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机器学习势及其在分子模拟中的应用综述

化工学报 2024年第4期75卷 1241-1255页

作者：刘东飞张帆刘铮卢滇楠清华大学化学工程系北京100084

分子动力学模拟已经成为化工过程和技术研发的重要工具,但经典分子动力学模拟的精度不足和从头计算分子动力学模拟的高昂计算成本,制约了分子模拟技术的广泛应用。机器学习技术的出现和发展使得基于机器学习势的分子模拟快速发展起来,... 详细信息

分子动力学模拟已经成为化工过程和技术研发的重要工具,但经典分子动力学模拟的精度不足和从头计算分子动力学模拟的高昂计算成本,制约了分子模拟技术的广泛应用。机器学习技术的出现和发展使得基于机器学习势的分子模拟快速发展起来,该方法兼具速度快与准确性高的优势,将极大地加速分子模拟技术在化工中的应用。首先回顾了机器学习势的发展历程,给出了构建机器学习势模型的原则,介绍了数据集构建、模型训练和模型迁移与应用等,分析了不同类型的机器学习势的特点和局限性,最后对机器学习势的应用前景进行了展望。

关键词：机器学习势分子模拟计算化学热力学

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基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器最小回流功率分段优化控制

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电网技术 2024年第3期48卷 1263-1272页

作者：孙标广李静争张迁迁河南理工大学电气工程与自动化学院河南省焦作市454003 河南省煤矿装备智能检测与控制重点实验室(河南理工大学) 河南省焦作市454003 焦作市光源电力集团有限公司河南省焦作市454100

双向全桥DC-DC变换器以其重量轻、高功率密度、能量双向流动等优点成为直流微电网中不可或缺的一部分。但双向全桥DC-DC变换器在传统的单重移相控制下存在回流功率和电流应力等问题,尤其当输入电压和输出电压不匹配时,回流功率和电流应... 详细信息

双向全桥DC-DC变换器以其重量轻、高功率密度、能量双向流动等优点成为直流微电网中不可或缺的一部分。但双向全桥DC-DC变换器在传统的单重移相控制下存在回流功率和电流应力等问题,尤其当输入电压和输出电压不匹配时,回流功率和电流应力会显著增加。针对输入电压和输出电压不匹配的情况,该文提出了一种双向全桥DC-DC变换器在双重移相下的最小回流功率控制策略。该控制策略通过对回流功率进行分段优化,得到了变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。通过将所提控制策略和传统的双重移相控制进行对比分析,发现该文所提控制策略具有更小的回流功率和电流应力,提升了变换器的效率。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了控制策略的正确性和有效性。

关键词：双向全桥DC-DC变换器双重移相控制最小回流功率电流应力直流微电网

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基于混合策略的机坪车辆主动式实时调度方法

交通运输工程学报 2024年第3期24卷 251-265页

作者：包丹文陈卓姚馨宇周佳怡南京航空航天大学民航学院江苏南京211106

为解决不确定性事件造成的机坪车辆调度扰动问题,提出了一种基于混合策略的机坪车辆主动式实时调度方法;设计了一种考虑机坪分区的灵活运行机制,以允许车辆自适应调整停放区域;建立了一个混合整数规划模型,旨在最小化航班保障请求总响... 详细信息

为解决不确定性事件造成的机坪车辆调度扰动问题,提出了一种基于混合策略的机坪车辆主动式实时调度方法;设计了一种考虑机坪分区的灵活运行机制,以允许车辆自适应调整停放区域;建立了一个混合整数规划模型,旨在最小化航班保障请求总响应时间与机坪车辆总行驶距离;从时空双重维度考虑服务代价,引入车辆时空服务半径指标,设计了基于未来请求信息的灵活等待策略与动态搬迁策略;通过主动式调度策略提高航班保障服务质量,降低服务车辆运行成本,并以北京首都国际机场为实例进行了实证研究。研究结果表明:与传统调度模式相比,灵活运行机制可有效提高车辆运行效率,并缩短空闲车辆折返距离,请求总响应时间与车辆总行驶距离分别下降了37.0%和36.8%;灵活等待策略适用于航班起降密集的高峰时段,车辆总行驶距离缩短了11.6%;动态搬迁策略适用于覆盖范围较广的机坪区域,在请求总响应时间降低17.8%的同时会产生较高的搬迁成本,车辆总行驶距离将增加12.5%。由此可见,针对繁忙的大型枢纽机场,采用混合策略能够在航班保障服务质量与服务车辆运行成本间取得有效平衡。

关键词：航空运输动态车辆路径问题主动式实时调度等待策略搬迁策略机坪车辆

基于径流侵蚀功率的长江典型流域能沙关系模型及改进

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农业工程学报 2024年第5期40卷 128-140页

作者：贾路李占斌于坤霞李鹏徐国策丛佩娟李斌斌西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 西安理工大学旱区生态水文与灾害防治国家林业和草原局重点实验室西安710048 水利部水土保持监测中心北京100053

基于径流侵蚀功率概念建立流域能沙关系模型,可为长江流域泥沙变化精准模拟与水土保持规划提供技术支撑。该研究以长江典型流域及其典型小流域为研究对象,通过收集1965—2018年金沙江流域、嘉陵江流域和湘江流域3个典型流域逐日水沙数... 详细信息

基于径流侵蚀功率概念建立流域能沙关系模型,可为长江流域泥沙变化精准模拟与水土保持规划提供技术支撑。该研究以长江典型流域及其典型小流域为研究对象,通过收集1965—2018年金沙江流域、嘉陵江流域和湘江流域3个典型流域逐日水沙数据以及万安和李子口2个典型小流域2014—2020年场次降水径流泥沙数据,采用径流侵蚀功率、径流量和降雨侵蚀力对比分析不同时空尺度水沙(径流量和输沙量)、雨沙(降雨侵蚀力和输沙量)和能沙(径流侵蚀功率和输沙量)关系的优劣性,解析能沙关系优越性,并识别能沙关系非一致性变化,从而改进能沙关系模型提高流域输沙量模拟精度。结果表明:1)长江流域3个典型流域及2个典型小流域,在绝大部分情况下能沙关系的表现总是优于水沙关系和雨沙关系,在场次、月和年尺度修正的决定系数最大值分别可达到0.94、0.87和0.54。2)对于不同时间尺度,其流量序列中任意2个流量乘积与输沙量的相关性较高时,第一个流量Q_(1)分位点总是接近1且第二个流量Q_(2)分位点在0.5附近或者高于0.5。基于径流侵蚀功率可以较为准确地计算不同时空尺度流域输沙量,具有明显适用性。3)随着时间升尺度,水沙、雨沙和能沙关系逐渐变差,3个典型流域径流侵蚀功率和输沙量在一些月份上均存在显著变化趋势和显著突变点(P<0.05)。特别是在年尺度上,输沙量均为显著减少趋势(P<0.05),其能沙关系均表现出非一致性变化。4)水库建设和植被增加是导致流域能沙关系变差的重要原因,其均与输沙量呈现极显著负相关(P<0.001)。通过考虑水库指数和NDVI改进能沙关系模型的年决定系数(R^(2))可提高27.28%~97.62%。研究成果可支撑开发新的流域泥沙预报模型,服务长江流域生态保护与高质量发展。

关键词：土壤侵蚀降雨径流侵蚀功率能沙关系长江流域非一致性水库指数

高心墙堆石坝接触黏土与岸坡接触特性的离心模型研究

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岩土工程学报 2024年第6期46卷 1300-1308页

作者：朱雨萌李国英米占宽魏匡民陈子玉南京水利科学研究院江苏南京210024 水利部水库大坝安全重点实验室江苏南京210029 河海大学江苏南京210024

为了提高砾石土心墙与岸坡之间的变形协调性,高心墙堆石坝通常在心墙与岸坡之间设置高塑性黏土,统称为接触黏土,接触黏土的变形特性对高心墙的应力变形性状和心墙的安全性有重大影响。开展了4组接触黏土与岸坡接触面的局部离心模型试验... 详细信息

为了提高砾石土心墙与岸坡之间的变形协调性,高心墙堆石坝通常在心墙与岸坡之间设置高塑性黏土,统称为接触黏土,接触黏土的变形特性对高心墙的应力变形性状和心墙的安全性有重大影响。开展了4组接触黏土与岸坡接触面的局部离心模型试验,通过调整施加的上覆荷载大小来探讨原型坝体不同高程处的接触面剪切位移发展规律。基于理论分析,提出了一个计算接触黏土与岸坡接触面离心模型试验中边界效应影响范围的解析表达式,以确定接触面离心试验中试验模型的相似比尺。试验结果表明:在原型坝体的不同高程处,接触黏土与岸坡之间均会产生一定的剪切位移,但不会出现分离现象;接触黏土和砾质心墙土变形主要以竖向下沉为主,并且接触黏土与砾质心墙土之间的沉降等值线变化较为连续,未出现陡变情况,这说明接触黏土起到了很好地协调变形的作用,因此在进行高心墙堆石坝的结构安全性分析过程中应考虑接触黏土与岸坡的接触效应。

关键词：高心墙堆石坝接触黏土-岸坡接触面离心模型边界效应

平面SV波入射下地上建筑群-地铁隧道群动力相互作用研究

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振动与冲击 2024年第4期43卷 27-37页

作者：刘中宪王建旭金立国天津城建大学土木工程学院天津300384 天津市软土特性与工程环境重点实验室天津300384 中国地震局地质研究所强震构造与地震危险性研究室北京100029

该研究采用一种高精度间接边界元方法(indirect boundary element method, IBEM),研究了平面SV波入射下地上建筑群-地铁隧道群的动力相互作用问题。研究表明:“建筑群-隧道群”系统存在显著的动力相互作用,其规律与入射波性质、建筑物... 详细信息

该研究采用一种高精度间接边界元方法(indirect boundary element method, IBEM),研究了平面SV波入射下地上建筑群-地铁隧道群的动力相互作用问题。研究表明:“建筑群-隧道群”系统存在显著的动力相互作用,其规律与入射波性质、建筑物和隧道数量排布等因素密切相关。通过对比不同建筑物数量对隧道动力响应的影响,能够发现:低频波作用下,建筑物对下穿隧道的动力响应有放大作用,而高频波作用下则会削弱隧道的动力响应,最多可以降低37.5%左右。从频域分析中可以看出:隧道对地震波有较强的屏蔽作用,从而降低了其上建筑群的地震响应。建筑群的存在降低了各个单体建筑的动力响应,但在高频波作用时位于建筑群来波一侧的建筑会产生较大的动力响应。该研究成果可为城市建筑群-地铁隧道群的动力相互作用分析以及地上建筑和地铁隧道的抗震设计提供理论依据。

关键词：结构-土-结构相互作用地铁隧道地上建筑群间接边界元法(IBEM) 频谱特性

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各向同性弹性波逆时偏移

地球物理学报 2024年第5期67卷 1944-1953页

作者：陈生昌李代光龚新月浙江大学地球科学学院杭州310027

为了得到物理意义明确、地质可解释的偏移成像结果,当前的弹性波逆时偏移方法需要在偏移过程中对外推的弹性波场进行P/S波分解,以消除物理上相互不匹配的波型在偏移成像结果中产生的交叉噪声.给定具有地震波运动学特征准确的地下介质光... 详细信息

为了得到物理意义明确、地质可解释的偏移成像结果,当前的弹性波逆时偏移方法需要在偏移过程中对外推的弹性波场进行P/S波分解,以消除物理上相互不匹配的波型在偏移成像结果中产生的交叉噪声.给定具有地震波运动学特征准确的地下介质光滑模型,本文首先给出了作为地震数据线性反演的偏移所对应的一般正演表达式;再利用各向同性弹性波方程,推导出了适合弹性介质光滑模型的P/S波解耦的弹性波方程,即纵波弹性波方程和横波弹性波方程;最后对各向同性弹性波逆时偏移提出了新方法和新认识.对于纯P(或S)波震源激发得到的地震数据的各向同性弹性波逆时偏移,提出了对外推的弹性波场无需进行P/S波分解,在偏移成像结果中也不会出现交叉噪声的新方法;对于P/S波复合震源激发得到的地震数据的各向同性弹性波逆时偏移,提出了即使对外推的弹性波场进行P/S波分解,在偏移成像结果中还会出现交叉噪声的新认识.

关键词：弹性波光滑偏移模型逆时偏移无P/S波分解交叉噪声

采空区不同岩性破碎岩石压实变形及声发射特征研究

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采矿与安全工程学报 2024年第2期41卷 384-394页

作者：温蓬郭文兵白二虎吴东涛王比比马志宝杨伟强河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 西南科技大学环境与资源学院四川绵阳621010 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000

采空区不同岩性冒落破碎矸石的压实特性及承载力学性质对上覆岩层移动破坏有重要影响。采用侧限压缩试验与声发射测试试验方法,对相同级配的砂岩、砂质泥岩两种单一岩性及砂岩-砂质泥岩组合岩性破碎岩石在侧限压缩条件下的变形特征、破... 详细信息

采空区不同岩性冒落破碎矸石的压实特性及承载力学性质对上覆岩层移动破坏有重要影响。采用侧限压缩试验与声发射测试试验方法,对相同级配的砂岩、砂质泥岩两种单一岩性及砂岩-砂质泥岩组合岩性破碎岩石在侧限压缩条件下的变形特征、破碎特征及不同压缩阶段的声发射特征进行了研究。结果表明:在加载前期,破碎岩石的应变随时间的变化曲线存在直线上升段,随时间增加,呈现急剧上升后趋于平缓的特征;不同单一及组合岩性破碎岩石在侧限受压过程中应力与应变均呈非线性关系;根据破碎岩石的应力-应变特征将破碎岩石的压缩变形过程划分为快速压密阶段、缓慢压实阶段及稳定压固阶段。随着轴向压力逐渐增大,破碎岩样的大颗粒骨架破坏、中等颗粒移位滑动、小颗粒填充孔隙;不同岩性的应变与应力呈正相关关系,孔隙率与应力呈负相关关系,组合岩性岩样介于单一岩性岩样之间;不同单一、组合岩性比例与破碎岩样分形维数呈指数函数关系;基于压实变形声发射测试试验结果将破碎岩石压缩过程划分为滑移流动变形阶段、压裂变形填充阶段及压密弹性变形3个阶段;不同阶段破碎岩样的累计计数及累计能量曲线均表现出阶段性的变化特征,随着应力增加,前期声发射累计振铃计数及累计能量表现出先快速线性增加,后趋于平缓,再上升的趋势,后期增加速率逐渐减小,曲线逐渐趋于平缓;组合岩性岩样的声发射累计计数及能量均介于单一岩性岩样之间。研究结果为采空区上覆岩层及地表移动、采空区安全治理提供有力的理论指导。

关键词：采空区破碎岩石压实特性分形维数声发射监测

基于先验知识辅助聚类的粗-精输电线路多金具检测

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中国电机工程学报 2024年第9期44卷 3742-3752,I0035页

作者：翟永杰郭聪彬陈年昊王璐瑶王乾铭赵文清华北电力大学控制与计算机工程学院河北省保定市071003

为了解决输电线路多金具检测任务中存在的小目标和密集遮挡问题并充分利用金具高分辨率航拍图像的信息优势,提出基于先验知识辅助聚类的粗-精输电线路多金具检测方法。首先,通过粗检测模块实现对输电线路高分辨率航拍图像的初步感知。接... 详细信息

为了解决输电线路多金具检测任务中存在的小目标和密集遮挡问题并充分利用金具高分辨率航拍图像的信息优势,提出基于先验知识辅助聚类的粗-精输电线路多金具检测方法。首先,通过粗检测模块实现对输电线路高分辨率航拍图像的初步感知。接着,通过先验知识指导结构场景子区域选取模块中聚类算法半径的确定,以自适应聚类出合适的子区域。最后,设计精检测模块充分利用高分辨率航拍图像中的关键信息,进行金具的精确感知,并融合粗检测结果以实现由粗到精的金具识别。经实验证明,基于先验知识辅助聚类的粗-精输电线路多金具检测模型比之基线模型准确率提高了11.3%,对其中小目标金具和密集遮挡金具检测准确率的提高尤为明显。

关键词：输电线路金具航拍图像深度学习目标检测粗-精检测