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Transmissive reconfigurable metasurface enabling independent control of active and passive modules through weak coupling

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Photonics Research 2024年第7期12卷 1449-1456页

作者： KUN XUE HENG WEI CILEI ZHANG YONGHAO ZHANG HAOLIANG SUN shaohua dong Peng Cheng Laboratory Shenzhen 518055China Department of Electrical and Computer Engineering National University of SingaporeSingapore 117583Singapore State Key Laboratory of Radio Frequency Heterogeneous Integration College of Electronics and Information EngineeringShenzhen UniversityShenzhen 518060China

Metasurfaces have demonstrated rich electromagnetic control capabilities and degrees of freedom in past years. As is well known, for passive metasurfaces, their functionalities cannot be further expanded accordingly once prototypes are established. Therefore, reconfigurable metasurfaces, utilizing active devices to replace geometric changes in passive structures, have received widespread attention, especially with the development of wireless communication recently. In reconfigurable metasurfaces, artificial meta-atoms are composed of active devices and passive structures combined together. However, these two modules are usually utilized as a whole due to the tight coupling of the active devices and the passive structures, which results in passive structures not receiving sufficient attention and being utilized as independent degrees of freedom. In this article, we propose the concept of weakly coupled reconfigurable metasurfaces in transmissive systems, enabling independent control of active and passive modules through weak coupling. As the proof of concept, a simple weakly coupled system is proposed, which can realize the transmission wavefront engineering through the geometric changes of meta-structures in passive mode, while achieving switching between transmission and reflection states in active mode, respectively. Our exploration lies in making use of the physical structure, which is easily neglected in traditional reconfigurable metasurface design, emphasizing the collaborative work of active and passive modules, exploring more available variables within the same aperture, and providing a potential solution for balancing functionality and resource consumption in practical applications.

关键词： modules coupling weakly

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Editorial:special topic on computation-assisted materials screening and design

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Science China Materials 2024年第4期67卷 1011-1013页

作者： Jinlan Wang Chenghua Sun shaohua dong Department of Chemistry and Biotechnology Swinburne University of TechnologyHawthornVictoria 3122Australia School of Physics Southeast UniversityNanjing 211189China Science China Press Beijing100717China

The increasing complexity in materials has brought about significant challenges in their design and development. These challenges primarily stem from their multi-component nature,diverse structures, multi-step and intricate processing, and varied service environments. Consequently, the design of new materials typically involves a complex process featured with multiple parameters, procedures, and paths, surpassing the capacity of trial and error experiments alone.

关键词： typically passing alone

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Editorial: special topic on computation-assisted materials screening and design

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Science China Materials 2024年

作者： shaohua dong Jinlan Wang Chenghua Sun Science China Press School of Physics Southeast University Department of Chemistry and Biotechnology Swinburne University of Technology

关键词：

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多目标混合流水车间机器故障重调度问题研究

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机械工程学报 2024年第4期60卷 438-448页

作者：苏建涛董绍华朱诗敏北京科技大学机械工程学院北京100083

在数字化转型过程中,如何解决好生产调度问题是研究者关注的问题。混合流水车间机器故障是在生产调度过程中常遇到的问题。为此,需要为快速解决机器故障的重调度问题找到方法。在解决机器故障重调度过程中,主要考虑的因素为加工时间不... 详细信息

在数字化转型过程中,如何解决好生产调度问题是研究者关注的问题。混合流水车间机器故障是在生产调度过程中常遇到的问题。为此,需要为快速解决机器故障的重调度问题找到方法。在解决机器故障重调度过程中,主要考虑的因素为加工时间不能确定、物流装卸时间以及生产设备布局限制,从而提出这种多种重调度组合的重调度方法。首先建立双目标数学模型,系统中植入NSGA-II算法求解初始调度方案,算法采用启发式规则和随机化的方式生成初始解,利用仿真的方法对调度方案进行评价。其次,将多种重调度方式融合在一起,通过设备故障仿真验证重调度方法,试验验证启发式规则作为初始解的一部分,可以非常好地提高算法的搜索效率,所研究的重调度方法能够有效解决混合流水车间机器故障问题,具有重要的意义。

关键词：智能制造机器故障多目标优化重调度混合流水车间

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基于航空影射测量技术的岩质边坡裂隙孔径解译方法研究

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自动化应用 2024年第15期65卷 230-232,235页

作者：董少华晋城市泽祥勘探测绘有限公司山西晋城048000

天然岩石裂隙的孔径对岩体的变形与强度特性以及裂隙岩体的水动力特性有显著影响,而传统的测量方法对于复杂山区高陡岩质边坡的数据采集不够精确。针对该问题,通过无人机多角度拍物摄影测量技术,建立岩石边坡高分辨率三维模型,获取裂缝... 详细信息

天然岩石裂隙的孔径对岩体的变形与强度特性以及裂隙岩体的水动力特性有显著影响,而传统的测量方法对于复杂山区高陡岩质边坡的数据采集不够精确。针对该问题,通过无人机多角度拍物摄影测量技术,建立岩石边坡高分辨率三维模型,获取裂缝边缘特征点,借助坐标投影和变换对裂缝张开形态进行表征,并利用垂直测量线确定裂缝中轴线,根据裂缝的形状解释孔径。以山西省某铁路施工现场为例,验证该方法的可行性和可靠性。研究表明,裂缝孔径具有显著的区间效应和尺寸效应,裂缝的最佳采样长度约为0.5~1 m,当测量线间距为采样长度的1%时,可以获得最佳的孔径解释结果,同时不同方位裂缝的孔径分布存在一定差异,但一般服从正态分布、对数正态分布和伽马分布。

关键词：无人机高陡岩质边坡摄影测量法

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气象灾害下的油气站场设备脆弱节点辨识方法

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石油科学通报 2024年第2期9卷 297-306页

作者：胡瑾秋韩子从董绍华中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249

油气站场是保障我国石油与天然气等能源运输、储存体系的重要组成部分,油气站场的安全稳定运行是油气系统,乃至国家经济发展的重要一环。我国面积较大,包含多种气候地区,不同地域易发暴雨、雷电、台风等气象灾害。气象灾害发生在油气站... 详细信息

油气站场是保障我国石油与天然气等能源运输、储存体系的重要组成部分,油气站场的安全稳定运行是油气系统,乃至国家经济发展的重要一环。我国面积较大,包含多种气候地区,不同地域易发暴雨、雷电、台风等气象灾害。气象灾害发生在油气站场及其附近时可能会对相关设施造成破坏,导致站场处于异常工况中运行,甚至引发事故。常见的石油及相关液态加工产品的储运站场,介质除本身具有易燃易爆特性外,一般还具有一定的挥发性,易形成可燃气体云团。天然气站场常伴随高压运行条件,站场一旦出现异常工况或事故会使厂区内部工作人员的生命安全及周边环境都承受较大风险。气象灾害往往难以避免,但可以通过有针对性地增加安全措施加强站场在气象灾害条件下的稳定性,降低气象灾害带来的风险。为了达到上述目的,综合考虑油气站场的设备在遇到暴雨、雷暴等气象灾害时,更容易发生油气泄漏、爆炸等事故的情况,本文根据气象灾害发生场景,及相关场景下可能发生的灾害演化路径提出了一种定量的脆弱节点辨识方法。面对不同的环境风险,现有方法对于站场设备脆弱节点辨识缺乏精细度与准确度,错误辨识脆弱节节点不仅会导致防护过程中人力物力的浪费,更可能导致储罐管道的泄漏,甚至引发爆炸。本文对重力模型进行改进,结合鲁汶算法,提出基于社团分析模型的设备脆弱节点辨识方法。通过实验分析,得到暴雨天气、雷暴天气下的脆弱节点,并利用提出模型对历史案例进行分析,得到结果与实际调查情况较为吻合。相较于其他分析方法,社团分析模型精细度提高了10%以上,分析结果准确率提高了10%以上,召回率提高了14%以上。实验结果表明,本文所提方法可以实现多种极端天气下的脆弱节点辨识,且能对节点进行更精准的定位。

关键词：油气站场风险辨识脆弱节点辨识气象灾害复杂网络社团分析

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含双腐蚀缺陷管道的氢浓度分布模拟

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中国腐蚀与防护学报 2024年第2期44卷 335-344页

作者：郭诗雯吴浩志董绍华陈林程玉峰中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中国石油大学(北京)应急管理部油气生产安全与应急技术重点实验室北京102249 Schulich School of Engineering University of CalgaryCalgary T2N 1N4

为了研究含双腐蚀缺陷管道上的氢浓度分布规律,本文建立了应力场和氢扩散场耦合的有限元模型,针对双腐蚀缺陷间的应力耦合行为,探究了腐蚀缺陷长度、缺陷间距以及管道所受拉伸应变对管材中氢扩散富集行为的影响机制。结果表明,腐蚀缺陷... 详细信息

为了研究含双腐蚀缺陷管道上的氢浓度分布规律,本文建立了应力场和氢扩散场耦合的有限元模型,针对双腐蚀缺陷间的应力耦合行为,探究了腐蚀缺陷长度、缺陷间距以及管道所受拉伸应变对管材中氢扩散富集行为的影响机制。结果表明,腐蚀缺陷的存在导致氢原子在管道内发生局部富集,富集区最大氢浓度数值随拉伸应变的增大和缺陷长度的减小而升高,同时,最大氢浓度位置发生改变。而双缺陷在间距足够大时不再对氢扩散和富集产生叠加影响,可看作两个独立的缺陷。研究成果为含双腐蚀缺陷管道在输氢环境中的安全评价提供了理论支撑。

关键词：双腐蚀缺陷氢分布有限元模拟 X52 管线钢

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基于NSGA-Ⅱ算法的ACFM自由式旋转探头参数优化

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仪表技术与传感器 2024年第9期 118-126页

作者：李勇董绍华魏昊天周灿丰中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京石油化工学院机械工程学院

交流电磁场检测(ACFM)方法是新型的无损检测方法,其中探头设计关乎检测的效率和信号处理的难度。基于此类问题,提出了自由式旋转单探头的设计,采用COMSOL Multiphysics软件对探头不同电磁参数进行仿真计算,得出适用的探头参数;此外根据... 详细信息

交流电磁场检测(ACFM)方法是新型的无损检测方法,其中探头设计关乎检测的效率和信号处理的难度。基于此类问题,提出了自由式旋转单探头的设计,采用COMSOL Multiphysics软件对探头不同电磁参数进行仿真计算,得出适用的探头参数;此外根据旋转仿真分析得知,自由式旋转检测具有可行性且By磁场信号更具检测优势;同时基于旋转速度、平行检测速度、传感器相对位置以及检测范围的制约关系,采用非支配排序遗传算法Ⅱ(non-dominated sorting genetic algorithmⅡ,NSGA-Ⅱ)进行pareto求优,进而确定各参数,验证了旋转探头的高效率性。基于优化参数提出自由式旋转检测的信号处理模型,最后提出了旋转检测的系统搭建方法。

关键词： ACFM 自由式参数仿真 NSGA-Ⅱ 旋转检测

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缅甸蒲甘佛塔表面灰浆成分研究——以苏拉牟尼佛塔为例

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文物保护与考古科学 2024年第3期36卷 127-135页

作者：周萍董少华张秉坚党小娟杨璐秦始皇帝陵博物院陕西西安710600 陶质彩绘文物保护国家文物局重点科研基地(秦始皇帝陵博物院) 陕西西安710600 陕西省文物保护研究院陕西西安710075 砖石质文物保护国家文物局重点科研基地(陕西省文物保护研究院) 陕西西安710075 浙江大学浙江杭州310028 西北大学陕西西安710127

本研究以缅甸蒲甘苏拉牟尼佛塔为研究对象,使用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析仪、X射线衍射仪和显微红外光谱仪等科学仪器,对佛塔后期修复灰浆、外墙灰浆和壁画地仗的主要组成成分进行了深入研究。通过有机添加物、钙含量和泥沙质量... 详细信息

本研究以缅甸蒲甘苏拉牟尼佛塔为研究对象,使用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析仪、X射线衍射仪和显微红外光谱仪等科学仪器,对佛塔后期修复灰浆、外墙灰浆和壁画地仗的主要组成成分进行了深入研究。通过有机添加物、钙含量和泥沙质量比试验,详细探究了灰浆的制作工艺。结合试验结果和当地走访调查,揭示了缅甸蒲甘灰塑的传统工艺和材料。研究结果显示,苏拉牟尼佛塔灰浆主要由石灰、砂砾和泥组成,同时含有淀粉和蛋白质等有机添加剂。缅甸蒲甘地区的佛塔灰浆与我国传统的复合灰浆在制作工艺上存在相似之处,但也呈现明显区别。通过对灰浆制作工艺和材料的研究,有助于理解缅甸文化的独特之处,促进跨文化交流,并为佛塔的修复和技术研究提供重要参考资料。

关键词：蒲甘苏拉牟尼佛塔灰浆

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基于KNN和随机森林算法的腐蚀泄漏风险软检测模型

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油气储运 2024年第9期43卷 1064-1072页

作者：杨阳李成志杜选于晓董绍华昆仑数智科技有限责任公司华北电力大学能源动力与机械工程学院中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院

【目的】城镇燃气管网完整性管理需要有效的风险评价方法,腐蚀泄漏风险评价需要将风险评价因子充分与各项检测业务相结合,然而当前检测数据繁杂且缺失严重,函需一种可预测并评价腐蚀泄漏风险的方法。【方法】通过相关性分析,筛选出与腐... 详细信息

【目的】城镇燃气管网完整性管理需要有效的风险评价方法,腐蚀泄漏风险评价需要将风险评价因子充分与各项检测业务相结合,然而当前检测数据繁杂且缺失严重,函需一种可预测并评价腐蚀泄漏风险的方法。【方法】通过相关性分析,筛选出与腐蚀泄漏风险相关的关键指标,结合管道本体数据与周围环境数据,采用KNN(K-Nearest Neighbor)与随机森林算法,建立智能软检测模型。【结果】该模型能够对缺失检测数据进行预测,实现关键指标的间接测量,模型预测值与真实测量值的相对误差小于25%,达到合格水平。该模型可在数据缺失情况下有效预测管道腐蚀泄漏风险,为定量评价奠定基础。与前人研究相比,模型在多因素耦合关系提取与算法选择上进行创新,提高了预测的准确性与可靠性。然而,部分异常数据表明该模型在某些条件下的预测能力有限,且模型依赖于数据完整性和准确性。设法提高检测数据数量和质量,优化关键风险指标特征提取方法,可以进一步提高模型精度。【结论】丰富了燃气管道腐蚀泄漏风险预测理论,在提高管道运行安全性与可靠性方面具有实用价值,未来应着重改进数据采集和分析技术,进一步优化模型结构,提升其在不同应用场景下的适应性与准确性。(图10,表6,参25)

关键词：城镇燃气管网 KNN 随机森林泄漏风险软检测定量风险评价

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