼布置方式,提高飞行器的灵活性;结合飞行器的结构特性,设计一种新型无人驾驶飞行器姿态控制系统,利用四元数对飞行器姿态进行估计,解决欧拉方程求解慢和万向节锁死的问题;采用四阶龙格-库塔算法近似求解飞行器姿态,利用MATLAB软件搭建飞行器控制系统仿真模型并进行飞行控制测试。结果表明,设计的新型无人驾驶飞行器姿态控制系统可以有效控制飞行器的飞行姿态。

• 基于模糊差分进化算法的甲醇锅炉控制系统

  康晓锐,刘玉芝,翟宽宽,郭威,李大伟

  为了解决锅炉温度控制系统控制精度低、调节时间长等问题,提出一种基于模糊差分进化算法的甲醇锅炉控制系统,先采用模糊控制对差分进化算法的变异算子和交叉概率算子2个影响因子进行优化,然后通过优化的差分进化算法对锅炉比例积分微分控制器的比例系数、积分时间常数、微分时间常数3个参数进行优化。仿真结果表明,模糊差分进化算法提高了甲醇锅炉系统的控制精度和响应速度。

• 物联网环境下基于图模型寻找最优充电站的方法

  赵衍恒,高洪雨,李荣凯,王文明,王磊

  针对当前电动汽车充电时间长,不同充电站电压负载严重不平衡的问题,提出一种电力物联网环境下基于图算法寻找最优充电站的方法,用户可预约最小充电代价的充电站;该方法根据充电站地理位置生成图模型,利用最短路径算法和推荐预约策略,向用户推荐电动汽车搜索范围内到达时间和充电等待时间之和最小的充电站;利用蒙特卡罗法生成的数据集进行仿真计算,对不同充电策略下的充电代价进行评估。结果表明,该方法不受充电站数量的影响,在自建的数据集中的计算结果是最优值,可以有效寻找充电代价最小的充电站。

• 基于天牛须搜索算法的单目相机标定方法

  王道累,孙昊,胡松,韩洋

  针对传统单目相机标定方法精度较低的问题,提出一种基于天牛须搜索算法的单目相机标定方法;首先使用MATLAB软件的标定工具箱快速计算单目相机内外参数,然后利用天牛须搜索算法,以平均重投影误差为目标建立目标函数,对相机参数进一步优化。结果表明,基于天牛须搜索算法的相机标定方法稳定、可靠,收敛快,优于张正友平面标定法的优化最终平均误差。

• 基于单节点电导检测的垃圾填埋场渗漏定位

  陈亚宇,张卫,孙焕奕,黄晓松

  为了解决垃圾填埋场底层渗滤液渗漏定位问题,利用渗滤液-土壤固液混合物的电导异常特性,提出一种传输交叉节点电导率检测方法,用于填埋场高密度聚乙烯膜渗漏定位;在土壤层中铺设横纵交错的传输网格线,由传输交叉节点处的电导率传感器实时监测土壤层中电导率分布规律,实现漏点的二维空间定位;分别利用固液混合物酸碱度、含水率以及盐分浓度3个参数,对土壤电导率进行研究。结果表明:不同阶段的垃圾渗滤液酸碱度变化明显,并且土壤电导率与固液混合物酸碱度呈负相关;当土壤中水的体积分数小于30%时,土壤含水率与电导率之间存在明显线性关系,并且随着渗滤液盐分浓度增加,电导率增长趋势明显;渗漏定位实验证明了传输交叉节点电导率检测方法的有效性。

• 移动车辆作用下周期性高架桥的动力响应

  为了研究移动车辆作用下周期性高架桥的动力响应,将车桥作用力展开为傅里叶级数,利用单位简谐移动荷载作用下周期性高架桥的基本解,得到周期性高架桥在移动车辆作用下的动力响应表达式;对移动车辆进行动力学分析,得到移动车辆的动力方程;利用车桥作用力及车辆模型中弹簧恢复力的周期性,以及周期性高架桥的基本解,得到车桥作用力及弹簧恢复力各傅里叶系数所满足的车辆动力方程;利用周期性高架桥基本解的周期性,得到力的各傅里叶系数,从而确定周期性高架桥及车辆的动力响应。结果表明:当移动车辆质量较大时,车桥作用力出现负值;车辆以车桥共振速度运行时,周期性高架桥的剪力响应显著增大。

• 土工膜与土工布组合方式对分离式复合土工膜鼓胀变形的影响

  选用某水库水平防渗设计中使用的土工膜与土工布,采用自制的试验设备进行分离式复合土工膜环形约束条件下的球形鼓胀变形试验,通过模拟分离式复合土工膜鼓胀变形和破坏过程,研究不同土工膜与土工布组合方式对分离式复合土工膜鼓胀变形力学特性的影响。结果表明:对于分离式复合土工膜,直接与压力介质接触的土工布不会影响试样的鼓胀变形;土工膜和有效布层数的增加都会导致复合土工膜试样鼓胀变形时鼓胀压力和张应力增大;顶层土工布约束复合土工膜试样鼓胀变形,导致土工布在顶层的试样的胀破高度数值较小;土工膜层数越多,复合土工膜试样塑性越好,破坏时的胀破高度数值越大。

• 沙漠砂可发性聚苯乙烯混凝土的蠕变特性及其本构模型

  牛晟,康亚明,陈静波,刘鹏

  针对沙漠砂可发性聚苯乙烯混凝土应用于路基及边坡工程时受力多处于压应力且当前尚无相关研究的情况,采用分级加载方式,研究沙漠砂可发性聚苯乙烯混凝土在轴向压应力状态下的蠕变特性,建立相关的本构模型。结果表明:沙漠砂可发性聚苯乙烯混凝土在不同应力水平下的蠕变曲线表现较相似,在低应力作用下蠕变曲线表现出较明显的衰减蠕变特征,随着应力的逐渐增大,蠕变曲线开始更多地呈现出稳态蠕变特征;试块蠕变应变主要由瞬时应变及蠕变量组成,轴向瞬时应变及总应变随应力的增大而增大,蠕变量与蠕变比随应力的增大而总体呈现先减小、后增大的趋势;等时应力-应变曲线显示,沙漠砂可发性聚苯乙烯混凝土呈现较明显的非线性黏弹性特征,六参量Burgers模型可对该特性进行较好地描述。

• 接触爆炸荷载作用下大跨度钢筋混凝土井字梁框架倒塌与柱底防护

  为了研究接触爆炸荷载作用下大跨度钢筋混凝土井字梁框架的倒塌破坏过程,提出合理的柱底防护措施;在已有相关文献的基础上,验证数值分析方法的正确性,并选择合理的钢筋与混凝土材料模型,采用数值分析方法,借助LS-DYNA软件,研究不同药量接触爆炸荷载作用下钢筋混凝土大跨度井字梁框架的破坏过程,对提出的2种柱底防护方案进行比较,并对产生不同防护效果的原因进行分析。结果表明:在用药质量为2 kg的接触爆炸荷载作用下,框架发生类似在自重下的弹性振动,框架仍可正常工作;在用药质量为10 kg的接触爆炸荷载作用下,框架发生严重的倒塌破坏;通过与未采取防护措施的框架相比,采用防护方案1的框架各参考点的位移明显减小,框架只发生轻微破坏,采用防护方案2的框架则产生了更严重的破坏。