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.

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。

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。

微纳米孔隙内气体流动特性与LBM数值模拟研究

目的研究瓦斯气体在煤层中的流动特性对于揭示煤层瓦斯赋存机理和扩散运移特性具有重要意义。煤中微纳米级孔隙结构十分复杂,为研究煤层瓦斯气体在微纳米孔隙中的流动特性,方法以均质纳米多孔炭薄膜为测试对象,采用扫描电镜实验对其孔隙大小和孔隙率进行定性定量分析;利用纳米尺度气体流动特征实验装置开展微纳米孔隙的气体流动实验研究,通过对比分析传统达西渗流模型和适用于微尺度下气体流动模型,结果得到更为详细的微纳米孔隙内气体流动特性:纳米多孔炭薄膜的视渗透率随着进气口压力的升高而下降,二者呈负相关的线性变化规律;视渗透率随着努森数降低而降低,二者呈正相关的线性变化规律,表明气体在微纳米尺度下的流动不符合传统的达西定律,滑脱效应和气体扩散不可忽视。采用格子Boltzmann方法(lattice boltzmann method,LBM)模拟不同进气口压力下的气体流动,得到不同气体压力下出口的气体流量,与实验结果进行对比,LBM模拟的平均误差为8.25%,整体吻合性较好,表明LBM数值模拟可有效揭示气体在微纳米尺度下的流动特性。结论研究结果可为今后分析煤层中的瓦斯流动机制和流动规律提供理论借鉴。

低速船舶微气泡减阻数值研究

为了研究船舶微气泡减阻规律,本文基于OpenFOAM中两相欧拉数值模型,对低速散货船进行微气泡减阻数值研究。对气液两相分别建立控制方程,考虑五种相间作用力及气泡聚合和破碎,采用考虑气泡影响的改进k-ε湍流模型,忽略自由面影响,采用叠模模型研究喷气量、气泡直径、航速及吃水等因素对船舶微气泡减阻的影响,分析气体体积分数、湍流粘度和气泡直径分布等。结果表明:微气泡可以同时减少船舶摩擦阻力、粘压阻力和总阻力;喷气量直接影响减阻率,喷气量越大,减阻率越高;较小气泡的平均气体体积分数较大且气体分布更均匀,同时湍流运动粘度较小,可以更有效减阻;气泡沿着流向会聚并,气泡越小聚并越剧烈;较高航速和小吃水更有利于减阻。

柔顺宏微操作系统动力学建模及振动抑制研究

针对高速大范围宏运动时柔顺微操作器的微纳振动问题,建立系统动力学模型并设计改进离散滑模控制策略对微观弹性振动进行抑制。首先以气浮宏动平台和压电纤维微操作器构成的宏微操作系统为对象,结合假设模态法、拉格朗日方程和非对称迟滞模型,建立系统综合机电动力学模型。然后,在所建模型基础上设计变速趋近律调节切换增益,从而实现非线性离散滑模控制。最终搭建宏微操作系统测控平台,并进行轨迹跟踪和振动抑制试验。在轨迹跟踪时,对于不同频率的正弦参考轨迹,所设计的控制策略均能精确跟踪给定信号且误差较小;在振动抑制时,当宏动平台沿梯形与S轨迹运动时,微操作器残余振动稳定时间比改进前分别减少26.1%和50.0%,比无控制时分别缩短53.6%和53.3%。验证了动力学模型与离散滑模控制的有效性,提高了系统控制精度与效率。

BOPPPS教学模式在病理学微课教学中的应用

导学互动的加式教育教学法(bridge-in,objective,preassessment,participatory learning,postassessment,summary,BOPPPS)模式是近年来出现的一种创新性的微课教学模式,其教学过程包含6个要素,即导言、学习目标、前测、参与式学习、后测和总结。将BOPPPS模型应用到病理学的微课教学设计中,能够有效组织教学过程,进一步突显出“以学生为中心”的教育理念,充分调动学生的主观能动性,增强教学效果。文章选择《病理学》中“葡萄胎”为例,以本科临床实习生为研究对象,分为传统教学对照组和BOPPPS试验组,阐明如何在微课中应用BOPPPS模型,并通过问卷调查分析教学效果,发现试验组的学生对教学模式普遍感到满意。BOPPPS微课教学模式能有效激发学习主动性、培养临床分析能力和思维能力,学生的自主学习能力也得到极大提高,并增进了师生互动,从而有效提高了教学质量。本研究为BOPPPS教学模式在病理学微课教学中的应用奠定了理论和实践基础。

基于业务情景的微课程开发模式研究

微课程作为一种新型在线培训方式,因其短小精悍、主题鲜明、适用广泛等特点,在教育领域得到了广泛的应用。本文结合集装箱装载微视频开发实践案例,构建了理论与实践相结合的微课程开发模式,以期助力企业培训的高质量开展。

基于用户故事的微服务粒度识别方法

伴随着软件架构范式的转变,微服务架构这一新兴技术以其高度的自治性、可移植性与可扩展性被大型企业以及从业人员广泛使用,而微服务架构中的微服务粒度问题是难以界定的,目前为止仍然缺乏行之有效的方法来识别微服务粒度。文中基于敏捷方法中用户故事这一概念,结合微服务架构中的功能需求与非功能需求,提出了一种微服务粒度模型,并利用多目标优化遗传算法对微服务粒度进行识别,结果表明,所提出的方法优于使用一般遗传算法,所得到的结果可以为微服务架构相关人员对微服务粒度进行评估时提供参考。

面向碳减排的城市交通微观仿真模型优化研究

为评估交通管控策略的环境效益,提出有效融合微观交通仿真模型和微观车辆排放模型的方法。利用VISSIM平台构建案例微观交通仿真模型,提出基于轨迹数据的不同速度区间的加减速特征,应用K-means聚类方法划分4种驾驶行为,通过驾驶特性标定仿真模型全局参数,描述了参数总敏感度以及参数之间相互作用的敏感度。利用DBSCAN(density-based spatial clustering of applications with noise)聚类分析并标定局部参数值,优化了参数标定流程。计算仿真轨迹工况,本地化MOVES(motor vehicle emission simulator)微观排放模型,得到交叉口不同流向和不同驾驶行为下的HC、CO、NO_(x)、CO_(2)排放。研究表明:仿真模型优化效果显著,所提方法可精确识别高排放的空间位置,解析排放与驾驶行为之间的联系。应用DBSCAN聚类分析参数寻优值有助于实现自动化标定流程,全局参数标定将速度分布χ^(2)误差由0.6327降至0.1306,加速度分布χ^(2)误差由0.1441降至0.0528,对于环境视角下仿真模型构建至关重要。

微小通道冷板流动传热仿真校核方法研究

针对现有冷板流动传热仿真往往基于经验开展、缺乏对仿真模型严谨校核的问题,面向冷板流动传热仿真模型的两个重要方面,即离散网格与流动模型开展校核方法研究,一方面应用Richardson外推法对离散网格进行校核,另一方面通过将层流模型、SST k-ω、Transition k-ω以及RNG k-ε湍流模型与理论或经验关联式对比进行流动模型校核。结果表明,Richardson外推法的可获得量化的离散误差评估,有助于冷板流动传热仿真的网格优化;应用关联式能较简单地评估不同流动模型在不同条件下的适用性,同时发现Transition SST或SST k-ω在总体适用性较好。

新能源电动农机一源多用创新供能赋能农网农机融合发展——基于全国536份调查问卷分析

随着我国“三电”技术的快速发展,新能源电动农机也如雨后春笋般迅速崛起,一源多用的提出是解决新能源电动农机季节性闲置、利用率低、无法与农村电网(以下简称农网)新型电力系统互动融合等问题的创新发展模式,具有用能清洁环保、数智化程度高、易于组网的现代化技术特征。针对新能源电动农机一源多用的关键技术、应用场景、实施路径和商业模式等存在问题与发展前景,面向农机、农业、电力和电网等相关从业人员开展网络问卷调研,从一源多用技术发展潜力和农网农机融合认知态势等视角,基于调研结果,研究了一源多用赋能农网农机融合的农机电能替代潜力、应用场景、综合效益等,分析了一源多用的实施路径和商业模式,提出了一源多用创新供能模式赋能农网农机融合的关键技术和扶持政策建议。结果表明,新能源电动农机一源多用发展模式具有较好经济效益和环保效益,发展前景被普遍看好,对落实双碳目标与乡村振兴战略具有积极意义。未来仍需开展新能源电动农机和电网融合互动关键技术协同攻关和应用研究,探索可持续且多方共赢的良性商业模式。

平衡大气边界层理论在复杂地形风场模拟中的应用

针对大气边界层数值模拟时入口湍动能及耗散率在下游持续衰减的问题,基于标准k-ε模型及其改进模型研究不同湍流黏性更新方法对平衡大气边界层自保持性的影响,然后采用平衡大气边界层自保持性方法结合建筑绕流影响区(BIA)问题解决方法对Askervein山绕流问题进行模拟研究,最后基于数值模拟结果,分析复杂地形绕流对风力机选址的影响。结果表明,选择合适的湍流黏性更新方法、粗糙度处理方法、湍动能和耗散率方程源项可使出口处的流动参数与入口处给定初值保持较高的一致性;BIA问题解决方法的引入可进一步提高复杂地形绕流模拟精度;风力机宜安装在山顶,避开湍流度较大的山体背风区,山后风力机的排布应结合山顶风力机尾流和山体影响区域综合考量。

基于改进灰狼算法的宏微复合驱动器磁滞模型的参数辨识

精确辨识磁滞模型参数是保证宏微复合驱动器位移跟踪精度的关键,针对传统灰狼算法(GWO)存在局部最小值和求解精度不高的缺陷,文章提出一种改进的灰狼算法(TGWO)。通过Singer混沌映射优化了灰狼个体的初始位置,以增加种群多样性;采用非线性收敛因子策略提高了局部开发度和全局搜索度;在种群位置迭代更新中引入动态权重更新和自适应更新策略。通过仿真和实验表明:该算法能有效可靠地辨识宏微复合驱动器磁滞模型的参数,平均相对误差为4.6%,拥有更高的精度和收敛性。

空间飞行器的指向误差混合分布模型

在空间探测任务中,飞行器会受到机械冲击、跟踪噪声等因素的影响发生角微振动,使天线指向误差恒不为0,从而影响通信链路.针对典型的指向误差单一分布模型如高斯分布、瑞利分布和莱斯分布忽略多种误差源共同影响的缺点,提出指向误差混合分布模型,将多种误差源同时考虑在内,极大地提高了模型的准确性.首先,根据多个空间飞行器奥林巴斯通信卫星OLYMPUS、工程测试卫星ETS-VI、光学轨道间通信工程试验卫星OICETS和量子科学实验卫星MICIUS角微振动信号的功率谱密度拟合指向误差信号.然后,对比单一分布模型和混合分布模型与指向误差拟合信号的确定系数R^(2),确定最优分布模型.结果表明:由高斯分布和莱斯分布组成的混合分布模型拟合度最高.以OLYMPUS飞行器为例,高斯-莱斯混合分布模型的拟合度比单一分布模型中的瑞利模型提高27.44%,误比特率偏差降低2.87 dB.

填充物的力学性能对坐垫舒适性影响的仿真分析

将经编间隔织物和不同密度的海绵材料作为坐垫的填充物,通过分析坐垫上的人体体压分布情况,深入探讨坐垫的整体舒适度。首先,选择中密度海绵(28 kg/cm^(3))、高密度海绵(50 kg/cm^(3))及新型弹性材料经编间隔织物,分别对其进行力学性能实验。随后,采用有限元仿真法,对三种材料分别进行单轴压缩仿真,分析得出拟合度最高的本构模型;对经编间隔织物材料进行微元变形仿真,分析该材料变形量、压强、厚度三者关系的数学模型。最后,建立弹性坐垫和中国50百分位男性的人体臀部(软组织+骨骼)仿真复合模型,分析臀部与垫面的体压分布数据,并利用体压测试仪验证仿真数据的有效性。结果发现:仿真结果显示,中密度海绵、高密度海绵及经编间隔织物体压-应变拟合度最高的本构模型选低密度泡沫较合适;经过MATLAB进行二次多项式拟合可得出经编间隔织物的变形量、压强、厚度三者之间的数学模型;经编间隔织物弹性坐垫垫面的峰值比中密度海绵弹性坐垫垫面的体压峰值大,比高密度海绵弹性坐垫垫面的体压峰值小,整体垫面体压分布情况较海绵坐垫更均匀;体压测试仪验证仿真数据与实际测试数据小于5%,表明仿真实验可行。研究表明,经编间隔织物比海绵材料具有更好的支撑性和压力舒适性。这些实验结果以及虚实结合的方法可为未来弹性坐垫产品的材料选择及开发提供参考。

预测典型变形高温合金均匀化动力学的新模型

提出一种基于扩散距离概念的变形高温合金均匀化动力学新预测模型。通过定量电子探针(EPMA)分析,系统研究典型镍基变形高温合金(GH4141)的微观偏析和均匀化动力学。研究发现,基于残余偏析指数模型预测的均匀化动力学与实际测量结果之间存在一定差异。实验和理论分析均表明,考虑了过去通常被忽略的扩散方向因子的一维扩散距离模型可以合理地预测均化动力学。新模型在只需知道原始枝晶臂间距和扩散系数前提下即可完成预测计算,这为变形高温合金均匀化动力学预测提供了一种新的选择。