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2023 年 第 55 卷 6 期
- 摘要：近年来，作者在横断山脉三江并流区开展历史堵江滑坡调查，在金沙江上游发现系列沿江分布的残碉，其中以左岸的白玉县卓英村残碉分布最为集中，共17座，且未见公开报道。这些残碉是一个历史部落或村庄的遗迹，是藏彝走廊历史文化遗存的组成部分。鉴于藏彝走廊研究主要集中在社会科学方面，本文尝试采用自然科学方法拓展相关研究。基于现场调查和地质测年，结合前人工作成果，确定残碉群的建造时间与历史归属，分析历史滑坡堵江事件对河流地貌与河谷文明演变的影响。结果表明：1）卓英村残碉群兴建于1780～1490 a BP，相应的历史年代为东汉末期至南朝时期，按地域极有可能是古白狼国遗迹；2）残碉的修建高程和时间与措拉古滑坡堰塞湖尾部的湖滩高程和溃决时间等具有较好的一致性，湖泊淤积、干热河谷气候、取水便利等为卓英村的兴起奠定了基础；3）约1510 a BP前的一次大洪水事件导致措拉堰塞坝完全溃决，岸坡塌岸引起的耕地逐渐消失，以及取水不便等人居环境恶化是导致卓英村被遗弃的自然因素；4）横断山脉河流历史堵江滑坡引起的河道淤积为民族迁徙提供了良好的通道，也留存了丰富的历史遗迹，类似卓英村残碉的深入研究有望丰富和拓展白狼国与藏彝走廊的研究内容。关键词：金沙江;残碉;藏彝走廊;古白狼国;古滑坡堵江;淤积;溃坝
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发布时间：2023-11-29
科学前沿
- 摘要：教师发展是教育部自“十二五”开始实施的旨在推动师资队伍高水平建设的重要举措。本文从卓越学术的内涵探析切入，揭示“学术”应当同时包含学科学术和教学学术。继而借由文献分析结果印证普遍存在的重学科学术、轻教学学术的现实问题及其严重程度。在此基础上，提出高水平研究型大学应从人才培养这一核心任务出发，深刻认识卓越学术是一流教学学术与一流学科学术的有机融合、相互促进这一内涵，并在教师发展策略研究、体系建设、模式构筑中切实加以落实、得到体现。最后以本校教师发展为例展示研究及实践成果：四川大学作为首批30个国家级教师教学发展示范中心建设高校之一，在十年的研究与探索中，深刻解析卓越学术理应为学科学术与教学学术并重互促的内涵，树立了卓越学术引领研究型大学教师发展的新理念；多举措耦合“教学–科研–学习”，开拓了推进学科学术与教学学术融生共促的卓越教师教学发展新路径；构建“校–院系–基层教学组织”多维教师发展保障体系，形成了激励教师持续追求卓越、激发教学共同体育人活力的新机制；以卓越学术引领教师发展的新模式，有力推动了教育教学改革创新，起到了显著的示范辐射作用，且获得了2022年国家级教学成果奖。关键词：卓越学术;教师发展;教学学术;学科学术;研究型大学
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发布时间：2023-11-29
高等教育国家级教学成果获奖项目
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数字孪生变电站框架设计与关键技术研究 AI导读
摘要：数字孪生（DT）技术的发展给电力系统的智能化管理带来诸多便利，然而作为推动能源电力行业数字化、智能化的关键技术，相关研究与应用还处于初期起步阶段，亟需开展系统性研究，以突破适应能源电力行业特殊性的数字孪生关键技术。为此，本文以变电站作为应用场景，首先对变电站运维管理现状进行了分析，指出现阶段存在变电站巡检模式缺陷、模型精度不够、感知参量单一、缺乏对数据的深度挖掘等问题。以此设计了一套涵盖空间信息与设备建模、变电主设备机理建模、智能反馈控制、设备感知网络、基于数据驱动的数字孪生体模型的仿真，以及3维可视化渲染与应用的数字孪生变电站模型框架。然后讨论了变电站数字孪生技术面临的问题与挑战：专业智能研制方面，变电站数字孪生系统对传感器的感知精度、智慧功能集成度、抗干扰能力、功耗以及供能方式等提出更高要求；海量数据存储与计算方面，海量多源异构感知数据如何高效存储与利用，以及如何优化算力资源分配，满足系统实时计算需求；模型研究方面，现有数据驱动模型精度不足，模型不可解释且缺乏论证，影响整个系统的可靠运行；数据方面，如何解决“数据安全”与“数据孤岛”问题；3维虚拟实体构建与动态更新方面，如何低成本快速构建可用的高精度3维变电站模型，以及研究设计3维模型的动态更新算法，以保证孪生系统实时空一致性。进而探讨了解决问题的关键技术：通过感知理论研究与提升制作工艺、结合分布式云存储与云边协同计算、数据驱动与机理知识融合建模、可信联邦学习等先进技术，以及实景3维重建与点云动态可视化等相关技术，在满足隐私保护和数据安全前提下，建立“形”与“态”相融合的变电站数字孪生系统，实现变电站运行状态全感知、全生命周期数据智能管理与高效利用，变电站全业务场景智慧运行。结合数字孪生模型设计与关键技术问题的探讨，给出了一套面向工程应用的数字孪生变电站系统设计方案，重点阐述了包括变电站设备实时监测、设备故障诊断与故障预测、运维决策优化与智能反馈控制等典型的应用场景。关键词：变电站;数字孪生;框架设计;智能巡检;压缩感知;融合建模;可信联邦学习;3维可视化- 176
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发布时间：2023-11-29 - 摘要：数字孪生城市场景中，传统的绘制方法难以生成大量静态、动态的绘制对象（如路灯、移动车辆等）。通常做法是在每条样条线上生成多个独立的场景对象，这样就会造成整个场景中的每个对象都使用不同的网格体，随着绘制对象规模的不断增加，绘制调用（DC）会越来越高。本文提出了全局实例化的方法管理所有大规模场景对象的绘制，降低DC数量（
${n_{{\rm{DC}}}}$ $ {n_{{\rm{DC}}}} $ $ {n_{{\rm{DC}}}} $ $ {n_{{\rm{DC}}}} $ 关键词：全局实例化;数字孪生;大规模场景;样条线;绘制调用- 174
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发布时间：2023-11-29 - 摘要：3维地形绘制在军事、农业、交通、智慧城市等众多行业中应用广泛，其中影像数据的处理方式主要采用空间网格划分和建立不同层级的瓦片数据。为了提高3维地形的分辨率，切割的瓦片数量呈指数增长，海量瓦片数据的访问、索引和绘制的技术难题，本文提出了一种基于TMS（tile map senice）的分层影像数据实时绘制方法，避免不同层级影像衔接处出现严重色差；构建不同影像层的服务对象，并实现大量数字孪生城市分层影像的层级、顺序、位置的灵活控制管理；根据视口中的加载瓦片的相对优先级，存入高、中、低3个队列，以加速瓦片数据的调度与绘制。为了加速影像瓦片索引获取，根据视口内的瓦片矩阵范围计算屏幕像素大小，获取影像瓦片的初步层级后与当前文件资源的层级比较确定影像的最终层级，计算视口内影像瓦片的索引和根据经纬度、层级计算行列号，从而形成影像资源的请求路径。在多层影像绘制过程中，根据影像层级大小依次从最底层开始两两图层依次混合，得到正确的混合结果。本文针对实际应用中的近、中、远景及沿海等多层影像数据进行了3维地形绘制实验，结果表明，在NVIDIA 2070显卡上能够达到300 FPS的高实时性能，并且达到无影像层级色差且高质量的绘制效果。本方法能够灵活地绘制大规模多层级影像数据，构建出数字孪生城市场景的3维地形。关键词：数字孪生城市;分层影像数据;3维地形绘制;瓦片数据;实时绘制
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发布时间：2023-11-29
数字孪生与元宇宙
- 摘要：针对人体血糖的稳定高效检测问题，本文提出了一种基于表面等离子体共振（SPR）技术的光纤传感器并成功应用于葡萄糖浓度检测。采用光纤熔接机级联拼接多模光纤–光子晶体光纤–光子晶体光纤–多模光纤（MPPM），利用磁控溅射仪在光纤结构表面沉积金膜。随后，使用巯基乙胺对传感区的金膜进行修饰，采用戊二醛固定葡萄糖氧化酶（GOD）的技术路线，使传感器具备葡萄糖特异性识别功能，并实现对低浓度葡萄糖溶液的传感。针对SPR传感器的折射率灵敏度，本文设计两组对比实验，分别是相同结构不同传感区长度的传感器对比，以及相同长度不同结构的传感器对比。研究结果表明：传感区长度对传感器的折射率灵敏度的影响较小；MPPM传感结构的折射率灵敏度优于MPM传感结构（提高了约101.84 nm/RIU），且MPPM结构的传感器具有更深的SPR共振峰，意味着检测精度更高。对于制备的葡萄糖传感器，设计了一套葡萄糖浓度、特异性识别及稳定性的检测方案。实验结果表明：在0～0.8 mg/mL的浓度范围的葡萄糖溶液中，MPPM传感器的葡萄糖灵敏度约为29.61 nm/(mg·mL–1)，且表现出良好的线性关系，拟合系数达到了0.954；具有良好的特异性识别能力及稳定性能。相比于传统的葡萄糖传感器，本文提出的葡萄糖传感器结构紧凑、生物相容性好、灵敏度高。关键词：表面等离子共振;光子晶体光纤;光纤传感;葡萄糖浓度传感
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发布时间：2023-11-29 - 摘要：为解决喷印OLED发光层制备中基板污点、涂布不均等问题引起的Mura缺陷，建立基于单松弛格子玻尔兹曼方法（BGK-LBM）的3维数值模型，对喷印OLED像素槽附近墨滴落点偏差引起的散点沉积缺陷进行仿真分析。先研究不同墨滴尺寸以不同撞击速度撞击不同接触角平板后的最大铺展半径，再以最大铺展半径为参考研究不同润湿性梯度下的像素槽外墨滴的铺展回流，最后得出接触角变化时的墨演有效落点偏差的相图。结果表明：对于微米级直径的OLED喷印墨滴，尺寸越大、墨滴撞击速度越大、像素槽内接触角越小其最大铺展半径越大；而针对存在落点偏差的散点，当最大铺展半径大于或等于散点的落点偏差时，将在足够的像素槽基板内外接触角差值引起的润湿性梯度牵引下重新进入像素槽内；撞击速度还影响其回缩阶段的回缩速度，撞击速度越小回缩越慢，因此墨滴会受到润湿性梯度的影响而被牵引向润湿度高的一侧；只有当像素槽内外接触角造成的润湿性梯度足够时，在撞击铺展后边缘进入像素槽边界处的墨滴才能被牵引重新流入像素槽内，散点沉积缺陷即得到抑制。本文提出的最大铺展半径可以用来拓宽像素槽外墨滴的有效落点范围，作为喷印OLED制备中打印精度控制的参考，用于指导生产。关键词：喷印OLED;格子Boltzmann方法;喷墨散点缺陷
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发布时间：2023-11-29
微纳光电子生物传感技术
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强震区近断层桥梁桩基础时程响应振动台试验 AI导读
摘要：为进一步探明强震区近断层桥梁桩基础动力时程响应规律，依托海文大桥实际工程，采用1g振动台模型试验，开展0.35g不同类型地震波作用下，无断层及近断层桥梁桩基础加速度、桩顶相对位移、桩身弯矩动力时程响应及其差异与桩基损伤分析。结果表明：受发震断层及断层破碎带散体材料特性等因素的影响，改变了地基土半无限体性质。由于断层破碎带相较于地基土结构性较差，强度较弱，断层破碎带–地基土相互作用对地震波的放大效应较为明显，导致近断层桥梁桩基础的动力响应特征相较于无断层桩基础更为明显，其桩基加速度峰值、桩顶相对位移及桩身弯矩均较大，且加速度峰值出现时刻早于无断层桩基，平均提前0.44～3.18 s，近断层桩基础的桩顶加速度及桩顶相对位移时程响应在10 s左右振幅较大，位移响应在30 s作用开始衰减，此时段内桩基础动力响应特征最为明显。近断层桩基础桩身弯矩最大值均未超过其抗弯极限承载能力，且有20.36%～28.41%的抗弯承载能力富余，且基频没有发生变化，表明海文大桥桩基础满足抗震设防烈度Ⅷ度的要求。综上所述，近断层桥梁桩基础抗震设计时，应考虑地震波频谱特性的差异对桩基础产生的影响，根据多种类型地震波对近断层桥梁桩基础进行抗震分析与验算，并进一步增强近断层桩基础的抗震能力。关键词：桥梁工程;桩基础;强震区;近断层;振动台试验;时程响应- 156
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发布时间：2023-11-29 -
椭球颗粒体系宏、细观特性的3维离散元分析 AI导读
摘要：颗粒材料由大量不同形状的离散颗粒组成，其力学特性与构成颗粒体系的颗粒形状密切相关。目前，关于颗粒形状对颗粒材料剪切强度的影响已有大量的物理试验或数值模拟试验研究，而非球形颗粒材料在复杂应力路径下的宏、细观力学特性认识还不够充分。本文采用离散单元法（DEM）对按一定级配生成的不同伸长率的椭球颗粒体系进行等σ3（第3主应力）及等b（中主应力比）的真三轴加载数值模拟试验，研究椭球颗粒体系的3维宏、细观力学特性，并验证常用3维强度准则对椭球颗粒体系的适用性。结果表明：在3维加载路径下，不同于圆球颗粒体系宏、细观演化规律的一致性，椭球颗粒体系的宏观应力面与细观组构面演化规律不一致，宏观应力比与强接触网络组构偏值/均值比线性不为1，这是因为椭球颗粒体系弱接触网络对宏观应力的贡献；椭球颗粒体系宏观体应变、细观法向接触力分布、接触数目及配位数分布等宏、细观指标与加载路径无关；随着椭球伸长率LAR增大，Mohr–Coulomb准则、Lade–Duncan准则、Mastsuoka–Nakai准则及施维成3维强度准则对$\varphi_{\rm{max}} $ 关键词：离散元;颗粒形状;真三轴数值试验;3维强度准则;宏、细观特性- 105
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发布时间：2023-11-29 - 摘要：高渗透压、围压及轴向循环静态加卸载共同作用下，脆性岩石循环蠕变力学特性对深部地下工程围岩稳定性评价有着重要意义。目前，针对岩石内部细观裂纹反向滑动及已扩展裂纹闭合恢复机理的研究极为欠缺。本文基于轴向加载、围压与渗透压共同作用下岩石内部初始裂纹面正向滑动诱发的翼型裂纹扩展模型，引入轴向卸载、围压与渗透压共同作用下的初始裂纹面反向与静止滑动力学特性，解释了已扩展翼型裂纹的恢复机理，建立了一种考虑轴向加卸载、围压与渗透压共同作用下，初始裂纹面正向、反向或静止滑动的应力强度因子表达式。在此基础上，结合亚临界裂纹演化法则、裂纹与应变关系及Hooke–Kelvin模型，提出一种岩石内部高渗透压、外部围压与轴向循环加卸载共同驱动翼型裂纹扩展、恢复作用下的循环蠕变宏细观力学模型，该模型描述了岩石完整的弹性、黏弹性、塑性变形行为。研究了高渗透压对初始裂纹面正向滑动与翼型裂纹扩展诱发的脆性岩石弹–黏–塑性应力–应变曲线影响，为弹–黏–塑性循环蠕变的应力、弹性模量参数选取提供依据。分析了高渗透压对初始裂纹面正向、反向、静止滑动与翼型裂纹扩展、恢复诱发的循环蠕变中黏弹性应变ε1ve、纯塑性应变ε1p及总应变ε1的影响。讨论了渗透压对弹性回弹应变、与已扩展裂纹恢复相关的塑性回弹应变、循环蠕变失效时间和失效应力的影响，并研究了围压对弹–黏–塑性循环蠕变应变的影响。研究结果为高渗透压地下工程围岩循环蠕变寿命评价与预测提供了一定的参考。关键词：脆性岩石;高渗透压;循环蠕变破坏;已扩展裂纹恢复;裂纹反向滑动
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发布时间：2023-11-29 - 摘要：为分析新建地铁高架桥运营期列车振动荷载对近接敏感构筑物的影响，基于长沙地铁1号线北延线高架桥上跨既有高速公路与干线铁路，针对两侧紧邻既有桥台桩基和框架桥，建立列车振动荷载下高架桥–地层–既有结构的动力耦合数值模型，分析地层与既有结构的不同深度动力响应随时间变化规律，以及列车运行速度、轴重、近接距离、地层加固模量、阻尼比分别对桥台桩基和框架桥的水平位移、速度和加速度的影响规律。结果表明：列车振动作用下，地表沉降值约为水平位移的40%，地层变形以水平位移为主。框架桥的变形、速度、加速度变化趋势与桩基类似，但其绝对值相对较小；不同深度的动力响应特征明显不同，桩顶和框架桥顶板受影响较大。既有构筑物的动力响应随速度的增加先减小后增大，且在低速区变化幅值较小，80 km/h为列车的最佳运行速度；动力响应随列车轴重的增大近似呈线性增大，轴重相对于速度对动力响应的影响明显。近接距离越小，框架桥的动力响应越大；新建桩基与框架桥水平距离小于桩径的4倍时，需采取加固措施；动力响应随加固区刚度增大而减小，地层模量达到300 MPa后，继续提高加固强度对降低响应的效果不明显。研究成果可为类似工程的建设与运营提供有益借鉴。关键词：地铁高架桥;近接构筑物;列车动荷载;动力响应;数值模拟;影响规律
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发布时间：2023-11-29 -
蜂窝圆孔型组合梁柱子结构抗倒塌性能研究 AI导读
摘要：为研究蜂窝梁对组合梁柱子结构抗倒塌性能的影响，分别制作了1/3缩尺的实腹式组合梁柱子结构（WUF）和蜂窝圆孔型组合梁柱子结构（WUFC）试件，并对两试件进行中柱失效工况下的静力加载倒塌试验。试验结果表明：试件WUFC破坏模式为中柱节点右侧钢梁下翼缘首先发生断裂，随后，左右边柱节点处梁翼缘也发生断裂；而试件WUF的破坏模式仅表现为中柱节点右侧钢梁下翼缘首先出现断裂，进而裂缝沿螺栓孔竖向发展并最终贯通被剪坏。两试件的变形形态与内力发展趋势相似，但试件WUFC具有更好的变形能力，二者抗力机制可划分为压拱效应阶段、梁机制阶段与悬链线机制阶段，在压拱效应阶段，由于开孔削弱了组合梁的抗弯刚度，试件WUFC的初始刚度较试件WUF下降了8.5%；在悬链线机制阶段，WUFC的悬链线机制得到了充分发展，WUFC的最大承载力和失效位移较WUF分别增大了42.7%和31.9%；梁腹板适当开孔有利于组合梁梁端节点转动与轴力的发展。通过ABAQUS对两个试件进行精细化建模，并与试验结果对比验证了有限元建模方法的正确性。通过对足尺模型的数值模拟研究了径高比、孔间距、孔边距等关键参数对试件WUFC抗倒塌性能的影响，数值分析结果表明：为保证试件WUFC具有良好的抗倒塌性能，径高比宜取50%～70%，孔间距宜取1.0～1.4倍的梁高，孔边距宜等于梁高。关键词：组合梁柱子结构;连续倒塌;参数分析;破坏模式;抗力机制- 146
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发布时间：2023-11-29 - 摘要：梁柱连接节点是框架结构的重要组成部分，明确节点的受力性能是准确进行结构抗连续倒塌分析的前提。本文基于替代荷载路径法并考虑楼板的组合效应，以两跨三柱型组合梁–柱子结构为研究对象，设计制作了H型柱弱轴方向刚性拼接的栓焊连接子结构试件（RWUF）和全螺栓连接子结构试件（RWUT）。对两种子结构试件进行单调静力加载试验并分析其破坏模式、变形性能和抗力机理。结果表明：两种试件的加载过程均经历了弹性阶段、压拱阶段、混合机制阶段（梁机制与悬链线机制的混合阶段），且子结构试件首次断裂均发生在混合机制阶段，悬链线效应的发挥为断后荷载的提升起到有利作用；试件的断裂均发生在梁段拼接处，RWUF在正弯矩区受拉侧焊缝断裂后破坏持续向腹板扩展，直至丧失承载力，RWUT的破坏仅为正弯矩区受拉侧盖板的断裂；螺栓发生有限滑移后，螺栓孔壁持续受到挤压，并发生轴向变形有利于塑性铰的转动，也为轴力的传递提供了路径，结构受荷后期悬链线效应显著，整体抗力得到提升。基于能量平衡原理对子结构进行动力评估可知，节点的非线性转动能力直接影响结构的抗倒塌能力，弱轴采用全螺栓连接的结构具备更高的动力倒塌抗力。关键词：组合梁–柱子结构;弱轴方向;刚性节点;静力加载;抗倒塌性能
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发布时间：2023-11-29 -
基于柔性边界的非饱和接触模型参数标定方法 AI导读
摘要：离散元法（DEM）是研究非饱和土力学性质的重要方法，其模拟的可靠性取决于非饱和接触模型细观参数的准确标定。目前，对非饱和接触模型细观参数的标定方法缺乏系统研究。本文提出一种基于柔性边界的标定离散元（DEM）中非饱和接触模型细观参数的方法，对非饱和接触模型细观参数进行系统标定，并通过参数敏感性分析揭示了非饱和接触模型中细观参数与宏观力学性质的相关性。首先，通过正交试验设计对细观参数的取值范围进行优化，分析细观参数对宏观响应的敏感性，结果表明：非饱和土的割线模量E50主要受摩擦系数µ、吸力ψ、杨氏模量E的影响，影响程度为µ>ψ>E；非饱和土的峰值强度Sp主要受吸力ψ、摩擦系数µ的影响，其影响程度为ψ>µ>E。其次，根据敏感性分析结果确定相关宏观响应的显著影响参数，利用基于中心复合试验设计（CCD）的响应面分析方法建立非饱和土宏观力学参数与显著影响参数之间的回归方程。再次，根据回归方程建立非饱和土细观参数的最优化模型，使用MATLAB中的FMINCON函数对其进行求解，获得细观参数的最优解。最后，利用获得的最优参数，模拟不同围压下非饱和土的三轴试验并与试验结果进行对比，验证所标定参数的有效性。该方法可为进一步分析非饱和土的细观力学性质提供基础。关键词：非饱和土;柔性边界;细观参数标定;三轴试验;离散元- 133
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发布时间：2023-11-29 -
分离式复合土工膜鼓胀变形的膜布复合规律 AI导读
摘要：分离式复合土工膜广泛应用于平原水库全库盘水平防渗工程中。为研究鼓胀变形及破坏时其中土工膜和土工布的作用规律，基于环向约束球形鼓胀变形模型，利用室内鼓胀变形试验和层状复合材料理论方法，分析了分离式复合土工膜（两布一膜250 g·m–2/HDPE（高密度聚乙烯土工膜）0.4 mm/250 g·m–2）的鼓胀变形及破坏特征、鼓胀压力和应力的膜布复合规律，并探讨了该规律的初步应用。结果表明：由于土工布的透水透气性，分离式复合土工膜发生鼓胀变形时，与压力介质接触的最下层土工布为鼓胀变形无效层，其上方的土工膜和土工布为鼓胀变形有效层；有效层中最上层土工布首先发生裂口型破坏，土工布破坏后土工膜也会瞬间破坏；分离式复合土工膜的鼓胀压力（含胀破压力）等于有效层土工膜和土工布的鼓胀压力之和，应力（含胀破应力）等于有效层土工膜和土工布的应力与其相应厚度百分比的乘积之和，胀破高度和胀破应变与单层土工布的近似相等；有效层土工膜/布材料本身的应力越大，所组成的复合材料应力也越大；有效层中某一材料厚度百分比越大，复合材料应力越接近该材料的应力值，且接近的快慢程度与有效层材料之间的应力差值大小成正比。对于不同规格、类型基础材料组合成的不同种分离式复合土工膜，研究结果有助于确定其鼓胀变形力学特性，并能为实际应用中的材料选型提供参考。关键词：复合土工膜;鼓胀变形;力学特性;复合规律- 146
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发布时间：2023-11-29 - 摘要：石粉作为机制砂生产过程中的副产品，是机制砂区别于天然砂的主要特征之一。本文在结合现有规范的基础上，提出将机制砂中石粉含量纳入胶凝体系的配合比设计，系统开展了两种岩性（石灰岩、花岗岩）石粉及其在不同含量条件下的室内混凝土物理力学性能试验，并结合X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、红外光谱（FTIR）、热重分析仪（TGA）等测试手段深入分析石粉对混凝土的微观作用机理。试验结果表明：在按照试验设计的混凝土配合比，随着机制砂中石粉含量的增加，混凝土的抗压强度、劈裂强度均呈先增大后减小的趋势。微观机理分析表明，机制砂中的石粉大多是惰性的，仅微量石灰岩石粉存在有限的化学活性，促进早期水泥水合作用，进而加快混凝土早期强度的发展。综上，机制砂中的石粉在混凝土中主要发挥物理填充作用，其含量保持在16%～19%时，能发挥良好的微集料填充效应而提升混凝土力学性能；超过该范围则导致稀释效应而降低混凝土力学性能。在石粉含量相同的情况下，花岗岩石粉组混凝土试样的整体微观结构相较于石灰岩石粉组更为致密，从而导致花岗岩石粉组的混凝土宏观力学性能强于石灰岩石粉组。相比于同类研究，本文获得的最优石粉含量处于较高范围，可为高石粉含量的机制砂混凝土的配合比设计及机制砂石骨料制作过程中的石粉含量控制提供参考依据。关键词：机制砂;混凝土;石粉;宏观力学性能;微观机理
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发布时间：2023-11-29 - 摘要：危岩体在地震作用下极易发生崩塌灾害，为计算倾倒式危岩在双向地震作用下的稳定性，并探究地震动随机性对倾倒式危岩动力模糊可靠度的影响，通过结构动力学和随机过程理论对倾倒式危岩的动力响应进行分析。首先，基于结构动力学理论建立了倾倒式危岩地震动力响应力学模型及其在两条主控面上的运动方程，并分别采用Wilson-θ法和虚拟激励法求解运动方程，建立倾倒式危岩在确定性地震波和随机地震激励下动力响应计算方法。然后，基于极限平衡理论推导了倾倒式危岩在确定性地震作用下的动力稳定系数计算公式，并将随机地震视为平稳随机过程，基于首次穿越破坏准则求解倾倒式危岩在随机地震激励下地震力峰值响应的均值和方差，从而建立了危岩随机动力稳定性计算方法。最后，将倾倒式危岩失稳事件视为模糊事件，引入模糊失效准则并采用改进的Monte-Carlo法计算危岩体的模糊可靠度，建立了动力模糊可靠度快速计算方法，并分析了地震动随机性对模糊可靠度的影响。将本文方法应用到工程实例中，结果表明：考虑地震动随机性后倾倒式危岩的动力稳定系数和模糊可靠度分别增加了6.34%和22.83%，降低了危岩体的失效概率，且采用模糊失效准则计算得到的模糊可靠度更偏于工程安全。考虑地震动的双向性和随机性较好地判断了倾倒式危岩的动力稳定性，为危岩随机地震动力稳定性评价提供参考。关键词：倾倒式危岩;双向随机地震;Wilson-θ法;虚拟激励法;模糊可靠度
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发布时间：2023-11-29 - 摘要：为掌握电化学修复对混凝土结构抗震性能的影响，本文进行了常规电场强度下混凝土柱抗震性能的数值分析与试验验证。开展了电化学修复后钢筋低周疲劳试验，基于试验数据对OpenSees有限元平台中的Reinforcing Steel材料的本构疲劳破坏参数Cf、强度退化参数Cd和疲劳破坏指数α进行修正；开展了电化学修复前后混凝土柱的低周往复试验，得到了电化学修复对混凝土柱抗震性能指标的影响，建立了电化学修复后混凝土柱有限元纤维模型，并对比分析了数值模拟结果和试验数据。结果表明：钢筋低周疲劳试验加载幅值为±1.0%、±1.6%、±2.0%时，电化学修复钢筋试件比未修复钢筋试件的疲劳寿命分别降低约5%、30%、54%，说明电化学修复过程中产生的氢对钢筋的低周疲劳寿命负面影响随幅值的增大而增大；基于不同加载幅值下的钢筋低周疲劳数据，通过Coffin-Manson疲劳模型拟合得到考虑电化学修复后影响的本构参数Cf、Cd及α分别为0.136、0.361及0.410；电化学修复前后混凝土柱的滞回曲线形状基本一致，峰值荷载与耗能能力基本相同，说明常用电流下的电化学修复对混凝土柱的抗震性能影响较小；混凝土柱的数值模拟结果和低周往复试验结果接近，说明本文提出的有限元纤维模型可用于评估电化学修复对混凝土构件抗震性能的影响。关键词：混凝土结构;电化学修复;低周疲劳;抗震性能
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发布时间：2023-11-29 - 摘要：位于中国西北部的黄土高原为滑坡多发区，具有亚稳态结构、高孔隙率和水敏性等特性的黄土在外界扰动作用下会表现出不稳定性。除了土的剪切特性外，蠕变特性被认为是决定长期抗剪强度的关键因素。合理评价加筋黄土的蠕变规律与长期强度对促进加筋黄土的工程应用具有十分重要的意义。本文利用大型直剪设备进行加筋黄土的蠕变试验得出水平剪位移–时间的变化曲线，研究了加筋黄土在大位移强度状态下的蠕变特性。此外，为了克服传统蠕变模型的不足，本文提出了一种引入非线性参数β的改进Burgers模型。与传统的Burgers模型相比，改进Burgers模型能够更准确地描述非衰减蠕变与黏性流动在加速蠕变阶段的曲线。结果表明：加筋黄土存在三种蠕变行为，包括衰减蠕变、非衰减蠕变和黏性流动；水平剪位移与蠕变时间的关系说明了当受到相同的剪应力比时，未加筋和加筋试件表现出不同的行为，加筋试件在限制颗粒在剪切面内的相对运动优于未加筋试件；蠕变速率与剪应力比的关系证实了在蠕变过程中，剪切应力会导致剪切带中土粒间发生会持续累积的相对位移，最终导致试件沿剪切面破坏。颗粒间接触损失的连锁反应，伴随着黏性位移过大，蠕变抗力迅速减弱，最终加速蠕变位移，为揭示缓慢移动滑坡灾害的形成机理提供了关键证据。关键词：加筋黄土;大位移强度;蠕变;长期强度;改进Burgers模型
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发布时间：2023-11-29
土木工程
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可控磁路永磁悬浮带式输送机支撑系统研究 AI导读
摘要：针对传统带式输送机托辊轴承产生的旋转阻力等问题，提出一种由伺服电机、双径向永磁体、导磁体、永磁贴片及托辊轴组成的新型可控永磁支撑系统。首先，根据有限单元法（FEM）建立单点可控永磁支撑系统模型，通过Maxwell仿真软件优化影响系统磁场分布的关键结构参数，并分析双径向永磁体不同旋向对系统悬浮力的影响规律。然后，采用磁路法对单点可控永磁支撑系统中导磁体的磁通路径进行区域划分，建立各处磁通路径模型，得出导磁体腿部磁通量解析式，利用等效磁荷法确定永磁贴片表面的磁感应强度，结合永磁体间作用力关系，建立单点可控永磁支撑系统的悬浮力模型。其次，利用Maxwell仿真软件确定理论计算模型中悬浮力修正系数λ1与气隙修正系数ε的数值，并搭建单点可控永磁支撑系统实验平台，获取系统悬浮力特性关系并验证理论计算模型的准确性。最后，建立单点可控永磁支撑系统的动力学模型并分析系统稳定悬浮的可行性，结合两相混合式电机的控制系统，进行系统比例积分微分（PID）算法的控制研究。仿真与实验结果均表明，系统气隙响应能稳定于设定值处，满足可控性要求，可以较快地实现稳定悬浮，为低阻力带式输送机研究提供一定理论基础。关键词：径向磁化;有限单元法;结构参数;悬浮力;比例积分微分算法- 186
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发布时间：2023-11-29 - 摘要：为了研究填充聚苯酯（POB）对Nano–SiO2改性聚四氟乙烯（PTFE）复合材料转移膜演化及摩擦性能的影响，采用冷压成型、热烧结的工艺方法制备Nano–SiO2/POB–PTFE和Nano–SiO2/PTFE两种复合材料；采用间歇称重法和原位观察法，在LSR–2M型往复摩擦磨损试验机上进行干摩擦试验；利用AXIO Imager.A2m光学显微镜、QUANTA FEG 450热场发射扫描电镜和MicroXAM–800非接触式3维表面轮廓仪分别表征转移膜的表面形貌、微观结构和3维形貌，从微观角度分析摩擦转移机理。试验结果表明，Nano–SiO2/PTFE复合材料的转移膜在对偶表面上形貌变化较快，不断重复“生成–脱落”过程，并伴随严重磨损，且没有形成较完整的转移膜。此外，生成的转移膜分层明显，且脱落痕迹显著，并有大量米粒状的磨屑附在对偶面上，导致反光性较差。而用POB填充Nano–SiO2/PTFE复合材料不仅增强了转移膜在对偶表面上的黏附力，还促进了均匀、连续转移膜的更好形成，对偶表面反光性好；并且，Nano–SiO2/POB–PTFE复合材料的磨损率较Nano–SiO2/PTFE复合材料降低了两个数量级。POB有强黏附性，而Nano–SiO2在摩擦过程中易嵌入对偶面形成机械互锁，故这两种填料共同改性PTFE可形成协同减磨效应，从而有效促进复合材料转移膜的均匀生成及稳固黏附，并大幅降低磨损率。本文的研究结论对斯特林发动机活塞环干摩擦密封材料的研制有良好的指导意义，有利于碟式太阳能热发电系统高性能密封件的研发。关键词：聚苯酯;Nano–SiO2;聚四氟乙烯;摩擦转移;转移膜
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发布时间：2023-11-29 - 摘要：疲劳裂纹是引发压力容器安全失效的主要原因，然而传统压力容器安全评定方法未考虑裂纹缺陷安全衰减过程的时变性，因此对裂纹缺陷的安全裕度表征方式存在缺陷。为此，本文通过力学公式推导、裂纹实验仿真与裂纹疲劳扩展实验相结合的方式研究了压力容器表面裂纹缺陷在疲劳断裂过程中的深长尺寸扩展规律，探索了裂纹缺陷在疲劳载荷作用下的安全衰减过程，结合安全衰减路径理论的基本思想，利用裂纹缺陷在失效过程中沿安全衰减时变路径的变化趋势来定义裂纹缺陷的疲劳失效速率，通过建立安全衰减时变路径与安全衰减速率之间的瞬态数学关系式，得到了裂纹缺陷安全衰减速率表征模型，并据此构建了曲线积分形式的裂纹缺陷剩余寿命计算模型与安全裕度表征模型。实验结果表明，本文所提寿命预测模型计算结果与裂纹缺陷的实际剩余寿命十分接近。裂纹缺陷的剩余寿命维持在总寿命的50%以上时，所提方法的安全裕度下降速率较为缓慢；而当裂纹缺陷的剩余寿命处于总寿命的50%以下时，安全裕度的下降速率会迅速增加。这种安全裕度表征方式不仅与裂纹缺陷的疲劳扩展规律一致，而且比传统方法更加符合裂纹缺陷的实际安全衰减过程、更有利于安全检测人员对临近失效裂纹缺陷进行识别与检测。关键词：压力容器;安全衰减速率;剩余寿命预测;安全裕度表征
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发布时间：2023-11-29 -
基于点球约束的机器人误差建模与参数辨识 AI导读
摘要：自动化装配对于机器人绝对定位精度提出了更高的要求，机器人理论位姿和实际位姿总存在一定的误差，若绝对定位精度过低，容易导致装配过程中零部件之间发生碰撞，严重影响装配机器人的应用与推广。为此，提出了一种基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法：1）通过在机器人末端安装的6维力传感器反馈末端受力情况，控制机器人以多种姿态使标定锥与靶标球球面重合，记录接触时各关节的位置数据；2）以靶标球球体半径为适应度函数，利用遗传算法辨识误差参数，从而建立完整的误差补偿模型。以自主研制的7自由度装配机器人为研究对象，针对装配机器人的结构特点，由正向递推建立机器人的正运动学方程，应用固定关节法与反变换法获得机器人逆运动学方程；建立机器人的运动学误差模型，预设定误差参数与位姿变换矩阵，通过牛顿迭代法获取了关节变量值，利用遗传算法进辨识误差参数，将辨识结果代入运动学模型中进行验证。采用点球式标定方法采集机器人关节数据，应用遗传算法辨识误差参数，将所得参数代入误差模型中进行实验，结果表明，绝对定位精度提升了76.74%，验证了基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法的有效性，为多自由度机器人标定研究提供了有益参考。关键词：7自由度机器人;运动学;误差模型;参数辨识- 303
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发布时间：2023-11-29 -
轻质多材料重载自动引导车总成优化设计 AI导读
摘要：自动引导车（AGV）在智能制造高速发展的过程中逐渐呈现大型化、重载化的趋势，关键承载部件的优化设计能够显著降低重载AGV的重量及运行时的能耗，直接降低其制造及使用成本。本研究使用碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）作为轻质材料，针对80 t级标准平台AGV关键承载部件从材料到结构进行总成优化设计。首先，使用双向渐进结构法（BESO）拓扑优化车架及舵轮安装板，采用单元灵敏度过滤技术消除细小的分叉结构，得到了适合实际制造的优化结构。然后，制备不同层数及编织方向的CFRP试样，进行拉伸及面内剪切实验，获得CFRP的力学性能参数。随后，优化复合材料层合板的铺层角度，仿真结果表明，复合材料优化后的铺层角度为[–12/33/55/–68]（从下至上铺层角度依次为–12°、33°、55°、–68°），使多层材料面内最大Mises应力和位移分别降低了25.79%和9.95%。最后，针对车身进行有限元分析。研究结果表明：优化设计使重载AGV重量明显降低，新结构在未大幅提升最大Mises应力与位移的前提下，总重量降低21.79%，其中，舵轮安装板采用角度优化后的CFRP铺层组，其重量仅为优化前的8.83%。模态分析表明，新结构的前6阶特征频率在核定工况范围内随着载荷增加呈减速下降的趋势，满载情况下在61.95～109.75 Hz之间变化平稳。研究为实现重载AGV的低能耗、轻量化及低成本制造提供一定的参考。关键词：重载自动引导车;双向渐进结构法;拓扑优化;碳纤维复合材料- 182
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发布时间：2023-11-29
机械工程
- 摘要：RGB深度图像（RGB–D）显著性目标检测是计算机视觉领域的研究任务之一，很多模型在简单场景下取得了较好的检测效果，却无法有效地处理多目标、深度图质量低下及显著性目标色彩与背景相似等复杂场景。因此，本文提出一种3分支多层次Transformer特征交互的RGB–D显著性目标检测模型。首先，提出一个跨模态坐标注意力模块，该模块通过采用坐标注意力抑制RGB图像和深度图的噪声信息，从而提取出更为显著的特征信息用于后续解码。其次，通过特征融合模块将高层的3层特征图调整到相同的分辨率送入Transformer层，有效地获取远距离显著性目标之间的关联关系和整幅图像的全局信息。然后，提出一个多层次特征交互模块，该模块有效地聚合多层次信息进行特征交互，从而能够更精准地定位显著性目标的位置，同时对显著性目标的边界进行细化。最后，设计一个密集扩张特征细化模块，利用密集扩张卷积获取丰富的多尺度特征，有效地应对显著性目标数量和尺寸变化。将模型在5个公开的基准数据集上与19种主流模型相比，实验结果表明：本文方法在多个测评指标上有较好的提升效果，提高了在特定复杂场景下的检测精度；从P–R（precision–recall）曲线、F–measure曲线和显著图也可以直观看出，本文方法取得了较好的检测结果，生成的显著图更完整、清晰，相比其他模型更加接近真值图。关键词：显著性目标检测;坐标注意力;Transformer;特征交互;密集卷积;显著图
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发布时间：2023-11-29 - 摘要：近年来，甘肃省舟曲县白龙江两岸古滑坡的发育复活呈现活跃趋势，导致下游已经开发建设的大量民用设施受其威胁，因此，这些滑坡的早期识别成为该地区地质灾害预防需要关注的重要课题。本研究基于Sentinel–1A降轨数据，采用小基线集合成孔径雷达干涉测量（SBAS–InSAR）技术，对舟曲县，尤其是白龙江沿岸滑坡灾害隐患进行早期识别，获取舟曲县潜在滑坡灾害点列表，并划分其风险等级，重点分析大蠕滑量的4个典型滑坡的时序形变过程，总结舟曲县滑坡发育与降水之间的相互关系。研究结果表明，舟曲县白龙江干流及支流河谷区西北—东南方的老滑坡体均发生了一定程度的滑动，共识别出高风险等级坡体8个，分别为寺儿沟、立节北山、杭嘎村、锁儿头、三眼峪、南峪、大川乡—两河口及曲告纳乡滑坡，严重威胁15个村镇的居民生命财产安全。其中锁儿头、三眼峪和南峪滑坡的形变最为严重，对其重点分析的结果显示，监测时段内平均形变速率达–80.14～21.48 mm/a，形变量达–482.01～493.31 mm，坡体在未来复发的可能性较大，而且，近年来逐渐增加的降水更有可能促使其提前复发。舟曲县典型滑坡的后缘形变与降水量具有一定的相关性，滑坡的发生受降水影响极大；同时，地质构造、地形地貌、地震、地层岩性等也对滑坡的发生具有一定影响。关键词：小基线集;滑坡灾害早期识别;降水;舟曲;形变特征
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发布时间：2023-11-29
信息工程
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