期刊,长沙理工大学学报（自然科学版） 2024年卷4期_国家学术搜索

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期刊信息/Journal information

长沙理工大学学报（自然科学版）

长沙理工大学

主办单位：长沙理工大学

主　　编：童小娇

出版周期：季刊

国际刊号：1672-9331

电子邮箱：lgdxxb2010@126.com

电　　话：0731-82617276

邮政编码：410076

地　　址：湖南省长沙市赤岭路45号长沙理工大学图书馆B馆3楼

长沙理工大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Changsha University of Science and Technology(Natural Science)CSTPCD

查看更多>>本刊是长沙理工大学主办的以公路、交通、电力、动力、信息、机械、数学、化学等专业学科为主的综合性学术期刊。

正式出版

收录年代

交通与能源融合发展的现状与展望

闫苏王军强徐亚东闫丽...

1-27页

查看更多>>摘要：交通和能源是全球基础性、战略性产业,决定了人类社会的发展和更迭.随着我国"双碳"目标的推进,交通、能源等各个行业的低碳化、绿色化转型进程正稳步进行.交通和能源的融合发展,为交通行业的新型能源综合利用、能源行业技术更新提供了前所未有的机遇.目前,利用交通资产能源化、交通用能绿色化途径来有效减少交通领域碳排放已逐渐成为共识.本文综述了当前交通与能源融合发展的现状,介绍了交通领域清洁能源的开发、以储能构建交通行业源网荷储、新能源电动汽车开发和交通出行配套设施建设情况,以及交通设备电气化、能源化进展.同时,结合涉及交通系统能源化开发的电池技术,介绍了当前热门的动力锂离子电池技术和液流电池储能技术,重点介绍了废旧沥青等交通固废材料作为电池改性材料被回收再利用的相关技术.本文总结了技术创新在交通能源融合发展中的重要性,提出要加快科技研发,推动产业链发展,全力突破核心技术关键瓶颈,助力交通能源融合发展.

关键词：

新能源"双碳"目标交能融合交通资产能源化交通用能绿色化动力电池储能电池

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相变储能技术及其交能融合应用

杨骁谢宝珊李传常

28-43页

查看更多>>摘要：相变储能技术是推动"双碳"目标深入实施的关键技术之一.随着交通与能源融合发展的不断推进,相变储能技术在交通领域中的应用日益广泛,也受到了越来越多的研究者的关注.本文对相变储能技术进行了系统分类,包括相变储热技术和相变储冷技术;分别介绍了相变储热材料及其优化技术和相变储冷材料及其优化技术,包括增大热导率、降低过冷度、抑制相分离、调控相变温度;总结了相变储能技术在冷链运输、电动车以及航空航天领域中的综合应用与创新,包括相变材料在冷藏车围护结构、储冷板、制冷机组、电池热管理系统、供冷/热系统以及深空探测热管理系统中的应用.最后对相变储能技术在交通领域实际应用中所面临的问题进行了较为全面总结和分析;指出研制高性能的相变材料、开发密封性好的封装材料、优化相变储能系统的储能效率是今后本领域研究者需要关注的重点.

关键词：

相变储能技术储冷储热交能融合相变材料

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氢环境下金属材料的疲劳寿命预测:从裂纹的角度

聂鹏杨世源郭永强王永金...

44-67页

查看更多>>摘要：随着氢能技术的快速发展,金属设备在氢环境下的运用越发广泛.然而,氢脆效应可显著削弱金属材料的疲劳性能,为相关设备的安全性埋下了隐患.因此,精准预测氢环境下金属材料的疲劳寿命具有重要意义.本文系统分析了氢环境下金属材料的疲劳裂纹扩展行为,总结了氢脆效应下各参数对疲劳裂纹扩展速率的影响.同时,调研并分析了氢环境下金属材料疲劳性能的研究及寿命预测方法的应用.氢环境下金属材料的疲劳裂纹扩展速率测算结果可作为输入进行计算材料的疲劳寿命,但研究发现疲劳裂纹扩展速率受多种参数的综合影响.尽管断裂力学的方法是疲劳裂纹扩展阶段常用的方法,也是氢环境下疲劳寿命预测的常用理论,但其求解效率尚有待提高.机器学习凭借其高效准确的预测性能,被广泛应用于各类疲劳问题的寿命预测中,但其在氢环境下金属材料的疲劳寿命预测领域尚少见.若能采用相关数据增强的方法扩充氢环境下的疲劳寿命数据,进而采用机器学习的方法进行寿命预测,将有望显著提升氢环境下金属材料疲劳寿命预测的效率.

关键词：

氢环境疲劳性能裂纹扩展寿命预测机器学习

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固体储氢性能及基本改进方法综述

仝小刚李伟杨淑萍

68-80页

查看更多>>摘要：氢能是一种新型绿色可持续能源.传统的两种储氢方法,即高压气态储氢和低温液化储氢,存在存储成本较高和安全问题.这制约了氢能的实际应用,导致氢能不适合广泛商业化应用.研究和开发具有高储存密度、优良热力学和循环动力学性能的固体储氢材料是解决氢的安全储运问题的基本途径.固体储氢,即所谓固体材料的储氢,具有良好的存储容量、能源效率、可逆性和安全性,为解决氢能的实用化带来了美好前景.各种固体材料作为储氢介质被研究,但到目前为止,没有一种材料完全满足业内公认的车载储氢指标.本文概述现有固体储氢材料的储氢性能,阐明添加催化剂和尺寸纳米化这两种重要改性策略的基本作用原理,旨在为寻找和设计具有优良性能的新型固体储氢材料提供一定的理论依据和参考.

关键词：

固体储氢物理吸附化学吸附储氢性能催化剂结构纳米化

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共沉淀法优化高镍LiNi0.834Co0.11Mn0.056O2正极材料的结构和性能

曲亚东蒋明珠赵子祥苗子墨...

81-90,114页

查看更多>>摘要：[目的]分析共沉淀法合成高镍前驱体Ni0.834Co0.11Mn0.056(OH)2的工艺条件对相应正极性能的影响,并找到最佳合成条件.[方法]在不同氨水浓度和反应溶液pH下合成前驱体和对应的正极材料,分析合成工艺条件参数对结构、微观形貌、电化学性能的影响规律.[结果]在氨水质量浓度为11 g/L、pH为11.0时,制备的LiNi0.834Co0.11Mn0.056O2正极材料一次颗粒致密、球形度高、粒径适中,具备最优的电化学性能:在0.1 C倍率下的首次放电比容量为205.6 mAh/g,首圈库仑效率为88.74％;在10.0 C大电流密度下的放电比容量为150.7 mAh/g;在1.0 C倍率下循环300圈后,容量保持率高达80.18％.[结论]氨水浓度和反应溶液pH通过影响溶液过饱和度,从而影响了晶体成核和生长,改变了前驱体的形貌、粒径和成分,而正极材料继承了对应前驱体的形貌特征,其电化学性能也受前驱体合成工艺的影响.

关键词：

共沉淀法前驱体工艺条件高镍三元正极材料电化学性能

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万方数据

CO2相变冲击下岩石损伤演化规律研究

李浩田阿比尔的贺林林蒲运杰...

91-102页

查看更多>>摘要：[目的]CO2相变致裂技术具有环保、低危险、便于控制等优点,被广泛应用于矿产开采、工程施工等领域.探究CO2相变致裂损伤演化规律对爆破施工参数的选取具有重要意义.[方法]针对等当量炸药损伤模型描述CO2相变破岩过程的局限性,采用理想气体状态方程表述超临界CO2相变过程,结合Mises准则给出相变作用下的岩石损伤半径计算模型,基于LS-DYNA软件建立相变作用下岩石损伤计算模型,分析了CO2相变作用下岩石损伤演化规律,并进一步讨论了破裂压力、致裂管型号等参数对岩石损伤演化的影响.[结果]建立的相变岩石损伤半径计算模型能较好地评价岩石的损伤范围;相变冲击使岩石产生径向裂隙,CO2相变气体嵌入主裂纹附近的裂缝中,裂纹尖端效应促使岩体产生更为密集的环向裂隙及细小的轴向裂隙.数值模拟结果显示,在174、250、290 Mpa三种破裂压力下,85型致裂管产生的裂隙区范围分别为0.42、0.43、0.46 m;裂隙长度的增大幅度则随着管径的增大而减小,51型、85型、100型三种型号致裂管在290 Mpa的破裂压力下产生的裂隙平均长度比在174 Mpa下的分别提高13.2％、5.75％、1.41％;破裂压力为250 Mpa时,三种致裂管所产生的裂隙区范围分别为0.42、0.43、0.47 m;在这三种破裂压力下,100型致裂管下的裂隙平均长度比51型致裂管下的分别增加14.2％、11.1％、2.4％;此外,随着破裂压力和致裂管管径两个参数的增大,相变致裂所产生的主裂隙和环向裂隙增多,岩石的裂隙平均长度增大.[结论]研究结果可为CO2相变致裂施工的损伤控制、技术参数选取等提供参考.

关键词：

CO2相变致裂等当量炸药损伤半径影响因素裂隙尺寸

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膨润土-PVA纤维混凝土抗压强度及抗氯离子渗透性研究

马亚飞杨莹彭安银李晶...

103-114页

查看更多>>摘要：[目的]针对在不利环境和复杂荷载下混凝土开裂、钢筋锈蚀等日益突出的问题,研究同时掺入膨润土和聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)纤维对混凝土抗压强度及抗氯离子渗透性能的提升效果,以期改善混凝土在恶劣条件下的耐久性.[方法]通过对16组不同配合比的膨润土-PVA纤维混凝土开展抗压强度试验和抗氯离子渗透性试验,分析了养护龄期、膨润土替代率和PVA纤维掺量对混凝土抗压强度和抗氯离子渗透性能的影响.同时,采用扫描电子显微镜技术深入研究了不同掺量下的膨润土-PVA纤维混凝土的微观结构特性.[结果]适量掺入膨润土和PVA纤维可提高混凝土的抗压强度和抗氯离子渗透性能,膨润土的最佳替代率为5.0％,PVA纤维最佳体积掺量为1.2 kg/m3.[结论]膨润土颗粒附着在纤维表面,这不仅增加了纤维的粗糙度,还增强了纤维与混凝土间的黏结性,使混凝土内部结构更紧密,从而显著改善了混凝土的力学性能.本研究可为实际工程中混凝土改性提供参考.

关键词：

膨润土聚乙烯醇纤维抗压强度抗氯离子渗透扫描电子显微镜(SEM)

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万方数据

缓倾软岩隧道底部结构劣化因素及影响机制分析

李世鑫翁效林叶珊杉沈凤琳...

115-130页

查看更多>>摘要：[目的]探明缓倾软岩隧道底部结构劣化的影响因素及影响机制,研究在不同围岩强度、岩层产状、地应力作用下的缓倾软岩隧道底部变形及塑性区发展趋势.[方法]基于Hoek-Brown强度准则和遍布节理本构模型确定数值模拟的力学参数并构建开挖模型,通过改变Hoek-Brown参数、岩层产状、地应力状态分析隧道的变形规律.[结果]深埋缓倾软岩隧道拱底两侧具有明显非对称变形,随着Hoek-Brown参数和围岩强度的提高,隧道拱底隆起量不断降低,且拱底两侧的非对称变形有所减弱并趋向于对称变形.当围岩强度较低时,围岩混合剪切型塑性区主要分布在拱底,基体剪切破坏主要分布在边墙,且剪切破坏范围随围岩强度的提高呈不断减小趋势.在倾角为0°～30°条件下,随着岩层倾角的增大,隧道底部隆起呈不断减小趋势,且拱底塑性区分布深度逐渐减小.随着岩层倾向角增大,隧道底部非对称变形和变形量增加,且拱底混合剪切塑性破坏区不断向深处延伸.随着侧压力系数和隧道埋深的增大,隧道仰拱处的变形量和变形速率比其他位置的大,且埋深的改变主要影响围岩塑性区体积和分布深度,而侧压力系数的改变还影响塑性区的分布形态.[结论]缓倾软岩隧道的变形发展趋势和塑性区破坏模式均与岩层产状有关,缓倾角条件下的拱底变形较大,且围岩节理剪切破坏主要发生在岩层倾斜方向上.该研究结果可为类似工程在施工过程中确定不利变形位置及优化支护方案提供参考.

关键词：

隧道变形数值模拟隧道埋深岩层产状Hoek-Brown强度准则

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钢管混凝土拱桥斜拉扣挂施工的无应力状态控制法

吴学伟周倩刘睿杜春林...

131-139页

查看更多>>摘要：[目的]避免钢管混凝土拱桥施工过程温度、临时荷载等因素变化对索力的影响,实现大跨拱桥拱肋斜拉扣挂节段拼装施工的精准高效调控.[方法]提出以扣索无应力长度代替索力调整拱桥过程状态的控制方法,推导考虑垂度效应和扣塔偏位的扣索无应力长度计算公式,研究索力增量与扣索无应力长度变化的关系.[结果]工程算例结果表明,基于无应力状态法的索力最大误差为5％左右,高程最大偏差3.7 cm,计算精度满足要求,实现了精准高效的施工调控.[结论]该方法可消除温度和临时荷载变化对索力的影响,减小施工中间状态的计算工作量,可为大跨度钢管混凝土拱肋节段拼装提供技术支持.

关键词：

钢管混凝土拱桥无应力状态法无应力长度扣塔偏位垂度效应

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海绵型建筑与小区年径流污染控制率计算方法探讨

李静郑浩通刘正乾

140-148页

查看更多>>摘要：[目的]年径流污染控制率是海绵城市建设中的核心控制指标,对指导海绵设施设计具有重要意义.但其设计计算过程中的计算方法与公式存在不统一或不合理的问题,须探究更适用于实际工程的计算公式.[方法]梳理了国内外对于海绵设施污染物去除率的取值来源与计算方法,分析了目前工程设计中单一海绵设施对污染物去除率的取值和地块污染平均去除率计算方法存在的问题,并对比不同地区雨水管理径流控制指标,从定义出发推导更适用于建筑与小区小尺度流域的计算方法.[结果]在建筑与小区等小尺度流域的设计中,与其他三种地块海绵设施对悬浮物的平均去除率的算法相比,采用海绵设施的有效汇水面积进行加权平均计算会更加合理;而在年径流污染控制率的计算中,引入累积污染物负荷率与累积径流体积率比例,将其转化为年平均径流污染量控制率与污染物平均去除率的乘积进行计算会更加合理.[结论]对于年径流污染控制率的计算应该积极开展试验或数值模拟,并形成适合国内实际情形的数据库.应该提高设计人员对源头海绵设施污染物去除过程的认知,避免在建筑与小区等小尺度流域的设计计算中采用不合适的公式而引起的误差.

关键词：

海绵城市建筑与小区径流污染低影响开发年径流污染控制率年径流总量控制率悬浮物

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