做好基础化学实验教学第一步——线上线下辅助实验预习的探索和总结

预习是实验教学的重要环节,预习的科学设计和落实执行不仅直接决定了学生学与做、教师教与导的效果,而且在学生思维能力和探究精神的培养中承载着小杠杆撬动大效益的作用。本文介绍了武汉大学基础化学实验课程组利用线上线下资源辅助低年级学生进行实验预习的探索和总结,分享了别具一格的互动式讲义和“六步走”预习教学模式,以实现在潜移默化中推动学生思辨能力和自主学习能力的稳步提升。

基于无监督学习的连铸铸坯缺陷检测方法

铸坯在连铸过程中受温度分布不均、流动速度不稳等多种因素的影响,容易出现各种表面和内部缺陷,如疏松、偏析、缩孔、裂纹、气泡、夹杂等。这些缺陷不仅影响产品的外观和性能,还可能对工程结构的安全性产生潜在威胁。针对这一问题,提出了一种基于无监督学习的连铸铸坯缺陷检测方法,该方法利用图像频域处理技术和深度学习算法学习连铸铸坯正常样本的图像特征,通过图像重建方式自动检测铸坯图像中的缺陷。首先,通过频率解耦模块对铸坯图像进行图像频率分离,得到铸坯的低频图像与高频图像。然后,采用带有自监督预测卷积注意模块的生成器网络集合,分别重建低频图像和高频图像。最后,通过判别器网络对铸坯的原始图像与重建图像进行判定,以确定铸坯图像中是否包含缺陷。实验结果表明,该方法能够有效检测连铸铸坯的缺陷,具有较高的准确性和可靠性,可为提高连铸产品质量和生产效率提供有力支持。

面向飞行试验认知不确定性的气动数据融合方法

在飞机设计领域中,不同的气动数据获取手段各有利弊,仅靠单一手段难以精确预测飞机的气动特性。因此,在实际工程应用中通常需要融合多种来源的数据,以获得更为准确和全面的气动特性描述。针对这一需求,以典型喷气式飞机为例,采用真实飞行数据、模拟飞行数据以及计算流体力学(CFD)仿真数据,结合深度神经网络,提出了一种认知不确定性的气动数据双层深度证据融合算法。该算法通过引入两种标准的置信分配方法,并将深度神经网络的输出与变分狄利克雷分布参数相结合,来表达和量化模型融合过程中的认知不确定性,并借助Dempster-Shafer理论有效地融合不同来源的数据及其不确定性。研究结果表明,该算法有效地融合了多源气动数据,所得结果不仅更加符合物理规律,而且提供了更高精度和更全面的气动数据,相比于单一数据源具有明显优势。

高马赫数内埋武器分离特性数值模拟研究

高马赫数(Ma>2)武器舱剪切层和激波更强,其流动特性与通常的亚、跨、超声速武器舱也有所不同,从而可能导致内埋武器的分离特性也不同。基于非结构混合网格流场解算器NNW-FlowStar,在前期针对高马赫数空腔流动模拟建立的改进HLLE++格式和自适应混合网格技术的基础上,采用数值模拟手段对比分析了Ma=4和Ma=2时的内埋武器分离特性,研究了环状板、横柱、锯齿和圆柱阵列等不同前缘流动控制措施对高马赫数(Ma=4)武器分离特性的影响,为高马赫数内埋武器的安全分离方案设计提供指导。研究表明:高马赫数(Ma=4)时,由于武器舱流动特性和武器舱前缘激波的激波角的不同,导致起始时刻内埋武器与武器舱之间的通道效应和分离过程的激波干扰不同,使得高马赫数(Ma=4)时内埋武器的姿态角和俯仰力矩与马赫数为2时差异较大;采取前缘扰流措施后,内埋武器的抬头趋势有所减弱,偏航角有所减小,有利于导弹的安全分离。

CFD软件可信度评估平台研制与应用

建模和模拟过程中引入的近似或假设会导致CFD结果存在可信度问题。科学评估CFD软件的可信度对软件研发、推广和应用具有重要意义。为提高软件可信度评价的工作效率,研制了一款CFD软件可信度评估平台。该平台由CFD软件管理、评价指标体系管理、CFD作业过程控制、数据后处理、可信度分析和图表报告生成等模块组成,能够根据评价指标体系对CFD软件开展系统科学的量化评估。通过集成CFD软件可信度评价所需的算法工具、标模数据和算力资源,实现了计算数据下载、CFD作业组织、仿真结果处理与评估等过程的高度自动化。基于该平台对国家数值风洞工程自主研发的NNW-FlowStar软件进行了初步评估,验证了该平台设计方案的高效性、便捷性和工程实用性。

基于多精度规划窗口的无人机航迹规划方法研究

航迹规划是无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)任务规划系统的核心部分之一,其主要任务是结合战场环境等约束条件,寻找一条安全系数高、满足任务需求且飞行代价小的UAV最优飞行航迹。基于现有蚁群优化(ant colony optimization,ACO)算法,在其并行能力基础上提出一种多精度规划窗口方法。该方法在初始航迹基础上,进一步针对局部飞行环境特点,自动配置局部规划窗口、规划精度和规划参数,并行地开展多精度窗口航迹调整,可在较短时间内优化出一条适应战场环境的飞行航迹。仿真分析表明,不同战场环境下所需的算法参数配置、规划精度各有不同,通过多精度规划窗口的优化与调整,最终飞行航迹可适应不同战场环境,且具备较好的规划效率与精度。

考虑机身累积热变形的高速飞机气动布局稳健优化

长时间、重复的高马赫数飞行会因综合力/热效应累积而引起飞行器几何布局变形。本文以高速飞机高马赫数长航时巡航所产生的机身累积热变形效应为不确定性输入,对该不确定性因素进行了表征建模,而后将其引入到气动布局的优化设计中,建立考虑机身累积热变形的高速飞机气动布局稳健优化模型,并提出模型求解策略。通过4个不同优化模型的对比,验证了本文稳健优化模型和策略的有效性。仿真分析结果指出,累积热变形效应会影响飞行器气动性能的准确预测,预测偏差的传播会影响优化的收敛方向,并最终影响最后的优化构型。

高校基础化学实验准备工作精细化——以武汉大学为例

基础化学实验面向全校化学、近化学等多个学科专业开设,学生人数多、涉及专业广、仪器药品种类多数量大,繁琐的实验准备工作是很多专技人员面临的不小挑战。科学、精细的实验准备工作,不仅能降低劳动强度,提高工作效率,而且能有力支撑实验教学,提高教学质量。本文结合武汉大学基础化学实验课程的实验准备工作,详细介绍了系列精细化举措,并通过若干具体实例展示精细化实施细节,方便应用推广。

GA-PSO混合规划算法

目的 提出一个比GP算法更优的GA-PSO混合的规划算法。方法 通过将层次型问题的描述转换为固定长度线形结构的描述方式,使GP算法与GA规划算法达到统一;通过构造运算符,将PSO算法引入到GA规划算法框架之中,形成GA-PSO混合规划算法。结果 从解的描述、遗传算子、PSO运算符的构造再到GA-PSO算法框架,提出了完整的GA-PSO混合规划算法。结论 实证研究显示,GA-PSO混合规划算法优于GP算法以及GA算法。

浅析舞蹈训练对中小学生学业表现的影响

随着社会经济的发展,舞蹈作为美育教育的重要途径之一,在我国中小学教育中发挥着越来越重要的作用。首先,应用文献资料法和逻辑分析方法,系统分析了国内外关于舞蹈训练对中小学生学业影响的研究成果,发现目前国内外关于舞蹈训练对学业影响的研究大多是关于舞蹈训练对情绪、身体、性格等方面的研究。其次,应用逻辑分析方法,借助体育锻炼对学生学业成绩的影响研究结果,探究舞蹈训练对学生学业的影响。最后,建议结合计算机技术、生物技术,研究舞蹈训练与学生学业之间的关系,增加研究的科学性,进而为应用研究奠定基础。

均匀搜索粒子群算法

针对基本粒子群优化算法容易陷入局部最优解的问题,本文定义了PSO粒子搜索中心的概念,并对其随机状态下粒子搜索中心在全局最优解与局部最优解之间的概率密度进行了计算,在此基础上提出了粒子搜索中心在两个最优解之间均匀分布的均匀搜索粒子群算法,并通过7个Benchmark函数与基本PSO算法进行了对比实验及算法分析,实验分析结果表明,均匀搜索粒子群算法在函数优化尤其非均匀多峰值函数优化中具有更好的收敛速度及稳定性.

基于H.264视频编码的运动估计算法优化

运动估计是视频压缩中最重要的环节.H.264编码器由于采用了高精度运动矢量,计算量迅速增长,运动估计消耗整个编码时间80%左右.本文在分析UMHexagonS算法的基础上,分别对UMHexagonS算法中搜索窗口大小的选择、大六边形搜索和小六边形(小钻石)搜索模式三方面做了优化,在保持了原有图象质量的情况下有效的节省了运动估计时间.通过对各种测试序列的实验证明,优化后的算法与UMHexagonS算法相比,在重建图象质量和码率接近的情况下,运动估计时间平均节省了18.292%,降低了算法的复杂度,提高了编码器的实时性.

心脏储备功能指标评估慢性心力衰竭严重程度的研究

目的探讨心脏储备功能指标对慢性心力衰竭(CHF)的评估价值。方法将136例CHF患者作为心衰组,46例健康者作为对照组。采用彩色多普勒超声心动图检查,计算左心室射血分数(LVEF);进行6min步行试验(6MWT),采用心脏储备无创监测系统检测舒张期时限与收缩期时限比值(D/S),评价LVEF、6MWT及D/S值与心功能状态的相关性。结果心衰组患者的6MWD、D/S值、LVEF明显低于对照组(P<0.05);采用双变量Pearson相关系数法分析显示,D/S值、6WMD与纽约心脏协会(NYHA)心功能分级呈显著负相关(r=-0.659,P<0.01;r=-0.561,P<0.01);LVEF与NYHA心功能分级呈正相关(r=0.203,P<0.05)。结论 D/S值能较好反映CHF患者的心功能状态,可作为评估心功能的一个新型有效指标。

改进的基于欧氏距离测度网格模型体素化算法

在基于到网格多边形表面的法矢量函数作为距离标准的体素化算法的基础上 ,提出以多边形面的最小包围盒作为计算单元 ,以欧式距离作为测度实现网格模型的体素化 ,极大地提高了计算速度 ,使得只能在图形工作站上实现的算法在微机平台上得以实现 针对通常采用Flooding操作判断内外体素、但应用于存在封闭空腔的模型时将会产生错误的情况 。

三维CAD零件异质材料建模方法

提出了一种基于CAD零件离散体素模型的异质材料建模方法,重点对多材料模型和功能梯度材料模型建模进行阐述,提出固定参考特征活动梯度源(Fixed reference features ＆ active gradient sources,FRF＆AGs)的概念,引入复合AGS和不同方向FRF的建模算子,提高异质材料/零件建模的效率和灵活性。并将传统CAD实体建模的交、并、差等布尔算子扩展到异质材料零件的建模中。最后给出了设计实例。

距离场定义下异质材料CAD信息建模方法

提出一种基于CAD零件离散体素模型的异质材料建模方法 该方法重点对多材料模型和功能梯度材料模型建模进行描述 ,以数字距离变换为手段求得模型体素到所选特征的距离场 ,以体素中心到特征的最小欧氏距离为标准将模型几何空间中的点映射到材料空间 ,建立起零件的异质材料模型

基于八叉树的三维网格模型体素化方法

利用八叉树结构的编码特性,提出一种将三维多边形网格模型离散成体素表示。进而产生整个模型的体素表示的算法,提出利用多边形网格轮廓体素和模型内、外体素序列的标志位特性,将三维网格模型内部体素化,纠正了Flooding算法在处理内部封闭空腔时产生的错误。算法可在PC平台上实现。通过证明和实验可知,本算法能产生准确的26-邻接体素模型,并且具有较高的执行效率,能取得较好的效果。

基于三维体素模型的功能梯度材料信息建模

以快速成型技术为背景,提出了一种基于体素模型的功能梯度材料/零件建模方法。根据八叉树结构,将复杂CAD模型离散为精确的26-邻接体素模型,选取点、线或面作为参考特征,以数字距离变换为手段,计算体素中心到特征点、线或面的最短欧氏距离,选取适当的以此距离为变量的材料组分分布函数,建立起复杂零件的功能梯度材料模型,实验证实了本方法的有效性。

尖拱弹身横向喷流数值模拟

本文通过数值求解层流Navier Stakes方程来模拟超声速流场中横向超声速喷流的干扰流场,采用分块对接网格和"O"型网格技术,精确模拟喷口截面形状并生成高质量的贴体计算网格,对尖拱弹身的横向超声速喷流的干扰流场进行了数值模拟,研究了喷口附近的流场结构、涡系结构、波系结构及流动分离等流场特性,得到喷流流场的干扰效应。

结构/非结构混合网格数值模拟栅格翼

为了详细了解栅格翼内部的流动特性,设计满足飞行器性能要求的栅格翼,本文开展了多种不同单栅格外形的气动特性数值计算,对单个栅格的外形进行了初步选型研究;然后采用结构网格、结构与非结构混合网格求解NS方程,对带有两片栅格翼的导弹进行了数值模拟,结构网格计算结果与结构非结构混合网格计算结果一致,并与国外文献的计算结果和风洞试验结果进行了对比,三者的结果吻合较好。采用混合网格比结构网格的网格规模小许多,可以节省大量计算机内存和计算时间,是一种比较好的栅格翼数值模拟方法。