最新刊期
      2024 年 第 56 卷 第 5 期

        聚焦国家重点研发计划

      • “长江中下游崩岸问题研究取得新进展，专家揭示崩岸机理，研发智能预警技术，为河道治理提供科技支撑。”
        卢金友,周银军,邓彩云,郭超,李凌云
        2024, 56(5): 1-9. DOI: 10.15961/j.jsuese.202400363
        摘要：崩岸是长江中下游河道自然演变的常见形式，严重威胁防洪安全、航道畅通及沿江经济基础设施正常运行甚至是人民生命财产安全。三峡工程等水利水电工程建成运行引起长江中下游水沙情势显著改变，近年来，中下游河道持续冲刷、局部河势调整、崩岸频发，造成多方面不利影响。尽管以往已开展了相关研究并进行了治理，但由于影响因素众多，崩岸机理复杂，隐蔽性、突发性和随机性强，预警及治理难度依然很大。本文以“崩岸机理揭示—大范围筛查—介入式监测—多尺度预警—系统化防治”为总体思路开展研究，围绕流–固耦合作用下的崩岸机理与险情智能筛查、河道岸坡土体全要素实时感知及崩岸模拟预警技术、耦合河势控制措施的崩岸系统防治技术等关键科学技术问题，重点研究持续冲刷下河势变化与崩岸动态响应关系，研发多源信息融合的崩岸险情智能筛查技术、河道岸坡全要素一体化智能感知技术、多尺度河道崩岸预测与预警技术，以及耦合河势控制措施的崩岸系统防治技术，旨在揭示持续冲刷条件下长江中下游崩岸发生的驱动因素及内在机理，研发崩岸险情智能感知预警及防治关键技术，实现崩岸险情智能筛查、多要素监测、动态预警与系统防治。研究有望显著提高长江中下游河道崩岸发生的预见性和治理技术水平，促进崩岸从灾后抢护向灾前预防转变，为河道系统治理和水安全保障能力提升提供科技支撑。  
        关键词：河道崩岸;机理;筛查;监测预警;系统治理;长江中下游   
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        发布时间：2024-09-20

        岩质边坡灾害感知新技术

      • “在地质灾害预警领域，专家通过岩桥结构面损伤识别及SDEI监测技术，为大型危岩崩塌灾害早期预警提供新策略。”
        杜岩,张洪达,谢谟文,蒋宇静,李双全,刘敬楠
        2024, 56(5): 10-23. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300928
        摘要：作为中国常见的一种地质灾害，大型危岩崩塌成因复杂、分布范围广、隐蔽性和突发性强、危害性大，其早期预警一直难以实现。通过总结岩体崩塌灾害失稳机理与预警模型可知，开展岩桥结构面损伤识别及静力学–动力学–环境量参量（SDEI）的综合性监测技术研究是实现大型危岩体崩塌灾害早期监测预警的关键所在，而基于分离破坏前兆识别的早期预警机制研究是提高崩塌灾害预警时效性的有效手段之一。随着微机电系统与云边融合技术的发展，在未来有望形成一套稳定性动态评价、失稳工况预测与失稳时间预测模型实时联动的多元预警新范式。与此同时，还需通过不断丰富大型危岩崩塌等脆性破坏灾害预警技术体系，实现危岩体预警等级、稳定性状态、失稳工况、失稳时间的实时分析，进而有效解决大型危岩体崩塌灾害科学精准防控与智慧化应急决策的双重难题。最后，针对目前崩塌灾害早期监测预警研究中存在的技术瓶颈问题，提出具体的发展策略与应对措施，以期为中国地质灾害高风险区更好地应对大型危岩体崩塌灾害提供一些参考。  
        关键词：崩塌;早期预警;大型危岩体;脆性破坏灾害;监测指标体系   
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        发布时间：2024-09-20
      • “黄土高原填方边坡治理新思路，引入黄土–古土壤层状自稳结构，提出控水结构，通过实验探究渗流场、应力场和形变场变化规律，为生态治理及灾变防控提供理论参考。”
        杨帆,李明俐,王徐,吴鄂,王峰,吕剑
        2024, 56(5): 24-34. DOI: 10.15961/j.jsuese.202300560
        摘要：黄土高原地区，在“平山造城”“固沟保塬”“治沟造地”等计划开展过程中产生了大量的填方工程边坡，存在着巨大的地质灾害隐患。为了对黄土高原地区填方边坡治理提供新的解决思路，本文将黄土–古土壤层状自稳结构引入黄土填方边坡的灾变防控中，利用生石灰以及改性纤维素对黄土进行改良，提出了基于自然的解决方案（natural-based solutions, NbS）理念的黄土填方边坡控水结构，并开展人工降雨物理模拟实验，探究了有无控水结构下填方边坡渗流场、应力场和形变场变化规律、低渗场性质对边坡的影响，最终得出边坡失稳破坏模式。结果表明：1）改良黄土具有良好的工程性质，与重塑黄土相比，其液限、塑限均提高，抗剪强度增强，饱和渗透系数大幅下降，其中，改性纤维素改良黄土渗透系数降低88.59%，石灰改良黄土渗透系数降低95.18%,有控水结构边坡水分运移速度较慢，低渗层起到了良好的隔水效果；2）抗侵蚀面层的存在提高了边坡的抗侵蚀能力，有控水结构坡面的侵蚀量仅为无控水结构的28.43%；3）有控水结构边坡变形破坏模式为渐进式剪切滑移失稳，无控水结构边坡变形破坏模式为突发式溃散流滑破坏。本研究成果可为黄土高原地区填方边坡的生态治理及灾变防控工作提供理论参考。  
        关键词：黄土填方边坡;黄土–古土壤;基于自然的解决方案NbS理念;物理模型试验;控水结构   
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        发布时间：2024-09-20
      • “在岩土工程领域，专家建立了岩体抗剪强度参数随钻识别模型，为岩质边坡稳定性评估提供解决方案。”
        程谞,汤华,吴振君,张勇慧,秦辉,王腾,贾泽庆,房昱纬
        2024, 56(5): 35-47. DOI: 10.12454/j.jsuese.202301032
        摘要：地层类别及岩体抗剪强度参数的准确识别对岩质边坡的稳定性评估至关重要。基于无量纲的可钻性指标建立了岩体抗剪强度参数随钻识别模型，使得随钻测试结果能够不经标定或换算，即可直接识别岩体抗剪强度参数。结合无监督学习和自主设计的决策模块，对深度序列随钻数据进行智能识别和自动平滑处理，实现对地层结构的智能感知，并定量描述各岩层的随钻参数及抗剪强度参数。采用自主研发的高精度现场随钻测试设备对云南鹤庆北衙露天矿灰岩体区和F6–1断层交界区域的爆破钻孔过程进行监测，并以两个典型钻孔的全过程监测结果为例，展示随钻智能识别方法的应用。总体而言，ZK1钻孔随钻智能识别方法与原始地质剖面一致程度为90.85%，ZK2钻孔随钻智能识别方法与原始地质剖面一致程度为84.47%，钻孔成像验证表明该方法识别的地层能更准确地反映边坡实际地层情况。值得注意的是，该方法能够在大尺度与地质剖面结果一致的前提下，精准地识别出地质剖面未曾表现的关键层位。这一特性为破碎软弱岩层及其强度参数的识别，以及地质模型的精准构建提供了有力保障。该方法在岩土工程领域具有广泛的应用前景，为岩层性质和抗剪强度参数的实时智能识别及地质模型的精准构建提供了可靠的解决方案。  
        关键词：岩质边坡;随钻测试;可钻性指标;抗剪强度参数;无监督学习   
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        发布时间：2024-09-20
      • “在危岩体损伤识别领域，专家通过数值模拟和模型试验，建立了危岩体三维损伤演化的高敏感性指标体系，为危岩体损伤识别提供了新方法。”
        赵晨,谢谟文,杜岩,黄正均,贺铮,路光
        2024, 56(5): 48-59. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400255
        摘要：目前，基于动力学指标反映危岩体损伤的研究多集中于分析危岩体单方向振动特征，当无法判断结构面演化方向或演化方向为多方向时，难以准确识别危岩体损伤。为探究危岩体损伤演化过程的空间3维振动特征，得到可反映危岩体空间3维损伤演化过程的高敏感性指标，本文将危岩体视为3维实体，通过数值模拟分析了倾倒型危岩体振型特征，并基于弹簧–质子摆振模型推导了危岩体水平向摆振和竖向摆振的振幅和固有频率的计算公式。结果表明：危岩体不同振型对其损伤的敏感性与结构面演化方向有关。单向动力学指标敏感性由该方向主振型决定，因此指标敏感性受结构面演化方向控制。监测方向与结构面法向或结构面演化方向一致时，指标敏感性最高；监测方向为结构面演化方向垂向时，动力学指标敏感性最差。将粒子轨迹应用于危岩体损伤识别，以3维向量表示危岩体振动过程中的空间位置，定义了粒子轨迹时域动力学指标算法。通过设计崩塌相似模型试验，人工切割加深后缘裂隙模拟危岩体结构面损伤演化过程，分析了危岩体演化过程中单向时频动力学指标和粒子轨迹时域动力学指标的变化规律；试验发现：与结构面损伤演化有强相关性的单向动力学指标（振幅标准差、峭度、主频）对危岩体损伤敏感性具有方向差异，各指标不同方向敏感性最高相差2.50～23.79倍；粒子轨迹动力学指标对危岩体结构面不同方向演化时的损伤均具有较高敏感性。  
        关键词：崩塌;倾倒型危岩体;损伤识别;空间振动特征;动力学指标   
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        发布时间：2024-09-20
      • “在地质灾害识别领域，专家通过土工离心试验与图像分析技术，建立了斜坡变形模式与宏观形变特征的耦合关系，为西南复杂地质边坡变形识别提供技术支撑。”
        陈明浩,郑光,刘震东,刘俊杰,陆会燕
        2024, 56(5): 60-73. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300208
        摘要：随着中国建设工程不断向西南地区发展，一系列地质灾害问题日益凸显，许多学者利用InSAR遥感技术在该地区开展早期识别研究卓有成效，但研究却仅限于地表宏观形变的识别与判定，无法明确斜坡内部破裂与表层宏观形变间的对应关系。加之西南地区复杂地质构造作用，产生了许多高隐蔽、难预测的反倾层状岩质边坡，使得InSAR遥感早期识别遇到了又一难题。因此，本文通过开展大型土工离心试验，分析斜坡弯曲–倾倒变形阶段，结合图像分析技术，建立起斜坡倾倒变形模式与表层宏观形变特征之间的耦合关系，并利用原型边坡的InSAR解译和实地调查结果，反向推断边坡所处阶段，将斜坡变形阶段可视化，为此类斜坡变形的识别和防控提供技术支撑。研究表明：1）反倾层状岩质边坡弯曲倾倒破坏主要分为初始蠕变、坡脚倾倒–弯曲、变形累进以及折断带贯通4个阶段。倾倒破坏往往始于坡脚，而后向斜坡中上部发展，伴随阶梯状破裂面的发育贯通，斜坡被整体破坏；2）对试验图像识别分析，获取深部与表层的速率变化，建立二者的对应耦合关系。发现在倾倒变形不同阶段，大变形区域（表层关键裂缝）遵循从下至上的发展规律，依次是坡脚附近—坡前中部—陡缓交界处；且陡缓交界处岩板的变形速率曲线在倾倒变形启动、内部折断带贯通阶段存在两次明显的峰值现象；3）选用扎永变形体的InSAR解译结果与试验结果进行对照，并通过现场复核，初步判断该变形体正处于变形累进阶段。  
        关键词：反倾层状岩质边坡;离心模型试验;早期识别;宏观形变特征   
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        发布时间：2024-09-20
      • “在最新报道中，科学家们在人工智能领域取得了突破性进展，专家构建了先进的算法体系，为智能决策提供新方案。”
        2024, 56(5): 74-75.
          
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        发布时间：2024-09-20

        环保型电力装备与先进电工材料

      • “在超高压大电流领域，专家构建了三维多场耦合模型，验证了气体绝缘母线温升特性，为设备安全运行提供参考。”
        侯世英,罗澳,杨帆,王鹏博,权帅峰,孙帅
        2024, 56(5): 76-85. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300927
        摘要：探究气体绝缘母线在超高压大电流工况下的温升特性对设备的正常运行以及监测维护意义重大。然而，在长期大电流负荷运行下，因接触异常等原因导致母线在较小封闭空间内产生大量热量，极易造成局部过热严重威胁设备安全运行。针对这一问题，本文以550 kV气体绝缘母线为研究对象，构建了考虑接触电阻的3维电磁–温度–流体多场耦合模型，计算其在1.1倍额定电流（8 800 A）、气压0.3 MPa条件下的母线温度分布，并搭建了大电流温升试验平台进行验证，试验测量结果与仿真结果吻合度高。基于验证后的可靠模型，进一步探究了通流水平、SF6气压及接触状态对母线温度分布的影响规律。结果表明：母线最高温度位于盆子凹面处电接触部位顶部（约为54 ℃），该端触头上方SF6温度比导杆上方高近15 ℃，凹面处触头径向温度梯度明显低于凸面处触头径向温度梯度；在非等温自然对流的情况下，母线温度整体呈径向上高下低、轴向端部高中间低的规律分布；母线温度随通流水平提高呈非线性上升、随SF6气压增大呈近似线性下降，可在一定范围内提高设备绝缘气体压强以降低设备运行温度；异常电接触处温度随阻值增大近似线性增加，而电接触异常往往是母线过热的主要风险点。研究结果可为超高压大电流气体绝缘设备产品设计及状态监测提供参考。  
        关键词：气体绝缘母线;多物理场耦合;温升特性;接触电阻;影响因素   
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        发布时间：2024-09-20
      • “在环保气体断路器领域，专家建立了电磁-热-流多物理场耦合仿真模型，探究了C4F7N/CO2混合气体的温升特性，为新型环保绝缘气体替代SF6提供理论依据。”
        赵莉华,邬志云,闫志强,黄小龙,宁文军,贾申利
        2024, 56(5): 86-97. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300964
        摘要：由于SF6断路器具有严重的温室效应，基于新型环保气体断路器的研究受到了广泛关注。现有关于新型环保气体C4F7N/CO2混合气体的研究大多集中在灭弧、绝缘性能等方面，对其温升特性的研究不够深入，但是绝缘气体的温升特性对断路器的载流能力设计和运行状态监测具有重要意义。为探究新型环保气体断路器的温升特性，本文基于40.5 kV瓷柱式断路器样机搭建了温升实验平台，并建立了电磁–热–流多物理场耦合的仿真模型，对断路器温升特性开展研究。结果表明：断路器灭弧室内温升呈左右对称、上高下低的阶梯状分布，热量主要集中在导体和内部绝缘气体顶部；灭弧室内流场分布较为稳定，导体附近的气体由于受热产生了自然对流现象，气体流速随着温度的升高逐渐增大，最大流速出现在喷口位置；在一定条件下，瓷柱式断路器的导体回路、瓷套管外壳和喷口等典型测点处的温升均随着负荷电流的增大而增加，且喷口和导体处的温度上升速率远高于瓷套管外壳；基于不同气体的瓷柱式断路器温升场具有相似的分布规律，其中C4F7N/CO2混合气体表现出良好的散热能力，且随着混合气体中C4F7N气体比例的增加，导体温升逐渐减小；各种气体环境下灭弧室内的流场分布也大致相似，气流速度与灭弧室温度和气体黏度密切相关。研究结果可为新型环保气体C4F7N在瓷柱式断路器中的应用提供理论依据，对新型环保绝缘气体在高压断路器温升方面替代SF6具有重要意义。  
        关键词：温升特性;C4F7N/CO2混合气体;高压断路器;有限元仿真   
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        发布时间：2024-09-20
      • “在电力系统保护领域，ZnO压敏电阻研究取得新进展，专家基于Voronoi网络模型，揭示了微观晶界特性对宏观电气性能的影响机制，为高性能ZnO压敏电阻研制提供新思路。”
        孟鹏飞,郭敬科,雷潇,王磊,张兵兵,缪奎,胡军
        2024, 56(5): 98-105. DOI: 10.15961/j.jsuese.202300386
        摘要：ZnO压敏电阻具有优良的非线性伏安特性与良好的通流能力，可以在电力系统发生过电压时吸收冲击能量从而实现对电力设备的保护，在电力设备的过电压保护中得到广泛应用。ZnO压敏电阻的非线性特性起源与其晶界特殊的双肖特基势垒结构有关，微观晶界参数对ZnO压敏电阻的宏观电气性能参数起到决定性作用，而目前对于微观晶界特性对ZnO压敏电阻宏观电气性能的影响机制研究较少。本文基于Voronoi网络及改进的晶界分区模型，通过材料计算的方法研究了ZnO压敏电阻晶粒施主密度、晶界表面态密度、晶界分区参数等微观晶界特性对其宏观电气性能的影响规律。本文将高性能ZnO压敏电阻的研制过程视为多变量、多目标问题，并依据任意优化变量对优化目标的影响是否相同、优化变量对两类优化目标的作用效果是否相同对优化目标和优化变量进行分类，揭示了微观晶界对电气性能的影响机制。通过优化变量、优化目标的合理分类，将复杂的多变量、多目标问题有效简化，并依据分类变量和分类目标的特征制定分步优化策略，从微观物理层面对ZnO压敏电阻性能进行改善，对高性能ZnO压敏电阻的研制有重要意义。  
        关键词：ZnO压敏电阻;材料计算;双肖特基势垒;晶界分区;影响机制   
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        发布时间：2024-09-20
      • “报道：C6F12O混合气体与EPDM相容性研究取得进展，为环保绝缘气体应用提供科学依据。”
        田双双,刘本立,邓广宇,张晓星,李慧慧,刘伟豪,陈辉
        2024, 56(5): 106-116. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300004
        摘要：C6F12O作为一种新型环保绝缘气体，与缓冲气体混合后具有作为绝缘介质运用于中低压电气设备的潜力。然而，环保气体绝缘设备内的密封材料是否与C6F12O长期兼容还有待深入研究。为此，本文研究了C6F12O/CO2混合气体与气体绝缘设备中常用的三元乙丙橡胶（EPDM）的相容性和O2对C6F12O/CO2混合气体与EPDM相容性的影响。本文搭建了气固相容性实验平台，并结合实际运行温度进行不同温度下C6F12O混合气体与EPDM的相容性实验，测试了实验后EPDM的表面形貌、表面元素、力学性能和气体成分的变化，以确定C6F12O混合气体与EPDM的长期相容性。同时，构建了C6F12O混合气体与EPDM分子链的仿真模型，基于分子动力学（MD）理论计算了C6F12O、CO2与EPDM之间的扩散系数、相互作用参数和混合能。结果表明：在110 ℃热加速实验后EPDM表面产生鳞状结构，并在EPDM表面检测到C—F键、有机氟化物和金属氟化物，EPDM的力学性能降低，实验后主要气体产物为C3F6和C3F7H。加入O2后，EPDM在90 ℃时表面出现凸起，并且有大量O、F元素积累在表面，EPDM力学性能下降，气体产物增多。理论计算也表明升高温度和加入O2会加速C6F12O混合气体在EPDM中的扩散，导致气体分子与EPDM相容性变差。本文的研究成果将为C6F12O气体绝缘设备的设计和制造过程提供参考。  
        关键词：C6F12O混合气体;三元乙丙橡胶;相容性;分子动力学模拟   
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        发布时间：2024-09-20
      • “在电力设备安全领域，研究者提出了改进的绝缘子气-固界面电荷积聚计算方法，并通过实验验证了其准确性，为直流输电设备设计提供理论支持。”
        刘杉,姜喆,袁书文,李杨,谢更生,王青于,彭宗仁
        2024, 56(5): 117-126. DOI: 10.15961/j.jsuese.202300138
        摘要：直流电压下气–固界面存在自由电荷积聚现象，对沿面闪络等放电行为具有重要影响，与绝缘子的安全可靠性密切相关。国内外学者对此开展了大量实验和仿真研究，已有研究表明，气–固绝缘表面电荷的来源主要有3种：固体侧的体电流、气体侧的离子电流以及气–固表面的面电流。在气体绝缘开关设备（GIS）、气体绝缘金属封闭输电管廊（GIL）等电力设备中，各关键部件的控制场强较低，正常运行时不会发生局部放电，故气体侧电荷来源主要为气体分子的弱电离，但是气体场域的对流扩散方程离散形式会出现振荡解，直接求解易导致迭代不收敛。为了解决此难题，本文提出绝缘子气–固界面电荷积聚的改进饱和电流密度计算方法，并搭建柱式绝缘子表面电荷测量实验系统，测量了常温常压下空气中柱式绝缘子在直流电压下的表面电荷积聚特性，通过对比分析，验证了仿真计算方法的合理性和准确性。结果表明：支柱式绝缘子表面在直流电压下存在两个异极性电位峰、1个同极性电位峰，且随加压时间增大，电位峰位置不变。在试样下部，气体侧电流小于固体侧电流密度，表面积聚负电荷，在试样上部气体侧电流大于固体侧电流密度，表面同样积聚负电荷；在试样中部，绝缘子表面积聚正电荷，固体侧电荷占主导因素。研究结果可为直流输电设备的设计提供理论支持。  
        关键词：表面电荷;饱和电流;HVDC系统;柱式绝缘子;优化计算   
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        发布时间：2024-09-20
      • “在环保型绝缘气体领域，研究者基于密度泛函理论，探索了C4F7N/N2/O2混合气体的击穿特性及分解特性，为提升气体绝缘设备性能提供新思路。”
        刘提,陈聪,吴震,陈桓
        2024, 56(5): 127-135. DOI: 10.12454/j.jsuese.202301042
        摘要：C4F7N具有优异的绝缘性能和环保特性，是有潜力替代SF6的环保型绝缘气体。目前，主要采用CO2作为C4F7N的缓冲气体，其含量一般大于90%，由于CO2为温室气体，将CO2替换为N2后与C4F7N混合，会使混合气体环保性大大提升。虽然，C4F7N/N2混合气体在放电时可能有固体碳析出情况，严重影响气体绝缘设备正常运行，但是，O2的加入能够改善C4F7N/N2二元混合气体的击穿特性，抑制分解产物的产生。为此，本文基于密度泛函理论计算了O2及C4F7N/N2混合气体的电子亲和能、电负性、不同分子数量的O2和N2与C4F7N气体之间的相互作用能及电荷转移量，得出了C4F7N分子的福井函数、C4F7N/N2/O2各气体分子化学键的解离能，分析了C4F7N与O2放电分解涉及的自由基反应过程，从微观角度研究O2对C4F7N/N2混合气体击穿特性及分解特性的影响。结果表明：相较于N2，O2的电子亲和能及电负性更强，加入O2有助于提高C4F7N/N2混合气体的击穿电压。O2–C4F7N的相互作用能约为N2–C4F7N相互作用能的5倍；随着缓冲气体分子数量的增加，缓冲气体与C4F7N之间电荷转移量逐渐增加，使得C4F7N/O2体系中C4F7N得到电子，而C4F7N/N2体系中C4F7N失去电子。C4F7N未发生放电分解时，缓冲气体与C4F7N分子间主要以物理作用为主，O2的加入消耗C4F7N分解产生的${\rm CF}_2^{\,\cdot} $与${\rm C}^{\,\cdot} $自由基，减少金属电极表面碳单质的附着。综上，O2的加入能够减少碰撞电离，消耗C4F7N分解产生的自由基，抑制分解产物的产生，改善三元混合气体C4F7N/N2/O2的击穿特性及分解特性。  
        关键词：C4F7N/N2混合气体;密度泛函理论;O2;击穿特性;分解特性   
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        发布时间：2024-09-20

        智能交叉科学与工程

      • “在鱼类仿生学领域，研究者采用数值模拟技术，探究了鲫鱼游泳行为及能力的影响因素，为仿生学研究提供了新见解。”
        初文华,员庆,郭慧琴,武树龙,张忠
        2024, 56(5): 136-145. DOI: 10.12454/j.jsuese.202201274
        摘要：鱼类游泳行为机理及游泳能力的影响因素是目前鱼类仿生学研究的热点问题。本文选取鲹科游动模式（carangiform）的典型—鲫鱼（crucian carp）作为研究对象，采用数值模拟的方法，利用动网格技术结合用户自定义函数（UDF），围绕运动参数、鱼体体型及游泳环境（壁面边界），以仿生鲫鱼到达动态稳定的巡游速度这一过程衡量鲫鱼游泳能力，对鲫鱼游泳能力的影响开展研究。结果表明：当摆动频率在0.07～5.50 Hz之间，摆幅系数在0.03～0.06之间，随着鱼体摆动频率和摆动幅度的增大，仿生鲫鱼获得动态稳定巡游速度的时间逐渐缩短，且巡航游速相应增加。将不同厚长比、体长的鲫鱼经过量化处理后进行数值计算，研究结果表明：以相同的摆幅和摆频向前游动，厚长比与游泳速度呈负相关，当厚长比小于0.166，仿生鲫鱼可获得更快的游泳速度；体长方面，将仿生鱼的体长设置为L，仿生稚鱼可更快速地到达巡游阶段，但到达动态稳定的巡航游速较低，约为0.6L s–1，仿生幼鱼在加速阶段速度较快，巡游阶段与仿生成鱼的动态稳定巡航游速基本一致，约为1L s–1；鱼体在壁面附近游动所产生的壁面效应会导致游泳速度降低，且双侧壁面对仿生鲫鱼游泳速度的影响较单侧壁面更为显著，当鱼体距单侧壁面0.5L，距双侧壁面0.8L时将不受壁面的影响。本文的研究结果可为鱼类仿生学研究提供有益参考。  
        关键词：鲫鱼;自主游动;数值模拟;影响参数;壁面效应   
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        发布时间：2024-09-20
      • “在城市化与空气污染研究领域，专家基于低秩矩阵分解方法，提出了一种新的空气质量推断模型，有效提升了无站点区域空气质量预测的准确性，为城市空气质量管理提供了新思路。”
        胡克勇,郭小兰,刘国晓,杨鑫,王续澎
        2024, 56(5): 146-155. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201391
        摘要：随着城市化进程加快，空气污染形势也愈发严峻，在城市范围内提供细粒度的空气质量时空分布对于人们的户外活动规划和身体健康具有重要意义。然而，稀疏的空气质量站点、不完备的相关特征数据及空气质量随空间和时间的非线性变化使无站点区域的空气质量准确推断面临巨大挑战。通过分析实际空气质量数据集，发现空气质量矩阵的低秩结构，并基于此提出一种基于低秩矩阵分解的方法，通过融合来自低秩结构、空气质量测量值和各类时空特征的信息进行空气质量推断。与现有工作分别处理特征恢复、特征提取和空气质量推断不同，本文方法将3个任务统一到一个模型，通过对不同任务的协同训练与监督提升总体的推断性能。在模型中，构建空间、时间特征矩阵及空气质量矩阵，进行联合低秩矩阵分解，分别得到空间区域的特征表示、不同时刻的特征表示，通过与空气质量矩阵共享空间及时间矩阵因子，将空间和时间特征表达的时空相似性信息迁移到空气质量矩阵缺失值推断以提升其性能。基于北京市的真实空气质量数据集，将所提模型与基线模型进行对比，结果表明所提模型在推断误差、标准差等指标上均优于基线模型，具有较好的FAC2结果，能够在一定程度上揭示影响空气质量变化的主要时空特征。  
        关键词：时空特征;矩阵分解;空气质量推断;低秩结构   
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        发布时间：2024-09-20
      • “双腿轮式机器人研究取得新进展，专家提出分布式动力学建模策略，为机器人运动控制提供新理论框架和实践指导。”
        余坼操,马心知,朱学军,杨旭东,赖惠鸽,杨爱迪
        2024, 56(5): 156-167. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300854
        摘要：双腿轮式机器人融合了足式与轮式机器人的优势，展现出灵活性和高速高效特性。然而，精确控制这类机器人需要对运动学和动力学模型进行深入研究。此外，欠驱动、强耦合和非线性等控制难点也进一步加剧了机器人运动与自平衡控制的挑战。为应对这一挑战，本文提出一种分布式动力学建模策略，分别对机器人的躯干及腿轮子系统进行了精确建模，保留了机器人的所有动力学特性，并据此设计出以腿轮末端输出力矩为控制目标的力矩解算器。随后，基于该模型创新性地提出一种全身力矩控制框架，旨在实现双腿轮式机器人的运动控制和动态平衡。为进一步提升其运动性能，还规划了多运动模式，并成功地集成到全身力矩控制系统中。在MATLAB环境下搭建了双腿轮式机器人仿真实验平台，设计了两种行走实验方案和3种不同跳跃高度的仿真实验。实验结果表明，行走速度误差小于0.09 m/s，跳跃高度误差控制在0.02 m以内，验证了控制策略的可行性。最后，搭建了腿轮融接型复合结构的双腿轮式机器人，成功开展了机器人多运动模式实验，进一步证实了机器人在运动控制作业中的高精度表现，其躯干高度误差在3.38 mm以内，俯仰角误差不超过0.04 rad。研究结果充分验证了分布式全身动力学建模的精确性以及全身力矩控制系统的有效性，为双腿轮式机器人的运动控制研究提供了新的理论框架和实践指导。  
        关键词：双腿轮式机器人;分布式模型;力矩控制;运动控制   
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        发布时间：2024-09-20

        深地科学与工程

      • “在岩体工程领域，杉树垭磷矿研究揭示了岩体力学参数空间变异性对采空区失稳风险的影响，建立了基于随机场的定量评价方法，为矿柱稳定性分析提供了新视角。”
        陈东方,王梦柯,徐鼎平,叶海旺,王其洲,刘建,向彬
        2024, 56(5): 168-175. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201242
        摘要：现有层状岩体磷矿床采空区失稳分析方法很少考虑岩体力学参数的空间变异性。以杉树垭磷矿为研究背景，构建了能够表征岩体力学参数自相关性、互相关性及非高斯性的随机场，以层状岩体破坏接近度（FAI）为评价指标，建立了岩体单元破坏的极限状态方程，并借助Hermite随机多项式建立了随机岩体力学参数输入场与网格单元FAI输出场间的显式函数表达式。最后，采用蒙特卡洛法计算磷矿采空区网格单元破坏概率，实现了磷矿采空区失稳风险的定量评价。结果表明：参数随机场能够很好表征岩体力学参数的空间变异性，采空区失稳高风险区域（破坏概率≥70%）位于矿柱高度的中间部位，矿柱表面的破坏深度在2 m以内，与实际矿柱破坏位置与破坏深度相吻合。常规数值计算因计算结果指标分布差异,常面临难以判定磷矿采空区是否失稳的问题，而本文数值计算方法既考虑了层状岩体力学参数自相关性、互相关性及非高斯性的客观空间变异性特征，又实现了基于破坏概率的磷矿采空区失稳风险定量评价。  
        关键词：层状岩体;磷矿床;采空区;失稳风险;定量评价   
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        发布时间：2024-09-20
      • “在地下工程领域，专家提出了一种融合逐步多元线性回归和神经网络的联合反演方法，为地下洞室群地应力场预测提供新方案。”
        裴书锋,臧东升,孙常新,何建华,李国良,陈炳瑞
        2024, 56(5): 176-189. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300576
        摘要：深切河谷和大型结构面影响大型地下洞室群地应力场分布，准确预测地下洞室群区域地应力场对工程建设至关重要。本文提出融合逐步多元线性回归和神经网络的联合反演，通过逐步多元回归获得合理的构造运动因素及其基准值，再通过神经网络反演获得较优的反演结果。首先，提出复杂地质条件下地下洞室群地应力场反演方法，主要包括地应力实测数据分析、3维地质模型建立、逐步多元线性回归与BP人工神经网络联合反演，以及基于洞室围岩应力型破坏特征的结果验证。该方法从历史构造运动出发，约束多元回归因素及其回归系数，解决剪应力偏差过大的问题，并通过历史地质构造分析、实测地应力分析和洞室群应力型破坏特征等多源约束和验证，提高地应力反演结果的准确性。以叶巴滩水电站地下洞室群为例，对该方法进行工程应用。研究结果表明：叶巴滩水电站地下洞室群最大主应力为25～30 MPa，方向为NWW–EW方位，缓倾向河谷，洞室开挖后上游侧拱肩和下游侧墙脚易发生应力型破坏；断层等大型结构面严重影响了地应力分布，临近断层部位最大主应力量值减小，方向近于垂直断层，在距断层5～10 m范围内最大主应力量值迅速增大至原岩应力，方位逐渐转为近平行断层，与宏观主应力方向接近；密集发育的断层，是导致叶巴滩水电站地下洞室群区域主应力变异性强的主要原因。本研究阐明了深切河谷和多结构面共同作用下地下洞室群地应力场分布规律，特别是断层附近地应力场的变异特征，为地下洞室群应力集中区和应力型灾害部位预测提供基础依据。  
        关键词：地应力场反演;大型地下洞室群;数值模拟；智能反演;高应力;深切河谷;断层   
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        发布时间：2024-09-20

        土木工程

      • “在中小型边坡治理领域，专家建立了考虑土体塑性变形的锚索微型桩群计算模型，为边坡稳定性分析提供新方法。”
        朱彦鹏,成栋,杨奎斌,刘东瑞
        2024, 56(5): 190-202. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201201
        摘要：锚索微型桩群在中小型边坡治理及边坡紧急抢险工程中的应用越来越广泛，但现有的计算模型对嵌固段桩前土体塑性变形及桩侧土体受力变形连续性考虑较少。针对这一问题，首先根据锚索微型桩群加固土质边坡的特点，以潜在滑裂面位置为分界线，将微型桩群分为受荷段与嵌固段进行分析。对于受荷段，将桩间土简化为水平土弹簧，有效考虑桩间土力的传递作用；对于嵌固段，采用理想弹塑性p–y曲线分析桩–土相互作用。其次，将冠梁处预应力锚索简化为弹性支座，将其作用力转移至后排桩桩顶，再由桩顶冠梁重分配至各排桩桩顶处，从而达到对桩顶位移的约束作用。最后，以帕斯捷尔纳克（Pasternak）双参数地基梁法为基础，建立考虑嵌固段桩前土体弹塑性变形及桩侧土体受力变形连续性的锚索微型桩群有限差分计算模型，并迭代求解得到该结构的水平位移与内力。利用该计算模型分别对微型桩群与锚索微型桩群加固土质边坡进行算例计算，与试验、数值模拟结果对比分析，验证该模型的合理性，并探讨土体剪切刚度、锚索束及桩径对该锚索微型桩群水平位移与内力的影响。研究表明：嵌固段桩前土体塑性变形及桩侧土体受力变形连续性对微型桩的水平位移与内力有较大影响；随着锚索束的增加，桩身最大正弯矩及水平位移均不断减小，可通过增设锚索束达到控制桩身变形与内力的目的。  
        关键词：边坡;微型桩;锚索;内力与变形;理想弹塑性p–y曲线   
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        发布时间：2024-09-20
      • “在隧道工程领域，专家基于能量方法，提出了考虑地层损失率差异的双线下穿开挖作用下既有隧道沉降的计算方法，为评估既有隧道受新建隧道穿越施工影响时的纵向变形响应提供理论支持。”
        刘天宇,罗文俊,颜建伟,江学辉
        2024, 56(5): 203-211. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201295
        摘要：针对双线隧道穿越施工造成的复杂影响问题，基于能量方法，提出了考虑地层损失率差异的双线下穿开挖作用下既有隧道沉降的计算方法。基于经典的Peck和Mair理论，在计算新建隧道开挖引起的地层位移时，引入Hunt双线开挖沉降修正系数，考虑双线隧道先后穿越引起的地层损失率差异性所造成的影响；基于Rayleigh–Ritz法和弹性地基梁理论，写出系统各部分功能关系式，建立系统总势能方程；利用变分法求解总控制方程，得到考虑地层损失率差异的双线隧道下穿引起既有隧道沉降的理论解析，并将理论计算结果与已有文献报道的工程实测沉降数据进行对比验证；以双线隧道下穿既有隧道为例，对双线中心间距、新建隧道直径以及新旧隧道净距展开参数分析。结果表明：理论计算结果与实测数据整体趋势一致，二者吻合较好，验证了所提方法的可行性；新建隧道先后下穿引起的地层损失率差异对既有隧道的沉降有显著影响；随着新建双线中心间距和新旧隧道净距的增大，既有隧道的沉降量随之减小；随着新建隧道直径的增大，既有隧道的沉降量随之增加，且第二次下穿施工产生的沉降影响会越发明显。研究成果可快速且合理评估既有隧道受新建隧道穿越施工影响时的纵向变形响应，对类似的双线隧道工程起到一定的理论支持和指导意义。  
        关键词：双线隧道施工;隧道沉降;能量法;简化计算方法;Pasternak地基   
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        发布时间：2024-09-20
      • “在非饱和黄土力学特性研究领域，专家采用颗粒流方法进行3维离散元仿真模拟分析，建立了软胶结接触模型，为黄土侧限压缩和快速增湿试验的力学响应行为提供了准确复现。”
        陈宝,柳超凡,邓荣升,周一鸣
        2024, 56(5): 212-220. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201285
        摘要：为了深入探讨非饱和黄土在侧限压缩和快速增湿作用下的宏微观特性，本文采用颗粒流方法对黄土的力学特性开展了3维离散元仿真模拟分析。采用软胶结模型模拟了颗粒间的化学胶结作用，并考虑了颗粒间的范德华力和毛细力作用，着重分析了微观参数的变化规律。结果表明：软胶结接触模型能够准确地复现非饱和黄土侧限压缩和快速增湿试验中的力学响应行为。微观力学配位数随着竖向压力的增加而不断加速增长，同时颗粒间接触力与接触力矩均随含水率的增加呈现逐渐减小的趋势，而对于饱和试样则出现增长的情况。颗粒间的剪切破坏和拉破坏随着竖向压力的增加而逐渐增加，在大约100 kPa达到最大值。随着含水率的增加，剪切破坏逐渐占据主导；此外，随着竖向压力的逐渐增加，应变能、滑动耗能与阻尼耗能逐渐增加，应变能数值远大于滑动耗能与阻尼耗能；应变能的增速随着竖向压力的增加逐渐加快，直至200 kPa附近达到最大，含水率越大应变能终值越低；滑动耗能与阻尼耗能的终值均在小范围内波动。  
        关键词：黄土;离散单元;侧限压缩试验;湿陷试验;微观分析   
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        发布时间：2024-09-20
      • “在建筑抗震领域，研究者提出了一种新型高强钢梁柱节点，通过配置弯剪型可更换组件，有效提升了结构的抗震性能和震后修复能力。”
        梁刚,李淑敏,杨佳男,刘云贺,卢俊龙,田庆
        2024, 56(5): 221-229. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201389
        摘要：为解决实际工况下阻尼器受压易屈曲，耗能不稳定的问题，提出一种配置弯剪型可更换组件的高强钢梁柱节点，其结构具有震后塑性残余变形小、耗能能力稳定以及震后功能易于修复等优势。基于弯剪型耗能件在节点中的受力特点，设计了5个弯剪型耗能件，通过低周循环加载试验，系统探讨了该组件的协同工作机理及破坏模式，分析了不同设计参数对弯剪型耗能件承载能力、刚度退化和耗能能力等的影响规律。结果表明：弯剪型耗能件肢柱间协同工作性能较好，其损伤主要分布在耗能肢柱端部，从肢柱内侧缓慢渗透至肢柱表面最终导致肢柱断裂破坏，以此耗散地震能量，试件滞回曲线均较为饱满，具有良好的耗能能力；随着肢柱高宽比或宽厚比等参数的增加，耗能件初始刚度和承载力均降低，面外变形趋势明显，使得等效黏滞阻尼系数减小，耗能能力变差；综合对比各个试件的滞回性能指标，肢柱总高宽比约为3.5、宽厚比为1.5、肢柱数量为10时，耗能件具有较高承载力的同时，拥有良好的耗能能力。  
        关键词：耗能件;循环荷载;破坏模式;滞回曲线;承载力;刚度   
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        发布时间：2024-09-20
      • “在地基处理技术领域，专家研究了透水管桩复合地基的固结特性，为软土地基处理提供新选择。”
        杨伟涛,陈征,段亚茹,梅国雄
        2024, 56(5): 230-239. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201296
        摘要：复合地基是一种有效且应用广泛的软土地基处理技术，而开孔透水管桩综合了散体材料桩的透水性与黏结材料桩高承载力的优点，是地基处理中增强体的新选择。据此，为研究透水管桩复合地基的固结特性，在考虑桩体向褥垫层和下卧层发生刺入的前提下对传统等应变假定进行了修正，并引入半透水边界作为桩土界面排水条件，在此基础上推导了桩身均匀开孔下土体固结的微分方程和求解条件，综合考虑了不同的附加应力分布形式以及扰动效应。利用有限正弦傅里叶变换等方法，求解了土体内部超静孔压、地基沉降及固结度的解析表达式，并通过退化分析和有限差分解的对比，验证了本文解答的正确性。最后，通过算例分析系统探究了开孔率、开孔半径、地基附加应力分布形式、扰动效应以及垫层和下卧层的压缩模量对地基固结特性的影响。结果表明：相比于传统管桩，透水管桩对加快桩周土内超静孔压的消散有着显著的效果；具体为开孔率越高、开孔半径越小，则桩侧土内超静孔压消散越快；与此同时，附加应力呈倒三角分布且不考虑扰动效应时地基固结速率最快；此外，增加垫层和下卧层的压缩模量也可以提升地基固结速率。本文的研究结果可为透水管桩技术的推广和工程设计提供一定的理论依据。  
        关键词：透水管桩;复合地基;固结;刺入变形;扰动效应;解析解   
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        发布时间：2024-09-20
      • “在土石坝和软弱地基处理工程中，粗粒土的渗透特性对工程安全至关重要。研究者通过设计不同级配试样，利用大型常水头渗透仪进行室内试验，定量分析缩尺级配对渗透系数的影响，并建立了渗透系数换算模型。该模型预测值与实测值误差控制在6%以内，为粗粒土渗透特性评价提供了准确方法。”
        赵桂锋,蒋明杰,张振,王天成,梅国雄
        2024, 56(5): 240-246. DOI: 10.12454/j.jsuese.202201397
        摘要：粗粒土广泛应用于土石坝和软弱地基处理工程，渗透特性对工程设计的安全性具有重要影响。受室内仪器尺寸限制，只能对原级配粗粒土进行缩尺处理才能试验。然而，原级配粗粒土缩尺会改变土颗粒之间的孔隙大小及孔隙通道之间的连通性，导致缩尺后粗粒土室内渗透试验结果与原级配土的渗透系数存在一定差异，这种差异对准确了解原级配土的渗透特性十分重要。因此，如何通过缩尺试样试验结果准确预测原级配土的渗透系数，成为评价工程现场粗粒土渗透特性的关键。本文基于连续级配方程，将颗粒最大粒径dmax和级配面积S作为变量，设计16组不同级配试样，利用自制大型常水头渗透仪对各组试样进行室内渗透试验，定量研究缩尺级配的渗透系数变化规律，并找出不同级配土之间渗透系数换算的方法。结果表明：当级配面积S一定时，渗透系数k随dmax增大而增大，级配面积越小该规律越明显；当最大粒径dmax一定时，渗透系数k随级配面积S增大而减小；dmax和S对k的影响规律可分别用特定函数形式定量描述。根据dmax和S与k的关系式建立粗粒土不同级配之间的渗透系数换算模型，通过文献计算出该模型对各类粗粒土不同级配下渗透系数预测值与实测值的误差均在6%内，并利用缩尺级配试验结果反推出原级配渗透系数值且误差仅为2.5%，验证了该渗透系数计算模型对粗粒土的适用性。  
        关键词：粗粒土;缩尺级配;渗透系数;最大粒径;级配面积   
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        发布时间：2024-09-20

        机械工程

      • “在陶瓷塑性成形领域，研究者借鉴蜣螂体表减黏脱附功能，提出了练泥机机头仿生凹坑结构设计，有效提高了泥料挤出效率和表面质量。”
        于盛睿,季平,戴哲敏,徐磊,刘志环,李伟,吴辉庭
        2024, 56(5): 247-257. DOI: 10.15961/j.jsuese.202300031
        摘要：陶瓷练泥机是陶瓷塑性成形的关键设备，对挤出致密度高、可塑性强、组分均匀的泥料具有重要意义。由于泥料在陶瓷练泥机中会与机器内部接触面间产生黏附阻力，导致挤出的泥料出现速度分布不均匀、分层、开裂等缺陷，严重影响泥料表面质量与成形性能。针对以上问题，借鉴蜣螂体表的减黏脱附功能结构，本文分析练泥机机头中泥料的运动状态，研究了陶瓷练泥机机头非光滑凹坑结构的仿生设计方法，利用表面改形方法在练泥机挤出机头内壁面设置凹坑形仿生结构，打乱泥料原本的分层秩序，使水膜状态发生变化，建立机头的蜣螂仿生凹坑结构表面模型，通过COMSOL多物理场数值计算与正交试验设计对其结构进行优化，最后通过试验验证提出方法的有效性。结果表明：影响仿生机头综合性能的几何因素由主到次依序为非光滑体排列方式、相邻非光滑体间距、非光滑体截面半径；在机头内壁表面均匀设置平行排列的半径r为1.5 mm、相邻中心距b为4.5 mm的凹坑结构，与光滑表面机头相比，其泥料挤出减阻率λf达到21.83%，相对角速度方差下降率$\lambda _{\mathrm{s}}^2 $为3.44%，泥料挤出效率提高11.95%，挤出泥料表面光滑，无明显表面和内部质量缺陷，从而证明了仿生非光滑凹坑结构在保证泥料具备一定挤出效率的同时，可实现减黏降阻。提出的方法对练泥机泥料的高质、高效挤出具有重要理论意义与工程价值。  
        关键词：练泥机;泥料缺陷;仿生凹坑;减黏降阻   
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        发布时间：2024-09-20
      • “在柔性可穿戴器件领域，研究者利用摩擦纳米发电机原理，设计了球冠式自供能压缩传感结构，采用3D打印技术制造，并通过实验验证了其在步态监测和足底压力分布监测方面的传感性能，为可穿戴设备提供了新的设计思路与制造工艺。”
        栾丛丛,王振威,纪毓杨,姚鑫骅,傅建中
        2024, 56(5): 258-267. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201234
        摘要：针对柔性可穿戴器件对压缩应变传感的需求，利用摩擦纳米发电机摩擦生电的原理，设计可监测压缩应变的球冠式自供能压缩传感结构，以尼龙布和硅胶为正负摩擦材料，基于硬度差异化硅胶材料设计策略，实现球冠摩擦接触面积的压缩可变性，并阐释其自供能压缩传感的原理；配制3种硅胶打印墨水，采用自主研发的多喷头硅胶直写3维（3D）打印工艺与设备，制造相应的自供能压缩应变传感结构；借助冷场发射扫描电子显微镜对摩擦球冠的横截面形貌进行表征，分析不同硬度硅胶间的界面黏结性能；搭建可实现往复运动的压缩实验装置，通过实验研究球冠尺寸参数和压缩应变对传感输出电性能的影响规律。实验结果表明：3D打印球冠式摩擦电自供能压缩传感结构的最大压缩应变输出电信号随支撑球冠高度的增大而增大；开路电压、电荷转移量和短路电流均与压缩应变呈正相关，当压缩应变由7%增至35%时，开路电压峰值由5.3 V增至22.2 V，且具有良好的循环耐久稳定性。最后，以该球冠式自供能压缩应变传感结构为基础，设计一款自供能传感鞋垫，并探索其在步态监测和足底压力分布监测方面的传感性能，获得了良好的应用效果。研究内容为可穿戴柔性摩擦电式自供能压缩应变传感结构的一体化设计制造提供新思路与新工艺。  
        关键词：柔性传感;3D打印;自供能;压缩传感;可穿戴器件   
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        发布时间：2024-09-20
      • “在海底资源开发领域，专家建立了气举扬矿装置理论模型，为提升扬矿性能提供技术支撑。”
        汪志能,邹俊伟,林伟明,王晓川
        2024, 56(5): 268-276. DOI: 10.12454/j.jsuese.202201252
        摘要：气举扬矿装置通过气–液–固三相间动量交换，实现海底矿浆的举升，能长期在泥、水、砂等多相共存的恶劣环境中工作，克服了传统机械泵耐磨性差、密封要求高的缺点，具有极强的市场应用价值和广阔的应用前景。海底气举扬矿装置气–液–固三相力学作用过程极为复杂，传统三相力学平衡方法难以精确建立海底气举扬矿模型，严重影响扬矿装置的设计与过程控制。为了提升扬矿性能，在不考虑气–液–固内部力学作用机理情况下，从气–液–固混合流体整体压降衰减角度建立扬矿装置理论模型。提取扬矿管气–液–固流动单元，分析流动单元与管壁的摩擦损耗特性，建立混合流体的压差模型，并以扬矿管进出口压力为约束条件，形成了扬矿理论模型，突破了常规三相力学建模繁琐难题。在此基础之上，搭建海底气举扬矿实验测试平台，验证了理论模型的可靠性，研究结果表明：1）理论模型与实验值吻合度较高，误差在17.6%范围内；2）增大气体表观速度提高了混合流体压差，却降低了含固率，这可能是因为高进气工况下液流摩擦损耗较大，可采取液流减阻策略提高扬矿性能；3）固体颗粒表观速度随气体表观速度先增加后减小，存在最优气体表观速度使得装置扬矿量最大。研究结论为海底气举扬矿装置多相流动特征分析及装置优化设计提供理论基础与技术支撑。  
        关键词：海底采矿;气举;气–液–固;压差   
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        发布时间：2024-09-20
      • “在液晶显示器生产领域，专家建立了芯片互连电阻仿真体系，探究了最优工艺参数，为提高封装效率和质量提供解决方案。”
        陈睿卿,刘磊,贾磊,罗晨,周怡君
        2024, 56(5): 277-286. DOI: 10.15961/j.jsuese.202201338
        摘要：玻璃覆晶封装技术是液晶显示器生产过程中的核心技术，主要采用热固性固化胶和若干导电颗粒组成各向异性导电胶膜倒装实现互连，而互连后的芯片电阻是材料选择与工艺参数的重要评估指标。本文旨在建立芯片互连电阻仿真体系并探究相同导电颗粒分布下芯片封装的最优工艺参数。首先，通过大量实验获取采用CP6530ID型号各向异性导电胶膜的芯片在不同工艺参数下的凸点互连电阻及凸点捕捉到的导电颗粒数目，并对实验数据进行统计分析。其次，在数值模拟实验中，为模拟键合温度与压力的耦合方式，采用顺序热力耦合方法。在得到热力耦合场下CP6530ID型号各向异性导电胶膜中导电颗粒的形变量后，通过建立的导电颗粒互连电阻的数学模型算出芯片互连电阻，将互连电阻计算结果与实验结果对比，验证仿真结果的有效性及对实验的指导意义。最后，将生产商索尼化学公司推荐的封装工艺参数范围作为优化起点，对随机化导电颗粒分布情况进行仿真，以仿真结果为参考探究芯片封装的最优工艺参数。在实现芯片有效封装的前提下，仿真结果显示，键合温度为190 ℃、键合压力为100 MPa时，芯片互连电阻最小。芯片封装过程中，压力对互连电阻起决定性作用，温度对互连电阻的影响较为微弱。就压力因子而言，在不考虑导电颗粒被压裂的情况下，压力越大，最后形成的互连电阻越小；温度越高，导电颗粒的热膨胀越剧烈，导致互连电阻越大。  
        关键词：液晶显示器;玻璃覆晶封装;数值模拟;互连电阻;工艺参数   
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        发布时间：2024-09-20

        信息工程

      • “在数字广告推荐领域，研究者提出了自注意力深度域嵌入因子分解机模型，通过精化原始嵌入向量和增强特征交互，有效提升了点击率预测的准确性。”
        李广丽,叶艺源,许广鑫,张红斌,吴光庭,吕敬钦
        2024, 56(5): 287-296. DOI: 10.12454/j.jsuese.202201373
        摘要：点击率（CTR）预测通过预测用户对广告或商品的点击概率，实现数字广告精准推荐。针对现有CTR模型存在原始嵌入向量未精化、特征交互方式偏简单的问题，本文提出自注意力深度域嵌入因子分解机（self-attention deep field-embedded factorization machine，Self-AtDFEFM）模型。首先，通过多头自注意力对原始嵌入向量加权，精化出关键低层特征；其次，构建深度域嵌入因子分解机（FEFM）模块，设计域对对称矩阵以提升不同特征域之间的交互强度，为高阶特征交互优选出低阶特征组合；再次，基于低阶特征组合构建深度神经网络（DNN），完成隐式高阶特征交互；然后，围绕精化后的嵌入向量，联合多头自注意力与残差机制堆叠多个显式高阶特征交互层，通过自注意力捕获同一特征在不同子空间上的互补信息，完成显示高阶特征交互；最后，联合显式与隐式高阶特征交互实现点击率预测。在Criteo和Avazu两大公开数据集上，将Self-AtDFEFM模型与主流基线模型在AUC和LogLoss指标上进行对比实验；为Self-AtDFEFM模型调制显式高阶特征交互层层数、注意力头数量、嵌入层维度及隐式高阶特征交互层层数等参数；对Self-AtDFEFM模型进行消融实验。实验结果表明：在两大数据集上，Self-AtDFEFM模型的AUC、LogLoss均优于主流基线模型；Self-AtDFEFM模型的全部参数已调为最佳；各模块形成合力以促使Self-AtDFEFM模型性能达到最优，其中显示高阶特征交互层的作用最大。Self-AtDFEFM模型各模块即插即用，易于构建和部署，且在性能与复杂度之间取得平衡，具备较高实用性。  
        关键词：点击率预测;多头自注意力;特征交互;域嵌入因子分解机;深度神经网络   
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        发布时间：2024-09-20
      • “在图像处理领域，RBNet算法通过边界感知技术，有效提升了阴影检测的准确性，为移动设备上的应用提供了快速且高效的解决方案。”
        陈珏宇,杨雨泓,邢冠宇,刘艳丽
        2024, 56(5): 297-306. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300005
        摘要：由于阴影边界上的像素数量往往远小于阴影内部区域的像素数量，准确检测阴影边界区域相比于检测阴影内部区域像素更困难。为了提高在阴影边界上的检测准确率，本文提出了一种新颖且高效的轻量级边界感知阴影检测算法RBNet。首先，将图像分为阴影区域和非阴影区域，并分别采用距离变换将图像的阴影区域、非阴影区域的边界部分和主体解耦。接着，提出RBNet的解码器通过学习阴影区域的边界特征，在监督学习中平衡阴影边界与区域内部像素的对阴影检测性能的影响。然后，在RBNet中设计了一种可多分支融合的结构化重参模块RepConv，通过重参进行多分支融合来减少模型参数量、降低模型计算量并提高模型推理速度。将提出的RBNet和其他常见的阴影检测算法进行了一系列阴影检测对比实验和算法模型消融对比实验。实验结果表明，本文提出的阴影检测算法RBNet不仅模型最小，且具有最快的推理速度，同时，在性能上优于现有的阴影检测算法。RBNet可在小型移动端设备上进行广泛应用，结合阴影去除算法，显著提高目标检测或分割任务的准确性。  
        关键词：阴影检测;深度学习;图像解耦;卷积网络;重参   
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        发布时间：2024-09-20
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