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一种基于Dirac半金属的可调控极化偏转器件的仿真分析

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电子学报 2024年第5期52卷 1488-1495页

作者：邓嘉豪熊汉李媛张淮清重庆大学微电子与通信工程学院重庆401331 重庆大学电气工程学院重庆400044

本文提出了一种基于体Dirac半金属(Bulk Dirac Semimetal,BDS)的动态超材料结构极化偏转器.与传统的极化偏转器不同,该偏转器可以通过改变费米能级来动态控制偏振转换率和不对称传输.模拟结果表明,当BDS的费米能级调整为90 meV时,偏转... 详细信息

本文提出了一种基于体Dirac半金属(Bulk Dirac Semimetal,BDS)的动态超材料结构极化偏转器.与传统的极化偏转器不同,该偏转器可以通过改变费米能级来动态控制偏振转换率和不对称传输.模拟结果表明,当BDS的费米能级调整为90 meV时,偏转器的偏振转换率在1.085~1.872 THz频率范围内都保持在90%以上(带宽为0.787 THz),在1.159 THz处偏振转换率达到峰值98%.该偏振转换器的不对称传输参数在1.229~1.831 THz大带宽范围内大于60%.本文还研究了偏振旋转角、椭圆度角、表面电流和电场分布情况以阐明该器件的极化转换特性和物理机制;通过施加栅极电压控制BDS费米能级,实现了对该极化偏转器的偏振转换率以及不对称传输的动态调谐.该极化偏转器的可调谐不对称传输特性,为基于动态不对称传输所设计的多路复用器、太赫兹二极管等设备的制造提供了新的思路.

关键词：极化偏转不对称传输 Dirac半金属可调性超材料太赫兹

电动制动助力系统摩擦补偿模型及其控制方法研究

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机械工程学报 2024年第2期60卷 252-261页

作者：杨为唐小林姜孔明付洋韩磊重庆大学机械与运载工程学院重庆400044

非线性摩擦力是影响电动制动助力(Electric brakebooster,EBB)系统位置跟踪精度的重要因素之一。针对标准Pol-Ind模型存在摩擦状态切换不连续问题,提出一种摩擦状态连续平滑过渡的近似Pol-Ind(SPol-Ind)模型。研究基于SPol-Ind模型的EB... 详细信息

非线性摩擦力是影响电动制动助力(Electric brakebooster,EBB)系统位置跟踪精度的重要因素之一。针对标准Pol-Ind模型存在摩擦状态切换不连续问题,提出一种摩擦状态连续平滑过渡的近似Pol-Ind(SPol-Ind)模型。研究基于SPol-Ind模型的EBB系统的非线性摩擦特性。为抑制扰动对控制精度的影响,提出由速度补偿、惯性补偿和SPol-Ind模型摩擦补偿构成的前馈补偿控制策略,分别以正弦和三角波信号作为系统输入信号,实现EBB系统的位置跟踪和速度跟踪控制。与常规PID控制相比,前馈补偿控制下系统对正弦和三角波信号的位置跟踪误差都明显减小,速度跟踪时的上升时间也明显缩短,表明前馈补偿控制下的系统比常规PID控制具有更高的位置跟踪精度和更快的响应速度。分析基于前馈补偿控制的EBB系统的位置跟踪精度和响应能力,进行EBB系统在环(Hardware-in-the-loop,HiL)试验,试验结果表明,系统位置跟踪误差和速度上升时间的最大值约为0.18 mm和0.028 s,与仿真结果吻合,验证了前馈补偿控制下EBB系统控制策略的有效性。

关键词：电动制动助力系统 SPol-Ind摩擦模型前馈补偿控制位置跟踪速度跟踪

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超疏水表面加工技术及耐磨性能研究进展

中国机械工程 2024年第1期35卷 2-26页

作者：黄云黄建超肖贵坚刘帅林瓯川刘振扬重庆大学机械与运载工程学院重庆400044

当前制备的超疏水表面耐磨性能普遍较差,因而其在各领域的应用受到限制。研究表明微纳结构和低表面能是实现功能表面超疏水性能的关键因素,因此,首先基于超疏水表面作用机制,对超疏水表面织构进行了归纳,旨在通过优化表面织构来解决微... 详细信息

当前制备的超疏水表面耐磨性能普遍较差,因而其在各领域的应用受到限制。研究表明微纳结构和低表面能是实现功能表面超疏水性能的关键因素,因此,首先基于超疏水表面作用机制,对超疏水表面织构进行了归纳,旨在通过优化表面织构来解决微纳结构易磨损难题;然后对超疏水表面加工技术进行了梳理总结,从成本和效率两个方面分析了降低表面能的措施,为拓展超疏水表面加工体系提供思路;进而详细总结了超疏水表面耐磨性的分析手段,并阐述了提高超疏水表面耐磨性的方法;最后,展望了耐磨性超疏水表面的未来发展前景,以期推动超疏水表面在工程中的大规模应用。

关键词：超疏水表面加工技术耐磨性微纳结构低表面能

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面向无信号灯十字路口场景的自动驾驶安全决策方法研究

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机械工程学报 2024年第10期60卷 147-159页

作者：杨凯唐小林钟桂川王明李国法胡晓松重庆大学机械与运载工程学院重庆400044

针对环境遮挡与交通参与者行为随机导致的驾驶风险,提出一种面向无信号灯十字路口场景的安全决策方法。首先,建立一种基于值分布式强化学习-全参数化分位数网络(Fully parameterized quantile network,FPQN)的基础决策策略。其次,融合F... 详细信息

针对环境遮挡与交通参与者行为随机导致的驾驶风险,提出一种面向无信号灯十字路口场景的安全决策方法。首先,建立一种基于值分布式强化学习-全参数化分位数网络(Fully parameterized quantile network,FPQN)的基础决策策略。其次,融合FPQN建模的累积回报分布与条件风险价值函数(Conditional value at risk,CVaR),进而构建具有驾驶风险意识的安全决策策略。再次,引入集成学习理论(Ensemble),建立基于集成FPQN的决策不确定性估计框架EFPQN,能够实时量化决策风险。同时,为应对决策不确定性较高带来的驾驶风险,设计基于模型预测控制的备选策略以提升安全性。最后,采用SUMO仿真平台搭建无信号灯十字路口场景,对提出的安全决策方法进行验证。试验结果表明,与基准方法相比,所提出的方法能够有效降低遮挡与交通参与者行为随机导致的驾驶风险。

关键词：无信号灯十字路口环境遮挡偶然不确定性未知场景认知不确定性

激光辅助CBN砂带磨削TC4钛合金材料去除行为及表面完整性研究

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机械工程学报 2024年第9期60卷 241-253页

作者：肖贵坚刘振扬贺毅刘岗邓忠才重庆大学机械与运载工程学院重庆400044

激光辅助CBN砂带磨削工艺结合了激光对材料的软化改性以及砂带磨削的高效材料去除和高表面完整性,可以实现对高强韧TC4钛合金的低损伤高性能加工。通过激光辅助CBN砂带磨削TC4钛合金实验,研究了激光功率对磨削力、材料去除行为和表面完... 详细信息

激光辅助CBN砂带磨削工艺结合了激光对材料的软化改性以及砂带磨削的高效材料去除和高表面完整性,可以实现对高强韧TC4钛合金的低损伤高性能加工。通过激光辅助CBN砂带磨削TC4钛合金实验,研究了激光功率对磨削力、材料去除行为和表面完整性的影响规律。结果表明:增大激光功率可以提高材料软化改性程度,降低磨削力及其波动振幅,激光功率最大时法向磨削力降低57.2%,切向磨削力降低68.7%;随着材料软化程度的提高,材料去除行为发生了从韧性去除向塑性去除的转变,表面的韧性撕裂和磨削损伤减弱,表面质量、表面一致性和表面残余压应力提高,激光功率最大时表面粗糙度达Ra1.23μm,表面残余压应力达94.6 MPa;激光辅助CBN砂带磨削表面渗入了大量的N和O元素,表面的Ti元素以TiN和TiO_(2)和金属Ti三种状态存在,引入的N和O元素将提高表面的耐磨和耐腐蚀性能。希望本研究能为激光辅助加工钛合金等难加工材料的去除行为及表面完整性研究提供借鉴。

关键词：激光辅助砂带磨削 CBN砂带磨削 TC4钛合金材料去除行为表面完整性

考虑劣化效应与支护时机的深埋软岩隧道变形分析

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应用基础与工程科学学报 2024年第1期32卷 273-287页

作者：王俊杰张帅张海龙重庆交通大学材料科学与工程学院重庆400074 重庆交通大学土木工程学院重庆400074 重庆文理学院土木工程学院重庆402160

深埋软岩隧道的围岩变形与其自身参数劣化、流变特性及支护结构施作时机等密切相关.借助建立的深埋软岩圆形隧道复合式衬砌力学模型,在考虑塑性区围岩强度参数(黏聚力、内摩擦角)和刚度参数(弹性模量)的劣化效应后,基于统一强度准则得... 详细信息

深埋软岩隧道的围岩变形与其自身参数劣化、流变特性及支护结构施作时机等密切相关.借助建立的深埋软岩圆形隧道复合式衬砌力学模型,在考虑塑性区围岩强度参数(黏聚力、内摩擦角)和刚度参数(弹性模量)的劣化效应后,基于统一强度准则得到了复合式衬砌支护结构各个支护阶段的围岩黏弹塑性解析式.研究结果表明:适当考虑中间主应力及围岩强度参数、刚度参数的劣化效应后,得到的变形量与深埋软岩隧道围岩的实际变形量吻合效果更好;残余黏聚力、残余内摩擦角、残余弹性模量对围岩瞬时变形、后期蠕变变形、二次衬砌支护抗力影响均较大,而且取值越小时围岩变形量与所需二次衬砌支护抗力越大;增加锚杆长度、缩小锚杆间距、增大初支厚度能有效控制围岩瞬时变形和后期蠕变变形;二次衬砌的施作时机对围岩后期蠕变变形影响较大,围岩瞬时变形结束后尽快施作二次衬砌可以有效控制围岩后期蠕变变形.

关键词：深埋软岩圆形隧道劣化效应复合式衬砌支护时机黏弹塑性统一强度准则

配置SMA的预应力自复位混合钢框架抗震性能研究

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建筑结构学报 2024年第8期45卷 34-43页

作者：张还阳周绪红柯珂贺修樟重庆大学土木工程学院重庆400045

为提升钢框架结构的抗震性能,将配置形状记忆合金(SMA)的预应力自复位混合节点引入钢框架结构。基于已有试验数据,采用有限元分析软件OpenSees建立能准确模拟节点滞回性能的简化模型。在此基础上,进一步建立考虑预应力索和SMA螺栓断裂... 详细信息

为提升钢框架结构的抗震性能,将配置形状记忆合金(SMA)的预应力自复位混合节点引入钢框架结构。基于已有试验数据,采用有限元分析软件OpenSees建立能准确模拟节点滞回性能的简化模型。在此基础上,进一步建立考虑预应力索和SMA螺栓断裂失效的钢框架模型。通过静力推覆分析、非线性时程分析和易损性分析对配置SMA的预应力自复位混合钢框架的抗震性能进行评估。分析结果表明:混合钢框架结构呈现出三折线旗帜形滞回特征,并具有优良的自复位性能;相较于仅配置预应力索的自复位钢框架结构,混合钢框架结构具有更好的抗倒塌性能和自复位性能,其倒塌裕度比提高50%,损伤裕度比最大提高55%。基于等效单自由度体系进行非线性谱分析,证实了在结构中同时利用SMA螺栓和预应力索形成互补,可有效降低结构的非线性地震需求,从材料-结构一体化的视角揭示了混合钢框架的抗震机理。

关键词：自复位混合钢框架形状记忆合金材料-结构一体化易损性分析非线性谱分析抗震性能

液滴微流控芯片系统研发与微生物矿化机理研究

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岩土工程学报 2024年第6期46卷 1236-1245页

作者：张瑾璇刘汉龙肖杨重庆大学土木工程学院重庆400045

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术是一种基于生物矿化作用的新型土体加固和修复技术。由于生物反应过程复杂,结晶影响因素多,MICP矿化机理目前还不明确。MICP微流控系统能够对微细尺度下的微生物矿化沉积规律进行可视化研究,但观测晶体... 详细信息

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术是一种基于生物矿化作用的新型土体加固和修复技术。由于生物反应过程复杂,结晶影响因素多,MICP矿化机理目前还不明确。MICP微流控系统能够对微细尺度下的微生物矿化沉积规律进行可视化研究,但观测晶体生长尺度仍较大。设计了一种液滴微流控芯片,通过调控不相溶两相流体的流速,生成了直径约450μm的扁球体弹状流液滴作为MICP微反应器,从而搭建了精度更高的微生物矿化液滴微流控芯片系统。通过该系统观测表明:碳酸钙结晶点周围的细菌分布均无变化,随着反应进行,晶体尺寸逐渐扩大,形貌不变;在晶体生长过程中,部分细菌吸附到晶体表面,但晶体周围无明显的细菌聚集现象。此外,采用扫描电镜进一步观测到碳酸钙表面细菌吸附部位存在孔洞。液滴微流控芯片系统为微生物矿化提供了一个精细的微米尺度反应器,为探究MICP成核机理提供了一种有效的分析方法。

关键词：液滴微流控微流控芯片 MICP 碳酸钙微生物矿化

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地热储层岩体粗糙裂隙的热流耦合效应研究

哈尔滨工程大学学报 2024年第5期45卷 852-862页

作者：刘先珊李宇李满杨欣重庆大学土木工程学院重庆400045

为了解决地热开采涉及复杂的多物理场耦合问题,提高开采效率,本文针对开采过程中的渗流-传热问题以离散元软件3DEC构建岩体粗糙裂隙热-流耦合数值模型。考虑不同三维形貌特征的岩体裂隙,模拟水力开度为19.17μm在不同流速时的水-岩温度... 详细信息

为了解决地热开采涉及复杂的多物理场耦合问题,提高开采效率,本文针对开采过程中的渗流-传热问题以离散元软件3DEC构建岩体粗糙裂隙热-流耦合数值模型。考虑不同三维形貌特征的岩体裂隙,模拟水力开度为19.17μm在不同流速时的水-岩温度变化规律。结果表明:由于裂隙形貌的阻滞作用,粗糙面出水口温度下降较慢,出水口温度有所上升,模型达到稳态所需的时间随流速和对流换热系数的增大而减小。裂隙形貌对流体和岩体温度分布均有影响,粗糙裂隙面的冷锋形态和裂隙面的形貌密切相关。光滑裂隙热突破快于粗糙裂隙,增加裂隙面的粗糙度有助于延长热突破时间。粗糙裂隙面相对于光滑裂隙面的总热量提取率略有提升,流速和对流换热系数的增加显著提高总热量提取率。通过本文研究可以为地热能系统的设计提供重要参数和指导,能够提高地热能开发利用效率。

关键词：干热岩渗流-传热三维形貌水力开度流速对流换热系数粗糙裂隙面热采率热突破

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