人工智能在土木工程领域的应用研究现状及展望

作为新一代产业变革的核心驱动力,人工智能是全面提高土木工程领域数字化、自动化、信息化和智能化的重要方法。为全面了解人工智能在土木工程中的发展及应用,定性分析了人工智能的基本研究领域,定量分析了人工智能在土木工程设计、制造、养维护阶段的研究现状,利用CiteSpace可视化工具深入挖掘人工智能在土木工程中存在的问题、发展瓶颈和研究趋势,并给出相应的解决办法及研究思路。通过文献综述发现,土木工程领域已展开了大量人工智能研究,但各阶段智能化发展不均衡,实际应用也存在一定局限性,需深入探索神经网络、大数据、深度学习等智能技术在土木工程全生命周期的交叉融合,促进土木工程领域人工智能研究的协同发展。

基于BIM技术与模拟退火算法的村镇轻钢框架结构智能设计方法

传统村镇住宅结构设计需要进行大量的人工试算与重复建模,而受制于建设成本,村镇住宅无法像城镇住宅一样通过设计师进行专业的结构设计与验算,其安全性与经济性均难以满足要求。为此,提出一种村镇轻钢框架结构智能设计方法,包括智能建模与智能优化两个环节。基于图层自动识别算法、光学字符识别技术、自适应分块算法提出村镇轻钢框架结构BIM智能建模方法,包括图层识别、轴文本数据提取、墙体轮廓提取等,智能建模结果基本满足实际工程要求。基于提出的两阶段模拟退火算法给出村镇轻钢框架结构的智能优化方法,优化速度较快,优化效果良好。通过实际工程案例对提出的智能设计方法进行验证,结果表明,提出的村镇轻钢框架结构智能设计方法具有可行性,与传统的人工设计方法相比,设计周期可缩短70%以上,材料用量、结构设计指标接近人工设计结果。

空心弹高速入水机理及特性数值模拟研究

为分析空心弹高速入水的机理及其特性,基于雷诺时均Navier-Stokes方程、VOF(volume of fluid)多相流模型、Realizable k-ε湍流模型,引入Schnerr-Sauer空化模型和重叠网格技术对空心弹高速入水进行数值模拟研究,获得了通孔孔径和头部形状对空心弹的空化特性、空泡形态和入水运动特性的影响规律。研究显示数值计算的空泡形态和入水速度、位移曲线与实验结果吻合较好,验证了数值模拟方法的可行性。结果表明:当通孔孔径不同时,通孔孔径越大,空化现象越明显,通孔射流越长,但对空泡半径的影响不大;通孔孔径越小,空泡闭合时间越早,与水面碰撞产生的阻力系数峰值越高,空心弹入水稳定后其阻力系数也越大;无量纲直径在0.575~0.600之间时,空心弹的运动最为稳定。当头部锥角不同时,头部锥角越大,空泡直径越大,空化现象出现得越晚,但空化生成的速度更快;随着头部锥角的增大,阻力系数变大,空心弹的速度衰减变快,相同时间运动的距离较短;头部锥角越大,俯仰角的变化越小,空心弹的运动越稳定。

长脉宽爆炸波与圆柱壳作用的波系演化与载荷分布特征

长脉宽爆炸波与结构作用的波传播及其载荷分布规律是大型爆炸防护设计与安全评估的重要基础。为了掌握长脉宽爆炸波与圆柱壳的相互作用机制及其作用下圆柱壳表面的载荷分布规律,开展了100 ms级冲击波圆柱绕流的激波管试验,并采用大涡模拟方法和高阶WENO-TCD(weighted essentially non-oscillatory-tuned centered difference)混合格式进一步对150 ms长脉宽冲击波与圆柱作用过程的波系演化与压力分布进行了数值分析。结果表明:数值仿真与压力实测结果吻合较好,长脉宽作用下圆柱壳载荷分布呈现出明显的角度和高度相关性,背面压力高于侧面甚至与迎爆面相当,具有不同于传统短脉宽冲击波传播中的压力衰减模式。流场的压力云纹和波系三维结构演化揭示了侧端面的突然扩张是压力初期震荡及相比于正面和背面压力更低的主要原因;系列绕射激波在壳体背面碰撞与反射,以及序列减速激波在135°相位附近的驻定与叠加作用,是引起背面压力呈现出载荷整体提升的主要机制。此外,背风面上尾涡结构的形成与演化过程受边界效应的影响是导致长脉宽圆柱壳载荷分布沿高度方向出现差异的关键因素。

重力引导螺旋型鼻肠管空肠置管操作流程及教学歌诀

为了提高鼻肠管床旁定位的有效性和空肠置管的成功率,根据经典文献,结合自己的操作实践,编写了一个重力引导螺旋型鼻肠管空肠置管的操作流程及教学歌决。歌决内容:肠内营养寓胜算,空肠置管莫等闲。方法多样各神通,大力推广路漫长。半坐吞咽进食管,回抽自如识胃腔。右卧轻张过幽门,左卧低阻到空肠。胃内折返何征象?导管反弹最先见,充气受阻“折返征”,染色定位胜影像。真空试验最敏感,酸碱序变特异强,美蓝试验神答问,三法联用共导航。腹部平片金标准,超声时代仍可参。立体影像整体观,更有断层解疑难。此教学歌决以简明扼要、易于记忆的形式,成为临床手把手鼻肠管置管教学的有力工具。

天津空客A330宽体机厂房焊接加固过程结构性能监测与分析

大跨度钢桁架加固方法多采用焊接加固增大截面法.针对大跨度钢桁架屋盖整体结构的负载焊接加固,以天津空客A321(A330宽体机厂房)屋盖为例,采用4片角钢,分肢与原H型钢的翼缘、腹板分别焊接的加固方式,设计了合理的焊接加固方案与监测方案,对结构关键构件在焊接加固过程中的应力、应变进行监测.以监测数据为依据,研究分析焊接加固过程中型钢与加固角钢的应力响应规律,验证钢桁架梁采用角钢焊接加固的传力有效性,判断焊接热输入的影响范围.结果表明:在负载焊接加固的过程中,局部高温热影响区引起应力重分布,加固角钢的存在对原有型钢构件起到了相应的承担作用,焊接加固过程中结构的安全性可以得到保证.此外,焊接加固时,通过监测相邻杆件的应力和应变,分析表明焊接热影响的范围在两个节间范围内,且带来的应力响应较小.

基于截面增大法的扣放角钢焊接加固负载H型钢的轴压承载力研究

负载下焊接加固是既有结构加固的重要形式,然而当前对加固形式及加固效果的研究仍然较为缺乏.因此,提出了一种新型负载焊接加固构造,设计了8组扣放角钢焊接加固H型钢试验.研究了焊接过程中的截面应力重分布规律以及焊接加固H型钢柱的轴压力学性能.试验中加固构件的截面为加固前的1.53倍~1.55倍,焊接加固后构件极限承载增大为加固前的1.74倍~1.90倍;加固构件和原构件协同工作,获得了良好的加固效果,虽然焊接热输入降低了构件焊缝间隔处的屈曲应力,但负载加固的构件表现出相对零载加固构件更高的极限承载力.随后建立并验证了一种新型焊接加固H型钢柱的数值模拟方法,探究了不同截面面积加固构件的加固效果;揭示了不同焊缝间隔以及焊接热效应对加固构件极限承载力的影响,并建立了相应的设计方法.

灌浆插筋式模块钢结构连接节点力学性能试验研究

针对模块钢结构建筑间的连接问题,提出了一种新型的由钢筋与CGM灌浆料组成的灌浆插筋式模块钢结构连接节点形式,并采用试验和理论分析的方法,对节点柱的轴压性能、轴拉性能和抗弯性能进行了深入研究,提出了相应的承载力计算方法.研究结果表明:①在轴向压力作用下,此节点上下两侧空钢管发生屈曲破坏,轴压承载力约为钢管截面屈服承载力的97%,表明此节点具有较好的抗压承载能力;不同钢筋直径试件的荷载-位移曲线基本一致,表明节点的抗压承载力与钢筋直径无关;②在轴向拉力作用下,试件在节点的连接缝隙处发生分离,灌浆料表面呈现了斜向裂缝;在钢筋直径为14~18 mm的范围内,构件的极限抗拉承载力为钢管极限承载力的28%~32%,并且随着钢筋直径的增大,试件的极限抗拉承载力增大、延性减小;③在弯矩作用下,试件一侧受拉、另一侧受压,在节点的连接缝隙处钢管发生分离,受拉区灌浆料形成斜向裂缝;在钢筋直径为14~18 mm的范围内,构件的抗弯承载力为钢管承载力的37%~47%,并且随着钢筋直径的增大,试件的极限抗拉承载力增大、延性减小,试件的屈服位移和极限位移均增大.

铰接方钢管组合异形柱框架抗震性能研究

为解决村镇住宅体系存在的装配式程度及标准化程度较低、现场焊接工作繁多、室内建筑面积浪费等问题,提出了一种铰接方钢管组合异形柱框架体系。该体系中异形柱采用3根空钢管通过钢板与加劲肋组合而成的L形柱,梁柱节点为腹板螺栓连接的铰接节点。通过拟静力试验对该体系的抗震性能进行研究。研究结果表明:相比于铰接钢管混凝土组合异形柱,铰接空钢管组合异形柱框架体系先于梁端出现转角,最后破坏模式为柱脚破坏,具有更优良的抗震耗能和更缓慢的强度与刚度退化,并通过对比刚接节点和铰接节点的骨架曲线,发现节点刚接程度对结构整体的抗侧刚度影响较大。

单板焊接空心球节点受拉承载性能研究

单板焊接空心球节点常用做弦支穹顶上部结构连接拉杆或拉索的节点,单板主要承受拉力并传递至焊接空心球,为了满足工程设计的要求,需对其受拉承载性能进行研究.通过试验,研究了不同参数的单板焊接空心球节点轴拉状态下的受力性能和破坏机理,建立有限元模型并进行验证,该模型能较好地反映单板焊接空心球节点轴拉性能,通过有限元模型参数化分析揭示了节点尺寸、加劲肋、单板尺寸等参数对其力学性能的影响规律,并提出单板焊接空心球轴拉承载力计算公式.研究结果表明:单板焊接空心球在轴拉作用下为应力集中导致的剪切强度破坏,破坏发生在单板端部与空心球连接处,表现为焊接空心球被撕裂;有限元应力云图得出破坏时沿着单板平面内拉力方向的剪应力起主要作用;单板焊接空心球节点的受拉承载力随单板宽度及空心球壁厚的增大而明显增大,空心球直径的增大会使承载力略有降低,单板的厚度增加使节点承载力略有提高,单板的高度对节点承载力的影响较小,空心球内设置加劲肋能使承载力提高至少20%;基于参数化提出的单板焊接空心球节点的受拉承载力计算公式能简便地计算出单板焊接空心球节点的承载力,相对误差在±15%以内,满足工程设计误差要求.研究工作可为今后外接单板的焊接空心球节点分析设计提供参考.

土木工程专业线上生产实习教学方法探讨

新冠疫情防控时期土木工程专业生产实习面临困境,以武汉理工大学的卓越工程师实习教学为例,提出以“线下专题讲座+线上视频学习”的方式在校内完成生产实习教学任务。与传统现场生产实习教学相比,改革后的教学内容全面、先进、详细,并取得较好的课程思政教学效果,为土木工程专业生产实习的教学改革提供了思路。

脑卒中高危人群发病风险感知研究进展

从风险感知概念、脑卒中高危人群风险感知评估工具、研究现状等方面进行综述,以分析风险感知对脑卒中高危人群的影响,旨在为国内外开展相关研究提供参考依据。

基于感知增强Swin Transformer的遥感图像检测

随着遥感技术的快速发展,遥感图像检测被广泛应用于农业、军事、国防安全等众多领域。遥感图像相较于传统图像检测存在诸多难点,如何实现高效精准的遥感图像检测成为该领域的研究热点。针对遥感图像检测中存在的计算复杂度高、正负样本不平衡、目标尺度小等问题,提出一种基于感知增强Swin Transformer的遥感图像检测网络,以提升遥感图像检测性能。在主干网络设计过程中,利用Swin Transformer分层设计和移动窗口的优点有效减小计算复杂度,同时插入空间局部感知块,加强网络对局部相关性和结构信息的提取能力。设计区域分布回归损失为小目标分配更大的权重,解决了正负样本不平衡的问题,同时结合改进的IoU-aware分类损失消除不同分支之间的差距,降低分类和回归损失。在公共遥感数据集DOTA上的多组实验结果表明,该网络获得了78.47%的平均精度均值和10.8帧/s的检测速度,检测性能优于经典的目标检测网络Faster R-CNN、Mask R-CNN以及现有优秀的遥感图像检测网络,并且在各类不同尺度的目标上均具有较好的性能表现。

乏燃料干法和水法后处理设施经济性分析

核燃料循环是影响核电经济评价的重要因素,是推进核能发展的关键问题。乏燃料后处理作为核燃料循环后段的重要组成部分,其经济成本会影响整体的核燃料循环成本。为对核燃料循环尤其是后段循环成本的分析提供更准确参考,本文调研了国外干法和水法后处理设施的经济性数据,并结合对快堆乏燃料后处理设施的经济性研究,进行了热堆和快堆乏燃料的干法和水法后处理成本的分析,给出了各设施的后处理成本数据。

基于扩张卷积条件生成对抗网络的红外小目标检测

基于深度神经网络的目标检测方法凭借自身强大的建模能力,在通用目标检测任务中取得了良好的表现。然而,在红外小目标信号弱、像素小的本质特征的影响下,深度神经网络层次的加深和池化操作的大量使用导致小目标语义信息丢失,使得现有方法的检测效果并不理想。文中从红外小目标特性这一关键问题出发,提出了一种新颖的基于扩张卷积条件生成对抗网络的目标检测算法。所提方法应用扩张卷积设计了生成网络,充分利用上下文信息建立层与层之间的关联,将红外小目标更多的语义信息保留到深层网络中,增强目标特征,进而提高检测性能。此外,设计了融合通道与空间维度的混合注意力模块,在特征提取时有选择性地放大目标信息,抑制背景信息;设计了自注意关联模块处理层与层之间信息融合过程中产生的语义冲突问题。文中使用多种评价指标将所提网络模型与目前先进的其他红外小目标检测方法进行对比,证明了该方法在复杂背景下目标检测性能的优越性。在公开的SIRST数据集上,所提模型的F分数为64.70%,相比传统方法提高了8.29%,相比深度学习方法提高了7.29%;在公开的ISOS数据集上,所提模型的F分数为64.54%,相比传统方法提高了23.59%,相比深度学习方法提高了6.58%。

水下平板通气减阻特性研究

为了研究通气射流对水下平板阻力特性的影响,本文采用Mixture多相流模型和Realizable k-ε湍流模型研究了三维水下平板通气射流的流动结构特征,得到了水下平板表面气液流场结构和减阻特性。数值结果表明:气体注入后,受来流影响而紧贴壁面向下游发展。当气体稳定覆盖在平板壁面后,平板阻力系数较不通气情况降低了16.73%。另外,因气体注入壁面边界层后,提升了壁面上的速度梯度,降低了壁面流体粘性系数;在气膜覆盖区(α_(l)>80%),因流体粘性系数的下降量远大于速度梯度的上升量,使流体粘性系数对气膜核心区内的减阻率起决定性作用;对于远离气膜核心区外的壁面,切向速度梯度对摩擦阻力系数的贡献增强。

国外乏燃料干法后处理设施进展

干法后处理技术具有介质耐辐照、临界风险低、工艺流程短、废物量小等特点,是核燃料后处理领域中适应性更高、处理对象更广的一种分离技术。干法后处理设施是实现干法后处理技术开发、验证和应用的关键场所。本文调研总结了国外干法后处理技术研发和示范设施进展,从设施建设背景、工艺基准流程、主要技术参数、设施布局设计和应用情况等多方面进行了分析和比较,并结合我国干法后处理技术发展现状和设想,提出了我国干法后处理设施发展建议。

基于渐进式多尺度Transformer的图像去雾算法

现有的去雾方法难以在复原图像细节的同时保持全局信息。为了解决此问题,文中提出了一种基于渐进式多尺度Transformer(Multi Scale Progressive Transformer,MSP-Transformer)的图像去雾算法。该模型能够有效提取和利用不同尺度的雾相关特征,实现了特征和图像的多尺度学习和融合,渐进式地从有雾图像中复原清晰图像。所提出的MSP-Transformer分为编码、解码和复原3个阶段。在编码阶段,利用基于Transformer模块的编码器将输入图像分解为不同尺度的雾图像特征,以全面表征真实有雾图像的信息损失。在解码阶段,考虑到有雾图像的不同区域存在不同尺度的信息丢失,设计了一个包含多尺度注意力机制的特征聚合模块,利用通道注意力和多尺度空间注意力来融合不同尺度的特征信息。复原阶段包含了复原模块和融合模块,首先基于多尺度特征融合的复原模块聚合不同尺度的雾相关特征以增加不同尺度特征的联系,并在每个尺度复原出清晰的无雾图像,然后将每个尺度的复原图像送入融合模块以获得最终的去雾结果。定性和定量的实验结果表明,所提出的MSP-Transformer在真实图像和合成数据集上能够实现雾的有效去除,具有良好的鲁棒性。在公开的RESIDE数据集上与11种去雾方法进行定量和定性比较,MSP-Transformer取得了最高的PSNR(39.53db)和SSIM(0.9954),并获得了良好的视觉效果。此外,消融实验也证明了MSP-Transformer中所提出的模块的有效性。

烤烟新品种川烟200的选育及其特征特性

烤烟新品种川烟200(原代号09-011)是以MS翠碧1号为母本、自育品系B0为父本选育的雄性不育F1代杂交种,于2023年通过审定。该品种烟株长势强、叶面清秀、群体整齐,中抗黑胫病和根结线虫病,耐旱性较强,对氮肥较敏感,分层落黄但落黄较慢,有烘烤难度。在配套栽培技术下,其产值优于对照云烟87。烤后烟叶香型特征显著、香气质较好、香气量足,透发性好、吃味干净舒适、甜润感较明显,烟气细腻、较柔和,浓度适中,整体质量较好,工业可用性较强。川烟200是一个田间长势和抗逆性较强、质量风格特色显著的新品种,适宜在西南烟区种植。

基于MPC的球形机器人轨迹跟踪方法研究

单摆驱动式球形机器人运动存在欠驱动和非线性特性,导致轨迹跟踪难度较大。为此,提出了一种基于模型预测控制(MPC)的球形机器人轨迹跟踪控制方法。该方法首先利用拉格朗日动力学模型和参考运动轨迹,结合泰勒线性展开和时域离散处理,得到球形机器人运动状态偏差的预测模型。随后,以未来特定时段内轨迹跟踪误差最小为目标,在满足控制量和控制增量约束的条件下,利用二次规划对球形机器人长轴和短轴电机转矩进行滚动优化,同时在特定控制步长下不断根据优化结果进行电机转矩控制,最终实现对机器人参考轨迹的跟踪。仿真结果表明,与传统PID控制方法相比,所提MPC方法横向跟踪最大误差减少了0.664 4 m,纵向跟踪最大误差减少了0.112 1 m,跟踪误差曲线基本在0附近波动,具有明显的轨迹跟踪精度与稳定性优势。