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面向空间引力波探测的激光干涉技术研究进展及展望

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中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第7期54卷 105-123页

作者：王娟齐克奇王少鑫高瑞弘李磐杨然刘河山罗子人中国科学院力学研究所国家微重力实验室北京100190 国科大杭州高等研究院基础物理与数学科学学院杭州310024

随着地面引力波的成功探测,面向更低频段、更广目标波源、反映更多天体物理现象的空间引力波探测越来越受到各国研究团队的共同关注.为了明确探测计划现阶段的发展水平以及限制因素,为下一步干涉仪测量水平的提高做准备,本文围绕激光干... 详细信息

随着地面引力波的成功探测,面向更低频段、更广目标波源、反映更多天体物理现象的空间引力波探测越来越受到各国研究团队的共同关注.为了明确探测计划现阶段的发展水平以及限制因素,为下一步干涉仪测量水平的提高做准备,本文围绕激光干涉测量技术,一方面对空间引力波探测的原理、国内外典型探测项目的在轨探测结果进行了回顾;另一方面展示了干涉测量系统的整体布局,介绍了主要噪声源的影响机制和抑制方法.

关键词：空间引力波探测激光干涉测量技术干涉仪噪声分析

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脉冲大电流直线驱动装置电-磁-热-结构多场耦合的局域建模方法

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物理学报 2024年第10期73卷 352-361页

作者：孙建王秋良程军胜熊玲丛源涛王贺阳中国科学院大学电子电气与通信学院北京100049 中国科学院电工研究所北京100190 齐鲁中科电工先进电磁驱动技术研究院济南250101

脉冲大电流直线驱动装置运行过程中产生的极端工况导致多种损伤形式.为了研究多场耦合过程并分析多物理参量作用机理,建立了动态下的电磁场、温度场、结构场数学物理模型.利用轨道反向运动及接触远端物理量渐进平移不变的特性进行局域求... 详细信息

脉冲大电流直线驱动装置运行过程中产生的极端工况导致多种损伤形式.为了研究多场耦合过程并分析多物理参量作用机理,建立了动态下的电磁场、温度场、结构场数学物理模型.利用轨道反向运动及接触远端物理量渐进平移不变的特性进行局域求解.模型还考虑了材料属性温度依赖性,热应力,接触面摩擦热等实际因素.各个物理场采用同一套网格体系,电磁场以及温度场的有限元离散格式采用欧拉向后差分形式求解,结构场则采用Newmark法进行求解,完成多场耦合下的数值模拟.通过与数值工具EMAP3D、Comsolol在相同模型和输入条件下的计算结果以及相关实验比较,验证了该模型的可靠性.本文采用一种C型电枢进行案例计算,得到了多参量的典型演化过程,并对速度趋肤效应下的场分布进行了讨论.

关键词：有限元数值模拟滑动电接触摩擦热局域建模

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纳米空间受限气体动理学建模与输运机理

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第2期54卷 2-22页

作者：单保超王润曦张勇豪郭照立爱丁堡大学工程学院英国爱丁堡EH93FB 四川大学新能源与低碳技术研究院成都610065 中国科学院力学研究所流体力学交叉研究中心北京100190 华中科技大学数学与应用学科交叉创新研究院武汉430074 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室武汉430074

气体动理论是根据气体分子微观运动规律研究其宏观物理行为的理论,在航空航天、微机电系统、能源化工等领域有广泛应用.Boltzmann方程没有考虑分子自身体积并忽略除碰撞以外的其他分子间作用力,只适用于稀疏理想气体.本文从Boltzmann方... 详细信息

气体动理论是根据气体分子微观运动规律研究其宏观物理行为的理论,在航空航天、微机电系统、能源化工等领域有广泛应用.Boltzmann方程没有考虑分子自身体积并忽略除碰撞以外的其他分子间作用力,只适用于稀疏理想气体.本文从Boltzmann方程出发,层层递进,依次介绍稠密气体、真实气体以及纳米空间受限气体的动理学理论和建模方法及相关边界条件.相比于其他模型,纳米空间受限气体动理学模型能够准确描述分子间相互作用,在非平衡效应、高压真实气体效应以及空间受限效应可忽略时能够恢复至连续流体力学理论,是连接微观-介观-宏观等不同尺度的有效理论方法.结合数值模拟结果,本文着重介绍纳米空间受限气体输运中涉及的滑移现象和高压真实气体效应,并就纳米孔内页岩气输运机理进行分析.最后,探讨纳米空间受限气体动理学建模方面的局限性以及可能的发展方向.

关键词：气体动理学 Boltzmann方程稠密气体平均场空间受限气体

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纳弧度级柔性角位移调节机构的优化设计

核技术 2024年第6期47卷 1-10页

作者：赵高峰祝万钱张丽敏刘芳芳金利民薛松中国科学院上海应用物理研究所上海201800 中国科学院上海高等研究院上海201204 中国科学院大学北京100049

针对同步辐射中纳弧度级角位移调节的需求,优化设计并研制出一套冗余并联式柔性铰链转动装置。分析了柔性机构的运动学机理,利用虚位移原理推导出机构的整体静态转动刚度,研究其特性及铰链各参数对其影响。根据拉格朗日方程建立其动力... 详细信息

针对同步辐射中纳弧度级角位移调节的需求,优化设计并研制出一套冗余并联式柔性铰链转动装置。分析了柔性机构的运动学机理,利用虚位移原理推导出机构的整体静态转动刚度,研究其特性及铰链各参数对其影响。根据拉格朗日方程建立其动力学模型,推导出机构在运动方向的固有频率。建立数学优化模型,进行了机构静态和动态的双目标优化设计,采用基因遗传算法对带有非线性约束条件的目标函数优化求解。利用有限元方法对优化后的机构进行了模态分析,研究了柔性机构的前四阶固有频率和振型。制作出高精度的柔性铰链机构,设计搭建转动调节装置进行实验测试。测试结果表明:柔性角位移调节机构转角可达到0.668°,微调时双向运动重复精度实现±8.91 nrad,角分辨率为15 nrad,1~500 Hz的30 min稳定性(均方根值)为2.72 nrad,机构的一阶固有频率约295 Hz,与理论计算和有限元分析相一致。结果验证了优化设计的柔性机构实现纳弧度级高精度角位移调节的有效性和可靠性。

关键词：纳弧度级柔性机构优化设计遗传算法模态分析

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橡胶抗辐照老化用添加剂研究进展

海军工程大学学报 2024年第4期36卷 57-63页

作者：朱敏邵照群朱春华杨洋海军工程大学核科学技术学院武汉430033 中国工程物理研究院化工材料研究所四川绵阳621900

核电和航空航天等领域常使用橡胶作为密封件和减震材料,这些含橡胶部件不可避免地受到辐照环境的影响,而辐照会诱导橡胶交联和分解,导致材料性能下降,威胁到人员和设备安全。因此,提高橡胶的抗老化能力、延长橡胶的使用寿命已成为橡胶... 详细信息

核电和航空航天等领域常使用橡胶作为密封件和减震材料,这些含橡胶部件不可避免地受到辐照环境的影响,而辐照会诱导橡胶交联和分解,导致材料性能下降,威胁到人员和设备安全。因此,提高橡胶的抗老化能力、延长橡胶的使用寿命已成为橡胶满足工程应用的重要需求。在橡胶中添加抗氧化剂,能阻断老化过程中的链式自由基反应,是延缓橡胶老化的重要手段。然而,传统小分子抗氧化剂会迁移到橡胶表面,并且在辐照老化过程中消耗迅速,导致橡胶的抗辐照性能大打折扣,故研发低毒、抗迁移、低成本、高性能抗氧化剂是目前的发展方向。为此,系统地综述了橡胶用抗氧化剂的研究进展。首先,简要介绍了抗氧化剂在辐照老化过程中的作用机理;然后,讨论了提高抗氧化剂持续作用的解决方案;最后,对橡胶抗氧化剂的未来发展趋势和挑战进行了展望。

关键词：橡胶抗辐照抗氧化剂链式自由基反应

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基于位置偏差调速的激光跟踪运动控制方法

中国测试 2024年第2期50卷 155-160页

作者：游奇峰唐强米良何韬肖杰中国工程物理研究院机械制造工艺研究所四川成都610000

跟踪算法和伺服算法的设计是实现激光跟踪运动控制的关键,决定激光跟踪运动的速度及其稳定性。为获得更好的跟踪性能,基于工业控制器及其伺服算法,提出一种基于实时角度位置偏差动态调节轴系运动速度的激光跟踪算法;首先,分析基于位置... 详细信息

跟踪算法和伺服算法的设计是实现激光跟踪运动控制的关键,决定激光跟踪运动的速度及其稳定性。为获得更好的跟踪性能,基于工业控制器及其伺服算法,提出一种基于实时角度位置偏差动态调节轴系运动速度的激光跟踪算法;首先,分析基于位置偏差动态调速实现连续稳定跟踪的控制原理;然后,建立被控对象的数学模型及包含此跟踪算法的跟踪系统数学模型,并完成激光跟踪的仿真测试;最后,搭建激光跟踪实验平台,对跟踪算法进行实验验证,最终实验结果表明,激光束能够很好跟踪动态目标,电机运行平稳流畅,跟踪能力优于7(°)/s。该控制方法为激光跟踪测量系统的搭建提供技术参考。

关键词：激光跟踪跟踪算法速度控制跟踪性能

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利用机器学习与改进岩石物理模型预测页岩油层系横波速度

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石油地球物理勘探 2024年第3期59卷 381-391页

作者：方志坚巴晶熊繁升杨志芳晏信飞阮传同河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100 北京雁栖湖应用数学研究院北京101408 中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院北京100083 中国石油天然气股份有限公司地球物理重点实验室北京100083

传统的横波速度预测方法包括经验公式法和岩石物理模型法。前者适用于岩石矿物组分相对单一的储层,且受区域限制等因素的影响,不具有普适性,预测精度较低。后者需要根据不同的实际情况选择合适的岩石物理模型,才能达到预期的目的。大多... 详细信息

传统的横波速度预测方法包括经验公式法和岩石物理模型法。前者适用于岩石矿物组分相对单一的储层,且受区域限制等因素的影响,不具有普适性,预测精度较低。后者需要根据不同的实际情况选择合适的岩石物理模型,才能达到预期的目的。大多数机器学习横波速度预测方法基于纯数据驱动,数据集的质量和数量将直接决定横波预测模型精度,并缺乏充分的物理内涵。为此,基于深度神经网络(DNN)的方法,假设研究区储层波传播方程的数学形式已知,通过测井数据训练DNN得到未知的弹性参数,以确立目的层的波传播方程。利用平面波分析法得到相应的纵波、横波速度,实现神经网络与理论模型的结合。此外,针对传统Xu-White模型的不足,考虑随深度变化的孔隙纵横比,提出了改进横波速度预测岩石物理模型。利用研究区较丰富的测井数据,分别采用构建的DNN模型和改进横波速度预测岩石物理模型预测横波速度,并与传统的Xu-White模型预测结果进行对比、分析。结果表明,由DNN模型和改进岩石物理模型均可获得较高精度的横波速度预测结果,且前者的预测效果更好。

关键词：深度神经网络岩石物理模型页岩油层系储层参数横波速度孔隙纵横比

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面向深空探测任务的长寿命碳纳米管阴极研究

深空探测学报（中英文） 2024年第2期11卷 124-131页

作者：陈泽宣肖东阳杜欢欢宋培义华中科技大学物理学院引力中心武汉430074

针对深空探测对长寿命碳纳米管场发射阴极的应用需求,从CNTs场发射阴极失效的机制分析出发,提出了长寿命CNTs场发射阴极的性能优化方案。采用图形化设计的CNTs发射簇结构可有效降低CNTs发射体表面的场强屏蔽效应,提升阴极的有效发射面积... 详细信息

针对深空探测对长寿命碳纳米管场发射阴极的应用需求,从CNTs场发射阴极失效的机制分析出发,提出了长寿命CNTs场发射阴极的性能优化方案。采用图形化设计的CNTs发射簇结构可有效降低CNTs发射体表面的场强屏蔽效应,提升阴极的有效发射面积,避免电流集中于部分CNTs从而引起热量累积。提出一种转移键合工艺,将CNTs发射体与衬底的接触由分子力维持转变为金属层熔融键合,提高阴极的机械稳定性并降低了电/热阻抗。在高真空环境下对样机进行性能测试,优化后的CNTs场发射阴极样机实现了0~1 mA的电流范围、550 h的连续发射试验,证明了阴极优化后的长周期稳定性。

关键词：碳纳米管场发射阴极阵列化设计边缘效应转移键合工艺

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共旋框架下二维柔性多体动力学分析策略

振动工程学报 2024年

作者：季奕伍洋张慧敏孙光辉北京理工大学宇航学院飞行器动力学与控制教育部重点实验室北京应用物理与计算数学研究所中物院高性能数值模拟软件中心哈尔滨工业大学航天学院自主智能无人系统工信部重点实验室北京宇航系统工程研究所

针对具有强非线性和大范围运动的柔性多体系统，建立了一种精确且高效的动力学分析策略。在共旋坐标系下对柔性体进行动力学建模，再利用一种优化复合方法对建立的数学模型进行求解。由于动力学模型建立在共旋坐标系下，因此现有的先进... 详细信息

针对具有强非线性和大范围运动的柔性多体系统，建立了一种精确且高效的动力学分析策略。在共旋坐标系下对柔性体进行动力学建模，再利用一种优化复合方法对建立的数学模型进行求解。由于动力学模型建立在共旋坐标系下，因此现有的先进线性空间单元可以被直接使用，从而大幅降低计算成本。此外，为了准确地计算动力学响应，本文使用了一种优化复合方法，并以最小化局部截断误差为目标对算法参数进行优化设计。优化后的复合方法具有二阶精度、无条件稳定性和可控数值耗散。最后，本文对一些经典的柔性多体系统进行计算，结果表明：在相同的精度下，与目前流行的基于绝对节点坐标公式和Generalizedα方法的动力学分析策略相比，本文策略具有显著的效率优势。

关键词：多体动力学柔性多体系统共旋框架参数优化复合方法