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数据驱动储能电池新材料的筛选和设计

中国科学：技术科学 2024年第4期54卷 584-600页

作者：张奇彭超薛冬峰中国科学院深圳先进技术研究院多尺度晶体材料研究中心深圳518055

数据驱动新材料产业发展是第四研究范式促进材料创新,加快材料应用的多学科多领域交叉融合的技术热点.机器学习(machine learning, ML)作为一种重要的数据驱动方法,其结合第一性原理计算在材料科学、化学、物理学和计算机等跨学科领域... 详细信息

数据驱动新材料产业发展是第四研究范式促进材料创新,加快材料应用的多学科多领域交叉融合的技术热点.机器学习(machine learning, ML)作为一种重要的数据驱动方法,其结合第一性原理计算在材料科学、化学、物理学和计算机等跨学科领域展现出巨大的优势,为储能电池新材料的快速发展带来了新的机遇.为帮助研究人员了解这一新兴领域,本文系统地详述了高通量计算筛选和ML在储能电池材料研究中的最新进展,概括和总结了目前国内外应用较为广泛的在线材料数据库,举例介绍了新数据库的多层次构建,分析了目前数据采集方面的一些难点.论文进一步介绍了ML方法在高通量计算筛选、材料性质预测、材料结构与电化学性能构效关系研究和材料设计方面的应用实例,最后分析讨论了当前ML在储能电池领域面临的一些挑战,并展望了该领域的前沿研究.

关键词： ML 储能电池高通量计算筛选

框架-核心筒结构中支承楼面梁的连梁抗震性能研究

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建筑结构学报 2024年第10期45卷 78-86页

作者：虞终军王建峰段炼同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司上海200092

为得到适用于工程应用的连梁数值模拟方法,基于OpenSees平台提出了一种考虑截面剪切非线性的适用于不同跨高比的钢筋混凝土连梁模拟方法,并通过试验结果验证了模拟方法的准确性。计算了实际工程中连梁承担的集中力取值范围,结果显示楼... 详细信息

为得到适用于工程应用的连梁数值模拟方法,基于OpenSees平台提出了一种考虑截面剪切非线性的适用于不同跨高比的钢筋混凝土连梁模拟方法,并通过试验结果验证了模拟方法的准确性。计算了实际工程中连梁承担的集中力取值范围,结果显示楼面梁传递到连梁上的集中力相比连梁自身的受剪承载力较小,通常仅占5%~10%。提出了支承楼面梁的连梁有限元分析模型,并通过对不同跨高比的连梁在不同集中力作用下的低周反复加载数值分析,研究了滞回曲线、刚度退化和耗能能力等抗震性能。结果表明:连梁跨中受集中力后等效刚度减小且减小的比例与集中力大小及加载位移角相关;连梁跨中承受集中力后,随着加载位移角增大,滞回环面积变化比例呈现出先增大后减小的规律;滞回环面积减小比例与集中力大小及加载位移角相关,集中力、加载位移角越大,滞回环面积减小比例越大;总体上,集中力对连梁的能量耗散系数影响不大;当连梁跨中承受的集中力为受剪承载力的10%且加载位移角为4.0%时,等效刚度减小为跨中不受力连梁的82%,滞回环面积减小为跨中不受力连梁的89%,能量耗散系数基本不变。

关键词：钢筋混凝土连梁剪切非线性 OpenSees 数值模拟抗震性能

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主动可调谐压电超材料梁的宽带振动抑制优化

Acta Mechanica Sinica 2024年第3期40卷 202-213页

作者：高玉强王立峰 State Key Laboratory of Mechanics and Control for Aerospace Structures Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjing 210016China

压电超材料在带隙调控方面已经得到了广泛的应用,然而,在工程应用中,宽带振动抑制是仍存在着挑战.在本文中,设计了一中包含多个压电单元的压电超胞结构,并提出一种压电超材料梁的优化方法用于拓宽超材料振动抑制的频率范围.采用遗传算... 详细信息

压电超材料在带隙调控方面已经得到了广泛的应用,然而,在工程应用中,宽带振动抑制是仍存在着挑战.在本文中,设计了一中包含多个压电单元的压电超胞结构,并提出一种压电超材料梁的优化方法用于拓宽超材料振动抑制的频率范围.采用遗传算法对压电单元中的LR分流电路进行优化.通过优化将多个局部共振带隙耦合到布拉格带隙中.同时可定制超材料的衰减常数,并优化得到最大带宽.为验证优化方法的正确性以及宽频振动抑制能力,利用合成电路模拟LR电路中的可调电感,通过调节电感,实验实现了可调节的振动抑振能力.实验结果还表明,优化后的超材料可拓宽振动抑制频率范围.实验验证了超材料宽频可调节的振动抑振能力.本文为宽带振动抑制提供了一种新的方法和途径.

关键词： Optimization Broadband vibration suppression Piezoelectric metamaterial Tunable bandgap

基于改进YOLOv5的鱼眼图像目标检测算法

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第6期51卷 29-39页

作者：韩彦峰任奇肖科重庆大学机械与运载工程学院重庆400044

针对自动驾驶场景下车载鱼眼相机采集到的图像存在畸变严重、场景复杂、尺度变化剧烈、小目标多以及传统的目标检测模型的检测精度不高的问题,提出了一种基于YOLOv5s改进的鱼眼图像检测模型YOLOv5s-R.首先,为解决小目标难识别的问题,提... 详细信息

针对自动驾驶场景下车载鱼眼相机采集到的图像存在畸变严重、场景复杂、尺度变化剧烈、小目标多以及传统的目标检测模型的检测精度不高的问题,提出了一种基于YOLOv5s改进的鱼眼图像检测模型YOLOv5s-R.首先,为解决小目标难识别的问题,提出随机裁剪多尺度训练的数据增强方法,该方法优于消融实验所得的最优数据增强方法.其次,为了提高模型的检测精度,在网络头部添加置换注意力机制与轻量化解耦头,增强模型对特征的提取能力与识别能力,并抑制噪声干扰.最后,模型额外增加角度预测项,实现旋转框目标检测.通过构建环形标签并用高斯函数对标签平滑,解决了旋转框角度的周期性问题;又对损失函数进行了优化,提出了RIOU,在CIOU的基础上增加角度惩罚项,提高了回归精度并加快了模型的收敛.实验结果表明,提出的YOLOv5s-R模型在WoodScape数据集上取得良好的检测效果,相比于原始的YOLOv5s模型,mAP@0.5、mAP@0.5∶0.95分别提升了6.8%、5.6%,达到82.6%、49.5%.

关键词： YOLOv5s 自动驾驶鱼眼图像旋转框目标检测

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迎采对掘巷道密集孔卸压及分段控制技术研究

矿业安全与环保 2024年第3期51卷 137-143页

作者：邸旭峰国能神东煤炭集团有限责任公司陕西榆林719315

针对炭窑坪煤矿坚硬顶板迎采对掘巷道变形破坏严重、难以维护等问题,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,分析了该类巷道围岩的垂直应力动态演化规律,揭示了动静载叠加扰动效应下巷道围岩变形破坏机理,提出了“密集孔切顶卸压及分段控... 详细信息

针对炭窑坪煤矿坚硬顶板迎采对掘巷道变形破坏严重、难以维护等问题,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,分析了该类巷道围岩的垂直应力动态演化规律,揭示了动静载叠加扰动效应下巷道围岩变形破坏机理,提出了“密集孔切顶卸压及分段控制”技术。结果表明:迎采对掘巷道的垂直应力分布在走向上呈现3个阶段,即起始阶段(超前工作面50 m以外)、快速升高阶段(超前工作面50 m至滞后150 m范围内)、稳定阶段(滞后工作面150 m以外);迎采对掘巷道变形破坏原因为采空区大面积悬顶产生的侧向支承压力与邻近工作面采动产生的动载相互叠加作用;提出的“密集孔切顶卸压及分段控制”技术具体为在工作面煤柱侧顶板布置直径65 mm、深度18 m、孔间距400 mm的密集钻孔,在工作面采动影响下,钻孔间塑性区导通,主动控制基本顶断裂位置。实践表明,采用密集孔卸压及分段控制技术对类似巷道围岩稳定性控制具有指导意义。

关键词：迎采对掘巷道采动影响密集孔卸压数值模拟分段控制

基于土地利用/覆被动态变化的粤港澳大湾区碳储量评价与预测

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环境科学 2024年第4期45卷 2321-2331页

作者：郑慧玲郑辉峰中国海洋大学海洋地球科学学院青岛266100 中国人民解放军93617部队北京101400

土地利用/覆被变化会增加区域碳储量或引发碳损耗,进而影响全球气候.研究湾区土地利用与碳储量变化的影响机制,对区域生态系统保护及社会经济可持续发展具有重要意义.基于InVEST模型和PLUS模型,分析了粤港澳大湾区土地利用与碳储量的动... 详细信息

土地利用/覆被变化会增加区域碳储量或引发碳损耗,进而影响全球气候.研究湾区土地利用与碳储量变化的影响机制,对区域生态系统保护及社会经济可持续发展具有重要意义.基于InVEST模型和PLUS模型,分析了粤港澳大湾区土地利用与碳储量的动态变化特征及影响机制,进一步模拟预测了2030年3种发展情景(自然趋势情景、建设用地优先情景和生态优先情景)下土地利用类型变化对碳储量的影响.结果表明:(1)2000~2020年粤港澳大湾区的耕地(减少5.38%)和建设用地(增加8.68%)变化最显著,其余用地类型的变化较小.林地作为大湾区的主要用地类型,同样也是重要的碳库,空间上集中分布于东、北、西三面的台地和丘陵地区,碳储存低值区集中于中部平原,以建设用地为主.(2)受不同用地类型相互转化的影响,粤港澳大湾区的碳损失了20.12×10^(6) Mg.耕地和林地面积的减少以及建设用地面积的增加是碳损耗的主要原因.(3)模拟研究发现生态保护措施将有效提高区域碳储量.具体来说,当耕地、林地和草地向建设用地的转化减少20%,湿地和水体向建设用地的转化减少30%时(生态优先情景),区域碳储量可增加2.58×10^(6) Mg.研究结果可以为土地利用和城市发展规划的制定提供理论依据,促进粤港澳大湾区“碳达峰碳中和”目标的实现.

关键词：土地利用/覆被(LULC) 碳储量 InVEST模型 PLUS模型粤港澳大湾区(GBA)

基于注意力机制优化的BiLSTM珠江口水质预测模型

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环境科学 2024年第6期45卷 3205-3213页

作者：陈湛峰李晓芳广东省生态环境监测中心广州510308

为提高珠江口水质预测精度和稳定性,提出了基于时间和特征双注意力机制优化的Bi LSTM水质预测模型,引入特征注意力机制强化模型捕获参数重要特征能力,加入时间注意力机制提高对时间序列相关性信息及水质波动细节信息的挖掘能力.将新模... 详细信息

为提高珠江口水质预测精度和稳定性,提出了基于时间和特征双注意力机制优化的Bi LSTM水质预测模型,引入特征注意力机制强化模型捕获参数重要特征能力,加入时间注意力机制提高对时间序列相关性信息及水质波动细节信息的挖掘能力.将新模型应用于珠江8个入海口水质预测,开展预测性能试验、泛化能力试验和特征参数扩展性试验.结果表明:①新模型在珠海大桥水质预测取得了较高的预测精度,预测值与实测值的均方根误差RMSE为0.0041 mg·L^(-1),决定系数R^(2)为98.3%.与Multi-Bi LSTM、Multi-LSTM、Bi LSTM和LSTM对比,表明新模型预测精度最高,验证了模型的精准性.②训练样本数量和预测步数均对模型预测精度产生影响,模型预测精度随着训练样本的增加而提升,海珠大桥断面总磷预测时,240组以上训练样本可获得较高预测精度;增加预测步数,会使模型预测精度迅速下降,预测步数大于5步时无法保障模型预测的可靠性.③将新模型应用于珠江8个入海口不同水质指标预测,预测结果均取得较高精度,模型具有较强的泛化能力;输入对象断面预测指标相关联的上游来水、降雨量等特征参数,能够提高模型预测精度.通过多方面多次试验,结果表明新模型能够较好地满足珠江口水质预测精度、适用性和扩展性要求,为复杂水动力环境水体水质高精度预测进行了新的探索.

关键词：特征注意力机制时间注意力机制 BiLSTM模型 LSTM模型珠江口水质预测

数据注入攻击下ICPS的自适应事件触发弹性控制

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控制理论与应用 2024年第5期41卷 866-874页

作者：薛威峰孙子文江南大学物联网工程学院江苏无锡214122 物联网技术应用教育部工程研究中心江苏无锡214122

为使工业信息物理系统(ICPS)抵御数据注入攻击,本文研究了事件触发弹性控制策略,采用自适应事件触发以减少通信资源,构建攻击估计器以降低攻击对系统性能的影响.通过H∞渐近稳定性准则推导估计器参数,采用Lyapunov-Krasovskii函数推导... 详细信息

为使工业信息物理系统(ICPS)抵御数据注入攻击,本文研究了事件触发弹性控制策略,采用自适应事件触发以减少通信资源,构建攻击估计器以降低攻击对系统性能的影响.通过H∞渐近稳定性准则推导估计器参数,采用Lyapunov-Krasovskii函数推导事件触发、数据注入攻击、网络延迟和弹性控制器之间的定量关系.以二自由度质量–弹簧–阻尼串联系统为被控对象, MATLAB仿真验证基于自适应事件触发的ICPS在数据注入攻击下的系统性能,结果表明所采取策略能保证系统的稳定性,并有效减少通信资源.

关键词： ICPS 数据注入攻击自适应事件触发弹性控制

顾及观测空间信息的CPⅢ网多维粗差可区分能力分析

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西南交通大学学报 2024年第3期59卷 670-676,711页

作者：闫广峰岑敏仪内江师范学院地理与资源科学学院四川内江641100 西南交通大学地球科学与环境工程学院四川成都611756

高铁轨道控制网(CPⅢ网)是一个自由测站、自动观测的边角同测后方交会测量网,其观测值间的粗差可区分性除了与控制网设计空间有关外,还会受到全站仪自动观测等观测空间因素的影响.为此,在由粗差判断方程得到CPⅢ网多维观测值粗差可区分... 详细信息

高铁轨道控制网(CPⅢ网)是一个自由测站、自动观测的边角同测后方交会测量网,其观测值间的粗差可区分性除了与控制网设计空间有关外,还会受到全站仪自动观测等观测空间因素的影响.为此,在由粗差判断方程得到CPⅢ网多维观测值粗差可区分能力的设计空间相关关系基础上,考虑CPⅢ网数据采集中全站仪自动观测特点,引入观测值时序相关性,将观测值间的可靠性关系由传统只考虑设计空间影响扩展到综合评价设计空间和观测空间影响,挖掘得到符合CPⅢ网测量实际的多维粗差可区分能力的规律;然后,采用蒙特卡罗方法验证顾及观测空间信息的CPⅢ网多维粗差可区分能力的正确性.研究结果表明:CPⅢ网观测值可靠性会受到观测空间的影响,在粗差探测实践中应予以考虑;CPⅢ网中每个测量边观测值均有粗差发现与定位能力;观测同一个目标点的3个测量边中最多可发现并定位1个测量边中的2个粗差;当测站点无错误时,1个测站观测n个目标点的n个测量边中,最多可以发现并定位└n/2┘个测量边中的2└n/2┘个粗差.

关键词：高速铁路轨道控制网观测空间时序相关性粗差判断方程