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椭圆函数背景下Gerdjikov-Ivanov方程的多呼吸子

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物理学报 2024年第4期73卷 9-20页

作者：姚慧张海强熊玮玥上海理工大学理学院上海200093

作为非线性发展方程的一种特殊局域解,呼吸子具有包络振荡结构,且这种振荡呈现周期性变化.根据呼吸子在分布方向和演化方向的周期性,呼吸子主要有3种类型,即Kuznetsov-Ma呼吸子(Kuznetsov-Ma breather,KMB)、Akhmediev呼吸子(Akhmediev ... 详细信息

作为非线性发展方程的一种特殊局域解,呼吸子具有包络振荡结构,且这种振荡呈现周期性变化.根据呼吸子在分布方向和演化方向的周期性,呼吸子主要有3种类型,即Kuznetsov-Ma呼吸子(Kuznetsov-Ma breather,KMB)、Akhmediev呼吸子(Akhmediev breather,AB)和一般呼吸子(general breather,GB).近年来,周期背景下的呼吸子现象在许多非线性物理领域被观察到,比如在非线性光纤光学、流体力学等.研究表明背景周期波的调制不稳定性可以激发呼吸子的产生,且周期背景下的呼吸子具有非常丰富的物理性质和相互作用.因此,最近在周期背景下呼吸子的时空结构和相互作用引起了广泛关注.Gerdjikov-Ivanov方程可以被用来描述在量子场理论、弱非线性色散水波、非线性光学等领域中的非线性物理现象.构造该模型的各种类型的解是非常有意义的工作.据了解,在椭圆函数背景下的多呼吸子之前还未被研究过.本文首先利用修正的平方波(modified squared wave,MSW)函数法和行波变换法获得该方程的椭圆函数解.然后,在椭圆函数解初始条件下得到该方程Lax对的通解.基于椭圆函数的转换公式以及积分公式,将势函数周期解化简为只含有Weierstrass椭圆函数.然后,利用达布变换构造出在椭圆函数背景下呼吸子的具体表达形式.在椭圆函数背景下,推导出3种不同类型的呼吸子,包括GB,KMB和AB.最后,给出3种呼吸子的时空结构三维图,并且展示它们之间相互作用的过程.

关键词： Gerdjikov-Ivanov方程椭圆函数达布变换呼吸子

二硫化钼自润滑涂层性能及制备工艺的研究进展

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材料导报 2024年第7期38卷 46-55页

作者：于凯王静静刘平马迅张柯马凤仓李伟上海理工大学材料与化学学院上海200093

MoS_(2)是过渡族金属二硫化物中的一员,其涂层材料因独特的层状结构而表现出优异的摩擦学性能。MoS_(2)自润滑涂层在刀具以及空间部件材料的表面减磨和保护上发挥着重要作用,但是MoS_(2)涂层对湿度的敏感性、附着力差以及耐磨寿命有限... 详细信息

MoS_(2)是过渡族金属二硫化物中的一员,其涂层材料因独特的层状结构而表现出优异的摩擦学性能。MoS_(2)自润滑涂层在刀具以及空间部件材料的表面减磨和保护上发挥着重要作用,但是MoS_(2)涂层对湿度的敏感性、附着力差以及耐磨寿命有限等问题限制了其应用。国内外学者在MoS_(2)涂层的摩擦学研究上做了大量工作,目前的研究重点主要是不同温度、湿度、气体介质的多环境下的摩擦学行为分析,以及通过纳米多层体系的设计实现对晶体结构的可控。本文概述了2010年以来有关MoS_(2)自润滑涂层材料的研究进展,主要综述了MoS_(2)自润滑涂层的摩擦学性能以及不同元素掺杂对其性能和结构的影响。总结了MoS_(2)涂层的组成结构、性能、制备工艺,并对其在表面润滑领域的研究和应用前景进行了展望。本文对MoS_(2)自润滑涂层的研究和工程应用具有参考意义。

关键词：二硫化钼自润滑涂层摩擦学性能微观结构制备工艺元素掺杂

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固态锂金属电池复合电解质的研究进展及展望

稀有金属 2024年第5期48卷 714-727页

作者：李风光夏水鑫上海理工大学材料与化学学院上海200093

基于固体电解质(SSE)的固态锂金属电池可以同时实现电池的高能量密度和高安全性而成为储能领域的研究热点。固体电解质主要包括聚合物固体电解质和无机固体电解质两大类。聚合物固体电解质柔性好、成本低其易加工,但其室温电导率通常较... 详细信息

基于固体电解质(SSE)的固态锂金属电池可以同时实现电池的高能量密度和高安全性而成为储能领域的研究热点。固体电解质主要包括聚合物固体电解质和无机固体电解质两大类。聚合物固体电解质柔性好、成本低其易加工,但其室温电导率通常较低;无机固体电解质室温电导率较高,但其制备工艺复杂、成本较高,而且其硬度较大导致与电极界面相容性差。发展有机-无机复合固体电解质可以有效综合两者的优势,因此被认为是最有大规模实际应用前景的材料之一。科研工作者提出了多种复合固体电解质结构设计的有效策略,主要包括低维无机填料改性、三维无机填料改性以及电解质多层复合。同时,为了实现高能量密度固态电池的构建,固体电解质超薄结构设计是必然选择。综述了近些年来有机-无机复合固体电解质的研究进展,重点阐述复合固体电解质的结构设计及其电化学性能,并对其未来发展方向进行了展望。

关键词：固体电解质(SSE) 固态锂金属电池结构设计电化学性能

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AB系统在椭圆函数背景下的多呼吸子

光学学报 2024年第5期44卷 161-169页

作者：熊玮玥张海强姚慧上海理工大学理学院上海200093

呼吸子泛指一类具有周期演化或周期分布结构的非线性波,它已成为非线性光学系统的研究热点之一。研究多种呼吸子的时空动力学特征具有实际的物理意义。本文基于孤子理论中的Darboux变换方法构造出AB系统在椭圆函数背景下的多呼吸子解,... 详细信息

呼吸子泛指一类具有周期演化或周期分布结构的非线性波,它已成为非线性光学系统的研究热点之一。研究多种呼吸子的时空动力学特征具有实际的物理意义。本文基于孤子理论中的Darboux变换方法构造出AB系统在椭圆函数背景下的多呼吸子解,并进一步分析了呼吸子的非线性动力学特征。首先,基于AB系统的Lax对,通过修正的平方波函数法与行波变换法获得该系统的椭圆函数周期解以及Lax对的基本解。然后,通过椭圆函数积分公式和Darboux变换迭代算法,推导出dn和cn两种椭圆函数背景下的一阶和二阶呼吸子解的解析表达式。另外,讨论了三种呼吸子的动力学特征,主要包括一般呼吸子(GB)、Kuznetsov-Ma呼吸子(KMB)和Akhmediev呼吸子(AB)。最后,研究了在dn背景下GB和KMB相互作用的时空结构以及在cn背景下两个GB相互作用的时空结构。本文研究结果将有助于理解在非线性光学领域中周期背景下的呼吸子动力学特征和相互作用行为。

关键词：非线性光学呼吸子 Darboux变换 AB系统

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雷电冲击下土体应力及弹塑性界面时程分析

工程科学与技术 2024年第2期56卷 196-207页

作者：饶平平吴志林金潇冯伟康上海理工大学环境与建筑学院上海200093

雷电作为自然界一种极端天气的表现形式,常给地基、地面、高耸建筑等造成严重破坏。工程防雷措施依赖于土体雷电冲击特性。现阶段,研究人员大多从电气工程角度探究雷电冲击土体造成的危害,但因学科间的差异与局限,雷电作用下岩土工程与... 详细信息

雷电作为自然界一种极端天气的表现形式,常给地基、地面、高耸建筑等造成严重破坏。工程防雷措施依赖于土体雷电冲击特性。现阶段,研究人员大多从电气工程角度探究雷电冲击土体造成的危害,但因学科间的差异与局限,雷电作用下岩土工程与电气工程的交叉融合方面的研究十分欠缺。本文构建土体雷电冲击模型,基于电弧通道能量平衡方程计算雷电放电产生的冲击波压力,将冲击波压力作为外加荷载作用在土体中,并通过修正Mohr-Coulomb屈服准则考虑动荷载下土体应变硬化,利用土体的理想锁定状态方程(Idealized Locked Equation of State)和动态扩孔方法考虑冲击波非稳态加载,探究雷电冲击下土体的弹塑性界面及应力时程变化规律。研究表明:在雷电冲击下,土体应力随时间变化呈现先陡增后迅速衰减的趋势,应力突变点表明土体此时正处于弹塑性交界面;在应力突变点之前,土体附加应力趋于0,处于弹性状态。任一时刻下,随着逐渐远离雷电冲击点,土体应力呈现迅速衰减的趋势,应力发生突变骤降表明此处土体正处于弹塑性交界面;在突变点之后土体附加应力趋于0,处于弹性状态。土体压缩系数对土体的弹塑性界面变化具有显著影响,随着压缩指标增大,土体塑性区半径逐渐减小;随着土体黏聚力逐渐增大,土体塑性区半径逐渐减小;增大土体弹性模量可以增大土体塑性区半径,但变化幅度相对较小;电流波形对土体塑性区中的应力会产生较大影响,而对土体弹性区影响较小。

关键词：雷电冲击冲击波压力应变硬化土体应力弹塑性界面时程变化

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眼镜镜片尖边轮廓的五轴数控加工

光学精密工程 2024年第5期32卷 704-713页

作者：李宏涛项华中郑泽希丁琦慧张欣王彭张大伟庄松林上海理工大学健康科学与工程学院上海200093 上海理工大学机械工程学院上海200093 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

为了改善和优化眼镜镜片的加工流程,避免镜片尖边加工过程中刀轴矢量变化剧烈、影响工件表面的加工质量,提出了一种基于UG NX的五轴数控加工路径。利用智能镜框扫描仪对镜框边缘进行扫描,获得镜框凹槽点云数据文件,编写相应程序对符合... 详细信息

为了改善和优化眼镜镜片的加工流程,避免镜片尖边加工过程中刀轴矢量变化剧烈、影响工件表面的加工质量,提出了一种基于UG NX的五轴数控加工路径。利用智能镜框扫描仪对镜框边缘进行扫描,获得镜框凹槽点云数据文件,编写相应程序对符合眼镜片加工标准的OMA文件中的球坐标数据进行坐标及格式转换等处理。基于NURBS曲线拟合算法,实现刀路轨迹的连续性并保证拟合曲线的精度。设计和建立一种控制刀轴矢量平滑变化的刀轴驱动约束方法,依靠曲线驱动刀轴及镜片曲面法向量约束刀轴使刀头平滑进给,并将刀轨文件经过后处理转换为NC文件。最后,对加工后的镜片进行误差测量,结果表明,通过点云数据拟合刀路曲线的方法提高了加工面的精确度和光滑性,有效缩减了加工流程,提高了加工效率。

关键词：光学加工数控系统非均匀有理B样条曲线拟合刀具路径

电场作用下锥翅表面强化池沸腾换热的介观数值方法

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物理学报 2024年第2期73卷 256-268页

作者：张森娄钦上海理工大学能源与动力工程学院上海200093

采用耦合电场模型的相变格子Boltzmann模型,数值研究了电场作用下锥翅结构表面的饱和池沸腾换热.为了定量分析电场对锥翅结构表面沸腾换热影响的机理,首先在无电场作用下对比调查了平滑表面和锥翅表面的沸腾换热现象.发现锥翅结构在核... 详细信息

采用耦合电场模型的相变格子Boltzmann模型,数值研究了电场作用下锥翅结构表面的饱和池沸腾换热.为了定量分析电场对锥翅结构表面沸腾换热影响的机理,首先在无电场作用下对比调查了平滑表面和锥翅表面的沸腾换热现象.发现锥翅结构在核态沸腾阶段有更多的成核点,沸腾换热性能增强,临界热流密度(critical heat flux,CHF)提高.而在过渡沸腾阶段以及膜态沸腾阶段,由于锥翅结构增加了锥翅表面流体的流动阻力,阻碍了气液交换,换热性能低于平滑表面.基于以上发现,通过对锥翅表面池沸腾过程施加电场,进一步强化了锥翅表面沸腾换热.结果表明,在起始核态沸腾阶段,电场的存在稍微延后了气泡开始成核时间,气泡尺寸减小,沸腾轻微被抑制;充分核态沸腾阶段,由于电场力的作用以及电场与锥翅结构协同表现出的尖端效应,阻止了加热表面干斑的扩散和蔓延,促进沸腾换热;过渡沸腾以及膜态沸腾阶段,尖端效应更加明显,逐渐增大的电场强度使沸腾在更高过热度下处于核态沸腾状态,沸腾换热性能大幅度提高,且CHF逐渐提高.

关键词：锥翅结构电场格子Boltzmann方法池沸腾

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混合颗粒系蒙特卡罗消光模型及反演方法

光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 956-962页

作者：黄茜苏格毅孙存金邓飞陈军杨荟楠苏明旭上海理工大学能源与动力工程学院上海200093

在单一颗粒系中,消光光谱法颗粒粒径测量模型通常基于Mie散射理论和Lambert-Beer(LB)定律。但多种颗粒物构成的混合颗粒系的消光特性更为复杂,颗粒粒径与混合比均会影响消光谱,需要发展新的理论模型。作者设计一种蒙特卡罗(Monte Carlo,... 详细信息

在单一颗粒系中,消光光谱法颗粒粒径测量模型通常基于Mie散射理论和Lambert-Beer(LB)定律。但多种颗粒物构成的混合颗粒系的消光特性更为复杂,颗粒粒径与混合比均会影响消光谱,需要发展新的理论模型。作者设计一种蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)原理的混合颗粒系消光模型,将入射光束离散化成光子,通过追踪其从发射至接收/逃逸过程中所有事件,统计光子去向并研究混合颗粒系的消光特性。为了验证蒙特卡罗模型的准确性,分别对聚苯乙烯和玻璃微珠单一颗粒系中消光谱进行数值计算,结果与Lambert-Beer定律预测误差小于2%。进一步将模型扩展至由聚苯乙烯和玻璃微珠构成的混合颗粒系,其消光谱随玻璃微珠占比(混合比)增大而依次递增,直至混合比为1时退化为单一颗粒系,而波长减小时,消光随混合比变化趋势由线性向非线性转变,两种颗粒自身消光特性差异越大则非线性趋势越明显,说明混合系消光值由颗粒类型、混合比、颗粒粒径和光波长共同决定且相互耦合。根据预测消光谱,采用三种全局最优算法对混合颗粒粒径和混合比参数反演。结果表明:混合比单参数反演结果的误差最小,均在1.5%以内;对两种颗粒粒径进行双参数反演时,误差均在3%以内;对两种粒径和混合比进行三参数同步反演时,误差增大,但均在10%以内。综合分析三种反演算法,PSO算法耗费时间最长,是其他算法的数倍,IGA算法效果较好且更加稳定。初步验证了设计的蒙特卡罗模型可应用于混合颗粒系的消光谱预测,实现了两种颗粒粒径与颗粒系混合比的同步反演。

关键词：混合颗粒系蒙特卡罗消光谱混合比反演

剪切增稠幂律流体中单气泡上升动力学行为的格子Boltzmann方法研究

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物理学报 2024年第13期73卷 190-200页

作者：许鑫萌娄钦上海理工大学能源与动力工程学院上海200093

采用不可压非牛顿气液两相流格子Boltzmann方法研究了剪切增稠流体中气泡上升的动力学行为,重点分析了流变指数n、Eoυos数(Eo)和Galilei数(Ga)对气泡形变、终端速度和剪切速率的影响.数值结果表明:气泡形变程度随Eo的增大而增大,n对气... 详细信息

采用不可压非牛顿气液两相流格子Boltzmann方法研究了剪切增稠流体中气泡上升的动力学行为,重点分析了流变指数n、Eoυos数(Eo)和Galilei数(Ga)对气泡形变、终端速度和剪切速率的影响.数值结果表明:气泡形变程度随Eo的增大而增大,n对气泡形状的影响与Ga相关.另一方面,随着Ga增大,气泡终端速度随n呈非线性单调增大,且n对终端速度的影响随Ga的增大逐渐明显;当Ga固定且值较小时,气泡终端速度在较小Eo下随n的增大先增大后减小,而当Eo较大时终端速度随n的增大呈增大趋势;当Ga固定且较大时,气泡终端速度在Eo较大时较为统一地随n增大而增大.此外,气泡左右两端存在剪切速率较高的区域,该区域尺寸随Eo,Ga的增大而增大,随n的增大先增大后缩小.最后利用正交试验法得到上述三变量对剪切速率和终端速度的影响程度.对于剪切速率,参数影响程度由大到小的顺序依次为n,Ga和Eo;对于终端速度,Ga对其影响最大,n次之,Eo影响程度最小.

关键词：格子Boltzmann方法气泡动力学剪切增稠流体

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