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Design,fabrication,and characterization of hierarchical mechanical metamaterials

Frontiers of Mechanical Engineering 2024年第1期19卷 73-83页

作者： Jian SONG junfei yan Bengang YI Automotive Engineering Research Institute BYD Auto Industry Co.Ltd.Shenzhen 518000China College of Civil and Transportation Engineering Shenzhen UniversityShenzhen 518060China

Natural mechanical materials,such as bamboo and bone,often exhibit superior specific mechanical properties due to their hierarchical porous architectures.Using the principle of hierarchy as inspiration can facilitate the development of hierarchical mechanical metamaterials(HMMs)across multiple length scales via 3D printing.In this work,we propose self-similar HMMs that combine octet-truss(OCT)architecture as the first and second orders,with cubic architecture as the third or more orders.These HMMs were fabricated using stereolithography 3D printing,with the length sizes ranging from approximately 200µm to the centimeter scale.The compressive stress–strain behaviors of HMMs exhibit a zigzag characteristic,and the toughness and energy absorption can be significantly enhanced by the hierarchical architecture.The compressive moduli are comparable to that of natural materials,and the strengths are superior to that of most polymer/metal foams,alumina hollow/carbon lattices,and other natural materials.Furthermore,the flexural stress–strain curves exhibit a nonlinear behavior,which can be attributed to the hierarchical architecture and local damage propagation.The relatively high mechanical properties can be attributed to the synergistic effect of the stretch-dominated OCT architecture and the bending-dominated cube architecture.Lastly,an ultralight HMM-integrated unmanned aerial vehicle(HMM-UAV)was successfully designed and printed.The HMM-UAV is~85%lighter than its bulk counterpart,remarkably extending the flight duration time(~53%).This work not only provides an effective design strategy for HMMs but also further expands the application benchmark of HMMs.

关键词： 3D printing mechanical metamaterials hierarchical architecture mechanical behavior unmanned aerial vehicle(UAV)

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High-performance formaldehyde prediction for indoor air quality assessment using time series deep learning

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Building Simulation 2024年第3期17卷 415-429页

作者： Liu Lu Xinyu Huang Xiaojun Zhou junfei Guo Xiaohu yang Jinyue yan School of Human Settlements and Civil Engineering Xi’an Jiaotong UniversityXi’anChina Department of Building Environment and Energy Engineering The Hong Kong Polytechnic UniversityKowloonHong KongChina Future Energy Profile School of BusinessSocietyand EngineeringMälardalen UniversityVästeråsSweden

Indoor air pollution resulting from volatile organic compounds(VOCs),especially formaldehyde,is a significant health concern needed to predict indoor formaldehyde concentration(Cf)in green intelligent building design.This study develops a thermal and wet coupling calculation model of porous fabric to account for the migration of formaldehyde molecules in indoor air and cotton,silk,and polyester fabric with heat flux in Harbin,Beijing,Xi’an,Shanghai,Guangzhou,and Kunming,China.The time-by-time indoor dry-bulb temperature(T),relative humidity(RH),and Cf,obtained from verified simulations,were collated and used as input data for the long short-term memory(LSTM)of the deep learning model that predicts indoor multivariate time series Cf from the secondary source effects of indoor fabrics(adsorption and release of formaldehyde).The trained LSTM model can be used to predict multivariate time series Cf at other emission times and locations.The LSTM-based model also predicted Cf with mean absolute percentage error(MAPE),symmetric mean absolute percentage error(SMAPE),mean absolute error(MAE),mean square error(MSE),and root mean square error(RMSE)that fell within 10%,10%,0.5,0.5,and 0.8,respectively.In addition,the characteristics of the input dataset,model parameters,the prediction accuracy of different indoor fabrics,and the uncertainty of the data set are analyzed.The results show that the prediction accuracy of single data set input is higher than that of temperature and humidity input,and the prediction accuracy of LSTM is better than recurrent neural network(RNN).The method’s feasibility was established,and the study provides theoretical support for guiding indoor air pollution control measures and ensuring human health and safety.

关键词： multivariate time series formaldehyde concentration deep learning heat-humidity coupling mass transfer secondary source effect

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基于注意力模块化神经网络的城市固废焚烧过程氮氧化物排放预测

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化工学报 2024年第2期75卷 593-603页

作者：蒙西王岩孙子健乔俊飞北京工业大学信息学部北京100124 智慧环保北京实验室北京100124 智能感知与自主控制教育部工程研究中心北京100124

氮氧化物(nitrogen oxides,NO_(x))浓度的实时精准检测是实现脱硝过程闭环控制的前提,对提高城市固废焚烧(municipal solid waste incineration,MSWI)过程脱硝效率具有重要意义。为此,提出了一种基于注意力模块化神经网络(attention mod... 详细信息

氮氧化物(nitrogen oxides,NO_(x))浓度的实时精准检测是实现脱硝过程闭环控制的前提,对提高城市固废焚烧(municipal solid waste incineration,MSWI)过程脱硝效率具有重要意义。为此,提出了一种基于注意力模块化神经网络(attention modular neural network,AMNN)的MSWI过程NO_(x)排放预测方法。首先,模拟脑网络“分而治之”处理复杂任务的特性,利用模糊C均值(fuzzy C-means,FCM)聚类算法将待预测任务划分为多个子任务,从而降低预测任务复杂度;其次,针对各子任务,设计一种自组织模糊神经网络(self-organizing fuzzy neural network,SOFNN)构建子模型,通过神经元增删机制和二阶学习算法提高子模型的学习效率和学习精度;然后,提出了一种基于注意力机制的子模型整合策略,进一步提高预测模型的泛化性能;最后,通过基准实验Mackey-Glass时间序列预测和北京某MSWI厂实际数据验证了AMNN的可行性和有效性。

关键词：城市固废焚烧模块化神经网络注意力机制 NOx排放预测

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产业发展与环境结构扭曲的新结构环境经济学解释

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河海大学学报（哲学社会科学版） 2024年第3期26卷 147-160页

作者：顾岩陈军飞阎晓东河海大学商学院江苏南京211100 河海大学长江保护与绿色发展研究院江苏南京210098 河海大学江苏长江保护与高质量发展研究基地江苏南京210098

党的二十大报告中提出要加快发展方式绿色转型,绿色转型立足于产业发展现状和资源环境承载能力,因此解释和处理产业经济发展与环境体系之间的关系至关重要。遵循新结构经济学理论底层逻辑,基于新结构环境经济学视角,围绕产业发展方式偏... 详细信息

党的二十大报告中提出要加快发展方式绿色转型,绿色转型立足于产业发展现状和资源环境承载能力,因此解释和处理产业经济发展与环境体系之间的关系至关重要。遵循新结构经济学理论底层逻辑,基于新结构环境经济学视角,围绕产业发展方式偏离比较优势原则所造成的环境结构扭曲现象,构建了理论分析框架,提出绿色技术选择指数概念以识别环境要素禀赋比较优势偏离程度,剖析产业污染与自生能力的内生和传导机制并提出相关假设,采用2007—2021年长江经济带化工产业省级面板数据进行实证检验。研究结果表明:要素禀赋结构比较优势偏离将导致产业自生能力缺失和污染加剧,引发环境结构扭曲;环境要素相较于生产要素,比较优势偏离造成的扭曲程度更严重;新结构环境经济学将环境纳入生产要素投入,重新定义区域要素禀赋结构,更加适配现阶段社会经济发展的理论指导需求;长江经济带化工产业发展存在一定程度的结构性扭曲,在环境规制和产业存续的压力下进退两难。为了实现产业可持续发展,发展方式绿色转型路径的构建需从环境要素禀赋出发,政企携手通过政策手段和市场机制内生最优结构,形成良性循环。

关键词：新结构环境经济学环境结构扭曲自生能力污染长江经济带化工产业

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Study on the variation in and selection of Fraxinus mandshurica provenances and families in northeast China

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Journal of Forestry Research 2023年第2期34卷 519-529页

作者： junfei Hao Na Chen Pingyu yan Kaiyuan Xu Lei Zhang Hanguo Zhang State Key Laboratory of Tree Genetics and Breeding Northeast Forestry UniversityHarbin 150040People’s Republic of China

Fraxinus mandshurica Rupr.is one of the main afforestation species in northeast China,and there is great demand for improved F.mandshurica varieties.The results of an investigation into and analysis of the growth traits of F.mandshurica provenances and families showed that there were significant differences in different periods.However,variations in growth traits decreased year by year.There was a significant negative correlation between tree heights of the provenances and sunshine hours in their areas of origin.The provenances of Xinglong,Hailin and Wuchang were selected based on the volume of 18-year-old trees.The average genetic gain from the selection of fast-growing provenances was 19.4%.Ten superior fast-growing families were selected.The average volume of the selected families was22.6%,higher than that of all families.The correlation coefficient between heights at 6-year-old and at 18a was 0.838for provenances,and between heights at 4-year-old and at 18-year-old was 0.303 for families.These results indicate that early selection for height in provenances or families could be performed at 6 years or 4 years,respectively.Early selection for DBH and volume in families could start at 8 years.

关键词： Fraxinus mandshurica Provenance Family selection Early-late correlation

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碳减排和水生态承载双重约束下的江苏化工产业结构优化研究

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资源与产业 2024年第2期26卷 111-123页

作者：陈军飞车雅静顾岩丁童慧河海大学商学院江苏南京211100 长江保护与绿色发展研究院江苏南京210098 江苏长江保护与高质量发展研究基地江苏南京210098

长江经济带作为重大国家战略发展区域,其生态修护和资源合理高效利用关系国家发展全局。江苏化工产业为污染密集型和资源消耗型产业,妥善处理产业发展和资源环境保护的矛盾,对推动长江大保护以及实现协同减排目标具有重要意义。以江苏... 详细信息

长江经济带作为重大国家战略发展区域,其生态修护和资源合理高效利用关系国家发展全局。江苏化工产业为污染密集型和资源消耗型产业,妥善处理产业发展和资源环境保护的矛盾,对推动长江大保护以及实现协同减排目标具有重要意义。以江苏省化工产业为研究对象,2017年为基准年,构建碳减排和水生态承载双重约束下化工产业结构多目标优化模型,运用NSGA-Ⅱ-VIKOR算法,探讨不同情景下江苏化工产业结构调整的路径。结果表明:1)相比低碳发展型、节水发展型和经济发展型情景,均衡发展型情景下江苏化工产业节约用水998.48万m^(3),碳排放强度年下降率为4.27%,产值年增长率达到4.73%,在实现水资源高效利用、碳排放强度显著降低的同时,兼顾经济高质量发展。2)化工产业结构仍需调整,具体为支持发展橡胶和塑料制品业,限制发展石油加工、炼焦及核燃料加工业,重点针对化学纤维制造业采取节水降碳措施。3)优化结果的实现需要能源消费结构向清洁能源方向优化调整,煤炭消费比重下降5.54%,天然气及电力等清洁能源上涨5.45%。4)水资源配置转移方向基本和产业结构调整方向一致,通过水资源分配优化可使石油加工、炼焦及核燃料加工业和化学纤维制造业分别节约9.8%和5.14%的用水量,并通过水交易市场转移配置到橡胶和塑料制品业。据此,建议提升区域生态承载能力,实现区域高质量发展;构建清洁高效能源消费体系,提升能源利用率;建设节水型产业发展体系,实现产业与水生态全面协调、可持续发展。

关键词：碳减排水生态承载力化工产业多目标优化产业结构

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Semi-closed synthesis of nitrogen and oxygen Co-doped mesoporous carbon for selective aqueous oxidation

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Green Energy & Environment 2022年第1期7卷 43-52页

作者： Chen Xing Daihui yang yan Zhang Tian Sun junfei Duan Hussein A.Younus Shiguo Zhang College of Materials Science and Engineering Hunan Province Key Laboratory for Advanced Carbon Materials and Applied TechnologyHunan UniversityChangsha410082China School of Materials Science and Engineering Changsha University of Science and TechnologyChangsha410004China Chemistry Department Faculty of ScienceFayoum UniversityFayoum63514Egypt

Heteroatom-doped meso/micro-porous carbon materials are conventionally produced by harsh carbonization under an inert atmosphere involving specific precursors,hard/soft templates,and heteroatom-containing agents.Herein,we report a facile synthesis of N and O co-doped meso/micro-porous carbon(NOMC)by template-free carbonization of a small-molecule precursor in a semi-closed system.The semi-closed carbonizaiton process yields hydrophilic NOMCs with large surface area in a high yield.The porous structure as well as the elemental composition of NOMCs can be modulated by changing the holding time at a particular temperature.NOMCs as metal-free heterogeneous catalysts can selectively oxidize benzyl alcohol and its derivatives into aldehydes/ketones with>85%conversion in aqueous solution,which is much higher than that of the control sample obtained in tube furnace(21%conversion),mainly due to their high N content,high percentage of pyridinic N,and large surface area.The presence of O-containing moieties also helps to improve the hydrophilicity and dispersion ability of catalysts and thus facilitates the mass transfer process during aqueous oxidation.The NOMC catalysts also dispayed excellent activity for a wide range of substrates with a selectivity of>99%.

关键词： Semi-closed carbonization Nitrogen and oxygen doping Mesoporous carbon Metal-free catalyst Selective aqueous oxidation

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不同土地利用类型对豫西黄土丘陵区坡面产流产沙的影响

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水土保持研究 2024年第4期31卷 67-74,85页

作者：衣强李越梅闫俊飞顾治家张红峰李泮营黄淑萍河南省水土保持监测总站郑州450008 信阳师范大学地理科学学院/河南省水土环境污染协同防治重点实验室河南信阳464000 河南省嵩县水土保持科学研究所河南嵩县471400

[目的]分析豫西黄土丘陵区不同土地利用类型及不同坡度条件下土壤侵蚀产流产沙规律,为土壤侵蚀定量评价、水土流失综合防治提供科学依据。[方法]基于河南省嵩县胡沟小流域水土保持监测点2011—2020年12个坡面径流小区观测数据,揭示了不... 详细信息

[目的]分析豫西黄土丘陵区不同土地利用类型及不同坡度条件下土壤侵蚀产流产沙规律,为土壤侵蚀定量评价、水土流失综合防治提供科学依据。[方法]基于河南省嵩县胡沟小流域水土保持监测点2011—2020年12个坡面径流小区观测数据,揭示了不同土地利用类型下产流产沙规律,采用相关分析研究了降雨特征、坡度、土地利用与产流产沙的关系。[结果](1)与裸地小区相比,草地小区的减流减沙效益最大。草地的多年平均减流效益变化为78.6%~85.9%,减沙效益最高可达100%。林地的减流效益为32.9%~51.3%,减沙效益为55.3%~78.9%。(2)各径流小区产流产沙次数、大小与坡度关系密切,10°与15°的产流产沙差别不大,25°的坡度上产流产沙明显增加。此外,随着坡度的增加,林草地的水土保持效益也在降低。(3)径流小区径流深与最大30 min雨强(I_(30))、土壤流失量与降雨侵蚀力相关性最为显著。[结论]在豫西黄土丘陵区缺少径流泥沙定位观测的区域,一定的坡度和植被状况下,可用降雨过程资料来估测坡面径流量和土壤流失量。

关键词：产流产沙径流小区土地利用豫西黄土丘陵区

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神经内镜辅助下经鼻蝶窦手术治疗垂体瘤的效果及对嗅觉功能、神经内分泌激素水平的影响

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现代肿瘤医学 2024年第4期32卷 646-651页

作者：闫俊飞王立忠梁晓娟丁奇王煜张家口市第一医院河北张家口075000

目的:探讨神经内镜辅助下经鼻蝶窦手术治疗垂体瘤的效果及对嗅觉功能、神经内分泌激素水平的影响。方法:回顾性将我院2018年03月至2022年02月收治的垂体瘤患者58例作为此次的研究对象,其中采用显微镜辅助下进行经鼻蝶窦手术的28例作为... 详细信息

目的:探讨神经内镜辅助下经鼻蝶窦手术治疗垂体瘤的效果及对嗅觉功能、神经内分泌激素水平的影响。方法:回顾性将我院2018年03月至2022年02月收治的垂体瘤患者58例作为此次的研究对象,其中采用显微镜辅助下进行经鼻蝶窦手术的28例作为对照组,神经内镜辅助下进行经鼻蝶窦手术的30例作为观察组,均观察至患者出院,并进行随访1年。比较两组围术期指标,术后1个月视力下降、头痛及性功能障碍缓解率,术前、术后1个月激素水平、T细胞亚群、生活质量评分、嗅觉功能,研究期间并发症发生情况,随访1年后复发情况。结果:与对照组比较,观察组的出血量相对更少,术后住院时间较短,肿瘤全切率相对更高;术后1个月,与对照组进行比较,观察组视力下降、头痛及性功能障碍缓解率均相对更高;相比术前,两组术后1个月血清泌乳素(PRL)、促甲状腺素(TSH)、生长激素(HGH)、促肾上腺皮质激素(ACTh)水平均降低,观察组低于对照组,外周血CD3^(+)、CD4^(+)水平、CD4^(+)/CD8^(+)值、社会功能、躯体功能、心理功能、物质生活状态各项生活质量评分术后1个月则均升高,观察组高于对照组;与术前比较,两组术后1个月嗅觉功能均升高,但观察组低于对照组;研究期间,观察组并发症总发生率3.33%低于对照组的25.00%;随访1年后,观察组的复发率0.00%同样低于对照组的14.29%(P<0.05)。结论:神经内镜辅助下经鼻蝶窦手术可有效提高垂体瘤患者的生活质量以及视力下降、头痛等临床症状缓解率,缩短住院时间,同时还能够改善患者的免疫功能以及嗅觉功能,稳定患者神经内分泌激素水平,降低并发症发生以及复发率。

关键词：垂体瘤经鼻蝶窦手术神经内镜显微镜嗅觉功能神经内分泌激素

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煤气化细渣脱灰提碳技术研究进展

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煤化工 2024年第1期52卷 97-101页

作者：闫琪李健樊磊闫龙杨永林尚军飞魏清渤陈鲁园榆林学院陕西榆林719000 中国矿业大学江苏徐州221116 陕西未来清洁化学品有限公司陕西榆林719000 陕西榆能精细化工材料有限公司陕西榆林719000 延安大学陕西延安716000 陕西精益化工有限公司陕西榆林719000

分析了煤气化渣的组成和形貌,针对气化细渣中碳资源的特点综述了其用作燃料、吸附材料、工业材料、催化剂材料的现状。讨论了气化细渣脱灰提碳技术的分类和原理,总结了近些年相关技术的研究现状及进展。目前物理法脱灰提碳主要采用浮选... 详细信息

分析了煤气化渣的组成和形貌,针对气化细渣中碳资源的特点综述了其用作燃料、吸附材料、工业材料、催化剂材料的现状。讨论了气化细渣脱灰提碳技术的分类和原理,总结了近些年相关技术的研究现状及进展。目前物理法脱灰提碳主要采用浮选法和重力分选法,两种方法各有特点,但都存在脱灰效率不高的问题;化学法采用酸碱洗的方式处理气化细渣,炭灰分离效果较好,但此过程会消耗大量的酸碱试剂。未来,应进一步探究气化细渣炭灰分离的机理及特点,开发合理且经济的脱灰提碳分离技术;同时,应加强耦合物理法和化学法的组合工艺的开发。

关键词：煤气化渣碳资源脱灰提碳资源化利用

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