基于动态模态分解的Π形梁涡振流场特征分析

为探索Π形桥梁断面的涡振机理及气动措施的抑振原理,采用动态模态分解方法,结合计算流体动力学数值模拟,对某Π形桥的不同工况进行流场解耦和对比分析.结果表明,主梁下表面方腔内的不稳定涡是导致Π形梁涡激振动的重要因素,增设2道四分点下稳定板将空腔分割成3个较小的区域,可减少下缘分离涡的形成空间并降低空腔内涡的强度和尺度,从而有效抑制涡振.第2阶分解模态与结构振动同频,是引起涡激振动的主导模态;此模态能够直观揭示流场中主涡的形成和发展,简化流场分析的复杂性.第3、4分解阶模态与结构的涡振频率存在明显的倍频关系,能够精确捕获涡激力中的高频成分,有利于深入理解涡激振动的瞬时变化特性,制定更为精细的抑振措施.

3D金属打印机设计评价研究

为了使产品能够更好的满足企业的生产需求,进一步降低设计、制造过程中的成本风险,结合企业实际需求,针对3D金属打印机设计三个方案,并对设计方案进行评价排序。首先采用SET分析法通过问卷与访谈的形式获取用户需求,发现产品的市场机会缺口,然后使用AHP法确定指标元素,由专家打分建立判断矩阵,确定权重进而建立3D金属打印机设计的评价模型,最后使用组合赋权和TOPSIS法对3D金属打印机设计方案进行评价,并对三个方案进行排序,选择评分最高的作为最终的设计方案。结果表明,该方法能够更加快速、有效的确定最优设计方案,同时也为其他产品的创新设计提供了思路。

基于PPO的自适应PID控制算法研究

采用MATLAB物理引擎联合Python搭建了一个六轴机械臂,并模拟带有扰动的复杂控制环境,为机械臂训练提供现实中无法提供的试错环境。使用强化学习中近端优化算法(proximal policy optimization,PPO)算法对传统PID控制算法进行改进,引入多智能体思想,根据PID三个参数对控制系统的不同影响及六轴机械臂的特性,将三个参数分别作为不同的智能个体进行训练,实现多智能体自适应调整参数的新型多智能体自适应PID算法。仿真结果表明:该算法的训练收敛性优于MA-DDPG与MA-SAC算法,与传统PID算法的控制效果相比,在遇到扰动及振荡的情况下,能够更有效地抑制振荡,并具有更低的超调量和调整时间,控制过程更为平缓,有效提高了机械臂的控制精度,证明了该算法的鲁棒性及有效性。

土木工程重点学科建设推进本科人才培养质量的研究与实践

将土木工程重点学科建设与本科教育相结合,提升本科人才的培养质量是有意义和必要的。该文以河南大学土木工程专业的教学模式革新为例,结合省级重点学科的实际建设情况,对原有本科人才培养方案进行改革补充,从制度体系建设和创新创业实践两个方面提出十六项具体措施。通过2018—2021年的改革结果跟踪调研分析,验证其可行性,取得良好的创新效果。

山西太岳山不同针叶纯林及混交林土壤有机碳库的变异性

为研究不同针叶林型土壤有机碳及其碳库管理指数变化特征,以山西太岳山林区油松(Pinus tabuliformis)林、华北落叶松(Larix gmelinii var.principis-rupprechtii)林、油松和华北落叶松混交林3种人工林为研究对象,测定了各森林群落的根系生物量、土壤理化性质,分析不同林型土壤理化性质及碳库管理指数的变化特征。结果表明:土壤有机碳质量分数、全氮质量分数、土壤含水率、β-葡萄糖苷酶活性、酸性磷酸酶活性等均在油松落叶松混交林中出现最大值。3种林型的土壤有机碳库中,稳定有机碳的质量分数最高,约占总有机碳的80%以上。在0<h≤10 cm土层中,油松林土壤碳库管理指数显著低于落叶松林和油松落叶松混交林(P<0.05),前者分别比后两者低22.32%、21.69%。相关性分析及结构方程模型(SEM)表明,林分类型的转变对土壤含水率、土壤酶活性有显著正向影响(P<0.05),根系生物量显著促进了土壤养分及土壤酶活性的增加,土壤养分及根系生物量对土壤碳库管理指数产生显著正向影响(P<0.05)。油松和华北落叶松混交可以提高土壤养分质量分数,增强土壤微生物活性,有利于土壤碳库管理指数和碳库质量的提高。

高于居里温度极化的硬性PZT压电陶瓷的制备及叠层驱动器性能研究

压电叠层驱动器具有低驱动电压、大位移的特点,被广泛应用于诸多领域。作为目前压电叠层驱动器中最常使用的材料,软性锆钛酸铅(PZT)陶瓷较大的介电常数和损耗往往会导致较高的功耗和发热量,进而影响驱动器的疲劳特性和稳定性。为了制备出低发热量、适用于压电叠层驱动器的压电陶瓷,本工作选取Mn掺杂(摩尔分数)的Pb(Sb_(1/2)Nb_(1/2))_(0.02)Zr_(0.51)Ti_(0.47)O_(3)-0.6%MnCO_(3)(PSN-PZT)硬性压电陶瓷作为基体材料,通过掺入一定含量的Li_(2)CO_(3)烧结助剂来降低陶瓷的烧结温度,并采用高于居里温度极化工艺进一步提升陶瓷的电学性能。最后采用该材料,利用流延工艺制备出压电叠层驱动器,并与相同工艺制备的Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))_(0.25)(Ti_(0.48)Zr_(0.52))_(0.75)O_(3)(PMN-PZT)驱动器进行比较。结果显示,Li_(2)CO_(3)通过引入液相烧结的方式将PSN-PZT陶瓷烧结温度降低至1050℃。当Li_(2)CO_(3)含量为0.1%(质量分数)时,高于居里温度极化的PSN-PZT陶瓷电学性能最优,其压电系数(d33)和2 kV/mm电场下的单极应变分别为388 pC/N和0.13%。在200 Hz下,PSN-PZT驱动器温升比PMN-PZT驱动器低大约20℃,且经过5×10^(6)次循环后应变仅降低6%。这表明Li_(2)CO_(3)低温烧结的PSN-PZT陶瓷不仅具备不错的压电性能,而且在发热和疲劳特性方面有较大优势,在大功率、高频等苛刻工况中有潜在的应用前景。

W/Cr共掺杂对CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)陶瓷晶体结构及电学性能的影响

铌酸铋钙(CaBi_(2)Nb_(2)O_(9),CBN)是一种典型的铋层状结构压电材料,具有高居里温度(约943℃)、高稳定性等特点,是600℃以上高温压电振动传感器的重要候选功能元件,但其压电系数和高温电阻率较低,严重制约了CBN在高温压电振动传感器领域的实际应用。为了提高CBN压电陶瓷的高温稳定性,采用固相法制备了W/Cr共掺杂的CaBi_(2)Nb_(1.975)W_(0.025)O_(9)-x%Cr_(2)O_(3)(CBNW-xCr,0<x≤0.2)单相铋层状结构压电陶瓷,研究了W/Cr元素共掺杂对晶体结构和电学性能的影响。结果表明:W/Cr元素共掺杂使压电陶瓷晶体结构由正交晶系向四方晶系转变,晶体结构畸变程度增强,并且压电性能和绝缘性能显著提高。当x=0.1时,CBNW-0.1Cr压电陶瓷的居里温度为931℃,压电系数为15.6 pC/N,600℃时电阻率达到106Ω·cm量级,介电损耗仅为0.029,该体系在高温压电领域有重要的潜在应用前景。

CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)铁电薄膜的生长取向调控和性能研究

铋层状铌酸铋钙(CaBi_(2)Nb_(2)O_(9),CBN)铁电薄膜具有良好的铁电性能和疲劳特性,是铁电随机存储器的重要候选材料之一。铋层状结构薄膜a轴外延生长对其高质量集成和应用具有重要意义,然而CBN结构的各向异性使其根据晶体学调节自发极化更具挑战性。本研究采用脉冲激光沉积技术,在MgO(100)衬底上通过改变沉积温度的方式,实现了CBN薄膜的取向生长。在500、600和700℃沉积温度下分别生长出(115)、(200)和(00l)取向的CBN薄膜,并且随着沉积温度升高,CBN薄膜发生了(115)-(200)-(00l)取向的转变。扫描电子显微镜(SEM)结果表明,600℃是CBN薄膜在MgO衬底上高质量a轴外延生长的最优沉积温度,薄膜与衬底键合良好,粗糙度较低。高分辨X射线衍射(HRXRD)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析表明,(200)取向的CBN薄膜为异质外延生长,其与MgO衬底之间形成半共格界面,CBN/MgO异质结构外延关系为(100)[001]CBN//(100)[001]MgO。CBN界面处的(200)平均间距为0.5312 nm,结合晶格匹配关系,提出了一种可能的外延匹配方式:4个CBN晶胞共同占用5个MgO晶格。此外,通过压电力显微镜(PFM)发现了(115)取向CBN薄膜具有纳米畴结构,以及(200)取向CBN薄膜表现出良好的面外极化翻转。

百花山自然保护区森林群落碳储量计算方法的研究

【目的】探讨生物量转换因子法、材积源生物量法和生物量清单法在小尺度范围内计算森林群落碳储量的可行性,确定影响林分碳储量的群落结构参数。【方法】以样地调查数据为基础,采用一元材积表法和平均实验形数法计算针叶林和阔叶林的蓄积量,然后分别采用生物量转换因子法、材积源生物量法和生物量清单法估算2种林分的碳储量。【结果】在百花山自然保护区,采用一元材积表法和平均实验形数法计算的人工针叶林、次生阔叶林的蓄积量分别为148.78和169.98m3/hm2、106.82和120.30m3/hm2,以这2种蓄积量结果为基础,采用3种碳计量方法求得针叶林的平均碳储量分别为71.58和80.50t/hm2,阔叶林为49.74和55.19t/hm2;在针叶林的碳储量估算结果中,生物量转换因子法和生物量清单法显著高于材积源生物量法,三者间的变异系数达14.81%(材积表法)～16.68%(形数法);在阔叶林的碳储量估算结果中,3种方法间虽没有显著差异,但变异系数也达到5.65%(材积表法)～6.40%(形数法)。【结论】生物量转换因子法、材积源生物量法和生物量清单法可用于小尺度范围内森林群落碳储量的估算,其估算结果不受蓄积量计算方法的影响,树高、胸径和基盖度是影响林分碳储量估算的关键参数。

竹节参总皂苷通过抑制NF-κB介导的炎性反应改善小鼠肿瘤恶病质研究

目的探讨竹节参总皂苷对小鼠结肠癌肿瘤恶病质的改善作用。方法 BALB/c小鼠皮下接种结肠腺癌CT26细胞建立恶病质模型,模型动物随机分为模型组、竹节参总皂苷低、高剂量组,接种后d 4开始灌胃给药,每日给药1次,正常与模型组给予10 mL·kg^(-1)生理盐水,低、高剂量组分别给予20、60 mg·kg^(-1)竹节参总皂苷干预,连续给药27 d后处理动物。观察竹节参总皂苷对恶病质小鼠体质量、胫骨前肌、腓肠肌、脾脏和附睾脂肪的影响;HE染色观察腓肠肌纤维横切面积的变化;流式微球试剂盒检测血清中炎性因子TNF-α和IL-1β的表达;Western blot检测腓肠肌与胫骨前肌中NF-κB、PAX7、MuRF1蛋白表达。结果与模型组相比,竹节参总皂苷能有效改善恶病质小鼠体质量下降(P<0.05),减少肌肉组织降解(P<0.05),同时竹节参总皂苷明显下调恶病质小鼠体内NF-κB表达,降低血清中IL-1β、TNF-α的水平(P<0.05)。结论竹节参总皂苷明显改善小鼠结肠癌恶病质状态,减少肌肉降解,其机制可能与抑制NF-κB介导的炎性因子表达相关。

涡方法用于桥梁断面气动导数和颤振临界风速的数值计算

利用快速离散涡方法计算桥梁主梁断面的气动导数 ,来流为二维粘性不可压缩均匀流。使用边界元及新颍涡量边界条件的积分表示方法计算表面涡量 ,引入快速多极子展开及系数影响矩阵技术获得无网格方法 ,并由此快速计算涡元速度。使断面分别在扭转及竖向做强迫正弦振动 ,利用离散涡方法分别计算其气动力 ,并根据最小二乘法获取气动导数 ,采用 Sacalan的半逆解法确定颤振临界风速。以南京二桥闭口箱梁断面 (方案一 )为例 ,计算结果显示与实测结果有着合理的一致性。

西方蜜蜂和兰州熊蜂在设施桃园的访花偏好性比较

【目的】为了比较西方蜜蜂Apis mellifera和兰州熊蜂Bombus lantschouensis在设施桃园内对不同时期桃花的访花偏好性、以及这种偏好性与花粉活力和采集花粉花蜜之间的关系。【方法】记录2种蜂在温室桃园内访问早期花、中期花和晚期花的比例,测定桃花不同时期的花粉活力以及2种蜂携带的花粉活力,观察2种蜂采集花蜜和采集花粉的成功率,统计2种蜂访花过程中桃花所处的枝条数及植株数。【结果】桃花不同时期的花粉活力差异显著,早期花花药未开裂,花粉未释放,中期花花粉活力（58.3%）显著高于晚期花花粉活力（34.2%）（P〈0.01）;西方蜜蜂更加偏好访问中期花,对中期花的访问率高达75.3%,显著高于兰州熊蜂对中期花的访问率（49.2%）（P〈0.01）;西方蜜蜂携带的花粉活力（92.1%）显著高于兰州熊蜂携带的花粉活力（72.9%）,但是西方蜜蜂采集花粉和采集花蜜的成功率均低于兰州熊蜂（P〈0.01）;在访问一定数量的桃花过程中,兰州熊蜂在设施桃园内访问的枝条数和植株数较多,分布范围较广（P〈0.01）。【结论】和兰州熊蜂相比,西方蜜蜂对活力花粉的辨别能力更强,更加偏好访问花粉活力较高的花朵,这种偏好性导致其采集花粉花蜜的成功率降低。

改变源库比对花生光合特性及产量的影响

以花生新品种丰花1号高产栽培大田为材料,结荚初期人工摘除50%叶片、摘除50%果针,以不进行处理的作对照。结果表明:在处理后前期,摘叶处理虽然单叶光合速率上升,LAI增长速率增大,对叶片减少有补偿效应,但是叶绿素降解加快,含量下降,衰老加快而形成早衰现象,物质积累少,单果重、生物产量、经济产量、经济系数低于对照。摘除果针处理单叶光合速率虽有降低,但叶绿素含量高,降解速度慢,明显延缓植株衰老,LAI一直处于高水平,物质积累量大,荚果充实好,生物产量、经济产量、经济系数显著高于对照和摘叶处理。

感性工学在护理床护栏设计中的应用研究

目的进行感性工学在护理床设计中的应用研究。方法运用语意差分法将用户对护理床的感性意象从形、色和质3个方面分解量化,建立由10对意象形容词及10个样本图片组成的语意空间。使用里特量七级语意差分问卷进行调查,运用主成分分析法进行降维。以护理床护栏为例,使用数量化理论I建立感性意象和设计元素之间的映射关系,指导新产品开发。结论依据感性工学理论设计的新护栏较好地匹配了用户需求,感性工学的应用可以为护理床的设计提供一种新的思路,有助于企业和设计师确定产品开发方向,具有一定的实用和推广价值。

智能变电站交换机选型

国内智能变电站当前进入全面建设阶段。以太网作为智能变电站的基本通信网络可看作是全站的神经中枢,以太网交换机的作用凸显,成为智能变电站的关键性部件,它的性能直接影响到变电站、乃至智能电网运行的可靠性。结合智能变电站的特点分析了智能变电站交换机的应用需求,介绍了为实现上述应用所需交换机的技术性能,从可靠性、实时性、时钟同步模式、组播管理能力、安全性等方面阐述了选型要求,为提高智能变电站自动化系统的可靠性提供意见和参考。

高速列车过站空气动力学效应数值模拟研究

新建车站雨棚多为大跨度空间曲面结构,现常采用无站台柱结构形式,对风荷载比较敏感。高速动车组快速通过站台时,列车所形成的高速气流会在列车与雨棚之间产生的空气活塞压缩效应,这种空气动力学效应可能会在雨棚上诱导较大的局部压力,对列车和雨棚结构都是不利的。本文基于计算流体动力学方法,采用动网格技术数值模拟了高速列车从进入站台到驶离站台过程中,雨棚表面所受空气荷载空间、时间变化特性。为了对比空气活塞压缩效应所引起的雨蓬附加风荷载与极端风作用下的风荷载的区别,针对阜阳新车站无站台柱雨棚进行了刚体模型风洞测压试验。风洞测试结果和数值模拟结果显示,列车穿过雨棚的过程中,活塞式的空气压缩效应是存在的,设计时应考虑列车的通过所引起的附加风荷载。

大范围区域复杂地形风场数值模拟研究

在具复杂地形地貌区域架设桥梁,首要解决的问题是风环境参数的问题。本文针对某一具有复杂地形地貌的大范围区域(区域大小23km×27km)复杂地形的风环境进行了数值模拟研究。基于地理信息处理系统(GIS)中的数字地面模型所获得的高程数据,通过逆向工程软件IMAGEWARE及流体动力学建模软件Gambit完成了流体网格的建模工作,对其整体和局部的流场(内层区域的速度场、压力场,越山流动迹线及监控点处的风剖面等)进行了分析,同时对不同的网格划分方式也进行了分析比较。本文的工作也为今后同类大范围区域风场模拟提供了参考。除此之外,用逆向工程软件IMAGEWARE也为今后大尺度区域建模提供了一种新思路。

基于t分布混合模型的点集非刚性配准算法

考虑高斯混合模型(TMM)的点集非刚性配准算法易受异常点和重尾点的影响,提出了基于t分布混合模型的运动一致性非刚性配准算法。通过期望最大化(EM)框架的完整数据定义将高斯混合模型推广为t分布混合模型,使用EM算法最小化参数的条件期望获得非刚性配准参数的闭合解。在EM算法中计算浮动点集各个点的先验权重,减小异常点和重尾点对配准结果的影响;计算浮动点集各个点的自由度,自适应地改变每个点的概率密度分布模型,提高算法的鲁棒性,并避免了异常点水平估计误差对配准结果的影响。在t分布混合模型的条件期望函数中加入点集位移的正则项,使邻近点具有运动一致性(CPD)。仿真数据表明,当噪声水平很高时,TMM-CPD仍可以精确配准点集,且误差仅为对比算法的1/10。真实图像的近似椭圆状分布、管状分布和三维点云状分布的点集配准结果表明,TMM-CPD的配准误差仅为对比算法的42.0%、80.1%和77.5%。实验表明,TMM-CPD配准含有重尾点和异常点的点集,具有精度高、鲁棒性好和受重尾点与异常点干扰小等优点。

涡方法分析并列圆柱的旋涡脱落现象

利用快速离散涡方法及流场可视化技术分析二维粘性不可压缩均匀流中并列圆柱体的旋涡脱落现象,识别作用在圆柱上的气动力及旋涡脱落频率。使用边界元方法及引入一个新颍的涡量边界条件计算表面涡量,利用系数影响矩阵技术获得无网格方法,采用自适应快速多极子算法快速计算涡元速度。数值算例再现了不同间距并列圆柱体的同步同相旋涡脱落、同步反相旋涡脱落、尾流的不对称性及间隙流的半稳定性等现象,数值结果与早期实验结果吻合得很好。

X-37B轨道试验飞行器可重复使用热防护系统综述

热防护系统是可重复使用航天器的核心部分,X-37B轨道试验飞行器的成功试飞,突破了可重复使用热防护系统的技术瓶颈。文章对X-37B热防护系统进行了介绍,对鼻锥、机翼前缘、机体迎风面及背风面等部位热防护材料的技术方案、性能参数、制备方式及验证情况进行了概括,同时,总结了X-37B热防护系统的设计经验,可为我国可重复使用航天器热防护系统设计及研究工作提供参考。