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原煤弹塑性局部化损伤的本构模型

工程科学学报 2025年

作者：王苏生杨圣奇张强朱振南绍兴文理学院土木工程学院浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室中国矿业大学力学与土木工程学院中国水利水电科学研究院

随着人类能源和资源刚性需求的增加，必将促使矿产资源开采进一步朝地球深部发展。深部工程高地应力赋存条件导致岩体表现出明显的非线性力学响应。由于煤岩的非均质性，外部荷载作用下其内部微裂纹会逐渐萌生、扩展，并聚合成局部宏观... 详细信息

随着人类能源和资源刚性需求的增加，必将促使矿产资源开采进一步朝地球深部发展。深部工程高地应力赋存条件导致岩体表现出明显的非线性力学响应。由于煤岩的非均质性，外部荷载作用下其内部微裂纹会逐渐萌生、扩展，并聚合成局部宏观裂纹，形成局部剪切带，表现出应变局部化现象，最终导致试样失稳破坏。且原煤的三轴压缩试验结果表明：低围压条件下峰后出现明显的应力跌落，表现出脆性破坏特征；随着围岩的增加，应力跌落现象逐渐放缓，表现出延性变形行为。基于煤岩的损伤破裂内在物理机制，如何在本构尺度准确描述岩石的脆延转变现象仍需进一步研究。传统模型忽略了局部剪切区域内与区域外之间的关系以及局部区域的力学特征，导致模拟结果不能有效地反映岩石材料应变局部化破坏特征。正确描述深部岩体灾变过程中局部化破坏问题是工程结构设计的关键。为此，基于原煤三轴压缩力学响应特征，考虑局部化损伤效应，提出适应于原煤的Mohr–Coulomb型屈服准则和损伤准则，建立了原煤弹塑性局部化损伤本构模型。通过能量等效原理，建立局部带内外力学变量与宏观力学响应之间联系。采用损伤变量作为内在驱动变量控制屈服面的膨胀和收缩，描述煤岩的峰前应变硬化和峰后应变软化行为。并采用指数函数形式损伤准则描述岩石断裂破坏过程中损伤演化行为，建立了局部带尺寸与损伤变量之间函数关系。通过数值模拟结果与原煤三轴压缩试验数据对比论证提出模型的有效性。结果表明：该模型能够较好地捕捉原煤不同围压加载过程中主要的非线性变形特征，且峰后应变软化现象是局部化损伤快速增加所致。通过控制损伤演化速率和局部化损伤程度，本构模拟结果可以较好地再现原煤的脆延转变行为，且最大损伤水平随着围压的增加呈现指数衰减。因此，本文提出的本构模型能够反映原煤的局部化变形破坏力学特征，进一步丰富了岩石损伤力学理论，相关研究工作可为深部岩石工程理论模型研究提供新的研究思路。

关键词：原煤 Mohr-Coulomb准则本构模型局部化损伤脆延转变

基于二次反行波的新能源送出线路单端暂态量主保护新方案

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电力自动化设备 2025年

作者：翁汉琍刘胜福林湘宁吴宇奇三峡大学电气与新能源学院华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室

传统的单端工频量主保护在新能源送出线路中难以适用，单一边界保护判据无法可靠保护线路全长，行波距离保护在正向区外故障下存在误动风险。为此，提出了一种基于二次反行波的新能源送出线路单端暂态量主保护新方案，通过不同保护判据... 详细信息

传统的单端工频量主保护在新能源送出线路中难以适用，单一边界保护判据无法可靠保护线路全长，行波距离保护在正向区外故障下存在误动风险。为此，提出了一种基于二次反行波的新能源送出线路单端暂态量主保护新方案，通过不同保护判据间的优势互补，恢复并强化新能源交流送出线路单端主保护的动作性能。分析了故障行波的折反射特性及区内外故障反行波波过程。根据区内外故障时，首个同极性波与首个反极性波到达检测点的时刻之和的差异，提出了新的单端测距式行波保护判据，针对所提判据存在的故障判别死区及三相金属性短路故障失效的问题，通过引入边界保护判据及设计新的辅助判据进行互补，形成一种单端暂态量主保护新方案。在PSCAD平台搭建仿真模型，对所提保护判据及方案的有效性、灵敏性与可靠性进行了验证。

关键词：新能源线路边界保护行波距离保护行波极性单端暂态量保护继电保护

激光诱导荧光技术与地下水重金属原位检测应用进展

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岩矿测试 2025年第1期44卷 19-34页

作者：毛康薛家奇陈卓张华中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室贵州贵阳550081

对地下水重金属污染进行现场检测,是快速识别重金属种类和评价污染程度的重要手段。激光诱导荧光技术(LIF)利用特定荧光探针,在目标重金属存在下,通过激光诱导荧光探针产生/猝灭荧光,从而完成对重金属的识别和检测,具有快速甄别地下水... 详细信息

对地下水重金属污染进行现场检测,是快速识别重金属种类和评价污染程度的重要手段。激光诱导荧光技术(LIF)利用特定荧光探针,在目标重金属存在下,通过激光诱导荧光探针产生/猝灭荧光,从而完成对重金属的识别和检测,具有快速甄别地下水重金属污染特性和无损获取其价态的优势。本文在简述LIF检测重金属原理和LIF原位检测地下水重金属装备基础上,重点从荧光探针合成及其在重金属传感检测方法的构建上总结了基于不同荧光探针的LIF现场检测重金属的研究进展。目前可用于重金属检测的荧光探针包括以小分子探针、有机大分子和聚集诱导发光为主的有机荧光探针和以金纳米簇、量子点和金属有机框架材料为代表的纳米荧光探针。这些探针的合成及其对应的传感检测方法的构建表明LIF技术在地下水重金属检测中具有巨大优势。而针对地下水重金属检测的LIF设备研发方面的成果虽不如荧光传感检测方法丰富,但已研制出部分重金属的传感器和检测装备,表现出良好的应用前景。未来研究将会聚焦在地下水重金属主控因子识别和抗干扰技术研发、荧光探针合成与LIF检测方法构建、重金属传感部件和检测装备集成研制,以及检测技术标准化,为后续场地地下水典型重金属LIF检测技术的研究提供参考。

关键词：地下水重金属激光诱导荧光荧光探针现场检测

基于GAF变换和TM-CNN的水工钢闸门损伤识别

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中国农村水利水电 2025年

作者：李向阳张钰奇铁瑛李帅郑州大学机械与动力工程学院

针对水工闸门损伤识别较为困难且较小程度损伤的识别准确率偏低的问题，提出了一种基于格拉姆角场（Gramian Angular Fields， GAF）变换和双流多通道卷积神经网络（Two-Stream Multi-Channel Convolutional Neural Network， TM-CNN）... 详细信息

针对水工闸门损伤识别较为困难且较小程度损伤的识别准确率偏低的问题，提出了一种基于格拉姆角场（Gramian Angular Fields， GAF）变换和双流多通道卷积神经网络（Two-Stream Multi-Channel Convolutional Neural Network， TM-CNN）的闸门损伤识别方法。该方法将不同损伤状态下采集的一维振动信号经过GAF变换转换为二维图像并以此图像训练TM-CNN，建立闸门振动信号到损伤状态的映射关系来实现损伤识别。闸门损伤实验结果显示，所提方法在闸门单点和多点损伤实验中的识别准确率分别为98.04%和99.88%，且对低程度损伤类型的识别能力较好，单点和多点实验中5%程度损伤状态的AUC均值分别为0.9996和1。实验结果验证了通过深度学习对被测物体振动信号进行分类的损伤识别方法应用于闸门上是可行的，对于水工闸门的健康监测研究具有重大意义。

关键词：水工闸门损伤识别格拉姆角场卷积神经网络

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采用单目视觉的手工搬运作业风险评估研究

机械科学与技术 2025年

作者：苗子恒王卫星王子翱刘通安星奇贵州大学现代制造技术教育部重点实验室贵州大学机械工程学院

为提高手工搬运作业（Manual material handling，MMH）的安全性，本文提出了一种基于单目视觉的非接触式风险评估方法。首先，对相机进行标定获取相机参数；其次，利用单目摄像机采集视频帧并通过人体姿态估计模型获取人体关键点数据... 详细信息

为提高手工搬运作业（Manual material handling，MMH）的安全性，本文提出了一种基于单目视觉的非接触式风险评估方法。首先，对相机进行标定获取相机参数；其次，利用单目摄像机采集视频帧并通过人体姿态估计模型获取人体关键点数据；最后，利用人体关键点数据计算推荐重量限制（Recommended weight limit，RWL）进行风险评估。结果显示：与真实值相比，本文方法获得的RWL有90%的误差在±2kg范围内，误差的均值为0.21kg，标准差为1.05kg。表明此方法可有效减少人为干预、提高工作效率，预防工作相关肌肉骨骼疾病（Work-related musculoskeletal disorders，WMSD）。

关键词：单目视觉手工搬运作业推荐重量限制风险评估

卤素及含氧元素掺杂对α-2-石墨炔纳米带的NDR与自旋过滤效应的调控研究

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物理学报 2025年

作者：李晓波刘帅奇黄演马玉丁文策湘江实验室&湖南工商大学微电子与物理学院湖南工商大学智能工程与智能制造学院

随着集成电路制备对尺寸要求的逐步提高，电子器件的微型化研究受到越来越多科学家的青睐。本研究通过采用密度泛函理论结合非平衡格林函数的方法，系统研究了卤素等元素边缘修饰对α-2-石墨炔的电子能带结构及其器件的电子输运特性的... 详细信息

随着集成电路制备对尺寸要求的逐步提高，电子器件的微型化研究受到越来越多科学家的青睐。本研究通过采用密度泛函理论结合非平衡格林函数的方法，系统研究了卤素等元素边缘修饰对α-2-石墨炔的电子能带结构及其器件的电子输运特性的调控作用。从能带结构研究发现，在反铁磁组态下多种元素掺杂都使得α-2-石墨炔表现出独特的半导体属性。特别是，采用氧元素边缘修饰的α-2-石墨炔周期性结构在费米能级附近展现出较为复杂的结构特性。此外，电子器件研究表明氟(F)、氯(Cl)、氧(O)、氢氧根(OH)元素掺杂调控下器件展示出明显的负微分电阻效应(NDR)和自旋过滤效应。有趣的是，研究发现外加电压为-0.4V时自旋平行配置下器件的自旋过滤效率高达84%。本文通过进一步分析其传输路径、透射谱与局域态密度来阐释NDR效应与自旋过滤效应的产生机理，为理解α-2-石墨炔在电子输运中的独特行为提供充分的理论依据。该研究将在新型逻辑器件、集成电路、微纳电子机器等热点领域的研究中发挥明显的应用价值。

关键词： α-2-石墨炔第一性原理边缘修饰负微分电阻效应自旋过滤效应

氧化还原引发体系下双层自交联丙烯酸核壳乳液的合成

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高分子材料科学与工程 2025年

作者：亓子怡程相林唐雅馨洪涛高明奇郑州大学化工学院河南中烟工业有限公司

以苯乙烯（St）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）为硬单体，丙烯酸丁酯（BA）为软单体，乙烯基三甲氧基硅烷（A-171）和双丙酮丙烯酰胺（DAAM）分别为核层和壳层各自的交联单体，合成室温下自交联改性核壳结构丙烯酸酯乳液，探究引发体系的选择... 详细信息

以苯乙烯（St）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）为硬单体，丙烯酸丁酯（BA）为软单体，乙烯基三甲氧基硅烷（A-171）和双丙酮丙烯酰胺（DAAM）分别为核层和壳层各自的交联单体，合成室温下自交联改性核壳结构丙烯酸酯乳液，探究引发体系的选择与用量、交联单体种类和添加量对乳液聚合的影响。通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱证明交联单体成功交联，通过Zeta电位分析、透射电镜对乳液进行表征，证明成功合成了均一的核壳乳液。结果证明，以半连续种子乳液聚合法聚合，引发剂KPS和NaHSO3质量比为2:1、引发剂用量为0.4%、核层自交联单体乙烯基三甲氧基硅烷（A-171）和壳层自交联单体双丙酮丙烯酰胺（DAAM+ADH）的质量分数分别为3%和2%，乳液的稳定性、耐水性和成膜性良好，转化率在90%以上，吸水率为6.87%，钙离子稳定性合格。与非核壳无交联单体乳液进行对比，热重分析表明热分解温度提高了41 ℃，缓解了传统水性丙烯酸酯乳液涂层耐水性差、耐溶剂性差、“热粘冷脆”的问题。

关键词：核壳乳液氧化还原引发体系核壳双层交联水性油墨连接料

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ZnO白漆的空间环境效应及损伤机理

硅酸盐学报 2025年第01期53卷 10-15页

作者：姜海富郑慧奇李宇刘宇明姜利祥北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程技术国防科技重点实验室

为揭示ZnO白漆空间环境作用损伤机理，优化材料性能，采用空间环境辐照实验对ZnO颜料及硅酸钾包覆的氧化锌（KSZ）白漆空间环境效应及损伤机制进行了研究。电子、质子、紫外及原子氧作用后，ZnO颜料在425 nm左右产生了吸收峰，ZnO颜料... 详细信息

为揭示ZnO白漆空间环境作用损伤机理，优化材料性能，采用空间环境辐照实验对ZnO颜料及硅酸钾包覆的氧化锌（KSZ）白漆空间环境效应及损伤机制进行了研究。电子、质子、紫外及原子氧作用后，ZnO颜料在425 nm左右产生了吸收峰，ZnO颜料中双电离锌空位(VZn2-)在电子、质子、紫外辐照下发生电离，生成单电离锌空位■是光学性能退化的主要机制，而原子氧作用使得VZn2-极少一部分转化为■，大部分转化为未电离锌空位■。相对于紫外及原子氧辐照，质子和电子辐照对KSZ白漆性能影响较大。在质子剂量3.15×1016p/cm2、电子剂量2.25×1016e/cm2、紫外剂量5000当量太阳小时条件下，KSZ涂层太阳吸收比由0.12增加至0.27。

关键词：氧化锌白漆空间环境损伤机理太阳吸收比

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双轴压缩下含舱内爆炸凹陷损伤薄板的剩余极限承载能力试验分析

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中国舰船研究 2025年

作者：敖雷史治中张磊丁子奇裴志勇吴卫国武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉理工大学船海与能源动力工程学院

[目的]为评估舰船毁伤生命力和支撑战场快速决策，进行复杂海况下损伤结构剩余承载能力分析。[方法]针对舱内爆炸损伤后的船体薄板，通过模型试验，分析双轴压缩下含凹陷损伤薄板的剩余承载能力。通过不同载荷比例加载，分析凹陷损伤薄... 详细信息

[目的]为评估舰船毁伤生命力和支撑战场快速决策，进行复杂海况下损伤结构剩余承载能力分析。[方法]针对舱内爆炸损伤后的船体薄板，通过模型试验，分析双轴压缩下含凹陷损伤薄板的剩余承载能力。通过不同载荷比例加载，分析凹陷损伤薄板在组合载荷作用下的力学特性。基于数字图像相关法（DIC），建立三维全场应变测量系统，详细记录薄板的面外变形过程，揭示双轴压缩下含凹陷损伤薄板的破坏失效模式。[结果]结果显示，在任意加载比例下，凹陷损伤的存在都会显著降低薄板的剩余承载能力，最大可达19.96%，所有板均是因加载边夹角处的塑性大变形而破坏失效；随着双向轴压一端载荷的增加，另一端的极限承载能力会显著下降。[结论]所做研究对复杂应力下舰船毁伤生命力评估和安全返港具有重要指导意义。

关键词：爆炸舱内爆炸凹陷损伤双向轴压全场应变测量技术剩余极限强度模型试验