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基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化设计

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振动与冲击 2024年第3期43卷 77-85页

作者：占金青王啸蒲圣鑫刘敏华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室南昌330013 中国科学院合肥物质科学研究院合肥230031

为了满足多相材料结构动态性能要求,提出一种基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化设计方法。采用序列固体各向同性料插值模型惩罚刚度矩阵和质量矩阵,以多个动载荷作用的多相材料结构总动态柔顺度最小化为优化目标,以结构质... 详细信息

为了满足多相材料结构动态性能要求,提出一种基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化设计方法。采用序列固体各向同性料插值模型惩罚刚度矩阵和质量矩阵,以多个动载荷作用的多相材料结构总动态柔顺度最小化为优化目标,以结构质量和成本为约束条件,构建多相材料结构动态拓扑优化模型,利用等效静态载荷法将多相材料结构动态拓扑优化问题转化为多工况下的多相材料结构静态拓扑优化问题,以降低灵敏度分析的复杂程度;采用移动渐近线算法求解多相材料结构动态拓扑优化问题。数值算例结果表明所提方法是有效性的,与传统的拓扑优化方法相比,基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化求解时间节省了75%,大大提高了计算效率;与单相材料拓扑优化结果相比,多相材料结构动态拓扑优化设计获得的结构具有更好的动态性能。

关键词：多相材料结构动态拓扑优化等效静态载荷法序列固体各向同性料插值模型

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强磁场托卡马克环向场线圈应力缓解研究

核聚变与等离子体物理 2024年第1期44卷 1-6页

作者：王富甲陈德鸿徐国盛吴佳戎万宝年中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所合肥230031 中国科学技术大学合肥230026

针对强磁场托卡马克环向场(TF)线圈应力过大、结构材料难以承受的问题,根据静水应力原理分析了通过外部承压结构来降低TF线圈内腿应力的有效性。采用COMSOL有限元软件开展模拟,研究了液氮冷却强磁场铜导体托卡马克外部承压结构在不同厚... 详细信息

针对强磁场托卡马克环向场(TF)线圈应力过大、结构材料难以承受的问题,根据静水应力原理分析了通过外部承压结构来降低TF线圈内腿应力的有效性。采用COMSOL有限元软件开展模拟,研究了液氮冷却强磁场铜导体托卡马克外部承压结构在不同厚度下TF线圈磁体应力的降低程度;对比了铍铜合金和无氧铜作为导体材料所需要的外部承压结构的厚度和体积。

关键词：托卡马克强磁场环向场线圈应力缓解

Nd^(3+):GdScO_(3)晶体场能级及拟合分析

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物理学报 2024年第4期73卷 1-8页

作者：樊颖张庆礼高进云高宇茜黄磊刘耀安徽大学物质科学与信息技术研究院合肥230601 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安徽省光子器件与材料重点实验室合肥230031 先进激光技术安徽省实验室合肥230037 中国科学技术大学合肥230022

采用提拉法生长出了钕掺杂钪酸钆晶体(Nd^(3+):GdScO_(3)),通过低温吸收光谱和室温发射光谱,对其中Nd^(3+)的实验能级进行分析指认,确定了Nd^(3+):GdScO_(3)的66个实验Stark能级,拟合了其自由离子参数和晶体场参数,拟合均方根误差为13.1... 详细信息

采用提拉法生长出了钕掺杂钪酸钆晶体(Nd^(3+):GdScO_(3)),通过低温吸收光谱和室温发射光谱,对其中Nd^(3+)的实验能级进行分析指认,确定了Nd^(3+):GdScO_(3)的66个实验Stark能级,拟合了其自由离子参数和晶体场参数,拟合均方根误差为13.17 cm^(–1).与Nd^(3+):YAP和Nd^(3+):YAG相比,Nd^(3+):GdScO_(3)的晶场强度较弱.弱的晶体场强度有可能是Nd^(3+):GdScO_(3)晶体具有优良激光特性的原因之一.本文数据集可在https://***/10.57760/sciencedb.15702中访问获取.

关键词： Nd^(3+):GdScO_(3)晶体晶体场参数能级拟合

基于多元数据的夏季鸡舍环境质量评价及其对产蛋性能的影响

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农业工程学报 2024年第8期40卷 188-197页

作者：谢苗苗李华龙詹凯安徽大学江淮学院合肥230031 中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所合肥230031 安徽省农业科学院畜牧兽医研究所合肥230031

蛋鸡舍环境质量直接影响蛋鸡产蛋性能。为探究夏季蛋鸡舍环境质量及其对产蛋性能的影响,研究提出基于多元数据的分析方法,首先采集鸡舍内7类关键环境因子数据,按照热环境、光环境和气体环境分组,再根据改进D-S证据理论规则进行迭代融合... 详细信息

蛋鸡舍环境质量直接影响蛋鸡产蛋性能。为探究夏季蛋鸡舍环境质量及其对产蛋性能的影响,研究提出基于多元数据的分析方法,首先采集鸡舍内7类关键环境因子数据,按照热环境、光环境和气体环境分组,再根据改进D-S证据理论规则进行迭代融合,得到蛋鸡舍各检测点环境质量的综合评价结果,进而分析其对产蛋性能的影响。以夏季八层层叠式蛋鸡舍为试验鸡舍开展试验。结果显示:八层层叠式蛋鸡舍下四层的环境质量和平均产蛋率的最优位置均处于鸡舍前端;平均产蛋率最差的位置处于鸡舍中端,该位置环境质量综合评价结果为一般;上四层平均产蛋率最优位置为鸡舍中端,该位置环境质量综合评价结果为适宜;平均产蛋率最差位置和环境质量最差位置均为鸡舍后端(靠近风机端)。在试验鸡舍所有检测点中,平均产蛋率高于86%的检测点,环境质量综合评价结果大都为适宜,平均产蛋率低于86%的检测点,环境质量综合评价结果为一般或差,鸡舍内各检测点环境质量综合评价结果与平均产蛋率的变化趋势高度一致。该研究为准确评价蛋鸡舍环境质量,揭示蛋鸡舍环境质量对产蛋性能的影响提供了一种行之有效的方法。

关键词：多元数据数据融合改进D-S证据理论层叠式蛋鸡舍环境质量产蛋性能

热键合、凹端面及晶体棒直径对Er∶YSGG中红外激光性能的影响

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 571-579页

作者：程毛杰董昆鹏胡伦珍张会丽罗建乔权聪韩志远孙敦陆中国科学技术大学安徽合肥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安徽合肥230031 安徽大学安徽合肥230601 安徽省先进激光技术实验室安徽合肥230037

对热键合、凹端面及不同直径Er∶YSGG晶体棒的中红外激光性能进行了系统对比研究。晶体经高温退火、定向切割、端面精密抛光后,测量得到其平面度和表面粗糙度分别小于0.1λ@633 nm和0.5 nm。通过精密加工实现了YSGG与Er∶YSGG室温光胶,... 详细信息

对热键合、凹端面及不同直径Er∶YSGG晶体棒的中红外激光性能进行了系统对比研究。晶体经高温退火、定向切割、端面精密抛光后,测量得到其平面度和表面粗糙度分别小于0.1λ@633 nm和0.5 nm。通过精密加工实现了YSGG与Er∶YSGG室温光胶,然后进行了高温热键合,透过谱表明键合界面基本无损耗,达到了一体化。热焦距结果表明,热键合、凹端面能够有效改善和补偿高功率泵浦条件下晶体的热透镜效应,有利于提高晶体的激光性能。对比未键合、热键合及凹面热键合Er∶YSGG晶体在968 nm LD侧面泵浦条件下的激光性能发现,低频150 Hz以下,键合与凹面并未表现出优势,三种棒的最大输出功率和斜效率分别均在24 W和28%附近;但随重频增加,热效应逐渐加重,键合晶体良好散热能力和凹面热补偿效应使激光性能得到提高。在重频300 Hz下,未键合、热键合及凹面热键合三种棒的最大输出功率分别为15.54,17.85和18.33 W、斜效率分别为16.6%,18.3%和18.4%;重频600 Hz条件下,三种棒的最大输出功率分别为9.4,13.32和13.18 W、斜效率分别为6.7%,8.6%和9%。此外,对比研究了不同直径Er∶YSGG晶体的激光性能,在低于100 Hz的低频下,三种晶体的激光性能接近。但相比于3和4 mm键合凹面棒,直径2 mm棒有大的比表面积,拥有更好的热管理能力,使其在高重频条件下具有更好的激光性能。如在150 Hz条件下,2 mm凹面键合Er∶YSGG晶体棒获得了功率23.82 W、斜效率27.7%的中红外激光输出,大大高于直径3和4 mm棒的18 W和23%。在600 Hz,直径2 mm键合凹面棒中实现了功率13.18 W,斜效率9%的激光输出,相比于直径3和4 mm键合凹面棒的9 W,7%具有较大的改善。测量得到2 mm凹面键合Er∶YSGG晶体棒在150 Hz,200μs条件下的光束质量因子M_(x)^(2)/M_(y)^(2)=6.28/6.30,表明该激光具有良好的光束质量。综上,选择合适晶体棒直径,并将键合与凹面相结合是实现高性能2.79μm激光的有效方法。

关键词：热键合 Er∶YSGG激光晶体凹端面 LD侧面泵浦 2.79μm中红外激光斜效率光束质量因子

基于烟支损失质量的三种加热卷烟基棒截留效果研究

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中国烟草学报 2024年

作者：王松史占东曾波朱震颜秋男范黎李栋张勍苗芊中国烟草总公司郑州烟草研究院中国科学院合肥物质科学研究院

【目的】研究加热卷烟基棒材料对烟气释放质量的影响。【方法】基于加热卷烟逐口烟支损失质量（Cigarette lose mass，CLM）测量装置，选取市售加热卷烟，截取烟丝段增加烟气连接段制作参考样品，在参考样品后增加不同长度或材料基棒制... 详细信息

【目的】研究加热卷烟基棒材料对烟气释放质量的影响。【方法】基于加热卷烟逐口烟支损失质量（Cigarette lose mass，CLM）测量装置，选取市售加热卷烟，截取烟丝段增加烟气连接段制作参考样品，在参考样品后增加不同长度或材料基棒制作测试样品，参照ISO标准抽吸模式，测量参考样品和测试样品逐口CLM的变化，以测试样品相对参考样品的CLM减少率作为截留率。【结果】（1）参考样品第1口的相对标准偏差为5.92%，第2口至第6口相对标准偏差最大值为3.39%，选取的市售加热卷烟烟丝段烟气释放质量较为稳定；（2）截留率随着基棒长度增加而增加，当基棒长度从5 mm增加到20 mm时，中空基棒、PLA基棒、醋纤基棒截留率分别增加7.49%、21.56%、17.09%；且截留率：中空基棒<醋纤基棒< PLA基棒；（3）PLA基棒为20 mm、醋纤基棒大于等于10 mm后逐口的截留率呈现递减趋势。

关键词：加热卷烟捕集量损失质量中空基棒 PLA基棒醋纤基棒

相位敏感飞秒和频光谱技术及其在高分子表界面表征的应用

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高分子材料科学与工程 2024年

作者：王子云李柏霖安徽大学物质科学与信息技术研究院中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心

高分子材料表面是表界面科学的一个重要研究领域。然而，从分子水平上对高分子薄膜表面进行原位无损精准探测仍具有挑战性。本研究自主研发了表界面敏感的共线相位敏感飞秒和频光谱，其具有分子绝对取向结构的分辨能力、高的相位稳定性... 详细信息

高分子材料表面是表界面科学的一个重要研究领域。然而，从分子水平上对高分子薄膜表面进行原位无损精准探测仍具有挑战性。本研究自主研发了表界面敏感的共线相位敏感飞秒和频光谱，其具有分子绝对取向结构的分辨能力、高的相位稳定性和信噪比以及弱表面信号的探测能力。本系统采用了35 fs的宽频红外激光，一次数据采集具有较宽的光谱测试范围。将此系统应用到了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）和聚己二酰己二胺（尼龙6/6）高分子薄膜表面的精准结构（绝对取向结构）的探测。结果表明，PMMA的酯甲基、PS的侧基苯环以及尼龙6/6的N-H基团在表面上有序取向且朝向空气一侧，其他基团在表面上相对无序取向或者倾向于平躺在表面上。本研究开发了相位敏感飞秒和频光谱，并将其应用到了高分子薄膜表面领域，对高分子薄膜表面精准结构的认识以及表面性能的优化具有十分重要的意义。

关键词：相位敏感和频光谱高分子薄膜表界面

SmB添加量对SmB6-316L中子屏蔽材料微观组织及力学性能影响的研究

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热加工工艺 2024年

作者：宗烨黄群英翟玉涛李桃生中国科学院合肥物质科学研究院中国科学技术大学

为了获得一种具有较优力学性能的新型中子屏蔽材料，通过机械合金化与放电等离子体烧结（SPS）制备了添加量为0.5wt%～4.0wt%SmB6的SmB6-316L中子屏蔽材料，使用SEM和EBSD分析样品的微观组织。通过EPMA研究了样品中析出相的元素分布，... 详细信息

为了获得一种具有较优力学性能的新型中子屏蔽材料，通过机械合金化与放电等离子体烧结（SPS）制备了添加量为0.5wt%～4.0wt%SmB6的SmB6-316L中子屏蔽材料，使用SEM和EBSD分析样品的微观组织。通过EPMA研究了样品中析出相的元素分布，并探究了SmB6添加量对样品拉伸性能的影响。结果表明：SmB6-316L样品中析出相主要分布在晶界与三叉晶界处，其主要成分为Sm、Si的氧化物和Cr-B化合物等。随着SmB6添加量的增加，样品的晶粒尺寸减小，析出相含量增加且尺寸增大。不同SmB6含量的SmB6-316L样品均呈现韧性断裂。随着SmB6添加量的增加，样品的强度增加但伸长率下降，这是因为SmB6的过量添加会增大析出相含量和尺寸，导致样品的伸长率大幅降低。当SmB6添加量为1.0wt%～2.0wt%时，可获得综合力学性能较优的SmB6-316L材料。

关键词： SmB 粉末冶金力学性能析出相

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CFETR CSMC降温过程热工水力分析

低温与超导 2024年第6期 1-6+19页

作者：关晓晖胡立标刘方高硕尉秦经刚中国科学院合肥物质科学研究院中国科学技术大学

中心螺线管模型线圈(CSMC)项目是为了解决中国聚变工程试验堆(CFETR)中心螺线管线圈研发与运行过程中的关键技术问题。CSMC线圈均由带中心冷却管的管内铠装电缆(CICC)绕制，采用超临界氦迫流冷却。CSMC磁体系统的冷质量巨大，其降温过... 详细信息

中心螺线管模型线圈(CSMC)项目是为了解决中国聚变工程试验堆(CFETR)中心螺线管线圈研发与运行过程中的关键技术问题。CSMC线圈均由带中心冷却管的管内铠装电缆(CICC)绕制，采用超临界氦迫流冷却。CSMC磁体系统的冷质量巨大，其降温过程也非常复杂。本文根据ITER修正的Katheder经验公式分析导体摩擦系数，并进行质量流量迭代运算，最后基于能量守恒原理，对CSMC磁体系统从300 K降温至4.5 K的过程进行了分析与评估。结果表明，CSMC能在400个小时之内从300 K降温至4.5 K,研究结果将为实际降温过程提供参考。

关键词： CFETR CSMC 降温过程热工水力分析