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考虑砂浆随机分布的多孔沥青混合料黏附/黏聚失效行为

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交通运输工程学报 2024年第3期24卷 139-153页

作者：王晓威张一鸣王兴威任家兴杨旭黄育兆汪海年西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 新加坡南洋理工大学土木与环境工程学院新加坡639798 长安大学未来交通学院陕西西安710064 长安大学公路学院陕西西安710064

为获得更加真实的多孔沥青混合料(PAC)黏附/黏聚失效行为,提出了一种考虑砂浆随机分布的细观有限元建模方法;基于X射线CT扫描和图像处理技术量化了PAC的真实细观结构和砂浆分布,研究了砂浆的随机分布特性;通过可精确控制砂浆厚度的拉拔... 详细信息

为获得更加真实的多孔沥青混合料(PAC)黏附/黏聚失效行为,提出了一种考虑砂浆随机分布的细观有限元建模方法;基于X射线CT扫描和图像处理技术量化了PAC的真实细观结构和砂浆分布,研究了砂浆的随机分布特性;通过可精确控制砂浆厚度的拉拔试验评价了不同厚度砂浆的黏附/黏聚性能,确定了不同厚度砂浆对应的内聚力模型参数;在砂浆-集料边界和砂浆内部嵌入零厚度内聚力单元,并基于PAC内不同区域的砂浆厚度赋予该区域内聚力单元相应的模型参数,最终构建了考虑砂浆随机分布的细观有限元模型(模型A),研究了PAC黏附/黏聚失效行为的细观演化过程。研究结果表明:推荐将试件分割为36份用于表征砂浆的随机分布特性,砂浆厚度对其黏附/黏聚性能、失效模式以及内聚力模型参数具有显著影响,当砂浆厚度小于0.9 mm或在1.2~1.8 mm时为黏附失效,大于1.9 mm时为黏附-黏聚混合失效,其他厚度下为黏聚失效,且同一失效模式下,黏附/黏聚强度随着砂浆厚度的增大而增大;与不考虑砂浆随机分布的细观有限元模型(模型B)相比,模型A和B的起裂点均为黏附失效,但失效位置不同,模型B以单一的黏附失效为主,模型A表现出多种黏附/黏聚失效行为,与现场复杂的黏附/黏聚失效行为更加一致;砂浆的随机分布对PAC黏附/黏聚失效过程、应力分布、裂缝发展具有显著的影响,故考虑砂浆的随机分布能够更加准确地识别PAC黏附/黏聚失效的最不利位置,增大砂浆厚度能够延缓黏附/黏聚失效的扩展过程。

关键词：路面工程多孔沥青混合料黏附/黏聚失效随机分布细观有限元模型耐久性

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星座卫星爆炸对空间碎片环境演化的影响分析

宇航学报 2024年第5期45卷 790-798页

作者：袁雨润杨科莹张景瑞李林澄北京理工大学宇航学院北京100081 北京航空航天大学宇航学院北京100191 南洋理工大学电气与电子工程学院新加坡639798

针对近年来巨型星座蓬勃发展和未来星座卫星爆炸解体对空间环境的隐患,构建了连续性方程与拓扑网络模型相结合的空间碎片环境演化模型,仿真分析了星座卫星爆炸与部署高度、卫星数量、任务后处置(PMD)时间的耦合作用对未来空间碎片环境... 详细信息

针对近年来巨型星座蓬勃发展和未来星座卫星爆炸解体对空间环境的隐患,构建了连续性方程与拓扑网络模型相结合的空间碎片环境演化模型,仿真分析了星座卫星爆炸与部署高度、卫星数量、任务后处置(PMD)时间的耦合作用对未来空间碎片环境的影响。结果表明,星座卫星爆炸会加剧空间环境的恶化,部署在1 200 km的1 440颗卫星星座,若卫星爆炸概率提升1%,总体空间物体数量将上升约18%,且在星座背景下,卫星任务后25年离轨处置的规则已无法满足空间环境可持续发展的需求。因此,减小星座卫星爆炸概率、发展高效的PMD策略对保障空间安全至关重要。

关键词：空间碎片演化模型星座卫星爆炸解体空间安全

Na_(0.44)MnO_(2)颗粒尺寸对其作为水系钠离子电池正极性能的影响

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真空科学与技术学报 2024年第2期44卷 115-124页

作者：黄璧成余灵辉葛婧捷徐梽川南洋理工大学材料科学与工程学院新加坡639798

水溶性钠离子电池是一种与锂离子电池相辅相成的技术,因其相对较低的成本、改善的安全性和环境友好的电解液而备受青睐。然而,较低的电极容量限制了这种电池的应用。Na_(0.44)MnO_(2)是一种用于钠离子电池的高容量阴极材料,其理论容量为... 详细信息

水溶性钠离子电池是一种与锂离子电池相辅相成的技术,因其相对较低的成本、改善的安全性和环境友好的电解液而备受青睐。然而,较低的电极容量限制了这种电池的应用。Na_(0.44)MnO_(2)是一种用于钠离子电池的高容量阴极材料,其理论容量为121 mAh/g。文章研究了Na_(0.44)MnO_(2)的尺寸效应对阴极性能的影响。纳米棒通过热处理MnO_(2)纳米片前驱体制备而成,其尺寸通过CTAB和KMnO_(4)的比例进行调控。然后,Na_(0.44)MnO_(2)纳米棒被用作水溶性钠离子电池的活性材料。纳米棒阴极在1 C的初始循环中提供了60 mAh/g的容量,并在经过200个循环后保持了55 mAh/g,比Na_(0.44)MnO_(2)块状阴极高出37.5%。在高倍率的5 C下,该阴极在经过200个循环后仍能提供47 mAh/g的高容量。容量的增加归因于减小的电荷传递阻抗和纳米棒具有较高比表面积所带来的改善的钠离子扩散性能。

关键词：钠离子电池正极水系电解液尺寸

基于传热传质理论的路面除冰盐融冰过程及影响因素分析

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铁道科学与工程学报 2024年第9期21卷 3563-3573页

作者：李继有但汉成谭嘉伟山宏宇贵州铜玉铁路有限责任公司贵州铜仁554300 中南大学土木工程学院湖南长沙410075 新加坡南洋理工大学土木与环境工程学院新加坡639798

为了解决不同环境下路面除冰盐的科学有效使用问题,降低由于除冰盐的滥用导致路面病害与环境污染,从路面除冰盐融冰传热传质机理出发,建立道路除冰盐融冰过程中的物质平衡方程与热通量平衡方程。采用COMSOL有限元软件建立了路面除冰盐... 详细信息

为了解决不同环境下路面除冰盐的科学有效使用问题,降低由于除冰盐的滥用导致路面病害与环境污染,从路面除冰盐融冰传热传质机理出发,建立道路除冰盐融冰过程中的物质平衡方程与热通量平衡方程。采用COMSOL有限元软件建立了路面除冰盐融冰温度场模型,考虑多种因素如相变过程、风速、初始温度和太阳辐射的影响,分析融冰过程中温度场的变化规律。研究结果表明:在融冰过程中,盐溶液温度呈现先快速下降后缓慢回升的规律,在固态除冰盐完全溶解的时间段内(Ⅰ阶段),盐溶液温度迅速下降;除冰盐完全溶解后(Ⅱ阶段),盐溶液温度缓慢回升。外界环境温度的上升使得单位质量除冰盐的融冰体积增加,且外界环境温度相比风速和除冰盐用量对盐溶液最终温度的影响更大。风速越高,固体盐溶解溶解所需时间越短,Ⅰ阶段结束后盐溶液体系的温度也更低,盐溶液温度随之下降得更快。由于风速增大将加快盐溶液层与外部环境的换热,除冰盐融冰Ⅱ阶段升温明显,溶解后盐溶液的平均温度更高。另外,较高的除冰盐初始温度可以促进固态盐的溶解,且温度越高,这种促进作用更加明显。同时,随着反应初始温度的增加,融冰反应的终止温度也随之升高。除此之外,研究发现,太阳辐射对于除冰盐融冰过程的影响在Ⅰ阶段不显著,在Ⅱ阶段具有显著影响。研究结论可为道路冬季路面除冰盐的科学有效使用提供技术支撑与理论参考。

关键词：除冰盐传热传质路面除冰热通量 COMSOL

面向全息MIMO 6G通信的电磁信道建模理论与方法

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 1940-1950页

作者：黄崇文季然魏丽宫铁瑞陈晓明沙威杨军张朝阳 Yuen Chau 浙江大学信息与电子工程学院杭州310027 新加坡科技与设计大学新加坡487372 西安交通大学信息与通信工程学院西安710049 中兴通讯股份有限公司深圳518000 新加坡南洋理工大学新加坡639798

全息多输入多输出(HMIMO)是6G通信中的新兴技术,相应阵列由固定物理孔径下的密布天线单元组成。全息MIMO是电磁约束下Massive MIMO天线技术的拓展。全息MIMO系统在有效提升无线通信性能方面具有极大的潜力。比如,可用最小的功率损耗实... 详细信息

全息多输入多输出(HMIMO)是6G通信中的新兴技术,相应阵列由固定物理孔径下的密布天线单元组成。全息MIMO是电磁约束下Massive MIMO天线技术的拓展。全息MIMO系统在有效提升无线通信性能方面具有极大的潜力。比如,可用最小的功率损耗实现尽可能大的连续孔径,灵活控制目标方向的电磁波传输等。但是,由于全息MIMO系统包含大量的紧密分布的天线单元,且单元之间的距离小于半波长,因而造成严重的电磁耦合作用。这些耦合使传统的独立同分布的信道假设失效。因此,如何设计一个有效且贴近实际的信道建模成为当前全息MIMO研究中最具挑战性的问题之一。针对该挑战,该文研究了基于电磁场理论的4种信道建模方式,它们都能很好描述全息MIMO系统中的电磁波传输特征。第1种是基于平面格林函数的精确信道建模方式,该方式将自由空间中点对点的格林函数扩展到平面之间积分形式的格林函数,通过积分计算来构造两个全息MIMO平面之间的通信信道,但该方法的复杂度较高。第2, 3种方法则分别采用了平面波展开和球面波展开来近似全息MIMO的通信信道,这两种方案的复杂度更低。其中,基于平面波展开的信道建模形式相对简单,更适用于远场,但是会低估单元强耦合时的最大系统容量;基于球面波展开的信道建模能更好捕捉电磁波信道几何特征,但其复杂度较高。最后介绍基于随机格林函数的信道建模方法,主要描述富散射环境或瑞利信道中电磁波的随机特性。

关键词：全息MIMO通信电磁波理论信道建模

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仿生嗅觉感知系统气体识别和浓度估计模型

自动化学报 2024年第4期50卷 812-827页

作者：相洪涛张文文肖文鑫王磊王远西山西大学自动化与软件学院太原030006 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 上海理工大学理学院上海200093 南洋理工大学电气与电子工程学院新加坡639798 北京大学计算机学院北京100871 同济大学电子与信息工程学院上海201804

常用气体检测模型需要使用气体传感器阵列响应信号的稳态值对气体进行种类识别和浓度估计,而在实际环境中,气体一般处于动态变化的状态,气体传感器阵列响应信号难以达到稳态值或长时间维持稳定状态.针对上述问题,提出一种由动态小波残... 详细信息

常用气体检测模型需要使用气体传感器阵列响应信号的稳态值对气体进行种类识别和浓度估计,而在实际环境中,气体一般处于动态变化的状态,气体传感器阵列响应信号难以达到稳态值或长时间维持稳定状态.针对上述问题,提出一种由动态小波残差卷积神经网络(Dynamic wavelet residual convolutional neural network, DWRCNN)子模型和权重信号自注意力(Weighted signal self-attention, WSSA)子模型组成的气体检测模型.该模型可以直接使用气体传感器阵列的原始动态响应信号对动态变化的气体进行成分识别,并进一步对每种成分气体的浓度在线估计.通过搭建的仿生嗅觉感知系统对模型的性能进行评估,实验结果表明,与常用气体识别模型相比, DWRCNN能获得接近100%气体识别准确率,且在线训练时间短,收敛速度快;与常用气体浓度估计模型相比, WSSA浓度估计模型能够大幅提高气体浓度估计精度,并能同时对不同气体都保持较高气体浓度估计精度,解决了动态环境中仿生嗅觉感知系统需要针对不同气体选择不同最优气体浓度估计模型问题.

关键词：气体识别浓度估计仿生嗅觉感知系统注意力机制

基于四波前横向剪切干涉的波前传感技术与应用(特邀)

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红外与激光工程 2024年第9期53卷 18-31页

作者：杨甬英凌曈曹频江佳斌浙江大学光电科学与工程学院浙江杭州310027 南洋理工大学化学化工与生物科技学院新加坡639798 南洋理工大学电气与电子工程学院新加坡639798 杭州晶耐科光电技术有限公司浙江杭州310027

高科技的发展对精密干涉成像提出了更高的要求。在现代光学和生物医学领域,无标记成像技术不依赖于传统的染料或荧光标记,进行3D活细胞原位观察和分析,促进定量相位显微术的发展。在光学检测技术领域,对于干涉系统的现场化、实时化的应... 详细信息

高科技的发展对精密干涉成像提出了更高的要求。在现代光学和生物医学领域,无标记成像技术不依赖于传统的染料或荧光标记,进行3D活细胞原位观察和分析,促进定量相位显微术的发展。在光学检测技术领域,对于干涉系统的现场化、实时化的应用具有迫切需求,如激光波前的瞬态检测分析、高速流场检测、自适应光学的检测和控制、高精度光学系统像差分析等都迫切需要一个紧凑型、抗环境干扰、瞬态成像的干涉系统。为此,针对针对这些需求,全面介绍了四波前横向剪切干涉相位成像技术的原理、发展历程、波前重构方法以及其广泛的应用。四波前横向剪切干涉仪能够通过在一个单一的干涉图中获取两个正交剪切方向的四个剪切波前来实现瞬态相位成像,由随机编码光栅和相位棋盘组成新颖的四波干涉传感器(Four-wave Interferometric Sensor,FIS4)。FIS4干涉传感器凭借其独特的优势,如紧凑性、鲁棒性、高时间分辨率以及与现有显微系统的兼容性,在生物医学、光学测量、材料表征等众多领域展现出广阔的应用前景。这一技术的发展不仅为相关领域提供了新的研究工具,也为跨学科的创新和发现开辟了新的可能性。

关键词：四波剪切干涉衍射光栅共路干涉高速流场自适应光学白光轮廓仪

低成本羧甲基纤维素水凝胶制备及其吸附性能探索型实验设计

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实验技术与管理 2024年第2期41卷 81-89页

作者：包月平 Ganesh Kumar 胡晓展思辉张贺南开大学环境科学与工程学院天津300350 南洋理工大学材料科学与工程学院新加坡639798

羧甲基纤维素水凝胶分子内含有大量的羧基和羟基官能团,能够高效吸附水体中的有机污染物,同时由于水凝胶的易回收和生物相容性,目前已被广泛应用于印染废水处理。但传统的羧甲基纤维素水凝胶制备方法存在耗时长、成本高、污染重等问题... 详细信息

羧甲基纤维素水凝胶分子内含有大量的羧基和羟基官能团,能够高效吸附水体中的有机污染物,同时由于水凝胶的易回收和生物相容性,目前已被广泛应用于印染废水处理。但传统的羧甲基纤维素水凝胶制备方法存在耗时长、成本高、污染重等问题。该实验设计结合我国资源化发展和环境保护需要,以纤维素水凝胶为原料,以水代替部分传统有机溶剂,开发出一种室温下快速制备羧甲基纤维素水凝胶的绿色合成方案。合成时间从44 h缩短至约4h,制备成本降低约95%,同时减少了化学试剂的使用,避免了二次污染。实验选用典型染料亚甲基蓝作为模型污染物,考察了羧甲基纤维素水凝胶对其在不同水体环境中的吸附性能。

关键词：羧甲基纤维素水凝胶亚甲基蓝吸附

考虑易用性和可解释性的自组织映射-即时学习风险预测框架

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西安交通大学学报 2024年第5期58卷 212-220页

作者：马潇驰陆建霍宗鑫夏萧菡东南大学江苏省城市智能交通重点实验室南京211189 东南大学现代城市交通技术江苏高校协同创新中心南京211189 东南大学交通学院南京211189 南洋理工大学土木与环境工程学院新加坡639798

为提高风险预测系统的易用性和可解释性,提出基于自组织映射网络(SOM)改进的即时学习(JITL)风险预测框架。首先,应用SOM对数据样本进行聚类,并对聚类特征进行解释。进而,通过基于聚类结果的样本选择算法构建待测数据的相似样本集,在线... 详细信息

为提高风险预测系统的易用性和可解释性,提出基于自组织映射网络(SOM)改进的即时学习(JITL)风险预测框架。首先,应用SOM对数据样本进行聚类,并对聚类特征进行解释。进而,通过基于聚类结果的样本选择算法构建待测数据的相似样本集,在线上调用作为基学习器的支持向量机(SVM)进行建模并输出风险预测结果。最后,采用一个交通事故数据集对风险模型的性能进行测试,检验其精度、易用性和可解释性。结果表明:采用SOM-JITL策略的SVM模型,受试者工作状况曲线面积指标达到0.720,相比不使用该策略的传统SVM模型提高17.5%,精度较高;SOM-JITL模型构建所需参数调节工作少,具有较好的易用性;此外,SOM聚类结果准确识别出处于交通拥堵等高风险场景,与现实场景一致,具有可解释性。综上,SOM-JITL策略能有效提高基学习器的性能,达到精度、可解释性和易用性的平衡,有助于以低成本大规模推广风险预测系统。

关键词：机器学习风险预测易用性可解释性即时学习自组织映射