林业工程学报 /oa 活性炭作为电能储存与能源转化材料的研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804001 活性炭是一类传统的、可工业化生产的多孔质炭材料,由于它具有高的比表面积,可调的孔隙结构与表面化学性质、稳定的物理化学性质以及良好的导电性,因此,活性炭不仅在环保、化工、食品和医药等领域中得到广泛应用,而且具有储存电能和电催化转化燃料的潜力,在超级电容器和燃料电池等新型能源器件领域显示出巨大的应用前景。笔者综述了活性炭作为超级电容器和燃料电池电极材料的主要研究进展。在超级电容器方面,活性炭是作为储存电能的材料,主要综述了活性炭作为超级电容器电极材料的应用历史,气体活化法、化学药品活化法、碱金属活化法等常规方法制备的活性炭储存电能的性能,活性炭表面含氧、氮、硫和磷表面官能团对超级电容器活性炭电化学性能的影响规律,活性炭表面改性技术在超级电容器活性炭方面的应用。在燃料电池方面,活性炭是作为阴极反应的催化剂材料,主要综述了活性炭作为碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池和微生物燃料电池阴极材料的研究现状,炭材料催化燃料电池的阴极反应,即氧气还原反应的表面结构特点与反应机理。通过分析总结,明确了活性炭作为新型能源材料的未来发展方向。 2018年07月10 00:00 2018年04期 1 11 2219688 左宋林,王永芳,张秋红 透明木材的研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804002 天然木材由于其本身的构造及化学组成原因,呈现出不透明性,而以纳米纤维素为骨架随后浸渍树脂,可制备出透明木材,兼具高透光和高雾度特性且力学性能优异。进一步在树脂中添加不同纳米粒子,还能使之具有发光性、磁性等功能化特性。透明木材在新一代环保建筑、光学器件等方面具有潜在的应用价值,是当前改性木材领域的研究热点。笔者综述了目前制备透明木材的有效方法,通过木质纳米纤维素骨架的制备、折射指数匹配的树脂浸渍、树脂的固化等工艺过程,达到高透光率和高雾度的实现。并对制备透明木材的现有方法进行了归纳和分析,为寻求快速、便捷、可工业化生产的制备方法提供新的研究思路,并为实现透明木材的工业化制造提供理论基础。同时,对透明木材应用前景进行了论述,系统介绍了其在节能建筑、光电子器件及家居材料方面的应用前景展望。最后,对未来透明木材的发展趋势进行了初步描述。 2018年07月10 00:00 2018年04期 12 18 2302431 吴燕<sup>1</sup>,唐彩云<sup>1</sup>,吴佳敏<sup>1</sup>,黄琼涛<sup>2</sup> 木纤维增强石膏板性能研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804003 利用木纤维及其表面改性手段提高石膏板的强度,并探讨纤维形态和尺寸对石膏板性能的影响。在木纤维不同粒径(0.38~1.70 mm、212~380 μm、160~212 μm和未筛分)、不同使用比例(1%,3%,6%和10%),以及添加硅烷偶联剂表面处理因素条件下制备木纤维增强石膏板,研究上述因素水平对石膏板力学性能、密度及吸水厚度膨胀率的影响,并利用红外光谱、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对性能改进的原因进行了分析。试验结果表明,粒径为0.38~1.70 mm的木纤维增强效果最好,当添加量为3%时,板材的弹性模量、静曲强度和内结合强度最高,与纯石膏板相比分别提高了14.24%,35.73%和57.41%。经硅烷偶联剂处理改性后,木纤维表面极性减弱,与石膏界面的结合得到改善,并提高了石膏结晶度。添加量为3%改性木纤维增强石膏板的弹性模量、静曲强度和内结合强度分别达到7 501.43,6.67和1.08 MPa,与纯石膏板相比,分别提高了25.75%,92.22%和100.67%。此外,适当添加木纤维还能减小石膏板的脆性。研究证明,对木纤维进行筛分有利于提高石膏板的增强效果,硅烷偶联剂KH550的加入可改善木纤维和石膏间的结合,提高石膏板的力学性能。 2018年07月10 00:00 2018年04期 19 24 1747103 王伟宏,侯志义,郝建秀,顿梦媛,张显权 高温热处理对欧洲云杉和花旗松吸湿特性的影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804004 研究了高温热处理对欧洲云杉和花旗松平衡含水率及吸湿特性的影响。采用水蒸气作为保护介质,设定160,180,200和220 ℃ 4个温度条件下进行高温热处理2 h,以双室温、湿度控制法获得等温吸附曲线,并采用GAB模型拟合,分析高温热处理对木材水蒸气等温吸附曲线线型、平衡含水率、有效比表面积的影响。结果表明:高温热处理可以显著降低2个树种试样的吸湿平衡含水率,处理温度越高,平衡含水率下降值越明显,220 ℃处理后试样的平衡含水率相较于未处理材的平衡含水率下降可达40%以上; 利用GAB吸附模型能够较好地描述高温热处理欧洲云杉木材和花旗松木材的等温吸附过程,等温吸附线拟合度较高(拟合度决定系数均高于0.98)。高温热处理并未改变木材等温吸附线的线型,高温热处理试样和未处理试样均呈现第2类等温吸附曲线特征,但热处理会影响等温吸附曲线斜率; 高温热处理后2个树种试样的有效比表面积显著降低,处理温度越高,有效比表面积下降值越明显,且试样高温热处理后比表面积相较于素材的下降比例与平衡含水率受高温热处理的影响相近。本研究可为热处理木材吸湿特性科学评价及实际高温热处理木材生产提供参考。 2018年07月10 00:00 2018年04期 25 29 622322 高鑫,周凡,付宗营,周永东<sup>*</sup> 预冻及压缩预处理对尾巨桉干燥特性的影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804005 桉木在干燥过程中极易发生皱缩,使木材降等严重甚至报废,有效地解决桉木干燥皱缩问题是桉木资源高附加值实木化利用的重大难题之一。对桉木进行适度的预处理能够改变其内部细胞的微观结构,形成新的水分迁移通道。以尾巨桉(Eucalyptus urophylla &#215; E.grandis)为试材,对其进行预冻、压缩及预冻-压缩预处理,然后进行常规干燥,研究预处理条件对桉木干燥速率、干燥应力应变及皱缩特性的影响。结果表明:3种预处理条件都能有效提高桉木的干燥速率,其中,预冻-压缩预处理后试件的干燥速率提高20%,幅度最大。预处理材与未处理材残余应力指标变化趋势一致,干燥后期预处理材指标值小于未处理材,残余应力小。3种预处理方式都不同程度地改变了细胞壁微观构造,破坏了皱缩发生的条件,抑制了木材的干燥皱缩。其中,预冻-压缩预处理材全干缩率最大减少15.8%,抑制木材皱缩效果最为显著。预冻-压缩预处理能够改变木材的微观结构,改善了木材的干燥特性,是一种有效抑制木材干燥皱缩的预处理技术。 2018年07月10 00:00 2018年04期 30 34 836038 杨琳,毛恒之,刘洪海,吴智慧 木材表面Fe<sup>3+</sup>掺杂TiO<sub>2</sub>/SiO<sub>2</sub>复合膜构建及其光催化性能 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804006 以速生人工林桉木为基体,利用溶胶-凝胶技术,将掺杂Fe<sup>3+</sup>的TiO<sub>2</sub>/SiO<sub>2</sub>复合膜构建在桉木材表面。通过X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)等手段分析了复合材料的微观形态; 以10 mg/L的甲基橙溶液为目标降解物,研究了负载复合膜的木材光催化活性。结果表明,生成的复合膜中TiO<sub>2</sub>以锐钛矿晶型存在,SiO<sub>2</sub>以无定型状态存在,由于Fe<sup>3+</sup>的离子半径小于Ti<sup>4+</sup>,铁离子以物理状态掺杂进入TiO<sub>2</sub>晶格。FT-IR光谱图显示,在1 026 cm<sup>-1</sup>左右形成Ti—O—Si键,说明硅钛前驱体发生了相互作用。SEM图结果表明,复合膜与木材结合紧密。光催化测试结果表明,当Fe<sup>3+</sup>掺杂量为0%~5%时,随着Fe<sup>3+</sup>掺杂量的增加,负载复合膜的木材对甲基橙的降解率先上升后下降,当Fe<sup>3+</sup>掺杂量为1%时,降解率达到最大值40.37%。 2018年07月10 00:00 2018年04期 35 40 2054388 玄路宁,刘志高,符韵林<sup>*</sup> 木粉吸热对木粉爆炸最大压力的影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804007 在现有的、零星的木粉燃爆理论计算模型中,均没有考虑木粉的吸热效应,导致理论模型计算结果与试验测量数据之间存在较大的偏差。实际上,在木粉燃爆的放热反应中,除气体吸热外,木粉也会参与吸热。基于已有的木粉爆炸试验数据和木粉爆炸最大压力模型,充分考虑木粉吸热对燃爆压力的影响,构建了改进的木粉爆炸最大压力模型,并对已有的试验数据进行数值仿真计算。计算结果表明,在不同木粉质量和不同木粉粒径情况下,改进的模型理论计算值与试验数据更吻合,最小误差仅为1%。与已有的理论模型拟合结果相比,最大爆炸压力的理论值与试验值的吻合度平均提升了13%。理论计算也表明,在木粉爆炸过程中,木粉吸热与气体吸热的比值最高达0.24。因此,在木粉爆炸过程中,木粉吸热是一个不容忽视的重要因素。构建的改进模型可以更准确地计算木粉爆炸最大压力,研究结果对木粉燃爆防控及相关技术研发有重要的理论指导意义。 2018年07月10 00:00 2018年04期 41 45 740709 喻孜<sup>1</sup>,胡涛平<sup>1*</sup>,郭露<sup>2</sup>,徐长妍<sup>2</sup> 建筑用集成材制造技术的环境效能影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804008 基于生命周期评价方法,根据工厂搜集的基础数据清单,采用GaBi 6.0软件建立了集成材生产过程的评价模型,分析了1 m<sup>3</sup>集成材产品生产过程中的资源能源消耗以及对环境的排放情况,并利用软件提供的CML2001方法和数据库评价了其生命周期范围内造成的环境影响。在集成材产品生产制造过程中,对环境影响最大的类别为全球变暖潜值,占比-47.28%,呈现出负值说明在这段生命评价周期内对环境造成的影响是积极的。除了全球变暖潜值的积极影响,人体毒性占总环境影响的28.79%,占比较大。在集成材产品加工的各个工序中,每个工序对环境的影响不同,影响最大的是原木开采,其余工序从大到小依次为原木加工、锯材干燥、铣齿、横截、预刨、刨光、拼板、指接。 2018年07月10 00:00 2018年04期 46 50 726617 代倩,胡家航,姬晓迪,郭明辉<sup>*</sup> 单板条层积材(PSL)力学性能的各向异性 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804009 为研究单板条层积材(PSL)的力学性能,以5和20 mm两种宽度的杨木单板条PSL为材料,对垂直和平行于单板条层积材层积方向分别进行了抗弯、冲击韧性及握钉力的试验,并对两个方向结果进行了差异显著性分析,探究单板条层积材不同加载方向力学强度指标的差异。结果表明:PSL力学性能存在各向异性,5和20 mm宽单板条制成的PSL抗弯强度、抗弯弹性模量均为平行加载大于垂直加载,冲击韧性和握钉力为垂直加载大于平行加载; 5 mm宽单板条制成的PSL抗弯强度、抗弯弹性模量、冲击韧性值在两个方向差异不显著,只有握钉力在0.05水平下差异显著,20 mm宽单板条制成的PSL所有强度指标在两个方向上差异均显著(P&lt;0.01)。单板条宽度的增加,使得PSL主要力学强度指标各向异性更为显著。 2018年07月10 00:00 2018年04期 51 55 872609 王慧<sup>1</sup>,张娅梅<sup>1</sup>,朱越骅<sup>1</sup>,潘彪<sup>1*</sup>,於朝广<sup>2</sup> 不同含水量活性炭的丙酮动态吸附性能研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804010 为深入研究活性炭的含水量对其吸附丙酮/空气混合气(VLA)中丙酮气体的影响,通过制备不同含水量的活性炭,分析含水量对活性炭丙酮吸附性能的影响。结果显示,丙酮在活性炭上的吸附穿透时间和吸附饱和时间随其含水量的增加而缩短,床层利用率下降。通过Thomas模型拟合结果发现,水分低于20%时,吸附曲线与模型吻合程度较高,平衡吸附量(q<sub>0-T</sub>)随着活性炭含水量的增加而下降; 丙酮吸附速率则随着含水量的增加先增加后下降,当含水量达到20%后,活性炭的丙酮吸附速率达到最大值0.698 L/(min·mmol),表明活性炭含有一定水量有助于提升其丙酮回收效率。通过分析活性炭含水量和孔容的关系,发现丙酮主要以简单的形式吸附,即与单分子层吸附机理类似。当湿炭含水量较高时,丙酮除了单分子层吸附,还伴有溶解于水中的现象。 2018年07月10 00:00 2018年04期 56 61 1260174 李力成<sup>1,2</sup>,王磊<sup>1,2</sup>,石康中<sup>3</sup>,杜硒<sup>3</sup>,花泽林<sup>1,2</sup>,朱哲文<sup>1</sup>,程圆圆<sup>1</sup>,李雪峰<sup>3</sup>,戴玉芳<sup>3</sup> 不同添加剂对木醋杆菌发酵细菌纤维素的影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804011 细菌纤维素是一类由细菌合成的天然纳米高分子材料,近年来由于细菌纤维素的应用日益增多而备受关注,细菌纤维素产量的提升有利于工业化生产。笔者以木醋杆菌(Gluconacetobacter xylinum)NLQ127为对象菌株,在静态好氧培养条件下考察了添加有机酸、大分子物质及植物激素对细菌纤维素产量的影响。研究结果表明:柠檬酸对细菌纤维素产量具有一定促进作用,当柠檬酸质量浓度为1.0 g/L时,细菌纤维素产量最高达到3.35 g/L; 大分子添加剂羧甲基纤维素钠和荧光增白剂对细菌纤维素的产量具有明显促进作用,发酵7 d纤维素产量分别达4.26和4.12 g/L,增幅为27.16%和22.98%。添加植物激素脱落酸可导致细菌纤维素产量达到3.87 g/L,较对照提高15.52%。当同时添加1.0 g/L柠檬酸、4.14&#215;10<sup>-2</sup> g/L荧光增白剂和5.28&#215;10<sup>-2</sup> g/L脱落酸时,木醋杆菌NLQ127静态发酵14 d细菌纤维素产量达到6.95 g/L。结果表明木醋杆菌NLQ127发酵产量较高,对提高细菌纤维素产量具有较为重要的意义。 2018年07月10 00:00 2018年04期 62 67 899986 钱子俊<sup>1</sup>,张一瞳<sup>2</sup>,刘鹏<sup>1</sup>,欧阳嘉<sup>2,3*</sup> 碱木质素聚乙氧基接枝共聚物表面特性对纤维素酶糖化效率的影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804012 以碱木质素(AL)与聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDE)为原料,于80 ℃和150 r/min条件下,反应2 h,制备碱木质素-聚乙氧基接枝共聚物(PEGDE-AL),研究其对纤维酶的非生产性吸附性能和酶糖化效率的影响机制。X射线光电子能谱(XPS)、Zeta电位滴定和接触角测试的结果表明,碱木质素经过聚乙氧基接枝共聚改性后,表面元素组成发生了较大变化,氧元素与碳元素的比率由0.28增至1.56; 表面正电荷数目降低,亲水性能增强,使得纤维素酶与PEGDE-AL间吸附结合力较纤维素酶与AL间结合力降低了57%,酶蛋白与底物间的非生产性吸附能力下降。在水解体系中分别添加质量浓度为4 g/L的AL和PEGDE-AL,PEGDE-AL和微晶纤维素72 h的葡萄糖得率为50.67%,较碱木质素和Avicel水解体系72 h的葡萄糖得率增加了41.14%,且上清液中游离蛋白的质量分数增加了1.56倍。碱木质素经过聚乙氧基接枝共聚后,显著减弱了对纤维素酶的无效吸附,该研究结果可为优化现有的预处理技术提供理论基础。 2018年07月10 00:00 2018年04期 68 73 850092 应文俊<sup>1</sup>,吴凯<sup>1</sup>,赵存异<sup>1</sup>,史正军<sup>1,2</sup>,杨海艳<sup>1,2</sup>,郑志锋<sup>1,2</sup>,杨静<sup>1,2*</sup> 糠醛渣多孔炭的制备及其在超级电容器中的应用 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804013 随着经济的发展和社会的进步,人们对具有长的循环寿命、高的功率密度和绿色廉价的能源设备的需求逐渐增加,基于生物质活性炭的超级电容器近年来备受关注。然而,生物质基活性炭的电化学性能仍然缺少竞争力,此外,对其微观结构的控制也是较大难题。笔者以糠醛渣为原料,KOH为活化剂,在氩气氛围下通过两步炭化的方法制备三维多孔炭材料,并将制备的多孔炭用做超级电容的电极材料。通过SEM、TEM、Raman、XPS、XRD等手段系统分析表征了所获多孔炭材料的形貌、结构、组成,并探讨活化剂的比例对糠醛渣多孔炭结构性能的影响。研究结果表明:当KOH和糠醛渣的质量比为3:1时,所制备的多孔炭材料比表面积为2 164.3 m<sup>2</sup>/g,具有良好的电容性能(当电流密度1 A/g时,比电容为235.6 F/g)、倍率性能和循环稳定性(当循环充放电10 000 次后,比电容仍能保留96%以上)。本研究从生物精炼废弃物中制备了性能优异的超级电容器用活性炭,为降低高性能超级电容器成本,实现生物质的高值化应用提供新思路。 2018年07月10 00:00 2018年04期 74 80 2551564 徐曼曼,李新生,黄权波,王小慧<sup>*</sup> 油茶壳原料制备木糖和高品质活性炭的研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804014 油茶壳中半纤维素含量丰富,可作为制备木糖的潜在原料。笔者通过稀酸(H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>)水解方法处理油茶壳原料,采用正交实验法详细分析了稀硫酸浓度、反应温度、反应时间3个因素对木糖得率的影响。结果表明:在稀酸质量分数为1.0%、催化温度为80 ℃、反应时间为2.0 h的最佳反应条件下,可实现最高为98.2%的木糖得率。稀硫酸水解油茶壳的同时也通过酸洗的方式去除了油茶壳原料中的灰分。用磷酸法活化水解后的固体残渣制备活性炭,所得活性炭的碘吸附值和亚甲基蓝吸附值分别为937.9和145.5 mg/g,其灰分仅为0.60%。在相同条件下,以油茶壳作为原料制备的活性炭的碘吸附值和亚甲基蓝吸附值分别为881.5和121.5 mg/g,其灰分为2.40%。采用FT-IR和XRD对水解后的固体残渣进行分析,结果表明稀硫酸催化水解油茶壳主要水解其中的半纤维素,并未水解或破坏其中的纤维素和木质素。本研究中油茶壳的高值化综合利用方法制备出了高得率木糖及低灰分活性炭,实现了油茶壳的全值化利用。 2018年07月10 00:00 2018年04期 81 86 899909 章磊,安佳欢,徐思泉,胡红,夏海岸<sup>*</sup>,左宋林 球磨麦草茎秆和叶子的LiCl/DMSO溶解和水再生行为比较(英文) /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804015 木质纤维素生物质细胞壁全组分在有机溶剂或离子液体中的溶解是解析木质纤维素结构特性和制备生物质基材料的有效途径。笔者将不同球磨程度的麦草茎秆和叶子溶解在8%(w/w)LiCl/DMSO溶剂体系,并于水中再生,对比分析麦草茎秆和叶子溶解-再生行为及木质素结构特性对再生原料酶水解性能的影响。结果显示,球磨4 h的麦草茎秆和叶子可完全溶解在LiCl/DMSO溶剂体系,但麦草茎秆木质素及碳水化合物的溶解-再生行为与叶子有较大差异。经LiCl/DMSO溶解和水再生的原料,部分木质素损失,酶水解效率显著提高,且再生叶子酶水解效率明显高于再生茎秆。化学降解分析表明,短时间的球磨处理(≤4 h)和溶解再生过程对木质素结构影响较小,但球磨时间延长对木质素β-O-4键特别是赤型结构破坏严重。麦草茎秆木质素比叶子木质素具有较高的硝基苯氧化、臭氧降解得率、赤型/苏型结构比例以及较多的β-O-4连接键。麦草茎秆和叶子酶水解效率及木质素结构的差异表明,木质纤维素生物质酶水解效率不仅受木质素芳环结构的影响,而且受木质素侧链β-O-4连接键的影响。 2018年07月10 00:00 2018年04期 87 95 652926 姜波<sup>1</sup>,谷峰<sup>2</sup>,吴文娟<sup>1</sup>,王志国<sup>1</sup>,金永灿<sup>1*</sup> 层数与碳纤维方向对木质-碳纤维复合材料声学振动性能的影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804016 为探究木质-碳纤维复合材料声学振动性能的影响因素及其用作乐器用木材替代材料的可行性,从复合材料层数结构和碳纤维铺设方向两个角度出发,对木质-碳纤维复合材料试件的声学振动性能参数(比动弹性模量、E/G、声阻抗等)进行对比分析,并以常用作乐器音板材料的美国西加云杉作为参照。结果表明,碳纤维方向对复合材料的声学振动性能影响显著,当碳纤维铺设方向从0°到45°,90°时,其声学振动参数比动弹性模量和E/G值都出现不同程度的下降; 层数结构对复合材料的音色品质影响较大,当层数从5层增加到7层后,音色品质明显下降。采用层数较少的5层结构(单板/碳纤维布/单板/碳纤维布/单板)和碳纤维方向为0°的铺层设计能获得综合表现较好的声学振动性能,其比动弹性模量为25.55 GPa·cm<sup>3</sup>/g,比美国西加云杉比动弹性模量25.98 GPa·cm<sup>3</sup>/g仅低1.66%,而其E/G值(27.89)甚至比美国西加云杉E/G值(20.14)高38.48%,具有媲美美国西加云杉的音色表现。 2018年07月10 00:00 2018年04期 96 101 1108958 吕晓东,苗媛媛,林斌,张元梓,高源,刘乾,刘镇波<sup>*</sup> 沙柳细枝颗粒致密成型过程中的压缩方式 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804017 为分析匀速、匀减速和叠加振动3种压缩方式下沙柳细枝颗粒燃料的成型质量和能耗,建立沙柳颗粒单向受压的离散元模型,设置初始条件和参数,且在颗粒生成完毕后使加载面向下运动。模拟结果表明:压缩方式对最大压力无明显影响。分析颗粒燃料沿轴向的接触力,得到叠动振动压缩方式下成型燃料品质优于其他2种方式,匀速压缩方式下的成型质量最差。成型后颗粒燃料的密度和空隙率结果也与这一结论相吻合。通过分析压缩力-位移数据,利用数值积分计算出匀速、匀减速和叠加振动3种压缩方式的做功分别为37.52,36.15和40.41 J,得出叠加振动方式消耗的能量最多,匀速方式次之,匀减速方式最小。分析不同压缩方式下颗粒的总能量也表明这一结论的准确性。模拟结果可以为生物质固化成型过程中压缩方式的选取提供理论依据。 2018年07月10 00:00 2018年04期 102 106 824577 李震,高雨航,刘彭 木纤维/碳纳米管复合无胶纤维板的制备及其性能 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804018 为降低室内电磁波污染现象,在人们广泛应用的纤维板上复合具有吸波性能的碳纳米管,通过胶磨和热压的方法制备木纤维/碳纳米管复合无胶纤维板。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶红外光谱仪(FT-IR)对复合材料的形貌结构进行表征。结果表明:木纤维经过胶磨分层,复合材料经过热压出现层状结构; 碳纳米管已成功附着于木纤维表面; 在26.6°出现碳纳米管(006)的特征峰; 木纤维和碳纳米管之间以酯键和氢键的方式进行连接。复合材料与无胶纤维板相比,静曲强度和弹性模量分别提高了约100%和20%。复合材料在厚度5 mm、频率9.8 GHz,到厚度3.5 mm、频率16.7 GHz范围内,反射损耗出现最低峰-7.3 dB。碳纳米管赋予了复合材料良好的导电性,其电导率为0.715 S/m。 2018年07月10 00:00 2018年04期 107 111 2881677 钱特蒙<sup>1</sup>,蔡泰龙<sup>1</sup>,孙庆丰<sup>1,2</sup>,金春德<sup>1,2*</sup> 陈放温度对黄麻纤维/酚醛树脂复合材料力学性能的影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804019 采用酚醛(PF)树脂浸渍黄麻纤维毡热压制备复合材料,探讨了预浸料在不同温度(20,30,40,50和60 ℃)下陈放对黄麻纤维/PF复合材料力学性能的影响,并利用差示扫描量热法(DSC)、傅里叶红外光谱法(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)等手段分析了性能变化的原因。结果显示,陈放温度从20 ℃升高到40 ℃时,陈放时间大幅缩短,但陈放温度在40 ℃以上时陈放时间缩短较少。预浸料在30~50 ℃之间陈放时,可使复合材料的弯曲性能高于60 ℃陈放; 在30~40 ℃陈放时,复合材料的冲击强度最高。DSC和FT-IR分析结果表明,陈放温度过高或时间过长会减少PF树脂内的羟甲基含量,降低固化反应程度,最终导致复合材料的力学性能下降。从微观结构观察可知,在40 ℃陈放时的纤维与树脂结合状况良好。综合考量力学性能和陈放时间,预浸料在40 ℃陈放能够制备出力学性能较好的黄麻纤维/PF复合材料。 2018年07月10 00:00 2018年04期 112 117 1130956 张爱红,魏强,王伟宏<sup>*</sup> 履带式双轴除草机的研制与试验 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804020 为解决各种山地果园中除草难度大、除草效率低、难以实现机械化等问题,研制高效的新型除草机具有重大意义。为能够更好地适应南方果园的复杂地形,提高除草率,设计的除草机采用履带式行走机构和新型双轴式除草作业头机构; 利用Inventor三维软件对除草机整机进行设计建模,并验证整机结构的合理性; 对除草机关键零部件除草作业头进行设计,并通过力学分析验证了除草刀的适用性,确定除草作业头的关键性能参数。通过现场试验分析了除草甩刀的转速、甩刀质量以及底盘行走速度对除草机除草效率的影响,通过分析试验数据得出:当行走速度为0.5 m/s、转速为1 600 r/min、甩刀质量为0.347 kg时,除草效率以及防缠绕效果最好,除草率超过80%。该研究结果对后续除草机械的研制设计提供了参考。 2018年07月10 00:00 2018年04期 118 124 1083609 王子健,高自成,李立君<sup>*</sup>,欧阳益斌,周方思 随机森林算法在树木年轮图像分割中的应用 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804021 年轮图像早晚材的准确分割是树木年轮计数和间距测量的前提条件。为解决年轮本身生长的复杂性、采伐过程中的锯痕干扰、早晚材图像灰度差别较小等因素造成的分割难题,提出了一种基于随机森林(random forest,RF)算法的分类模型,可实现年轮图像的准确分割。首先,通过变换图像的颜色域空间,提取出样本图像在RGB、HSV和L<sup>*</sup>a<sup>*</sup>b<sup>*</sup>模型下的9个颜色分量,基于灰度共生矩阵提取样本图像的对比度、相关性、能量和熵的均值与标准差共8个纹理特征。然后,根据早晚材颜色与纹理特征的差异,基于随机森林算法构建像素分类器,实现年轮图像的早晚材的初步分割。为了提高分割图像的质量和准确度,对分割后的图像使用形态学方法消除孤立和黏连噪声,以得到最终分割图像。最后,将该方法与K-均值聚类(K-means)算法和支持向量机(support vector machine,SVM)算法进行对比。结果表明:所采用基于RF算法的分类模型分割年轮晚材的正确识别率为95%左右,错误识别率在6%左右,图像分割效果明显优于其他两种算法。 2018年07月10 00:00 2018年04期 125 130 4073494 宁霄,赵鹏<sup>*</sup> 森林火灾火焰像素检测的背景减除算法 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804022 背景减除(background subtraction,BS)是森林火灾火焰图像中运动像素检测的主要手段,已有文献多采用高斯混合模型进行运动像素检测,然而GMM算法对于背景包含大量运动像素的视频并不能取得好的效果,而野外环境的森林火灾视频风吹树枝叶会导致大量的运动像素。为更好地提取森林火焰的运动像素,对36种BS检测算法应用于光照强度变化、树枝叶摆动、相机抖动等多种森林火灾视频进行实验,并选择4种效果好的BS检测算法(高斯平均值背景减除法(DPWrenGA)、改进的高斯混合模型(DPZivkovicAGMM)、混合高斯背景模型(MixtureOfGaussianV2)、局部二进制相似度分割背景减除法(LOBSTER))进行分析研究。结果表明,DPWrenGA法检测到的前景完整性不够理想,但其噪声点最少,精确率最高。LOBSTER法能最完整地分割出前景。4种算法对阳光强烈的场景和存在树枝遮挡的火灾视频的检测效果都不是很理想,但对相机抖动有较好的适应性。 2018年07月10 00:00 2018年04期 131 136 1990858 陈越,赵亚琴<sup>*</sup>,蒋林权,孙一超 小型钢框架劲性水泥土挡墙的复合刚度研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804023 小型钢框架劲性水泥土挡墙在荷载作用下的工作机理尚未明确,且基坑工程涉及较多不确定因素,需要进行可靠度分析。开展集中荷载作用下悬臂梁试验,分析试件的荷载-型钢应力曲线、荷载-挠度曲线,确定试件的复合刚度代表点,考虑物理、几何、静力平衡三方面条件对代表点进行综合分析,提出试件的复合刚度计算方法。再结合实例,基于MATLAB进行刚度和稳定性方面的可靠度分析,利用蒙特卡洛法、JC法和窄界法等计算其在不同失效模式下的失效概率和系统失效概率。结果表明:1)复合刚度理论计算值与实测值相差14.29%; 2)可靠度分析发现,倾覆破坏和顶部位移过大的失效概率较大,体系蒙特卡洛法所计算失效概率处于窄界法所计算失效概率范围内。提出的复合刚度计算方法能够为该支护结构刚度的可靠度分析提供依据,倾覆破坏和顶部位移过大是其主要失效模式。研究成果对于小型钢框架劲性水泥土挡墙的设计和应用具有一定的指导意义。 2018年07月10 00:00 2018年04期 137 144 2248217 何培玲<sup>1,2</sup>,庞汉松<sup>2*</sup>,杨平<sup>1</sup>,张健<sup>2</sup> 焊钉连接件直径对钢-HSSFC界面受剪性能的影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804024 为研究大直径焊钉连接件在高强钢纤维混凝土(HSSFC)中的力学性能,制作了4组共12个焊钉连接件进行推出试验,得到了不同直径焊钉连接件在HSSFC中的破坏形态、抗剪承载力和极限滑移量,并对规范承载力公式进行了修正。结果表明:对于16和19 mm的小直径焊钉连接件,破坏形式以焊钉剪断为主; 对于22和25 mm的大直径焊钉连接件,破坏形式以焊缝破坏为主; 与普通混凝土推出试件相比,采用HSSFC时,焊钉连接件的承载力有一定的提高; 随着焊钉直径的增大,推出试件的抗剪刚度有较大的提高,极限滑移量则明显减小。对既有规范给定的焊钉连接件承载力计算公式进行了修正,修正后的公式与试验值吻合较好,与收集到的92个采用不同类型混凝土、不同强度等级(C60~C100)、不同焊钉直径(16~30 mm)的推出试件试验值均较为吻合,表明该修正公式适用范围较广,可作为钢-HSSFC大直径焊钉剪力键的设计参考。 2018年07月10 00:00 2018年04期 145 150 1078657 周晓栋,端茂军,魏洋,李国芬<sup>*</sup>,王序 三轴压缩条件下北山花岗岩的力学特性及破裂演化 /oa/darticle.aspx?type=view&id=201804025 岩石在荷载作用下会产生破裂损伤,力学特性发生退化。为研究北山花岗岩在三轴压缩状态下的力学特性和破裂演化机制,采用MTS815 Flex Test GT和PCI-2声发射(AE)系统对北山花岗岩试样进行了三轴压缩试验,利用采集的声发射信号分析了试样的破裂演化机制,获得了北山花岗岩变形参数,并拟合得到了Mohr-Coulomb强度准则参数φ=53.25°,c=32.37 MPa,Hoek-Brown强度准则参数σ<sub>c</sub>=173.23 MPa,m<sub>i</sub>=32.78,s=1,其中参数m<sub>i</sub>在低围压区间敏感性较强,在高围压区间拟合效果较好。试验结果表明:北山花岗岩的弹性模量与泊松比均随围压的增大呈非线性增长,当围压超过20 MPa时,泊松比趋于稳定; 北山花岗岩三轴压缩应力-应变曲线峰前段主要分为初始压密、弹性变形、裂纹稳定扩展和裂纹非稳定扩展4个阶段; 基于体积应变模型和体积应变法求得了各阶段分界点的特征应力,即裂隙闭合应力、起裂应力和裂纹损伤应力,特征应力均随围压增加而增大,起裂应力比为0.56~0.58,闭合应力比为0.32~0.44,损伤应力比0.73~0.87; 试样的破坏形态主要为单面剪切破坏,且破裂角随围压增加而逐渐减小,低围压下张性劈裂对岩石破坏具有一定的影响,随着围压升高,劈裂成分逐渐减小破裂面趋于平整。 2018年07月10 00:00 2018年04期 151 158 1753677 王传乐<sup>1,2</sup>,李二兵<sup>1*</sup>,韩阳<sup>3</sup>,谭跃虎<sup>1</sup>,段建立<sup>1</sup>,濮仕坤<sup>1</sup>,范晓斌<sup>4</sup>