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基于点云数据的大型复杂钢结构智能化施工方法

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土木工程学报 2024年第1期57卷 65-75页

作者：齐宏拓刘界鹏程国忠崔娜刘雨鑫刘虎梁俊海重庆大学溧阳智慧城市研究院江苏溧阳213332 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045 重庆大学土木工程学院重庆400045 中建科工集团有限公司重庆400000

大型复杂钢结构施工过程中,常面临施工尺寸质量难以把控、构件提升变形监测困难和合拢段现场配切效率低等问题。三维激光扫描技术可全覆盖地、快速精准地获取复杂构部件在施工过程中的点云数据,这为解决上述问题提供了新方法。为此,该... 详细信息

大型复杂钢结构施工过程中,常面临施工尺寸质量难以把控、构件提升变形监测困难和合拢段现场配切效率低等问题。三维激光扫描技术可全覆盖地、快速精准地获取复杂构部件在施工过程中的点云数据,这为解决上述问题提供了新方法。为此,该文以重庆两江新区寨子路钢拱桥为工程背景,开展基于点云数据的大型复杂钢拱桥智能化施工方法的全流程研究。基于标靶球检测算法、快速四点一致集算法、迭代最近邻算法等实现标靶球点云数据的自动检测及多站点云数据之间的自动配准;通过BIM点云化技术、kNN算法等完成目标点云数据的半自动化提取,实现拱肋尺寸的智能化检测;基于八叉树算法、区域增长算法等实现拱肋提升变形的智能检测;为缩短拱肋的合拢工期,基于BIM模型焊缝信息提取技术、主成分分析算法、Canny边界检测算法、霍夫变换算法等提出数字化预拼装算法,得到合拢段的配切量。工程应用表明,该文所提出的智能施工方法效率高、自动化程度好,研究成果可为大型复杂钢结构的施工质量和安装效率的提升提供理论和算法支撑。

关键词：大型复杂钢结构智能化施工施工尺寸质量检测提升变形检测合拢段配切点云数据

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磁畴壁拓扑结构研究进展

物理学报 2024年第1期73卷 57-68页

作者：张颖李卓霖沈保根中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室北京100190

拓扑磁性斯格明子作为信息载体单元具备高可靠性、高集成度、低能耗等优势,有望提高数据读写精度、降低功耗,从而研发新型拓扑自旋电子学材料与原理型器件,为信息技术、5G通信和大数据等的高速发展提供材料与技术支持.但磁性斯格明子同... 详细信息

拓扑磁性斯格明子作为信息载体单元具备高可靠性、高集成度、低能耗等优势,有望提高数据读写精度、降低功耗,从而研发新型拓扑自旋电子学材料与原理型器件,为信息技术、5G通信和大数据等的高速发展提供材料与技术支持.但磁性斯格明子同时存在需要磁场稳定以及电流驱动下斯格明子霍尔效应引起偏转等缺点,严重阻碍了其在实际器件中的应用,因此探索新型拓扑磁畴结构和适宜应用的材料体系成为研究的关键.本文将重点介绍自2013年理论预言磁畴壁斯格明子以来,利用高分辨率洛伦兹透射电子显微镜原位实空间发现并研究磁畴壁拓扑麦纫和磁畴壁斯格明子的实验工作.首次在范德瓦耳斯Fe_(5–x)GeTe_(2)二维磁性材料中发现温度诱发的180°磁畴壁转变为拓扑麦韧链,研究了磁畴壁麦纫态在外界电场、磁场作用下的集体运动行为,揭示了基于自旋重取向、磁畴壁限域效应以及弱相互作用下生成磁畴壁拓扑态的机制.在该机制指导下,设计制备了具有自旋重取向的GdFeCo非晶亚铁磁薄膜,不仅获得了磁畴壁麦纫,验证了生成机制的普适性,还成功实现了畴壁麦韧对到畴壁斯格明子的可逆拓扑转变,开辟了基于磁畴壁等内禀限域效应开展拓扑磁性物态探索和研究的新方向.

关键词：磁畴壁麦纫磁畴壁斯格明子自旋重取向洛伦兹透射电子显微镜二维磁性材料

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带有双球面摆和变绳长效应的桥式起重机轨迹规划

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自动化学报 2024年第5期50卷 911-923页

作者：李刚马昕李轾李贻斌山东大学控制科学与工程学院机器人研究中心济南250061

带有双球面摆和变绳长效应的桥式起重机具有多输入多输出以及欠驱动的动力学特性,目前仍缺乏有效的控制策略.在台车移动、桥架移动、负载升降同步作业过程中,吊钩和负载两级球面摆动特性更为复杂,各状态量之间的非线性耦合关系更强,桥... 详细信息

带有双球面摆和变绳长效应的桥式起重机具有多输入多输出以及欠驱动的动力学特性,目前仍缺乏有效的控制策略.在台车移动、桥架移动、负载升降同步作业过程中,吊钩和负载两级球面摆动特性更为复杂,各状态量之间的非线性耦合关系更强,桥式起重机的防摆控制更具挑战性.不仅如此,现有方法无法保证桥式起重机系统全状态量的暂态控制性能.为解决上述问题,提出一种基于多项式的优化轨迹规划方法.首先,在未进行近似简化的前提下,使用拉格朗日方法建立带有双球面摆和变绳长效应的7自由度(Seven degree-of-freedom,7-DOF)桥式起重机的精确动力学模型.在此基础上,构造一组包含各状态量的辅助信号,将施加在台车、桥架、绳长以及吊钩、负载摆动上的约束转化为对辅助信号的约束,从而将桥式起重机的轨迹规划问题转化为与辅助信号相关的时间优化问题,并使用二分法求解.该轨迹规划方法不仅缩短了吊运时间,而且确保了全状态量满足约束条件.最后,仿真结果证明了动力学模型的准确性和轨迹规划方法的有效性.

关键词：欠驱动起重机多输入多输出系统轨迹规划防摆控制

EPS处理对QStE700TM钢氢脆敏感性影响

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中国腐蚀与防护学报 2024年第3期44卷 691-699页

作者：徐云峰王少峰何龙刘冬黄峰刘静武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室武汉430081 杭州金固环保设备科技有限公司杭州311400 宝钢股份中央研究院武钢有限技术中心武汉430080

采用慢应变速率拉伸(SSRT)和双电解池电化学氢渗透等手段,研究了湿法抛丸(EPS)、酸洗和干式抛丸3种表面处理工艺对QStE700TM高强结构钢氢脆敏感性及氢渗透动力学参数的影响规律;并结合不同处理工艺钢板试样表面氧化铁皮残留、硬度和残... 详细信息

采用慢应变速率拉伸(SSRT)和双电解池电化学氢渗透等手段,研究了湿法抛丸(EPS)、酸洗和干式抛丸3种表面处理工艺对QStE700TM高强结构钢氢脆敏感性及氢渗透动力学参数的影响规律;并结合不同处理工艺钢板试样表面氧化铁皮残留、硬度和残余应力变化,探讨了EPS工艺对QStE700TM钢氢脆敏感性影响机理。结果表明,EPS工艺处理QStE700TM钢试样的氢脆敏感性仅为8.1%,相较于酸洗和干式抛丸工艺分别降低了12.7%和20.5%。这与EPS工艺处理钢板表面氧化铁皮残留少,残余应力为-150~-300 MPa范围内的压应力有关。另外,EPS处理钢试样因更小的氢扩散通量(J∞L)和有效氢扩散系数(Dapp)及更大的滞后时间(tL)和阴极侧次表面氢浓度(c0),表现出比干式抛丸工艺处理钢试样更好的阻碍氢扩散性能,进而表现出更低的氢脆敏感性。综合考虑,EPS工艺是一种全新、可靠的和低碳环保的高强钢表面除鳞工艺。

关键词： QStE700TM钢 EPS处理氢脆敏感性

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滋养层模型研究进展

生命科学 2024年第2期36卷 151-158页

作者：崔琪琪谭韬昆明理工大学灵长类转化医学研究院省部共建非人灵长类生物医学国家重点实验室昆明650500

滋养层细胞是胎盘的主要组成成分,滋养层发育不良会导致胎盘缺陷,进而引发相关妊娠疾病。为阐明疾病致病机制及治疗相关疾病,有必要了解滋养层发育机制。鉴于伦理限制,人类滋养层研究并没有像小鼠那样成熟,合适的体外模型是目前研究的... 详细信息

滋养层细胞是胎盘的主要组成成分,滋养层发育不良会导致胎盘缺陷,进而引发相关妊娠疾病。为阐明疾病致病机制及治疗相关疾病,有必要了解滋养层发育机制。鉴于伦理限制,人类滋养层研究并没有像小鼠那样成熟,合适的体外模型是目前研究的重点和难点。干细胞、类器官、材料科学及测序技术的快速发展极大地促进了体外滋养层发育模型的建立与研究。近年来,国内外研究团队陆续报道了一系列二维(2D)和三维(3D)滋养层发育模型,用于模拟体内胎盘发育和功能。本文主要围绕滋养层的发育、体外滋养层发育模型的建立及其应用等进行综述,为相关研究提供参考。

关键词：胎盘滋养层干细胞

基于全驱系统方法的高阶严反馈系统时变输出约束控制

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自动化学报 2024年第2期50卷 372-385页

作者：蔡光斌肖永强胡昌华杨小冈凡永华火箭军工程大学导弹工程学院西安710025 西北工业大学航天学院西安710072

针对输出受不对称时变约束的不确定高阶严反馈系统,提出一种基于全驱系统方法的高阶自适应动态面输出约束控制方法.所研究的高阶严反馈系统,每个子系统都是高阶形式,通过非线性转换函数将原输出约束系统转换为新的无约束系统,从而将原... 详细信息

针对输出受不对称时变约束的不确定高阶严反馈系统,提出一种基于全驱系统方法的高阶自适应动态面输出约束控制方法.所研究的高阶严反馈系统,每个子系统都是高阶形式,通过非线性转换函数将原输出约束系统转换为新的无约束系统,从而将原系统输出约束问题转化为新系统输出有界的问题.进一步结合全驱系统方法和自适应动态面控制,直接将每个高阶子系统作为一个整体进行控制器设计,而不需要将其转化为一阶系统形式,有效简化了设计步骤;同时通过引入一系列低通滤波器来获得虚拟控制律的高阶导数,以代替复杂的微分运算.基于Lyapunov稳定性理论证明闭环系统所有信号是一致最终有界的,系统输出在满足约束的条件下能有效跟踪期望的参考信号,且可通过调整参数使得系统跟踪误差收敛到零附近的足够小的邻域内.最后,通过对柔性关节机械臂系统进行仿真,验证了所提出控制方法的有效性.

关键词：全驱系统方法高阶严反馈系统时变输出约束非线性转换函数自适应动态面控制

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弹性浮体的二阶平均漂移力研究

船舶力学 2024年第5期28卷 651-662页

作者：李帅付世晓张仕元上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

本文基于离散模块思想,提出一种求解弹性浮体二阶平均漂移力的数值方法。首先将连续弹性浮体离散为弹性梁连接的刚性模块系统,实现弹性梁刚度和各模块水动力信息的耦合,在频域内求解浮体一阶水弹性响应。然后利用二阶多体水动力理论,并... 详细信息

本文基于离散模块思想,提出一种求解弹性浮体二阶平均漂移力的数值方法。首先将连续弹性浮体离散为弹性梁连接的刚性模块系统,实现弹性梁刚度和各模块水动力信息的耦合,在频域内求解浮体一阶水弹性响应。然后利用二阶多体水动力理论,并考虑计及结构弹性变形影响后的各模块一阶运动信息,获得各刚性模块上的二阶平均漂移力。最后,利用该方法求解自由柔性驳船的平均漂移力,并与基于模态叠加思想的三维水弹性理论的计算结果进行对比验证。此外,由于本文方法在水动力求解方面的离散特性,该方法可直接拓展到非均匀波浪场下浮体的水弹性响应分析。

关键词：水弹性离散模块平均漂移力频域

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球体低速斜撞击成坑规律试验研究

浙江大学学报（工学版） 2024年第4期58卷 828-837页

作者：戴立夫凌道盛郑建靖施昌宇浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058 中交第二航务工程局有限公司技术中心湖北武汉430040 浙江大学超重力研究中心浙江杭州310058

通过设计球体发射低速撞击试验装置,系统开展不同角度条件下球体撞击干砂靶成坑试验,定量分析撞击速度、角度对撞击坑型的影响,定性分析球体低速斜撞击干砂靶的成坑过程及机理,修正低速斜撞击条件下的成坑相似律.讨论所修正的相似律在... 详细信息

通过设计球体发射低速撞击试验装置,系统开展不同角度条件下球体撞击干砂靶成坑试验,定量分析撞击速度、角度对撞击坑型的影响,定性分析球体低速斜撞击干砂靶的成坑过程及机理,修正低速斜撞击条件下的成坑相似律.讨论所修正的相似律在不同撞击条件下的适用性及其在天文学上的应用.试验结果表明,坑型随撞击速度的增加而增大;坑长、坑体积随撞击角度增加而增加,坑宽随撞击角度的增加先减小再增加,坑深随撞击角度的增加先增加后减小;成坑体积可由撞击角度、撞击速度、球体尺寸、球体密度、重力参数进行缩放得到;低速斜撞击成坑过程中动量和能量共同影响耗散冲击过程.

关键词：成坑效应低速斜撞击量纲分析相似律试验研究

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砂土爆炸成坑离心模型试验相似律研究

岩土工程学报 2024年第7期46卷 1462-1470页

作者：管龙华卢强赵凤奎张德志汪玉冰浙江大学超重力研究中心浙江杭州310058 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江杭州310058 西北核技术研究所强脉冲辐射环境模拟与效应全国重点实验室陕西西安710024

传统弹坑相似律存在适用性和有效性不足的问题,且爆炸成坑离心试验中的科氏力作用尚不明确。开展了砂土中的触地、浅埋爆炸成坑离心模型试验,探究不同重力加速度、药量和埋深工况下的爆炸成坑规律。推导了浅埋和触地爆炸弹坑相似律,给... 详细信息

传统弹坑相似律存在适用性和有效性不足的问题,且爆炸成坑离心试验中的科氏力作用尚不明确。开展了砂土中的触地、浅埋爆炸成坑离心模型试验,探究不同重力加速度、药量和埋深工况下的爆炸成坑规律。推导了浅埋和触地爆炸弹坑相似律,给出了弹坑半径公式。对离心模拟爆炸成坑过程中的科氏力作用进行了定量分析和数值模拟。研究结果表明:提出的弹坑相似律能够适用于触地和浅埋爆炸工况,并针对干砂中的离心机试验和常重力试验弹坑数据取得了良好的归一化结果。科氏力主要通过改变土体抛掷回落运动轨迹来影响最终的弹坑形态,浅埋爆炸成坑试验中明显观察到科氏力的影响,弹坑轮廓向着离心机转动方向偏移;触地爆炸弹坑则基本不受科氏力影响。使用更大半径的离心机设备以及在更高离心加速度下开展试验可以显著减小科氏力引起的弹坑偏移误差。研究结果对爆炸成坑效应的离心物理模拟技术和理论分析提供了参考和依据。

关键词：爆炸成坑离心模型试验相似律科氏力