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储氢合金反应床吸/放氢应力积聚特性与缓解优化研究

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储氢合金反应床吸/放氢应力积聚特性与缓解优化研究

作者：吴浩然山东大学

学位级别：硕士

储、运环节是高效利用氢能的关键,固态金属储氢具有质量密度比与储氢体积比大、安全性好、氢气纯度高、可逆循环性好等显著优点,有望在未来氢经济中扮演重要角色。反应床是储氢合金实现热质传递和稳定效能的核心装备,但金属循环吸放氢... 详细信息

储、运环节是高效利用氢能的关键,固态金属储氢具有质量密度比与储氢体积比大、安全性好、氢气纯度高、可逆循环性好等显著优点,有望在未来氢经济中扮演重要角色。反应床是储氢合金实现热质传递和稳定效能的核心装备,但金属循环吸放氢反应过程中其周期涨缩会产生应力积聚,致使储氢容量逐步衰减,严重时导致反应床塑变失效。当前关于储氢合金吸放氢粉化特性及其引发的应力积聚与分布特性研究相对较少。本文设计并搭建了储氢合金反应床应变在线反馈并实时监测系统,研究了固态储氢合金反应床吸放氢循环过程中的应力积聚效应,解析了影响储氢反应床应变响应和可靠性的核心关键因素,提出了一种超低速旋转低应变高填充率储氢合金反应床新思路,有效缓解了常规竖置反应床的应力积聚问题,反应床循环使用寿命获得明显改善。借助实时应变测量分析系统与双轴电阻应变片,装填100g以LaNi5为代表的稀土系合金LaNi3.9Co0.6Al0.3Mn0.2,研究反应床循环吸放氢过程中床体的应变分布特征,并探讨了床体壁厚(1mm、1.5 mm)、合金特性(LaNi5系合金片、合金颗粒)、床体放置形式(竖置、倒置)等影响;将单个吸放氢循环过程床壁的表观应变分为应变极速升高、吸氢膨胀应变增长、合金自调整应变趋稳、释氢应变回落与应变复位五个阶段;对于传统竖置反应床,径向应变值高于轴向应变值的2倍以上,演化特性差异显著;储氢合金粒度、局部装填密度或孔隙率等,对床体应变特性影响显著;合金吸放氢过程晶格涨缩诱发宏观的颗粒粒度、表面形貌、壁面应变等变化,粉化合金在重力作用下向床体下部区域逐步运动沉积,使反应床底部区域合金粒度、孔隙率、积聚程度等发生明显变化,提升局部填充比和应力发生应力积聚最终导致反应床塑变失效。为缓解常规竖置反应床内合金吸放氢过程中产生的应力积聚特性,设计了新型超低速旋转反应床。在相同床体壁厚下,调整旋转频率6 r/h,12 r/h与1 rpm进行同参数条件下的循环吸放氢对比试验并分析应变响应异同点,最终1 rpm旋转反应床循环36次,超出竖置反应床17次运行次数近2倍。定点周长测量与DIC形变分析系统监测的结果表明:新型反应床的应力积聚位置由底部向氢气进口侧偏移,明显消弱了粉化合金单向下沉积聚风险,使得粉化合金在新型反应床内实现相对较理想的漫分布,合金填充密度均匀,粉末板结现象得到改善,大幅缓解床体局部应力过大引发的塑变失效,延长反应床使用寿命。

关键词：金属储氢应力积累合金粉化与团聚旋转反应床 DIC形变分析

社会融合视角下城中村边缘空间更新策略研究——以徐州市主城区为例

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社会融合视角下城中村边缘空间更新策略研究——以徐州市主城区为...

作者：吴浩然中国矿业大学

学位级别：硕士

在我国快速城市化背景下,城市扩张使许多乡村被迫并入城市,城中村因此而诞生。在这个过程中,城乡空间不断演化发展,有些乡村融入了城市空间,使得乡村城市化,村民市民化,有些乡村空间虽然已处于城市包围之中,但依然保持了乡村的基本物质... 详细信息

在我国快速城市化背景下,城市扩张使许多乡村被迫并入城市,城中村因此而诞生。在这个过程中,城乡空间不断演化发展,有些乡村融入了城市空间,使得乡村城市化,村民市民化,有些乡村空间虽然已处于城市包围之中,但依然保持了乡村的基本物质形态与社会结构,无法融入城市之中,无论是空间层面还是社会层面都“游离”于城市之外,这即是城中村社会隔离的由来。近年来,这个问题持续受到重视。继2016年国务院《关于深入推进新型城镇化建设的若干意见》提出积极推动农业转移人口市民化,国家“十四五”规划提出“加快推动农业转移人口全面融入城市”的目标。因此,在新时代背景下社会融合成为城中村更新的重要目标。作为城中村与城市的过渡空间,城中村边缘空间本应是最有利于与城市进行信息交换的空间,但是许多城中村边缘空间存在与城市空间衔接生硬、发展停滞、环境品质低下等问题。在传统的城市更新中,往往只专注于城中村内部空间的更新改造,忽略了边缘空间的空间整治、空间联系以及城中村周边城区的物质需求。这些问题对城中村更新设计提出了新的要求。我国城镇化进程已进入中后期,在强调“以人为本”、“存量优化”背景下,探索如何把城市更新与“城—村”社会融合相结合,提高城中村居民在城市中的生活质量,推动城市高质量发展,成为研究重点。本文通过研究城中村边缘空间建成环境与社会融合的使用感受、空间活力之间的关系,明确建成环境对社会融合有影响作用的指标及其建议值,从而提出优化策略,以边缘空间的更新改造作为“触媒点”催化城中村的社会融合。首先,深入调研,总结归纳徐州市城中村的特点以及城中村边缘空间的特征;从社会融合视角把城中村边缘空间分为三类,即:隔离型、半开放型、开放型;其次,运用相关性分析,确定建成环境指标与社会融合感受、空间活力之间的相关性;运用线性回归分析,得出最有利于社会融合的建成环境取值区间,分别为长度200-400m,宽度25-55m,高宽比0-1,绿化密度2-4.5;最后,在厘清城中村边缘空间现存问题的基础上,提出城中村边缘空间优化策略,并结合三种不同类型的边缘空间进行优化更新设计。本文的完成对城中村与周边城区的社会融合和边缘空间优化更新的设计将提供有益的理论支撑和设计建议。

关键词：社会融合城中村边缘空间更新策略徐州市

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客车DCPD保险杠的设计及其工艺分析

客车DCPD保险杠的设计及其工艺分析

作者：吴浩然东北电力大学

学位级别：硕士

缺陷工程构建高质量Ag/ZnO复合SERS衬底

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缺陷工程构建高质量Ag/ZnO复合SERS衬底

作者：吴浩然浙江理工大学

学位级别：硕士

表面增强拉曼散射(SERS)光谱作为一项很有前景的新型检测技术,由于其快速、灵敏、可原位检测的特性,已被用于环境监测、食品安全、刑事侦察等多个领域。目标分子的拉曼散射信号会由于吸附在粗糙的材料表面而得到强烈增强,因此,构建高性... 详细信息

表面增强拉曼散射(SERS)光谱作为一项很有前景的新型检测技术,由于其快速、灵敏、可原位检测的特性,已被用于环境监测、食品安全、刑事侦察等多个领域。目标分子的拉曼散射信号会由于吸附在粗糙的材料表面而得到强烈增强,因此,构建高性能的SERS衬底对于发展SERS光谱极为重要。金、银、铜等贵金属作为传统的SERS衬底材料,具有强烈的局域等离激元共振(LSPR)效应,其纳米颗粒之间能够产生很强的局域电磁场,从而极大地增强待测分子的拉曼信号。但贵金属不具备催化等光电性能,限制了SERS技术的发展应用。半导体材料如Ti O、ZnO、Ni O等则具有催化、传感等各种特性,但由于表面没有LSPR效应,这一类材料对拉曼信号的增强效果较差。为了适应愈加严苛的检测要求,构建多功能的高灵敏SERS衬底势在必行。目前,构建贵金属-半导体异质结构和缺陷工程,通过电磁增强和化学增强机理的协同作用,已经成为提高半导体基SERS衬底活性的有效手段。本文通过晶种生长法、水热法等构建了两类不同结构的Ag/ZnO复合SERS衬底,进一步通过缺陷工程引入离子掺杂提升复合衬底的SERS性能和光催化降解能力。以罗丹明6G(R6G)、结晶紫(CV)等为探针分子,对两类衬底材料进行拉曼测试,结果发现均具有很高的检测灵敏度,同时也能实现对有机分子(R6G、CV)的高效光催化降解。在实际应用方面,两类衬底材料也能对福美双、三聚氰胺等有毒有害物质进行痕量检测以及光催化降解。本论文取得的主要成果为以下三个方面:1.可控制备了Ag@ZnO核壳纳米颗粒,分析了其高效的SERS活性和光催化性能基于晶种生长法制备了Ag@ZnO核壳纳米颗粒(CSNPs),并探究了反应过程中锌银比和加入抗坏血酸的量对合成CSNPs的影响,最终制备出尺寸较为均匀的CSNPs,表现出很好的SERS增强效果,对探针分子R6G的最低检测浓度可达10M。同时,该衬底还具有良好的光催化降解有机分子的能力,在氙灯的照射下,能够在70 min内完全降解CV分子。2.通过缺陷工程引入镓掺杂对Ag@ZnO CSNPs进行改性,获得了高性能的Ag@Ga-ZnO SERS衬底,解释了其增强机理在Ag@ZnO CSNPs的制备基础上,通过在反应溶液中添加镓源,并改变锌源和镓源的比例,得到了不同掺杂比例的Ag@n%Ga-ZnO CSNPs。拉曼测试结果表明Ag@2.6%Ga-ZnO CSNPs具有最好的拉曼增强效果,对R6G分子的检测极限达到10M,并且展现出长时间的稳定性,实现了对农药分子福美双的痕量检测和光催化降解。解释了此类衬底增强效果主要来自于Ag核的电磁增强和Ga掺杂的ZnO壳层与分子间电荷转移效率提高的协同作用。3.通过水热法和光沉积制备了不同掺杂元素和掺杂比例的3D ZnO/Ag复合微球,探究了掺杂对复合材料SERS性能的影响通过选择不同的前驱体和浓度比,水热合成了不同掺杂比的3D Ga-ZnO和Mg-ZnO微球。进一步通过光沉积法,直接在微球表面负载银纳米颗粒,获得了Ga-ZnO/Ag和Mg-ZnO/Ag复合衬底。系统研究了掺杂元素种类、掺杂量对衬底形貌以及SERS性能的影响,并分析了拉曼增强机理。结果表明,掺杂可以有效增强衬底的SERS活性,且Ga掺杂效果要优于Mg掺杂,6.6%Ga-ZnO/Ag复合衬底表现出最佳增强效果,可检测到10M的R6G分子,实现了对添加剂三聚氰胺的痕量检测(10M),并表现出良好的光催化降解有机分子的能力。

关键词：氧化锌缺陷工程掺杂 SERS 复合衬底

基于强化学习的复杂场景下扁平类桌面物体的滑动抓取策略研究

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基于强化学习的复杂场景下扁平类桌面物体的滑动抓取策略研究

作者：吴浩然中国科学技术大学

学位级别：硕士

机械臂抓取是高级机器人操作系统中最为重要的基本技能。完整的机器人抓取系统涉及到机构学、图像处理、路径规划等诸多技术。在工业场景下,机器人抓取系统默认待抓取物体是存在抓取位姿。但在室内桌面的抓取场景中,受限于物体尺寸、形... 详细信息

机械臂抓取是高级机器人操作系统中最为重要的基本技能。完整的机器人抓取系统涉及到机构学、图像处理、路径规划等诸多技术。在工业场景下,机器人抓取系统默认待抓取物体是存在抓取位姿。但在室内桌面的抓取场景中,受限于物体尺寸、形状以及机械臂末端夹爪结构等问题。常用的二指电动夹爪无法直接抓取包装盒、圆盘、卡片等扁平类物体。然而机器人可通过滑、拽等预操作调整物体的位置与方向,使之存在抓取姿态。但由于环境和抓取流程不确定,调整物体姿态需要复杂的判定条件,因此研究通用夹爪在此类场景的抓取策略是必要的。另外,在面对一些复杂场景中的桌面抓取任务,存在物体形状不确定性、物体数目不确定性、物体位置不确定性和物体摩擦不确定,使得无法用准确数学模型描述抓取环境,从而让基于模型的抓取算法难以胜任。根据上述问题,本论文主要研究物体姿态估计以及扁平物体的预抓取策略。从视觉以及抓取决策出发。提出通过强化学习方法让机器人学习滑动预抓取操作,并针对智能体在稀疏任务场景中样本使用效率差、模型难以收敛等问题提供如下三个创新方法。(1)本论文针对桌面物体姿态不确定性,提供一种鲁棒的四自由度物体姿态检测算法。使用图像特征检测物体表面纹理,并制作相应图像模板。根据桌面物体的平面约束特性,设计一种可靠的仿射估计策略计算物体的单应性关系。通过深度相机以及最小化重投影算法,实现对桌面级物体的四自由度姿态估计,为后续抓取环节提供一种稳定且可靠的姿态估计值。(2)为了解决放置在桌面的扁平物体不具备抓取条件的问题,本论文使用MuJoCo仿真器针对上述问题搭建虚拟环境,通过基于最大动作熵的强化学习实现滑动抓取流程。针对连续控制问题的稀疏性,提出了逆向区域学习以及成功轨迹激励算法,解决智能体在探索前期时正负样本不均衡问题,并在基准测试和消融实验环节中,证明本论文提出两种算法的有效性。(3)本论文提出了一种在混合动作空间的强化学习训练策略以解决在杂乱场景中从桌面抓取目标物体的问题,并让智能体学习权衡目标与其他物体碰撞带来的影响;针对状态空间维度过高,使用课程学习以及状态解耦器,让智能体逐步适应高维状态空间。在仿真实验对照中,与现有混合动作策略相比,本论文算法能以较少的训练回合获得更高的抓取成功率;通过搭建多目标桌面物体抓取平台,证明从仿真环境中训练的策略可被迁移到现实场景。并在泛化性实验中,证明算法在更高维度的状态空间仍然有效,且抓取策略可以泛化到不同形状、不同数量和不同摩擦系数的桌面物体。

关键词：四自由度物体姿态估计机械臂预抓取强化学习混合动作空间

功能表现优化的Lenke1型青少年特发性脊柱侧凸仿真三维有限元模型构建及矫形代偿模型的初步探索

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功能表现优化的Lenke1型青少年特发性脊柱侧凸仿真三维有限元模型...

作者：吴浩然中国人民解放军海军军医大学

学位级别：硕士

【背景】青少年特发性脊柱侧凸（adolescent idiopathic scoliosis,AIS）是一种涉及三维平面的脊柱畸形,对患者身心健康影响巨大。基于我国人口,患者的数量惊人。由于病因不明,目前尚无有效的预防措施,对于中重度AIS手术矫形是唯一有效... 详细信息

【背景】青少年特发性脊柱侧凸（adolescent idiopathic scoliosis,AIS）是一种涉及三维平面的脊柱畸形,对患者身心健康影响巨大。基于我国人口,患者的数量惊人。由于病因不明,目前尚无有效的预防措施,对于中重度AIS手术矫形是唯一有效的治疗方式。考虑到患者术后生活质量,手术会尽量缩短固定节段以尽可能保留脊柱运动功能,常主要融合主弯或结构性弯,次弯则多依靠躯体的自发代偿,由于次弯代偿因人而异难以预测,术后失代偿如远端附加现象（adding-on phenomenon）时有发生。这既影响了手术疗效,又增加了患者的痛苦和经济负担。因此,对次弯代偿行为的预先评估对于矫形手术策略制定、融合节段选择非常重要。目前临床实践中主要根据患者术前的影像学检查评估侧凸的柔韧性从而间接判断次弯的代偿能力,术者只能定性凭经验预估而决定手术策略。由于每名患者的脊柱代偿特性各异,难以套用普适的矫形原则,需要结合患者脊柱特点进行个性化的策略制定。随着计算机技术的发展及有限元法模拟的成熟,可以建立与患者脊柱形态表现一致的个体化模型,但其力学行为表现与真实个体存在差异,难以满足手术模拟的需要。【目的】在课题组前期建立的1例Lenke1BN型AIS患者有限元模型基础上,结合患者仰卧侧屈位片,尝试给予不同节段椎间盘不同的材料赋值,使模型更符合患者脊柱个体化功能表现。在优化模型上进行矫形代偿模拟,探索建立矫形代偿模型,并与术后3天的X片比对。在优化模型上计算机模拟不同下融合椎（Lower Instrumented Vertebrae,LIV）选择下的矫形手术,研究不同LIV选择下次弯代偿表现及未融合部分各节段应力,分析Adding-on现象发生的生物力学基础,为术后预防Adding-on现象提供参考依据和理论支持。【方法】1.课题组前期已经通过个体化动态生物力学在体反应曲线,统一调整椎间盘材料赋值,在传统符合形态学的模型基础上,构建了纵向负荷加载上能准确模拟实体反应特征的Lenke1BN型AIS有限元模型。现于原模型基础上,尝试给予不同节段椎间盘不同的材料赋值,探索调整合理配置,使模型功能表现与患者仰卧侧屈位片相符,从而更接近患者脊柱个体化功能表现,满足下一步置钉矫形模拟需要。2.参照实际手术方案,在优化模型上行T6-L2模拟矫形,探索术后代偿模型的构建。验证代偿模型有效性,模拟不同LIV选择方案的术后次弯代偿表现,分析不同LIV选择下未融合次弯各节段应力。【结果】1.通过探索配置,得到匹配度最高的椎间盘材料赋值为:A1（T2-T7纤维环）:弹性模量110MPa,松泊比0.3,A2（T7-L1纤维环）:弹性模量32.5MPa,松泊比0.3;A3（L1-L4纤维环）:弹性模量7.5MPa,松泊比0.3。2.模拟矫形代偿过程中,设定工况为L5椎体固定,上下融合椎T7与L2在Z轴上限制旋转时,与术后仰卧侧屈位片（Supine Bending Film,SB）拟合最佳。三种LIV选择情况下,从远端到近端未融合椎间盘最大应力逐渐增大,当LIV选择在端椎L1时,L1/2的椎间盘最大应力高于L2/3椎间盘最大应力80%以上,当LIV选取在端椎下方椎体L2、L3时,未融合节段近端与远端椎间盘每节的应力差别在20%左右。【结论】1.本研究成功建立一例Lenke1 BN型AIS患者全脊柱仿真有限元模型,并通过个性化调整不同部位的椎间盘材料赋值,与患者的术前仰卧侧屈位片进行了功能表现拟合。经过形态学、主弯次弯Cobb角度及各椎体中心位置验证,表明该模型可以仿真模拟患者脊柱的实际功能表现,能够满足后期矫形模拟实验要求。2.优化模型可以反映患者个体脊柱功能表现,可模拟矫形代偿表现。术后未融合部分各节段椎间盘应力由远端向近端呈现逐渐增大趋势,且LIV选择在端椎时,未融合节段近端第一个椎间盘承受应力明显高于下一个远端椎间盘,当LIV选择在端椎下方椎体时此现象消失,一定程度解释了对Adding-on现象发生的生物力学机制。

关键词：青少年特发性脊柱侧凸自发代偿有限元法生物力学

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植被区域浑水水流阻力及水动力特性试验研究

植被区域浑水水流阻力及水动力特性试验研究

作者：吴浩然华北水利水电大学

学位级别：硕士

近年来,流经植被的水流的研究正成为各界学者关注的重点。由于植被的存在,植被区域水流的运动特性与一般明渠流不同;受植被阻滞影响,水流阻力也将明显增加。并且在真实情况下的水流一般为浑水,含沙量相对较高,所以对于植被区域水动力特... 详细信息

近年来,流经植被的水流的研究正成为各界学者关注的重点。由于植被的存在,植被区域水流的运动特性与一般明渠流不同;受植被阻滞影响,水流阻力也将明显增加。并且在真实情况下的水流一般为浑水,含沙量相对较高,所以对于植被区域水动力特性和阻力特性的研究就更为复杂。例如黄河下游漫滩洪水在有植被的地区发生后,其水动力特性及滩区阻力特性难以确定。本文首先对当前含植被水流运动特性、植被阻力特性以及水流含沙量沿垂线分布的国内外研究现状进行梳理和总结,其次介绍试验装置和流程,明确试验的水流和泥沙条件,以模型玉米作为典型植被,开展水槽试验,进行植被区域水动力特性及阻力特性的研究。主要研究成果如下:(1)植被区域内的流速分布为“S”型,在受植被影响较小的区域内为“J”型。相对于无植被工况而言,在沿横向两侧均有植被存在的区域水流时均流速更大。植被区域淤积厚度的变化对流速分布有影响,植被淤积厚度越大,流速沿垂向分布的梯度就越大。(2)雷诺应力在紊流核心区呈线性分布,在粘性区呈对数分布;受植被的影响,雷诺应力在近床面区域出现负值。当植被处于非淹没状态时,雷诺应力沿垂向呈现对数分布,随y/H的增加而增加;植被处于淹没状态时,雷诺应力分布存在较为明显的断层现象,其分布规律大致呈现“S”型。(3)位于植被下游侧的水流紊动强度最大值出现在植被的枝叶区,其他测线的水流紊动强度最大值出现在近底面区域,水流紊动强度最大值与流量呈正相关。(4)对浑水条件下植被阻力特性进行试验研究,结果表明植被拖曳力系数C、植被糙率n、达西-魏斯巴赫阻力系数f均与随着水流雷诺数Re、弗汝德数Fr的增加而呈对数型减小。将以上阻力系数和水流系数建立对数拟合,拟合结果的相关系数较高,结论较为可信。(5)对植被区域水流含沙量沿垂线的分布进行了试验研究,结果显示植被上游侧的水流含沙量分布属于Ⅱ型,而植被区域和植被下游侧的水流含沙量分布属于Ⅲ型。位于植被区域水流的平均含沙量最大,植被上游侧的次之,植被下游侧的最小。

关键词：含植被浑水紊动特性植被阻力特性垂线含沙量分布水槽试验

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改进粒子群优化算法及应用

改进粒子群优化算法及应用

作者：吴浩然合肥工业大学

学位级别：硕士

“苍深渊穆,奇伟瑰丽”——论张大千绘画风格

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美术教育研究 2023年第1期 14-16页

作者：吴浩然江苏省美术馆

综观张大千的绘画艺术,他在传统国画的基础上将泼墨泼彩推向了新的高度,用绘画阐明民族的才是世界的,使东西方艺术在其绘画创作中圆融共通。在中国现代艺术史上,张大千的泼墨泼彩山水是中国画走向现代不可忽视的关键点,他的绘画风格随... 详细信息

综观张大千的绘画艺术,他在传统国画的基础上将泼墨泼彩推向了新的高度,用绘画阐明民族的才是世界的,使东西方艺术在其绘画创作中圆融共通。在中国现代艺术史上,张大千的泼墨泼彩山水是中国画走向现代不可忽视的关键点,他的绘画风格随着时间的沉淀而改变,不断探索艺术的更高境界,其艺术造诣出神入化。从张大千的绘画作品中,人们可以看出一代绘画大师对中国传统绘画艺术不断开拓创新、与时俱进的进取精神和宝贵品格。

关键词：张大千生平经历传统国画艺术风格泼墨泼彩