基于最优控制理论的国产光抽运小铯钟频率控制算法

原子钟频率控制是时间保持工作中的关键技术.当前守时工作中的频率控制主要针对国外微波钟采用开环控制算法,但由于国产光抽运小铯钟(下称国产钟)的工作原理和性能不同于国外同类型原子钟,因此该算法不能很好适应国产钟.为了提升我国标准时间的自主性和安全性,本文基于国产钟的噪声特性,在最优控制理论的框架下研究了线性二次高斯控制算法,该算法属于闭环控制算法,从同步时间、频率控制准确度和频率控制稳定度方面研究国产钟性能,最后分析了不同控制间隔对国产钟性能的影响.结果表明随着二次损失函数中约束矩阵W_(R)的增大,同步时间延长,控制准确度降低,控制短期稳定度提高.W_(R)相同情况下,随着控制间隔的增大,同步时间延长,控制准确度降低,控制短期稳定度提高,对于W_(R)=1时,控制间隔为1 h的同步时间为5小时,控制准确度为1.83 ns,1 h的Allan偏差为1.81×10^(-13);控制间隔为8 h的同步时间为28 h,控制准确度为4.48 ns,1 h的Allan偏差为1.48×10^(-13).控制国产光抽运小铯钟的中长期稳定度都得到提高.

高熵陶瓷材料研究进展及挑战

高熵作为全新的材料体系,得益于巨大的组分空间、独特的微观结构以及较大的构型熵所赋予其独特且可调的优异性能,已成为材料领域的研究热点。高熵陶瓷的研究目前还处于探索阶段,尤其在精准的成分设计理论、高纯高产率粉体制备、新型烧结工艺等方面,亟待深入研究。因此,本文针对高熵陶瓷的五大高熵效应、新的设计理论、粉体制备方法、新型烧结工艺以及综合性能与实际应用进行了梳理归纳,并通过团簇加连接原子模型(CPGA)对高熵陶瓷(HEC)成分设计进行解析,深入挖掘了HEC的组元和微结构以及性能之间的关系。未来HEC的重点发展方向仍然为基础理论设计,尤其是针对非氧化物HEC成分结构。同时,在样品制备上要在学科交叉领域寻找突破,如采用人工智能机器学习与3D打印进行制备。最后,要寻找结构、热障耐腐涂层、机械、工程光学和磁性等方面实际应用并对探究工况环境下的强化、失效机制深入探究分析。

基于团簇加连接原子模型的一种工业微晶玻璃成分优化初探

本团队提出的团簇加连接原子模型从结构根源上揭示了硅酸盐玻璃的成分载体,即硅酸盐玻璃的成分式由总数为16个的三价单元{M_(2)O_(3)}和四价单元{Si_(2)O_(4)}构成。本工作引入该模型,对一种工业微晶玻璃MT3A进行了成分优化,并进行玻璃制备和晶化,最后对样品进行结构和性能表征。在获得的新的透明微晶玻璃中,MT3C的透过率为89%,抗弯强度和硬度分别为155 MPa和652 HV;MT3D的透过率为92%,抗弯强度和硬度分别为134 MPa和655 HV。

中高Z元素原子、离子的电子碰撞电离与激发截面快速计算方法

中高Z元素的原子数据如碰撞电离和碰撞激发截面在聚变工程、X射线与物质相互作用等工程及研究领域有非常广泛的需求.高能量密度等离子体中存在从基态到激发态的原子和各价态离子,其碰撞电离和碰撞激发截面需要分别计算.本文以73号元素钽(Ta)为例,基于相对论性Dirac-Fock理论和扭曲波模型计算了基态Ta原子到Ta^(72+)离子在入射电子能量范围为1-150 keV的碰撞电离与碰撞激发截面,并与相关实验和理论模型符合较好.通过分析Ta的碰撞电离和碰撞激发截面数据中的规律,给出两种减少计算量的方法:对初态能级进行随机抽样、筛去贡献小的反应道,并对计算量的优化程度和误差做出评估.最终结果可在误差5%内将计算效率提高一个数量级,本文所提方法可推广至其他中高Z元素的计算.

基于团簇加连接原子模型对TC21钛合金的成分优化

运用源自最成熟Ti-6Al-4V合金的双团簇成分式,解析了高损伤容限的双相TC21(Ti-6Al-2Zr-2Sn-2Mo-2Nb-1.5Cr)钛合金成分,指出其成分式由13个α-Ti和4个β-Ti结构单元构成。与Ti-6Al-4V相比,β-Ti结构单元从5减少到4,但是引入了更多的β稳定元素,使得该合金具有更好的强塑性。在此基础上,本工作将TC21的β-Ti团簇式内各β稳定元素原子等比例配比以增加混合熵,大量增加Zr含量以进一步提升β相稳定性,设计了团簇式为α-{[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))}_(13)+β-{[(Al-(Ti_(12)Zr_(2))]Sn_(0.75)Mo_(0.75)Nb_(0.75)Cr_(0.75)}_(4)(原子分数)的新合金TC21Z2,相应质量分数为Ti-5.9Al-5.4Zr-2.6Sn-2.1Mo-2.0Nb-1.1Cr。采用真空铜模倾铸工艺进行样品制备,进而研究了合金的铸态组织和拉伸力学性能。研究发现,TC21Z2铸态组织为α+少量细针状α'马氏体+少量β相,其抗拉强度约为1289 MPa,屈服强度约为1181 MPa,伸长率约为1.4%,强度和塑性均高于同样状态下TC21合金。

TiZrHfNiNb高熵形状记忆合金成分设计及组织性能研究

为解决传统Ti_(35.5)Hf_(15)Ni_(49.5)高温形状记忆合金脆性大的问题,基于“团簇+连接原子”模型,设计了3种TiZrHfNiNb高熵形状记忆合金的化学成分,对其相组成、显微组织、相变温度和力学性能进行了分析,并与Ti_(35.5)Hf_(15)Ni_(49.5)合金进行了对比。结果表明:3种合金的室温物相均为B19'马氏体和少量残余的B2奥氏体与β-Nb析出相,显微组织均为等轴晶组织,并存在沿晶界弥散析出的β-Nb相,其中,Ti_(25)Hf_(15.625)Zr_(6.25)Nb_(3.125)Ni_(50)合金具有最细小的晶粒尺寸;3种合金马氏体相变起初温度分别为409、396、286℃,均显著高于Ti_(35.5)Hf_(15)Ni_(49.5)合金(196℃);3种合金的抗拉强度分别为722、585、919 MPa,伸长率分别为0.94%、0.71%、2.22%,均高于Ti_(35.5)Hf_(15)Ni_(49.5)合金(152 MPa,0.34%),具有较好的力学性能。

挑流喷溅水滴的数论分档随机喷溅数学模型

挑流泄洪雾化时,水舌与下游水垫塘的碰撞会喷溅大量随机运动的水滴,它构成了喷溅水滴运动的初值问题,基于数论方法在选点较少的情况下仍然有较好的均匀性的思想。本文提出了数论分档水滴的概念,通过数论方法对水滴进行分档,并将高维相空间降维到一维相空间来计算,建立了水滴数论分档随机喷溅数学模型。对比其数值解和高精度解的结果表明:在计算水滴数相同时,本文数学模型的误差最小,随着水滴数的增加,其误差减小的也最快并迅速接近高精度解。因此,水滴数论分档随机喷溅数学模型不仅能够用更少的水滴获得更高的计算精度,而且能够实现高维初值相空间降维到一维相空间的简洁表达。

高拱坝表中孔窄缝式挑坎泄洪雾化特性分析

对古学水电站拱坝表中孔窄缝布置方案的泄洪雾化特性进行分析,根据物理模型试验成果,率定出不同频率洪水条件下,坝身表中孔的泄洪雾化水力因子,然后考虑水舌入水形态、复杂河谷地形及气象条件等因素,得到了泄洪风场与雾化降雨强度的等值线分布。研究表明,坝身表中孔采用窄缝出口体形,泄洪水舌纵向拉开,水舌两侧溅水受到前部遮蔽,且当表中孔联合泄洪时,内外侧不同水舌间也发生相互遮蔽。由于水舌两侧雾化源受到削弱,使得窄缝体形在保证消能安全的同时,能有效减小两岸雾雨爬升范围。在坝身各种泄洪条件下,雾化降雨分布范围在坝下80~700 m之间,两岸雾化雨区爬升高度仅为120~140 m,右岸下游电厂尾水出口处降雨强度0~20 mm/h,已属自然降雨范畴。

航空发动机燃油雾化喷嘴流量预测方法的研究

为了指导喷嘴设计与性能校核,对航空发动机燃油雾化喷嘴燃油在喷嘴内的流动特性进行了数值模拟计算。通过对喷嘴从供油管路到主副喷口进行完整建模与网格划分,计算获得燃油在不同部位的压降情况,分析燃油在不同部位的流动损失情况,建立喷嘴流量预测模型。结果表明:燃油在主副油路油管等部位,主要由于摩擦作用而发生沿程损失;在主副油路活门内芯、主油路底杯、涡流器、副油路喷口前部等部位,主要由于截面积突变发生局部阻力损失。二者均引起了不同程度的压降。通过建立关键部位几何参数与流动损失之间的关系,根据机械能守恒式与连续性方程,推导喷嘴流量预测模型。通过对比不同供油压差与不同关键几何参数下的实验数据,验证了理论预测模型的准确性,能较好地运用于喷嘴流量的设计与校核。

轴向应变作用下含腐蚀缺陷X80管道氢渗透的有限元分析

目的研究在役天然气管道掺氢输送条件下氢原子在管道腐蚀缺陷处的扩散和分布情况及应变对腐蚀缺陷处氢扩散行为的影响。方法利用COMSOL软件,将固体力学模型和扩散模型相结合,建立了基于有限元的氢原子扩散渗透模型,研究了在纵向拉伸应变作用下X80钢制管道不同尺寸腐蚀缺陷处氢原子的分布情况。结果在没有拉伸应变的情况下,氢原子一旦进入管道内,在浓度梯度的驱动下,沿径向梯度扩散到管道内。当在管道上施加应变时,氢原子的扩散受到静水应力的驱动。氢原子在腐蚀缺陷处的最大浓度超过了进入管道的氢原子初始浓度。结论氢原子在腐蚀缺陷处聚集。此外,施加的拉伸应变也影响氢原子聚集的位置,随着缺陷长度的减小和深度的增大,在内壁腐蚀缺陷处,更多的氢原子会集中在缺陷中心和尖端。

近Bohr速度129Xeq+离子入射Ta靶发射近红外光谱线

用动能一定的高电荷态^(129)Xe^(q+)(17≤q≤27)离子,分别入射洁净的Ta靶表面,测量中性化的激发态Xe原子从组态5p^(5)(^(2)P°_(3/2))nl退激到组态5p^(5)(^(2)P°_(3/2))ml’过程中辐射的近红外光谱线.实验结果表明:多激发态的空心原子退激发射其特征光谱线,部分典型的跃迁按照阶梯方式退激.Xe原子发射的谱线的单粒子荧光产额和激发的Ta原子发射谱线的单粒子荧光产额随入射离子电荷态的增加而增加,其增加的趋势与入射离子携带的势能随电荷态增加的趋势一致.证明在近Bohr速度的能区,经典过垒模型是成立的.

优质护理管理模式在慢性咽喉炎患者雾化吸入治疗中的应用效果

目的:探讨慢性咽喉炎雾化吸入治疗中优质护理管理模式的效果。方法:选取2020年2月—2023年2月广州市中西医结合医院收治的慢性咽喉炎患者100例作为观察对象,依据随机数字表法分为观察组和对照组,各50例。对照组采用传统护理管理模式,观察组采用优质护理管理模式。统计分析两组心理状态、生活质量、护理质量、护理满意度及恢复时间。结果:护理后,两组焦虑自评量表、抑郁自评量表评分均下降,观察组低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);两组躯体、认知、情绪、社会评分均升高,观察组高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);观察组基础护理、体征观察、健康教育、临床操作评分均高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);观察组护理满意度高于对照组,差异有统计学意义(P=0.006);观察组恢复时间短于对照组,差异有统计学意义(P<0.001)。结论:在慢性咽喉炎雾化吸入治疗中应用优质护理管理模式的效果较好,可改善患者心理状态与生活质量,提升护理质量,促进患者恢复,患者护理满意度较高。

非晶氧化铝薄膜结构及其不同色散模型光谱椭偏对比研究

针对非晶态氧化铝纳米薄膜材料性能预测难度较大的问题,本文提出一种基于光谱椭偏技术的不同色散模型对比分析方法,用于测算纳米薄膜的结构和光电特性。通过建立Tauc-Lorentz和Forouhi-Bloomer色散模型,系统地研究了原子层沉积技术制备的氧化铝薄膜的物相结构、微观形貌和光电特性。结果表明,该薄膜具有无定型结构,表面光滑无裂纹。不同模型获得的结构参数及光电常数并不一致,Forouhi-Bloomer模型得到薄膜厚度与扫描电子显微镜测量的结果更接近,而Tauc-Lorentz模型的粗糙度更符合原子力显微镜测试结果。Tauc-Lorentz模型提取的带隙结果与Tauc法外推出的禁带宽度均保持在3 eV左右。根据分析发现,结构参数的差异主要是由于模型间数学处理方式和参数描述差异导致的,光电参数的不同主要源于模型推导过程中假设条件和收敛特性的差异。

基于极限学习机的短期交通流预测混合优化模型

交通流的动态性、不确定性和非线性等特性导致交通流难以精确预测,本文在极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)的基础上,通过嵌入原子搜索算法(Atom Search Optimization,ASO),构建ASO-ELM短期交通流预测混合优化模型,对比现有短期交通流预测模型,分析混合优化模型在短期交通流预测领域的表现。实验选取荷兰阿姆斯特丹市A10环形公路为路网原型,使用ASO-ELM混合模型与常见交通流预测模型进行对比实验。实验结果表明:ASO-ELM混合模型在4个数据集下的平均绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error,MAPE)相较于ELM模型分别下降了4.3%、3.5%、6.9%和5.4%,均方根误差(Root Mean Squared Error,RMSE)分别下降了4.8%、4.0%、2.0%和5.2%;其次,与人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)相比,MAPE分别下降了9.6%、8.6%、9.8%和5.0%,RMSE也分别下降了4.5%、5.9%、2.6%和1.7%。研究成果揭示了混合优化模型在短期交通流预测领域的潜力。

基于ASO-BP神经网络的屈服强度预测技术研究

针对传统屈服强度预测模型通用性较差的问题,提出一种采用原子搜索优化算法优化BP神经网络,建立多类型合金屈服强度预测模型的方法。以Kaggle公开数据为研究对象,对89种钢合金建立ASO-BP神经网络屈服强度预测模型,同时与PSO-BP,GA-BP,BP神经网络模型对比。结果表明:ASO-BP预测模型平均绝对百分比误差(MAPE)为6.98%,相关系数达到0.98716,效果优于其他对比模型。验证了预测多种类型合金屈服强度的合理性和可靠性,为工程实际应用和合金屈服强度检测提供较好的辅助判断。

气体和液体压强对造雪机喷嘴雾化性能影响的仿真分析

为研究水压和气压对一种造雪机喷嘴雾化性能的影响,文中采用流体仿真的方法,建立喷嘴的三维模型,对喷嘴流域进行简化处理,通过改变喷嘴气体和液体的入口压力,运用多相流中的volume of fluid(VOF)模型和realizable k-ε模型对双流体喷嘴内流场速度进行仿真分析。由于压缩空气增加了液膜的不稳定性,利用离散相模型(DPM模型)对喷嘴外流场进行模拟雾滴的雾化情况,比较不同气、液压强下雾滴的索特平均直径(D_(sm)),并对结果进行分析。研究结果表明,在液体压强相同的情况下,随着气压的增大,喷射出雾滴的D_(sm)会出现总体减小的趋势;在气体压强相同的情况下,随着水压的增大,外流场雾滴的D_(sm)随着水压的增大出现增大的趋势。雾滴的D_(sm)受气液压强比n的影响,当n=1~2时D_(sm)下降幅度最大,下降幅度达到65%;当n=2~6时D_(sm)下降幅度较小,下降幅度达到35%,当n=1.167时,D_(sm)达到最大值37.63μm;n=6时,SMD达到最小值18.61μm。

微型热阴极性能及理论分析

为了满足高频段真空器件对阴极提出大电流密度、小电子注尺寸的需求,本文利用聚焦离子束刻蚀技术在通过双离子束辅助沉积技术沉积了锆抑制膜的浸渍钪酸盐阴极表面上制备出发射面直径为100μm的微型阴极.实验结果显示:沉积的锆抑制膜在370 h内有效抑制了阴极的电子发射;当温度为950℃,其发射面的平均电流密度可达到43 A/cm^(2);当温度为1 000℃时,发射区域平均电流密度为58 A/cm^(2),但抑制区有了轻微发射.为了深入研究阴极微型发射区域的电子发射机理并揭示阴极抑制膜层抑制性能的原因,本文利用第一性原理建立了不同氧原子(O)吸附位以及不同钡原子(Ba)覆盖度的Ba-Sc-O-W原子结构模型和抑制膜层的Zr-Ba-Sc-O-W原子结构模型.研究发现:氧原子吸附的顶位Ba-Sc-O-W发射表面的功函数下降至1.497 eV,与钪酸盐阴极有效功函数为1.41 eV实验测试结果较为相近;随着温度的升高,阴极发射能力增强,但活性物质与Zr结合形成的Zr-Ba-Sc-O-W结构使抑制层抑制性能有所降低(Zr的功函数为4.05 eV,Zr-Ba-Sc-O-W计算所得功函数为3.348 eV).

不同喷口扩张比下离心喷嘴雾化特性研究

为研究喷口扩张比对航空发动机离心喷嘴雾化特性的影响,对多种结构离心喷嘴开展试验研究。用工业相机捕捉油雾场形态;用多普勒激光粒度仪测量喷嘴出口液膜速度、雾化粒径;结合数值模拟得到的液膜流动情况,对雾化性能进行详细分析。研究结果表明:随着喷口扩张比的增加,雾化锥角增大,雾化粒径减小,液膜轴向速度减小;当扩张比一定时,不同压差下雾化锥角基本一致;喷嘴下游存在三个流动区域,分别为燃油射流区、射流内侧空气区及射流外侧空气区,射流内侧形成对称的空气涡;在扩张段处液膜与壁面之间会形成分离区,当扩张比较大时,液膜可绕过分离区重新靠近壁面,且扩张比越大,液膜与壁面贴合程度越高。

团簇式方法设计具有高比强度的Ti-7Al-2V合金

基于团簇式设计方法,采用激光增材制造工艺制备一种近α型Ti-7Al-2V合金,其比强度优于Ti-6Al-4V合金的比强度。该合金的成分式为α-{[Al-Ti_(12)](AlTi_(2))}_(15)+β-{[Al-Ti_(14)](V_(3))}_(2):其特征在于α结构单元比例提高为15/17(相对于Ti-6Al-4V的12/17),使合金成分偏向α-Ti;通过V元素合金化,提高了β-Ti结构单元稳定性。该合金具有良好的激光增材制造成形性。沉积态下,该合金的显微组织由细网篮组织区、粗网篮组织区和超细α魏氏组织区构成。其中,粗网篮组织区的表面粗糙度明显低于细网篮组织区和超细α魏氏组织区的表面粗糙度。细网篮组织区的α相分布相比于粗网篮组织区更加均匀。该合金的抗拉强度为971~1005 MPa,屈服强度为891~921 MPa,伸长率为4.5%~6.6%,均与Ti-6Al-4V的相近,尤其是该合金的比强度为224~232 kN·m/kg,优于Ti-6Al-4V合金的比强度。

基于BPMN的指挥控制流程建模方法

针对复杂场景下指挥控制流程建模问题,分析比较了几种常见的流程建模方案,提出基于BPMN的指挥控制流程建模方法。指挥员依托BPMN流程建模方法搭建指挥控制流程,实现对指挥员作战意图的灵活表达;开发人员基于云原生相关理论对原子服务进行更新扩充,实现流程任务与原子服务的精准匹配和动态更新,从指挥员和开发人员两个维度上体现了指挥控制流程一体化建模的特点。通过区域防空反导流程案例,验证了基于BPMN指挥控制流程模型具备灵活扩展,动态重组的特点。