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一种数值阻尼耗散可控的结构动力方程积分方法

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应用数学和力学 2024年

作者：刘伟童小龙金蓉湖南理工学院土木建筑工程学院湖南理工学院南湖学院

数值耗散是数值积分方法的重要特性，直接影响数值仿真结果的准确性。对于含有虚假高频振动的动力系统，数值耗散能够改善数值仿真结果，但是对于具有真实高频振动的动力系统，数值耗散则会导致计算结果失真。本研究针对结构动力系统的... 详细信息

数值耗散是数值积分方法的重要特性，直接影响数值仿真结果的准确性。对于含有虚假高频振动的动力系统，数值耗散能够改善数值仿真结果，但是对于具有真实高频振动的动力系统，数值耗散则会导致计算结果失真。本研究针对结构动力系统的求解，提出了一种数值耗散可控的两子步隐式数值积分方法。基于理论推导，详细介绍了新积分方法的谱半径、稳定性、振幅衰减和周期延长等数值特性。新隐式积分方法通过算法参数α能够对高频虚假振动数值耗散完全可控，相应的耗散比例为1-α，其中-1≤α≤1。通过单自由度动力系统、高频虚假振动系统和多自由度非线性弹簧质量系统三个典型算例，分别证明了新隐式积分方法在计算精确性、高频数值耗散和非线性求解能力方面的优越性。

关键词：结构动力方程隐式积分方法数值阻尼放大矩阵谱半径

SiC基底覆多层石墨烯力学强化性能分子动力学模拟

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物理学报 2024年第10期73卷 372-382页

作者：陈晶晶赵洪坡王葵占慧敏罗泽宇南昌理工学院机电工程学院南昌330044 南昌理工学院计算机信息工程学院南昌330044

微机电系统半导体SiC器件覆多层石墨烯的力学强化性能与塑性变形微观研究,将对提升该器件耐久性服役寿命期和强韧化机制理解起到显著作用.因此,本文基于分子动力学法探讨了石墨烯堆垛类型(AA和AB堆垛)和极端使役温度对其接触力学性能(... 详细信息

微机电系统半导体SiC器件覆多层石墨烯的力学强化性能与塑性变形微观研究,将对提升该器件耐久性服役寿命期和强韧化机制理解起到显著作用.因此,本文基于分子动力学法探讨了石墨烯堆垛类型(AA和AB堆垛)和极端使役温度对其接触力学性能(最大承载荷、硬度、杨氏模量、接触刚度)、微结构演化、接触质量、褶皱形貌、位错总长的影响,解释了SiC基底覆多层石墨烯力学强化的原子尺度机制.研究发现:相同使役温度下,随覆石墨烯层数增加,SiC基底微结构的棱柱形位错环演化中越早发生脆断;石墨烯AB堆垛在最大压深时的C-C键断裂会导致石墨烯优异面内弹性变形丧失,以致其最大承载性呈现断崖式下降.研究表明:SiC基底覆三层石墨烯的力学强化性能是纯SiC的2倍,该强化效应不受石墨烯堆垛类型影响,其力学强化机制主要源于多层石墨烯受载加大会引起石墨烯面内褶皱增大,从而增大界面接触刚度,触发界面接触质量减小所致.使役温度升高,会激发原子振动频率增大,诱导界面接触原子数增多,以致界面接触质量增大,而界面接触刚度随之减弱,最终引起SiC基底覆多层石墨烯力学性能随温度升高呈近似直线下降.此外,SiC基底的亚表层应力集中会诱导基底内的微结构产生滑移与演变;基底覆石墨烯层数增加可有效减小基底亚表层的应力集中分布程度,从而对基底起抗载保护作用.

关键词： SiC 多层石墨烯力学强化分子动力学接触刚度

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质子交换膜燃料电池点阵型流场性能仿真

重庆大学学报 2024年

作者：封士明邹林海张焱万忠民湖南理工学院机械工程学院

质子交换膜燃料电池流道结构对反应气体流动、热交换、电化学反应具有重要影响。为针对常见流道在反应气体分布不均，液态水管理和输出性能等问题，本团队设计出3种点阵型流场。建立了传统平行流场和点阵型流场的三维质子交换膜燃料电... 详细信息

质子交换膜燃料电池流道结构对反应气体流动、热交换、电化学反应具有重要影响。为针对常见流道在反应气体分布不均，液态水管理和输出性能等问题，本团队设计出3种点阵型流场。建立了传统平行流场和点阵型流场的三维质子交换膜燃料电池几何模型，并对比了输出性能、氧气运输阻力、氧气摩尔浓度均匀性系数、氧气分布和液态水饱和度。结果表明，相比传统平行流场，3种点阵型流场的输出性能均高于传统平行流场，峰值功率密度增加24.74%，点阵型流场的氧气运输阻力显著小于传统平行流场，氧气摩尔浓度均匀性系数显著大于传统平行流场。并且点阵型流场能明显改善电池内部氧气分布的均匀性和液态水管理，有望为燃料电池流道结构创新提供新的思路。

关键词：质子交换膜燃料电池结构设计数值模拟点阵型流场

一种应用于协作MIMO-NOMA系统的符号检测算法

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北京邮电大学学报 2024年

作者：谢文武李攀肖健王骥杨亮华中师范大学物理科学与技术学院湖南理工学院信息科学与工程学院湖南大学信息科学与工程学院

受发射端的功率分配与叠加编码的影响，基于单任务神经网络的功率域非正交多址接入（NOMA）符号检测算法无法兼容不同用户的符号检测任务。针对用户辅助的协作多输入多输出（MIMO）-NOMA通信系统，设计基于多任务神经网络的符号检测算... 详细信息

受发射端的功率分配与叠加编码的影响，基于单任务神经网络的功率域非正交多址接入（NOMA）符号检测算法无法兼容不同用户的符号检测任务。针对用户辅助的协作多输入多输出（MIMO）-NOMA通信系统，设计基于多任务神经网络的符号检测算法，通过学习协作MIMO-NOMA系统中信号的深层共享特征，实现不同用户的联合符号检测。由于协作通信中不同用户接收信号的数据分布不同，并且存在数据孤岛问题，而机器学习模型要求训练数据和测试数据均独立采样于同一数据分布，因此提出多任务联邦学习框架来解决这一问题。实验结果表明，随着信噪比的提高，所提出的符号检测算法较传统符号检测算法展现出更好的性能。

关键词：协作非正交多址接入符号检测多任务联邦学习

基于多尺度-高效通道注意力网络的刀具故障诊断方法

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机械工程学报 2024年第6期60卷 82-90页

作者：狄子钧袁东风李东阳梁道君周晓天信苗苗曹凤雷腾飞山东大学信息科学与工程学院济南250100 山东大学控制科学与工程学院济南250061 齐鲁理工学院机电工程学院济南250200

目前,生产加工流程正向着智能化迈进,设备的故障诊断及预测性维护在保障企业生产效率,降低生产成本方面起着至关重要的作用。刀具作为数控机床的切削工具,其实时健康状态直接影响着机床的加工效率和产品质量。对刀具磨损状态的精准监测... 详细信息

目前,生产加工流程正向着智能化迈进,设备的故障诊断及预测性维护在保障企业生产效率,降低生产成本方面起着至关重要的作用。刀具作为数控机床的切削工具,其实时健康状态直接影响着机床的加工效率和产品质量。对刀具磨损状态的精准监测有助于避免因刀具失效导致的产品质量问题。基于此背景,研究一种基于深度学习的刀具故障诊断方法,将高效通道注意力应用到多尺度卷积神经网络中,提出基于多尺度-高效通道注意力网络的刀具故障诊断方法,利用通道特征学习将机床主轴不同方向的振动信号进行自适应的特征融合,从而提升刀具磨损状态诊断精度。此外,设计刀具磨损试验平台,用于采集符合实际生产的数据,在实际生产场景中验证所提算法的性能。试验结果表明,所提出方法较多尺度网络的刀具故障诊断准确率提高4.47%。

关键词：刀具故障诊断多尺度卷积神经网络高效通道注意力特征融合智能制造

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压缩传感图像边缘自适应增强方法研究

传感技术学报 2024年第5期37卷 877-882页

作者：冯娟刘永立保定理工学院信息科学与工程学院河北保定071000

传感图像存储过程中受压缩处理的影响,造成边缘细节模糊,为此,提出基于加性小波的压缩传感图像边缘自适应增强方法。基于高斯平滑滤波算法对压缩传感图像进行去噪处理,对经过去噪处理的图像展开多尺度加性小波分形,采用形态学梯度对低... 详细信息

传感图像存储过程中受压缩处理的影响,造成边缘细节模糊,为此,提出基于加性小波的压缩传感图像边缘自适应增强方法。基于高斯平滑滤波算法对压缩传感图像进行去噪处理,对经过去噪处理的图像展开多尺度加性小波分形,采用形态学梯度对低频图像进行滤波处理,获取形态学梯度图。通过模极大值方法提取边缘,叠加多层边缘信息获取高频边缘图。将形态学梯度图和高频边缘图两者作加性小波逆变换,对逆变换结果进行二值化处理,获取压缩传感图像边缘图,实现边缘自适应增强。主观测试结果表明,所提方法可以准确增强压缩后传感图像的边缘;客观测试结果表明,所提方法信息熵均值为7.81、平均梯度为7.89、对比度为273.7,可以获取较多的图像边缘细节。

关键词：压缩传感图像边缘增强加性小波边缘细节形态学梯度

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环洞庭湖地区龙舟装饰的传统意境建构

包装工程 2024年

作者：郭先航郑斌河南工学院湖南理工学院

目的研究环洞庭湖地区龙舟装饰有助于构建该范围内龙舟装饰艺术体系，该体系是环洞庭湖地区龙舟艺术基因内在规律的表达，是以图像形式表现装饰基因并总结归纳。方法立足传统意境的角度，从“意境”美学话语谱系中择取“画境”——物... 详细信息

目的研究环洞庭湖地区龙舟装饰有助于构建该范围内龙舟装饰艺术体系，该体系是环洞庭湖地区龙舟艺术基因内在规律的表达，是以图像形式表现装饰基因并总结归纳。方法立足传统意境的角度，从“意境”美学话语谱系中择取“画境”——物象的迹化、“情境”——心灵的寄托、“妙境”——现实的超越，来阐述环洞庭湖地区龙舟装饰的意境之美。结果通过对环洞庭湖地区龙舟装饰意境的泛化现象净化后，窥见环洞庭湖地区龙舟装饰艺术活动中的意象结构和美感形态，以了解装饰体系内在的哲学理念、审美情趣及艺术价值。

关键词：龙舟装饰意境画境情境妙境

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一种基于微环腔辅助干涉的Fano谐振器

光学学报 2024年第11期 112-122页

作者：李柯陈佳豪魏潇陈露程培红王卓远周裕鸿喻平金婧练斌宁波工程学院电子与信息工程学院浙大宁波理工学院信息科学与工程学院

本文提出并研究了一种基于微环腔辅助干涉的Fano谐振器。在该谐振干涉结构中，输入信号光经环形谐振腔后分成的下路光和直通路光以一定相位差合束，该合束光干涉形成了有别于传统对称Lorentz线型的非对称陡峭Fano光谱。在理论上使用传... 详细信息

本文提出并研究了一种基于微环腔辅助干涉的Fano谐振器。在该谐振干涉结构中，输入信号光经环形谐振腔后分成的下路光和直通路光以一定相位差合束，该合束光干涉形成了有别于传统对称Lorentz线型的非对称陡峭Fano光谱。在理论上使用传输矩阵方法分析了非对称线型产生的相位条件，讨论了不同耦合系数、微环损耗对非对称谱线的消光比和斜率的影响，给出了理想条件下谷点波长漂移的计算公式和完全消光条件。分析表明，当两路光信号相位差为94°时，对于耦合系数为0.242、损耗系数为0.995的Fano谐振谱消光比可高达41.54 dB，斜率可高达2372 dB/nm。基于时域有限差分（FDTD）仿真和设计，采用电子束光刻（EBL）直写器件在绝缘层上硅（SOI）平台上进行了验证。实验中两路光的合束采用了多模干涉（MMI）结构，并设计了不同相位差以验证其对Fano谐振非对称线型的影响。实验表明，在本文工艺条件下，可以获得近-25 dB的消光比和1997 dB/nm的光谱斜率。本文提出的Fano谐振结构将为高分辨率光传感、低功耗光开关和高对比度光探测等领域高性能器件的设计开辟新途径。

关键词：谐振腔 Fano共振微环传感

金属有机骨架及其衍生材料在电解水和锌-空气电池中的应用

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无机化学学报 2024年第1期40卷 15-32页

作者：刘洋段信德任爽爽葛发源郑和根南京大学化学化工学院配位化学国家重点实验室南京210093 湖南理工学院机械工程学院岳阳414006

电解水和锌-空气电池(ZABs)技术为解决能源危机、实现碳中和目标开辟了一条新的途径。然而,这些技术的实际应用在很大程度上受到析氢反应(HER)、析氧反应(OER)以及氧还原反应(ORR)缓慢动力学的限制。因此,迫切需要开发高效、稳定的电催... 详细信息

电解水和锌-空气电池(ZABs)技术为解决能源危机、实现碳中和目标开辟了一条新的途径。然而,这些技术的实际应用在很大程度上受到析氢反应(HER)、析氧反应(OER)以及氧还原反应(ORR)缓慢动力学的限制。因此,迫切需要开发高效、稳定的电催化剂有效降低反应过电位,加快电催化反应进程。金属有机骨架(MOFs)由于其灵活可调的组成和精确可控的结构,已成为催化领域研究最广泛的材料之一。本文聚焦于MOFs基电催化剂的制备策略和结构特性,主要介绍它们在电解水和ZABs方面近期的研究进展,并对该领域存在的问题和发展趋势进行了总结和展望。

关键词：金属有机骨架电催化剂电解水锌-空气电池