基于细观解析模型的铁路有砟道床力学特性研究

有砟道床是由碎石道砟组成的一种散粒体结构,道砟颗粒之间的相互作用影响道床结构整体的力学特性。为研究道砟层内部的荷载传递和沉降规律,探明列车行驶过程中道床服役状态演变的机制,基于有限元ABAQUS平台软件,通过编制内部子程序对Chang-Hicher模型进行二次开发,开展道砟集料的常规三轴试验以及碎石道床动力特性试验的数值模拟,从静、动力学角度阐明利用细观解析本构模型模拟道砟力学特性的可行性。进一步利用该模型研究高速列车荷载下道床的动态力学行为,从宏观层面探讨道床不同区域的沉降特征,从细观层面运用玫瑰图来分析道砟间接触力的分布情况和变化规律,分析行车速度和轴重等控制因素对接触力和位移的影响。研究结果表明,列车行驶过程中,荷载作用下方道砟的接触力整体水平最高、枕盒中心处次之,轨枕中心处最小,而这些区域内道砟的竖向位移变化基本相同;行车速度和轴重对道砟间接触力和道床下沉量均呈现正相关关系。

基于虚拟实验数据库的流式细胞术线上教学应用研究

目的探讨线上教学在流式细胞术及其应用课程实验课教学中的应用效果。方法研究时间为2022年3月至2023年12月。选取首都医科大学2019级和2021级选修流式细胞术及其应用课程的37名硕士研究生为对照组,2022级和2023级选修流式细胞术及其应用课程的31名硕士研究生为试验组。对照组接受实验课线下教学,试验组接受实验课线上和线下混合教学模式教学。对试验组实验课线上教学模式满意度进行调查和评价,比较两组流式数据分析成绩和实验操作成绩。结果调查显示,试验组线上教学模式提升流式数据分析能力和线上教学模式满意度最高(96.7%),线上教学模式提升科研能力满意度最低(83.9%)。试验组流式数据分析成绩和实验操作成绩均高于对照组(P<0.05)。结论基于虚拟实验数据库的流式细胞术线上教学可提高研究生流式细胞术数据分析及实验操作能力。

基于SBFEM的剪切型裂纹动态开裂模拟

剪切型断裂是岩土工程中常见的破坏模式,了解剪切破坏机理并准确预测剪切型裂纹的萌生、扩展过程对保障工程结构的安全性与稳定性具有重要意义.文章建立了基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)和非局部宏-微观损伤模型的剪切型裂纹动态开裂模拟方法,定义了基于偏应变概念的物质点对的正伸长量,可作为预测剪切型裂纹扩展行为的动态开裂准则,一点的损伤定义为该点影响域范围内连接的物质键损伤的加权平均值,而物质键的损伤则与基于偏应变概念的物质点对的正伸长量相关联,并引入能量退化函数建立结构域几何拓扑损伤与能量损失之间的关系,将拓扑损伤与应力应变联系起来,通过能量退化函数修正了SBFEM的刚度系数矩阵,得到了子域在损伤状态下的刚度矩阵,推导了考虑结构损伤的SBFEM动力控制方程,采用Newmark隐式算法对控制方程进行时间离散.最后,通过3个典型算例验证了建议的模型可较好地模拟剪切型断裂问题,能够很好地捕捉剪切型裂纹的扩展路径,并得到较为准确的载荷-位移曲线.

静力荷载作用下微观负泊松比锚杆的本构模型

微观负泊松比(NPR)锚杆具有高应力和高均匀延伸的力学特性,但其本构模型的研究还不够深入。故对此开展了静力荷载作用下微观NPR锚杆的拉伸试验,研究了静力拉伸过程中微观NPR锚杆的应变场演化规律,得到了静力荷载作用下微观NPR锚杆的应力-应变关系曲线。基于试验结果,建立了微观NPR锚杆的本构模型,并将该本构模型嵌入到ABAQUS有限元软件中,开展了静力荷载作用下微观NPR锚杆的数值分析。对比试验结果和数值分析的结果可以看出,两者具有较好的一致性,表明所建立的本构模型能够较好地表现微观NPR锚杆的力学特性。

基于遗传-模式搜索算法的微尺度管控区域大气污染物PM2.5溯源

针对微尺度管控区域可能发生的大气污染提出有效的靶向诊断方法-结合高斯烟羽模型和遗传-模式搜索算法的大气污染物分布式溯源方法.将污染源反算模型得到的污染物理论质量浓度与传感器网络观测值的数据对应关系作为目标函数,使用模式搜索算法嵌入遗传算法加快反算模型的搜索过程,反算得到污染源强度和位置.依托杭州市亚运板球场馆大气感知器网络进行实验验证,监测2021年10月PM2.5质量浓度、气象数据,对所提出的混合式大气污染溯源方法进行实验验证.实验结果表明:改进遗传-模式搜索算法对于多维变量的搜索效果较好,能快速精准地反算污染源的位置和强度,可以为微尺度管控区域突发性气体污染防治提供应急决策参考.

浅海海底浅层微小目标体高精度探测技术研究

浅海海底浅层微小目标体一般体积小、埋深较浅,且由于其材料制作上的特殊性,目前应用水声探测方法达不到较好的探测效果。本文从地声数值模拟角度出发,研究如何通过多道地震这一地声探测手段来实现对海底浅层微小目标体的高精度探测。首先,基于波动理论的高阶交错网格有限差分法实现对于微小目标体的正演模拟,探索不同激发主频、不同海底形态、不同掩埋深度情况下浅海微小目标体的地声传播响应特征,总结微小目标体在不同条件下的地声传播规律;其次,通过成像精度更高的逆时偏移技术,实现对于微小目标体的位置、形态的高精度成像。不同浅海微小目标体模型的试算结果表明,采用多道地震的地声探测手段,能够实现对于浅海微小目标体的高精度探测,探测的微小目标体成像位置准确、形态表征良好。

石墨烯水泥砂浆抗碳化试验及预测模型分析

将两种不同尺寸的石墨烯(Peeling graphene, PG)料浆进行分散,制备出石墨烯水泥砂浆,通过快速碳化法对不同龄期的石墨烯水泥砂浆进行碳化试验,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及X射线能谱(EDS)等测试手段观察石墨烯水泥基材料的组成以及水化产物的微观形貌。试验结果表明,碳化龄期为56 d时,大尺寸石墨烯(PG1)和小尺寸石墨烯(PG2)水泥砂浆试件的碳化深度分别为3.7 mm、5.5 mm,相比空白组分别降低了58.4%、38.2%。使用R语言中的lm函数,建立了不同碳化时间时三种水泥砂浆试件的碳化深度非线性回归预测模型,研究碳化时间与碳化深度的关系,结果表明,模拟结果与试验实测值吻合度高。

微观地块服务设施可达性评价及路网优化影响分析

针对现有的服务设施可达性评价方法分析尺度大、数据精度低且无法依赖网络地图应用程序编程接口(Application Programming Interface,API)评价路网规划方案等问题,提出一种可用于规划方案评价的微观地块综合服务设施可达性评价方法.依据土地利用性质将研究区域划分为565个微观地块,利用实际居住建筑物空间分布测算各地块的人口分布;基于实际路网构建地铁-公交加权复合网络模型和小汽车网络模型,并设计通行时间的计算方法;利用改进潜力模型精确地计算各地块的医疗、教育、就业、商业和文化休闲5类设施的可达性,加权得到综合可达性.此外,考虑路网规划方案对交通网络的更新,以评价规划方案对可达性的具体影响.研究结果表明:可达性与服务设施及交通网络的空间分布呈现强相关性,公共交通网络的合理布局可有效缓解由服务设施和路网差异引起可达性分布差异;优化路网能有效提高可达性水平,但这种改善效果在不同区域间存在差异,设施密度较高的区域提高幅度较大.此评价方法可以为城市各类公共服务设施的合理配置、交通网络的规划与优化,以及社会公平性的增强提供新的视角和工具.

微小流量旋转直驱伺服阀传控特性分析与优化

针对无人机、战术弹、支线民航等小型飞行器航空发动机燃油计量系统与推力矢量系统微小流量的伺服控制需求,就旋转直驱伺服阀偏心球副传动接口与非全周节流阀口等关键结构进行了尺寸约束设计分析,并就节流阀口宽度、球副偏心距以及驱动电机转动惯量等重要参数进行了优化分析,给出了伺服阀结构设计的优化区间。在此基础上,研究提出了电机转角与电流双闭环控制方法,幅频响应实测结果与理论分析较为一致,200 Hz以上高频响应满足实际需求,且双闭环控制方法大幅降低了伺服阀响应超调并提升了稳定性。

私享极小·共享极大:共享时代高密度居住模式下的微型居住策略

基于共享时代背景下居民行为和生活方式的转变,提出“私享极小·共享极大”的微型居住策略,探索通过适当控制缩减户型面积,充分使用城市公共资源、提高居住空间使用效率等措施,适应共享时代下居住建筑发展的新需求,积极思考未来微型居住空间的发展策略及应对方式。

微型木桩的群桩效应研究

木材广泛存在于我国村镇中,其取材加工方便,价格低廉,用作村镇住宅的基础结构,可有效减少村镇住宅的能源消耗,符合绿色建筑理念。本文以微型木桩为研究对象,通过离心机模型试验和有限元数值分析,研究了微型木桩在砂土和粉质黏土土层条件下的群桩承载力和群桩效应系数。结果表明,微型木桩的群桩效应系数η在砂土中大于1,在黏土中小于1,受桩土刚度比的影响较小;桩径减小改变了群桩最优桩间距,砂土中微型木桩η随着桩的距径比Sa/D的增大逐渐增大,在Sa/D=6时出现峰值,常规桩在Sa/D=3时达到最大,微型木桩最优桩间距大于常规桩;黏土中,微型木桩η峰值对应的Sa/D=4小于常规桩η峰值对应的Sa/D=6,微型木桩最优桩间距小于常规桩;微型木桩群桩效应系数随内摩擦角和不排水抗剪强度的增大而减小,随距径比的增大先增加后减小,随桩数的增加而增大。

基于PBM的离心式叶轮内气泡破碎合并数值模拟

针对利用离心泵制备微气泡时叶轮内气泡尺寸较大且分布不均问题探究不同入口含气率(IGVF)和转速对离心泵叶轮内气泡直径和分布的影响,采用欧拉-欧拉非均匀双流体模型与群体平衡模型进行耦合,求解离心泵叶轮内气液两相旋转流场,并且结合涡识别方法、Luo破碎合并模型对离心泵叶轮内气泡分布规律进行分析。结果表明:①叶片前缘以及吸力面附近存在的涡旋导致气体聚集,引起流道内局部含气率增大,此处气泡合并效应占主导;②流量和转速一定时,随IGVF的增加,流道内湍流强度增加,旋涡后移导致气相聚集区域同样向后延伸,吸力面的高局部含气率区域增大面积显著高于压力面,因此吸力面气泡合并行为更为显著,气泡直径更大;③IGVF和流量一定时,小范围内提升转速可以使气泡破碎效应增强,获得更小直径的气泡。

基于多尺度多层次多任务网络的长视频微表情分析

与宏表情不同,微表情具有持续时间短、动作幅度小、覆盖面积小的典型特点,长视频中微表情与宏表情交织在一起,使得微表情的检测和识别困难,并且严重依赖于专家经验。针对以上问题,开发了一种多任务模型用于长视频微表情分析,该模型采用级联的网络结构,分别完成检测子任务与识别子任务。针对微表情仅发生于面部局部区域且因个体差异特征分布不同导致关键帧定位不准或漏检,在检测子网络中采用Dual-CBAM-Inception模块,增强模型空间感受野,对全局与局部区域提取多尺度光流特征增强模型的鲁棒性;针对长视频中表情类别分布不均衡且微表情发生时面部动作细微导致长视频微表情分类识别准确率低,提出模型在识别子网络中采用深度可分离DenseNet模块,在控制模型的运算量和计算成本的前提下,通过多层次提取光流信息的浅层与深层语义特征提高模型的表情识别准确性。所提出的方法在CAS(ME)2长视频以及CASMEⅡ、SMIC短视频数据集上进行实验,结果表明,所提方法能够对长视频进行微表情检测并识别表情类别,性能优于当前诸多方法。

非常规储层微纳米孔隙介质中流体相态研究进展

非常规油气储层具有岩石骨架颗粒小、比表面积大、微纳米孔隙发育的特点,流体与孔隙介质间存在着诸多复杂的界面效应问题,影响微纳米孔隙介质中流体的相态变化规律。对于受限域流体,经典油气相态理论方法忽略分子间相互作用及界面效应的影响,预测微纳米孔隙介质中流体相变特征存在偏差。为了更全面地揭示油气在受限空间中的相态特征及其微观作用机理,总结当前微纳米孔隙介质中流体相态研究技术现状,详细阐述微观实验测试、相态理论模型和分子模拟3种主流技术方法,指出3种技术各自的优缺点,并对未来流体相态研究技术提出展望。分析认为:微观实验测试方法可通过研究流体热力学参数的变化来确定流体相变点,由于实验误差、人为误差等原因,需与理论计算相结合;相态理论模型方法可通过改进临界参数场、考虑流体与孔壁界面作用、考虑相间毛管压力修正相平衡判据方程等方法建立纳米孔隙空间相态理论模型,但是由于没有综合考虑界面效应带来的影响且缺乏有力的实验数据支撑,难以推广应用;分子模拟方法能在分子尺度上揭示流体分子的相行为,但现有研究主要围绕小分子展开,并且与流体发生相变时的临界参数结合得较少。后续研究应以多界面效应耦合影响的微纳米孔隙介质中油气流体相变特征为研究对象,以微观实验、理论模型和分子模拟为技术手段,为描述微纳米孔隙介质中流体相态提供合理的实验测试手段和可靠的理论计算模型。

基于Voronoi图的精细化PFC数值计算方法与应用

由于岩石细观结构决定宏观力学行为,离散元计算结果的准确性取决于数值模型对岩石复杂细观结构的表征程度。为提高离散元数值计算在采矿工程中的适用性,基于Voronoi图提出一种精细化PFC数值计算方法。Voronoi图剖分空间形成的凸多面体具有随机性和多样性,与岩石细观结构具有自相似性;将Voronoi图中点、线、面、体的编号与坐标数据导入PFC,借助PFC内嵌Fish语言将其转化为PFC可识别几何体,基于Voronoi单元提出2种不规则颗粒模型构建方法(VCPM和VBPM),分别模拟完整岩石和破碎岩石;采用Monte-Carlo方法生成服从Weibull分布的伪随机数,表征岩石细观力学参数,实现岩石非均质性模拟,将不规则颗粒周围接触数目定义为Coordination Number(CN),颗粒体积和颗粒CN分别服从Weibull分布和正态分布,实现岩石细观结构复杂性模拟;VCPM模型可准确模拟完整岩石在单轴和三轴抗压条件下的强度特征及峰前硬化、峰后软化、体积剪胀等行为,模拟所得岩石单轴抗压强度221 MPa,弹性模量64 GPa,内聚力和内摩擦角分别为34 MPa和55°,与实验数据具有较高的一致性;高内摩擦角表明VCPM模型内不规则颗粒间的剪切闭锁效应增强,且模拟结果可反映岩石破坏模式随围压增大由劈裂向剪切甚至塑性流动转变的现象;VBPM模型可准确模拟破碎岩石在侧限压缩实验中的压实和承载特征,初始加载阶段,破碎岩石中含大量孔隙,变形曲线斜率小,轴向载荷增加导致孔隙逐渐压实,变形曲线斜率快速升高,应力应变曲线模拟结果与实验结果吻合,由于VBPM模型不规则颗粒间的自由度差异明显,压缩过程中颗粒间的接触力呈现非均匀分布特征。

考虑材料参数空间变异性的SBFEM开裂模拟

论文建立了基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)框架的非局部宏微观损伤模型,考虑材料细观物理参数的空间变异性,探讨了材料参数的空间变异性对结构开裂过程的影响。结果表明:考虑材料参数空间变异性后,裂纹扩展路径具有不确定性,建议的模型能够很好地反应材料内在的随机性;随着结构受力情况的复杂化和结构本体缺陷的增多,裂纹开裂模式的变异性也会增大。自相关长度和参数变异系数对结构开裂分析结果有重要影响。

芯片级节流制冷器流动特性数值计算及制冷性能实验研究

芯片级节流制冷器(简称MMR)是一种采用微加工工艺制成的新型节流制冷器,其轴向尺寸大幅短于传统节流制冷器,能够显著降低与之适配的红外探测器体积。为研究MMR的工作特性,建立了适用于高压力工况下气体物性沿流动方向显著变化的微槽道流动计算模型,该模型与实验验证结果符合良好。进一步在流动模型的基础上增加了微槽道换热、制冷器槽道分布和外形尺寸计算。根据计算模型制造了MMR样机并对其进行了实验研究,样机流量实验数据与计算模型符合良好。该样机在10 MPa的氮气和氩气工况下分别达到了110 K、119 K的制冷温度,制冷量分别为231m W、479 mW,降温时间分别为250 s、70 s优于国外MMR性能,并且能够满足红外探测器对于节流制冷器的制冷性能需求。

中国大陆时变重力观测:技术探索、挑战与应用展望

近年来,陆地高精度时变重力观测技术迅猛发展,除了以量子重力仪为代表的绝对重力装备不断实用化,中国大陆重力观测网络的布局也日趋完善。目前,中国大陆主要活动构造区已经建成优于百km尺度分辨率能力的μGal级时变重力场观测网络。本文从中国大陆时变重力观测技术方法的角度,首先介绍陆地时变重力观测系统、仪器分类以及中国大陆高精度重力观测系统的建设发展、存在问题及优化建议;其次,介绍时变重力技术方法与模型产品以及应用进展;最后,围绕中国大陆时变重力数据产品和应用中的问题,提出面向中国地震科学实验场和深地科学问题的下一代陆地重力观测系统设计布局设想。作为国家地球物理监测网络的重要组成部分,陆地时变重力观测能够提供高精度的时变重力模型产品,为深入探索地壳深部动力学机制、地球物理导航和国防建设提供重要的数据支撑。

植被冠层截留机理研究综述

冠层截留现象作为降水再分配的首个环节,通过对降水的拦截改变到达地面的降水总量及空间分布,对于流域水文过程和生态过程均具有非常重要的意义。通过综述冠层截留主要的研究方法和计算模型,深入剖析降水在冠层中运动的微观物理过程,如雨滴在叶片上的附着、弹跳、飞溅等现象的机理规律,探讨现有冠层截留计算方法存在的问题和未来的研究展望。

宽范围微牛顿量级场致发射电推力器设计

针对空间引力波探测任务卫星无拖曳控制对微牛顿量级场发射电推力器的宽、稳、准、快、久指标要求,需突破宽范围可调与分辨率和推力噪声之间的相互限制,从场发射推力产生的原理出发,并利用高精度单摆对模型精度进行标定,建立了基于流量、电压主动调节策略的推力调控模型,结合调控分辨率与响应速度的需求,提出的反馈控制策略使推力器在更宽推力范围内维持低推力噪声水平。最后对研制的推力器样机开展了性能表征,实现了0.86~83.54μN、<0.1μN的推力分辨率、在毫赫兹频段<0.1μN/Hz^(1/2)的推力噪声和定工质流量下<10 ms的推力响应时间。