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针刺诱发电池热失控的研究进展综述

消防科学与技术 2024年第5期43卷 597-604页

作者：张磊刘彦辉叶从亮周钰鑫黄鑫炎香港理工大学建筑环境及能源工程系中国香港999077 香港理工大学深圳研究院广东深圳518057

针刺测试是研究锂离子电池热失效机理和热失控特性的重要方法之一。本文汇总了目前广泛采用的针刺测试设置,并研究了不同变量对热失控演化的影响,包括针刺的深度、速度、位置以及针的材料和直径等,对针刺破坏下锂离子电池内短路及热失... 详细信息

针刺测试是研究锂离子电池热失效机理和热失控特性的重要方法之一。本文汇总了目前广泛采用的针刺测试设置,并研究了不同变量对热失控演化的影响,包括针刺的深度、速度、位置以及针的材料和直径等,对针刺破坏下锂离子电池内短路及热失控行为进行机理性探索与分析。结果发现,针刺的深度与电池热失控行为的严重程度成正比,针刺的速度对电池热失控没有明显影响,针刺发生在活性材料较密集或电极附近时电池热失控更严重。针的材料和直径对电池热失控行为具有双重影响,需要结合实际情况对产热和散热情况分别进行分析。最后通过总结不同因素对电池热失控的影响,对减缓锂离子电池热失控以及更新其安全测试程序提出了新的见解,为后续的创新型研究工作提供思路。

关键词：锂离子电池针刺测试热失控内短路电池安全

“大河三部曲”与巴蜀风土建筑的空间观念——兼论地方小说在风土建筑研究中的作用

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建筑学报 2024年第4期 114-119页

作者：江攀杜宇潇米兰理工大学建筑与城市研究系意大利哈佛大学东亚语言与文明系美国

聚焦李劼人于1930年代创作的以晚清时期的成都为时空背景的地方小说“大河三部曲”中郝姓士绅的宅院,结合小说文本,参考民居实例复原其平面布局;进而梳理郝家在宅院中日常生活、仪式和会客的场景;并通过分析不同关系人物的活动与建筑布... 详细信息

聚焦李劼人于1930年代创作的以晚清时期的成都为时空背景的地方小说“大河三部曲”中郝姓士绅的宅院,结合小说文本,参考民居实例复原其平面布局;进而梳理郝家在宅院中日常生活、仪式和会客的场景;并通过分析不同关系人物的活动与建筑布局的关系,讨论巴蜀地区传统风土宅院的空间观念;最后探讨了利用地方小说来解读传统风土建筑的意义及局限。

关键词：风土建筑建筑人类学地方小说巴蜀李劼人大河三部曲

基于深度卷积神经网络的人员疏散时间快速预测方法

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系统工程理论与实践 2024年第4期44卷 1376-1388页

作者：赵思琪陈娟王巧夏钤强卢紫嫣马剑西南交通大学交通运输与物流学院成都610031 西南交通大学地球科学与环境工程学院成都610031 香港理工大学土木与环境工程系中国香港999077

预测人员疏散时间是大规模人群管控、建筑平面布局优化的关键.现有研究关注人员疏散理论模型的建立,忽视了疏散模型的时间和空间复杂度高难以实现快速预测的这一问题.复杂建筑空间环境以及人员的空间分布是决定疏散时间长短的决定性因素... 详细信息

预测人员疏散时间是大规模人群管控、建筑平面布局优化的关键.现有研究关注人员疏散理论模型的建立,忽视了疏散模型的时间和空间复杂度高难以实现快速预测的这一问题.复杂建筑空间环境以及人员的空间分布是决定疏散时间长短的决定性因素,本文提出以建筑空间环境和人位置分布图像为输入的疏散时间快速计算方法.设计不同空间布局、不同疏散人数、不同出口个数及宽度的疏散场景,使用人员疏散元胞自动机模型(CA)开展模拟计算构建样本数据库.构建疏散时间快速预测模型FastEvacNet,训练标定该深度卷积神经网络模型,测试模型预测疏散时间的可靠度与效率.结果表明,在整个测试集上的MAPE值为8.21%,模型整体预测精度良好,泛化能力强.模型对疏散时间的预测用时几乎不依赖于疏散场景的复杂度,计算效率相较于CA模型提升三个数量级;当以数据流的形式传入网络进行批量预测时,可提升四个数量级.

关键词：疏散时间卷积神经网络元胞自动机计算效率

脆性材料统一断裂相场方法及其裂缝宽度的确定

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工程力学 2024年第6期41卷 1-8页

作者：王飞阳上海理工大学理学院深海高端装备系统研究院上海200093 上海理工大学环境与建筑学院土木工程系上海200093

岩石、混凝土等脆性材料的开裂问题一直是国内外关注的热点和难点,裂缝的演化使得脆性材料的力学性能难以预测。针对脆性材料的拉、剪和拉剪复合开裂问题,将统一拉伸断裂准则引入到相场理论,进而基于谱分解技术提出了统一断裂相场方法,... 详细信息

岩石、混凝土等脆性材料的开裂问题一直是国内外关注的热点和难点,裂缝的演化使得脆性材料的力学性能难以预测。针对脆性材料的拉、剪和拉剪复合开裂问题,将统一拉伸断裂准则引入到相场理论,进而基于谱分解技术提出了统一断裂相场方法,并通过交错算法在商业有限元软件中实现了该方法。拉伸断裂试验和拉剪复合断裂试验数值模拟结果表明:统一断裂相场方法具有热力学一致性,该方法不仅能准确模拟裂缝演化过程中脆性材料的力学性能,还能精准预测拉剪复合裂缝的扩展路径。此外,运用水平集理论构建了一个相场函数,识别了相场裂缝的分界面,进而通过理论推导得出了相场裂缝宽度的计算公式,并对其进行了验证。该研究旨在提出精准预测脆性材料拉、剪和拉剪复合开裂的相场方法,以保障土木工程结构的安全。

关键词：断裂相场方法拉剪复合裂缝热力学一致性交错算法裂缝宽度

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磁性复合材料活化过硫酸盐去除水中双酚A

中国环境科学 2024年第2期44卷 832-840页

作者：周宇辉林洋仟王御豪杨盈徐西蒙昆明理工大学建筑工程学院云南昆明650500

将Fe_(3)O_(4)负载于具有二维层状结构的MXene,形成磁性三明治复合材料Fe_(3)O_(4)@MXene,活化过硫酸盐(PMS)去除水中的双酚A(BPA).探讨了PMS投加量、Fe_(3)O_(4)@MXene投加量、溶液初始pH值、BPA初始溶液浓度对BPA降解的影响.结果表明,... 详细信息

将Fe_(3)O_(4)负载于具有二维层状结构的MXene,形成磁性三明治复合材料Fe_(3)O_(4)@MXene,活化过硫酸盐(PMS)去除水中的双酚A(BPA).探讨了PMS投加量、Fe_(3)O_(4)@MXene投加量、溶液初始pH值、BPA初始溶液浓度对BPA降解的影响.结果表明,BPA的降解符合准一级反应动力学.在25℃,BPA浓度25mg/L,Fe_(3)O_(4)@MXene投加量0.3g/L,PMS投加量3.3mmol/L,pH=6.0的条件下,反应90min后,BPA的降解率达97.4%.自由基淬灭实验及EPR实验证实,羟基自由基和硫酸根自由基是降解BPA的主导活性氧物种,此外单线氧也参与了降解.经由MXene负载的Fe_(3)O_(4)颗粒大小分布均匀,活性及稳定性均显著提高,MXene表面的Ti原子加速了Fe(II)/Fe(III)循环,从而加速了PMS活化.因此,Fe_(3)O_(4)@MXene可作为理想的过硫酸盐高级氧化过程的非均相催化剂.

关键词： Fe_(3)O_(4)@MXene复合物高级氧化双酚A 非均相体系

刚性和柔性多孔材料作用下氢气爆轰胞格结构的演化规律

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高压物理学报 2024年第3期38卷 181-190页

作者：罗荣钦彭澳张静雯王珺陈先锋申利远师吉浩孙绪绪武汉理工大学安全科学与应急管理学院湖北武汉430070 中国消防救援学院北京102220 香港理工大学建筑环境与能源工程系中国香港ZS843

多孔材料作为高效吸波耗能介质,广泛应用于爆轰衰减研究中。为进一步揭示多孔材料的抑爆机理,系统研究了柔性(海绵)和刚性(金属丝网)2种典型多孔材料对氢氧爆轰胞格结构的影响,以及海绵和金属丝网厚度、孔隙率对爆轰胞格结构、尺寸等参... 详细信息

多孔材料作为高效吸波耗能介质,广泛应用于爆轰衰减研究中。为进一步揭示多孔材料的抑爆机理,系统研究了柔性(海绵)和刚性(金属丝网)2种典型多孔材料对氢氧爆轰胞格结构的影响,以及海绵和金属丝网厚度、孔隙率对爆轰胞格结构、尺寸等参数的影响。采用烟熏板技术记录爆轰波的胞格图案,并计算得到爆轰胞格尺寸;采用压力传感器记录爆轰波到达时间,进而计算得到爆轰波的平均传播速度。结果表明,爆轰胞格结构与海绵和金属丝网的厚度、孔隙率密切相关,此外研究发现了多个爆轰传播阶段,包括爆轰失效、加速和再起爆。爆轰胞格尺寸也与海绵和金属丝网的厚度、孔隙率密切相关,增大多孔材料厚度和减小孔隙率均能显著增大爆轰胞格尺寸。通过对比分析海绵与金属丝网对爆轰胞格尺寸的影响发现,在相同条件下,刚性多孔材料对爆轰的抑制作用更强,但这种差距会随着多孔材料厚度的增加而减小。最后,通过引入无量纲参数D_(H)/λ量化分析爆轰传播极限。对于柔性和刚性多孔材料而言,其爆轰传播极限可分别近似量化为D_(H)/λ≈3.0和D_(H)/λ≈3.1。

关键词：爆轰胞格结构柔性多孔材料刚性多孔材料爆轰极限氢气

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考虑间断速度场的光滑有限元极限分析上限法

岩土力学 2024年

作者：戴北冰袁新周锡文刘锋涛中山大学土木工程学院香港理工大学土木与环境工程系桂林理工大学土木与建筑工程学院

基于应变光滑技术的有限元极限分析方法，为岩土工程稳定性分析提供了一种有效和高精度的数值分析途径。通过改进基于节点光滑域的方法，使其可以考虑间断的运动许可速度场，提出一种新型节点光滑有限元极限分析上限法。在土与结构接触... 详细信息

基于应变光滑技术的有限元极限分析方法，为岩土工程稳定性分析提供了一种有效和高精度的数值分析途径。通过改进基于节点光滑域的方法，使其可以考虑间断的运动许可速度场，提出一种新型节点光滑有限元极限分析上限法。在土与结构接触面处引入间断速度场，以间断面处节点速度差表征间断速度场的大小，进而基于间断节点重新构造节点光滑域。在Mohr-Coulomb屈服准则和关联流动法则的基础上，分别计算间断面和光滑域内的内能耗散，并将屈服准则和流动法则的约束条件转化为一系列的二阶锥约束方程，最终将考虑间断速度场的节点光滑有限元上限法转化为标准的二阶锥规划模型。此模型可以采用高效的原对偶内点算法进行求解。通过岩土工程中经典问题的数值分析，验证了新方法的可靠性，并通过数值分析发现，结构与土体接触的强度性质对结构的失稳模式和极限承载力具有明显的影响。

关键词：极限分析上限法节点光滑有限元间断速度场二阶锥规划(SOCP)

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雷电冲击下土体应力及弹塑性界面时程分析

工程科学与技术 2024年第2期56卷 196-207页

作者：饶平平吴志林金潇冯伟康上海理工大学环境与建筑学院上海200093

雷电作为自然界一种极端天气的表现形式,常给地基、地面、高耸建筑等造成严重破坏。工程防雷措施依赖于土体雷电冲击特性。现阶段,研究人员大多从电气工程角度探究雷电冲击土体造成的危害,但因学科间的差异与局限,雷电作用下岩土工程与... 详细信息

雷电作为自然界一种极端天气的表现形式,常给地基、地面、高耸建筑等造成严重破坏。工程防雷措施依赖于土体雷电冲击特性。现阶段,研究人员大多从电气工程角度探究雷电冲击土体造成的危害,但因学科间的差异与局限,雷电作用下岩土工程与电气工程的交叉融合方面的研究十分欠缺。本文构建土体雷电冲击模型,基于电弧通道能量平衡方程计算雷电放电产生的冲击波压力,将冲击波压力作为外加荷载作用在土体中,并通过修正Mohr-Coulomb屈服准则考虑动荷载下土体应变硬化,利用土体的理想锁定状态方程(Idealized Locked Equation of State)和动态扩孔方法考虑冲击波非稳态加载,探究雷电冲击下土体的弹塑性界面及应力时程变化规律。研究表明:在雷电冲击下,土体应力随时间变化呈现先陡增后迅速衰减的趋势,应力突变点表明土体此时正处于弹塑性交界面;在应力突变点之前,土体附加应力趋于0,处于弹性状态。任一时刻下,随着逐渐远离雷电冲击点,土体应力呈现迅速衰减的趋势,应力发生突变骤降表明此处土体正处于弹塑性交界面;在突变点之后土体附加应力趋于0,处于弹性状态。土体压缩系数对土体的弹塑性界面变化具有显著影响,随着压缩指标增大,土体塑性区半径逐渐减小;随着土体黏聚力逐渐增大,土体塑性区半径逐渐减小;增大土体弹性模量可以增大土体塑性区半径,但变化幅度相对较小;电流波形对土体塑性区中的应力会产生较大影响,而对土体弹性区影响较小。

关键词：雷电冲击冲击波压力应变硬化土体应力弹塑性界面时程变化

应用深度学习模型预测复杂平面房间内的火灾温度场

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消防科学与技术 2024年第1期43卷 51-55,64页

作者：曾彦夫李逸舟黄鑫炎香港理工大学建筑环境及能源工程学系中国香港999077

目前火灾探测系统的设计和评估主要依赖于经验模型,虽然这些模型简化了顶棚射流的特性,却未考虑建筑结构对火灾烟气行为的影响。因此,本研究采用了一种基于UNet架构的深度学习模型,以实现对复杂平面房间内顶棚下火灾温度场的快速而准确... 详细信息

目前火灾探测系统的设计和评估主要依赖于经验模型,虽然这些模型简化了顶棚射流的特性,却未考虑建筑结构对火灾烟气行为的影响。因此,本研究采用了一种基于UNet架构的深度学习模型,以实现对复杂平面房间内顶棚下火灾温度场的快速而准确的预测。模型的训练数据包括136种不同火灾工况的数值模拟结果,其中包含各种房间平面布局、火源位置和房间高度的变化。研究结果表明,该模型能够在数秒内准确预测任何给定房间平面设计中的火灾温度场,准确率高达88%。该研究可为复杂建筑的消防系统设计和优化提供人工智能视角的参考。

关键词：火灾温度场火灾探测建筑防火设计复杂建筑平面智慧消防