Impact Analysis of Microscopic Defect Types on the Macroscopic Crack Propagation in Sintered Silver Nanoparticles

Sintered silver nanoparticles(AgNPs)arewidely used in high-power electronics due to their exceptional properties.However,the material reliability is significantly affected by various microscopic defects.In this work,the three primary micro-defect types at potential stress concentrations in sintered AgNPs are identified,categorized,and quantified.Molecular dynamics(MD)simulations are employed to observe the failure evolution of different microscopic defects.The dominant mechanisms responsible for this evolution are dislocation nucleation and dislocation motion.At the same time,this paper clarifies the quantitative relationship between the tensile strain amount and the failure mechanism transitions of the three defect types by defining key strain points.The impact of defect types on the failure process is also discussed.Furthermore,traction-separation curves extracted from microscopic defect evolutions serve as a bridge to connect the macro-scale model.The validity of the crack propagation model is confirmed through tensile tests.Finally,we thoroughly analyze how micro-defect types influence macro-crack propagation and attempt to find supporting evidence from the MD model.Our findings provide a multi-perspective reference for the reliability analysis of sintered AgNPs.

Fracture propagation laws of staged hydraulic fracture in fractured geothermal reservoir based on phase field model

Hydraulic fracturing is widely used in geothermal resource exploitation, and many natural fractures exist in hot dry rock reservoirs due to in-situ stress and faults. However, the infuence of natural fractures on hydraulic fracture propagation is not considered in the current study. In this paper, based on the phase feld model, a thermo-hydro-mechanical coupled hydraulic fracture propagation model was established to reveal the infuence of injection time, fracturing method, injection fow rate, and natural fracture distribution on the fracture propagation mechanism. The results show that fracture complexity increases with an increase in injection time. The stress disturbance causes the fracture initiation pressure of the second cluster signifcantly higher than that of the frst and third clusters. The zipper-type fracturing method can reduce the degree of stress disturbance and increase fracture complexity by 7.2% compared to simultaneous hydraulic fracturing. Both low and high injection fow rate lead to a decrease in fracture propagation time, which is not conducive to an increase in fracture complexity. An increase in the natural fracture angle leads to hydraulic fracture crossing natural fracture, but has a lesser efect on fracture complexity. In this paper, we analyzed the infuence of diferent factors on initiation pressure and fracture complexity, providing valuable guidance for the exploitation of geothermal resources.

Acoustic propagation uncertainty in internal wave environments using an ocean-acoustic joint model

An ocean-acoustic joint model is developed for research of acoustic propagation uncertainty in internal wave environments.The internal waves are numerically produced by tidal forcing over a continental slope using an ocean model.Three parameters(i.e.,internal wave,source depth,and water depth)contribute to the dynamic waveguide environments,and result in stochastic sound fields.The sensitivity of the transmission loss(TL)to environment parameters,statistical characteristics of the TL variation,and the associated physical mechanisms are investigated by the Sobol sensitivity analysis method,the Monte Carlo sampling,and the coupled normal mode theory,respectively.The results show that the TL is most sensitive to the source depth in the near field,resulted from the initial amplitudes of higher-order modes;while in middle and far fields,the internal waves are responsible for more than 80%of the total acoustic propagation contribution.In addition,the standard deviation of the TL in the near field and the shallow layer is smaller than those in the middle and far fields and the deep layer.

Deterministic and Stochastic Analysis of a New Rumor Propagation Model with Nonlinear Propagation Rate in Social Network

This paper presents a study on a new rumor propagation model with nonlinear propagation rate and secondary propagation rate. We divide the total population into three groups, the ignorant, the spreader and the aware. The nonlinear incidence rate describes the psychological impact of certain serious rumors on social groups when the number of individuals spreading rumors becomes larger. The main contributions of this work are the development of a new rumor propagation model and some results of deterministic and stochastic analysis of the rumor propagation model. The results show the influence of nonlinear propagation rate and stochastic fluctuation on the dynamic behavior of the rumor propagation model by using Lyapunov function method and stochastic related knowledge. Numerical examples and simulation results are given to illustrate the results obtained.

A new mixed-mode phase-field model for crack propagation of brittle rock

Study on crack propagation process of brittle rock is of most significance for cracking-arrest design and cracking-network optimization in rock engineering.Phase-field model(PFM)has advantages of simplicity and high convergence over the common numerical methods(e.g.finite element method,discrete element method,and particle manifold method)in dealing with three-dimensional and multicrack problems.However,current PFMs are mainly used to simulate mode-I(tensile)crack propagation but difficult to effectively simulate mode-II(shear)crack propagation.In this paper,a new mixed-mode PFM is established to simulate both mode-I and mode-II crack propagation of brittle rock by distinguishing the volumetric elastic strain energy and deviatoric elastic strain energy in the total elastic strain energy and considering the effect of compressive stress on mode-II crack propagation.Numerical solution method of the new mixed-mode PFM is proposed based on the staggered solution method with self-programmed subroutines UMAT and HETVAL of ABAQUS software.Three examples calculated using different PFMs as well as test results are presented for comparison.The results show that compared with the conventional PFM(which only simulates the tensile wing crack but not mode-II crack propagation)and the modified mixed-mode PFM(which has difficulty in simulating the shear anti-wing crack),the new mixed-mode PFM can successfully simulate the whole trajectories of mixed-mode crack propagation(including the tensile wing crack,shear secondary crack,and shear anti-wing crack)and mode-II crack propagation,which are close to the test results.It can be further extended to simulate multicrack propagation of anisotropic rock under multi-field coupling loads.

Propagation of Gaussian Schell-Model Array Beams through a Jet Engine Exhaust

Here a Gaussian Shell Model Array (GSMA) beam is used to investigate the propagation characteristics in the jet engine exhaust region. It has great significance to improve various optical systems for wide application in trapping cold atoms, creating gratings, and atmospheric optical communication. We calculate analytical formulas for the spectral density (SD) and the propagation factors Mx2 and My2 of a GSMA beam. The influence of inner scale of turbulence in the jet engine exhaust region on its power spectrum has been also analyzed. According to these results, the influence of turbulence in a jet engine exhaust on a GSMA beam has been reduced by changing the parameters of light source and turbulence. For example, it is an excellent tool for mitigation of the jet engine exhaust-induced anisotropy of turbulence to increase the source coherence length, the root-mean-squared (rms) beam width, the wavelength or reduce the outer scale of turbulence.

基于BP-DEMATEL的山西省冬小麦水足迹影响因素识别

针对山西省冬小麦水足迹历史演变及关键影响因素识别问题,分析了1993—2021年山西省冬小麦水足迹历史演变规律,利用BP神经网络-决策实验室(BP-DEMATEL)模型对冬小麦水足迹演变的关键影响因素进行识别,将其分为驱动型因素及特征型因素,并揭示了影响因素之间的作用机制。结果表明:1993—2021年山西省冬小麦水足迹及单位水足迹均呈下降趋势;2021年山西省冬小麦总水足迹为27亿m^(3)(蓝水占比57%),单位水足迹为1 122 m^(3)/t,与前期高点相比分别下降38%(较1994年)和21%(较1993年);气温、相对湿度和灌溉面积为冬小麦水足迹演变的关键驱动型因素,化肥施用量和农业机械总动力为关键特征型因素。

基于拌和生产数据的BP神经网络混凝土抗压强度预测

为解决混凝土生产中抗压强度试验周期长及工程管理存在滞后性的问题,提出了一种基于混凝土拌和生产实时监控数据的BP神经网络混凝土抗压强度预测模型。以混凝土拌和生产中的8项物料生产称重数据和5项生产配比数据作为预测输入变量,建立200组混凝土拌和站生产监控数据和对应的抗压强度试验数据样本集,按照6∶2∶2比例划分为训练集、验证集和测试集;分别以C40配比混凝土拌和生产的8项物料称重数据和全部13项数据作为输入变量,进行混凝土28 d抗压强度预测,将预测结果与实际试验结果进行比较,验证所提出BP神经网络模型的预测效果。结果表明:所提出的BP神经网络混凝土强度预测模型能较好地实时预测混凝土28 d抗压强度,且相对误差优于利用7 d抗压强度试验数据估算值;8项物料称重数据作为输入变量的BP神经网络预测模型预测精度更好,平均绝对百分比误差为0.82%,均方根误差为0.52 MPa;利用不同拌和站C20配比、C30配比混凝土拌和生产监控数据对8项输入变量BP神经网络混凝土抗压强度预测模型进行适应性验证可知,其预测平均绝对误差均在0.5 MPa之内,平均绝对百分比误差均小于2%,与C40配比预测误差一致;该预测模型充分挖掘了混凝土拌和站生产实时监控数据的价值,实现了传统混凝土抗压试验结果提前化,对提高工程建设质量水平具有重要意义。

基于PSO-BP神经网络的分拣机器人视觉反馈跟踪

针对分拣机器人视觉反馈跟踪精度差、耗时较长的问题,研究基于粒子群算法-反向传播(particle swarm optimization-back propagation,PSO-BP)神经网络的分拣机器人视觉反馈跟踪方法,以提升视觉反馈跟踪效果。依据分拣机器人的视觉反馈信息,建立分拣机器人运动学模型,并求解分拣机器人机械臂输出位置和输入位置的误差函数;利用PSO算法优化BP神经网络的权值与偏置;在权值与偏置优化后的BP神经网络内,输入误差函数,预测分拣机器人视觉反馈跟踪控制量;利用预测视觉反馈跟踪控制量,在线调整增量式比例-积分-微分(proportional-integral-derivative,PID)的参数,输出高精度的分拣机器人视觉反馈跟踪控制量,实现分拣机器人视觉反馈跟踪。实验结果表明,该方法可有效视觉反馈跟踪分拣机器人机械臂的关节角;存在干扰情况下,在运行时间为10 s左右时,阶跃响应趋于稳定;有干扰情况下,视觉反馈跟踪的平均误差为0.09 cm,耗时平均值为0.10 ms;无干扰情况下,平均误差为0.03 cm,耗时平均值为0.04 ms。

基于GWO-BP神经网络及粮食压缩实验对粮食孔隙率的预测

孔隙率是影响粮堆内热湿传递的关键参数,为探究粮仓中散装粮堆孔隙率的分布规律,通过开展粮食压缩实验来获取不同的粮食种类在不同水分含量和竖向压力条件下的孔隙率。提出了一种基于灰狼算法优化BP(GWO-BP)神经网络的粮食单元体孔隙率预测模型,并将该模型与BP神经网络模型、随机森林模型的孔隙率预测结果进行对比,最后利用粮食单元箱实验对该模型的泛化能力进行验证。结果表明,GWO-BP神经网络模型的孔隙率预测性能最佳,该模型的评价指标R2为0.960 5、RMSE为0.013 7及MAE为0.0131,均在允许的范围内。本研究为粮食孔隙率的确定提供了一种神经网络预测的方法,为深入开展粮堆多场耦合分析提供了重要基础,为安全储粮提供了理论支持。

基于BP神经网络的高校教师精准教学能力评价模型构建

通过精准教学以促进学生个性化成长是教育理想和国家政策的不懈追求.高校教师是实施精准教学的“基”,现有关于其教学能力的评价体系中普遍存在概念不清和多采用主观构建评价指标的问题.为此,开展了基于BP神经网络的高校教师精准教学能力评价模型研究.首先,以理论研究为基础,对精准教学能力进行等级划分并构建评价指标框架,运用层级分析法建立指标权重;其次,利用BP神经网络智能学习的特性,以不同数据类型的指标值为输入,对应能力综合值为输出,检验精准教学能力分级及指标权重的合理性,进而生成较为客观的评价模型;最后,利用开发的评价系统和调查问卷进行样本数据采集和模型检验,从神经网络对数据的分类、拟合及仿真结果来看,模型能够对高校教师的精准教学能力进行客观评价,教师对模型测量结果的准确性也具有较高认可度.

基于HSS-MCC融合模型及SSA-BP神经网络开展深基坑超大变形预测研究

软土环境下深基坑开挖变形特性研究中,多采用硬化类弹塑性模型进行分析,如HSS模型和MCC模型.南京河漫滩软土地区,深基坑开挖时局部常发生较大变形,部分土体变形状态介于小应变与大应变之间,单一模型无法准确预测土体变形特征.同时,BP神经网络在基坑变形预测中得到广泛应用,但在训练过程中,权阈值易陷入局部最优解,影响预测的准确性.据此,依托南京地区典型软土深基坑工程,采用Midas中的HSS模型与MCC模型进行分析,比对两种模型的桩体变形量差异,并基于最小二乘准则对两模型进行线性融合,融合模型可对后续区段监测数据进行校准及补充.通过融合麻雀搜索算法对BP神经网络进行优化,在其训练过程中快速收敛,得到全局最优的权阈值,依托狭长基坑已开挖区段监测数据学习训练,进而依据后续区段浅部开挖揭露深部变形特征,预测结果与实测值吻合度较高.研究结果对软土地区深基坑大变形的预测研究具有重要参考价值.

基于BP神经网络的集中供热二次网回水温度预测控制研究

针对集中供热系统二次管网存在的水力失调问题,设计了二次网水力平衡调节及回水温度预测模型,并实施智能控制策略,以实现二次网回水温度的精准控制。首先,构建BP神经网络预测模型,将此模型的输出视为二次网回水温度给定值;其次,在整个系统控制中,实施BP神经网络与PID控制器相结合的策略,进行二次网回水温度的控制。以高邑县某小区换热站数据为基础,通过阶跃响应曲线法建立二次网回水温度控制系统的数学模型,并通过BP-PID控制进行仿真实验。实验结果表明,与传统PID控制器相比,BP-PID控制器具有调节时间短、超调量小的优点,能够快速达到平稳状态。

基于LDA-BP神经网络的高校思政课教师数据驱动决策力评价研究

数据驱动决策力为高校思政课教师提供科学合理的教学判断,对数据驱动决策力进行评价研究,有助于提高高校思政课教师的数据决策水平,进而提升思想政治教育教学质量。鉴于传统评测方法缺乏客观性与可重复性,运用LDA-BP神经网络技术构建高校思政课数据驱动决策力的指标体系与评价模型。首先,运用LDA方法对高校思想政治教育相关的政策文本与研究文献进行主题提取,并将主题信息作为指标构建基础;其次,通过研读文献与政策文本,并结合主题分析结果构建高校思政课教师数据驱动决策力评价指标体系;最后,通过对BP神经网络的训练及测试来生成高校思政课教师数据驱动决策力的评价模型。研究表明,高校思政课教师的专业知识、教学水平以及数据分析与解读能力是影响数据驱动决策能力的关键因素,据此,理应从素养提升、文化培育、管理革新、政府支持等方面入手增强数据驱动决策力。

基于GM(1,1)-IPSO-BP的重载铁路小半径曲线钢轨磨耗预测方法

为实现重载铁路小半径曲线段钢轨磨耗量的精准预测,提出一种非等间距灰色模型GM(1,1)与改进粒子群算法(IPSO)优化BP神经网络相结合的钢轨磨耗预测方法。首先,根据积分原理优化GM(1,1)非等间距模型的背景值计算方法,基于改进的模型得到实测磨耗序列的初步预测结果;然后,利用IPSO算法对BP神经网络的权值和阈值进行自动寻优,对GM(1,1)模型初步预测序列的残差进行校正;最后,将优化后的两种模型组合构建基于GM(1,1)-IPSO-BP的重载铁路小半径曲线地段钢轨磨耗量预测模型。以某重载铁路桥上半径400 m曲线为例,利用长期的磨耗监测数据进行方法的适用性分析,研究结果表明:GM(1,1)-IPSO-BP模型克服了磨耗数据的非线性、随机性特征对计算结果的影响,预测精度优于单独使用GM(1,1)、IPSO-BP模型;背景值优化后的GM(1,1)模型预测准确性更可靠;IPSO优化算法提高了BP神经网络计算的精度和速度;预测结果和实测数据之间的相对误差不大于4%;在预测区间上的绝对误差小于0.4 mm,运用该方法能够较准确地得到钢轨磨耗的发展规律。研究结果可为重载铁路小半径曲线钢轨的精准维修和科学使用提供参考。

基于BP神经网络的UHPC直剪承载力预测模型

为提供准确的UHPC直剪承载力,以指导UHPC结构设计,建立一种基于BP神经网络的UHPC直剪承载力预测模型。该方法基于机器学习中的反向传播人工神经网络(BP-ANN),搜集现有相关试验数据并建立数据库,将混凝土抗压强度、受剪面积、纤维特征参数、钢筋参数和侧向约束应力指定为输入特征参数,将直剪承载力指定为输出量,利用数据库对BP-ANN模型进行训练。将模型预测值与试验实测值和现有计算模型的结果进行对比,并采用SHAP算法对各参数重要性进行分析。结果表明:BP-ANN模型具有更好的预测效果,其相关系数R2达到0.953,平均绝对误差MAE为1.015,模型训练结果理想,可应用于实际的数据处理分析;侧向约束应力对直剪承载力的影响最大,钢筋参数影响最小。

面向2035的基础教育教师需求规模预测——基于BP神经网络模型

基于2003—2021年基础教育教师规模及其影响因素的变动情况,采用BP神经网络模型对2023—2035年基础教育教师需求和师资盈缺情况进行预测,发现基础教育教师总体需求规模呈现不断缩小的趋势,其中学前教育和小学阶段教师需求持续下降,初中和普通高中阶段教师需求呈先增后减趋势。这一期间,师资需求振幅较大,学前教育和小学阶段师资需求将出现阶段性短缺或过剩,这对教师资源的供给弹性和适应性提出了更高要求。基于以上发现,管理部门应稳定部署师范生招生计划,推进教师供需均衡;加强教育体系内贯通协作,促进教师合理流动;催生社会需求新业态,激励教师多元就业。

基于SSA-BP神经网络的车-轨-桥系统随机振动分析

轨道及桥梁结构参数随机性对车-轨-桥耦合系统的振动影响不能忽略。基于代理模型研究轨道-桥梁间3层弹簧刚度和弹簧阻尼以及桥梁刚度和阻尼的随机性对竖向车-轨-桥耦合系统动力响应的影响。首先,基于经典的车-轨-桥耦合系统力学模型(没有考虑桥墩),采用Monte-Carlo生成2 000个样本集,作为代理模型的训练集。然后,对比SSA-BP(麻雀优化BP算法)与传统BP神经网络、GA-BP神经网络(遗传优化BP算法)对车辆和桥梁响应的预测精度,同时探讨样本数量以及Levenberg-Marquardt和Bayesian Regulation训练算法对SSA-BP神经网络预测精度的影响。最后,假定各随机参数概率分布规律服从高斯型正态分布,所有随机参数变异系数均分为0.05、0.10、0.15、0.20、0.25等5个级别,采用所提出的SSA-BP神经网络研究轨道及桥梁的刚度和阻尼变化对车辆和桥梁响应极值的影响。结果表明:与经典的车-轨-桥耦合系统力学模型相比,所提出的代理模型具有更高的计算效率;SSA-BP模型对车辆和桥梁响应的预测精度高于GA-BP模型,GA-BP模型的预测精度高于传统的BP模型;SSA-BP模型采用Levenberg-Marquardt训练算法对车辆和桥梁响应的预测精度优于Bayesian Regulation训练算法的预测精度;道砟和桥梁之间弹簧刚度的随机变化对桥梁随机振动响应尤为明显;钢轨和轨枕之间弹簧刚度的随机性对车体响应的影响不可忽视,而桥梁刚度和阻尼随机性对车体的影响可不考虑。研究成果可为车轨桥系统随机振动响应预测进一步研究提供依据和参考。

基于PCA-BP神经网络的巷道通风摩擦阻力系数预测模型

根据实测巷道通风摩擦阻力系数数据的特点,建立了主成分分析PCA-BP神经网络预测模型。采用PCA法对影响巷道通风摩擦阻力系数的支护类型、断面形状、巷道宽、巷道高、支护部分周边长、巷道断面积和巷道长度7个因素进行降维。将降维后因素的贡献率进行排序筛选,得到3个主成分指标(F_(1)、F_(2)和F_(3)),作为BP神经网络输入层的神经元。利用实测数据对PCA-BP神经网络模型进行训练和测试,并将测试结果与支持向量机回归(SVM)模型和BP神经网络模型的测试结果进行对比,结果显示:全因素的BP神经网络预测模型和SVM预测模型的平均精度分别为92.9420%、93.0235%,而PCA-BP预测模型的平均精度达到了96.4325%。PCA-BP神经网络模型不但简化了网络结构,更提高了网络的泛化能力,使预测误差更小、精度更高,为更准确地获得巷道通风摩擦阻力系数提供了一种有效的方法。

基于WOA-BP算法的自动压滤机脱水指标预测模型研究

随着全球工业化的不断发展,矿山的开采规模正在不断扩大,导致矿物资源逐渐贫化,细杂等难选矿物资源越来越多。选矿磨矿粒度越来越细,导致矿物分选后产品的脱水过滤越来越困难。为保证后续运输和冶炼工序对精矿含水率的生产需求,需要使用自动压滤机对精矿进行高效率的脱水处理。在精矿的过滤脱水过程中,影响自动压滤机脱水效率的因素众多。为更好地对脱水过程及生产指标进行控制,基于鲸鱼算法WOA优化的BP神经网络构建了一种WOA-BP神经网络模型,以入料浓度、入料时间、压榨时间、风干时间等4项影响脱水指标的因素为输入因子,以滤饼含水率和单位面积每小时处理量为输出因子,建立了脱水指标的预测模型,并对比分析单一BP神经网络模型和WOA-BP神经网络模型。结论如下:WOA-BP预测模型对滤饼含水率和单位面积每小时处理量的平均绝对误差分别为4.98%、8.83%,均方根误差分别为0.86%、3.43%,与单一的BP神经网络预测模型相比,该预测模型预测误差明显小于单一BP神经网络预测模型,脱水指标的预测结果更接近实测值,具有较高精确度。利用构建的WOA-BP预测模型,可以有效预测压滤机的脱水过滤指标,为后续对脱水过程的控制进行优化奠定了基础。