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数字孪生虚拟仿真平台在土力学实践教学中的应用初探

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力学与实践 2024年第1期46卷 188-193页

作者：王宇谷艳昌陈从建钱声源仲青江苏开放大学建筑工程学院南京210036 南京水利科学研究院南京210029

实践教学是土力学教学中必不可少的环节,高校现有条件和外部环境难以满足日趋多元化的实践需求。利用虚拟仿真与物理模型相结合、线上教学与现场教学相结合、理论学习与工程实践相结合的教学方法,开发构建数字孪生虚拟仿真实验平台,并... 详细信息

实践教学是土力学教学中必不可少的环节,高校现有条件和外部环境难以满足日趋多元化的实践需求。利用虚拟仿真与物理模型相结合、线上教学与现场教学相结合、理论学习与工程实践相结合的教学方法,开发构建数字孪生虚拟仿真实验平台,并对土力学实践教学模式进行了有益的探索。以矿区地表变形监测为例,直观展现地表变形、仪器布设、变形监测及数据处理全过程。研究成果表明,数字孪生虚拟仿真平台有助于培养学生创新精神及实践能力,符合现代岩土工程实验技术的发展方向。

关键词：数字孪生虚拟仿真实践教学实验技术

光学电流传感消抖卡尔曼本征信号高精度提取方法研究

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光子学报 2024年

作者：刘逸伦宣鹏华李岩松冉沅昌王其伟华北电力大学电气与电子工程学院

本征信号是光学电流传感长期运行稳定性和高精度测量的重要性能参数。目前，传统方法如双光路法并不能消除本征信号的抖动，对光学电流传感高测量精度产生消极影响。为此，提出了光学电流传感消抖卡尔曼本征信号高精度提取方法来对本征... 详细信息

本征信号是光学电流传感长期运行稳定性和高精度测量的重要性能参数。目前，传统方法如双光路法并不能消除本征信号的抖动，对光学电流传感高测量精度产生消极影响。为此，提出了光学电流传感消抖卡尔曼本征信号高精度提取方法来对本征信号进行消噪处理。首先对光学电流传感的噪声特性以及光路结构进行分析，建立了光学电流传感本征信号模型。引入消抖函数修正卡尔曼增益K，提出了消抖卡尔曼（Debouncing Kalman, DBK）算法，解决了标准卡尔曼增益K对初始状态依赖性强以及测量过程不确定性非常敏感带来的状态估计值严重抖动问题。并且引入了噪声方差递推估计，来保证在滤波过程中可以实时对噪声方差进行修正。在MATLAB进行了消抖卡尔曼滤波算法的验证并与标准卡尔曼算法进行了滤波效果的对比分析，验证了该算法的可行性，并结合李雅普诺夫稳定性分析法推导验证了该算法的稳定性。最后，搭建光学电流传感实验平台，将所提算法在LabVIEW FPGA硬件平台并行实现，验证了该算法的实时性，且能够满足实际工程需求。

关键词：光学电流传感消抖卡尔曼本征信号噪声方差估计并行处理

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重组类胶原蛋白的表达纯化及性质研究

食品与发酵工业 2024年

作者：刘迪郭君慧李其昌尹巧玲次佩松樊李红谢浩武汉理工大学化学化工与生命科学学院

天然组织中提取的胶原蛋白存在生物相容性的问题，而目前报道的重组胶原热稳定性及三螺旋水平较差。为此该研究选择毕赤酵母GS115作为异源表达菌株，诱导表达人I型胶原蛋白α1链部分胶原域片段。在C端添加T4 fibritin促折叠序列，利用... 详细信息

天然组织中提取的胶原蛋白存在生物相容性的问题，而目前报道的重组胶原热稳定性及三螺旋水平较差。为此该研究选择毕赤酵母GS115作为异源表达菌株，诱导表达人I型胶原蛋白α1链部分胶原域片段。在C端添加T4 fibritin促折叠序列，利用圆二色谱热变温实验研究T4 fibritin对胶原热稳定性和三螺旋水平的影响，通过细胞增殖—毒性检测和自由基清除率评估了重组类胶原的生物活性。结果显示，含有T4 fibritin的重组类胶原1A1C热变性温度提高4 ℃，且热变温之后胶原能够复性。类胶原1A1和1A1C都表现出良好的生物相容性，在质量浓度5 μg/mL时，类胶原1A1C能够显著促进成纤维细胞增殖。在质量浓度3 mg/mL时，2种方法测得的类胶原自由基清除率分别达到19.8%和40.0%。该研究利用基因工程方法重组表达了具有良好生物相容性的类胶原蛋白，通过融合端肽的方法使得到的类胶原热变性温度提高到39.9 ℃，高于人体温度37 ℃，具有较高应用潜力。

关键词：重组类胶原毕赤酵母圆二色谱成纤维细胞

西南边境城镇产业时空演进特征与优化发展路径研究

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世界地理研究 2024年

作者：王可心葛旭瑞华红莲李灿松王涛钱镜帆云南师范大学缅甸研究中心云南师范大学地理学部

边境城镇是区域协调发展中的短板地区，推动其产业发展对优化开放格局和促进边境地区安全稳定与繁荣具有重要意义。以西南云南、广西边境城镇为例，综合运用GIS空间分析等方法，探讨边境城镇产业时空演变特征及规律，并采用灰色关联和TO... 详细信息

边境城镇是区域协调发展中的短板地区，推动其产业发展对优化开放格局和促进边境地区安全稳定与繁荣具有重要意义。以西南云南、广西边境城镇为例，综合运用GIS空间分析等方法，探讨边境城镇产业时空演变特征及规律，并采用灰色关联和TOPSIS双重分析模型优化其产业发展路径。研究发现：1）整体上，西南边境城镇以进出口贸易为主导产业，辅之以零售业和旅游业；且产值呈现不均衡状态，昆明和南宁较高，其余较低。2）时间上，西南边境城镇第三产业相对于第一产业和第二产业增长幅度较大，且差距明显；空间上，全局空间集聚程度较低为弱集聚空间格局，局部上呈现较低的正相关性。3）路径上，西南边境城镇产业应优先发展进出口贸易、旅游业、零售业以及工业，边境贸易为依赖产业，强化产业为旅游业和零售业，突破产业为工业和林业，特色产业为农牧渔产业。依据西南边境两省产业选择结果，根据边境城镇实际情况提出主导产业发展建议和因地制宜措施，为边境城镇振兴提供参考和借鉴。

关键词：产业评估时空演进路径选择城镇西南边境

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磁性液体究竟有多神奇

科学大观园 2024年第6期 8-11页

作者：姚昌松方鸿

艺术源于生活。现如今，在现实世界中，有一种和电影中的“毒液”一样神奇的材料，正受到各国科研人员的广泛关注。如果你曾看过电影《毒液》，想必一定会对电影中充满科技感的场景印象深刻：不断流动的“毒液”，就像四处喷涌的黑色触...

艺术源于生活。现如今，在现实世界中，有一种和电影中的“毒液”一样神奇的材料，正受到各国科研人员的广泛关注。如果你曾看过电影《毒液》，想必一定会对电影中充满科技感的场景印象深刻：不断流动的“毒液”，就像四处喷涌的黑色触手，向着指定的方向一直延伸，给人强烈的视觉震撼。艺术源于生活。现如今，在现实世界中，有一种和电影中的“毒液”一样神奇的材料，正受到各国科研人员的广泛关注。它们既可以像液体一样自由流动，又能够被磁场控制进行定向移动，这就是磁性液体。

关键词：

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光在多层半无限厚生物组织中传输的P3方程

光学学报 2024年第11期44卷 169-178页

作者：王喜昌烟台大学物理与电子信息学院山东烟台264005

为了提取生物组织的光学特性,需要建立光在生物组织中传输的方程。P3方程是对波尔兹曼传输方程的三阶近似,相比一阶近似的扩散方程,P3方程更加准确。本文基于多层扩散方程,建立了在任意多层半无限厚介质中光传输的P3方程的稳态解和时域... 详细信息

为了提取生物组织的光学特性,需要建立光在生物组织中传输的方程。P3方程是对波尔兹曼传输方程的三阶近似,相比一阶近似的扩散方程,P3方程更加准确。本文基于多层扩散方程,建立了在任意多层半无限厚介质中光传输的P3方程的稳态解和时域解,并提供了空间分辨漫反射和时间分辨漫反射的计算方法。与光在多层介质中传播的蒙特卡罗模拟进行比较,结果显示,P3方程的稳态和时域解正确地描述了光在混浊介质中的传输。对比P3稳态方程和扩散稳态方程,在吸收系数较小时,发现在近光源处,P3稳态方程比扩散方程更加准确,远离光源处,P3方程与扩散方程结果一致。在吸收系数较大时,P3方程精度更高。对比P3时域方程和扩散时域方程,多层介质的P3方程在峰值附近比扩散时域方程更接近蒙特卡罗模拟。这表明多层介质的P3方程为研究更加复杂的生物组织的正向和逆向问题奠定了基础。

关键词：生物医学光学 P3方程辐射传输方程扩散方程蒙特卡罗模拟

基于频域控制约束的物理神经网络非线性系统预测方法

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电子科技大学学报 2024年第2期53卷 227-234页

作者：钱夔宋爱国田磊南京工程学院自动化学院南京211167 东南大学仪器科学与工程学院南京210096 东南大学深圳研究院深圳518071

针对现有物理信息神经网络利用数值模拟近似物理控制方程带来的高计算代价、边界条件限制等问题,提出一种基于频域控制约束的物理神经网络非线性系统预测方法。首先构建时序特征交替更新的非线性预测网络模型,再在频域建立基于傅里叶谱... 详细信息

针对现有物理信息神经网络利用数值模拟近似物理控制方程带来的高计算代价、边界条件限制等问题,提出一种基于频域控制约束的物理神经网络非线性系统预测方法。首先构建时序特征交替更新的非线性预测网络模型,再在频域建立基于傅里叶谱方法(FSM)的物理控制方程约束,时空数据在网络模型与频域控制约束耦合下实现无标签数据加速训练,完成系统演化学习。最后在Burgers系统上进行湍流预测验证,实验结果表明该方法可在物理规则约束下实现无标签非线性复杂建模,对比主流PINN模型及其变体,具有更快的学习速度与预测准确率。在t≤0.25 s、t≤0.5 s短时预测情况下,经前期20次训练后系统预测均方误差(MSE)相比主流基准模型同期预测,MSE降低了86%与95%,在t≤2 s长时预测情况下,经充分训练后系统预测MSE能降低80%。

关键词：物理信息神经网络傅里叶谱方法频域控制方程约束 Burgers系统非线性系统预测

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核燃料裂变气体行为研究进展

材料导报 2024年第2期38卷 36-45页

作者：钱郑宇严冬恽迪西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室

核燃料裂变气体行为是影响核燃料性能最为关键的因素之一。裂变气体是核燃料在裂变过程中产生的惰性气体，性质较为稳定，但其不溶于燃料基体，多以气体形式存留在燃料内。存留在燃料基体内的裂变气体会造成燃料肿胀，而从基体中释放到... 详细信息

核燃料裂变气体行为是影响核燃料性能最为关键的因素之一。裂变气体是核燃料在裂变过程中产生的惰性气体，性质较为稳定，但其不溶于燃料基体，多以气体形式存留在燃料内。存留在燃料基体内的裂变气体会造成燃料肿胀，而从基体中释放到气腔的裂变气体会影响燃料和包壳间气隙的热导率和气压。无论是造成肿胀还是影响热导率和气压都会对核燃料的安全造成威胁，因此对裂变气体行为的研究具有重要意义。迄今为止，对裂变气体行为的相关研究开展了60余年，研究人员对裂变气体行为有了相当深刻的认识，并开发了包括裂变产生、气泡形核、气泡聚合、气泡迁移、气体原子重溶和最终裂变气体释放的一套完整的裂变气体行为理论体系，这套理论体系被广泛应用于核燃料性能分析中，为核燃料设计与性能模拟做出了极大的贡献。本文总结了裂变气体行为理论中多种具体的裂变气体行为，详细地阐述了裂变气体各种具体行为的产生原因及过程，同时针对不同类型核燃料独有的裂变气体行为进行了汇总，归纳了用于不同核燃料裂变气体行为的经验性和机理性模型，最后总结了现今裂变气体行为方向的研究重点。

关键词：核燃料裂变气体行为陶瓷燃料金属燃料

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中国南方冬季最低温延伸期预报方法尝试

地球物理学报 2024年第6期67卷 2096-2109页

作者：戴金黄艳艳钱伊恬南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519080

未来10~30天的延伸期预报一直是当前的难点问题.本文针对对极端低温事件异常敏感的中国南方地区,构建了预报时效为25天的冬季最低温的有效延伸期预报模型.利用1979/1980—2019/2020年冬季日平均再分析资料,本文研究发现,在季节内尺度,... 详细信息

未来10~30天的延伸期预报一直是当前的难点问题.本文针对对极端低温事件异常敏感的中国南方地区,构建了预报时效为25天的冬季最低温的有效延伸期预报模型.利用1979/1980—2019/2020年冬季日平均再分析资料,本文研究发现,在季节内尺度,相比于原始变量,利用当候值减去其5候前值的增量方法可以放大和延长预测信号.中国南方地区的土壤温度和平流层50 hPa位势高度作为影响南方冬季最低温的关键因子,它们通过影响西伯利亚地区环流异常、北大西洋涛动以及欧亚遥相关型,对中国南方冬季最低温进行调制.由于两个增量形式的关键因子具有50天的准周期性,存在超前5候的显著自相关,超前5候增量形式的土壤温度和平流层极涡异常可以有效预报我国南方最低温增量.将预报的最低温增量,加上5候前的观测,得到的独立试报时段(2009/2010—2019/2020年冬季)的最低温与观测的时间相关系数为0.45,极端低温日命中率为57%.本研究使用的增量方法可以为当前极端天气事件的延伸期预报提供新思路.

关键词：冬季最低温增量方法延伸期预报