长矩形腔体中混合流体的双局部行波

基于数值模拟,研究了分离比ψ=-0.4和长高比Γ=40的腔体内的双局部行波对流的动力学特性。结果发现,对流圈在端壁产生,向中心传播,到达一定位置对流圈消失;在矩形腔体中两端壁附近行波对流区域与中间部位无对流的传导区域同时共存,形成双局部行波对流;双局部行波对流中的行波由腔体两端向中部传播;腔体二分之一高度处的温度与垂直流速分布是谐波结构,波形比较光滑,浓度分布是台型结构;随着时间的发展,垂直流速最大值稳定在某个数值周期变化,下壁面努塞尔数基本稳定在某个数值,垂直流速最大值和下壁面努塞尔数及其达到稳定的时间随着相对瑞利数r的增加而增加;双局部行波对流稳定的存在于相对瑞利数r∈{1.52,1.57]的区间,双局部行波的对流区长度随着相对瑞利数r的增加呈良好的增加关系,并给出了双局部行波的对流区长度随着相对瑞利数r变化的拟合关系式。

负泊松比局域共振地震超材料减隔振特性研究

地震是严重危害人类的自然灾害之一,极具突发性和毁灭性,地震波频率大多位于0~20 Hz,属于典型的低频波,而传统隔振结构对低频波的隔离效果差。近年来,随着局域共振型地震超材料隔振屏障的提出,为实现低频地震波的隔离提供了新思路,然而针对超低频地震波的隔离,仍存在挑战。为此,针对传统局域共振地震超材料未考虑其本身的吸能特性,结合负泊松比材料具有良好的能量吸收特性,创新性提出了负泊松比局域共振地震超材料隔振屏障,实现了超低频地震波的隔离。基于周期性理论,利用COMSOL Multiphysics探究其带隙形成机理及其减振的特性。结果表明:通过结合局域共振地震超材料及负泊松比材料,对共振器进行连续周期性排列,得到的新型地震超材料带隙为0.612~13.350 Hz,探明了其带隙形成机制,实现了利用小尺寸隔振屏障得到超低超宽隔振频带;负泊松比材料的泊松比值、密度及弹性模量对频率带隙具有一定影响,实际工程中应选择负泊松比值、密度及弹性模量均较小的负泊松比材料。针对不同主频范围的实际地震波隔振效果的研究发现,对主频大于0.612 Hz以上的地震波具有显著的隔振效果。所提出的负泊松比局域共振地震超材料实现了利用小尺寸隔振屏障对超低频地震波的隔离,在地震波隔离的应用上具有广阔的前景。

柔性电磁超构表面的太赫兹等离子体诱导透明效应

介绍了上海师范大学光学学科团队太赫兹(THz)微纳结构光子学课题组的主要成果:通过改变电磁谐振单元空间对称性,实现不同类型的等离子体诱导透明(PIT)现象,从而实现对太赫兹电磁脉冲群延迟的调控,获得太赫兹波段的慢光效应,同时衍生出了一系列全新的太赫兹光谱现象,拓展了人们对太赫兹PIT成因的认知.主要内容涵盖如下方面:非对称近场耦合实现宽频带慢光;导电耦合实现双暗场激发慢光;三体耦合局域化慢光;自互补结构单元实现正负相反的干涉相消共振,获得不同程度的太赫兹慢光;类表面等离子体相互作用获得慢光等.这些工作实现了太赫兹慢光调控机制的创新.

基于自发数据传输的高效双LAN太赫兹无线局域网MAC协议

针对现有的双局域网(LAN)太赫兹无线局域网(Dual-LAN THz WLAN)相关介质访问控制(MAC)协议中存在的某些节点会在多个超帧内重复发送相同的信道时隙请求帧以申请时隙资源以及网络运行的一些时段存在空闲时隙等问题,提出一种基于自发数据传输的高效MAC协议——SDTE-MAC(high-Efficiency MAC protocol based on Spontaneous Data Transmission)。SDTE-MAC通过让各节点都维护一张或多张时间单元链表,使各节点与其余节点在网络运行时间上达到同步,从而获悉各节点应该在信道空闲时隙的什么位置开始发送数据帧,优化了传统的信道时隙分配和信道剩余时隙再分配的流程,提高了网络吞吐量和信道时隙利用率,降低了数据时延,能够进一步提升双LAN太赫兹无线局域网的性能。仿真结果表明,网络饱和时,相较于AHT-MAC(Adaptive High Throughout multi-pan MAC protocol)中的N-CTAP(Normal Channel Time Allocation Period)时段时隙资源分配新机制以及自适应缩短超帧时段机制,SDTE-MAC的MAC层吞吐量提升了9.2%,信道时隙利用率提升了10.9%,数据时延降低了22.2%。

融合Radon变换的孔边裂纹Lamb波定位成像研究

基于不同模态Lamb波与孔边裂纹相互作用的基本原理,聚焦不同模态Lamb波波包飞行时间精确检测问题,以各向同性板中的孔边裂纹为研究对象,开展了融合Radon变换的孔边裂纹Lamb波定位成像研究。首先,使用宽频chirp信号激励稀疏传感器阵列产生Lamb波,并采集通孔散射信号作为基线信号,采集孔边裂纹散射信号作为缺陷信号。其次,对chirp响应信号进行滤波处理,优化选取窄带单音频脉冲响应信号的中心频率和调制周期数。然后,对基线单音频脉冲响应信号进行Radon变换,得到优化后的群速度和偏移时间,并计算出Lamb波波包飞行时间。最后,使用椭圆定位成像算法对孔边裂纹进行定位成像,并将成像结果与名义群速度法的结果进行对比。结果表明,使用Radon变换可以准确获取Lamb波波包飞行时间,提升了不同模态Lamb波对孔边裂纹缺陷的检测能力。

声波法在直埋供热管道泄漏检测中的工程应用

利用声波法对城市内2段直埋供热管道的泄漏情况进行非开挖式工程实测,分析了不同工程条件下的泄漏声波信号特征,并采用傅里叶滤波进行声波振动信号的降噪处理。研究表明,傅里叶滤波可有效提升泄漏定位精度,实测漏点定位误差小于2%,基于傅里叶滤波降噪的声波法直埋供热管道泄漏检测技术具有较好的工程应用价值。

深水水下井口全钻井过程波激疲劳精细化评估

传统的水下井口波激疲劳评估没有考虑不同钻井阶段水下井口结构组成变化,导致水下井口波激疲劳评估精度有限。为此,提出基于整体-局部交互分析的全钻井过程水下井口波激疲劳损伤精细化评估方法,建立钻井全过程复杂结构水下井口局部精细模型及平台-隔水管-水下井口-导管耦合系统整体模型,研究整体模型与局部模型交互机制,并构建整体模型与局部应力传递关系,精细化评估水下井口全钻井过程波激疲劳损伤。研究结果表明:全钻井过程水下井口结构组成变化对隔水管系统和远离泥线导管处的波激疲劳几乎无影响,但对水下井口局部及泥线附近导管的波激疲劳存在较大影响;钻井第二阶段水下井口波激疲劳损伤最为严重,且水下井口底端始终为疲劳极限位置。所得结论有助于判断钻井过程中水下井口疲劳状态,保证作业安全。

基于不同河道汇流方法的新安江模型研究

为了提高五强溪流域水文模型的洪水预报精度,在新安江水文模型河道汇流模块中加入局地惯性波法,局地惯性波法不考虑迁移惯性项,适用于库区洪水演算。研究考虑了五强溪流域的水库型河道特征,在河道汇流方面建立了分段马斯京根法和局地惯性波组合的汇流方案。选取2020年~2022年五强溪流域洪水过程,与传统新安江模型对比,进行结果讨论分析。结果表明,分段马斯京根法仍是最简便、准确和稳定的汇流演算方法,但在水库型河道中构建分段马斯京根法和局地惯性波法的汇流方案,具有一定的创新性,取得了较高的模拟精度,为实时洪水预报提供了新的研究方案和路线。

利用近震Sp转换波到时和远震接收函数P波峰值延迟研究华北盆地浅部结构

收集2017—2020年中国地震科学探测台阵在华北地区布设观测宽频带流动地震观测台采集的高信噪比近震远震地震波形,采用远震接收函数P波峰值延迟和近震Sp转换波到时对华北沉积层厚度进行了估算.由远震接收函数P波峰值延迟,近震Sp转换波和S波到时差方法推断的华北地区沉积层厚度在6~7 km,燕山造山带区域沉积层厚度较小,结晶基底埋深一般小于1 km,华北盆地中部和东南部盆地结晶基底埋深较厚,厚度普遍大于3 km,局部厚度可达7 km.盆地内地垒式隆起区邢衡隆起有3 km厚度的沉积层,冀中坳陷、黄骅坳陷厚度6~7 km;沉积层厚度与地质构造相对应,坳陷区沉积层厚度较大,隆起区沉积层厚度较小,体现了沉积盆地内部不同二级块体的沉降差异.震相拾取误差、震源方位角和震中距对沉积厚度计算结果影响不明显;进行时深转换采用的一维速度模型准确性对计算结果存在一定影响.总体来说,远震接收函数P波峰值延迟和近震Sp转换波到时可以研究沉积层厚度,能够可靠、有效地确定沉积层厚度结构的特征,为地震风险评估提供基础信息.

基于等离子体超材料局部场调控特性的低频吸波材料设计方法

实现低频段雷达波的高性能吸收,通常需要增大磁性吸波材料(MAs)的厚度,这无疑会增加吸波材料的重量,制约实际应用潜能。对此,本文我们提出了基于等离子体超材料(PM)调控传统磁性吸波材料内部磁场的方法,利用金属短线调控磁场分布的特性,通过增强其与底层金属底板之间整个局部空间的磁场强度,在其中加入传统磁性吸波材料后,就能有效提升传统磁性吸波材料的吸波性能,进而使整体结构在其工作频段都具有较强的吸波性能。仿真和实验结果表明:垂直入射时,所设计的吸波超材料可在0.9~2.2 GHz频段内实现高效吸收,入射角逐渐增大到60°时,90%的吸收带宽仍可以达到0.73~3.12 GHz。该设计方法在雷达隐身、电磁兼容和通信等领域都具有较大的潜在应用。

考虑暴露高度和波流条件的筒基冲刷试验研究

针对吸力式筒型基础负压沉贯过程中到位率低、筒顶暴露突出海床,基础易出现局部冲刷的问题,开展大断面波流水槽局部冲刷试验,研究不同暴露高度和波流条件下筒型基础的局部冲刷发展过程、最终冲刷形态及深度、冲刷平衡时间等特征规律.研究结果表明,纯流条件下,筒基周围冲淤沿来流方向对称分布,前后冲刷坑不贯通,最大冲刷深度往往出现在筒前.当暴露高度与筒径的比值为0.1,流速为0.3 m/s时,最大冲刷深度可达基础埋深的1/3.波流耦合作用时,掀砂能力增强,筒基周围出现砂纹地形,冲淤仍对称分布,最大冲刷坑深度达到冲淤平衡后会出现规律性波动.最大冲刷深度和极限冲刷平衡时间随着筒型基础暴露高度的增大而增加,提出考虑暴露高度的筒基极限冲刷平衡时间计算公式.

基于国产化平台的冲击波超压测试系统设计

在当前特种测试系统国产化替代趋势下,针对传统冲击波超压测试系统存在的安全性低、进口依赖性强和自主可控性差等技术问题,提出了一款以国产复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device,CPLD)和ARM(Advanced RISC Machine)处理器为核心架构的冲击波超压测试系统。其中,ARM单元负责响应系统工作循环指令,CPLD则控制A/D转换模块实现采样频率高达1 MHz的数据采集和对内外触发逻辑的精确判断,数据转换结果经由外部存储器控制器(External Memory Controller,EXMC)传输并存储至eMMC存储器中,最终通过以太网传输至上位机显示。经现场试验表明,测试系统具有良好的可靠性,能够在复杂测试环境下实现对冲击波超压信号高保真采集与记录存储,为动态数据采集提供了一种切实可行的解决方案,推动了关键测试设备国产化替换进程。

低杂波注入对剥离气球模的作用

基于BOUT++代码研究了托卡马克高约束模等离子体中低杂波(LHW)注入对边缘台基区剥离气球模(P-B模)线性和非线性特性的影响.模拟中分别考虑了LHW驱动的常规主等离子体电流和刮削层螺旋电流丝(HCF)产生三维扰动磁场对P-B模的作用.线性结果表明,LHW驱动的主等离子体电流通过降低平衡的归一化压强梯度和磁剪切,使得线性环向模谱整体向高模数和低增长率的方向移动.非线性模拟表明,由于线性模谱的展宽,LHW驱动的主等离子体电流对P-B模不同模式具有整体的抑制效果,可以降低边缘局域模(ELM)造成的台基能量损失;LHW驱动HCF产生的三维扰动磁场可以通过增强不同模式之间的耦合,促进主模之外的其他模式增长来降低ELM造成的能量损失.研究发现,HCF产生的三维扰动磁场促进增长的P-B模式集中在较高模数,当P-B模的主导模式远离此模数区间,ELM能量损失降低更明显.研究结果有助于深入理解LHW控制ELM实验中的物理机制.

圆柱空腔橡胶层局域共振声子晶体双层板减振特性分析

针对机械设备中的低频减振问题,提出一种圆柱空腔橡胶层局域共振声子晶体双层板结构,即在双层板间周期性排列具有圆柱空腔的橡胶层和实心散射体振子。首先结合弹性波理论和BLOCH定理,采用有限元方法计算带隙范围并分析弯曲波带隙形成的原理,其次通过单变量和组合变量的方式分析单元参数对带隙的影响规律并依此对单元参数进行调整,使其弯曲波带隙范围为48.52~206.21 Hz,最后通过振动传输特性仿真验证其对弯曲波振动的减振效果。研究表明,圆柱空腔橡胶层双层板式声子晶体可以产生200 Hz以下的弯曲波带隙,且可以通过调整单元参数来使其匹配目标减振频段。声子晶体板的振动传输特性分析和振动位移图验证了其对带隙范围内弯曲波传输的抑制作用,可为基于声子晶体减振的工程应用提供一定的参考。

近震体波走时与重力联合反演华北地区地壳上地幔顶部P波速度结构

华北是克拉通破坏的典型案例,也是陆内强震活动最为强烈、频繁的地区之一,对该区壳幔速度结构进行研究,可为深化认识克拉通的形成演化、板内强震与火山发生机理等研究提供重要的深部约束.利用202个固定台站、360个流动台站所记录到的天然地震事件P波资料和实测布格重力异常,采用近震体波走时与重力联合反演方法获得了地壳、上地幔顶部P波速度结构.重力资料的引入不仅对壳幔结构进行了更合理的约束,而且有效提高了浅层和边缘射线分布稀疏区的成像能力.联合成像结果显示,鄂尔多斯地块和华北平原浅层表现为明显的低速异常,可能与其存在厚的松软沉积层有关;鄂尔多斯东部上地壳存在明显的P波高速异常,推测该高速异常与古元古代孔兹岩带的形成有关.大同火山区15~25 km和25~40 km表现为明显的低速异常,且这两个低速层是连通的,推测与地幔热物质上涌导致的多期次岩浆侵位有关.三河—平谷8.0级地震和邢台7.2级地震震源都位于脆性的上地壳,均下伏低速异常,推测在区域动力环境加载作用下,韧性的壳内蠕变导致脆性上地壳岩石中弹性应变能的局部积累,从而引起地震的发生.

矿山微震震源定位精度分析

定量研究初至拾取精度和速度模型对矿山微震震源定位精度的影响直接关系到矿山开采质量评估和矿山风险预警。由于矿山微地震监测主要接收岩石破裂激发的P波,故往往采用基于P波到时的同型波时差法进行震源定位,基于数值模拟方法研究了速度模型和初至拾取精度对同型波时差法矿山微震震源定位精度的影响。结果表明:反演速度模型偏离准确速度模型的误差逐渐增大时,震源定位精度表现出降低的趋势;初至拾取精度降低时,震源定位的精度随之降低;当速度模型误差和初至拾取误差分别控制在200 m/s和10 ms以内时,同型波时差法在矿山微震震源定位中的误差整体控制在20 m以内,可以满足矿山微震质量控制和风险预警的要求。

腺苷A1受体拮抗剂的长期干预对阿尔茨海默病模型小鼠认知功能的影响

目的探讨腺苷A1受体拮抗剂DPCPX的长期干预对阿尔茨海默病(Alzheimer’sdisease,AD)模型小鼠认知功能相关电生理指标、行为学表现及病理标志物的影响。方法使用7月龄C57BL/6J及APP/PS1小鼠,随机分为C57-对照组、C57-DPCPX组、APP/PS1-对照组及APP/PS1-DPCPX组,分别采用DPCPX(1mg/kg·d)或对照溶剂连续腹腔注射21d。采用Plexon系统记录小鼠海马CA1区局部场电位,MATLAB软件评估海马认知功能相关电生理指标——尖波涟漪(sharpwaveripples,SWRs)的特征,Morris水迷宫实验评估小鼠的空间记忆能力,免疫荧光染色检测海马内Aβ斑块沉积。结果分析4组小鼠认知功能相关电生理指标(SWRs)、行为学表现(Morris水迷宫)及脑组织Aβ检测结果发现:①在SWRs的平均数量及平均持续时间上,C57-对照组与C57-DPCPX组之间,APP/PS1-对照组与APP/PS1-DPCPX组之间差异均无统计学意义(均P>0.05),仅C57-对照组显著多于APP/PS1-对照组(P=0.0019,P=0.0202)。②Morris水迷宫实验中,在学习阶段的逃避潜伏期上,C57-对照组与C57-DPCPX组之间,APP/PS1-对照组与APP/PS1-DPCPX组之间差异均无统计学意义(均P>0.05),仅C57-对照组与APP/PS1-对照组相比显著缩短(P<0.05)。在探索阶段,在穿越平台次数及目标象限停留时间占比上,C57-对照组与C57-DPCPX组之间,APP/PS1-对照组与APP/PS1-DPCPX组之间差异均无统计学意义(均P>0.05),仅C57-对照组显著多于APP/PS1-对照组(P=0.0024,P=0.0415)。③在Aβ斑块的数量及面积上,APP/PS1-对照组与APP/PS1-DPCPX组相比差异均无统计学意义(均P>0.05)。结论腺苷A1受体拮抗剂DPCPX的长期干预不能显著改善AD模型小鼠的认知功能,提示对于AD这一具有复杂发病机制的疾病,仅针对单一靶点的干预很难达到显著改善认知功能的作用。

基于物联网的煤矿井下机电设备状态智能监测

提出基于物联网技术的煤矿井下机电设备状态智能监测方法。首先利用传感器设计物联网的信号采集器,采集煤矿井下机电设备的振动信号,并通过局域波分解算法剔除信号中的噪声,避免噪声对监测过程产生影响;其次设计物联网下的信号识别单元,并采用离散傅里叶变换法提取信号的特征;最后设计物联网中的信号控制单元,将信号特征输入到支持向量机中,通过对信号的实时预测实现多步自动监测,完成煤矿井下机电设备状态的物联网智能监测。实验结果表明,以物联网配合智能算法的实时监测设备效果好、响应时间短。

基于弹性波动方程的局部尺度走时反演

弹性波全波形反演(EFWI)充分利用了地震波的运动学和动力学信息,通过最小化目标泛函来反演地下高精度的纵横波速度参数.但是,当地震数据缺失低频分量时,EFWI易产生周期跳跃问题,严重影响纵横波速度参数的反演精度.为此,本文提出基于弹性波动方程的局部尺度走时反演方法(ELTI),来同步恢复纵横波速度模型的低波数分量,进而实现缓解EFWI周期跳跃的目标.该方法充分利用了弹性波全波场的局部尺度走时信息,能够对纵横波速度参数进行同步反演,很好地解决了常规波动方程走时反演方法只能获得纵波速度参数的缺陷.此外,由于ELTI方法同时利用了弹性波全波场的走时信息,可以有效获得深部区域纵横波速度模型的低波数分量,并为EFWI提供较好的初始速度模型.本文首先,利用局部尺度分解来提取弹性波全波场数据的局部尺度走时信息,并利用观测数据与模拟数据的局部尺度走时差构建ELTI目标函数;其次,结合链式法则和伴随状态法详细推导了ELTI目标函数对应的纵横波速度参数梯度算子;最后,结合L-BFGS优化算法同步更新纵横波速度模型.Marmousi模型测试结果表明,基于弹性波动方程的局部尺度走时反演方法可以很好地获得地下纵横波速度参数的低波数分量,从而缓解EFWI的周期跳跃问题.

金纳米圆孔阵列异常光学透射模拟研究

利用COMSOL Multiphysics对金纳米圆孔阵列的物理场进行模拟,分析不同金属膜厚度、孔径、周期下阵列的光谱和电场分布,探究异常光学透射(extraordinary optical transmission,EOT)的成因.通过分析发现透射峰主要有3个成因:一是材料本身的带间跃迁特性会导致透射峰;二是金属阵列产生的表面波会激发金属膜背侧的局域表面等离激元,通过散射形成透射峰;三是耦合的表面等离激元转化成波导模式,沿着圆孔传输造成透射峰,该透射峰的频率低于表面等离激元的频率.