最新刊期
2025年第57卷第4期
- “在岩土工程领域，物质点法模拟效率提升20倍，为大规模工程问题提供解决方案。”摘要：近年来物质点法发展成为岩土工程领域一种重要的大变形数值模拟方法，被广泛应用于滑坡、溃坝、隧道突水突泥等问题的研究。伴随着应用场景的规模化与复杂化，对于方法本身的精度要求和效率需求继而持续增加，导致其计算成本逐步上升，制约了物质点法进一步在大规模岩土工程问题中的应用。鉴于此，本文提出一种改进图形处理器（GPU）加速策略的物质点法，引入模块化编程思想，采用简洁的多组1维数组的方式进行数据存储结构和基于硬件层级的内存操作管理处理数据竞争，以提高物质点法的模拟效率，解决面向过程的GPU加速策略存在的扩展性问题，并形成高效且灵活的模拟构架。通过模拟铝棒坍塌试验和理想边坡失效过程，结果显示，基于改进GPU加速策略的物质点方法具有较好的并行性，较已有Taichi‒GPU物质点法在性能上提升10%左右。最后，应用本文提出的物质点方法模拟再现新磨村滑坡的全过程，得出当物质点数目扩大2.5倍左右时，计算效率提升20倍左右。关键词：GPU加速;物质点法;滑坡;大变形数值模拟735|459|0更新时间：2025-07-23
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考虑空间异质性的降雨滑坡易发性预测研究 增强出版 AI导读
“在滑坡易发性预测领域，专家引入深度嵌入聚类和动态雨量阈值分区方法，显著提升了预测精度和时效性。”摘要：现有滑坡易发性预测方法未能充分考虑地形、土壤和植被等环境因素的空间异质性，也无法准确反映极端降雨对滑坡易发性的影响。为了克服这些限制，引入了一种结合深度嵌入聚类（DEC）的动态雨量阈值分区方法，通过深度学习技术，根据环境因素将研究区域划分为具有相似特征的子区域，实现了滑坡预测模型的精细化空间异质性分析；在此基础上，提出基于混合分布的动态雨量阈值模型以区分非极端降雨与极端降雨，并采用贝叶斯方法动态更新模型参数，提高了模型对不同降雨类型的适应性和预测的时效性。以通江县为案例，采用多任务学习自适应神经树模型（MLANT），结合深度嵌入DEC模型与混合分布阈值模型，对滑坡易发性进行预测。结果表明，本文方法在精确度、F1分数及受试者工作特征曲线下面积AUC值等关键性能指标上显著优于传统依赖统一阈值的模型。特别是与传统的基于前期有效降雨量方法相比，预测效果提升显著，预测滑坡密度和数量由0.038事件/km2和44个滑坡事件提升至0.044事件/km2和59个滑坡事件，充分证实了在滑坡易发性预测中使用深度嵌入聚类（DEC）的动态雨量阈值分区考虑空间异质性和区分不同降雨事件的重要性和有效性。关键词：滑坡易发性;深度嵌入聚类（DEC）;空间异质性;混合分布降雨阈值;多任务学习自适应神经树模型442|119|0更新时间：2025-07-23 -
泥石流推移掩埋建筑物影响规律试验 AI导读
“在泥石流灾害领域，专家分析了影响建筑物推移的物理特性因素，揭示了泥石流推移建筑物的影响规律，为灾后应急救援定位搜救提供指导。”摘要：大规模泥石流事件中，山区民用建筑物往往被完全摧毁并被推离原来的位置，被困人员也随着建筑物被推移掩埋，导致灾后应急搜救极其困难。为此，针对建筑物在泥石流推移作用下的简化受力情况，本研究分析影响堆积位置的物理特性因素，包括泥石流Froude数、液化程度、建筑物高长比及建筑物与泥石流的高度比和密度比。通过高精度可开展分布式测量的小尺度水槽试验，研究5个物理特性因素对建筑物块体在泥石流堆积区堆积相对位置的影响规律。结果表明：1）随着泥石流体积固相含量的增大，泥石流流动性的减弱使建筑物块体在泥石流堆积区的堆积相对位置更靠近堆积前缘；2）在相同来流条件下，块体形状越扁平，块体越难被推移，被推移后运动距离也越短，堆积相对位置远离堆积前缘；3）对体积固相含量为45%和50%的泥石流进行推移试验，结果表明，建筑物块体密度越小，块体被推移距离越远，堆积相对位置更靠近堆积前缘，而对于体积固相含量为53%的泥石流，密度大的块体的堆积相对位置更靠近堆积前缘。本研究通过水槽试验揭示影响推移作用的因素，分析泥石流推移建筑物的影响规律，对于灾后应急救援定位搜救被困人员或遗体具有指导意义。关键词：泥石流;推移作用;建筑物;理论分析;水槽试验513|241|0更新时间：2025-07-23 -
非均匀结构堰塞坝溃决过程的3维数值模拟 AI导读
“在斜坡失稳体堆积领域，专家建立了三维堰塞坝溃坝模型，准确模拟水沙输运特征，为风险防控决策提供解决方案。”摘要：堰塞坝是斜坡失稳体快速堆积而成的天然坝体，在斜坡运移分选和河谷约束堆积作用下普遍呈现3维非均匀结构，这导致目前基于均匀结构假设的溃坝模拟误差巨大，严重影响峰值流量预测和风险防控决策。为深入研究非均匀结构对堰塞坝溃坝过程的影响，充分考虑泥沙的不定向输移，建立3维堰塞坝溃坝模型，并采用大涡模拟（LES）与考虑泥沙状态转化的质量守恒方程，准确模拟水沙输运特征与复杂的溃口发育演变。使用该模型分别模拟均匀结构、垂直非均匀结构和水平非均匀结构物理模型试验，计算得到的溃口发展趋势和流量过程线与物理模型试验基本接近。在均匀坝体中，随着材料抗侵蚀能力的增强，溃坝过程中的侵蚀特征由层状冲刷逐渐演变为单级陡坎和多级陡坎。在竖向非均匀结构中，层间材料的组合影响明显，“上细下粗”的顺序结构会导致陡坎侵蚀特征明显，且溃坝流量曲线上没有明显的峰值；相反，“上粗下细”的反序结构在顶部形成“盔甲层”，导致坝体容易在高水位下突然迅速溃决，产生较大的峰值流量。在水平非均匀结构中，过流侧上部是核心区域，其下部和对岸上部分别影响下切速率和扩展速率，对岸下部对溃决影响有限。此外，粗颗粒沉积会引发溃口纵剖坡度变缓，削弱溃口的过流能力，导致溃口的溯源侵蚀受阻，溃决流量峰值较低。关键词：堰塞坝;非均质结构;3维数值模拟;溃决侵蚀;溃决流量427|390|0更新时间：2025-07-23 - “在山洪灾害早期防范领域，专家构建了汶川县崩塌滑坡易发性评价模型，为复合山洪灾害防范提供解决方案。”摘要：崩塌、滑坡等形成的松散物质常为山洪灾害提供重要泥沙物源。汶川“5·12”地震灾区存在大量不稳定边坡与潜在的滑坡、崩塌风险区。构建崩塌、滑坡易发性评价模型对于该区域复合山洪灾害的早期防范具有重要意义。本文从地形、地质及气象水文等方面筛选出10个评价因子，应用极端梯度提升（XGBoost）与轻量级梯度提升机（LightGBM）两种先进的集成学习算法和逻辑回归、随机森林两种常见算法分别构建汶川县崩塌滑坡易发性评价模型，通过准确率、精确率、受试者工作特征曲线（ROC）下面积等定量指标对比各模型评估结果。结果表明：根据不同分类评价指标，两种集成学习模型相较于传统模型拥有更高的分类预测能力；分类准确率方面，XGBoost模型（0.903）与LightGBM模型（0.903）优于随机森林模型（0.900）与逻辑回归模型（0.864）；精确率方面，LightGBM模型（0.887）略优于XGBoost模型（0.882），优于随机森林模型（0.872）与逻辑回归模型（0.802）；根据不同模型ROC曲线下面积计算结果，XGBoost模型（0.904）与LightGBM模型（0.904）具有近乎同等的分类性能，略优于随机森林模型（0.902），逻辑回归模型最差（0.869）；对易发性图进一步对比分析发现，两种集成学习模型的易发性分区结果与逻辑回归、随机森林模型结果存在一定差异，根据对各分区崩滑点密集程度的计算，两种集成学习模型的结果较为可靠，LightGBM模型在识别和预测崩滑高易发区域方面的性能最佳。关键词：汶川震损区;滑坡;崩塌;山洪灾害;机器学习532|381|0更新时间：2025-07-23
滑坡堰塞湖灾害机理与防控
- “在抗震减灾领域，研究者提出了无预紧力变摩擦惯容器NVFI，通过变摩擦阻尼力有效降低结构响应，为减震技术提供新方案。”摘要：针对传统摩擦阻尼器在极罕遇或近场脉冲型地震作用下需施加较大预紧力以提供足够的阻尼力，且可能引发耐久性问题这一现状，提出一种无预紧力变摩擦惯容器（NVFI）。首先，对NVFI的组成、工作原理及力学模型进行介绍，指出其通过滚珠丝杠驱动弹簧施加可变正压力，从而在摩擦片之间形成随运动变化的变摩擦阻尼力，呈现出“蝴蝶形”滞回曲线特征。其次，建立NVFI的恢复力计算公式，并以单自由度结构为算例，开展各级地震作用下的非线性动力时程分析，验证NVFI的减震效果和能量耗散能力。研究结果表明：NVFI可在无预紧力条件下实现大吨位的变摩擦阻尼力，有效降低结构位移、速度及加速度响应，且对近场脉冲型地震作用下的减震效果尤为突出。在设防地震水平下，NVFI可分别降低远场、近场脉冲型及非脉冲型地震作用下结构位移响应的46%、56%和34%，同时表现出较好的速度与加速度减震性能。能量分析显示，NVFI可显著降低结构输入的地震能量，改变结构基本频率，使之避开外界地震主频的影响范围。此外，通过分析质量比在0～0.5变化对结构动力响应的影响可知，质量比主要影响结构的速度和加速度响应，对位移响应影响相对较小；NVFI的减震与耗能性能主要依赖其优异的变摩擦阻尼特性，而惯容机制主要是降低地震输入能。关键词：无预紧力;变摩擦;惯容器;极罕遇地震;抗震性能224|210|0更新时间：2025-07-23
- “在博物馆文物防震保护领域，专家研发了直线导轨-恒力弹簧3维复合隔震装置，有效降低地震对文物的潜在风险，保护珍贵文化遗产。”摘要：针对博物馆中展柜、文物的防震保护，本研究设计并研发一种直线导轨‒恒力弹簧3维复合隔震装置。以某一博物馆的展柜和文物为原型，创建两个等比例的展柜文物模型：一个展柜文物模型安装有直线导轨‒恒力弹簧3维复合隔震装置；另一套系统未安装此装置。通过三向地震动加载，测试展柜文物隔震体系的动力响应，并对比分析隔震装置的加速度响应、减震率及水平位移响应，验证其隔震效果。试验结果表明：直线导轨水平隔震装置的隔震率和相对位移随地震烈度的增加而增大，隔震装置的水平隔震率在65%以上，水平行程始终在设计有效行程容许范围内；竖向隔震装置可发挥竖向隔震作用，竖向隔震率在30%以上；在不同场地类别和不同强度的地震动下，相比非隔震展柜内文物发生倾覆，隔震展柜文物基本保持相对静止。因此，直线导轨‒恒力弹簧3维复合隔震系统具有良好的隔震效果，能满足文物展陈3维隔震的需求。研究成果可为地震频发地区的博物馆文物保护提供有力的技术支持，降低地震对文物的潜在风险，保护珍贵的文化遗产。此外，本研究还详细说明试验工况的加载过程、测点仪器的布置及试验现象，为后续研究提供了重要的参考。关键词：馆藏文物;3维隔震;直线导轨;恒力弹簧;振动台试验90|91|0更新时间：2025-07-23
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新型旋转碰撞阻尼器控制性能研究与应用初探 AI导读
“在减震控制领域，研究人员提出了旋转碰撞阻尼器（RID），通过动力试验验证了其理论模型的准确性，并对其参数进行了数值优化，为结构减震控制提供了新方案。”摘要：提出一种新型控制装置——旋转碰撞阻尼器（RID），该装置基于两类质量阻尼器发展而成，由若干旋转体组成，各旋转体在同一平面内绕一固定轴旋转，相邻旋转体发生碰撞从而耗散能量，避免结构产生过大的加速度。首先，介绍RID的工作原理，建立非碰撞状态下主体结构和RID各旋转体的运动方程，建立碰撞状态下考虑相邻旋转体碰撞时动量守恒和恢复系数的碰撞模型；其次，通过动力试验比较RID的试验响应和数值响应，验证RID理论模型的准确性；再次，将结构简化为单向振动结构，采用脉冲型荷载对RID装置参数进行数值优化；最后，通过数值模拟方法对RID在柔性结构和刚性结构中的减振性能与应用展开研究。结果表明：在柔性结构的减震控制中，RID在地震响应与优化响应幅值相近时减震效果显著，但作为被动控制装置，RID发挥减振效果需要一定时间，且减震性能对地震时域特点和地震大小较敏感。因此，RID的减振性能仍有提升空间。在刚性结构的共振响应控制中，RID减振性能不受结构动力特性改变的影响，且所需的空间行程不随激励增大而增长。此外，较大激励作用下，RID控制的主体结构呈现出强调制响应，该非线性动力响应有助于脉冲型荷载作用下的能量传递。关键词：振动控制;旋转型质量阻尼器;碰撞型质量阻尼器;参数优化230|309|0更新时间：2025-07-23
工程结构减震与隔震
- “煤矿地下水库技术研究取得新进展，揭示了煤体在不同含水状态及循环应力下的损伤演化机理，为矿井水资源保护与利用提供科学依据。”摘要：煤矿地下水库技术已成为实现矿井水资源保护与利用的有效途径。在应力与水浸作用下，煤柱坝体强度劣化效应将直接影响地下水库工程的稳定性。基于此，开展不同含水状态煤样循环加卸载试验，利用声发射设备监测试验中煤样的损伤特征，并采用核磁共振（NMR）设备检测煤样孔隙发育，揭示不同含水状态及循环应力下煤体渐进损伤演化机理。结果表明：不同含水状态煤样随循环级数的增加，声发射信号逐渐增加，裂隙发育程度逐渐加大；循环应力作用下煤体的损伤破坏主要发生在首次达到每级峰值荷载时，随后仅发生小幅度损伤。水岩作用对声发射具有弱化效应，含水煤样在循环应力作用下易发生应力突变，对煤体造成瞬时损伤破坏，且随含水程度的增加，突变次数也有所增加。在3级循环加卸载后，各级干燥煤样的T2曲线幅值相较于未循环加卸载煤样均增大，干燥煤样孔隙数量随循环级数的增加而增多；自然和饱和煤样在前两级循环加卸载后T2曲线幅值增加，曲线范围变宽并向右半部分偏移，煤样孔隙数量增加，第Ⅲ级循环加卸载后，中微孔数量降低幅度较大，大孔数量均有小幅增长，煤样总体孔隙数量降低。含水煤体随着循环应力的增大，煤体的孔隙变化呈现低幅的增大—降低—增大的趋势，水浸煤体在应力作用下孔隙变化加剧，更易产生大孔孔隙结构，造成煤体累积损伤破坏。Ⅰ、Ⅱ级循环加卸载后，各煤样的孔隙度上升，Ⅲ级循环后干燥煤样孔隙度上升，自然与饱和煤样孔隙度下降。Ⅲ级循环加卸载后，干燥煤样的抗压强度为14.27 MPa，较未进行循环加卸载时的平均值降低了9.85%；饱和煤样的抗压强度为8.49 MPa，较未进行循环加卸载时的平均值降低了24.87%；煤样的强度随含水程度及循环级数的增加而降低。关键词：煤柱;水浸煤体;循环加卸载;孔隙变化;渐进损伤195|469|0更新时间：2025-07-23
- “在页岩气开发领域，专家设计了基于非线性最小二乘的量化评估模型，实现了有效开启射孔数的高效计算，为压裂改造效果评估提供新方法。”摘要：在页岩气压裂改造过程中，水平井分段多簇压裂技术是实现页岩气高效开发的关键技术之一，但这项技术缺乏低成本、可量化的评价方法。页岩气压裂改造效果的好坏通常通过井下射孔的有效开启个数来判断，有效孔眼开启得多，则压裂改造效果好，反之则差。针对目前页岩气压裂改造技术评估的瓶颈，本文设计一种基于非线性最小二乘的量化评估模型，该模型结合井下各项摩阻理论与孔眼扩展方程，实现了有效开启射孔数的高效计算。首先，根据压裂过程中阶梯降排量测试中的总摩阻（井筒摩阻、孔眼摩阻、近井摩阻之和）与压裂液排量的对应关系，构造了页岩气摩阻拟合的非线性最小二乘目标函数，从而拟合出各项摩阻系数，尤其是孔眼摩阻系数；然后，结合孔眼摩阻方程和孔眼扩展方程，创建了射孔有效开启孔数和磨蚀后射孔平均直径的计算模型；最后，将该模型应用于工业生产，根据有效开启射孔数和磨蚀后射孔平均直径的计算结果，得到该井段水平井分段多簇压裂改造的实施效果评估依据。在摩阻拟合方面，相比原有模型，本文模型具有可区分所有拟合参数的优点，并且添加了符合工程实际的约束条件，使得拟合结果符合工程需求。所提出的评估方法具有数学理论完备的优点，且实施成本低、效率高，可作为评价压裂改造的新方法。关键词：页岩气开采;水平井分段多簇压裂;摩阻拟合;非线性最小二乘;有效开启孔数168|263|0更新时间：2025-07-23
深地科学与工程
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基于探采分工的人工蜂群算法及其在食管癌预测中的应用 增强出版 AI导读
“在优化算法领域，专家提出了基于探采分工的人工蜂群算法，有效提升了收敛速度和求解精度，为数值优化和预测模型优化问题提供新方案。”摘要：人工蜂群（ABC）算法在搜索过程中侧重探索但不擅长开采，造成收敛速度慢、求解精度低等问题。为此，本文提出一种基于探采分工的ABC算法，包含雇佣蜂探索、跟随蜂开采和侦察蜂补充3个阶段。在探索阶段，考虑到过多地利用随机解信息会偏向随机搜索，为雇佣蜂设计基于多样性精英引导的解搜索方程，并引入广度优先搜索策略加强探索。在开采阶段，考虑到过多地利用最优解信息会导致早熟收敛，为跟随蜂设计基于目标值精英引导的解搜索方程，并利用深度优先搜索策略强化开采。在侦察蜂补充阶段，考虑到侦察蜂的随机初始化方式会丢失前期搜索经验，且雇佣蜂和跟随蜂搜索方程形式单一，为侦察蜂设计兼顾基于目标值的最优解、基于多样性的最优解和前期搜索经验的邻域搜索方程。在CEC2021测试集和食管癌预测问题上检验算法性能，并与6种ABC算法进行对比。对于数值优化问题，本文算法在大部分函数上取得了最优解，Friedman检验时排名第1，Wilcoxon检验时显著优于另外5种ABC算法。同时，本文算法在收敛速度和时间效率方面也占优。对于预测模型优化问题，与基本算法相比，本文算法准确率提高了15.72%，敏感性提高了20.14%，特异性提高了15.03%，F1分数提高了16.23%。关键词：人工蜂群算法;探索与开采;精英引导;搜索方程124|251|0更新时间：2025-07-23 - “在海上风机吊载安装领域，专家提出了基于改进TD3算法的船舶升沉补偿控制方法，有效提高了作业的可靠性和安全性。”摘要：受多变海况下风浪涌影响，剧烈的船舶随机运动威胁着海上风机吊载安装的安全性，并对海上作业和人员换乘等造成不好的影响。为提高海上作业的可靠性、安全性和稳定性，针对船舶升沉运动补偿中面临的环境多变和建模不准确的问题，提出基于改进强化学习的复杂海况下船舶升沉补偿控制方法。首先，对由伺服驱动器、伺服电机及编码器和电动缸构成的补偿系统进行机理法建模，作为强化学习训练的环境。其次，通过马尔可夫决策过程描述智能体的策略和奖励，同时采用双延迟深度确定策略梯度算法（TD3）强化学习算法作为控制策略，将Actor网络中的输出层TanH层的幅值扩大两倍，使TD3算法能更好地应对复杂海况，并通过主网络和目标网络的Actor和Critic 6个网络的迭代更新，得到自学习的最优控制动作输出。最后，添加OU动作噪声到目标策略中，能够更好地探索状态空间，并通过组合奖励函数改善智能体的学习和决策能力，使智能体可以适应复杂海况下的强化学习任务，在不同海况等级下利用已知的信息找到最优解，从而避免陷入局部最优，以提高船舶升沉运动的补偿精度。仿真结果表明，在恶劣的复杂海况下改进TD3算法有较好的补偿控制效果；将训练好的模型用于3～6级以及历时更长的变海况环境下的船舶升沉运动补偿，其补偿效率最高可达到99.95%，优于PSO优化的反步法控制和传统TD3强化学习方法，体现了良好的泛化性。关键词：复杂海况环境;船舶升沉运动;补偿控制系统;TD3强化学习244|323|0更新时间：2025-07-23
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基于深度学习的推移质颗粒识别优化算法研究 AI导读
“在河流动力学领域，专家通过结合灰度相减和深度学习方法，优化推移质运动颗粒识别算法，为河床演变研究提供新视角。”摘要：推移质运动规律对河床演变具有重要影响，是河流动力学研究的重点和难点。本文开展中低水流条件下的推移质平衡输沙试验，将灰度相减方法和深度学习方法相结合，旨在提出一种优化的推移质运动颗粒识别算法，并在此基础上应用粒子跟踪测速技术（PTV）和卡尔曼滤波算法计算推移质颗粒运动轨迹，从而建立紊流相干结构与颗粒运动强度关系。为清晰捕捉运动距离较小颗粒，对YOLOv5（you only look once）目标检测模型网络结构进行卷积块改进、增加注意力机制和优化损失函数处理，以增强其在推移质颗粒识别任务中对极小目标的检测能力。结果表明：1）灰度相减方法可识别运动距离较大的颗粒，改进YOLOv5模型则能够更好识别运动距离较小的颗粒，通过合并优化两种方法，在本文设置的试验工况下可更准确识别推移质运动颗粒和运动轨迹；2）中低水流强度条件下，推移质泥沙颗粒运动强度受紊流相干结构影响沿水槽横向方向呈现间隔条带结构，并且随着水流强度增加，条带结构逐渐由密集变得稀疏，其宽度也由窄转宽，当水流强度继续增大时紊动掺混剧烈，条带结构遭到破坏逐渐消失；3）总体看来：泥沙颗粒运动多集中在水槽中间区域，边壁处运动较少，沙条带结构呈现中间宽两边窄的空间分布特征 ，表明条带结构是受紊流大尺度相干结构的影响而形成，而非二次流结构。关键词：推移质;灰度相减;YOLOv5;颗粒运动轨迹;条带结构241|368|0更新时间：2025-07-23 - “在自动化仓储领域，专家建立了钢板垛位分配优化模型，探索了多目标粒子群算法，为钢板入库管理提供决策支持。”摘要：由于钢板类货物在自动化仓储系统中常采用重叠式堆码，针对自动化钢板料库中钢板入库的垛位分配问题，对料库的总体布局和入库作业流程进行分析，根据实际需求提出出库效率、板垛差异度和库存均衡度3项指标，用以评价垛位分配方案的优劣程度，并将其作为目标函数，以建立钢板入库垛位分配问题的多目标决策优化模型。为了求解该模型，基于Pareto占优概念，设计一种基于种群聚类度的多目标粒子群算法（PCDMOPSO），该算法以平衡求解的收敛性和多样性为需求，采用种群聚类度机制实时监控并调整算法的各认知参数和粒子的进化状态，并引入局部搜索策略以提高其外部存档中Pareto解集分布的多样性。在实际工况下的仿真结果表明：在不同的入库规模下，与经典的多目标算法NSGA‒Ⅱ、MOEA/D‒DE、MOPSO相比，PCDMOPSO在各目标下的寻优能力均呈现出明显优势；同时，分析各评价指标可知，PCDMOPSO求解出的Pareto解集相较于其他算法具有更好的收敛性、分布性、多样性和占优性。为验证所提方法的可行性，设计算法改进策略的对比试验，结果表明所提出的改进措施对求解的改善效果较为明显。最后，从输出优化前后的堆码情况可以观察到，优化后的垛位分配方案相较于优化前的传统堆码方式，其优化效果较为显著，可以有效满足钢板入库问题中对各评价指标的实际需求，为钢板类货物在自动化仓储系统中的垛位分配和出入库管理提供了有力的决策支持。关键词：钢板料库;垛位分配;粒子群优化;多目标优化;Pareto最优解226|389|0更新时间：2025-07-23
智能交叉科学与工程
- “在土石坝运行安全领域，专家构建了权重优化-云模型综合评价体系，为大坝安全评估提供新方法。”摘要：针对土石坝运行安全综合评价中评价指标之间存在相关性及人为设定的权重恒定不变的问题，通过决策实验室法分析指标内部联系，联合变权理论依据指标状态值对指标权重进行修正，得到一种考虑指标相关性及指标状态值的优化权重。并探究常权权重与优化权重对各评价指标的权重和评价结果的影响，识别影响土石坝运行安全综合评价的关键指标。结合云模型能有效处理监测信息和评价过程中存在的不确定问题的优点，构建权重优化‒云模型的土石坝运行安全综合评价模型。以和龙水库的土石坝为研究对象，对其进行运行安全综合评价，结果表明：评价云生成的云滴大部分落在“安全”与“基本安全”之间；结合云相似度计算结果，和龙水库与“安全”和“基本安全”的相似度分别为32.5%和16.3%，由最大相似度原则确定评价结果为“安全”。与常权权重相比，两者的评价结果一致，但对“安全”的隶属度从40.7%降低到了32.5%，体现出指标相关性及指标状态值对评价结果的影响。评价结果与和龙水库现状吻合，印证本文模型的准确性和可行性，且该方法考虑了指标相关性及实测指标对权重的影响，并结合云模型从定量和定性两个角度评估土石坝的运行状态，能够更加真实有效地反映大坝的安全状况，可为大坝运行安全综合评价提供参考。关键词：土石坝;综合评价;决策实验室;层次分析;变权理论;云模型210|318|0更新时间：2025-07-23
- “在河流污染控制领域，专家构建了岸边排放口允许排污负荷反演模型，为天然河流排放口管理提供技术支撑。”摘要：岸边侧向排放是河流接纳污水排放的主要方式，污染混合区控制的允许排污负荷是排放口管理的重要指标。伴随方程法在解决水力学反问题上表现出较大优势，但预测浓度和观测浓度误差的优化目标无法直接应用于允许排污负荷的反演，限制了伴随方程法在该问题上的应用。为此，提出一种伴随方程法误差源项的计算方法，进而构建河流岸边排放口允许排污负荷的反演模型。该方法在排放口水质模拟的基础上，利用伴随方程法，建立对流扩散方程边界条件的反演方法，进而分析河流岸边排放污染混合区的分布特点；以污染混合区长度为控制目标，设计伴随方程中优化目标的计算方法，实现基于污染混合区长度的排放口允许排放负荷的反演计算。将该方法应用于长江上游某典型支流排污口的允许排污负荷的反演，基于河段的水功能区划和污染混合区管理目标，得到排放口的允许排放负荷。模拟结果显示：正问题方法可以很好地预测岸边污染混合区的高锰酸盐指数（CODMn）分布，预测误差为16.7%，能满足实际工程中水质模拟的精度要求。所提出的伴随方程反演法能快速反演允许排污负荷，只需迭代6步即可使得污染混合区的长度达到1 m的精度，可以满足工程应用；继续迭代至18步，计算精度可达到0.01 m以下。该方法在实际问题中具有计算精度高、收敛速度快的特点，有广阔的工程应用前景，可为天然河流排放口的管理提供技术支撑。关键词：河流岸边排放;允许排污负荷;伴随方程法;水质模拟;反问题;BFGS算法16|28|0更新时间：2025-07-23
- “在充填节理岩石压缩力学性能研究领域，专家建立了压密-弹塑性单轴压缩损伤力学方程，为分析干湿循环作用下的充填节理岩石性能提供解决方案。”摘要：充填节理岩石在干湿循环工况下的压缩过程出现明显的初始压密阶段，而现有岩石损伤模型很少考虑节理充填特性，并且不易准确描述初始压密阶段的非线性变形。鉴于此，本文将充填节理岩石抽象为由空隙和非空隙两部分组成，依据空隙部分的变形协调关系，计算充填节理岩石的压密变形；基于统计损伤理论，以岩石微元强度为界限分析充填节理岩石的受力变形过程，建立了充填节理岩石的压密‒弹塑性单轴压缩损伤力学方程。然后，提供了损伤力学模型中各参数的确定方法，并依据干湿循环作用下的充填节理岩石试样压缩试验数据完成了损伤力学模型的验证以及参数分析和损伤度分析。结果表明：干湿循环作用引起的岩样损伤程度随循环作用次数增加而逐渐提高，表现为空隙部分占比不断增加；由压缩作用引起的损伤逐渐滞后，反映出充填节理岩石的环境致劣特征。本文构建的模型能够较好地分析充填节理岩石在干湿循环作用下的压缩力学性能，具有一定的实际工程意义。关键词：充填节理;初始压密变形;损伤力学模型;干湿循环;累积损伤103|369|0更新时间：2025-07-23
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湿载作用下加筋黄土地基模型试验研究 AI导读
“在湿陷性黄土地基处理领域，专家通过模型试验探究了加筋法对地基不均匀沉降的改善效果，发现加筋显著提高地基应力扩散效应，降低土压力和地表沉降，使破坏模式由冲剪破坏转变为整体剪切破坏。”摘要：采用加筋法处理湿陷性黄土地基，即将一部分湿陷性黄土挖除，以一定间距铺设土工合成材料筋材，每铺设一层筋材后将挖出的黄土回填并压实。为探究该方法对湿陷性黄土地基不均匀沉降的改善效果，开展湿载作用下土工格栅加筋黄土地基模型试验，分析填土压实度和筋材刚度、层数、间距对地基受力和变形的影响，在此基础上探寻最优加筋参数。结果表明：与素土地基相比，加筋显著提高了地基的应力扩散效应，大幅降低了基础下方的土压力和地表沉降，使土压力和地表沉降的整体分布更加均匀，并使地基破坏模式由素土地基的冲剪破坏转变为整体剪切破坏；在湿载作用过程中，加筋区两侧出现由地表向地基内部发展的纵向裂缝，至地基破坏时，裂缝发展深度贯通整个加筋区；加筋黄土地基的内部土压力随填土压实度、筋材刚度和层数的增加而减小，随筋材间距的增加而增大，增加筋材层数对减小土压力最为有效，相比素土地基的最大减幅可达50%；加筋黄土地基主要依靠距地表一定深度范围内的筋材的承载能力和应力扩散作用减小湿陷沉降，即存在一个有效加筋深度，改变该深度范围以外筋材的参数，对改善地表不均匀沉降作用不大；加筋黄土地基的有效加筋深度约为基础宽度B的0.5倍，最佳筋材长度和刚度分别为3.0B和500～700 kN/m。关键词：湿陷性黄土;加筋地基;模型试验;湿载作用161|339|0更新时间：2025-07-23 - “在土木工程领域，专家通过弯曲试验与理论分析，建立了FRP-SHCC梁剥离行为的分析体系，为新型复合结构设计和行为分析提供参考。”摘要：应变硬化水泥基复合材料（strain hardening cement-based composites，SHCC，也称ECC）在直拉和弯曲时呈现与普通混凝土不同的多条细裂纹依次开裂的力学特性，为研究外黏FRP板（采用玻璃纤维增强树脂制得）增强SHCC梁（简称FRP‒SHCC梁）在弯曲承载时的剥离行为，开展了FRP‒SHCC梁的弯曲试验与理论分析。基于SHCC分段刚度折减的方法量化SHCC细密裂纹对其与FRP板黏结应力的影响，提出一种先分段变刚度，再联合界面应力分析与截面力系平衡分析的求解方法：首先，将SHCC开裂后的FRP‒SHCC梁分为弹性区和开裂区；然后，将开裂区细分成若干小段，假设开裂区梁段的抗弯刚度与压区高度从跨中到弹性区分段线性变化；随后，结合FRP板与SHCC界面的黏结应力‒滑移关系、材料本构关系、梁横截面的静力平衡和FRP板的轴力控制微分方程等因素，得出各梁段FRP板的轴力和界面切应力的方程，并根据梁段边界条件和连续条件，采用MATLAB软件编程求解；最后，得出界面切应力、荷载‒应变关系、荷载‒挠度关系和FRP板剥离的起始位置等。结果表明：计算的FRP剥离起始点位置与试验观察位置基本一致，峰值荷载与试验值相比的偏差范围为‒7.79%～7.45%，FRP应变与试验值相比的偏差范围为‒11.52%～8.13%；在加载过程中，梁的荷载‒挠度关系、荷载‒应变关系的计算结果与试验结果基本吻合。本文研究可为此类新型复合土木工程结构的设计和弯曲行为分析提供参考。关键词：FRP板增强SHCC梁;剥离;梁段;弯曲刚度;界面;黏结应力60|102|0更新时间：2025-07-23
水利与土木工程
- “在城市污水处理领域，研究者探索了纳米零价铁协同过碳酸盐强化污泥厌氧发酵的新方法，为污泥处理处置提供新思路和理论基础。”摘要：剩余污泥是城市污水处理厂副产物，严重影响污水处理厂运行及环境安全。污泥厌氧发酵是最常见的剩余污泥处理处置技术，能够实现剩余污泥减量及资源化目的。本研究以城市污水处理厂剩余污泥为对象，考察纳米零价铁（nZVI）协同过碳酸盐（SPC）强化污泥厌氧发酵性能的可行性，并揭示其发酵机理，探究其最佳发酵条件。nZVI水解产物Fe2+和Fe3+可与SPC水解产物H2O2协同形成Fenton体系或类Fenton体系。此外，Fe2+和Fe3+作为催化剂，能够有效促进H2O2的分解，产生大量羟基自由基（
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雅鲁藏布江大峡谷降水稳定同位素对印度洋季风的响应 增强出版 AI导读
“雅鲁藏布江大峡谷同位素研究揭示了降水同位素组成规律，为青藏高原水汽输送研究提供新视角。”摘要：雅鲁藏布江大峡谷是印度洋季风输入青藏高原的重要通道，该地区特有的地形条件及水汽输送方式是此区域降水同位素组成的重要影响因素。为了分析青藏高原地区同位素高程效应规律以及同位素分馏特征，本文采集了2021—2022年的降水样品，运用同位素分馏理论和构建数学模型的方法，对大峡谷地区同位素高程梯度和氘盈余进行了研究，并得到了以下结论：1）雅鲁藏布江大峡谷地区的大气降水线为：δ(D)=8.02δ(18O)+13.21（δ(D)和δ(18O)分别为水中稳定氢、氧同位素组成），同位素高程梯度为‒1.43‰/km，并通过模型进行了验证；2）研究区内的氘盈余分布呈自西至东缓慢增大的趋势，这是由于印度洋季风的影响逐渐减弱造成的，大峡谷地区的氘盈余显著高于季风输入和输出地区，显示出水汽在大峡谷中有一定的滞留过程；3）氘盈余分布特征与后向轨迹模型得到的水汽来源特征一致，即随着印度洋季风的向西移动，西风带和大陆气团水汽混入比例逐渐增大。关键词：雅鲁藏布江大峡谷;大气降水;氢氧稳定同位素;氘盈余;水汽输送248|288|0更新时间：2025-07-23 - “在二氧化碳电化学还原领域，研究人员采用模板法制备了中空纳米碳球负载氧化铋催化剂，有效提高了产甲酸速率和法拉第效率，为缓解环境问题和产品增值提供新途径。”摘要：二氧化碳电化学还原（Carbon dioxide electrochemical reduction， CO2RR）在缓解CO2引起的环境问题和实现产品增值方面前景突出。甲酸是重要的储氢材料和化工中间体，并且CO2RR产甲酸可以在温和的条件进行，因而受到了广泛的关注。针对CO2RR活性低、产甲酸速率低的问题，本文采用模板法制备了中空纳米碳球负载氧化铋催化剂（Bi2O3@HCS）用于CO2RR产甲酸。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）和X射线光电子能谱仪（XPS），对Bi2O3@HCS催化剂的表面形貌和结构组成进行了分析；采用线性扫描伏安曲线（LSV）和电化学阻抗谱（EIS）电化学测试方法比较了Bi2O3@HCS催化剂的电子转移能力。在“H”形电解槽中，研究了Bi2O3@HCS催化剂用于CO2RR产甲酸性能，考察了Bi负载量、阴极电位、KHCO3电解液浓度和溶液pH对产甲酸性能的影响。结果表明，尺寸均一的Bi2O3@HCS催化剂在Bi负载量为2.0 mmol/L时，Bi2O3@HCS-2催化剂具有最佳的电子转移能力；阴极电位为‒1.1 V vs. RHE和电解液浓度为0.1 mol/L KHCO3的条件下，Bi2O3@HCS-2催化剂反应2 h甲酸产率可达1 108.11 μmol/L/h/cm2，其甲酸法拉第效率（FE）可达50%以上，并且Bi2O3@HCS-2催化剂在CO2RR产甲酸中表现出良好的电极局部pH适应性和稳定性。具有限域作用的中空纳米碳球有效限制了活性组分Bi0与Bi2O3的团聚，丰富的Bi2O3提高了CO2RR产甲酸的反应动力学，并且Bi0与Bi2O3之间存在的金属价态转变进一步提高了催化剂的电子转移能力，从而实现了高的CO2RR产甲酸速率。关键词：二氧化碳;电化学还原;甲酸;铋基催化剂19|94|0更新时间：2025-07-23
环境工程
- “在电力电子领域，专家提出了基于CRESO和改进TSMC的ADRC策略，有效减小SIDO Buck变换器输出支路交叉影响，提升系统瞬态响应性能。”摘要：针对单电感双输出（SIDO） Buck变换器发生输入电压跳变和负载扰动时输出支路间存在严重交叉影响使得输出电压暂态性能变差的问题，提出了一种基于降阶级联扩张状态观测器（CRESO）和改进非奇异终端滑模控制（TSMC）的自抗扰控制（ADRC）策略。首先，根据状态空间平均法，建立了SIDO Buck变换器在电感电流连续模式下的数学模型，在此基础上分析了交叉影响产生的原理。其次，将变换器的主路和支路拟合成独立的2阶ADRC范式分开设计，针对传统扩张状态观测器（ESO）对状态变量和扰动观测精度不足的问题，利用CRESO对系统状态变量和内外总扰动项进行估计，以提升估计能力，并在相同带宽下提升扰动估计的速度。然后，利用非奇异TSMC设计状态误差反馈控制律，使滑模面能在有限时间内收敛到原点，代替比例‒微分（PD）控制以提高系统的快速性和鲁棒性，并加入超扭矩算法进一步降低滑模控制的抖振现象。接着，通过特征值稳定判据和Lyapunov理论证明了CRESO和改进非奇异TSMC的稳定性，求出了CRESO的稳态误差范围和改进非奇异TSMC的收敛时间。最后，搭建了SIDO Buck变换器的仿真和实验平台，通过对比在输入电压和负载突变时，共模‒差模电压（CMV‒DMV）控制、传统ADRC和本文改进ADRC这3种策略的暂态性能差异，验证了本文所提控制策略的有效性和优越性。本文的控制策略减小了SIDO Buck变换器输出支路间的交叉影响，并提升了系统瞬态响应性能。关键词：单电感双输出;交叉影响;降阶级联扩张状态观测器;非奇异终端滑模;超扭矩控制算法198|264|0更新时间：2025-07-23
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基于时间卷积网络的电池寿命评估方法 AI导读
“在电池寿命评估领域，专家基于时间卷积网络，从健康状态和剩余使用寿命两个角度对电池寿命进行评估，为电池系统应用的技术经济性提供解决方案。”摘要：为了提高电池系统应用的技术经济性，本文基于时间卷积网络从健康状态和剩余使用寿命两个角度对电池寿命进行评估。首先，介绍时间卷积网络的电池寿命评估原理，阐述其相较于经典递归神经网络的优势；然后，基于电池易测量的时间、电压、电流和温度等数据提取14个相关间接健康特征因素，利用KL散度、皮尔逊相关系数和灰色关联度3种算法分别分析不同因素与健康状态的相关程度，并与时间卷积网络相关性方法进行对比和分析，筛选出对电池健康状态影响较大的5个特征因素，即循环时间、电压平均值、电压样本熵、温度样本熵和电流值；接着，利用核主成分分析法对选取的主导特征因素进行降维处理，筛选出贡献率较大的主成分，以减小后续计算复杂度。使用时间卷积网络、长短时记忆神经网络和反向传播神经网络进行仿真对比分析，结果表明本文的时间卷积网络具有较高的健康状态预测精度；另外，由于电池存在容量再生现象，利用健康状态对电池寿命表征存在较大误差，而通过对电池剩余循环次数进行寿命预测，可以克服健康状态预测的缺点。仿真结果验证了本文所提的时间卷积网络的电池寿命评估策略对电池寿命精确评估具有有效性。关键词：电池;时间卷积网络;核主成分分析法;健康状态;剩余使用寿命214|287|0更新时间：2025-07-23 -
基于双端电流测量的电缆早期故障定位研究 AI导读
“在电力系统领域，专家提出了基于双端电流法的电缆早期故障定位方法，为提高电力系统安全稳定运行提供解决方案。”摘要：随着电缆服役时间的增加，亟需在永久故障产生前开展早期故障研究。针对传统早期故障定位中的阻抗法定位精度随故障距离的增加而减小，以及单端行波法易造成故障位置误判的问题，提出基于双端电流法的电缆早期故障定位方法。首先，给出电缆中行波信号的传输线模型，并基于电弧脉冲在电缆中的传输过程，分析基于双端电流测量的故障定位的原理。然后，采用加Hanning窗的伪魏格纳分布（PWVD）算法对信号进行时频分布计算，并使用时频互相关函数估计双端信号的时间延迟，实现对早期故障定位的计算。接着，在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建10 kV电缆的早期故障模型来验证本文方法的可行性，并研究不同噪声干扰对定位结果的影响，仿真结果表明，早期故障位置计算的相对误差为0.57%，具有较高的定位精度，并且不同程度噪声对定位结果的影响较小。最后，搭建电缆早期故障实验测试平台，进一步验证故障定位方法的效果，实验结果表明，本文方法的故障位置的相对误差为5.36%，方法具有可行性。本文提出的电缆早期故障的定位方法可使日常运维检修更精准、高效，对提高电力系统的安全稳定运行有重要意义。关键词：电缆早期故障;行波定位;双端电流;伪魏格纳分布;时频互相关185|365|0更新时间：2025-07-23 -
10 kV架空线路树线放电发展过程及其特征研究 增强出版 AI导读
“在电力领域，研究人员搭建10kV架空线路树线放电实验平台，深入研究树线放电全过程及其特征，为预防山火及架空线路故障提供解决方案。”摘要：当树木与线路搭接时，极易产生放电引燃树木进而引起山火，且线路沿树木剧烈燃弧时极易由于电弧的漂移引发相间燃弧，因此快速精准地识别和定位树线放电是预防山火及架空线路故障的重要手段。但目前树线放电的发展过程及其特征并不清楚，因此难以开发快速精准的树线故障监测设备。基于此，本文搭建10 kV架空线路树线放电实验平台，通过剖析流经树木的电流、树木的温度及树皮下组织的变化，深入系统地研究从树木接触线路到最终线路对地燃弧的全过程及其特征，并探究炭化通道在树线放电过程中的成因及其对树线放电过程的影响。研究显示：树线放电前期的温度变化与水分迁移使得树木内部的电流通道发生变化，为炭化通道的出现提供了基础条件；炭化通道出现在树木被点燃前，其率先在树皮下层的形成层处沿着放电路径发展，是树木内部热效应与电效应共同作用的结果；炭化通道会降低树木整体接地阻抗，增大流经树木的电流会加重故障的严重程度，炭化通道在树木内部的发展贯穿是导致线路沿树木对地剧烈燃弧的关键原因。基于以上结果，提出一种基于高频信号瞬态强度统计量的故障信号特征提取方法，通过高频放电能量变化表征树线放电故障特征，并以实验验证其有效性。研究结果对森林火灾的溯源及树线故障监测设备的研发具有重要意义。关键词：炭化通道;树线故障;故障特征;山火;配网故障548|69|0更新时间：2025-07-23
电气工程
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3‒PTT并联机器人的误差分析与补偿 AI导读
“在并联机器人领域，专家建立了误差模型并提出逆运动学误差补偿算法，显著提高了运行精度。”摘要：对并联机器人进行标定是提高位姿精度的有效措施。但传统标定方法存在误差参数多、误差累积及超静定方程组不易获得最优解等问题。为此，本文以3‒PTT并联机器人为研究对象，首先，通过正运动学方程建立包含21个误差项的误差模型，细分18种情况并向其中添加误差值，系统地分析铰链点安装坐标误差及连杆长度误差对动平台位置精度的影响关系。误差分析结果表明，连杆长度和静平台铰链点z坐标误差对末端精度影响显著，3个自由度方向上的误差均已超过1 mm。同时，为克服传统方法中的不足，本文提出一种逆运动学误差补偿算法。该算法利用机器人的逆运动学模型将机构误差转化为关节输入误差，减少了传统算法中的误差参数，大幅降低了优化方程的求解难度，提高了补偿效率。随后，采用改进粒子群算法对误差修正目标函数寻优，以此获得滑块补偿量，将其与理想滑块输入量叠加作为滑块修正量驱动机器人完成误差补偿。仿真结果表明，补偿后动平台位置误差均无限趋于0；实验结果显示：动平台在x、y、z轴自由度方向的误差最大值分别由10.89、12.42、2.12 mm降至0.97、1.14、0.72 mm，距离误差最大值由15.35 mm降至1.36 mm，补偿效果明显；误差均值分别由5.86、8.02、1.12 mm降至0.45、0.46、0.33 mm，距离误差均值降至0.82 mm，运行精度提高92.1%。关键词：并联机器人;误差分析;误差补偿;改进粒子群算法;位姿精度222|429|0更新时间：2025-07-23 - “在无磁钻具材料领域，专家采用激光熔覆技术提升316L不锈钢耐磨耐蚀性，为后续研究提供基础。”摘要：无磁钻具材料为316L不锈钢，在其表面激光熔覆高硬质合金可有效提高耐磨耐蚀性。采用激光同轴送粉技术在316L不锈钢表面熔覆Ni60合金粉末，以激光功率、扫描速度和送粉速率为影响因素，开展激光熔覆正交试验。首先，进行3因素4水平的单层单道激光熔覆试验，根据所制备的16组熔覆层的裂纹密度、稀释率和成形系数筛选出8组无裂纹熔覆层的工艺参数；再以显微硬度、稀释率和成形系数为质量评价指标，提出了综合加权赋分的方法并优选出3组工艺参数；最后，采用优选出的工艺参数在50%搭接率下进行单层多道激光熔覆试验。通过熔覆层横截面形貌分析可知，单层多道熔覆层均在首道出现较高的稀释率，后继道数的稀释率降低并趋于平稳，成形良好的熔覆层的稀释率在15%～20%。通过熔覆层横截面显微硬度测量可知，单层多道熔覆层硬度略高于单层单道熔覆层，前者熔覆层横截面的显微硬度是基体硬度的4倍左右。通过观察单层多道熔覆层横截面显微金相组织发现，熔覆层从结合区到表面，组织形态呈现出从连续平面晶、树枝晶到等轴晶的转变，成形良好，无明显气孔、裂纹等缺陷。最后，根据熔覆层金相组织和几何形貌确定了满足无磁发射短节熔覆层要求的最佳工艺参数。所得结论为后续井下无磁钻具服役环境下的Ni60熔覆层摩擦磨损性能研究奠定了基础。关键词：无磁钻具;Ni60合金;综合加权赋分;工艺优化169|362|0更新时间：2025-07-23
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乘马康复混联机器人机构设计与运动分析 AI导读
“在康复治疗领域，研究人员设计了3‒RPS‒P型混联乘马康复机器人，具备马术治疗所需运动能力，为脑瘫和自闭症等疾病康复治疗提供新方案。”摘要：马术治疗是针对脑瘫和自闭症等疾病的最热门有效的康复治疗手段之一，但因受到生物马匹康复治疗多种因素的限制，无法大规模推广应用。针对马术康复治疗需求，设计一种3‒RPS‒P型混联乘马康复机器人，其主要由并联机构和移动副机构两部分组成，具有刚度高、承载能力强、灵活度较高的特点。首先，建立机器人的运动学模型，推导出机器人运动学逆解解析解，采用牛顿迭代法计算得到机器人运动学正解的数值解，分析机器人在运动副限制下的工作空间并绘制出空间图像。然后，利用算例对上述运动学理论进行对比分析，验证了本文方法的正确性和有效性。接着，在MATLAB环境中将上述运动理论编写成代码，对机器人末端进行路径和轨迹规划设计，联合SolidWorks Motion模块对机器人进行运动仿真，仿真运动过程连续、轨迹平滑且与规划设计中的路径和速度目标一致，表明机器人可以实现设定的位姿规划运动，并进一步验证了理论分析的结果。最后，搭建乘马康复机器人实验平台，针对运动仿真中的位姿规划开展运动实验，实验结果验证了本文机构的合理性。该混联乘马康复机器人具备马术治疗所需的运动能力。关键词：混联乘马康复机器人;机构设计;运动学;工作空间;轨迹规划;运动仿真155|295|0更新时间：2025-07-23 - “在煤矿开采领域，专家提出了一种掘锚机健康状态监测方法，集成深度学习与3维可视化技术，为煤矿智能运维提供技术支撑。”摘要：在复杂且恶劣的煤矿开采环境中，掘锚机承受着高强度载荷，故障频发，如何有效监测其健康状态并确保其正常运行已成为日益凸显的问题。本文集成深度学习与3维可视化技术，提出一种掘锚机健康状态监测方法。基于深度学习方法构建融合堆叠降噪自编码器（SDAE）的双时间长度Transformer（DT）剩余寿命预测模型（SDAE‒DT Net），将数据中不同序列长度的特征有效结合，通过SDAE抑制噪声干扰，使用粒子群算法（PSO）获得最优超参数，利用煤矿实际生产数据集和IMS数据集验证所提模型的预测效果。实验结果表明，该模型在复杂工况下具有较强的泛化能力与鲁棒性，能够为掘锚机部件提供精准的健康评估与剩余寿命预测结果。在此基础上，采用3维建模技术构建掘锚机的3维模型，提出数据交互的掘锚机3维可视化健康状态监测方法，结合实例开发掘锚机3维可视化健康状态监测系统，实现综合采煤工作面与3维可视化模型的数据映射，验证所提方法的正确性和可行性。该系统具备良好的可视交互性和工程实用价值，可为煤矿智能运维提供重要技术支撑。研究结果为煤矿掘进设备剩余寿命预测与健康状态监测提供了理论基础。关键词：掘锚机;3维可视化;健康状态监测;剩余寿命预测;Transformer模型103|104|0更新时间：2025-07-23
机械工程
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矩形管内正癸烷的裂解传热特性 AI导读
“在发动机再生冷却技术领域，专家搭建了超临界压力正癸烷裂解传热实验装置，研究了矩形冷却通道内正癸烷裂解传热特性，为矩形冷却通道设计提供理论和数据支撑。”摘要：燃烧室壁面矩形冷却通道内碳氢燃料的裂解传热是发动机再生冷却技术的关键问题。目前，针对矩形管内超临界压力下正癸烷裂解和传热的耦合作用机制的实验研究较少。本文搭建了超临界压力正癸烷裂解传热实验装置，在实验过程中通过两段交流电加热的方式将SS304不锈钢管中的正癸烷加热至所需出口温度，调节恒流泵的设置来改变进口的质量流量，调节背压阀实现加热管内不同的体系压力。首先，研究了矩形冷却通道内不同流量、温度和操作压力对正癸烷裂解传热特性的影响；其次，利用敏感性分析方法讨论了进口质量流量和体系压力对转化率和产气率的影响程度。结果表明：相同出口温度下，随着质量流量的增加，正癸烷的产气率和转化率逐渐降低。当出口温度在823～923 K之间，随出口温度的增加，产气率和转化率先缓慢增加，后显著上升，最后增加趋势变缓。相同出口温度下，随着压力的增加，正癸烷的产气率和转化率也相应增加。当出口温度为873 K左右，压力从3 MPa增加到4 MPa时，产气率和转化率分别从21%增加到27%和从38%增加到45%。由敏感性分析可知，体系压力对产气率和转化率有正向影响，而质量流量对产气率和转化率有负向影响。研究成果可为矩形冷却通道的设计提供理论和数据支撑。关键词：正癸烷;裂解反应;传热;矩形管;敏感性分析121|321|0更新时间：2025-07-23 -
撞击流除尘阵列惯性除尘机理强化 AI导读
“在工业除尘领域，研究者提出了多层撞击流除尘阵列排布方式，通过数值模拟和实验验证，找到了平衡颗粒脱除率和压降的最优排布方式，并开发了级联式撞击流除尘阵列，有效提升了分级颗粒粒径脱除率。”摘要：惯性除尘是工业上常用除尘器的主要除尘机理之一，可通过提高气速对其进行强化，但由此将带来较大的阻力损失。针对撞击流除尘器的结构特征，提出多层撞击流除尘阵列的排布方式以平衡颗粒脱除率和压降之间的矛盾关系。首先，通过数值模拟获得了除尘阵列在不同排列间距条件下的颗粒脱除率和气路压降，引入过滤质量因子（Q因子）对颗粒脱除率和气路压降进行综合评价，结果表明，工业除尘中气速1.5 m·s-1条件下6 mm等间距的排列方式为较优排布方式。然后，通过除尘实验（雷诺数Re=2 131～2 787）得出6 mm等间距除尘阵列的单元排颗粒脱除率随斯托克斯数（Stk数）的变化趋势，实验数据拟合得到了Stk=5.2×10-4～1.0范围内单元排颗粒脱除率与Stk数的经验公式。最后，为适应含尘气的宽粒径范围，开发了级联式撞击流排布方式的除尘阵列，此种除尘阵列通过逐渐收窄流道、提高阵列间气速，从而强化惯性碰撞，可有效提升分级颗粒粒径脱除率。级联式撞击流除尘阵列的实验表明，该排布方式较6 mm等间距撞击流除尘阵列颗粒脱除率有较大提升，15个单元排的级联式除尘阵列与同单元排数的6 mm等间距排布的除尘阵列相比，在气速为1.5 m·s-1时颗粒脱除率提升了126%，且脱除率与Stk数的关联关系与前述经验公式预测值一致，表明此经验公式可适用于多种排列方式的除尘阵列。关键词：撞击器;惯性碰撞机理;除尘阵列;气溶胶;过程强化187|236|0更新时间：2025-07-23
化学工程与技术
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