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基于相变材料超表面的多功能切换研究进展

真空科学与技术学报 2024年第5期44卷 377-387页

作者：韩卓轩胡莎顾长志樊志琴河南工业大学理学院郑州450001 北京凝聚态物理国家研究中心、中国科学院物理研究所北京100190

超表面是一种由亚波长单元结构组成的人工材料,可实现对电磁波的振幅、偏振、相位、传播模式等属性的灵活、有效调控,因此近年来备受关注。但大多数超表面的功能是静态的,无法实现对电磁波的动态调控。相对于静态超表面,可重构超表面可... 详细信息

超表面是一种由亚波长单元结构组成的人工材料,可实现对电磁波的振幅、偏振、相位、传播模式等属性的灵活、有效调控,因此近年来备受关注。但大多数超表面的功能是静态的,无法实现对电磁波的动态调控。相对于静态超表面,可重构超表面可在不改变超表面结构设计的前提下,通过不同的外部激励,实现光学功能的主动切换。文章综述了基于相变材料的可重构超表面在多功能切换方面的研究进展,分别从相变材料作为超表面的单元结构、薄膜、嵌入结构间隙以及可编程这四种超表面构型,详细介绍了多功能切换超表面的设计原理及应用,最后总结并且展望了相变材料超表面未来的发展方向和应用前景。

关键词：超表面相变材料动态调控多功能切换

隔板对液体火箭发动机燃烧室声学模态特性的影响

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航空动力学报 2024年第4期39卷 234-243页

作者：张泽昊樊志伟董立宝何博聂万胜航天工程大学宇航科学与技术系北京101416

通过采用声学有限元法,求解带有平均流源项的亥姆霍兹方程,进而在考虑燃烧室高温、平均流场因素基础上分析了隔板结构参数对液体火箭发动机燃烧室声学模态特性影响规律。结果表明:增加隔板数目或长度,均会降低燃烧室1阶切向模态的特征频... 详细信息

通过采用声学有限元法,求解带有平均流源项的亥姆霍兹方程,进而在考虑燃烧室高温、平均流场因素基础上分析了隔板结构参数对液体火箭发动机燃烧室声学模态特性影响规律。结果表明:增加隔板数目或长度,均会降低燃烧室1阶切向模态的特征频率;存在最佳隔板数目4,使燃烧室1阶切向模态阻尼率最大;而隔板长度越长,1阶切向模态声压波腹的分布面积越小,阻尼率越大;隔板型式对燃烧室1阶切向模态特性影响较小。

关键词：隔板液体火箭发动机燃烧室声学模态特性亥姆霍兹方程

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基于同步动态优化的移动机器人最优速度规划

浙江大学学报(工学版) 2024年第8期 1556-1564页

作者：樊志伟贾凯张雷邹风山杜振军刘明敏中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室中国科学院机器人与智能制造创新研究院中国科学院大学沈阳新松机器人自动化股份有限公司

针对移动机器人在实际运动中受到运动极限的制约及非完整约束的影响，导致难以兼顾运动效率与执行器跟踪性能的问题，提出基于同步动态优化的速度规划方法.建立基于最优控制的速度规划方案，综合考虑机器人的车轮物理约束及车体规则约束... 详细信息

针对移动机器人在实际运动中受到运动极限的制约及非完整约束的影响，导致难以兼顾运动效率与执行器跟踪性能的问题，提出基于同步动态优化的速度规划方法.建立基于最优控制的速度规划方案，综合考虑机器人的车轮物理约束及车体规则约束.提取约束生成器中的1、2阶约束，根据可达性分析，通过线性规划过程，递推得到参考轨迹，为数值优化提供初始猜测.考虑约束生成器中的3阶约束，采用约束松弛方法，通过基于内点法的同步迭代优化，得到最优配速方案.通过数值及仿真实验验证了以上算法，实验结果表明，移动机器人在运动效率上可以达到车轮物理极限或车体规则极限，在执行器跟踪性能上可以将路径位置误差减小20%以上，保证了运动过程平稳光滑.

关键词：移动机器人速度规划加加速度约束同步动态优化可达性分析

基于双辊铸轧工艺下Cu-3.2Ni-0.75Si合金凝固组织和析出行为研究

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特种铸造及有色合金 2024年

作者：赵丹贾飞张雷程战樊志斌纠永涛中国机械总院集团宁波智能机床研究院有限公司新型钎焊材料与技术国家重点实验室郑州机械研究所有限公司清华大学机械工程系宁波中机松兰刀具科技有限公司

采用双辊铸轧和普通熔铸制备了Cu-3.2Ni-0.75Si合金，研究了双辊铸轧工艺对合金凝固组织、析出行为和力学性能的影响规律。结果表明，双辊铸轧工艺可显著细化合金凝固组织，相较于铸锭毫米级的晶粒尺寸，铸带边部的晶粒尺寸约为180 μm... 详细信息

采用双辊铸轧和普通熔铸制备了Cu-3.2Ni-0.75Si合金，研究了双辊铸轧工艺对合金凝固组织、析出行为和力学性能的影响规律。结果表明，双辊铸轧工艺可显著细化合金凝固组织，相较于铸锭毫米级的晶粒尺寸，铸带边部的晶粒尺寸约为180 μm×120 μm，心部细小等轴晶的尺寸约为15 μm。铸锭和铸带经同等工艺冷轧和时效后，前者析出相呈圆片状聚集分布，直径约80 nm；后者析出相呈棒状和圆片状弥散分布，圆片状直径约25 nm，棒状的长度约70 nm；结合能谱分析，确认圆片状析出相为δ-Ni2Si，棒状析出相为β-Ni3Si。时效处理后，铸锭和铸带的抗拉强度、硬度（HV）和电导率分别为487 MPa、172、20.764 MS/m和569 MPa、213、26.970 MS/m。

关键词： Cu-3.2Ni-0.75Si合金双辊铸轧冷轧时效处理力学性能

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水轮机顶盖螺栓预紧力的非线性超声检测研究

水电能源科学 2024年 165-168+173页

作者：樊志远邢涛赵飞翔徐敏玉东北林业大学机电工程学院

水轮机顶盖螺栓服役时承受复杂载荷的作用易发生安全事故，因此对顶盖螺栓的预紧力检测已成为保障水轮机安全运行的必备手段。针对目前尚缺少顶盖螺栓超声应力检测仿真、轴向应力分布对检测的影响等问题，引入有效应力系数并提出螺栓预... 详细信息

水轮机顶盖螺栓服役时承受复杂载荷的作用易发生安全事故，因此对顶盖螺栓的预紧力检测已成为保障水轮机安全运行的必备手段。针对目前尚缺少顶盖螺栓超声应力检测仿真、轴向应力分布对检测的影响等问题，引入有效应力系数并提出螺栓预紧力的非线性超声检测方法。即首先建立顶盖螺栓的应力超声检测有限元模型，通过静态分析得到螺栓的轴向应力分布特征及预紧力和夹持距离对分布特征的影响，从而得到有效应力系数的表达式；再通过不同预紧力下的超声波传播的仿真，标定有效应力系数；最后使用标定公式进行螺栓预紧力试验，测量结果误差在±4%以内，证明了该顶盖螺栓预紧力超声检测方法的可靠性。

关键词：顶盖螺栓有效应力系数非线性超声波

小波包和1D CNN结合的刀具磨损状态识别

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机械设计与制造 2024年

作者：杨斌樊志刚王建国刘文婧内蒙古科技大学机械工程学院内蒙古自治区机电系统智能诊断与控制重点实验室

为监测机床切削加工过程中刀具的非线性磨损变化，提出了一种基于小波包分解和一维卷积神经网络（1D CNN）的刀具磨损状态识别方法。采集机床主轴振动数据作为监测信号，采用经信噪比定量分析后的小波包进行预处理，然后选取小波包分解... 详细信息

为监测机床切削加工过程中刀具的非线性磨损变化，提出了一种基于小波包分解和一维卷积神经网络（1D CNN）的刀具磨损状态识别方法。采集机床主轴振动数据作为监测信号，采用经信噪比定量分析后的小波包进行预处理，然后选取小波包分解后各频带的能量特征作为1D CNN的输入，实现了对刀具磨损状态的有效识别。实验表明，该模型能够实现刀具磨损状态的准确预测，相比于BP网络、能量频谱图-Alexnet和Lstm网络模型，刀具磨损状态识别率最优，平均准确率达到98.262%。

关键词：刀具磨损振动信号小波包分解卷积神经网络

氮肥减施对青贮玉米豆科饲草间作系统水分利用特征的影响

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作物学报 2024年

作者：桑会哲王超樊志龙殷文范虹何蔚胡发龙柴强省部共建干旱生境作物学国家重点实验室/甘肃农业大学农学院

针对河西绿洲灌区青贮玉米氮肥投入高、水分利用效率低等问题，本研究在减氮条件下，探讨间作豆科饲草对青贮玉米产量及耗水特征的影响，为青贮玉米水分高效利用提供理论依据和技术支撑。试验于2022—2023年在武威绿洲农业综合试验站开... 详细信息

针对河西绿洲灌区青贮玉米氮肥投入高、水分利用效率低等问题，本研究在减氮条件下，探讨间作豆科饲草对青贮玉米产量及耗水特征的影响，为青贮玉米水分高效利用提供理论依据和技术支撑。试验于2022—2023年在武威绿洲农业综合试验站开展，设置3个种植模式（M: 青贮玉米单作; MH: 青贮玉米-秣食豆间作; ML: 青贮玉米-拉巴豆间作）和4个施氮水平(N3: 360 kg hm-2; N2: 306 kg hm-2; N1: 252 kg hm-2；N0: 0 kg hm-2)。结果表明，2种混播模式下N1处理的青贮玉米和豆科饲草干物质积累量较N3显著提高，MH模式下分别提高10.0%和20.5%，ML模式下分别提高16.5%和28.8%。MH模式下N1处理饲草产量与N3差异不显著，但ML模式下较之提高22.4%，且ML模式饲草产量在N1水平下较MH模式提高12.3%。引入豆科饲草可降低间作系统棵间蒸发量，MH、ML模式的棵间蒸发量在N1水平下比M模式相同施氮水平分别降低23.5%、30.0%，但2种模式不同施氮处理间棵间蒸发量差异不显著。青贮玉米间作拉巴豆结合氮肥减施30%可降低蒸散比，较M模式相同施氮水平降低23.0%。间作豆科饲草提高了水分利用效率，MH、ML模式水分利用效率在N1、N2、N3水平下较M模式分别提高43.3%、29.5%、17.9%和51.9%、30.2%、21.2%。其中，以MLN1处理提升幅度最大，较MN3处理水分利用效率提高52.4%。因此，青贮玉米间作豆科饲草结合施氮量252 kg hm-2可降低棵间蒸发量、提高饲草产量和水分生产力，是绿洲灌区青贮玉米生产适宜采用的种植模式和施氮量。

关键词：间作施氮水分利用效率青贮玉米豆科饲草

分子体系自由能地貌图的变分分析及AI算法实现

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物理学报 2024年第6期73卷 82-94页

作者：杜泊船田圃吉林大学生命科学学院长春130012 吉林大学人工智能学院长春130012

精确描述复杂分子体系的自由能地貌图是理解和操控其行为,并进一步实现分子设计制造工业化的重要基础.刻画高维空间自由能地貌图的主要挑战是其往往在不同时空间尺度上具有多个层次,每个层次都可能有不止一个亚稳态被相应的自由能垒分开... 详细信息

精确描述复杂分子体系的自由能地貌图是理解和操控其行为,并进一步实现分子设计制造工业化的重要基础.刻画高维空间自由能地貌图的主要挑战是其往往在不同时空间尺度上具有多个层次,每个层次都可能有不止一个亚稳态被相应的自由能垒分开,且跨越路径有可能不止一条.另外很多体系涉及非线性行为,这使得理论解析和直接使用分子模拟都有很大困难.针对这些挑战,多年来研究者们发展了多种多样的增强采样方法,但往往需要很多经验选择和操作,从而一方面使得研究进程较为缓慢,另一方面也让误差控制成为困难.变分虽然在物理、统计和工程中已经被广泛应用并取得巨大成功,但在复杂分子体系中的应用却随着神经网络的发展刚刚开始.本文将对这些探索性工作的主要方向、进展和局限进行简要总结,也对将来的可能发展给出展望,希望能够激发更多对基于变分的分子体系自由能地貌图人工智能算法的关注和努力,促进大分子药物、分子生物机器等实践应用的发展.

关键词：变分神经网络复杂分子体系自由能地貌图

融合模型求解与深度学习的可见光通信非线性均衡器

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兵工学报 2024年第2期45卷 466-473页

作者：田大明苗圃青岛大学电子信息学院山东青岛266071

沃尔特拉非线性后均衡器(Volterra Series Nonlinear Post-Equalizer,VS-NPE)可以补偿可见光通信(Visible Light Communication,VLC)的非线性失真和多径效应,但其结构复杂且均衡精度有限。在VS-NPE内核求解基础上,提出一种基于阈值自学... 详细信息

沃尔特拉非线性后均衡器(Volterra Series Nonlinear Post-Equalizer,VS-NPE)可以补偿可见光通信(Visible Light Communication,VLC)的非线性失真和多径效应,但其结构复杂且均衡精度有限。在VS-NPE内核求解基础上,提出一种基于阈值自学习近似消息传递(Learned Threshold Approximate Message Passing,LTAMP)网络的非线性均衡器。修正样本观测矩阵以克服其列高度相关的缺陷;在改进近似消息传递(Approximate Message Passing,AMP)算法迭代的基础上,将算法每一次迭代的计算过程映射为一层特殊的神经网络,经逐层展开后构建出完整的LTAMP均衡器。所提方法融合了模型求解和深度学习的优势,可从样本中学习最佳的AMP参数,以克服其对噪声敏感且输出不稳定的缺陷,进而提升内核求解稳定性与计算精度。仿真结果表明,与稳固阈值AMP算法相比,所提方法在误码率为1×10^(-3)时能取得2 dB的信噪比增益,且对样本噪声具有较强的自适应性,展现出优异的非线性失真补偿能力。

关键词：沃尔特拉非线性后均衡器可见光通信近似消息传递算法深度学习