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基于Weibull分布的非均质隧洞围岩破裂碎胀FDEM数值模拟研究

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工程力学 2024年第7期41卷 40-59页

作者：邓鹏海刘泉声黄兴武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072 中国科学院武汉岩土力学研究所湖北武汉430071

岩石材料具有非均质特征,矿物颗粒和胶结材料强度在统计学上服从Weibull分布。基于有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)提出了三角形单元弹性模量和四边形节理单元强度服从Weibull分布的参数赋值流程,随后研究了非均质岩样在单轴压缩... 详细信息

岩石材料具有非均质特征,矿物颗粒和胶结材料强度在统计学上服从Weibull分布。基于有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)提出了三角形单元弹性模量和四边形节理单元强度服从Weibull分布的参数赋值流程,随后研究了非均质岩样在单轴压缩、三轴压缩和巴西劈裂下的力学特征和破坏行为,最后对非均质隧洞围岩在高应力下的破裂碎胀大变形机制进行了模拟研究。结果表明:提出的随机参数赋值方法可建立不同弹性模量三角形单元数目服从Weibull分布、且空间分布具有随机性的FDEM数值模型;非均质岩样单轴抗压强度、三轴抗压强度、巴西劈裂抗拉强度、等效粘聚力和等效内摩擦角随着非均质度m的增大,均呈指数增大,并向均质材料逼近;高应力非均质隧洞围岩随着m的增大,裂隙网络形态变化不大,均以共轭剪切破裂为主,并伴随少量拉伸裂隙,但围岩破坏程度和裂隙扩展范围呈指数降低。

关键词：非均质岩体 Weibull分布 FDEM 破裂碎胀变形非均质度隧洞围岩

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俳句与二十四节气

读书 2024年第5期 58-63页

作者：李长声

日本发生过这样一件事：某官僚从国土交通省下凡，到气象协会当头儿，上任三把火，要制订“日本版二十四节气”。理由是中国传来的二十四节气虽然给季节的变迁添彩，但冷的时候立春，热的时候立秋，不感到“违和”（别扭）吗？孰料，此...

日本发生过这样一件事：某官僚从国土交通省下凡，到气象协会当头儿，上任三把火，要制订“日本版二十四节气”。理由是中国传来的二十四节气虽然给季节的变迁添彩，但冷的时候立春，热的时候立秋，不感到“违和”（别扭）吗？孰料，此举当即惹恼了俳人，群起反对，致使这把火未能像和式木房子失火那样呼啦烧起来。俳人们为何反对呢？原来俳句有两个最基本的原则，一是十七个音节，节奏为五七五，这是外形的限制；二是用季语，这是内容的规定。

关键词：

基于卷积滤波的谱元法在长时程波场模拟中的应用

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1832-1838页

作者：任骏声张怀周元泽张振石耀霖中国科学院大学计算地球动力学重点实验室北京 100049

地震波波场数值模拟是深入认识复杂地下介质的重要手段.谱元法兼顾了有限元方法的传统优势,并提高了数值精度和稳定性,已成为目前地震波波场数值模拟中最常用的方法之一.随着超大规模并行计算的普及和发展,高分辨模拟所需的网格尺寸越... 详细信息

地震波波场数值模拟是深入认识复杂地下介质的重要手段.谱元法兼顾了有限元方法的传统优势,并提高了数值精度和稳定性,已成为目前地震波波场数值模拟中最常用的方法之一.随着超大规模并行计算的普及和发展,高分辨模拟所需的网格尺寸越来越小,网格规模越来越大,导致长时程模拟的大步长需求越来越高,成为倍受关注的研究热点.区别于传统的保结构算法,本文采用时间频散变换对时间离散引起的误差进行补偿,并引入空间滤波用于打破CFL(Courant-Friedrichs-Lewy)条件对时间采样间隔的限制.为了克服谱元法中因为非均匀空间采样点引起的滤波频谱计算难题,本文采用空间卷积滤波替换传统频率域滤波,有效的降低了算法的计算需求.该滤波方法也适用于复杂起伏模型的波场模拟.将本文方法用于保结构算法,并针对四阶辛Nyström方法进行了测试,显著增大了四阶辛Nyström方法的时间采样步长.新方法可以有效的用于地球自由振荡的模拟以及其他需要长时程数值模拟的工作中.

关键词：长时程波场模拟卷积滤波谱元法 CFL条件数值稳定性

来源：博看期刊评论

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首山一矿深部地应力分布规律及影响因素

煤炭学报 2024年第5期49卷 2360-2375页

作者：郭德勇揣筱升张铁岗郭明生中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 中国平煤神马能源化工集团有限责任公司河南平顶山467000

为探讨平顶山首山一矿深部地应力分布规律及其影响因素,基于矿井实测地应力数据,运用构造物理学、岩石力学和数值模拟方法,研究了测点地应力类型、大小和方向分布规律,反演了地应力场分布特征,分析了埋深、岩性和地质构造对地应力的影响... 详细信息

为探讨平顶山首山一矿深部地应力分布规律及其影响因素,基于矿井实测地应力数据,运用构造物理学、岩石力学和数值模拟方法,研究了测点地应力类型、大小和方向分布规律,反演了地应力场分布特征,分析了埋深、岩性和地质构造对地应力的影响,确定了影响地应力分布的主控因素。研究表明:多元回归反演分析法获得的地应力计算值与实测值吻合,相对误差小于20%,结果可靠。矿井煤岩体处于三维压应力状态,煤层主应力关系为S_(H)>S_(V)>S_(h),地应力由矿井北部向南部呈现先增大后减小再增大的变化趋势,地应力为28~44 MPa,属于高应力水平,地应力方向为NEE向。埋深影响地应力大小和类型,随埋深增加主应力增大,应力场类型向准静水压力场过渡;岩性与地应力密切相关,从泥岩到砂岩或灰岩,地应力增大,弹性模量越大地应力越大,地层岩性的差异造成地应力大小离散分布、应力方向偏转角不超过10°;矿井地应力与埋深、弹性模量的关系可表示为σ_(H)=0.0350H+0.4681E−8.5513。地质构造是影响首山一矿地应力分布的主控因素,褶皱形态控制地应力的水平应力分布,向斜内弧应力值大于背斜内弧,且褶皱弯曲程度越大,其内弧地应力越大,应力梯度越大;断层带内应力降低、断层尖灭端应力集中,地应力方向沿着断层走向偏转,与断层走向夹角越大,应力方向偏转角越大;断层切割复式褶皱时,断层与向斜构造组合区应力值大于断层与背斜构造组合区,且断褶构造组合造成地应力方向分布紊乱。

关键词：地应力测量应力解除法构造物理首山一矿

四川博物院藏张大千集回鹘文《别译杂阿含经》残卷研究

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文献 2024年第1期 155-169页

作者：张玉丹张铁山四川博物院中央民族大学中国少数民族语言研究院

1941年3月,张大千赴敦煌莫高窟临摹历代壁画。在敦煌期间,张大千收集到一些写经残片,现藏四川博物院典藏部。在张大千记录敦煌石窟的两个工作笔记本中,夹着58件汉文、回鹘文、西夏文、藏文残片。文章介绍四川博物院藏张大千集敦煌写经... 详细信息

1941年3月,张大千赴敦煌莫高窟临摹历代壁画。在敦煌期间,张大千收集到一些写经残片,现藏四川博物院典藏部。在张大千记录敦煌石窟的两个工作笔记本中,夹着58件汉文、回鹘文、西夏文、藏文残片。文章介绍四川博物院藏张大千集敦煌写经残片的情况。从文献学角度首次刊布编号Z19-1(正面)、Z19-2(背面)这一残卷,重点对背面(Z19-2)的回鹘文进行转写,附以汉文原文,便于对照,并对全文进行注释;探讨残片的版本、译者和翻译年代。

关键词：四川博物院张大千回鹘文《别译杂阿含经》

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考虑动力学性能的高速薄壁齿轮多目标优化

吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：刘长钊宋健李峥琪张铁王磊重庆大学机械与运载工程学院重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室

为提高功率密度，航空齿轮通常做成薄腹板、薄轮缘等薄壁结构，但这会使齿轮高度柔性化，导致动力学性能下降。在高速薄壁齿轮设计中，如何平衡轻量化和动力学性能，使系统性能最优是一大难题。因此，考虑薄壁齿轮、轴和箱体等构件柔性... 详细信息

为提高功率密度，航空齿轮通常做成薄腹板、薄轮缘等薄壁结构，但这会使齿轮高度柔性化，导致动力学性能下降。在高速薄壁齿轮设计中，如何平衡轻量化和动力学性能，使系统性能最优是一大难题。因此，考虑薄壁齿轮、轴和箱体等构件柔性、齿轮6自由度以及离心力、惯性力的影响，建立了高速薄壁齿轮系统柔性多体动力学模型，并通过实验进行了验证。在此基础上，提出了基于柔性齿轮动力学的高速薄壁齿轮多目标轻量化优化设计方法。优化设计中，基于高速薄壁齿轮动力学仿真，建立了动力学性能、强度、疲劳寿命评价指标；采用参数-性能相关性分析方法，选取了影响较大的参数进行优化。最后开展了多目标轻量化设计研究，获得了相比传统设计更低振动噪声、更轻量化的高速薄壁齿轮系统。

关键词：机械设计高速薄壁齿轮柔性多体动力学参数-性能相关性分析多目标优化轻量化

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向量丛曲率正性与区域凸性和拟凸性的刻画

中国科学:数学 2024年

作者：邓富声胡金金中国科学院大学数学科学学院

本文用ā方程的L2估计给出C~n上区域拟凸性和Hermite向量丛曲率Nakano正性的等价刻画,用d方程的L2估计给出R~n上区域的凸性和Riemann向量丛曲率Nakano正性的等价刻画.这推广了第一作者和张旭俊（2021）在线丛情形的相应结果.

关键词： Hermite度量 Riemann度量 Nakano半正性最优L 估计

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一种受监督热图隧道衬砌线识别算法

工程科学与技术 2024年第4期56卷 78-87页

作者：宋恒张宜声耿天宝王东杰中国中铁四局集团有限公司管理与技术研究院安徽合肥230000

衬砌线识别作为隧道缺陷检测分析的关键步骤,长期面临检测数据解析困难问题,为突破传统解析方法的局限性,提高解析结果的准确性、鲁棒性,本文对CenterNet算法进行改进,提出了受监督热图算法的隧道衬砌线关键点识别算法。该算法主要分为... 详细信息

衬砌线识别作为隧道缺陷检测分析的关键步骤,长期面临检测数据解析困难问题,为突破传统解析方法的局限性,提高解析结果的准确性、鲁棒性,本文对CenterNet算法进行改进,提出了受监督热图算法的隧道衬砌线关键点识别算法。该算法主要分为关键点检测和曲线拟合两个阶段,包括网格分类任务、外围点监督、抗噪声扰动3种改进方法。双阶段共同训练时,在关键点检测阶段,首先,新增网格分类任务,依据分类结果监督热图拟合过程,以改进CenterNet算法对于密集关键点的热图拟合能力;其次,在训练的前10轮中额外输出一定数量外围点热图,通过外围点监督热图拟合,配合网络分类任务改进热图拟合能力。曲线拟合阶段微调训练时,对该阶段的输入加入抗噪声扰动,以缓解图像噪声干扰。为验证本文算法的改进效果,构建了隧道衬砌数据集,先验证单独使用网格分类任务、外围点监督、抗噪声扰动3种具体改进方法对衬砌线识别的影响;再通过消融实验,进一步展示3种改进方法的组合对算法识别结果的影响。实验结果表明:本文算法对比CenterNet和CornerNet算法识别效果提升明显,使用网格分类任务识别的曲线间距误差均降低约0.4个像素点;训练过程前10轮使用8~10个外围点监督模型学习,识别效果提升最大;抗噪声扰动强度σ为0.08时识别效果最佳,且抗噪声扰动强度不宜过大;此外,以上3种改进方法的任意组合均能有效提升识别效果。本文提出的受监督热图隧道雷达数据衬砌线识别算法可为工程建设领域探地雷达无损检测数据解译工作提供技术支撑。

关键词：探地雷达衬砌线检测网格分类任务外围点监督抗噪声扰动

锂离子电池硅氧碳基负极材料的制备及改性研究

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锂离子电池硅氧碳基负极材料的制备及改性研究

作者：李龙声广州大学

学位级别：硕士

锂离子电池（LIBs）是交通运输和便携式电子产品电气化的首选电源系统。在商用锂离子电池中,石墨是最常见的负极材料,然而,它的理论比容量(372 mAhg-1)是有限的。SiOC由于具有良好的热力学稳定性和较高的理论比容量,在众多负极材料之中... 详细信息

锂离子电池（LIBs）是交通运输和便携式电子产品电气化的首选电源系统。在商用锂离子电池中,石墨是最常见的负极材料,然而,它的理论比容量(372 mAhg-1)是有限的。SiOC由于具有良好的热力学稳定性和较高的理论比容量,在众多负极材料之中优势突出,但是其首次库伦效率（ICE）低、不可逆容量大和低电导率的问题阻碍了SiOC基材料的进一步应用。本文通过在SiOC基体中引入纳米Si@SiO2,大大提高了SiOC材料的ICE性能。研究了纳米Si@SiO2表面氧化层厚度和碳酸锂用量对复合材料性能的影响。此外,还详细讨论了SiOC材料的制备方法、实验条件及其微观形貌,其中各种原料和游离碳含量是主要影响因素。本文的主要研究内容如下:（1）以苯基三甲氧基硅烷为原料,通过微乳液法制备了具有球形微观形貌的SiOC前驱体,高温下热解生成无规则形貌的SiOC材料。通过控制碱性溶液的浓度得到表面氧化层厚度可控的Si@SiO2,可以减轻Si颗粒和SiOC前驱体之间的团聚现象,最终合成了一种具有缓冲体积变化的纳米结构Si@SiO2@SiOC（SSS）复合材料。结果表明采用0.1 mol L-1的Li OH制备出的SSS-0.1,其中大部分的SiOC都保持了热解前的球形形貌。该制备方法将SiOC材料的ICE从55.53%提升至SSS-0.1复合材料的68.52%。并且由SiOC作为Si@SiO2的基底,可以有效缓解Si@SiO2在充放电过程中的大体积膨胀。SSS-0.1电极在0.5 A g-1循环500圈后的比容量可达520.8 mAhg-1,对应的容量保持率是66.09%。（2）通过硅纳米颗粒和Li2CO3与SiOC的高温原位反应,首次构建了Si@SiOC@Li2Si2O5（SSL）复合材料。微观形貌表明,当掺入占前驱体质量为5%的Li2CO3时,球形硅纳米颗粒可均匀的分散嵌入于SiOC@Li2Si2O5基体中,同时纳米硅表面的氧化层转化为Li2Si2O5。掺入1%和2%的Li2CO3形成的Li2Si2O5不足以抵抗长循环下的体积膨胀,而10%的Li2CO3会致使复合材料形成多种硅酸锂,这大大降低了其可逆比容量。电化学测试结果可知:SSL-5%电极材料的ICE为72.78%,且在0.5 A g-1的电流密度下循环500次后,可逆比容量高达732.9 mAhg-1,容量保持率为91.52%。SSL-5%中硅酸锂（Li2Si2O5）层可以有效地提升复合材料的循环稳定性和ICE。此外,密度泛函理论（DFT）计算表明,SSL-5%与粘结剂聚丙烯酸（PAA）之间形成了许多O-H…O氢键和Li-O离子键,这对提高SSL-5%的循环稳定性起着至关重要的作用。（3）为了进一步得到具有高游离碳含量和纳米球微观形貌的SiOC材料,本文首次以苯基三乙氧基硅烷（Ph TES）和四乙氧基硅烷（TEOS）为原料,采用酸碱两步催化溶胶凝胶法制备了SiOC陶瓷纳米球前驱体,而后将间苯二酚和甲醛合理地引入SiOC前驱体纳米球中,经高温热解后可形成富碳SiOC@C。其中TEOS作为一种含有大量Si-O键的硅烷,与Ph TES缩合并热解可以制备出富有SiO2C2和SiO3C四面体单元的材料,这两种四面体单元结构可提供更高的可逆比容量,并且以该方法热解制备的SiOC@C为200-300 nm直径的纳米球。此外通过调控间苯二酚和甲醛缩聚物的热解温度可控制SiOC@C中的游离碳含量,进而提高SiOC@C的导电性。结果表明当热解温度为1000℃时可得到电化学性能最优的SiOC@C-2材料。SiOC@C-2电极在0.5 A g-1下循环400圈后的比容量为447.5 mAhg-1,对应的容量保持率为70.06%,且在2 A g-1的电流密度下充电比容量仍然可以达到385.8 mAhg-1。

关键词： SiOC Si@SiO2 Li2Si2O5 粘结强度高游离碳