期刊简介
期刊名称： 天津工业大学学报
创办日期：1982年创刊
主管部门： 天津市教育委员会
主办单位： 天津工业大学
刊期： 双月刊
电话： 022-83955151
Email：tguxb@tiangong.edu.cn
国内统一刊号(CN)： CN 12-1341/TS
国际标准刊号(ISSN)：ISSN 1671-024X
新型聚酰胺酰亚胺纤维的制备及其力学性能增强
李玉瑶;崔旺;杨彬;刘雍;为有效提升聚酰胺酰亚胺（PAI）纤维的力学性能，促进其在阻燃防护领域的应用，采用湿法纺丝制备PAI纤维。首先探究PAI浓度、针头规格对PAI初生纤维力学性能的影响，其次通过改变热处理工艺和采用“循环湿法纺丝法”，实现了PAI纤维力学性能的显著提升。结果表明：当PAI质量分数为24%并且针头规格为26G时，PAI初生纤维的力学性能最佳，其应力和应变分别为21.20 MPa和20.62%；对PAI初生纤维进行高温处理引发其热亚胺化反应，随着温度的升高，热亚胺化反应愈发剧烈，PAI纤维的力学性能越优异，最佳热亚胺化反应温度为340℃，此时PAI-340纤维的应力和应变分别为86.16 MPa和19.12%；以340℃为终止温度，通过阶梯式升温对PAI初生纤维进行高温处理，设置的温度越多，阶梯式升温所提供的热量越少，热亚胺化反应程度越低，PAI纤维的力学性能提升程度越低；“循环湿法纺丝法”采用经220℃预加热后的PAI纤维为原料，再次通过湿法纺丝-热处理制备高强PAI纤维，所获得的PAI@220-340纤维的应力和应变分别为92.15 MPa和20.76%；该高强PAI纤维离火自熄，在阻燃防护领域具有巨大应用潜力。
高质子传导/低甲醇渗透型氨基酸固载磺化聚苯硫醚质子交换膜
张马亮;罗胜寒;张萌恩;隰奇洋;李振环;为优化及构建高速质子传输孔道，解决高质子传导率和低甲醇渗透率难以兼具的难题，以规模化生产的熔喷聚苯硫醚(PPS)非织造材料为基材，将氨基酸(酪氨酸、赖氨酸、甘氨酸、半胱氨酸)固载到磺化聚苯硫醚(SPPS)纤维膜上，用Nafion溶液浸渍涂覆及功能化改性后得到高导低渗质子交换膜(PEM)。结果表明：氨基酸上的大量极性基团诱导水分子形成SPPS三维网络连通结构，赋予复合膜良好的尺寸稳定性；通过氨基酸上氨基和羧基的功能化改性，改善了基体/基质界面作用，质子传输通道得到优化；复合膜的电导率在很大程度上取决于所固载氨基酸的质子转移能力，质子转移能力的顺序为—SH >—OH >—NH2；与Nafion膜相比，固载氨基酸的复合膜的吸水率均显著提高，溶胀率均显著下降，质子传导率均提高，而甲醇渗透率均降低；80℃条件下负载半胱氨酸的SPPS-Cys/Nafion复合膜的质子传导率最高为0.297 S/cm，其甲醇渗透率为7.6×10-7 cm2/s，在60℃和100%相对湿度(RH)条件下SPPS-Cys/Nafion复合膜单电池密度可达104.8 mW/cm2。
不同离子交联海藻酸盐水凝胶膜活化过硫酸盐对染料的快速去除
赵孔银;蒋俊;王明林;王文爽;陈敏;为解决传统高级氧化技术中非均相催化体系传质效率低导致其对污染物的催化效果降低的问题，以海藻酸钠(NaAlg)为膜材料，制备了不同过渡金属离子(Co2+、Ni2+、Cu2+和Zn2+)交联的海藻酸盐(MAlg)水凝胶膜。结合膜分离技术和过硫酸盐高级氧化技术，利用错流过滤的运行模式加快传质过程，考察了膜对染料橙黄G(OG)的降解性能；并通过自由基淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)鉴定催化体系中的自由基种类。结果表明：催化性能最好的是海藻酸钴(CoAlg)水凝胶膜，1 min内对染料的去除率接近100%，说明膜分离技术的应用显著提高了催化降解性能；催化体系中起主导作用的是硫酸根自由基(~-)和羟基自由基(·OH)。
PAN/PDMS-GO混合基质膜用于大豆油生产中丙酮的回收
孟建强;余波;王超;张琛琛;刘志慧;董清朔;为了从大豆油/丙酮混合油中回收丙酮，采用聚丙烯腈(PAN)膜作为基膜，以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为分离层并掺入多层氧化石墨烯(GO)，制备了PAN/PDMS-GO混合基质膜(mixed-matrix membranes,MMMs)，并探究GO掺入量对复合膜的物理化学性质及溶剂回收性能的影响。结果表明：GO表面存在大量的羟基和羧基，在铂金(Pt)催化剂的作用下与PDMS交联剂的硅氢键发生反应，GO的掺入不仅可以降低膜的水接触角，提高对丙酮的溶解度，还增大了PDMS的交联密度；掺入适量GO后，PDMS层的力学性能和热稳定性均有所提升，表明GO与PDMS具有非常好的相容性；随着GO掺入量的增加，MMMs对丙酮的渗透通量下降，而油截留率提高，当GO质量分数为0.07%时，在1.8 MPa的工作压力下，PAN/PDMS-GO MMMs具有最佳的分离性能，对丙酮的渗透通量为3.87 kg/(m2·h)，油截留率高达100%，展现出在工业生产大豆油中溶剂回收方面的应用潜力。
基于声音激励的涤纶纱线固有频率分析
张美玲;吴培铭;陶落雁;刘霖轩;叶健青;杨耀林;为了研究纱线的固有频率，采用光谱仪及声源等设备搭建纱线振动检测装置，通过声音非接触式激励纱线振动，分析3种具有不同杨氏模量的涤纶纱线在不同纱线长度和拉伸力条件下受到声音激励后的共振现象，使用快速傅里叶变换法（FFT）得出纱线的固有频率。结果表明：纱线长度、拉伸力和杨氏模量对纱线的固有频率存在显著影响；纱线越长，固有频率越小；拉伸力越大，固有频率越大；纱线模量越大，固有频率越大；本文实验条件下，杨氏模量为2.3 GPa的涤纶纱线长度为30 cm时在9.8 cN条件下固有频率最大，为135 Hz。
基于拓展移相的DAB变换器动态与稳态性能优化策略
岳改丽;李萍;杜光辉;孙薏涛;徐晓林;针对能源互联网双有源桥变换器（dual active bridge,DAB）存在的电流应力大与动态性能欠佳问题,提出一种基于拓展移相的DAB变换器稳态与动态性能优化策略。采用拉格朗日乘数法构建模型，以降低输入输出电压不匹配时的电流应力,对比不同运行模式优化后的电流应力,确保在可行域内峰值电流最小；针对DAB变换器高频特性与EPS调制的功率耦合关系，引入改进动态矩阵控制（dynamic matrix contro,DMC）算法改善电压波动与动态响应；通过搭建300 W的DAB变换器样机,验证了基于拓展移相的DAB变换器动态与稳态性能优化策略的优化效果。结果表明：拓展移相调制下的DAB变换器电流应力整体降低12.1%；改进DMC算法有效改善了变换器的动态响应性能，与传统PI控制相比，负载突变时动态响应时间从23 ms缩短至9 ms，电压波动从3.5 V减小至1.0 V,验证了该优化策略的有效性。
磁场强化四氧化三铁吸附铅离子性能的CFD模拟
郭幸斐;刘梓莹;马瑞远;龚耿浩;针对四氧化三铁(Fe_3O4)在处理含铅废水时因颗粒易团聚沉降、分散稳定性差而导致吸附容量受限的问题，通过流体力学(CFD)模拟研究外加静磁场对Fe_3O4的分散性、悬浮稳定性的强化机制，系统分析磁场方向、强度和空间构型对颗粒分布的影响规律，并结合铅离子(Pb2+)动态吸附实验验证模拟结果。结果表明：磁场方向与重力相反时，可有效提高Fe_3O4颗粒在反应器中的分散性；弱磁场条件下存在最佳的磁场强度，可提升Fe_3O4颗粒在溶液中分布的均匀性，并缓解颗粒的底部堆积现象；相比均匀磁场，本文构建的20 m T-60 mT非均匀磁场可显著提高磁性颗粒分布的均匀性，并有效降低磁性颗粒的底部沉积，在该磁场作用下Fe_3O4对Pb2+的去除率相比无磁场时提升了15%，模拟预测与实验结果吻合良好，证实外加静磁场可有效改善磁性吸附剂的流体动力学行为并提高其吸附性能。
基于超短时HRV特征的心律失常识别模型及有效性验证
赵喆;唐建同;王天昊;苗冯博;王慧泉;缪竟鸿;为减轻长期动态心电图判读的负担并降低误诊率，提出了一种基于超短时心率变异性（ultra-short-term heart rate variability, UST-HRV）的心律失常分类方法。通过MIT-BIH数据库系统提取了26项时域、频域及非线性HRV特征，评估30 s UST-HRV与300 s HRV的一致性，并构建了基于LightGBM的融合时间平铺、不平衡处理和个体差异校正的自动心律失常分类模型。结果表明：20项UST-HRV特征对于300 s HRV具有良好替代性；通过改进交叉验证与时间平铺策略，模型实现了正常窦性、房早、室早、房颤和房扑的自动识别，性能达到准确率99.09%、精确率99.53%、召回率99.52%、F1分数99.44%，说明UST-HRV可利用短序列数据表征自主神经调控功能，实现良好的心律失常辨识，为快速筛查和减轻长期动态心电图判读负担提供智能化方案。
基于pH调控的Na_2Ti_3O7形貌及其储钠机制分析
田琦峰;杨文静;胡炜;艾常春;谢婷婷;薛永萍;针对Na_2Ti_3O7本征电导率低及钠离子扩散动力学缓慢等问题，通过pH值调控的液相-喷雾干燥法成功制得了不同微观结构的Na_2Ti_3O7负极材料，并分析不同pH值条件下其形貌结构和电化学性能的变化。结果表明：在pH=6条件下获得的样品(NTO-6)因同时具备“高堆积有序度的微球形貌”与“最大的层间距(0.85778 nm)”这一协同结构而展现出最优异的储钠性能；致密的微球结构有效维持了电极在长循环中的完整性，而扩大的层间距则为钠离子提供了更畅通的扩散通道，从而直接促使该材料在2.0 C高倍率下实现93.4 mA·h/g的高容量，并在1.0 C下循环200圈后仍能保持86.4%的容量；NTO-6具有最高的表面电容贡献((b值=0.49)与最小的电荷转移阻抗，这与其独特的微观结构特征高度一致；基于pH值进行精确调控可优化材料的微观结构与晶格参数，是提升Na_2Ti_3O7负极动力学性能与长期稳定性的关键。
新型磁屏蔽式永磁调速器的设计与性能分析
白华;靳海毅;柳志明;为实现水泵、风机等离心式负载的高效转速调节与节能目标，同时解决传统永磁调速器在大功率工况下调节可靠性低、空间占用大的问题，设计开发了一种新型磁屏蔽式永磁调速(MS-PMASD)系统。通过在永磁转子(PMR)与导体转子(CR)之间增设高磁导率磁屏蔽环(MSR)，以磁屏蔽环轴向移动为核心调速机制，建立等效磁路(MEC)模型分析不同屏蔽距离下的气隙磁场、涡流密度及转矩特性，结合有限元分析(FEA)与大功率实验平台验证系统性能，并优化导体环电导率、外背铁磁导率等关键材料参数，分析磁屏蔽环位移、转速差对系统输出转矩、涡流损耗及轴向力的影响。结果表明：该系统仅通过磁屏蔽环轴向移动即可实现调速，无需调整电机与负载位置；当磁屏蔽环位移从0增至90 mm时，铜环峰值涡流密度从856降至338 A/cm2(仅为最大值的39%)，峰值输出转矩从2 160降至920 N·m，转矩-转速关系与理论曲线吻合度达90%；动态响应时间小于0.5 s，改进外背铁后可消除传统调速的转速骤降现象，在315 kW大功率负载工况下，调速稳定性与精度显著提升，且在线调节便捷，为离心式负载的节能调速提供了可靠技术方案。
ANSYS有限元网格划分浅析
王瑞,陈海霞,王广峰为提高有限元数值计算的精度和对复合材料结构及力学分析的准确性 ,结合实例阐述了有限元网格划分复合材料结构件的方法和过程 ,指出了采用ANSYS有限元分析软件在网格划分时应注意的技术问题 ,并对进行ANSYS网格划分采用的方法、工具进行了详细的分析和论述 .研究认为 ,对于单一模型的分析可采用自由网格划分方法 ;对于尺寸变化的系列模型分析 ,则应考虑采用对应网格划分方法 ,同时应保证划分得到的结点均匀分布在指定路径上
纤维缠绕技术的发展及研究现状
谢霞,邱冠雄,姜亚明从纤维缠绕的概念、发展史及发展趋势等方面对纤维缠绕技术的发展过程及研究现状做了综述,重点介绍了未来纤维缠绕工艺和纤维缠绕机械的发展趋势,即缠绕工艺与其他工艺的复合化、热塑性树脂缠绕的日益增多以及缠绕机械的精密化、高效化、柔性化等,并对我国纤维缠绕技术的现状做了概述.
虚拟现实技术的现状与展望
陈健,孙兰凤,陆达虚拟现实技术提供了以人为核心的人机交互模式．它使用户沉浸于由计算机创建的虚拟场景中，而且为用户提供了完善的交互手段．本文介绍了虚拟现实（ＶＲ）系统的内涵、研究内容、虚拟现实技术的现状及其在机械工程中的应用前景，并简述了作者所做的一些研究工作．
PP/PEG蓄热调温复合纤维的纺丝与性能
张兴祥,王学晨,胡灵,牛建津,印瑞斌以聚丙烯（ＰＰ）和分子量为１０００～２万的聚乙二醇（ＰＥＧ）及增稠剂为主要原料，采用熔融复合纺丝的方法研制出了蓄热调温纤维．该纤维加工成４９０ｇ／ｍ２的非织造布，在３５．５℃左右时其内部温度较纯丙纶非织造布低３．３℃，在２６．９℃左右其内部温度较纯丙纶非织造布高６．１℃．
ANSYS有限元网格划分浅析
王瑞,陈海霞,王广峰为提高有限元数值计算的精度和对复合材料结构及力学分析的准确性 ,结合实例阐述了有限元网格划分复合材料结构件的方法和过程 ,指出了采用ANSYS有限元分析软件在网格划分时应注意的技术问题 ,并对进行ANSYS网格划分采用的方法、工具进行了详细的分析和论述 .研究认为 ,对于单一模型的分析可采用自由网格划分方法 ;对于尺寸变化的系列模型分析 ,则应考虑采用对应网格划分方法 ,同时应保证划分得到的结点均匀分布在指定路径上
沸石咪唑骨架材料(ZIF-8)的结构生长过程
陈英波;赵林飞;王彪;胡晓宇;刘冬青;周凤潇;张宇峰;以2-甲基咪唑为有机配体,由硝酸锌提供金属离子,在室温下以甲醇为溶剂合成了沸石咪唑骨架(ZIF-8)晶体.通过红外光谱、X射线衍射、透射电子显微镜、热重分析等手段对晶体结构及其生长过程进行了表征.结果表明:随着反应时间延长ZIF-8晶体迅速形成,然后逐渐堆积成六面体二维结构,进而形成三维十二面体结构.对ZIF-8结构的生长过程的理解有助于通过控制ZIF-8的大小和形态来制备出功能化的金属有机骨架材料.
g-C_3N4光催化剂研究进展
田海锋;宋立民;类石墨相氮化碳g-C3N4由于其特殊的光学特性而被用作可见光响应的光催化剂,本文介绍了g-C3N4的形貌、非金属掺杂、金属掺杂、半导体复合、贵金属沉积等改性研究方面的动态和主要成果,并介绍了其作为光催化剂方面的应用.
反渗透膜的应用进展
李凤娟;王薇;杜启云;反渗透膜过滤技术是一种高效、低能和易操作的液体分离技术,同传统的水处理方法相比具有处理效果好,可实现海水淡化、废水的循环利用和对有用物质回收等优点.本文基于中空纤维反渗透膜技术的发展,研究其在国内外的应用现状,介绍了反渗透膜在海水和苦咸水淡化、纯水制备、废水处理、食品加工等方面的应用,并讨论了反渗透膜的研究方向和发展前景.
纤维缠绕技术的发展及研究现状
谢霞,邱冠雄,姜亚明从纤维缠绕的概念、发展史及发展趋势等方面对纤维缠绕技术的发展过程及研究现状做了综述,重点介绍了未来纤维缠绕工艺和纤维缠绕机械的发展趋势,即缠绕工艺与其他工艺的复合化、热塑性树脂缠绕的日益增多以及缠绕机械的精密化、高效化、柔性化等,并对我国纤维缠绕技术的现状做了概述.
