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基于各向异性聚酰亚胺气凝胶及其相变材料复合物的制备和应用研究

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基于各向异性聚酰亚胺气凝胶及其相变材料复合物的制备和应用研究

作者：敬建伟北京化工大学

学位级别：硕士

相变材料（PCM）是一种通过可逆相变过程吸收和释放能量的材料。其中,有机类固-液相变材料由于其相变焓值高、性能稳定等特点,被广泛研究并应用于隔热、控温领域。但其在实际应用过程中存在易泄露的缺陷,导致循环稳定性欠佳。气凝胶作... 详细信息

相变材料（PCM）是一种通过可逆相变过程吸收和释放能量的材料。其中,有机类固-液相变材料由于其相变焓值高、性能稳定等特点,被广泛研究并应用于隔热、控温领域。但其在实际应用过程中存在易泄露的缺陷,导致循环稳定性欠佳。气凝胶作为一种高孔隙率的多孔材料,利用其强大的毛细管作用以及气凝胶与相变材料之间的弱键相互作用,可实现对PCM的有效封装,防止PCM流失。并且,通过对气凝胶骨架开展微观结构和化学组成的设计,可达到优化气凝胶/PCM复合物的各项性能的目的。本论文以聚酰亚胺（PI）为气凝胶基体,通过对其开展化学组成和微观结构设计,制备了具有不同结构的PI气凝胶,并将其与PCM相结合,探究了不同PI/PCM复合物体系在热红外隐身、电磁屏蔽、透波和隔热等领域中的应用,具体研究内容如下:（1）开发了一种具有优异红外隐身及电磁屏蔽功能的三明治结构复合材料,在高温环境下获得了长效的红外隐身效果。三明治结构复合材料的最下层为通过定向冷冻、冷冻干燥和热亚胺化等技术制备的1,3,5-三氨基苯氧苯（TAPOB）交联的PI/多壁碳纳米管复合气凝胶,此气凝胶具有优异的力学性能,并赋予复合材料隔热性能;中间层为以上述气凝胶为骨架材料,赤藓糖醇为PCM,使用真空浸渍法制备的交联PI气凝胶和赤藓糖醇的复合材料,引入PCM赋予复合材料热缓冲、控温的功能;最上层为通过真空抽滤法抽滤MXene纳米片制得的MXene膜,其极低的红外发射率可以有效提升红外隐身性能。所制备的气凝胶具有高于88%的孔隙率、低于52 mg·cm-3的密度以及优异的力学性能和热稳定性;不同气凝胶/赤藓糖醇复合材料均具有高于315 J·g-1的熔融焓和高于82℃的过冷度,同时具有优异的热力学稳定性;MXene膜在3～5μm和8～14μm的两个波长区间内分别具有0.315和0.253的极低的红外发射率,平均总电磁屏蔽效能为65.58 d B,赋予了复合材料优异的电磁屏蔽性能。最后在250、300、350、400和450℃的热台上表征三明治结构复合材料的红外隐身性能,其表面平衡温度分别仅为38.6、43.2、49.7、53.7和66.1℃,实现了高温环境下长效的红外隐身。该工作开发的多层结构复合材料同时具有红外隐身和电磁屏蔽的功能,为设计先进红外隐身功能材料提供了一种新思路。（2）开发了一种基于含氟PI气凝胶和n-22相变材料具有透波、隔热及控温多功能的夹层结构复合材料。通过引入含氟单体2,2'-双（三氟甲基）二氨基联苯（TFDB）,经单向冷冻、冷冻干燥和热亚胺化制备了一系列不同含氟单体比例的PI气凝胶。使用上述相同聚合方法,单向冷冻后经逐层冷冻、冷冻干燥和热亚胺化并在最上层浸渍n-22相变材料制备了夹层结构复合材料。此复合材料最下层的各向异性PI气凝胶具有各向异性的微观结构、力学性能及导热性能,同时具有优异的疏水性和耐高温性能（热降解温度高于550℃）。利用差示扫描量热法分析了含氟PI气凝胶/n-22相变复合材料的相变行为和储热能力,复合材料均具有高于230 J·g-1的相变焓;经过30次DSC循环测试后,复合材料的化学结构和热物理性能均未发生明显变化。介电性能表征的结果显示,由于引入了含氟单体且PI气凝胶本身为多孔结构,极大地降低了介电常数和介电损耗,获得1.051的最低相对介电常数和0.000166的最低介电损耗（8.2～12.4 GHz）。此外,所制备的夹层结构复合材料各层连接紧密,中间层近乎闭孔的结构可以有效防止上层相变材料的下渗;在150℃的热台上2.5 h后,其表面温度仅为45.8℃,具有优异的隔热性能,并且PCM的存在使其对外界温度的骤变具有缓冲作用。本工作开发的夹层结构复合材料具有极低的介电常数和介电损耗,同时具有优异的隔热和控温性能,在雷达罩、天线罩和5G通讯的热能管理、控温隔热和透波等领域具有优异的应用潜力。

关键词：相变材料聚酰亚胺气凝胶多层结构红外隐身透波

基于高斯小波函数和线性表达法的开口板自由振动特性研究

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振动与冲击 2024年第6期43卷 29-37页

作者：郭文杰柴天建颜建伟洪显华东交通大学轨道交通基础设施性能检测与保障国家重点实验室南昌330013

研究开口板自振特性的求解方法,将开口部位视为厚度为零的板,引入局域化特性的高斯小波函数作为位移形函数来捕捉厚度突变的情况,提高解的精确度。提出线性表达方法解耦位移形函数与边界条件,基本思路是通过高斯消元法找到约束条件矩阵... 详细信息

研究开口板自振特性的求解方法,将开口部位视为厚度为零的板,引入局域化特性的高斯小波函数作为位移形函数来捕捉厚度突变的情况,提高解的精确度。提出线性表达方法解耦位移形函数与边界条件,基本思路是通过高斯消元法找到约束条件矩阵中线性无关的列向量,将位移形函数中的未知系数转变为线性无关系数列向量的线性表达,从而将有约束问题转变为无约束问题。对四边简支和四边固定的开口板进行分析,结合有限元方法计算结果,讨论解的收敛性和准确性。研究了不同开口尺寸、开口形状对自振频率的影响,得到开口尺寸、开口形状与自振频率关系曲线,对影响的原因进行了解释。最后计算了不同边界约束条件下多开口板的自振频率。

关键词：高斯小波函数线性表达法自振特性能量法开口板

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1954—2015年东江流域水沙演变规律

水科学进展 2024年

作者：李泽华周平谭兆伟李凯隆广东省科学院广州地理研究所广东南岭森林生态系统国家野外科学观测研究站广东省水利水电科学研究院河口水利技术国家地方联合工程实验室

流域水沙过程在区域水土资源形成、河流海岸地貌重塑及生态环境演变中起到关键作用，在气候变化和人类活动双重影响下其演变规律一直以来备受关注。基于多元时序聚类与侵蚀性降雨分析，以博罗水文站为例，探讨东江流域水沙演变规律及潜... 详细信息

流域水沙过程在区域水土资源形成、河流海岸地貌重塑及生态环境演变中起到关键作用，在气候变化和人类活动双重影响下其演变规律一直以来备受关注。基于多元时序聚类与侵蚀性降雨分析，以博罗水文站为例，探讨东江流域水沙演变规律及潜在驱动因素。结果表明：①大规模的植树造林活动导致1980—2015年研究区域的森林覆盖率增长了超过30%；②博罗水文站的水沙关系在1987年后发生明显变异，主要原因可归结为由水库修建运行及植树造林所造成；③2005—2006年出现与1954—1987年相似的水沙关系，原因是极端天气带来降雨侵蚀力的异常增强，超过了产沙阈值。相关研究结果可为东江流域水沙关系及其对全球变化的响应研究提供科学依据，支撑东江流域气候变化应对和水土资源开发。

关键词：水沙演变多元时序聚类侵蚀性降雨东江

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人车路耦合系统的非线性振动特性及试验研究

振动工程学报 2024年第1期37卷 60-70页

作者：韩彦伟申明亮高梦圆张子建河南科技大学土木工程学院河南洛阳471023 河南科技大学数学与统计学院河南洛阳471023 南京航空航天大学航天学院江苏南京210016

为了解决车辆行驶中产生的复杂非线性振动响应问题,建立三自由度人车路耦合非线性动力学模型。基于扭转几何变形非线性特征,利用拉格朗日方程推导出三自由度人车路耦合非线性振动方程,该方程中的正弦和余弦函数项来源于几何非线性扭转... 详细信息

为了解决车辆行驶中产生的复杂非线性振动响应问题,建立三自由度人车路耦合非线性动力学模型。基于扭转几何变形非线性特征,利用拉格朗日方程推导出三自由度人车路耦合非线性振动方程,该方程中的正弦和余弦函数项来源于几何非线性扭转变形。针对自由振动,给出非线性恢复力曲面、势能曲面及固有频率解析表达式。针对强迫振动,运用数值仿真方法分析车辆质量、转动惯量、乘客质量、座椅刚度/阻尼、悬架刚度/阻尼、阻尼、质心位置、路面波长及波幅等系统参数对振幅速度响应曲线的影响。搭建人车路耦合振动系统的实验平台,通过振动实验结果验证理论分析与数值结果的可靠性。研究结果表明:该三自由度非线性动力学耦合系统可精确描述人车路耦合系统的响应特性,合理选择系统参数能够有效减小振动响应幅值和提升乘坐舒适性。

关键词：非线性振动人车路耦合系统自由振动强迫振动幅速响应

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基于拓扑图论的煤岩裂隙网络分形渗透率模型

煤炭学报 2024年第8期49卷 3561-3570页

作者：罗亚飞朱永建黄飞夏彬伟湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

错综复杂的裂隙网络为煤层气渗流提供了主要通道,其结构特征显著影响着煤层气产能。针对现有煤层气渗流模型未考虑裂隙网络连通性这一不足,基于拓扑图论分析了煤岩裂隙网络的连通性,推导了裂隙分支长度的幂律关系表达式。结合分形几何,... 详细信息

错综复杂的裂隙网络为煤层气渗流提供了主要通道,其结构特征显著影响着煤层气产能。针对现有煤层气渗流模型未考虑裂隙网络连通性这一不足,基于拓扑图论分析了煤岩裂隙网络的连通性,推导了裂隙分支长度的幂律关系表达式。结合分形几何,在经典立方定律的基础上构建了考虑裂隙网络结构特征的渗透率模型,模型表明裂隙网络渗透率是分形维数、裂隙率、迂曲度分形维数、比例系数、连通性、最大裂隙分支长度、方位角、倾角以及特征长度的函数。开展了真三轴应力条件下煤岩裂隙网络渗流试验,分析了真三轴应力条件下煤岩裂隙网络渗透率演化规律;试验结果表明:随着主应力σ_(1)、σ_(2)和σ_(3)的升高,煤岩中的裂隙逐渐被压缩,气体的渗流通道变窄,裂隙网络渗透率随着主应力σ_(1)、σ_(2)和σ_(3)的升高均呈现出了负指数降低的趋势。从试验规律和结果出发,将构建的煤岩裂隙网络分形渗透率模型和S&D模型(Shi-Durucan)相结合,建立了真三轴应力条件下煤岩裂隙网络渗透率计算模型,并通过试验数据验证了模型的有效性,获得的渗透率变化趋势与加载3个主应力的过程相吻合,能够体现出三向应力的变化对渗透率的影响趋势,相比S&D模型更能反映煤岩裂隙网络渗透率的各向异性特征。

关键词：裂隙网络渗透率拓扑连通性真三轴煤层气

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中高层大气背景红外辐射特性及成像研究

激光与光电子学进展 2024年第8期61卷 314-324页

作者：施杰史波金峰邢世林缑伟隆南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

以中高层大气背景的红外辐射特性和红外成像为研究目的,建立中高层大气背景探测模型和红外成像模型,分析中光谱分辨率大气辐射传输模式(MODTRAN)在红外波段的适用范围,利用战略高空辐亮度代码(SHARC)仿真分析3~5μm波段不同观测参数下... 详细信息

以中高层大气背景的红外辐射特性和红外成像为研究目的,建立中高层大气背景探测模型和红外成像模型,分析中光谱分辨率大气辐射传输模式(MODTRAN)在红外波段的适用范围,利用战略高空辐亮度代码(SHARC)仿真分析3~5μm波段不同观测参数下的中高层大气背景红外辐射特性,并建立相关辐射特性数据库,完成中高层大气背景红外辐射场景成像仿真。结果表明:3~5μm和8~12μm波段MODTRAN分别在切点高度50 km和70 km以下具有较好的计算精度;中高层大气背景辐亮度随着切点高度和太阳天顶角的增大而减小,随着观测天顶角的增大而增大;短路径和长路径的辐射特性分别由路径长度和处于低层大气的路径大气参数占主导影响;白天和夜晚的辐亮度分别在36 km和34 km为最大值,在75 km和85 km处为极大值。研究结果可为中高层大气背景红外探测提供理论支持。

关键词：中高层大气红外辐射临边背景红外成像数据库

基于大数据变量最优组合的违约预测模型——以中国小企业为例

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系统工程理论与实践 2024年第3期44卷 912-931页

作者：沈隆周颖大连理工大学经济管理学院大连116024

以提升商业银行企业客户信用风险识别和管理水平为目的,本文提出了一种系统的违约预测方法.一是在高维大数据变量集的构建上,通过基尼指数最小,反推出指标区间划分的最优切分点,确保决策树群中的每一个路径能最大限度地区分客户违约与否... 详细信息

以提升商业银行企业客户信用风险识别和管理水平为目的,本文提出了一种系统的违约预测方法.一是在高维大数据变量集的构建上,通过基尼指数最小,反推出指标区间划分的最优切分点,确保决策树群中的每一个路径能最大限度地区分客户违约与否,并把每一个路径作为一个虚拟变量,即客户属于这个路径则变量数值取1,否则为0.二是在虚拟变量的降维上,通过Lasso回归的违约预测误差最小,反推一组最优的虚拟变量组合.三是以客户判对率之和最高反推逻辑回归模型的最优违约预测临界点,提高了违约企业预测的准确率.实证研究表明,1)决策树路径变量的违约鉴别能力要强于原始信用指标,信息含量更丰富.2)净利润现金含量,城市居民人均可支配收入和企业法律纠纷情况指标对中国小企业的违约预测具有重要影响,这3个指标的个数占比是3.704%,精度贡献占比却达到了41.639%.3)该方法在准确性和稳健性方面优于对比模型,可以揭示影响企业信用风险的关键因素和关键阈值,为商业银行授信审批和贷前审查工作提供依据.且该方法可以拓展到个人以及大、中型企业违约预测模型的构建.

关键词：违约预测大数据决策树路径变量 Lasso 违约预测临界点

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融合引导滤波的无监督图像超像素快速生成

计算机辅助设计与图形学学报 2024年

作者：张永霞孙银隆郭强范琳伟张彩明山东省数字媒体技术重点实验室山东大学软件学院山东财经大学计算机科学与技术学院

超像素生成的速度与准确性是评估方法性能的关键指标. 针对有监督图像超像素分割方法性能通常依赖大量监督数据的问题，提出一种无监督、保持准确性的图像超像素快速生成方法. 首先利用引导滤波设计下采样-联合上采样的超像素快速生成... 详细信息

超像素生成的速度与准确性是评估方法性能的关键指标. 针对有监督图像超像素分割方法性能通常依赖大量监督数据的问题，提出一种无监督、保持准确性的图像超像素快速生成方法. 首先利用引导滤波设计下采样-联合上采样的超像素快速生成框架，以提高模型的推理速度; 然后采用空洞空间卷积池化金字塔和多尺度注意力机制，充分挖掘图像信息，并设计鲁棒的损失函数，提高超像素生成的准确性，实现无监督的图像超像素生成方法; 最后采用顺序训练策略减少模型对大量训练数据的依赖. 在公开数据集BSDS500与DRIVE上的实验结果表明，所提方法的边界召回率和可达分割准确性指标较已有无监督方法分别提高约1%和2%，且速度提高约50%，并拥有与有监督方法可比的表现.

关键词：超像素分割引导滤波注意力机制无监督深度学习