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石墨烯气凝胶的压缩力学性能研究

兵工学报 2024年第7期45卷 2364-2373页

作者：曹路晴乔扬谢晶陈鹏万北京理工大学爆炸科学与技术重点实验室北京100081 爆炸防护与应急处置技术教育部工程研究中心北京100081

为探究石墨烯气凝胶在防护领域的潜在应用,采用冷冻干燥法并控制冷冻温度变量制备不同的石墨烯气凝胶试样,进行单轴面内压缩力学实验;结合3D数字图像相关技术和扫描电子显微镜,分析变形模式与破坏机理。研究结果表明:冷冻干燥法制备的... 详细信息

为探究石墨烯气凝胶在防护领域的潜在应用,采用冷冻干燥法并控制冷冻温度变量制备不同的石墨烯气凝胶试样,进行单轴面内压缩力学实验;结合3D数字图像相关技术和扫描电子显微镜,分析变形模式与破坏机理。研究结果表明:冷冻干燥法制备的石墨烯气凝胶试样具有3D多孔网络结构、低密度(98.5%)等特征,并具有受冷冻温度影响的特征微观结构;石墨烯气凝胶的压缩应力-应变曲线展现出多孔材料典型的三阶段特征,并且力学性能受冷冻温度的影响,-80℃所得石墨烯气凝胶的杨氏模量相较于-19℃提高160%,单位体积吸能提高67%;石墨烯气凝胶多次循环加载-卸载中随着内部致密区域的扩展,以塑性能为主的吸收总能趋于稳定不变,其状态变化可通过指数衰减模型描述;石墨烯气凝胶的横纵向片层不同的压缩变形形态发展为大规模的类弹簧型紧密折叠模式,使得石墨烯气凝胶表现出回弹性。所得研究成果为石墨烯气凝胶在防护领域的应用提供了理论与实践基础。

关键词：石墨烯气凝胶压缩力学性能冷冻干燥法吸能特性变形模式

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融合注意力机制的红外小目标检测

航空学报 2024年第14期45卷 84-95页

作者：李峻宇刘乾坤付莹北京理工大学复杂环境智能感测技术工业和信息化部重点实验室北京100081 北京理工大学长三角研究院嘉兴314019

随着图像中显著目标检测准确率的提高,如何提升小目标的检测精度逐渐成为人们关注的重点。现有的目标检测方法主要研究以可见光图像作为输入的通用目标检测问题,小目标检测领域的大部分方法主要针对可见光图像,面向红外图像的较少。红... 详细信息

随着图像中显著目标检测准确率的提高,如何提升小目标的检测精度逐渐成为人们关注的重点。现有的目标检测方法主要研究以可见光图像作为输入的通用目标检测问题,小目标检测领域的大部分方法主要针对可见光图像,面向红外图像的较少。红外小目标不含颜色信息,与常规目标尺度差别大,更加依赖上下文信息。针对这些问题,提出一种基于YOLOv5的红外小目标检测模型。在标准的YOLOv5模型基础上,为了有效结合目标周围的局部信息和整体特征中的全局信息,同时适应红外小目标的细微形态变化,提出了动态上下文信息提取模块,引入通道-细节注意力模块汇聚红外小目标的通道信息和细节信息,提高回归精度。考虑到网络卷积过程中细节特征丢失的问题,在保证模型特征尺度相对应的情况下,上采样新的特征尺度与浅层特征融合,以捕捉更多红外小目标细节信息,避免特征混叠。为了证明方法的有效性,在公开的红外数据集ITTD、IRSTD-1k和NUAA-SIRST上进行验证。实验结果表明:在ITTD数据集中所提方法的mAP值超过对比方法5.1%。对比YOLOv5s基准模型,mAP值提高了3.7%,在IRSTD-1k和NUAA-SIRST数据集中也展示出良好的检测效果,并对自身模型进行了消融实验。本文所提出的红外小目标检测模型对复杂场景下的红外小目标鲁棒性很好,有效地提高了小目标检测的精度,降低了小目标的漏检率。

关键词：深度学习目标检测红外小目标检测注意力机制 YOLOv5

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石墨烯增强钛基复合材料研究进展

中国材料进展 2024年第3期43卷 212-221,229页

作者：穆啸楠张洪梅王宇北京理工大学材料学院北京100081 冲击环境材料技术国家级重点实验室北京100081

非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)具有高比强度、低密度、优异的耐蚀性等诸多特性,在航空航天、国防工业、交通运输等领域具有广泛的应用前景。石墨烯具有良好的本征物理和力学性能,是近年来的二维碳纳米“明星”材料,被视为极具潜力的DR... 详细信息

非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)具有高比强度、低密度、优异的耐蚀性等诸多特性,在航空航天、国防工业、交通运输等领域具有广泛的应用前景。石墨烯具有良好的本征物理和力学性能,是近年来的二维碳纳米“明星”材料,被视为极具潜力的DRTMCs纳米增强体。国内外研究者聚焦DRTMCs设计与制备,突破了低温快速成型和界面改性等关键技术,初步实现了界面精细调控和微观构型,获得石墨烯在钛基体中的本征增强,制备出强塑性匹配较好的DRTMCs。简要综述近些年来石墨烯增强钛基复合材料的设计方法和制备工艺,探讨界面反应、界面结构、微观构型等关键因素对复合材料力学性能和失效机制的影响规律,并提出石墨烯增强钛基复合材料未来的发展方向。

关键词：石墨烯钛基复合材料制备方法界面设计力学行为

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超快二维电子光谱

激光与光电子学进展 2024年

作者：肖常涛宋寅赵维谦 “复杂环境智能感测技术”工信部重点实验室北京理工大学北京理工大学光电学院

超快二维电子光谱技术在过去二十余年间得到了迅速地发展，并在研究光合作用、光伏材料与低维材料等的激发态布居动力学与相干动力学过程中发挥了重要作用。本综述将首先介绍二维电子光谱在拓展探测窗口与维度方面的技术发展；然后，将... 详细信息

超快二维电子光谱技术在过去二十余年间得到了迅速地发展，并在研究光合作用、光伏材料与低维材料等的激发态布居动力学与相干动力学过程中发挥了重要作用。本综述将首先介绍二维电子光谱在拓展探测窗口与维度方面的技术发展；然后，将讨论领域内现存的挑战与未来发展方向：1）在技术层面，如何降低二维电子光谱的技术门槛以及发展多光谱数据分析程序，是拓展二维电子光谱进一步应用的重要瓶颈问题；2）在基础研究层面，如何发展新型的二维电子光谱技术，去更好地探测与解析相干调控动力学与极化基元动力学过程，将是该领域的另一个关键难题。

关键词：超快光谱激发态动力学二维电子光谱非线性光学

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浅水爆炸冲击波特性及其毁伤效应研究进展

火炸药学报 2024年第1期47卷 17-28页

作者：程淑杰梁争峰阮喜军苗润源蒙佳宇武海军北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 西安近代化学研究所陕西西安710065

为阐明浅水爆炸条件下冲击波界面效应,分别从自由水面、水底以及自由水面和水底两个界面双重作用条件下归纳了冲击波线性反射和非线性反射理论、实验等研究进展。总结了浅水区混凝土障碍、舰船毁伤方式,分析了由于界面作用以及装药、起... 详细信息

为阐明浅水爆炸条件下冲击波界面效应,分别从自由水面、水底以及自由水面和水底两个界面双重作用条件下归纳了冲击波线性反射和非线性反射理论、实验等研究进展。总结了浅水区混凝土障碍、舰船毁伤方式,分析了由于界面作用以及装药、起爆方式等的差异而导致冲击波在近场的非均匀分布性,采用爆炸能量调控改变在特定方位能量输出,从而提升浅水爆炸毁伤效应的可行性。指出浅水爆炸理论发展仍未完善,浅水爆炸近场能量结构控制、混凝土目标动态响应和毁伤效应,界面反射冲击波与气泡相互作用是重点研究方向。附参考文献129篇。

关键词：爆炸力学浅水爆炸冲击波特性释能控制毁伤效应

多脉冲飞秒激光切割加工炸药装药过程的热响应

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兵工学报 2024年第10期 3462-3473页

作者：伍俊英姚雨乐郑富德刘嘉锡李钧剑王健宇陈朗北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室

为分析多脉冲飞秒激光切割加工炸药过程的安全性，建立多脉冲飞秒激光切割加工炸药装药的二维数值计算模型，对飞秒激光切割加工HMX、TATB、RDX和TNT 4种炸药装药的情况进行数值计算，获得不同加工状况下炸药装药的热响应规律。实验结... 详细信息

为分析多脉冲飞秒激光切割加工炸药过程的安全性，建立多脉冲飞秒激光切割加工炸药装药的二维数值计算模型，对飞秒激光切割加工HMX、TATB、RDX和TNT 4种炸药装药的情况进行数值计算，获得不同加工状况下炸药装药的热响应规律。实验结果表明：飞秒激光切割加工炸药装药过程中，当激光光斑的移动速度为80～300 mm/min时，4种炸药均未发生点火，反应光斑移动速度越慢，热累积效应越明显，且HMX相比其他3种炸药，动态分析区内HMX的热累积效应最明显；当激光重复频率和能量分别为0.1～200 kHz和50～200μJ/pulse时，提高飞秒激光的重复频率和能量对切割速率提升效果呈先上升后降低趋势；飞秒激光对炸药装药的切割加工速率和安全性，会受到炸药的性能参数的影响，切割速率与炸药的激光吸收系数呈正相关，切割安全性与炸药的热感度呈负相关。

关键词：炸药装药飞秒激光激光加工热响应

来源：博看期刊

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三维空间轨道角动量全息

物理学报 2024年第9期73卷 103-109页

作者：贾谊成张福荣张景风孔令军张向东北京理工大学物理学院先进光电量子结构设计与测量教育部重点实验室纳米光子学与超精密光电系统北京市重点实验室北京100081

光的轨道角动量自由度已被作为一种新的信息载体用于光全息信息处理技术之中.然而,目前关于轨道角动量全息技术的研究主要集中在二维轨道角动量全息,即重构的二维全息图像位于三维空间中的某一个平面内.如何进一步实现三维空间轨道角动... 详细信息

光的轨道角动量自由度已被作为一种新的信息载体用于光全息信息处理技术之中.然而,目前关于轨道角动量全息技术的研究主要集中在二维轨道角动量全息,即重构的二维全息图像位于三维空间中的某一个平面内.如何进一步实现三维空间轨道角动量全息技术并将其用于增加全息通信的信息容量仍然是一个空白.本文基于轨道角动量自由度和重构的二维图像在三维空间中的位置自由度,实现了三维空间轨道角动量全息技术.换言之,在我们实现的三维空间轨道角动量全息中,目标物体图像的获得不仅要求使用正确的解码轨道角动量态,还要求在正确的空间位置来探测物体的图像.此外,还进一步研究了三维空间轨道角动量全息复用技术,并指出该复用技术可用于信息加密.与传统的二维轨道角动量全息技术相比,三维空间轨道角动量全息技术使用了额外的自由度,即成像的空间位置.因此,基于三维空间轨道角动量全息技术的加密方案可以进一步提高信息的安全等级.我们的理论模拟结果和实验结果验证了三维空间轨道角动量全息技术以及三维空间轨道角动量全息加密技术的可行性.

关键词：轨道角动量光全息光加密

压接型IGBT器件短路失效管壳爆炸特性及防护方法

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中国电机工程学报 2024年第6期44卷 2350-2361,I0023页

作者：周扬唐新灵王亮张晓伟代安琪林仲康金锐魏晓光先进输电技术国家重点实验室(北京智慧能源研究院) 北京市昌平区102209 爆炸科学与技术国家重点实验室(北京理工大学) 北京市海淀区100081

压接型绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为现有柔性直流输电设备的核心部件,在实际应用中,由于承受高电压、大电流的工作环境,容易发生短路过流失效,进而造成的结构爆炸现象。为研究这一爆炸现象的破坏效... 详细信息

压接型绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为现有柔性直流输电设备的核心部件,在实际应用中,由于承受高电压、大电流的工作环境,容易发生短路过流失效,进而造成的结构爆炸现象。为研究这一爆炸现象的破坏效应及其防护,该文结合多组模拟模块化多电平工况实验,得到IGBT器件短路过流失效爆炸后外壳结构的变形特征。结合电气能量特性的分析和实际爆炸失效形貌特点,建立该IGBT器件结构的数值仿真模型,初步确定实际爆炸过程中的等效TNT爆炸当量。在此基础上,从提高结构自身抗爆能力、增加能量外泄通道、替换结构材料等角度开展IGBT器件的结构优化设计,并进行相关试验验证。结果表明,将管壳的陶瓷材料替换为纤维增强复合材料可有效提高结构的防爆性能,降低器件的破坏程度。

关键词：压接型绝缘栅双极性晶体管器件短路失效爆炸特性防爆仿真

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基于慢烤实验的炸药热传导系数计算方法

含能材料 2024年

作者：许礼吉白志玲段卓平黄风雷北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室

热传导系数作为炸药的重要热力学参数，显著影响炸药装药的点火响应特性。在未开展炸药热传导系数测定实验的情况下，为了快速有效确定一种新型炸药热传导系数，针对典型圆柱段装药结构，建立了轴对称热传导理论模型，获得混合炸药热传... 详细信息

热传导系数作为炸药的重要热力学参数，显著影响炸药装药的点火响应特性。在未开展炸药热传导系数测定实验的情况下，为了快速有效确定一种新型炸药热传导系数，针对典型圆柱段装药结构，建立了轴对称热传导理论模型，获得混合炸药热传导方程的稳态解析解，提出了基于慢烤实验数据的混合炸药热传导系数计算方法。确定了新型不敏感炸药GOL-1(HMX/Al/AP/Binder)的热传导系数，典型烤燃条件下小尺寸装药结构点火响应数值模拟计算结果显示：不同加热速率下装药中心温升曲线计算结果与实验结果均吻合较好，点火时刻装药中心位置温度和点火时间的计算结果与实验偏差最大为2.27%和1.12%，表明GOL-1炸药热传导系数的有效性及数值模拟方法的可行性。建立的热传导计算方法揭示了慢烤装药温度-时间曲线中包含的炸药导热特性及规律，相比体积加权方法和串/并联导热模型方法更适用于计算混合炸药热传导系数，在缺少新型炸药热传导系数测定实验数据的情况下，不失为一种有效的确定方法，为弹药热安全性设计与评估提供了炸药基础参数，推动安全弹药数字化设计与量化评估发展。

关键词：混合炸药热传导系数热传导方程解析解慢速烤燃数值模拟