最新刊期
2026年第58卷第3期
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3 m口径缠绕肋式反射面设计及样机验证 AI导读
摘要：针对空间可展开天线结构轻量化、高收纳效率的发展趋势，提出了一种适用于X波段的3 m口径缠绕肋式反射面方案，包括中心体、缠绕肋、金属网面、网面边索及锁定与释放装置，并对其周向缠绕的收展方式及形面精度的实现和保持进行了分析和样机验证。具体包括：1）缠绕肋采用轻质高强高刚度的碳纤维增强复合材料（CFRP）豆荚杆，采用超薄预浸料完成［45°/-45°/-45°/45°］铺层的截面设计；2）提出了带缠绕引导件的缠绕收拢方式，并对缠绕应力进行了分析以保证缠绕肋的缠绕性能；3）根据X波段对形面精度的要求，通过理论估算，确定反射面焦径比为0.55，缠绕肋数量为36根；4）在反射面的网面及边索张拉下，缠绕肋会产生一定程度的弹性变形，通过找形分析得到成形后的反射面形状，形面精度为1.51 mm；5）以反射面形面精度最优为目标，通过找形分析及遗传算法对缠绕肋形状进行优化并得到最优曲线方程，优化后反射面形面精度为0.78 mm；6）设计并制作了1台反射面原理样机，进行了收展试验、基频测试及形面精度测试，反射面原理样机重约6 kg，可缠绕收拢于直径为0.70 m、高为0.15 m的空间内，解锁后通过缠绕肋释放弹性能展开并张紧网面，展开状态基频为1.69 Hz，与数值分析结果吻合良好。长期收拢与重复收展的多次形面精度测试结果表明，反射面原理样机重复精度良好且形面精度均方根误差（RMSE）值均小于1 mm，基本达到形面精度设计目标。关键词：缠绕肋;反射面;可展开天线;CFRP豆荚杆;形面精度;样机验证168|260|0更新时间：2026-05-19 -
基于应变的空间桁架系统热变形重构方法研究 AI导读
摘要：大型空间桁架结构广泛应用于航天领域，其在轨几何变形监测对保障空间科学载荷稳定运行具有重要意义。Ko位移理论因无须结构材料与载荷先验信息，在热载荷下变形重构中具有较高适用性，但其在实际应用中受限于空间桁架复杂装配形式和铰链影响。针对上述问题，本文以Ko位移理论为核心算法，结合最小二乘优化，建立了一种适用于空间桁架系统的热变形重构策略：通过在可行域内遍历变形挠曲线转角初值，以主桁架位移为参考，实现两点夹持边界条件下平板结构的变形重构；通过引入融合测量手段，解决铰链造成挠曲线难以解算的问题；以典型空间桁架系统为研究对象，验证了本文方法的有效性，并开展了重构算法精度影响因素分析。结果表明：本文方法可有效重构空间桁架系统在多种温度载荷工况下的变形，且寻优过程有且仅有一个最优解；在该工况下，主桁架结构在两个主方向的弯曲变形重构误差分别小于0.16 mm和0.02 mm，带铰链太阳能板结构重构响应与理论响应的均方根误差约为0.95 mm；此外，分析了加工制造误差、传感器表贴位置误差与布局方式及响应信号噪声等因素对重构精度的影响，说明了本文算法的工程应用价值。关键词：大型空间桁架系统;变形重构;Ko位移理论;最小二乘优化74|251|0更新时间：2026-05-19 - 摘要：在轨组装是部署大口径空间天线的可行方法。针对在轨组装大口径空间天线因模块化装配导致的误差累积问题（如装配间隙引发的型面偏离与模块干涉风险），提出一种模块单元变形调节策略，以抑制误差传递、保障装配精度与系统性能。首先，建立考虑装配间隙的抛物面天线模型的方法：采用平面投影法生成模块节点坐标，结合间隙转化模型迭代计算各圈层模块的空间位置；设计模块三点周向对接方式及由内向外的单向装配序列，形成6条误差传递链。其次，进行在轨组装天线装配误差分析：引入误差链与误差球概念，基于指数乘积法构建六自由度装配误差模型，以装配中心为基准，随机生成位移与旋转误差，模拟误差沿链式路径的传递过程；以61个可展开模块组装天线为研究对象，量化分析装配间隙（100～300 mm）和最大允许位移误差（10～40 mm）对累积误差的影响。最后，为抑制误差累积效应，提出具备变形调节能力的模块单元构型及调节方案：通过释放节点自由度并在反射面布置作动器，实现单面至6面分级调节；依据接触面数量与干涉情况，制定分场景调节方案，动态调整模块边长与角度。结果表明：装配误差沿误差链累积增大，且与装配间隙尺寸及最大允许位移误差成正比；通过简化可变形调节模块结构，验证了模块设计与调节方案的有效性。关键词：在轨组装天线;模块变形调节策略;装配误差分析;可变形模块;模块变形调节方案16|51|0更新时间：2026-05-19
- 摘要：星载可展开天线是空间技术快速发展产生的一种新型空间结构。针对可展开天线大口径、高精度、轻量化的迫切发展需求，提出一种仿生树状可展开天线机构新构型，并对其运动学特性开展研究。首先，开展了树木分枝结构仿生机理解析，提出可展开天线结构设计准则，进行了构型总体方案设计，并通过研制初代样机，验证了其展开原理的可行性；其次，采用闭环矢量法等理论，建立了可展开天线关键节点的空间几何模型和多级多闭环式肋单元及天线整体的运动学参数化模型；再次，通过分析不同初始条件下分枝外杆运动特性，建立了“外旋平行，内旋归零”的驱动策略模型；最后，采用MATLAB、ADAMS数值仿真软件对天线运动学模型和分枝外杆驱动策略模型进行了验证及分析。仿真结果表明：所提出的机构能够顺利由收拢态运动至完全展开态，且运动过程流畅无干涉，验证了机构原理和设计方案的正确性，以及分枝外杆驱动策略的可行性，为后续该型天线的工程应用提供了理论基础。关键词：空间可展开天线;结构设计;运动学分析;空间几何建模;数值仿真分析119|253|0更新时间：2026-05-19
- 摘要：为了提高大型复杂工程结构损伤识别精度，本文引入两阶段损伤识别策略，结合Bayes数据融合和改进鲸鱼优化算法，提出一种改进的两阶段结构损伤识别方法。首先，通过Bayes数据融合将跨模型模态应变能指标和跨模型模态应变能变化率指标融合得到新的损伤定位指标，进而定位复杂结构损伤的具体位置。其次，针对鲸鱼优化算法存在容易陷入局部最优、全局搜索能力不足等缺陷，采用Sobol序列初始化种群、双种群并行搜索和交流等4种策略加以改进，提出改进的鲸鱼优化算法。最后，采用改进的鲸鱼优化算法修正先前的损伤定位结果，并确定结构杆件实际损伤程度。对含有415个杆件的大口径空间可展开天线结构开展损伤识别研究，研究表明：在考虑噪声的随机干扰下，通过Bayes数据融合方法融合跨模型模态应变能指标和跨模型模态应变能变化率指标进行损伤定位，能有效降低非损伤杆件被误判为疑似损伤杆件的可能，相比仅采用跨模型模态应变能指标，可得到更准确的定位结果；在0.2%噪声干扰下，采用改进的鲸鱼优化算法在第一阶段损伤定位基础上准确识别损伤实际发生位置和具体程度，抗噪性良好。该两阶段结构损伤识别方法可为大型复杂工程结构损伤识别提供参考。关键词：结构损伤识别;Bayes数据融合;改进鲸鱼算法;跨模型模态应变能;可展开天线结构89|207|0更新时间：2026-05-19
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张拉成形平面薄膜结构及其振动模态特征 AI导读
摘要：空间薄膜阵面天线具有质量轻、收纳比高、环境适应性好等优点，因此在航天领域的应用与研究受到越来越多的关注。平面薄膜结构作为柔性张力体系，其几何形状和预应力水平对结构的刚度、动力特性等具有重要影响。针对大面积可展开平面薄膜天线的研发需求，本文设计制作了大型平面薄膜试验模型，并对其进行了振动模态测试。本文详细阐述了平面薄膜试验模型的找形与张拉成形分析，通过有限元分析探讨了边索和花边索套之间的摩擦接触对薄膜膜面应力分布的影响。结果表明：摩擦力导致膜面主应力方向由无摩擦时的法线方向转变为切线方向，并导致膜面应力不均匀，具体表现为张拉点附近的膜面Mises应力减小，而跨中边缘处的膜面Mises应力增大；同时，通过有限元软件对该模型进行了模态分析，并考虑了空气附加质量的影响；总结了试验模型在不同荷载工况下的褶皱分布形貌和模态测试结果，并将其与数值分析结果进行比较。研究发现，薄膜褶皱程度随张力增加逐渐降低，测得的褶皱方向、模态频率及振型与数值仿真结果基本一致，验证了平面薄膜张拉方案的有效性和数值分析结果的可靠性。关键词：平面薄膜;张拉成形分析;滑移摩擦接触;薄膜基频;薄膜褶皱;模态测试144|256|0更新时间：2026-05-19 -
大型可展开网状天线反枕效应研究进展 AI导读
摘要：网状天线具有高收纳比、低面密度和高型面精度等优点，被广泛应用在星载天线中。然而，金属索网的弯曲刚度较低，在预张力作用下会引起反枕效应，导致天线型面变形，进而影响天线远场特性并造成增益下降。反枕效应已成为制约网状天线向大口径、高精度发展的主要瓶颈之一。本文系统总结了当前反枕效应的解决方案，主要包括：基于薄壳无矩理论的解决方案（施加面外载荷、优化边界形状和调整薄膜内力比）、基于薄壳理论的解决方案（减小薄壳厚度或减小薄壳杨氏模量），同时指出这些方案均存在一定的局限性。在此基础上，结合超材料的最新研究进展，提出将二维负泊松比材料制成薄板，并将其弯曲形成抛物反射面，负泊松比材料的曲率弯曲同向性可以保证弯曲形成的曲面为正高斯曲率曲面，从而解决反枕效应。由于应用于网状天线上的负泊松比材料需要是面内各向同性的，本文探索了目前文献中二维面内各向同性的负泊松比材料，针对现有负泊松比材料拉伸载荷下容易失效、难以匹配张拉系统的问题，提出了一种新型预收卷六韧带手性材料，新型材料对缓解反枕效应、简化天线结构、缩减天线质量具有显著潜力，并在此框架下展望了未来负泊松比材料应用于网状天线的发展趋势和亟待解决的关键问题。关键词：网状天线;反枕效应;负泊松比材料;面外刚度;薄膜结构124|337|0更新时间：2026-05-19 -
可展开结构及其在航天工程中的应用
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有植被弯曲分汊河道水流特性研究 AI导读
摘要：弯曲分汊河道以其独特的平面形态形成了一套复杂的水沙运动规律，对河道稳定、防洪及航运都有深远影响。植被作为维持河流生态系统完整与健康的重要因素，对河道水流特性影响较大。植被影响下的弯曲分汊河道水流运动是一种特殊而复杂的水流问题，而目前针对其水流特性的相关研究较少。本文基于物理模型开展不同来流及不同植被密度影响下的弯曲分汊河道概化试验，分析了有植被弯曲分汊河道水流的运动特性，主要包括水面高程、水面比降、表层流速分布及水流动力轴线变化等。试验结果表明：弯曲分汊河道水位受流量影响较大，随着流量的增加水位呈现阶梯式增长，而随着植被密度的增加水位抬高并不显著；来流相同条件下，弯曲分汊河段分流区、汊道段以及汇流区流速受植被影响差异较大；右汊有植被条件下，受植被阻水作用影响，分汊段右汊水流动力轴线逐渐向凹岸侧偏转，且植被密度越大，水流动力轴线越靠近凹岸侧。研究成果一定程度上可为相关的河道整治、河流生态修复等提供理论参考。关键词：弯曲分汊河道;植被;水流特性;恒定流152|453|0更新时间：2026-05-19 -
沟道桩群拦挡多级碎屑流运动特征数值试验 AI导读
摘要：松散坡体受地震、暴雨等动力作用极易失稳并滑落破碎，引发系列次级滑坡，形成多级碎屑流运动致灾。为降低多级碎屑流的危害，本文在潜在影响区设置桩群以减小碎屑流的破坏力和缩小堆积范围，并基于离散单元法对沟道内桩群拦挡多级碎屑流的运动及堆积过程开展模拟研究。结果表明：首次来沙时，颗粒沿程方向速度随桩群排间距、排数的降低及侧向间距的增加而提高；竖直方向速度随桩群排数的增加和侧向间距的减小而下降，但对排间距并不敏感。桩群的设置能使下游来沙强度降低约47.6%，且下游来沙强度随桩群排间距、排数的增加及侧向间距的减小而下降。同时，下游来沙时间因桩群排数的增加和侧向间距的减小而产生延迟，但对排间距的敏感度较差。另外，桩群排的平均作用力越靠近下游，其峰值越小。以侧向间距3 m、排间距4 m的布置形式为例，首次来沙时，第2、3排平均作用力的峰值仅为首排的17.2%和15.8%，但排间距和排数的变化对其影响较弱；桩群侧向间距的增大对首排平均作用力的峰值影响相对有限，而其余排平均作用力的值会相应提高。再次来沙时，相较于首次来沙，桩群排间距的增加会引起颗粒竖直方向速度明显降低，致使下游来沙时间略有延迟。桩群排平均作用力的初始值随排间距、排数的增加及侧向间距的减小逐渐提升；随着上游的持续来沙，桩群排间距、排数、侧向间距的增加对首排平均作用力的峰值影响并不显著，而其余排平均作用力的峰值会相应增大；颗粒静止后，桩群排平均作用力的峰值随排间距、排数的增加及侧向间距的减小相应提高，且越接近下游其值越大。此外，碎屑流铲刮距离、铲刮深度随桩群排间距、排数的增大和侧向间距的降低而减小，冲击铲刮模式由冲切破坏为主转变为冲切破坏和运动剪切破坏相结合。关键词：多级碎屑流;桩群;离散单元法;冲切铲刮机制;数值模拟185|325|0更新时间：2026-05-19 - 摘要：三峡水运新通道建成后，长江川境段航道将成为金沙江下游航道与长江上游重庆段之间的瓶颈航段，制约长江黄金水道运能的发挥，长江川境段航道等级提升迫在眉睫，但受环境保护制约传统航道整治措施难以实施。在此背景下，开展金沙江下游水库群中长期航运‒发电多目标协同调度研究，探索利用金沙江下游梯级水库群的调蓄作用，增加枯水期长江川境段河道流量、提高长江川境段航道等级的可行性。本文以向家坝水电站枯水期最小下泄流量最大和梯级总发电量最大为目标，构建了金沙江下游梯级水库群航运‒发电多目标协同调度模型，并采用逐步优化算法进行航运‒发电多目标协同调度模型的求解计算。丰水年、平水年、枯水年的实例研究结果表明：本文所提的航运‒发电多目标协同调度模型在丰水年、平水年、枯水年能够将向家坝水库的最小下泄流量分别提升43.97%、23.53%和19.48%，而金沙江下游梯级水电站群的总发电量分别减少0.76%、1.72%和1.02%，枯水期梯级最小出力的减幅分别为36.32%、36.68%和38.03%，其对电网的发电影响相对有限，可由其他电源予以补充。研究成果可为金沙江下游梯级水库群航运‒发电多目标协同调度提升长江川境段航道等级提供技术支撑和决策参考，有助于长江黄金水道建设和交通强国战略的实施。关键词：金沙江下游水库群;最小下泄流量;中长期调度;航运‒发电多目标协同;梯级总发电量291|726|0更新时间：2026-05-19
- 摘要：为解决流域水资源管理体系愈发严格和新能源渗透率快速提升背景下流域水电水调、电调矛盾越发凸显的难题，本文提出了一种兼顾水调‒电调需求的梯级水光互补调度方式，并系统评估了梯级水光互补调度的风险和效益。首先，以累积偏差耗水量量化水调需求，并耦合到日前‒实时嵌套的梯级水光互补发电调度模型，以实现水调与电调需求的协调；然后，基于风险传导机制构建了涵盖梯级水电、光伏、水光互补系统多层级的互补调度综合风险评价指标，从系统互补特性出发，构建了涉及发电、效率等多类别的互补调度综合效益评价指标，为多能互补调度的影响分析提供依据。以龙羊峡、拉西瓦、恰龙光伏电站2021年运行数据开展实例验证，结果表明：水调‒电调兼顾方式可将综合利用破坏次数从26降至2，最大综合利用破坏深度从325.25×104 m3降至66.26×104 m3，日均机组启停次数减少0.1，并大幅减少了龙羊峡电站的闸门操作，梯级电站弃水量减少29.41%；且龙羊峡高效率运行区占比增加6.50%。该调度模型可有效协调流域水调与电调矛盾，优化梯级水光互补系统运行状态，提升水资源利用效率与电站经济运行水平，可为复杂管控条件下梯级水光互补调度提供可推广的技术路径与参考依据。关键词：水光互补调度;水力发电调度;水调‒电调兼顾;影响分析313|605|0更新时间：2026-05-19
- 摘要：若尔盖草原作为黄河上游关键水源涵养地，其河流岸线侵蚀崩塌问题日益凸显，严重影响草原生态安全和水源涵养功能。以若尔盖草甸型弯曲河流为研究对象，调查了若尔盖草原自然环境特征及河道岸线侵蚀破坏现状，深入探讨了河岸侵蚀过程机制及其影响因素。研究全面分析了长期洪水冲刷、植被根系锚固、冻融和渗流潜蚀耦合作用下的侵蚀破坏机制，揭示了河流岸线侵蚀是由下部粉砂层及砾石夹砂层的冲刷、上部草甸层的坍塌以及渗流和冻融共同作用的结果，水流冲刷力与土体抗冲能力的相对大小决定了岸坡的稳定性。通过详细分析土层土粒结构、土层厚度、水流深度、河道弯曲度及渗流等土体参数与河道参数，构建了具有针对性的河流侵蚀计算模型，通过计算模型与实地测量相结合的方法模拟河岸坡脚侵蚀量和侵蚀速率，用BSTEM（bank stability and toe erosion model）的模拟结果验证了本文计算模型的科学性与可靠性。这种综合研究方法不仅提高了研究的深度和广度，而且为河岸侵蚀防控提供了更加全面和有效的技术支撑。关键词：草甸型弯曲河流;侵蚀机制;计算模型;岸坡稳定性181|634|0更新时间：2026-05-19
河流保护与治理
- 摘要：为了缓解裸土扬尘引起的空气污染状况，采用生物聚合物（果胶、海藻酸钠）协同脲酶诱导碳酸钙沉淀（EICP）技术固化裸土扬尘。通过碳酸钙含量试验、抗风蚀性试验、表面硬度试验、酸碱度试验、易溶盐含量试验及微观试验，系统对比分析了果胶、海藻酸钠分别联合EICP技术固化裸土扬尘的效果。结果表明：果胶、海藻酸钠的加入对碳酸钙生成量有影响；固化4次后，0.50%果胶‒EICP、1.50%海藻酸钠‒EICP处理后试样的风蚀质量损失率分别为3.64%、0.37%，经果胶、海藻酸钠联合EICP技术固化后的试样有较好的抗风蚀能力；固化4次后，果胶‒EICP、海藻酸钠‒EICP处理试样的表面硬度值较对照组（水）分别提高了186.41%、132.66%；经过果胶‒EICP、海藻酸钠‒EICP处理的试样pH值为7.5～7.8且易溶盐含量均小于1.60%；果胶、海藻酸钠与EICP过程生成的碳酸钙晶体共同作用，通过充填孔隙、黏附裸土颗粒，有效固化了裸土扬尘。研究结果可为生物聚合物联合EICP技术在裸土扬尘治理方面的环保应用提供参考。关键词：脲酶诱导碳酸钙沉淀;裸土扬尘;木钙;生物聚合物;表面固化94|147|0更新时间：2026-05-19
- 摘要：近年来，利用生物胶结技术制备“生物砖”因绿色环保、强度可调控等优势，在工程与材料领域引起广泛关注，然而，现有研究多集中于生物砖在常规环境下的性能，对其在特殊环境中的特性，尤其耐久性问题尚缺少深入研究。本文以黄河泥沙作为添加组分，将其引入基于酶诱导碳酸钙沉积（EICP）和海藻酸钠制备石英砂砖的工艺中，通过测试砂砖在正常、酸性、干湿循环及冻融循环4种环境下的强度、吸水率和微观结构，并基于机理分析，探讨掺入黄河泥沙对石英砂砖性能的影响。结果表明：海藻酸钠的掺入可有效提高EICP处理石英砂砖的强度，其强化效应既源于碳酸钙含量的增加，也与砂砖内部结构及碳酸钙沉淀结晶形态密切相关。所掺黄河泥沙的粒径越小，海藻酸钠与EICP协同固结石英砂砖的抗压与抗折强度越大；在黄河泥沙最佳掺量下，砂砖的抗压与抗折强度可分别提高1.09和0.97倍，且其对干湿、冻融循环及酸性环境的适应能力显著增强。海藻酸钠为Ca2+的沉淀提供成核位点，促使碳酸钙在海藻酸大分子网格中生长；黄河泥沙被碳酸钙晶体和海藻酸钙凝胶包裹，形成“海藻酸钙凝胶-碳酸钙-黄河泥沙-石英砂”的四相单元结构，颗粒之间的黏聚力增大，结构也更为致密。关键词：生物砖;酶诱导碳酸钙沉积;黄河泥沙;海藻酸钠;干湿循环;冻融循环330|422|0更新时间：2026-05-19
- 摘要：为了改善珊瑚砂的物理力学特性，解决传统加固技术生态影响大、胶结效果有限的问题，提出了一种利用黄原胶协同微生物诱导碳酸盐沉淀（MICP）的珊瑚砂加固技术。通过开展无侧限抗压强度测试、胶结物质质量分数测定、扫描电子显微镜（SEM）观测、X射线衍射（XRD）分析、计算机断层扫描（CT）及细菌留存率监测等系统性的室内试验，研究了黄原胶掺量对固化珊瑚砂力学特性和微观结构的影响规律，讨论了其加固机理。研究结果表明：经胶结物质质量分数测定试验测得，与未掺入黄原胶的试样相比，掺入0.5%～2.0%黄原胶后的胶结物质的质量分数增加了53.57%～88.43%；在黄原胶掺量为1.0%时，无侧限抗压强度为6.23 MPa，比未掺入黄原胶时提高了2.56倍，说明试样的强度与变形性能得到大幅提高；结合SEM和XRD试验结果，发现黄原胶为碳酸钙晶体重组提供更多的成核位点，形成体积更大的六面体菱形状方解石，并促进“黄原胶-碳酸钙”团聚物的生成，增大颗粒间的黏结力与咬合作用，进而提高颗粒的胶结强度；CT扫描试验表明，黄原胶与MICP的协同改性可有效减小试样孔隙率和等效孔径，优化颗粒的空间排布，提高整体密实度。研究成果对于岛礁珊瑚砂地基加固工程设计和施工具有一定借鉴和参考作用。关键词：微生物诱导碳酸钙沉淀;珊瑚砂;黄原胶;力学特性;微观机制278|596|0更新时间：2026-05-19
绿色岩土工程
- 摘要：地形起伏、布设方式与服役阶段地震荷载等因素，会对锚板抗拔承载与安全稳定产生重要影响。针对高烈度地震区斜坡地层浅埋倾斜锚板的抗拔承载力问题，本文构造了锚板上方土体破坏的机动许可速度场，基于塑性上限定理与拟静力法，结合非线性Mohr‒Coulomb强度准则，推导出了地震作用下锚板抗拔承载力、土体破裂曲线的解析表达式，揭示了锚板设计参数、土体参数及地震力等因素对锚板抗拔承载力与土体破坏范围的影响规律。结果表明：锚板抗拔承载力与埋深比、土体初始黏聚力、土体重度及地表荷载成正比，与锚板倾角、地表倾角、非线性系数及地震力成反比；土体破坏范围与地震力、初始黏聚力成正相关，与非线性系数、土体重度、地表荷载、锚板倾角、地表倾角成负相关。通过参数退化分析验证了本文方法的计算结果与Murray等理论解在变化趋势与数值量级上均高度一致；进一步地，通过开展3种不同工况下的12组数值模拟，发现理论解析解与数值模拟结果具有高度一致性，充分验证了本文理论方法的正确性和可靠性。本文研究工作可为高烈度地震区条形锚板基础的设计及施工提供一定的理论参考，能够帮助优化锚板设计，提高其在地震荷载作用下的安全性和稳定性。关键词：地震作用;倾斜条形锚板;抗拔承载力;拟静力法;上限定理;斜坡地层;浅埋锚板200|208|0更新时间：2026-05-19
- 摘要：为探究土石混合体在颗粒球度、含石量、压实度等多因素影响下的剪切力学性能演变规律，本文使用自主研发的颗粒加工设备加工4种不同球度颗粒，并利用DW1280型大型直剪测试系统开展了24组不同含石量、压实度、球度的土石混合料的大型室内直剪试验。试验结果表明：1）随球度
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饱和无压渗流模型的虚拟单元法求解 AI导读
摘要：局部修改网格是固定网格法求解饱和无压渗流模型的重要途径之一。以有限单元法为计算工具时，单元形状受到限制导致网格修改过程复杂，阻碍了局部修改网格法的发展。为解决此问题，引入适应于任意形状多边形单元的虚拟单元法，采用局部修改网格法求解二维饱和无压渗流模型。采用1阶虚拟单元表达单元的水头变化并建立单元基本方程，推导单元渗透矩阵，并揭示1阶虚拟单元与有限单元数学上的联系。利用虚拟单元法对单元形状的包容性设计网格修改规则，建立整体渗透矩阵和整体流量向量的更新算法以减少计算成本。采用均质矩形土坝、均质梯形土坝和非均质矩形土坝等3个数值算例检验本文算法的计算精度和效率。结果显示：本文算法具有可靠的计算精度，获取的均质矩形土坝自由面与解析解相对误差为0.45%，均质梯形土坝和非均质矩形土坝自由面与改进流形单元法结果基本吻合；迭代过程中自由面节点将加密，在提升计算精度的同时，也使得自由面形态更为平滑，但导致计算效率与传统局部修改固定网格方法相比略微下降。关键词：虚拟单元法;饱和无压渗流;自由面;局部修改网格;计算精度200|471|0更新时间：2026-05-19 -
拱顶侧向爆炸荷载作用下隧洞结构抗爆性能 AI导读
摘要：为探究浅埋钢筋混凝土拱形隧洞在侧向爆炸荷载作用下的抗爆性能，基于光滑粒子法和有限元（SPH-FEM）耦合算法建立“炸药-砂土-隧洞”全耦合三维数值仿真模型，开展不同侧向起爆角和炸药量对隧洞结构的动力响应、毁伤过程、破坏模式和损伤等级的影响研究。结果表明：随侧向起爆角的减小，拱面典型测点的峰值位移逐渐衰减并伴随峰值点位置的偏移。不同侧向起爆角下隧洞压力分布显著不同，其中，90°正顶爆时拱面压力分布不均匀且压力峰值由拱顶向拱脚方向呈逐渐衰减趋势，60°和45°侧向起爆时压力峰值点发生偏移。不同侧向起爆角和炸药量下压力峰值分布规律呈现近似三角形的特征，压力峰值随侧向起爆角的减小而逐渐减小且分布特征呈递减趋势，其中，拱面压力分布趋于均匀，拱墙受压区和受拉区向右偏移，近爆侧及远爆侧直墙受拉区分别向底部和拱顶移动。此外，根据单自由度（SDOF）法对承受爆炸荷载后隧洞结构的损伤等级进行划分，正顶爆下隧洞损伤等级随炸药量减小由严重破坏降低为轻度破坏；隧洞最大峰值位移随侧向起爆角的减小呈现衰减趋势且损伤等级显著降低，表明荷载的强度与位置是影响隧洞结构爆炸响应的两个重要因素。研究结果可为隧洞结构的抗爆防护设计奠定理论基础。关键词：拱形隧洞;拱顶侧向爆炸;动力响应;破坏模式;毁伤机理;抗爆性能176|209|0更新时间：2026-05-19 - 摘要：为研究含缺陷方钢管混凝土短柱的轴压性能，本文以混凝土密实度损失率、缺陷类型、缺陷位置及碳纤维增强复合材料（CFRP）加固方式为设计参数，设计并浇筑了12根方钢管混凝土短柱试件（包括无缺陷、离散型缺陷、集中孔洞缺陷和CFRP加固缺陷试件），并进行了轴压试验，分析了不同参数对试件的荷载‒位移曲线、荷载‒应变曲线及延性的影响规律。研究结果表明：当混凝土密实度损失率小于5%时，离散型缺陷对试件的受压性能影响较小，随着密实度损失率的增加，试件受压性能明显降低，与无缺陷试件相比，当密实度损失率达15%时，其承载力和延性分别降低了26.9%和26.3%。在相同密实度损失率下，集中孔洞缺陷对试件受压性能的不利影响高于离散型缺陷，且近壁集中孔洞缺陷相较于中心集中孔洞缺陷对受压性能影响更大；采用CFRP加固后，密实度损失率为15%的试件极限承载力和延性较未加固试件分别提高9.1%和14.7%，对于内含集中孔洞缺陷的试件，全包裹加固效果优于半包裹加固。基于多元线性回归方法，本文提出了内含集中孔洞缺陷方钢管混凝土短柱的承载力计算公式，计算结果与实测值吻合较好。试验结果明确了不同类型缺陷、缺陷位置及CFRP加固措施对试件轴压性能的影响，可为实际工程中类似缺陷构件的评估与修复加固提供参考。关键词：方钢管混凝土柱;缺陷;轴压试验;CFRP加固;承载力公式114|385|0更新时间：2026-05-19
- 摘要：为解决滑坡运动过程中连续-非连续过程的模拟难点，将有限单元法（FEM）和可变形圆化多边形离散单元法（DSDEM）相耦合，提出了模拟滑坡运动过程的FEM-DSDEM数值模拟方法。该方法采用有限单元法模拟基岩，使用可变形圆化多边形离散单元法模拟滑坡体，引入虚拟裂缝模型和Mohr-Coulomb准则模拟滑坡体的破碎与剪切破坏等从连续到非连续状态的转化，在截断边界上施加黏弹性人工边界，实现地震作用下滑坡体连续-非连续渐进演化过程的数值模拟。利用巴西圆盘试验和四点弯曲梁冲击试验，验证FEM-DSDEM方法模拟材料连续-非连续演化过程的可行性和准确性。开展了索风营水电站Dr2岩质边坡渐进破坏全过程数值模拟，研究了座滑破坏、局部崩塌破坏和滑移破坏这3种不同破坏模式下的滑坡体的动力特性和堆积体空间分布特征。结果表明：Dr2岩质边坡失稳时，滑动模式均沿滑裂面产生滑动破坏，局部发生崩塌破坏；滑坡失稳运动的时间短、速度快、对河床对岸的山体冲击力强；失稳破坏后形成的堆积物会冲击河道，破坏和淤堵进水口。研究成果可为同类岩质边坡渐进破坏全过程的研究提供数值模拟方案。关键词：离散单元法;有限单元法;连续-非连续;黏弹性人工边界;岩质边坡118|367|0更新时间：2026-05-19
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水岩耦合作用下碳质泥岩蠕变特性及本构模型 AI导读
摘要：为揭示复杂水岩耦合作用下碳质泥岩蠕变行为的时效机理，针对高渗透压与偏应力共同作用的复杂工况，开展系统的蠕变试验研究，旨在突破传统模型难以同时描述水岩耦合效应与非线性蠕变全过程的难点。通过开展碳质泥岩在不同渗透压力与偏应力共同作用下的蠕变试验，系统研究了其蠕变变形特性、应变时程规律和破坏机制，并构建了水岩耦合非线性黏弹塑性蠕变模型。结果表明：1）渗透压显著促进了碳质泥岩的蠕变变形，同时降低了其长期强度，致使其在较低应力水平下即发生蠕变破坏；2）渗透压对破坏形态具有重要影响，特别是在低围压条件下，会削弱围压对内部裂隙的径向约束作用，导致宏观破坏形态呈现随机性特征，出现复合型破坏模式；3）在渗透压作用下，碳质泥岩蠕变破坏的细观断口形态发生明显变化，拉裂破坏表现为鳞片状脆性断口、台阶花样和根状花样，剪裂破坏则呈现韧窝、穿晶裂纹和滑移分离等特征，细观与宏观破坏特征具有良好的对应关系；4）所建立的水岩耦合非线性黏弹塑性蠕变模型能准确表征不同围压和渗透压条件下的蠕变全过程特征。本文模型以围压和渗透压为变量，参数确定方法简便可靠，基于室内试验数据获得的计算结果与实测值吻合良好。关键词：碳质泥岩;水岩耦合;蠕变特性;破坏特征;蠕变模型59|192|0更新时间：2026-05-19 - 摘要：为研究岩体裂隙接触区域空间分布对其渗透特性的影响，采用随机参数法构建理想接触的裂隙结构，并利用接触率和缺项对接触区域空间分布状态进行表征。基于格子Boltzmann方法，采用半反弹格式描述裂隙渗流过程中流固耦合作用机制，建立模拟理想接触岩体裂隙渗流演化机制的数值计算模型；结合接触裂隙渗流模型和网格精度验证该模型的有效性和计算精度，并讨论接触率、接触空间分布和接触几何形状等因素对岩体裂隙渗透特性的影响。结果表明：岩体裂隙接触率越大，其过流空间越小，流体绕流路径越长，使渗流流速变缓，从而降低了其渗透率；截面平均流速、截面平均压降与裂隙过流面积成负相关关系。当裂隙接触区域空间分布较为离散时，其对流体的阻碍作用加剧，渗流流线的曲折度增大，流体流速减小，裂隙的过流能力降低；在接触率为11.77%的情况下，缺项从1.42增加至4.76时，渗透率降低50.3%；当椭圆柱接触的纵横轴比较小时，其几何形貌呈扁平细长状，接触区域的奇异性增大，对流体流动的阻碍作用更加显著，纵横轴比从1.0减小到0.2，裂隙内平均流速从1.49×10-4降至1.08×10-4 m/s。研究成果能为岩体接触裂隙渗透特性的定量评价提供重要理论支撑。关键词：岩体裂隙;渗透特性;接触率;缺项;格子Boltzmann方法192|466|0更新时间：2026-05-19
- 摘要：本文采用可变形圆化多边形离散单元法模拟块体直剪数值试验，并引入Ⅰ/Ⅱ复合型断裂标准模型，创建一种模拟准脆性材料断裂的方法来模拟直剪过程中块体的破碎效应。对刚性块体、可破碎块体和可变形块体分别开展块体直剪数值试验，分析刚性块体圆化程度对剪切应力、剪胀剪缩特性及法向接触力各向异性系数的影响；通过可破碎块体的应力‒位移关系，对可破碎块体抗拉强度进行敏感性分析，研究抗拉强度对剪切演化规律的影响，对比刚性块体、可破碎块体和可变形块体的剪切特性。直剪试验结果表明：块体圆化程度对块体剪切力学特性影响较大，尤其是切应力，刚性块体的自锁效应随着块体圆化程度的增大而减小；当考虑块体的可变形特性时，随着圆化程度的减小，剪切应力和法向接触力的各向异性系数也会随之增大；相同垂直向荷载作用下，刚性块体、可破碎块体和可变形块体的剪切特性存在较大差异，刚性块体棱角之间存在夹具效应，切应力较大，而可变形块体和可破碎块体内部发生变形，切应力较小。模拟结果说明，基于刚体假定的块体直剪数值试验无法反映块体真实的剪切力学特性，而基于可变形圆化多边形离散单元法的模拟准脆性材料断裂法能够较好地模拟可破碎块体和可变形块体的剪切力学特性。关键词：剪切试验;可破碎块体;可变形块体;圆化多边形;离散单元法151|393|0更新时间：2026-05-19
- 摘要：当前深挖方膨胀土渠道边坡变形的监测和分析多局限于单一尺度，缺乏不同尺度间的系统分析和对比研究。首先，以某调水工程深挖方膨胀土渠坡（桩号8+886～12+921）为研究对象，综合运用小基线集合成孔径雷达干涉测量（SBAS‒InSAR）技术与传统变形监测手段开展研究。采用SBAS‒InSAR技术处理128景Sentinel‒1A影像数据，通过表面沉降监测数据验证SBAS‒InSAR结果的可靠性，识别变形速率大于10 mm/a的渠段。其次，结合SBAS‒InSAR数据与内部测斜监测数据，从空间上系统分析渠坡的内外部变形特征。最后，选取渠坡地下水位、渠道水位、温度、降雨及时效等影响因子，构建基于注意力机制的自解释神经网络渠坡变形预测模型，分析各因子对渠坡变形的影响大小。结果表明：SBAS‒InSAR技术与传统监测手段的变形结果差值小于3 mm，两种监测方法得到的变形趋势一致，渠坡整体呈上抬变形状态，平均变形速率为-10～24 mm/a，其中，桩号11+806～12+921渠段变形较大；以11+700～11+800渠段内的孔径雷达干涉测量技术（InSAR）测点和测斜管数据为例，构建的变形预测模型具有较高精度；卫星视线方向（LOS）的表面变形与内部指向渠道中心线方向（A向）的位移均未表现出收敛趋势，其中，LOS向变形主要受地下水位、渠道水位及时效因素影响，而渠坡深度3.5 m以下的A向位移则主要与温度和时效因素相关。研究成果可为膨胀土渠坡的安全监控与风险防控提供科学依据和技术支撑。关键词：膨胀土;渠坡;InSAR;变形;自解释神经网络;注意力机制139|455|0更新时间：2026-05-19
- 摘要：钙质砂临界状态力学特性对其工程性能有着显著影响。作为南海岛礁吹填造陆工程的重要材料，钙质砂土体在天然状态下通常处于三维应力状态，存在明显的中主应力效应。因钙质砂颗粒易破碎，形态各异，对其宏细观临界状态力学特性有显著影响。为深入研究三维应力状态下颗粒形状对钙质砂临界状态特性的影响，在软件PFC3D中采用碎片替换法构建颗粒破碎模型，开展了一系列真三轴排水剪切模拟，重点分析了颗粒形状和中主应力对数值试样临界状态特性的影响。研究发现：在宏观上，随着颗粒棱角度的增加，试样峰值强度随之增加，达到临界状态时的体积膨胀量更加显著，q‒p空间内临界状态线的斜率和e‒p空间内临界状态线的截距也随之增加（q为广义剪应力，p为平均主应力，e为孔隙比）。随着中主应力系数b的增加，试样峰值强度和临界状态体积膨胀量均逐渐降低，e‒p空间内临界状态线的截距随着b值的增加，呈现先减少后增加的趋势。在细观上，当试样达到临界状态时，随着颗粒棱角度的增加，颗粒体系的平均配位数逐渐减小而接触法向力各向异性逐渐增强，冗余比、孔隙比、平均主应力三者之间呈现良好的线性相关性，在三维空间内逐渐上移。随着b值的增加，试样法向接触力各向异性系数逐渐减小，而试样平均配位数逐渐增大。关键词：颗粒形状;中主应力;颗粒破碎;临界状态;离散元分析194|670|0更新时间：2026-05-19
- 摘要：临江平原城市往往具有强渗透性地层、高地下水位，并存在与地下水强烈水力联系的地表水体等先天不利条件，易诱发地下工程渗漏、地表沉降等环境岩土问题。注浆加固技术作为常用的工程治理措施，可有效降低地层渗透性、提升地基承载力，并进一步控制地表沉降。然而，在长期应力‒地下水压耦合作用下，注浆加固地层可能发生显著的蠕变变形甚至是蠕变破坏，严重影响工程在服役期间的安全性与长期稳定性。为系统研究注浆加固地层的蠕变特性及其演化规律，以注浆加固形成的粉砂、砂卵石固结体为研究对象，开展真实水环境下分级加载蠕变试验并分析其蠕变特征。结果表明：随着荷载水平的提高，固结体蠕变速率逐渐增大，蠕变破坏风险逐渐增加。在低应力水平下，固结体主要经历减速、等速蠕变阶段，蠕变量最终趋于某一稳定值；而在高应力水平下，固结体进入加速蠕变阶段，蠕变量明显增加并最终发生蠕变破坏。在此基础上，采用Burgers模型和非线性黏弹塑性蠕变模型对各级荷载下蠕变数据进行拟合及参数识别，结果显示，拟合度均大于95%，表明该模型可准确描述注浆地层固结体的蠕变特性。最后，基于COMSOL Multiphysics开展注浆加固地层长期沉降数值模拟，结果显示，地层沉降量随时间逐渐趋于稳定且始终控制在预警值内，证明工程区域地层经注浆加固治理后具备良好的长期稳定性，预期不会发生沉降破坏。关键词：注浆固结体;蠕变试验;长期稳定性;数值模拟;地层沉降94|228|0更新时间：2026-05-19
土木工程
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Rayleigh‒Plesset方程解析近似解及空泡对高海拔环境参数的敏感性分析 增强出版 AI导读
摘要：目前已有少量研究成果表明高海拔地区部分环境因素会对空化现象产生明显影响，但尚未有研究系统地揭示高海拔环境影响空化的因素和机制，也缺乏系统分析这些影响因素的手段。空化从微观上可描述为空泡生长、溃灭的过程，因此，研究高海拔环境下的空化需要先揭示各环境因素对空泡演化的影响机理。首先，通过同伦分析法（Homotopy Analysis Method）首次得出了含表面张力、不可凝结气体和泡间作用力项的修正Rayleigh‒Plesset方程的解析近似解。其次，针对单空泡体系，通过与现有研究中特定条件下Rayleigh‒Plesset方程的解析解以及实验数据分别进行对比，验证本近似解的适用性；针对多空泡体系，将本近似解与多空泡数值计算结果进行对比验证。最后，基于本近似解，系统性地分析海拔高度增加时各环境参数的变化及其对空泡演化进程的影响，并定义了可以体现海拔影响的参数敏感性系数，使用该系数评估了高海拔下各环境参数对空泡的影响程度。结果表明：所求解析近似解可适用于单空泡和多空泡体系；通过本近似解可以系统地分析各环境参数对空泡溃灭时间等特性的影响趋势及影响程度；对空泡溃灭影响最大的环境参数为环境气压，其与溃灭时间和最小半径的敏感性系数分别为10.8%、5.7%；其他环境参数对空泡溃灭时间的影响程度从大到小依次为泡数量、泡间距、溃灭初始半径、温度、饱和蒸气压、液体密度、表面张力；考虑上述所有环境参数的影响，当海拔高度由0增加到4 km时，空泡溃灭时间增加14%，最小半径增加53%。关键词：高海拔;空泡;解析近似解;参数敏感性分析369|743|0更新时间：2026-05-19 -
柔性可穿戴康复手套的设计和实验 AI导读
摘要：在康复机器人研究领域，平衡驱动器的输出性能与装置的穿戴便捷性是当前的一项重要的课题，柔性驱动器因其能量密度较高且具有良好的生物顺应性，为小型轻量化辅助设备的设计提供了可行路径。针对传统康复手套结构复杂、体积大、笨重等问题，设计一种由形状记忆合金（SMA）丝驱动的手部柔性康复手套。首先，根据SMA的电热驱控特征，搭建性能测试平台，分析SMA丝在不同条件下的驱动特性，验证SMA丝作为驱动器在柔性康复手套中的可行性；接着，基于人手骨骼运动机理和手部康复需求分析，设计可穿戴柔性康复手套；然后，建立手部康复装置的控制模型，根据SMA丝自感知特性，设计前馈控制和基于位移反馈的比例‒积分‒微分（PID）控制策略，并仿真分析不同输入信号下SMA丝驱动器的控制效果，验证控制模型对非线性驱动过程的调节能力；最后，搭建了样机实验平台，进行主被、动康复训练和辅助抓握实验。实验结果表明，该柔性康复手套可以满足手部关节的屈/伸康复运动，且在镜像同步实验中表现出一定的响应一致性，证明本文提出的基于SMA丝的柔性驱动可穿戴康复手套具备较好的康复和助力效果，在轻量化康复辅助装置中具备一定的应用潜力。关键词：康复手套;柔性驱动器;形状记忆合金丝;电热驱动259|448|0更新时间：2026-05-19 - 摘要：为解决四足机器人行走不稳定和打滑问题，通常从仿生和轨迹规划两个层面综合考虑，进行有效控制。但传统的轨迹规划方法仅聚焦于足端的零冲击特性，忽略了结构层面的稳定布置和仿生层面的运动控制。因此，为了提高四足机器人运动的稳定性，本文以德国牧羊犬为仿生蓝本，基于连杆机构实现了机器人在结构层面的仿生，利用二段式单腿结构推导了单腿的逆运动学模型。考虑到四足哺乳动物在运动工程中的抬腿后摆和落腿回缩特性，在足端轨迹的起止位置设置了抬腿后摆段和落腿回缩段，并引入边界条件，提出了一种新型五次多项式足端零冲击轨迹。与传统的三次多项式足端轨迹、复合摆线足端轨迹与五次多项式足端轨迹在轨迹轮廓、速度和加速度层面的性能进行对比，结果表明所提五次多项式足端轨迹不仅具备仿生特性和足端零冲击特性，且具有较大的避障空间。为验证所提足端轨迹规划的正确性，采用四足哺乳动物能耗最小的对角步态作为规划步态，搭建了ADAMS-Simulink联合仿真平台，实现了单腿和整机的轨迹规划和步态控制。仿真实验表明，采用3种足端轨迹规划方法均能实现机器人稳定行走，但五次多项式足端轨迹在10 s内的实际行走位移更接近理论行走位移（500 mm），复合摆线轨迹和三次多项式足端轨迹打滑较为明显。单腿轨迹跟踪实验和整机步态规划实验证明，除装配和不可避免的地面打滑等因素影响外，四足机器人能按照预定的五次多项式足端轨迹行走且运动过程平稳，验证了所提足端轨迹的正确性。关键词：四足机器人;轨迹规划;德国牧羊犬;五次多项式足端轨迹;Trot步态491|3100|0更新时间：2026-05-19
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客货共线铁路曲线段钢轨型面多目标优化设计 AI导读
摘要：客货共线铁路上运行着具有不同车轮型面的列车，轮轨匹配关系复杂，现有钢轨型面很难满足所有车轮型面的匹配要求。本文采用钢轨型面多目标优化方法解决客货共线铁路轮轨匹配关系不良的问题。以圆弧参数作为设计变量，以轮轨磨耗数、接触应力和脱轨系数为优化目标，以轮轴横向力、轮重减载率为约束函数，建立客货共线铁路曲线段钢轨型面优化数学模型。为降低优化模型计算时间成本，通过最优拉丁超立方试验设计方法在样本空间提取均匀的样本点，并建立径向基（RBF）代理模型预测设计变量与目标函数间的映射关系，基于NSGA‒Ⅱ优化算法对模型进行求解得到优化钢轨型面。针对不同车轮型面，通过权重建立客货共线钢轨磨耗预测模型。从轮轨静态接触特性、车辆动力学性能和钢轨磨耗预测3方面对比分析了优化钢轨型面和60N钢轨型面的各项性能指标。结果表明：与60N钢轨相比，优化钢轨型面缓解了与不同车轮型面的两点接触问题；优化钢轨型面与不同车轮型面匹配下的轮轨接触应力水平、磨耗速率、曲线通过性能普遍优于60N钢轨；车轮80万次通过量下，优化钢轨型面的磨耗范围更宽，最大磨耗量更小。通过该方法优化现有钢轨型面后，能保证车辆运行安全性与曲线通过能力，且能降低轮轨接触应力与磨耗速率。研究结果为客货共线铁路钢轨型面设计与钢轨打磨提供了参考。关键词：客货共线铁路;钢轨型面设计;多目标优化;车辆动力学;轮轨匹配263|914|0更新时间：2026-05-19
机械工程
- 摘要：优化处理再生骨料可以有效改善再生混凝土的性能，促进其高效和安全应用。本研究采用普通搅拌和纳米材料增强再生骨料裹浆搅拌方法制备了9组不同纳米二氧化硅（nano-SiO2，NS）含量的再生混凝土，测试了其工作性能、抗压强度、电通量值和抗冻性能，并采用核磁共振（NMR）和扫描电镜（SEM）揭示了NS含量和搅拌方式对再生骨料混凝土界面过渡区和孔结构的影响机理。结果表明：NS可显著增加浆体黏度，增强再生粗骨料的裹浆能力，适量NS的加入有利于改善再生混凝土力学性能和耐久性能；但NS掺量超过0.8%后，其掺量对混凝土界面过渡区和孔隙结构的影响趋于稳定，且NS的团聚现象会不利于其力学性能与耐久性能的发展；与普通搅拌方法相比，NS裹浆再生骨料搅拌方法配制的混凝土力学性能、抗渗性能和抗冻性能更优，其冻融后的质量损失和相对动弹性模量损失均低于普通搅拌方法配制的混凝土；微观结构测试表明，NS裹浆再生骨料搅拌方法配制的混凝土有害孔数量比普通搅拌方法配制的混凝土更少，且其新界面过渡区的质量更优。关键词：纳米增强;再生骨料裹浆;再生混凝土;力学性能;抗冻性能;界面过渡区395|622|0更新时间：2026-05-19
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三相埋弧炉多物理场数值模拟分析 增强出版 AI导读
摘要：为探究三相埋弧炉冶炼过程中多物理场耦合机制，本文建立了一个瞬态三维矿热炉数学模型。该模型不仅将电磁理论、传热传质、组分反应和磁场扰动整合到统一的计算框架中，还利用用户自定义函数UDFs（user defined functions）求解了电流连续性方程和组分运输方程。本文分析了镍铁冶炼过程中的电磁‒温度‒组分多物理场分布规律，并对炉内热量的传递、物质的流动和能量的转化过程进行了模拟。此外，分析了不同时刻多物理场的变化规律，研究了不同电极插入深度对温度分布和金属氧化物转化率的影响。研究结果表明：受电势梯度分布的影响，电流密度主要集中于电弧区内侧边缘，呈现趋肤效应和邻近效应分布特性，并决定了焦耳热和温度场的分布，在电极下方形成一个高温坩埚区，其中电弧区最高温为5 641 K；当冶炼时间由10 min增至40 min时，电弧平均电压降随之增大，且电弧底部内侧最大焦耳热由2.38 MW·m-3增至10.30 MW·m-3；当电极插入深度由1.9 m增至2.5 m时，3个电弧区的平均电压降由20.67 V降至18.39 V，增强了电弧至熔池底部的电流密度，磁感应强度也随之增大，有利于熔池温度的提升，熔池底部最高温度由1 555 K升至1 809 K；冶炼至40 min时，坩埚区内氧化镍基本被还原。在坩埚区外，电极插入深度为1.9 m比2.5 m时氧化镍的转化率高8%左右，而坩埚区内氧化铁最大转化率由41.8%提升至51.4%，但料面中心处氧化铁转化率由33.7%降至25.6%。关键词：镍铁矿热炉;多物理场;数值模拟;组分反应;多孔介质338|575|0更新时间：2026-05-19 -
用于尿酸检测的氧化还原响应型光子晶体凝胶微球 增强出版 AI导读
摘要：针对目前尿酸检测存在依赖专业仪器、操作流程复杂的问题，提出一种直观简便的裸眼可视化检测尿酸含量的新方法。该方法采用四臂聚乙二醇丙烯酰胺（PEG）和N，N′‒双（丙烯酰）胱胺（BAC）作为双交联剂，聚乙烯吡咯烷酮包覆的四氧化三铁（Fe3O4@PVP）为构筑可显示结构色的光子晶体结构单元，通过微流控乳化和磁组装技术制备得到显色均匀的氧化还原响应型光子晶体凝胶微球（MPNC）；利用BAC内部的二硫键和巯基之间的可逆转换，可赋予凝胶还原条件下体积溶胀、氧化条件下收缩的性能，改变固定在微球基质中光子晶体的晶格间距，从而使其呈现出显著的色相变化。系统探究了Fe3O4@PVP纳米颗粒的粒径、浓度和施加的磁场强度对MPNC显色的影响，并考察最优条件制备的MPNC的循环稳定性、对不同尿酸浓度的响应变色性能和抗干扰性能。结果显示：在10 mT的磁场强度下，由粒径为182 nm、浓度为3 g⸱L-1的Fe3O4@PVP制备的MPNC在氧化还原响应前后呈现从橙红色到蓝色的全色谱变化，并且在6次连续还原氧化的循环中表现出良好的稳定性；在尿酸酶的存在下，MPNC在检测0～0.60 mmol⸱L-1的尿酸时，仅需100 µL的溶液体积即可实现从橙红色（616 nm）到蓝色（496 nm）的宽范围颜色变化，并且在人工血液和人工尿液中具有良好的抗干扰能力；当微球的颜色介于绿色和蓝色之间，则说明尿酸含量高于0.42 mmol⸱L-1。研究表明，MPNC可作为比色传感器，为裸眼可视化检测尿酸水平提供一种简单直观的通用方法。关键词：尿酸;微流体技术;磁性颗粒;光子晶体凝胶微球;氧化还原;裸眼检测232|496|0更新时间：2026-05-19 -
乙醇导向水热法对有色金属尾矿合成产物ZSM-5形貌的影响 增强出版 AI导读
摘要：以广西南丹县某选矿厂有色金属综合尾矿为原料，考察了以乙醇为主要晶体生长导向剂的混合导向水热法对合成产物ZSM-5分子筛形貌的影响特征，并优化了模板剂以获得具有短b轴六方棱柱形貌和相对结晶度较高的产物品质。结果表明，以有色金属综合尾矿为原料使用乙醇混合导向法合成ZSM-5分子筛时可以使用少量有机铵类模板剂即可获得相对结晶度较高的产物（相对结晶度为99.85%），但乙醇的六方棱柱结构导向性较差，产物形貌为类球形。合成前驱液中的Fe、Ca组分均减缓或阻碍了晶体生长，从而使产物表面形貌更趋向球形。进一步在合成体系中添加第二模板剂对产物形貌影响各异，其中，添加摩尔比n(SiO2)/n(Ethanediol)=0.09的乙二醇（Ethanediol）时可获得更完善的短b轴六方棱柱形貌和高结晶度产物（相对结晶度为100.77%）。此外，活化水解前驱液中钠盐会使得晶体生长的缩聚反应增多，减少成核并导致晶体易发生二次生长。当活化矿碱质量比为1.5时，在乙醇和乙二醇的晶体生长引导作用下晶体较大部分呈现表面光滑的板状六方体形貌，产品质量较佳。研究表明，以有色金属综合尾矿为原料资源化合成ZSM-5分子筛对产物的形貌具有特定的影响规律，研究结果可为有色金属尾矿的高值化利用技术开发提供参考。关键词：有色金属尾矿;ZSM-5分子筛;乙醇;产物形貌;合成工艺283|372|0更新时间：2026-05-19
化学工程与材料工程
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