基于FDM-AHP的婴儿摇椅五感设计研究

五感体验是人类感受外部世界并建立多维认知的重要途经,婴儿时期是感官通道发育的黄金期,此研究基于五感理论探索更为科学有效的婴儿摇椅的创新设计。研究依据五感理论梳理市场已有的婴儿摇椅,得出初步的产品设计要素;采用模糊德尔菲法(FDM)对初步得出的设计要素进行筛选,建立五感设计层次模型;利用层次分析法(AHP)确定筛选后的设计要素对婴儿五感发育的综合权重。构建婴儿摇椅的五感设计模型,对婴儿摇椅进行创新设计,并使用模糊综合评价法对设计方案进行评估。此研究将五感理论融入婴儿摇椅的研究中,旨在促进婴儿感官通道健康发育,为婴儿成长带来正向积极的引导。

滇金丝猴夜宿树的选择及夜宿地的利用方式

野生灵长类夜宿地的利用方式可以明确地反映一个物种特有的生境利用方式和生存之道。2003年12月至2004年10月,我们利用可自动脱落GPS无线电项圈对云南省丽江市金丝厂的一个滇金丝猴(Rhinopithecus bieti)群体的活动进行了持续跟踪记录。本研究着重于对所研究猴群夜宿树的选择和夜宿地的利用方式的考查,并结合可能影响夜宿地选择和利用的环境因素,比如天气、季节、日均温度等做了系统分析。研究群计有180余只个体,家域面积约27.8 km^(2)。GPS项圈记录到夜宿树的有272个夜晚,由此我们确认了131个夜宿地。其中70个(54.3%)夜宿地仅利用了一次,剩余的则不同程度地多次利用(2~9次)。在这些重复利用的夜宿地中,持续利用同一夜宿点的情形共发生了19次,其中连续3个夜晚在同一夜宿地过夜的现象出现了3次,剩下的16次是连续利用同一夜宿地2次。这种连续利用同一夜宿地的情况占重复利用同一夜宿的7.0%,发生频率不高,而且几乎都出现在冬季(84.0%)。滇金丝猴对于同一夜宿地的重复造访的时间间隔约50 d。一旦发生连续重复利用的情况,猴群当天的移动距离显著缩短(527 m vs.884 m),降低了群体移动所必需的能量消耗。明显地,滇金丝猴夜宿点的选择受其当天下午和第二天早上觅食点的位置的影响。鉴于较大的群体和明显回避夜宿地重复利用的特性,提示这是猴群对家域内食物分布的行为响应,避免对同一地点的过度利用造成食物的不足。采用大量(131个)而分散的夜宿地利用方式会保证猴群能够获得充足的食物供应。此外,相较于其他树种,滇金丝猴更喜欢在云南铁杉(Tsuga dumosa)树上过夜,而且尽量不以夜宿点作为觅食点,可能与卫生和安全有关。

高水气比气井井筒压力分布预测方法

东海气田水驱气藏普遍发育,部分气井带水生产,产水井呈现高水气比特征。利用传统两相流井筒压力计算方法进行井筒压力分布预测时,发现目前常用模型存在预测精度较低,影响气井积液状态的诊断及排采措施的选择。为此,通过分析不同井径、不同倾角、不同水气比条件下的气液两相流态,基于Kaya流型判别模型修正得到了适用于高水气比井的流型判别新方法,并对Mukherjee-Brill持液率计算公式相关经验系数进行修正,引入表征水气比的无量纲参数和角度修正系数,建立适用于高水气比气藏的新压降模型。研究表明:新的持液率计算模型对不同管径在不同倾角下的持液率计算误差平均小于15%,新的井筒压降计算方法在东海见水气井井筒压力预测中的精度可提升50%以上,与实测值误差不超过8%。新的井筒压降计算方法对于高水气比气井井筒两相流压力分布预测具有较好的推广应用价值,对水驱气藏开发中后期工作制度优化和排水采气工艺选择具有重要的指导意义。

气顶油藏动态诊断新方法研究与应用

气顶油藏在开发过程中存在原油、溶解气、气顶气、凝析油、地层水等多相流体。准确计算地层压力及各相采出程度是该类型油气藏动态诊断及剩余油气挖潜的关键。目前已有的地层压力计算方法难以有效考虑水侵等多种复杂驱动能量,导致各相采出劈分不确定性较大,增加了调整挖潜风险。通过水侵量拟合及牛顿迭代求解法,建立了1套以水侵特征分析及平均地层压力求解为基础的气顶油藏动态诊断新方法。该方法在M油田Y3气顶油藏应用结果表明,Y3气顶油藏产出油中原油占比为89.7%,凝析油占比仅为10.3%,产出气中气顶气占比为97.9%,溶解气占比仅为2.1%,气顶气与凝析油采出程度分别高达46.6%和31.2%,原油及溶解气采出程度仅为12.1%和1.7%,该结果与生产测试结果一致。

基于振动响应的高速动车车轮踏面磨耗状态识别

针对高速动车车轮踏面磨耗状态识别问题,融合车辆振动响应及其幅值滑动平均值特征,提出一种基于双向门控循环单元(Bi-directional Gated Recurrent Unit,Bi-GRU)网络的车轮踏面磨耗状态识别方法。首先,以国内某型高速动车为对象,采用SIMPACK进行车辆动力学仿真,定义五类不同等效锥度磨耗状态的车轮踏面,考虑悬挂结构参数、轮轨接触状态等随机因素,获取车体与构架横向振动加速度;其次,结合横向加速度及其幅值滑动平均值,使用特征融合技术建立不同磨耗踏面的多维特征融合数据集;最后,采用Bi-GRU网络建立踏面磨耗状态识别模型,训练模型结构参数并验证其识别效果。结果表明:该模型能够有效识别高速动车车轮踏面磨耗状态,识别准确率优于传统最近邻、决策树和支持向量机模型,并具备一定抗噪能力。对于线路实测数据集,迁移模型准确率超过98%,证明模型具有良好的泛化性能。

东海低渗气藏特殊渗流机理数值模拟研究

东海低渗气藏气水分布复杂,存在明显的非线性渗流特征及相渗时变效应,常规数值模拟方法对复杂渗流机理的表征存在局限性。针对存在问题,基于渗流机理研究完善运动方程,明确初始流体饱和度分布及渗流参数时变规律,建立考虑流体非线性渗流及时变效应的低渗气藏渗流数学模型;基于参数敏感性分析,明确特殊渗流机理对低渗气藏开发的影响。通过对典型低渗气藏东海H气田进行实际应用,检验方法的先进性。结果表明,气井动用范围及井底流压受非线性渗流影响而减小;时变效应导致气井产水量增大、稳产时间缩短。形成的数值模拟方法提高了低渗气藏的拟合精度,模拟结果符合实际气井生产动态,为后续精细开发提供了依据。

基于深地复杂应力条件下混凝土冲击倾向性试验

针对深地复杂应力条件下,混凝土发生了类似岩爆的瞬时破坏现象。对不同强度等级的混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、动态破坏时间、弹性能量指数、冲击能量指数和声发射参数进行试验研究,提出以脆性系数、动态破坏时间、冲击能量指数作为评价混凝土冲击倾向性指标。结果表明:脆性系数小于20、动态破坏时间大于500 ms、冲击能量指数小于1.5的混凝土无冲击倾向性,C50强度等级以下的混凝土无冲击倾向性,强度越高冲击倾向性越强;对高强混凝土进行声发射监测,声发射能量随混凝土强度增加而增大,临近峰值应力时,声发射参数会剧增,可据此监测高强混凝土的冲击破坏;活性粉末混凝土显著提高了动态破坏时间,降低了脆性系数和冲击能量指数,是一种无冲击倾向性的材料,对深地复杂应力条件下混凝土的冲击破坏有明显改善。

淡水鱼类功能生态学研究进展

在全球变化和人类活动的影响下,生物多样性正以前所未有的速度丧失,全球生物正经受第六次生物多样性危机。淡水生态系统是最脆弱的生态系统之一。淡水鱼类作为淡水生态系统的重要组成部分,承受着日趋严重的气候变化、栖息地退化、生物入侵和过度捕捞等压力,面临巨大的威胁。在此背景下,如何准确评估鱼类种群和群落对环境变化的响应,以及鱼类群落结构和功能的变化对生态系统功能的影响是淡水鱼类多样性和淡水生态系统保护的关键问题。近年来,淡水鱼类功能生态学的快速发展为解答这一问题提供了一个框架。系统地介绍了淡水鱼类功能生态学主要研究内容、方法、进展及其应用,并着重介绍了淡水鱼类功能特征及其与环境的关系、环境变化下的功能生态学响应研究。据此提出了淡水鱼类功能生态学未来的重点研究方向,指出了其在鱼类多样性保护和资源利用等领域的应用前景。

借助激光闪光法研究高强混凝土的低温热学性能

低温环境中混凝土的热学性能是影响全混凝土LNG储罐安全高效运行的重要因素。本工作评价了一种新型耐低温高性能混凝土(CHC)的低温性能,并对其孔结构特征和低温环境中的热流变化、力学和热学性能进行了分析。结果表明:CHC基体中毛细孔和气孔的体积以及总孔隙率均低于C60混凝土。低温环境中,CHC基体的热流曲线在-36℃达到峰值;其热流曲线放热峰、比热容、热扩散系数和热导率均低于C60混凝土。当温度由25℃降至-90℃时,CHC基体和C60混凝土的峰值应力、弹性模量及热扩散系数增加;比热容和热导率降低。低温环境中,CHC的力学性能及其基体的热学性能均优于C60混凝土。

化学激发对煤气化渣-水泥体系抗压强度影响机理研究

针对煤气化渣大量堆存造成的环境污染和固废资源浪费的问题,本工作采用化学激发方法来激发煤气化渣活性,探究不同激发剂对煤气化渣-水泥体系抗压强度的影响。试验选取硫酸盐类、碱类和聚合盐类激发剂,确定最优激发剂种类和掺量;通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和热重分析(TG)等微观手段,研究不同激发剂对煤气化渣-水泥体系水化产物的影响。结果表明,硫酸盐类最优激发剂为硫酸钠,最佳掺量为2.5%,试样3 d、28 d抗压强度增长率分别达14.3%、3.4%;碱类最优激发剂为氢氧化钙,最佳掺量为0.5%,试样3 d、28 d抗压强度增长率分别达18.4%、1.8%;聚合铝最佳掺量为2.0%,试样3 d、28 d抗压强度增长率分别达24.0%、3.3%。加入激发剂后试样早期抗压强度均得到提高,微观特征表明试样水化程度加深,且有助于钙矾石和凝胶体等水化产物的生成,提高试样强度,为煤气化渣在水泥基材料中的应用提供了理论依据。

低渗复合气藏斜井非达西渗流试井分析

应用传统试井解释方法无法综合考虑低渗复合气藏非达西渗流和应力敏感性特征,难以获取真实储层参数。分析低渗气藏非达西渗流和应力敏感性的微观机理,完善渗流运动方程,建立内区常规、外区低渗的复合气藏斜井渗流数学模型;采用有限元方法进行Matlab编程求解渗流数学模型,选取等价压力点研究斜井压力分布;绘制井底压力动态曲线,根据曲线特征划分流动阶段,并进行参数敏感性分析;应用非达西模型进行试井解释,并与常规方法对比,检验模型的先进性。结果表明:非达西渗流使井底拟压力动态曲线后期逐渐发生上翘,非线性增强导致上翘幅度增大;井斜角大于60°后逐渐出现早期垂向径向流和中期线性流;内区半径减小导致内区拟径向流的持续时间缩短;内外区导压系数比影响内外区拟径向流过渡阶段拟压力导数曲线的斜率。考虑低渗复合气藏的渗流特性可提高试井压力曲线的拟合程度,解决储层参数多解性强的问题。该结果为低渗复合气藏的开发及斜井压力动态评估提供指导。

基于界面张力影响的凝析气藏相渗时变表征方法

凝析气藏油气界面张力对凝析油的分布及渗流影响显著,但是量化界面张力的影响并反映至数值模拟中的研究较少。文中详细阐述了界面张力对凝析油分布的影响机理,并通过相渗实验定量评价了界面张力对凝析油气相渗及临界流动饱和度的影响,在此基础上回归了基于界面张力影响的变临界流动饱和度公式,建立了变凝析油临界流动饱和度数值模拟机理模型,实现了界面张力对生产影响的模拟。研究表明:界面张力对凝析油气临界流动饱和度影响显著,生产早期低界面张力时,凝析油以油膜形式流动,凝析油临界流动饱和度较低;但随着界面张力的增大,凝析油主要以油塞和油桥的形式存在,凝析油临界流动饱和度迅速增加;数值模拟中,表现为从低界面张力下少量凝析油到较高界面张力下大量凝析油聚集,从而更真实地表征了凝析油在近井地层的聚集特征,提高了凝析气藏数值模拟精度。

基于RBFNN代理模型的高速机车横向动力学性能多目标优化

针对高速机车横向动力学中的悬挂参数优化问题,首先,以国内某型2B0轴式高速机车为基础,采用SIMPACK软件建立该机车动力学模型;其次,以蛇行稳定性和横向平稳性指标为优化目标,同时兼顾新轮和磨耗轮2种轮轨接触状态,通过拉丁超立方试验设计方法对关键悬挂参数进行采样设计;最后,根据试验设计结果构建转向架悬挂参数映射到机车横向动力学性能的RBFNN代理模型,并利用Sobol敏感性和Pearson相关性分析方法来量化悬挂参数对优化目标的影响程度。研究结果表明:在参数给定优化范围内,机车横向动力学性能几乎不受二系横向减振器节点刚度变化的影响;而蛇行稳定性对一系纵向刚度、抗蛇行减振器节点刚度以及抗蛇行减振器阻尼较敏感,前后司机室横向平稳性对二系横向刚度最敏感,在高速机车转向架设计中应该给予重视。此外,将代理模型结合遗传算法NSGA-Ⅲ搭建快速多目标优化平台,并通过动力学仿真结果验证该平台的准确性,可有效替代车辆系统动力学模型仿真计算及优化。

面向FPGA部署的CNN-SVM算法研究与实现

卷积神经网络-支持向量机(CNN-SVM)混合算法结合了CNN特征提取能力和SVM分类性能,在计算复杂度和解决小样本问题上具有一定优势,目前已在故障诊断、医学图像处理等领域得到了一定应用,同时,由于其计算复杂度较低,也引起了边缘计算领域的关注。针对边缘计算场景中对算法性能和功耗的要求,提出了一种面向FPGA平台的CNN-SVM算法优化与实现方法。首先,结合FPGA的架构特点,对CNN-SVM算法结构进行了硬件适应性优化,包括模型压缩和分类器核函数的选取。其次,采用了软硬件协同和高层次综合(HLS)设计方法,完成了CNN-SVM算法加速器的设计与实现。实验结果表明,在ZCU102上,加速器的FPS(frames per second)达到了18.33 K,计算速度为1.474 GMAC/s,相对于CPU平台四核Cortex-A57和Ryzen73700x分别实现了23.57和4.92倍加速,相对于Jetson Nano GPU和GTX750平台能耗比分别达到了33.24和50.27。

套管扣拆卸装置研制与应用

为解决压裂井口装置中套管与套管法兰难以拆卸的问题,研发了一套新型高转矩压裂井口套管扣拆卸装置。分析了该装置的关键技术,阐述了卸扣机构的工作原理。并对其液路系统进行了优化设计,避免了频繁拆卸套管扣所带来的安全风险,提高了设备的可靠性。该装置已应用于冀东油田维修现场,共计作业97井次,其中完成了75套传统工艺无法拆卸的井口维修作业,成功率达100%,具有较高的推广应用价值。

铁尾矿微粉混凝土强度和氯离子扩散系数试验研究

研究铁尾矿微粉作为矿物掺合料以不同比例替代矿渣粉对混凝土氯离子扩散系数的影响,分别测试不同铁尾矿微粉掺量混凝土工作性能、抗压强度及氯离子扩散系数。研究结果表明,铁尾矿微粉可改善混凝土工作性能,使其坍落度>210mm、扩展度>500mm;在低熟料体系下,混凝土强度随铁尾矿微粉掺量增加而减小,铁尾矿微粉合理掺量为矿物掺合料的30%～50%;各龄期氯离子扩散系数随铁尾矿微粉掺量增加而增大,在低、高强混凝土中,铁尾矿微粉掺量分别为矿物掺合料的50%,30%以内,氯离子扩散系数较低;氯离子扩散系数与抗压强度相关性较强,抗压强度可较好反映混凝土抗氯离子渗透性能。

应用于极致边缘计算场景的卷积神经网络加速器架构设计

针对卷积神经网络在极致边缘计算(UEC)场景应用中的性能和功耗需求,该文针对场景中16 Bit量化位宽的网络模型提出一种不依赖外部存储的卷积神经网络(CNN)加速器架构,该架构基本结构设计为基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的多核CNN全流水加速器。在此基础上,实现了该加速器的层内映射与层间融合优化。然后,通过构建资源评估模型在理论上完成架构中的计算资源与存储资源评估,并在该理论模型指导下,通过设计空间探索来最大化资源使用率与计算效率,进而充分挖掘加速器在计算资源约束条件下的峰值算力。最后,以纳型无人机(UAV)自主快速人体检测UEC场景为例,通过实验完成了加速器架构性能验证与分析。结果表明,在实现基于单步多框目标检测(SSD)的人体检测神经网络推理中,加速器在100 MHz和25 MHz主频下分别实现了帧率为137和34的推理速度,对应功耗分别为0.514 W和0.263 W,满足纳型无人机自主计算这种典型UEC场景对图像实时处理的性能与功耗需求。

骨料中二氧化硅含量对混凝土强度的影响

选用砂岩、白云岩、石灰岩3种不同二氧化硅含量的碎石做混凝土粗骨料,研究不同水胶比和水泥用量的混凝土强度差异,结果表明不同骨料所配制的混凝土之间强度存在8.2%~30.5%的差异。通过测定3种骨料粉体在碱性液相环境中二氧化硅的溶出量,发现二氧化硅溶出量与混凝土强度存在线性相关性,碱活性检验结果显示所考查的骨料不存在潜在的碱活性危害。

东海H气田低渗气藏产水定量评价及产能影响规律

针对东海低渗气藏可动水饱和度及产水气井的产能影响机制缺乏定量评价方法的问题,基于室内驱替、离心实验及核磁共振实验并进行统计分析,建立东海低渗气藏衰竭开发过程中可动水饱和度定量预测模型;结合气水相渗曲线及渗流理论,实现了可动水饱和度到生产水气比的精细计算;考虑气井产水的影响,修正产能方程,明确水气比对产能的损害机制,并利用产水气井生产动态参数精确计算气相渗透率,建立气水两相流动态产能评价方法。现场应用表明,东海H气田可动水饱和度小于10%,水气比小于0.97 m 3/104 m 3,受可动水影响,气井产能下降30%,气水两相流动态产能评价结果与多时间点的实测产能基本吻合,研究成果在东海低渗气藏取得了较好的应用效果。

应用于纳型无人机视觉场景数据集构建的图像采集系统

纳型无人机具有体积小、功耗低的优势,在物联网、智能感知等领域中有重要的应用前景;对于纳型无人机的机载目标检测和目标跟踪等任务,视觉场景数据集对于机载算法的训练具有重要作用;由于受到体积和功耗等因素的限制,使用无人机机载的视觉系统进行场景数据的采集存在传输帧率慢、传输中需要进行数据压缩等问题,进而导致构建的数据集与机载算法处理的实际图像不匹配;因此,为了构建一个高质量的数据集,该图像采集系统以匹配纳型无人机视觉场景数据为目的进行设计,系统通过低功耗图像传感器HM01B0制作的模组获取图像数据,通过ZYNQ的PL单元完成图像数据的处理和图像传感器的控制,PS单元完成图像数据存储和各任务间的调度;实验结果表明,该图像采集系统最高可以达到320*320分辨率下45帧/s的采集速率,与纳型无人机机载视觉系统图像获取速率相匹配,同时采集的图像质量清晰,能够满足纳型无人机视觉场景数据集构建的需求。