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Quantification of the concrete freeze–thaw environment across the Qinghai–Tibet Plateau based on machine learning algorithms

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Journal of Mountain Science 2024年第1期21卷 322-334页

作者： QIN Yanhui ma haoyuan ZHANG Lele YIN Jinshuai ZHENG Xionghui LI Shuo Department of Civil Engineering Qingdao University of TechnologyQingdao 266520China Department of Geography Qinghai Normal UniversityXining 810008China

The reasonable quantification of the concrete freezing environment on the Qinghai–Tibet Plateau(QTP) is the primary issue in frost resistant concrete design, which is one of the challenges that the QTP engineering managers should take into account. In this paper, we propose a more realistic method to calculate the number of concrete freeze–thaw cycles(NFTCs) on the QTP. The calculated results show that the NFTCs increase as the altitude of the meteorological station increases with the average NFTCs being 208.7. Four machine learning methods, i.e., the random forest(RF) model, generalized boosting method(GBM), generalized linear model(GLM), and generalized additive model(GAM), are used to fit the NFTCs. The root mean square error(RMSE) values of the RF, GBM, GLM, and GAM are 32.3, 4.3, 247.9, and 161.3, respectively. The R^(2) values of the RF, GBM, GLM, and GAM are 0.93, 0.99, 0.48, and 0.66, respectively. The GBM method performs the best compared to the other three methods, which was shown by the results of RMSE and R^(2) values. The quantitative results from the GBM method indicate that the lowest, medium, and highest NFTC values are distributed in the northern, central, and southern parts of the QTP, respectively. The annual NFTCs in the QTP region are mainly concentrated at 160 and above, and the average NFTCs is 200 across the QTP. Our results can provide scientific guidance and a theoretical basis for the freezing resistance design of concrete in various projects on the QTP.

关键词： Freeze–thaw cycles Quantification machine learning algorithms Qinghai–Tibet Plateau Concrete

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A technical survey on mechanism and influence factors for asphalt pavement skid-resistance

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Friction 2024年第5期12卷 845-868页

作者： Xiyin LIU haoyuan LUO Can CHEN Leyi ZHU Siyu CHEN Tao ma Xiaoming HUANG School of Transportation Southeast UniversityNanjing211189China

To explore the research status on mechanism of the skid-resistance for asphalt pavement, the related achievements of the rubber friction, the tire–road contact, and the influence factors were reviewed. The rubber friction was reviewed from the mechanism and rubber friction model. The tire-road contact was studied from the modeling methods, the evaluation methods, and the skid-resistance mechanisms at different conditions. The influence factors of skid-resistance were summarized from different designing processes. This review showed that the appropriate contact or evaluation model should be selected according to the required parameters. Although the finite element method is widely used, the accuracy of the model, the boundary conditions, and the load cases need to be further improved. The optimized aggregates and asphalt binders, reasonable gradation, reasonable geometric design, and strict construction quality control are necessary for good initial skid-resistance. Pavement texture as an important factor affecting skid-resistance should be considered in pavement gradation design, especially for wearing layer technology.

关键词： asphalt pavement rubber friction tire-road contact skid-resistance

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Fabrication of amorphous FeCoNiCuMnP x high-entropy phosphide/carbon composites with a heterostructured fusiform morphology for efficient oxygen evolution reaction

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Journal of materials Science & Technology 2024年第1期168卷 62-70页

作者： Yifan Zhou Longqing Gao haoyuan Chen Hao Wang Juan Zhang Xiumin Li Fangfang Duo Guoqing Guan School of materials Science and Engineering Zhengzhou UniversityZhengzhou 450001China Graduate School of Sustainable Community Studies Hirosaki University1-BunkyochoHirosaki 036-8560Japan Graduate School of Science and Technology Hirosaki University3-BunkyochoHirosaki 036-8561Japan Xinxiang University School of Chemistry&Materials EngineeringXinxiang 453003China Energy Conversion Engineering Laboratory Institute of Regional InnovationHirosaki University3-BunkyochoHirosaki 036-8561Japan

Amorphous high-entropy materials with abundant defects,coordinatively unsaturated sites,and loosely bonded atoms could exhibit excellent electrocatalytic performance.However,how to fabricate such ma-terials with nanostructure as well as amorphous structure is still full of challenges.In this work,high-entropy metal organic framework(HE-MOF)is employed as the self-sacrificial template to fabricate FeCoNiCuMnP x high-entropy phosphide/carbon(HEP/C)composites.The obtained composite shows a het-erostructured fusiform morphology,in which the HEP is encapsulated by a carbon layer,revealing high electron conductivity as well as rich catalytic active sites for oxygen evolution reaction(OER).Beside,it is found that there is a short-range ordered crystal structure in the amorphous phase,which is bene-ficial for revealing high OER catalytic activity as well as good stability.As a result,the optimum HEP/C composite shows an overpotential 239 mV@10 ma cm^(−2)with a small Tafel slope of 72.5 mV dec^(−1) for catalyzing OER in alkaline solution.

关键词： Water electrolysis Oxygen evolution reaction High-entropy MOFs High-entropy phosphides Amorphous structure

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Visualization Experiment and Numerical Analysis of Cavitation Flow Characteristics in Diesel Fuel Injector Control Valve with Different Structure Design

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Journal of Thermal Science 2021年第1期30卷 76-87页

作者： ma haoyuan ZHANG Tong AN Qingsong TAO Yuhao XU Yue School of Mechanical Engineering Tianjin UniversityTianjin 300350China Key Lab of Efficient Utilization of Low and Medium Grade Energy Tianjin 300350China Shanghai marine Diesel Engine Research Institute Shanghai 201108China

Increasing the injection pressure has been proven an effective method to enhance performance and reduce pollutant of diesel engine.With the increase of the injection pressure,the cavitation damage problem inside common rail fuel injector is more significant,which has direct influences on reliability of diesel engine.While the most studies so far have focused on cavitation occurred in injector nozzle and its atomization characteristics,few researchers studied the cavitation phenomenon in fuel injector control valve.But due to the complexity of flow field and difficulty of experiment,the cavitation in control valve could not be fully described by existing theories.In this paper,the two-dimensional visualization experiment and numerical simulation of control valve was implemented to acquire the image of cavitation intuitively and validate the simulation method and model.Then a new structure design of control valve named convergent model was presented for comparison.The origin model and convergent model with different valve lifts were simulated in three dimensions.The results showed that the sheet cavitation occurred at the surface of seal cone and steel ball then turned to cloud cavitation in downstream area.The intensity of cavitation increased with the increase of valve lift.Convergent model could efficiently reduce the cavitation intensity near the seal area.This research could provide references for engineering optimization design of control valve.

关键词： diesel engine fuel injector control valve cavitation

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动静载作用下充填节理砂岩应力波传播特性研究

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应用力学学报 2024年第2期41卷 432-442页

作者：殷志强马凯莉吴昊原刘贤高路路王超安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室淮南232001 安徽理工大学矿业工程学院淮南232001 安徽理工大学安徽省煤矿安全采掘装备制造业创新中心淮南232001

为研究节理角度和不同围压作用下的充填节理岩石的动态力学特性和应力波传播规律,利用改造后的动静组合加载霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)装置,对充填节理厚度为8 mm的砂岩试样进行冲击试验,研究不同围压等级(0、4... 详细信息

为研究节理角度和不同围压作用下的充填节理岩石的动态力学特性和应力波传播规律,利用改造后的动静组合加载霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)装置,对充填节理厚度为8 mm的砂岩试样进行冲击试验,研究不同围压等级(0、4、6和8 MPa)和不同节理倾角(0°、15°、30°、45°)下充填节理试样的动态力学特性和应力波传播的规律,采用应力波斜射理论并进行验证。试验结果表明:(1)完整砂岩的反射波幅值最小,以0 MPa为例,反射波幅值从0.194×10^(-3)增长到0.299×10^(-3),与倾角成正相关,透射波幅值与倾角成负相关,且从0.169×10^(-3)减小到0.053×10^(-3);以0°为例,反射波幅值与围压呈负相关,且从0.194×10^(-3)减小到0.074×10^(-3),透射波幅值相反从0.169×10^(-3)增长到0.257×10^(-3);(2)在冲击动载作用下,一定程度围压可以起到限制变形,抑制胶结面分离,提高承载能力;节理倾角越大的充填节理产生的变形越大,承载状态越差;(3)倾角试件随着围压增大反射能力降低,透射能力提高,0°倾角试件的反射系数从0.603减小到0.147,透射系数从0.569均匀增加到0.789,围压试件随着倾角的增大反射能力增大,透射能力降低与理论分析规律一致;(4)节理倾角与试样吸收能密度呈负相关,围压与试样吸收能密度呈正相关,与围压作用下的透反射规律一致。

关键词：充填节理围压等级 SHPB冲击动态力学特性应力波斜射理论

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寒区涎流冰分类与特征分析

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吉林水利 2024年第2期 17-22页

作者：顾跃马浩远戴长雷黑龙江大学寒区地下水研究所黑龙江哈尔滨150080 黑龙江大学水利电力学院黑龙江哈尔滨150080

涎流冰是寒区内的一种自然现象。在我国高寒山区、北方寒冷地区以及青藏高原地区存在大量的涎流冰。综合分析涎流冰的形成条件、种类、分布、特征、形成机理及影响因素,总结涎流冰的分类标准和特征描述,并通过涎流冰形成的水源性质、发... 详细信息

涎流冰是寒区内的一种自然现象。在我国高寒山区、北方寒冷地区以及青藏高原地区存在大量的涎流冰。综合分析涎流冰的形成条件、种类、分布、特征、形成机理及影响因素,总结涎流冰的分类标准和特征描述,并通过涎流冰形成的水源性质、发育位置、与人类活动关系、存在时间长短及涎流冰规模等因素将其进行分类。再从地形特征、水源性质这两个方面对部分涎流冰进行特征分析。对涎流冰的分类与特征分析有助于提高对其成因机理的认识,并为制定合理的防治方案提供依据。

关键词：涎流冰寒区分类标准特征

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无监督学习型凿岩钻臂逆运动学求解方法

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工程科学学报 2024年第8期46卷 1479-1488页

作者：吴江许皓渊闫昊琪熊锋曹星宇高路路段京良马飞北京科技大学机械工程学院北京100083

凿岩台车钻臂智能寻孔控制对提升凿岩钻孔作业精度和效率具有重要意义,逆运动学求解是实现钻臂精确快速寻孔控制的核心.现有解析法或数值法无法满足复杂钻臂逆运动学求解精度或时间效率要求,而传统神经网络方法依赖于标签数据,求解结果... 详细信息

凿岩台车钻臂智能寻孔控制对提升凿岩钻孔作业精度和效率具有重要意义,逆运动学求解是实现钻臂精确快速寻孔控制的核心.现有解析法或数值法无法满足复杂钻臂逆运动学求解精度或时间效率要求,而传统神经网络方法依赖于标签数据,求解结果的可靠性较低.针对上述问题,本文提出一种考虑安全约束的无监督学习型神经网络逆运动学求解方法.区别于传统解法,该方法不依赖标签数据,直接将期望钻臂末端位姿作为网络输入,以实际末端位姿与期望末端位姿的差异作为优化目标,通过梯度下降驱动网络更新.同时,为确保关节位置的安全性,本文构造了安全碰撞惩罚,将罚项引入到求解目标函数中,促使网络输出的关节量满足特定环境的约束条件.上述的研究方法不仅提高了逆运动学求解的精度,而且显著降低了逆运动学解的碰撞率.实验结果表明,使用无监督学习型神经网络逆运动学求解方法所求得的寻孔误差均值在5~7 mm之间,相较于监督学习型方法,逆运动学求解精度提升约70.72%;引入约束后,该方法在不损失求解精度的前提下,逆运动学解的碰撞率降低了90.28%.

关键词：凿岩钻臂逆运动学求解无监督学习神经网络碰撞惩罚

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冷轧薄窄规格低碳钢碎边浪板形问题研究

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轧钢 2024年第2期41卷 69-77页

作者：李硕于洋宋浩源马家骥李明远武巧玲首钢集团有限公司技术研究院北京100043 首钢股份有限公司北京100043

随着冷轧产品规格的拓展,冷轧机组的板形控制能力面临极大压力和挑战。针对行业内较难解决的低碳钢薄窄规格碎边浪问题,以某冷轧厂1970 mm酸轧机组带钢板形为研究对象,试验和仿真结合对该问题进行了研究。结果表明:薄窄规格碎边浪缺陷... 详细信息

随着冷轧产品规格的拓展,冷轧机组的板形控制能力面临极大压力和挑战。针对行业内较难解决的低碳钢薄窄规格碎边浪问题,以某冷轧厂1970 mm酸轧机组带钢板形为研究对象,试验和仿真结合对该问题进行了研究。结果表明:薄窄规格碎边浪缺陷是在上游机架产生,并在下游机架缺陷板形逐渐被消化遗传到出口形成的。碎边浪的产生原因:一方面由于低碳钢精轧过程中边部温降过快容易导致边部粗晶,使得边部相较于中部硬度低约15HRB;另一方面由于轧制薄规格带钢的过程中工作辊会产生更大的挠曲和弹性压扁,且宽幅轧机轧制窄规格带钢过程中轧机对辊缝凸度的调节能力有限,使得薄窄规格带钢更容易发生局部延伸不均。为此,针对全流程提出了改善碎边浪的一系列措施,包括设计边部带锥度的工作辊辊形以及VCL支撑辊辊形以减少边部区域金属的延伸,降低五机架轧机轧制力以提高对碎边浪的消化能力,对酸轧入口带钢进行切边处理或采用边部加热工艺以改善边部、中部组织性能均匀性等措施。试验结果表明:采用边部加热工艺相较于增大装钢间隙(至200 mm)、提高终轧温度(10℃)等措施对改善带钢宽度方向温度分布均匀性效果显著,冷轧带钢板形IU值降低43%,改善效果与冷轧前进行切边处理相当。将优化措施在现场固化后,厚度0.8 mm、宽度1250 mm以下薄窄规格带钢碎边浪缺陷发生率由40%降至0.5%,板形控制水平在1 IU左右。

关键词：冷轧薄窄规格带钢碎边浪组织均匀性辊缝凸度辊形边部加热

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面向GPU架构的CCFD-KSSolver组件设计和实现

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数据与计算发展前沿 2024年第1期6卷 68-78页

作者：张浩源马文鹏袁武张鉴陆忠华中国科学院计算机网络信息中心北京100083 中国科学院大学北京100049 信阳师范学院河南信阳464000

【应用背景】在如计算流体力学和材料科学等高性能应用领域中,大型稀疏线性方程的求解直接影响高性能应用的效率与精度。异构众核已成为现代超算系统体系结构的重要特征和发展趋势。【方法】本文面向CPU+GPU异构超算系统设计并实现了线... 详细信息

【应用背景】在如计算流体力学和材料科学等高性能应用领域中,大型稀疏线性方程的求解直接影响高性能应用的效率与精度。异构众核已成为现代超算系统体系结构的重要特征和发展趋势。【方法】本文面向CPU+GPU异构超算系统设计并实现了线性解法器组件CCFD-KSSolver。该组件针对异构体系结构特征,实现了针对多物理场块结构矩阵的Krylov子空间解法器和多种典型预处理方法,采用了如计算通信重叠、GPU访存优化、CPUGPU协同计算等优化技术提升CCFD-KSSolver的计算效率。【结果】顶盖驱动流的实验表明,当子区域数目为8时,Block-ISAI相比于CPU和cuSPARSE的子区域求解器分别取得20.09倍和3.34倍的加速比,且具有更好的扩展性;对于百万阶规模的矩阵,应用3种子区域求解器的KSSolver在8个GPU上的并行效率分别为83.8%、55.7%、87.4%。【结论】本文选择具有块结构的经典多物理中的应用对解法器及预处理软构件进行测试,证明其稳定高效性,有力支撑了以流体力学数值模拟为代表的高性能计算与应用在异构系统上的开展。

关键词： GPU KSSolver 并行优化预条件高性能计算

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基于Bow-Tie模型和未确知测度理论的煤矿透水风险分析

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煤炭与化工 2024年第1期47卷 110-114页

作者：侯玮马润泽林倩毕昊媛河北工程大学矿业与测绘工程学院河北邯郸056000

为了克服煤矿井下透水事故安全性评价相关因子的不确定性,以及权重指标赋值模糊的问题,采用Bow-Tie模型分析法通过对煤矿井下的人、物、环境、管理4个方面的分析研究,建立出煤矿透水事故的Bow-Tie评价模型,把得到的12项透水事故的影响... 详细信息

为了克服煤矿井下透水事故安全性评价相关因子的不确定性,以及权重指标赋值模糊的问题,采用Bow-Tie模型分析法通过对煤矿井下的人、物、环境、管理4个方面的分析研究,建立出煤矿透水事故的Bow-Tie评价模型,把得到的12项透水事故的影响因子作为煤矿透水事故风险评估的评价指标。通过层次分析法对指标进行权重的赋值,最后由未确知测度法确定煤矿透水事故风险评价等级。通过对小回沟煤矿进行实例评估分析,评价结果与该煤矿实际相符合,可见该法的合理性和适用性,可以为煤矿透水事故的风险评价提出一些指导。

关键词：煤矿透水 Bow-Tie模型未确知测度理论风险评价

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