摘要：在超疏水表面增加微凹槽结构,有利于在表面张力作用下留存部分空气形成气-液界面,从而大大降低流动阻力,在流动减阻方面展示了巨大的应用潜力.然而,由于流体剪切、空气溶解等影响,微凹槽内的空气容易发生损耗,导致气-液界面位置向凹槽底部移动,进而降低减阻效果.为了揭示微凹槽内空气损耗后气-液界面位置对流动减阻效果的影响,开展了显微高速摄影实验和计算流体动力学数值模拟,研究了微凹槽内不同气-液界面位置对两相流场特性的影响,并分析了等效滑移长度和减阻率的变化规律.结果表明,随着气-液界面位置的下移,气-液界面上方的流体从附着流转变为分离涡流,空气内部的涡流方向也从顺时针转变为逆时针.形成分离涡的临界空气损耗率为h_(c)^(*)=0.3~0.4,减阻率从12%降低到5%.界面下降后雷诺数Re、微通道宽度W和凹槽长度占比δ对微凹槽减阻性能也有重要影响,研究结果有助于深化对超疏水表面微凹槽两相流动减阻问题的认识,为微凹槽结构设计及应用提供重要的理论指导.

摘要：准确、快速获取隧道围岩级别对工程设计、施工及运营意义重大。结合多个四川高速公路隧道项目,共采集7000余张隧道掌子面图像,并利用数据增广方法将数据集扩充至20000余张。按节理裂隙特征、风化卸荷情况、地下水发育情况3种像特征对数据集进行分类标注,并按8:2的比例划分为训练集与验证集。结合深度学习方法,实现掌子面围岩分级特征参数提取识别。搭建了VGG系列、ResNet系列、DenseNet系列、GoogleNet、InceptionV3等卷积神经网络分类模型,并引入准确率、查准率、召回率及F1值等多种评价指标对比分析多种卷积神经网络分类模型的围岩特征(掌子面图像的节理裂隙特征、风化卸荷特征以及地下水发育特征)识别效果。研究结果显示基于DenseNet模型分类识别效果最好,分类准确率分别为:围岩节理裂隙特征87.5%,风化程度特征90%,地下水发育程度特征91.5%,且各特征的F1值均在0.789以上,最高为0.944,平均值为0.852。此外,对DenseNet系列分类模型进行可靠性验证,基于CAM以及Grad-CAM对模型进行分类决策可视化研究分析,分类决策热力图结果显示分类结果与标签特征的强度、位置及范围强相关,为掌子面围岩智能分级提供一定的可解释性,同时也证明了分类模型的预测效果理想。研究成果为利用深度学习进行围岩特征提取提供了新思路。

摘要：阳极层离子源可输出高密度离子束流,广泛用于等离子体清洗和辅助沉积,但大束流下内部易发生放电击穿,且大量离子轰击内外阴极导致明显刻蚀,易造成样品污染.本文提出阳极环绕磁屏蔽罩和内外阴极溅射屏蔽板的设计方案,并仿真研究了其对离子源电磁场和等离子体放电输运的影响.发现阳极环绕磁屏蔽罩可切断离子源内部阴阳极间的磁场回路,消除打火条件.内外阴极溅射屏蔽板选择溅射产额低且绝缘性能好的氧化铝,既可阻挡离子溅射,又能屏蔽阴极外表面电场,使等离子体放电向阳极压缩,在抑制阴极刻蚀行为的同时提升离子输出效率.当距离阴极外表面9 mm时,溅射屏蔽板的作用效果最优,不仅能获得稳定放电和高效输出,还可大幅削弱阴极刻蚀行为并减少污染.实验结果显示:改进离子源无内部打火,输出高效且清洁,相同电流下离子输出效率较原离子源实际提高36%;玻璃基片在经过1 h清洗后,表面成分几乎不变,来自阴极溅射的Fe元素含量仅为0.03%,比原离子源低2个数量级,含量约为原离子源的0.6%,实验结果验证了理论分析.

摘要：针对三维卷积神经网络在视频超分辨率任务上具有较高的计算复杂度以及提取时空特征有限的问题,本文设计了一种基于混合时空卷积的轻量级视频超分辨率重建网络。首先,提出了一个基于混合时空卷积的模块,实现了网络时空特征提取能力的提升以及计算复杂度的降低;其次,提出了一个基于相似性的选择性特征融合模块,进一步增强了相关特征的提取能力;最后,设计了一种基于注意力机制的运动补偿模块,在一定程度上减轻了错误的特征融合的影响。实验结果表明:所提网络可以在视频超分辨率性能和网络复杂度之间取得很好的平衡,而且在基准数据集SPMCS-11上4倍超分辨率达到8 frame/s。所提网络满足了边缘设备推理运行中快速、准确等要求。

摘要：高频压电微机械超声换能器(PMUT)应用于各种场景,如指纹识别、无损检测、医疗成像。在当前非侵入式血管成像应用中,存在换能器使用锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)及局限于1-D PMUT阵列的问题。设计并制作了一种基于ScAlN材料压电薄膜的2D-PMUT阵列。为了进一步得到阵列最佳的输出性能,降低栅瓣影响,设计了间距为波长的1/2(300μm)的并联六边形阵列,增大了填充因子,降低了阻抗,提高了输出电流。采用SOI晶片作为PMUT的基本结构,设计了微机电系统(MEMS)工艺流程,并完成了晶片制作。通过扫描电子显微镜和聚焦离子束切割确定PMUT的形貌和结构尺寸,并且测得在水中的谐振频率为2.36 MHz。仿真与测试结果表明,测试误差为9.2%,位移灵敏度较好,有望满足非侵入式血管成像应用需求。

摘要：网络设计与低碳补贴激励措施,是推进多式联运可持续发展的重要途径。基于此,从低碳视角研究水陆联运网络设计优化与补贴模式问题,考虑政府管理部门与物流用户的互动博弈行为,构建基于双层规划的水陆联运物流网络优化模型。该模型中上层规划(政府层)确定网络扩容投资决策及其补贴方案,从而最小化扩容投资与低碳补贴总成本,以及系统中碳排放量;下层模型(物流用户)则是基于广义费用的用户均衡分配模型。针对上述双层优化模型的特点,设计了基于相继平均配流算法(MSA)的改进快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)。以长江经济带中游地区的水陆联运物流网络为例,进行相应的实证研究,验证上述优化模型及算法的有效性;并且,在对网络进行扩容投资的情况下,对比4种补贴方案,即1)对铁路及水运弧段按固定值进行补贴;2)不进行补贴;3)不同地区的铁路及水运弧段的补贴不同;4)补贴值随机连续。研究结果表明:扩容投资可以减少网络中的超载弧段数量,同时提升网络性能;对铁路及水运弧段进行运输补贴能有效降低碳排放量;若政府关注预算限制,则倾向于按固定值补贴的方案;若更重视碳减排效果,则倾向于采取不同地区不同补贴值的方案。

摘要：聚多巴胺具有与黑色素相似的吸光性能,是一种被广泛关注的高分子近红外吸收材料,在光热转化方面有良好前景。但由于其本身聚合机理多样,内部结构复杂,目前对聚多巴胺功能性设计的研究较少。本文通过设计Fe3+和硅烷偶联剂与多巴胺反应,提高了聚多巴胺的吸光特性和亲水性;通过X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征证明,成功合成了高吸光度亲水聚多巴胺纳米颗粒,吸光度达到90%。同时将合成的纳米颗粒真空抽滤,堆叠构建亲水输运通道。实验表明:在太阳光蒸发环境,一个太阳光强下,使用本文设计的光热膜进行纯水蒸发实验,纯水蒸发速率可以达到1.1 kg/(m^(2)·h),光热转化效率为80%,比普通聚多巴胺提高15%,证明该材料有很好的光热转化性能,在海水淡化领域有着良好的应用前景。

摘要：为解决微流体连续输送过程中存在的流动脉冲、精度低等问题,研制一种基于微流控技术的片上蠕动微泵。该微泵由微流控芯片和电机驱动系统组成,利用驱动系统中的滚子轴承连续挤压微流控芯片中的微流道,以实现微流体的精确泵送。为研究微泵的流量特性,设计具有气腔稳流功能的微流道,采用光固化3D打印技术与模塑法制作微流控芯片样件;开发电机驱动系统,测试微泵在不同电机转速下的平均流量、总流量和瞬时流量,并将其流量特性与商业蠕动泵的流量特性进行对比。研究结果表明:随着电机转速增加,微泵的平均流量逐渐增大,瞬时流量误差逐渐减小;当电机转速大于60 r/min时,瞬时流量误差可控制在5%以内,其流量精度显著高于商业蠕动泵的流量精度;片上蠕动微泵可有效抑制微流体脉冲,提升微流体控制精度,在精密微流体输送中具有广阔的工程应用前景。

摘要：手机信令数据具有覆盖范围广、获取成本低、时空精度较高、稳定实时追踪等优势,能够有效识别大规模人群的空间活动和出行特征,已成为应用最广泛的交通大数据类型之一。文章在手机信令数据的分类和特征基础上,总结了其在职住空间关系和交通出行行为研究中的技术应用,随后结合上述应用成果和已有文献对其在交通碳排放研究中的应用潜力和场景进行了探讨,最后总结了手机信令数据在职住空间、出行行为和交通碳排放研究中的应用框架、应用机遇与挑战以及未来研究内容与技术创新方向。目前,手机信令数据在职住空间领域中的应用包括职住地识别、职住关系和通勤网络特征及其影响因素解析,在出行行为领域中的应用包括驻留-出行识别、出行方式和路径识别,以及人群移动普适规律解析。以上技术应用能够有效服务交通碳排放领域研究,为交通碳排放测算以及城市空间结构、居民出行行为对交通碳排放的影响研究奠定了基础。未来,相关研究应进一步关注长时序动态追踪、大范围对比分析以及人口和交通新现象研究,并注重多源数据的融合、传统方法与机器学习的结合以及数字孪生模型的构建。

摘要：垫板是高强预应力锚索系统的核心组成构件,当其与锚索间适配性不足时,会出现结构可靠性低以及围岩支护效果差等问题。基于垫板的承载力学特性及其应力扩散作用,提出适配高强预应力锚索的垫板设计方法。为此,首先分析垫板的应力扩散作用与锚索的支护效应间的关联性。其次,基于不同形式垫板的结构受力特征,提出碗形垫板和平板形垫板的理论承载力计算公式,并由此计算得到满足高强预应力锚索承载性能需求的垫板型式及其结构参数。接着,通过建立“垫板(碗形、平板形)-围岩”三维数值仿真模型,分析不同型式及结构参数垫板的围岩应力扩散效果,并由此优选得到适配高强预应力锚索的垫板型式及其结构参数。最后,通过现场应用案例,分析适配垫板下高强预应力锚索系统支护效果。研究结果表明:提出的垫板设计方法实现了对高强预应力锚索系统中垫板的有效选用,适配加载300 kN的高强预应力锚索系统垫板为25 cm×25 cm×16 mm的碗形垫板,其拱高35 mm、孔口半径32 mm、碗底半径75 mm;同时,适配垫板下高强预应力锚索系统的围岩变形控制效果提升了11.9%~15.2%。研究结果有助于提升高强预应力锚索系统的可靠性与支护效果,并为预应力锚固系统中垫板的设计提供了一种可行且有效的方法。