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冷喷涂金属颗粒变形行为数值模拟研究进展

表面技术 2024年第8期53卷 1-10页

作者：陈进殷强郑志明邢亚哲长安大学材料科学与工程学院材料成型及控制工程系西安710061

理解冷喷涂中的颗粒变形和沉积行为一直是科学工作的焦点。由于颗粒撞击基底后的瞬时变形行为难以通过实验观测,因此多数研究工作聚焦于数值模拟。总结了一些颗粒撞击基底的建模方法,在前人研究的基础上,针对每个模型的原理及优缺点,分... 详细信息

理解冷喷涂中的颗粒变形和沉积行为一直是科学工作的焦点。由于颗粒撞击基底后的瞬时变形行为难以通过实验观测,因此多数研究工作聚焦于数值模拟。总结了一些颗粒撞击基底的建模方法,在前人研究的基础上,针对每个模型的原理及优缺点,分析了每个方法的适用场景,给出了改善模型的方法。综述了颗粒特性、入射角度、气体预热温度等对颗粒变形行为的影响,其中粒径大小、颗粒形状等是影响颗粒变形行为的主导因素,因此重点探讨了颗粒特性的影响。颗粒的撞击变形是影响冷喷涂涂层残余应力分布的重要因素,对涂层残余应力的相关数值模拟研究进行了综述,分析了颗粒变形与颗粒残余应力的关系。最后就目前冷喷涂残余应力建模较单一的形势,探讨了如何建立一种新模型以分析涂层残余应力。

关键词：冷喷涂颗粒瞬时变形数值模拟有限元法颗粒特性涂层残余应力

基于稀土上转换纳米粒子传感器的构建及其在食品添加剂检测中的应用

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光谱学与光谱分析 2024年第9期44卷 2459-2466页

作者：张璇王雅森温娜吕海霞李宝铭福州大学材料科学与工程学院分子材料与工程系福建福州350108

稀土上转换纳米粒子(UCNPs)因其具有毒性小、化学稳定性好和背景荧光低等优点被用于构建荧光纳米传感器。通过溶剂热法制备核壳UCNPs,采用柠檬酸钠对其进行表面配体交换得到水溶性核壳UCNPs(Cit-CS-UCNPs),以Cit-CS-UCNPs作为荧光传感... 详细信息

稀土上转换纳米粒子(UCNPs)因其具有毒性小、化学稳定性好和背景荧光低等优点被用于构建荧光纳米传感器。通过溶剂热法制备核壳UCNPs,采用柠檬酸钠对其进行表面配体交换得到水溶性核壳UCNPs(Cit-CS-UCNPs),以Cit-CS-UCNPs作为荧光传感器的能量供体,二氧化锰(MnO_(2))纳米片作为荧光传感器的能量受体,采用荧光共振能量转移(FRET)机理,构建了一种用于食品添加剂二氧化氢(H_(2)O_(2))和叔丁基对苯二酚(TBHQ)检测的荧光纳米传感器(Cit-CS-UCNPs-MnO_(2))。通过扫描电镜(SEM)、荧光光谱和紫外可见吸收光谱(UV-Vis)等分析测试手段对制备的纳米材料的形貌结构和性能进行表征。考察了猝灭剂浓度、孵育温度及孵育时间等实验条件对荧光传感体系检测性能的影响。荧光光谱和UV-Vis实验结果表明,Cit-CS-UCNPs最大发射峰位于654nm,Cit-CS-UCNPs与MnO_(2)结合后,核壳UCNPs发生荧光猝灭,当存在H_(2)O_(2)时,Cit-CS-UCNPs的荧光恢复,说明在此波段H_(2)O_(2)与MnO_(2)纳米片发生氧化还原反应,MnO_(2)纳米片被还原成Mn^(2+),逐渐从Cit-CS-UCNPs的表面解离下来;存在TBHQ时,Cit-CS-UCNPs-MnO_(2)与TBHQ体系峰位与TBHQ偏移到253nm,为TBHQ与MnO_(2)纳米片发生氧化还原反应,使得Cit-CS-UCNPs-MnO_(2)体系中FRET效应减弱,荧光强度回升。SEM结果表明,MnO_(2)纳米片均匀包覆在Cit-CS-UCNPs的周围,在水中仍可保持良好的分散性,表明MnO_(2)纳米片修饰到Cit-CS-UCNPs表面。对猝灭剂高锰酸钾(KMnO4)的浓度进行了优化。结果表明,当KMnO4浓度为10mol·L^(-1)时,猝灭效率可达90%。对检测条件进行优化,结果表明H_(2)O_(2)的检测孵育时间为25min时,MnO_(2)和H_(2)O_(2)之间氧化还原反应基本完全,Cit-CS-UCNPs-MnO_(2)荧光恢复值最大;TBHQ的检测孵育时间为30min。在最佳实验条件下,Cit-CS-UCNPs-MnO_(2)的荧光强度变化比率与H_(2)O_(2)浓度(0~1000μmol·L^(-1))及TBHQ浓度(0~0.6 mmol·L^(-1))分别具有良好的线性关系。保持最佳实验条件,选取食品中存在的代表性金属离子(如K+、Na+、Ca^(2+)和Mg^(2+))和常见的食品添加剂苯甲酸(BA)、D-葡萄糖(Glu)、山梨酸钾(PS)、蔗糖(Suc)、纳他霉素(Nat)和肌醇(Ino)作为研究对象进行选择性测试,发现与H_(2)O_(2)相比,Cit-CS-UCNPs-MnO_(2)对其他添加物质没有强烈的反应,传感器整体荧光信号波动不大,因此Cit-CS-UCNPs-MnO_(2)对H_(2)O_(2)和TBHQ可进行特异性检测。

关键词：上转换纳米粒子核壳结构荧光纳米传感器

面向大型结构件焊接的爬行机器人视觉跟踪控制

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清华大学学报(自然科学版) 2024年

作者：冯消冰郑军杨尚贤潘百蛙清华大学机械工程系北京博清科技有限公司

精准的焊缝识别与自动跟踪控制是保证机器人焊接质量及作业效率的基础。为实现大型结构件弧面焊缝的高效自动化跟踪焊接,该文提出一种基于单激光传感器的爬行机器人双向自动跟踪技术和自适应权重的焊枪级联控制方法。针对爬行机器人建... 详细信息

精准的焊缝识别与自动跟踪控制是保证机器人焊接质量及作业效率的基础。为实现大型结构件弧面焊缝的高效自动化跟踪焊接,该文提出一种基于单激光传感器的爬行机器人双向自动跟踪技术和自适应权重的焊枪级联控制方法。针对爬行机器人建立运动学模型,分析了激光系统与焊缝的距离偏差预估方法和机器人与焊缝夹角修正方法,通过动态调整爬行机器人本体与焊缝的位置关系实现爬行机器人沿焊缝双向自动跟踪。基于焊接工艺参数和焊缝位置信息确定焊枪姿态和末端位置,通过执行机构的逆运动学模型求解得到焊枪传动关节的运动位移值,并基于运动位移值调整关节电机对焊枪位置进行实时校正。仿真分析了激光系统与机器人本体中心距离对直线焊缝路径跟踪的影响,发现该距离在0.35～0.5 m之间能够兼顾激光系统和机器人本体中心快速跟踪焊缝。初始距离偏差对激光系统与焊缝的距离偏差影响较小,但对机器人与焊缝的夹角偏差影响较大。分析了后退控制的系统稳定条件,并在5G和6G焊接位置开展机器人沿焊缝的双向跟踪性能测试,得到跟踪过程的激光系统与焊缝距离偏差值曲线以及机器人与焊缝夹角曲线,证明了控制系统的有效性。通过对执行机构进行运动学仿真,验证了焊枪定位的准确性。

关键词：大型结构件弧面焊缝爬行机器人单激光传感器双向自动跟踪

海工钢管混凝土腐蚀损伤特征及其智能评估方法

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建筑结构学报 2024年第S1期 304-315页

作者：周晓光侯超李威南方科技大学海洋科学与工程系清华大学土木工程系

为准确高效评估服役于沿海和海洋环境中钢管混凝土的腐蚀程度，对该类构件的腐蚀损伤特征及其智能评估方法开展研究。基于Q355、Q460和Q690钢板的腐蚀形貌图像数据库，提出一种通过微观图像计算钢材均匀腐蚀分量与局部腐蚀分量的方法，... 详细信息

为准确高效评估服役于沿海和海洋环境中钢管混凝土的腐蚀程度，对该类构件的腐蚀损伤特征及其智能评估方法开展研究。基于Q355、Q460和Q690钢板的腐蚀形貌图像数据库，提出一种通过微观图像计算钢材均匀腐蚀分量与局部腐蚀分量的方法，研究腐蚀损伤的空间分布特征；对比分析RGB和HSV两种颜色空间下腐蚀钢材的颜色分布，为后续优化深度学习模型提供新途径；依据GB 50144—2019《工业建筑可靠性鉴定标准》,构建钢管混凝土构件基于剩余承载力的腐蚀分级标准，采用五种主流的卷积神经网络算法建立该类构件的腐蚀等级评估模型，并从颜色空间和注意力机制方面进行模型优化。结果表明：随着腐蚀周期的增加，三种强度等级钢材的局部腐蚀分量占比均逐渐降低；钢板在RGB和HSV颜色空间下的分布呈现不同的变化趋势，RGB的蓝色分量和HSV的饱和度分量能够在一定程度上表征钢材的腐蚀程度；所构建的优化方法能够进一步提高模型性能，其中优化ResNet34模型具有较高的预测精度，对所有图像的腐蚀等级预测准确率均达到94%以上。

关键词：钢管混凝土腐蚀损伤智能评估深度学习颜色空间

离心-科氏复合条件下体积对滑坡碎屑流流动性的影响研究

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岩土力学 2024年第5期45卷 1560-1569页

作者：张贝李文阳毕研栋黄雨长安大学地质工程与测绘学院地质工程系陕西西安710054 同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092

科氏效应已逐渐成为限制土工离心机处理高速滑坡碎屑流灾害的关键难题之一,特别是在基于离心试验研究体积如何影响滑坡碎屑流流动性方面所涉及的科氏效应问题上,当前仍缺乏深入研究。围绕这一问题,基于土工离心试验与离散元模拟试验展... 详细信息

科氏效应已逐渐成为限制土工离心机处理高速滑坡碎屑流灾害的关键难题之一,特别是在基于离心试验研究体积如何影响滑坡碎屑流流动性方面所涉及的科氏效应问题上,当前仍缺乏深入研究。围绕这一问题,基于土工离心试验与离散元模拟试验展开研究,分析了不同科氏条件下不同初始体积对滑坡碎屑流运动过程与堆积范围的影响。结果表明,科氏力改变了滑坡碎屑流势能向动能的转化效率以及最终搬运距离随体积增大而被强化的幅度,惯性流运动机制与粒子脉动抑制机制及其转变是控制离心-科氏复合条件下不同体积滑坡碎屑流流动性的关键原因。考虑到实操性,物理离心试验中建议尽量保证流向与离心机旋转方向相同的配置,同时可用线性模型对模拟结果进行校准。

关键词：滑坡碎屑流科氏效应体积效应离心模拟离散元模拟

物理场辅助填料粒子在3D打印中取向调控研究进展

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复合材料学报 2024年第7期41卷 3389-3403页

作者：李洋郑新梅梅欣任燕陈刚彭必友西华大学材料科学与工程学院成都610039 南昌大学共青学院信息工程系江西332020

3D打印是一种自下而上、分层制造的材料累加制造方法。当前,3D打印正由原型制造向高性能化和功能化方向发展,对3D打印材料和加工过程调控提出更高的要求。纳米粒子在3D打印材料中的有序排列有助于提升打印制件的性能,但如何有效调控纳... 详细信息

3D打印是一种自下而上、分层制造的材料累加制造方法。当前,3D打印正由原型制造向高性能化和功能化方向发展,对3D打印材料和加工过程调控提出更高的要求。纳米粒子在3D打印材料中的有序排列有助于提升打印制件的性能,但如何有效调控纳米粒子的取向面临挑战。在3D打印过程中引入物理场(磁场、电场及超声场)是实现打印制件微观结构精准操控的有效策略之一。这不仅赋予打印制件一定的功能,也为制备具有多尺度、多响应结构制件提供新的思路。因此,基于物理场辅助的3D打印成为了近年来的研究热点。本文首先简述了3D打印技术种类及其特点,并强调了物理场辅助3D打印调控纳米粒子取向的重要性;其次,梳理和归纳了物理场辅助3D打印调控纳米粒子取向的基本原理、材料要求、应用及性能。最后,对物理场辅助3D打印调控填料粒子取向存在的问题与挑战进行了总结,并对其未来发展方向进行了展望。

关键词： 3D打印填料粒子取向排列磁场电场超声波场

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考虑弹体旋转情况下的四元红外探测系统仿真

兵工学报 2024年第7期45卷 2218-2227页

作者：王成王卫国孟晨李青成悦孔子华陆军工程大学石家庄校区导弹工程系河北石家庄050003

为了准确分析四元红外探测系统跟踪电路的输出信号,为导弹导引头的跟踪和抗干扰算法提供准确的计算依据,分析该系统的工作原理,在考虑弹体旋转的情况下仿真四元红外探测系统与圆锥扫描相结合产生的目标图像轨迹。以某型便携式防空导弹为... 详细信息

为了准确分析四元红外探测系统跟踪电路的输出信号,为导弹导引头的跟踪和抗干扰算法提供准确的计算依据,分析该系统的工作原理,在考虑弹体旋转的情况下仿真四元红外探测系统与圆锥扫描相结合产生的目标图像轨迹。以某型便携式防空导弹为例,分析四元红外探测系统在有干扰和无干扰两种情况下的信息信号和目标捕获信号,在此基础上完成脉冲模拟跟踪和数字跟踪电路的信号仿真,开发四元红外探测系统的仿真软件。仿真实验结果表明:如果不考虑弹体旋转、直接仿真四元探测系统输出信号,则四元红外探测系统输出信号仿真结果会导致后期的跟踪电路输出信号仿真结果出现误差;当四元红外探测系统视场中只有目标像斑时,探测器输出可以准确地捕捉目标并计算其方位信息,当有干扰像斑时目标捕获信号输出异常;脉冲模拟跟踪电路和数字跟踪电路都可以计算目标的方位信息,但脉冲模拟跟踪的实现更为复杂。

关键词：便携式防空导弹四元红外探测器圆锥扫描脉冲模拟跟踪数字跟踪

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基于PSR模型及熵权法的城市公园韧性评估及影响分析——以上海市为例

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复旦学报(自然科学版) 2024年

作者：辛慧耿晓磊厉成伟张宇轩王祥荣复旦大学环境科学与工程系

在全球气候变化背景下,城市公园应对极端气候事件和不确定干扰的能力在提高城市韧性中起到关键作用。本文应用PSR模型构建城市公园韧性评估指标体系,结合熵权法对上海市2015—2019年352个公园的韧性及影响因子进行了生态评估。指标体系... 详细信息

在全球气候变化背景下,城市公园应对极端气候事件和不确定干扰的能力在提高城市韧性中起到关键作用。本文应用PSR模型构建城市公园韧性评估指标体系,结合熵权法对上海市2015—2019年352个公园的韧性及影响因子进行了生态评估。指标体系由3个准则层和13个指标构成,用于研究极端高温灾害、热岛胁迫、空气污染、城市扩张、人为干扰及其他灾害对城市公园韧性的影响。研究结果表明:时间上,2015—2019年上海市公园韧性整体呈下降趋势,但城市公园内部的公园韧性差异不断缩小,中韧性公园在城市公园的比重有所增加;空间上,上海市城市公园韧性不均衡且存在极化现象,除徐汇区南部外,主城区公园韧性整体处于中低水平,浦东新区、松江区和青浦区公园韧性整体较高;此外,城市公园韧性影响较大的因素分别是地表温度、叶面积指数和水面率。

关键词：压力-状态-响应模型城市公园韧性评估熵权法结构方程模型

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长江入海热通量及其生态效应

北京大学学报（自然科学版） 2024年第4期60卷 682-690页

作者：尹航杨善卿梁恩航李斌教育部水沙科学重点实验室北京大学环境科学与工程学院环境工程系北京100871

通过对陆地卫星Landsat 5,7,8长时间序列遥感影像资料的提取和分析,采用实用单通道算法反演1997—2016年长江入海口逐月的长序列水温数据集,同时基于全球径流数据,核算同期长江河口处的多年月均热通量,分析其时空变化规律及对气候变化... 详细信息

通过对陆地卫星Landsat 5,7,8长时间序列遥感影像资料的提取和分析,采用实用单通道算法反演1997—2016年长江入海口逐月的长序列水温数据集,同时基于全球径流数据,核算同期长江河口处的多年月均热通量,分析其时空变化规律及对气候变化和人类热排放的响应特征。在此基础上,结合全球海洋表面温度数据和哥白尼全球海洋颜色与生物–地球–化学数据集,探究长江入海热通量变化对近海水温和近海生态环境的影响。结果表明,长江河口热通量总值为77.5EJ/年,热通量的季节性变化明显,对近海的热作用以输“热”为主,显著强于其他典型大河系统,预计年均向近海输入6.1EJ的热量,增温效应明显。相较海岸带,长江口对近海水域温度的影响程度更大,影响的空间范围更远。可将近海水温的空间影响划分为两个梯度,即温度下降的河流强作用带(0~40km)以及温度上升的海洋强作用带(40km以上)。1997-2016年间,长江口的近海水域温度整体上呈现先增后减的变化规律。进一步的分析表明,长江河口热通量的变化对近海水温产生深刻影响(R^(2)=0.7495),同时与近海初级生产力密切相关(R^(2)=0.9651),说明长江对近海的热输入是调控近海热环境和生态环境的重要因素。

关键词：长江口热通量环境遥感近海生态环境