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一体化摩擦电自供能气湿传感器研究进展

电子学报 2024年第2期52卷 660-677页

作者：刘勃豪谢光忠段再华袁震蒋亚东太惠玲电子科技大学光电科学与工程学院电子薄膜与集成器件国家重点实验室四川成都611731

气湿传感器在环境检测、工农业生产以及医疗健康等领域应用甚广,然而主流的电阻、电容、光电气湿传感器需要外部供能工作,一方面电池的频繁更换与维护增加了泄露引起的环境污染,另一方面传感器对外界能源过于依赖将限制其在缺乏能源的... 详细信息

气湿传感器在环境检测、工农业生产以及医疗健康等领域应用甚广,然而主流的电阻、电容、光电气湿传感器需要外部供能工作,一方面电池的频繁更换与维护增加了泄露引起的环境污染,另一方面传感器对外界能源过于依赖将限制其在缺乏能源的场合中正常工作.鉴于此,通过赋予气湿传感器自发收集外界环境能量并转化成电能的能力,以实现长期自主工作的自供能气湿传感器的理念应运而生.摩擦纳米发电机(TriboElectric NanoGenerator,TENG)作为一种新型能量俘获装置,由于其成本低、可结构设计且能量转换效率高等优势,在机械能收集与自供能传感器等领域应用广泛.进一步赋予TENG外界信息感知的能力,可实现单一器件兼具能量收集与气体敏感的功能,这种一体化摩擦电自供能传感器是目前传感器领域发展的一个热点方向.本文对一体化摩擦电自供能气湿传感器的研究现状与最新进展进行了综述,可从以下三个方面进行概括.(1)一体化摩擦电气湿传感器工作原理与气敏机理,并基于TENG的等效电路模型论述了影响敏感性能的参数—介电层摩擦电荷密度、介电层介电常数与电极层电导率;(2)一体化摩擦电气体传感器的研究进展,根据检测对象将其主要分为氨气(Ammonia,NH3)、乙醇以及其他有机挥发化合物(Volatile Organic Compound,VOC)气体传感器,介绍了其在呼出气、食品变质以及尾气排放检测场合的应用;(3)一体化摩擦电湿度传感器的研究进展,根据湿度对输出电信号幅值影响的不同将其主要分为电信号下降型传感器与电信号上升型传感器,介绍了其在非接触开关、皮肤湿度与尿不湿检测场合的应用.最后对一体化摩擦电气湿传感器的研究现状与面临的问题挑战进行了总结,并对其未来的发展方向进行了展望,可为相关研究提供参考.

关键词：摩擦纳米发电机一体化自供能敏感机理气体传感器湿度传感器

承受竖向荷载和不平衡弯矩的板柱节点受冲切计算方法

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哈尔滨工业大学学报 2024年

作者：郑文忠吕盛先郑博文王英结构工程灾变与控制教育部重点实验室(哈尔滨工业大学) 土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室(哈尔滨工业大学)

中国GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》验算有不平衡弯矩的板柱节点受冲切时，首先基于弹性理论计算等效集中反力，然后将其按仅竖向荷载作用的板柱节点进行受冲切承载力验算。但已有研究表明，有不平衡弯矩的板柱节点达到受冲切承... 详细信息

中国GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》验算有不平衡弯矩的板柱节点受冲切时，首先基于弹性理论计算等效集中反力，然后将其按仅竖向荷载作用的板柱节点进行受冲切承载力验算。但已有研究表明，有不平衡弯矩的板柱节点达到受冲切承载力极限状态时，其临界截面上的剪应力具有塑性特征。为解决弹性理论未考虑板柱节点塑性行为的问题，提出考虑塑性对剪应力影响的有不平衡弯矩板柱节点受冲切计算方法。首先，为衡量有不平衡弯矩板柱节点发生冲切破坏时的临界截面剪应力的塑性发展程度，将按弹性方法计算得到的有不平衡弯矩板柱节点发生冲切破坏时的临界截面最大剪应力与仅竖向荷载作用板柱节点发生冲切破坏时的临界截面极限剪应力之比定义为塑性发展系数。然后，通过分析收集到的76组竖向荷载和不平衡弯矩共同作用下的板柱节点冲切试验数据，发现塑性发展系数随混凝土轴心抗拉强度的提高呈下降趋势，而随不平衡弯矩产生的偏心剪应力与竖向荷载产生平均剪应力之比的增大呈上升趋势。并以混凝土轴心抗拉强度和剪应力之比为两个横坐标，以塑性发展系数为纵坐标，拟合得到了三者的关系。最后，根据拟合得到的塑性发展系数计算公式，将有不平衡弯矩板柱节点的等效集中反力计算方法过渡到塑性理论。

关键词：板柱节点不平衡弯矩剪应力塑性受冲切承载力

DFA-ODENets:面向周期多阶段复杂系统的预测仿真框架

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工程科学学报 2024年第1期46卷 137-147页

作者：李潇睿宁春宇袁兆麟班晓娟北京科技大学北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 北京科技大学智能科学与技术学院北京100083 北京科技大学材料领域知识工程北京市重点实验室北京100083 辽宁材料实验室材料智能技术研究所沈阳110004

部分复杂系统受内外部因素影响在运行时会呈现出周期性的阶段变化,且在不同阶段具有完全不同的动态特性.因此在使用数据驱动方法解决此类系统的预测和仿真问题时,使用单一结构模型难以准确地学习系统在不同阶段的动态特性.本研究提出了... 详细信息

部分复杂系统受内外部因素影响在运行时会呈现出周期性的阶段变化,且在不同阶段具有完全不同的动态特性.因此在使用数据驱动方法解决此类系统的预测和仿真问题时,使用单一结构模型难以准确地学习系统在不同阶段的动态特性.本研究提出了基于确定性有限状态机-常微分方程网络的预测仿真框架(DFA-ODENets),以建模周期多阶段系统.该模型由多个ODENet组成,每个ODENet能够从不规则采样的序列数据中学习系统在各个阶段内的动态特性.同时模型集成了基于确定性有限状态自动机思想的阶段转换预测器以实现模型预测时在不同阶段之间自动转换.最后,将DFA-ODENet框架应用于某计算中心制冷系统的预测仿真场景中.模型能够在给定系统运行过程中的服务器负载和环境温度下模拟系统运行过程,并对系统的制冷功率、进气口温度等主要输出变量进行预测.其中,对于制冷系统能耗预测的平均相对误差在5%以内.同时,利用制冷系统仿真模型优化了系统停止制冷时的温度设定值,通过仿真实验表明该优化最高可以节省18%的制冷能耗.

关键词：复杂系统建模周期多阶段系统神经常微分网络多输入多输出时间序列预测制冷系统能耗优化

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钢板-UHPC组合腹板抗剪性能试验研究

中国公路学报 2024年

作者：邵旭东刘淦李盼盼涂磊湖南大学桥梁工程安全与韧性全国重点实验室湖南大学土木工程学院

为了研究钢内芯-UHPC组合箱梁的抗剪性能，通过3点加载的方式对5个钢板-UHPC组合腹板试件进行试验测试，采用DIC对试件的裂纹演变全过程进行观测，分析了配箍率和钢腹板高度占比对组合腹板抗剪性能的影响。试验结果表明：纯UHPC腹板、半... 详细信息

为了研究钢内芯-UHPC组合箱梁的抗剪性能，通过3点加载的方式对5个钢板-UHPC组合腹板试件进行试验测试，采用DIC对试件的裂纹演变全过程进行观测，分析了配箍率和钢腹板高度占比对组合腹板抗剪性能的影响。试验结果表明：纯UHPC腹板、半钢+UHPC组合腹板、全钢+UHPC组合腹板发生剪切破坏，配箍筋UHPC腹板、全钢+配箍UHPC组合腹板发生弯曲破坏；钢腹板高度占比的提高对钢板-UHPC组合腹板剪切性能有着显著影响，当钢腹板高度从0分别增加到300mm和600mm时，组合腹板的极限承载力分别提升了9.3%，57.6%；增配箍筋能够有效抑制腹板斜裂缝的发展，使组合腹板的破坏模式从剪切破坏向弯曲破坏转变。基于材料力学理论，提出了钢板-UHPC组合腹板开裂荷载的计算方法，所得计算值与试验值相对误差的平均值在6%以内。基于法国规范计算的剪切破坏组合腹板抗剪承载力与试验值相对误差为3%-13%。研究结果可为钢内芯-UHPC组合箱梁的设计与工程应用提供参考。

关键词：桥梁工程钢内芯-UHPC组合箱梁钢板-UHPC组合腹板试验研究超高性能混凝土抗剪性能

复杂载荷下燃气轮机轮盘Hirth齿多尺度接触界面结构强度特性研究

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动力工程学报 2024年第9期44卷 1466-1472,1481页

作者：朱光亚王崇宇谢永慧张荻西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与工程教育部重点实验室西安710049 西安交通大学能源与动力工程学院复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室西安710049

中心拉杆转子是燃气轮机的核心部件,但转子运行工况恶劣、事故频发,需要开展复杂接触状态下多尺度、多载荷作用的强度研究,以保障叶盘结构运行安全。基于粗糙表面接触模型和三维有限元方法,建立了考虑微观界面尺寸和粗糙度的燃气轮机轮... 详细信息

中心拉杆转子是燃气轮机的核心部件,但转子运行工况恶劣、事故频发,需要开展复杂接触状态下多尺度、多载荷作用的强度研究,以保障叶盘结构运行安全。基于粗糙表面接触模型和三维有限元方法,建立了考虑微观界面尺寸和粗糙度的燃气轮机轮盘Hirth齿接触界面热固耦合特性分析模型,探究了接触面微观尺度参数以及端面齿宏观尺度几何参数的影响。结果表明:端面齿的最大等效应力随齿根圆角半径的增大、压力角的减小而减小;端面齿的最大等效应力和平均接触压力均随着表面粗糙度的增大而减小。

关键词：燃气轮机轮盘拉杆转子多尺度接触界面轮盘Hirth齿结构强度

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运动边界对冰雪风洞试验段流场特性影响研究

铁道科学与工程学报 2024年第4期21卷 1320-1333页

作者：高广军张琰刘操商雯斐于尧王家斌中南大学重载快捷大功率电力机车全国重点实验室湖南长沙410075 中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中国空气动力研究与发展中心结冰与防除冰重点实验室四川绵阳621000

轨道列车转向架区域的积雪结冰现象,是关乎列车运行稳定以及行车安全的关键问题。为了解决转向架区域的积雪结冰问题,研建列车转向架积雪结冰风洞以研究原始比例模型转向架区域流场特性。基于SST k-ω的IDDES湍流模型,分析不同运动边界... 详细信息

轨道列车转向架区域的积雪结冰现象,是关乎列车运行稳定以及行车安全的关键问题。为了解决转向架区域的积雪结冰问题,研建列车转向架积雪结冰风洞以研究原始比例模型转向架区域流场特性。基于SST k-ω的IDDES湍流模型,分析不同运动边界条件下风洞试验段气流流动特性,探索积雪结冰风洞在现有运动边界条件下的流场模拟适应性与差距。通过网格无关性验证和流场校测,验证数值方法能够满足积雪结冰风洞流场的模拟。研究结果表明:静止地面和静止轮对无法近似模拟真实环境下运动地面和旋转轮对的边界条件的流场特性,轨面以上的空间平均速度最高偏大5倍,静止地面和旋转轮对的风洞实际边界与真实边界更接近;静止地面和静止轮对下转向架后侧的空间压强平均负压高于其他工况,车体后端板表面和转向架表面平均负压强偏差较大,静止地面和旋转轮对的表面负压平均偏差9%,转向架轮对表面压强偏差15%;不同工况下的转向架区域的湍流度差别不大,转向架前侧区域的湍流度在静止地面和轮对下整体偏大。综上所述,在不同试验段运动边界条件下,现有积雪结冰风洞中静止地面和旋转轮对边界条件能较好地模拟实际运行状态下的转向架区域流场特性,为后续试验研究转向架区域的流场特性和积雪结冰问题奠定基础。

关键词：风洞转向架数值仿真边界条件 IDDES

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基于标定直接吸收光谱方法的近红外乙烯检测

中国激光 2024年第8期51卷 267-274页

作者：王前进孙鹏帅张志荣蔡永军黄文彪庞涛夏滑吴边中国科学技术大学环境科学与光电技术学院安徽合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室安徽合肥230031 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室安徽合肥230031 国防科技大学先进激光技术安徽省实验室安徽合肥230037 国家管网集团科学技术研究总院分公司河北廊坊065000

实现乙烯气体(C_(2)H_(4))实时在线精确检测对石油化工、煤矿等行业安全具有重要意义,但是C_(2)H_(4)在近红外波段的谱线强度信息不明确,具有谱带吸收特征,且与CH4有明显的混叠干扰,因此对其浓度进行精确检测是目前激光吸收光谱测量面... 详细信息

实现乙烯气体(C_(2)H_(4))实时在线精确检测对石油化工、煤矿等行业安全具有重要意义,但是C_(2)H_(4)在近红外波段的谱线强度信息不明确,具有谱带吸收特征,且与CH4有明显的混叠干扰,因此对其浓度进行精确检测是目前激光吸收光谱测量面临的共性技术难题。将波长调制光谱中的标定方法与直接吸收光谱相结合,提出了一种适用于C_(2)H_(4)气体检测的标定直接吸收光谱法(CDAS)。该方法不需要激光吸收光谱反演过程中的确切谱线强度信息,并克服了波长调制光谱在测量过程中出现的非线性效应。为了避免特定工况(如煤矿)中CH_(4)的干扰,实验装置采用了高精度压强控制系统,并且在100 mbar(1 bar=105 Pa)稳定压强下实现了CH_(4)和C_(2)H_(4)混叠光谱的分离。实验过程中对1626 nm附近的CH_(4)和C_(2)H_(4)仿真和实测吸收光谱进行了分析,确定了C2H4的标定光谱范围,进而验证了该方法在体积分数低于100×10^(-6)的范围内,对C2H4气体的检测误差不超过-1.47×10^(-6),并且测量体积分数与标准体积分数之间的线性拟合优度达到了0.999。对体积分数为10×10^(-6)的C2H4直接吸收光谱进行分析,以1倍信噪比对应的浓度作为检测下限进行等效计算,得到检测下限为1.38×10^(-6)。在Allan方差分析中,积分时间为77 s时检测精度达到了0.04×10^(-6)。以上实验结果充分说明了标定直接吸收光谱法能够在近红外波段实现C2H4的精确检测,并为此类气体的检测提供了一种新思路。

关键词：光谱学乙烯气体(C_(2)H_(4)) 近红外光谱谱带吸收标定直接吸收光谱高精度压强控制

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基于模糊邻域相对决策熵的属性约简算法

计算机科学 2024年

作者：徐久成张杉白晴马妙贤河南师范大学计算机与信息工程学院河南师范大学智慧商务与物联网技术河南省工程实验室

针对模糊邻域粗糙集对数据分布敏感，无法有效评估密度差异较大数据集的分类不确定性这一问题，本文提出了一种基于模糊邻域相对决策熵的属性约简算法。首先，采用相对距离定义样本的分类不确定度，重塑模糊邻域相似关系，并结合变精度... 详细信息

针对模糊邻域粗糙集对数据分布敏感，无法有效评估密度差异较大数据集的分类不确定性这一问题，本文提出了一种基于模糊邻域相对决策熵的属性约简算法。首先，采用相对距离定义样本的分类不确定度，重塑模糊邻域相似关系，并结合变精度模糊邻域粗糙近似减少样本被归入错误类别的可能性。其次，在信息观下将模糊邻域可信度和覆盖度引入信息熵，并与基于代数观构造的模糊邻域相对依赖度结合，提出模糊邻域相对决策熵。最后，设计一种基于模糊邻域相对决策熵的属性约简算法，结合信息观和代数观两个角度评估属性的重要度。在8个公共数据集上与现有的6种属性约简算法进行对比实验，结果表明所提算法能有效地测量不同数据分布下样本的不确定度，提高数据的分类性能。

关键词：属性约简模糊邻域粗糙集分类不确定度信息熵

基于计算成像的端到端延展景深衍射元件的设计

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光学学报 2024年第2期44卷 144-152页

作者：吉佳瑞谢洪波杨磊天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津300072

提出一种基于计算成像理论的端到端衍射元件设计方法,通过全局性优化方案将光学设计和图像复原作为整体,从而降低前端光学系统的成像质量要求,并利用图像复原算法去除残余像差以简化系统。所提设计方法涵盖光场传播、探测器去噪和图像... 详细信息

提出一种基于计算成像理论的端到端衍射元件设计方法,通过全局性优化方案将光学设计和图像复原作为整体,从而降低前端光学系统的成像质量要求,并利用图像复原算法去除残余像差以简化系统。所提设计方法涵盖光场传播、探测器去噪和图像后处理等关键环节的模型建立与联合优化。该设计方案可用于景深延展的轻薄型衍射元件的设计,且所适用的大景深的简单光学系统具有较高的成像质量。

关键词：成像系统端到端景深延展图像复原衍射元件