摘要：材料-结构一体化设计是指在结构设计中综合考虑材料的性能,而在材料设计中则以结构的需求为出发点,形成材料到结构跨多尺度的设计模式,近年来已成为现代混凝土工程领域的研究重点。基于数据及人工智能算法的混凝土材料、结构设计方法可颠覆传统设计依赖经验且需重复试配的范式,实现高效节材及结构创新。梳理了国内外混凝土材料智能设计及材料-结构一体化设计的研究现状,总结了材料层面数据驱动的正向预测及逆向设计的研究范畴和关键问题,梳理了考虑温-湿-约束复杂交互的材料-结构一体化抗裂设计途径与效果,以氯盐侵蚀环境为例分析了混凝土材料-结构耐久性设计方案及提升手段,并以超高性能混凝土为例阐述了混凝土材料-结构高性能设计的方法,提出未来数据驱动的混凝土材料-结构一体化设计框架及生产、设计、制备及结构应用全综合的研究思路,并建议未来应在数据库建设、数据与理论融合及多尺度关联的协同算法等方面开展研究。

摘要：局域共振带隙和Bragg带隙可同时存在于超材料梁中,利用两种带隙之间的相互耦合效应可以实现超宽耦合带隙设计,在宽带减振领域极具应用潜力.以往研究通常考虑单振子超材料梁的单阶耦合带隙设计,因而只能实现单阶的超宽耦合带隙,无法满足双目标或多目标频带的宽带减振需求.为此,本文开展了双振子超材料梁的双阶耦合带隙调控设计研究,提出了一种实现双阶耦合宽带隙的设计方法,分析了所设计双阶耦合带隙相比传统单阶耦合带隙的带宽优势,并探究了双振子质量分配比对双阶耦合带隙总宽度的影响,进一步设计出最优的质量分配比,使得实现的双阶耦合带隙的总宽度最宽.此外,还采用谱元法研究了基于双阶耦合带隙设计的双振子超材料梁的减振特性,通过与有限元法进行对比,验证了谱元法的准确性,研究表明基于双阶耦合带隙设计可以实现两个宽频带范围的高效减振.

摘要：层冰是冰区海工结构作业时遭遇的主要冰况之一,直立结构是海工结构的常见构型,因此,开展层冰作用下直立结构冰载荷研究对海工结构抗冰强化设计和安全评估具有重要意义。本文首先对层冰与直立结构作用过程进行概括分析。然后开展直立圆柱结构冰载荷的机理性试验,研究层冰的失效行为以及结构冰载荷的特征。最后基于黏聚单元模型和海冰软化本构开发层冰与结构作用模拟的数值仿真模型,对层冰的裂纹扩展和破碎过程进行模拟,同时利用试验数据对数值仿真模型的正确性进行验证。本研究工作可为结构冰载荷的数值和试验研究奠定重要基础,为冰区海工结构的设计建造提供技术参考。

摘要：围绕长江流域地表水中镉(Cd)的水质基准和生态风险的区域差异展开分析.首先,根据我国《淡水水生生物水质基准——镉》推荐的方法,结合长江流域地表水的硬度分布对Cd长期水质基准值进行了校正;在此基础上,考虑长江流域的物种区系特征,进一步修正得到了Cd长期水质风险阈值,并依此阐释了长江流域的Cd长期水质风险阈值分布和风险商分布的区域差异性.结果发现,经硬度校正和物种修正后,长江流域不同城市间Cd长期水质风险阈值的最大值为0.75μg·L^(-1),最小值为0.08μg·L^(-1),二者相差近10倍;不同城市间Cd风险商的最高值为1.12,最低值为0.035,二者相差达32倍.长江流域上中游交界区和洞庭湖水系等重点区域的Cd生态风险高,尚需深入研究.

摘要：随着深度学习的发展,深度自编码器被广泛应用于异常检测任务中.然而,现有一些基于深度自编码器的异常检测算法仍存在数据分布复杂多样、误报率、漏报率高等问题.为解决以上问题,本文提出了一种基于深度自编码器的自适应异常检测算法,该算法采用基于密度峰值的自适应地标过滤机制,自适应地选择密度高的样本作为候选地标中心,旨在发现潜在特征空间中正常样本的多样性.其次,利用地标过滤机制对候选地标中心进行过滤和优化,以此增强地标中心的代表性和稀疏性.然后,进一步设计了一种新颖的损失函数来迭代优化模型参数,旨在增强正常样本与地标中心之间的相关性.最后,将所提出的异常检测算法应用于电池故障诊断,实证结果表明本文的工作在准确度、误报率和漏报率等方面显著优于现有一些异常检测算法,可以有效识别故障电池,能够为电池故障识别与状态管理提供技术支持和精准服务.

摘要：低频噪声一直是噪声控制领域比较棘手的问题,近年来吸声超结构的蓬勃发展为低频噪声控制提供了新理念.本文提出了一种内插缝Helmholtz共振腔吸声超结构,建立了其吸声特性计算的理论解析方法,并与数值计算方法对比,验证了解析方法的有效性.随后,从吸声曲线、简化等效模型、归一化声阻抗、声压云图与质点速度分布等多角度对吸声特性及吸声机理进行了深入分析.进一步,采用差分优化算法开展了多元胞并联耦合宽带优化设计,优化后典型超结构实现了90 mm厚度下在170—380 Hz低频段内平均吸声系数达到0.86的优异吸声效果.最后,制备了若干样件,开展吸声测试,实验结果与理论结果符合良好,验证了解析建模与优化设计方法的准确性.本文提出的内插缝Helmholtz共振腔吸声超结构具有结构简单、低频吸声性能好,且易于加工制造等特点,在低频噪声控制领域具有广阔的应用前景.

摘要：近年来,基于碳材料的柔性应变/压力传感器发展迅速,在临床疾病诊断、健康监测、电子皮肤和软机器人等智能可穿戴领域内具有广阔的应用前景。本文综述了基于碳纳米材料和生物衍生碳材料的柔性应变/压力传感器的制备方法和性能特征。根据碳材料的维度和结构特点,可将传感器划分为三大类型:一维纤维/纱线型、二维薄膜/织物型和三维多孔/网络型。本文还重点评述了不同维度碳基柔性传感器的研究进展和存在的问题。未来柔性传感器的发展重点将聚焦于新型结构设计、综合性能提升和多模式功能化应用。

摘要：磁路理论是电机、变压器等电磁设备的关键理论,为解决复杂电磁问题和优化电磁设备性能提供重要分析工具。该文首先追溯磁路理论的发展历程,介绍前人为完善磁路理论作出的有益探索,剖析其局限性和实际应用中所面临挑战。在此基础上,该文从磁路的基本物理属性出发,定义物理量磁感和虚拟磁容,建立包括磁阻、磁感和虚拟磁容3个核心磁路元件/参数的矢量磁路理论,表征磁路中磁化、涡流和磁滞3个基本属性,揭示虚拟磁功率与电功率间的内在联系,提出磁电功率定律,并与其他磁路理论、建模方法进行比较和分析,总结它们的联系和区别。为展示矢量磁路理论在科学与工程领域的价值,呈现4个实际应用案例。最后,对矢量磁路理论的特点进行总结,并对未来研究方向进行展望。

摘要：土木工程智能计算技术具有高准确性和高效性,但由于黑盒性质,其结果难以被研究者与工程师理解,阻碍了其在以安全性为首要原则的实际工程中的推广应用。为此,提出一种基于量纲分析与工程先验知识的设计公式智能发现方法,通过智能计算技术自动从试验数据中识别出影响材料与构件性能的关键特征,并智能生成量纲平衡、物理含义清晰、力学可解释性高的设计计算公式。基于符号回归表达式树建立了考虑量纲约束的公式智能生成模型,能够保证公式的力学合理性;研发了针对多力学-几何变量场景的归一化方法与基于谱聚类和决策树的工程特征分段算法,进一步提高了模型的稳定性和准确性。以配筋水泥基材料连梁的受剪承载力为例验证该方法的有效性,结果表明:智能生成的公式相较于人工经验公式计算结果准确性提高61.3%,拟合相关性提高23.3%,相关系数达0.90,性能优异;此外,与传统符号回归方法相比,智能生成的公式不仅更为准确,且具有量纲正确性,工程泛化能力更强;同时,有助于揭示力学机理,加速新材料、新结构从试验到设计方法的落地转化流程。

摘要：为改善路基支挡设计低效、人工布设繁琐的问题,弥补建筑信息模型(building information modeling, BIM)软件中模型携带属性不全的缺陷,该文结合规范归纳了支挡的布置边界条件与流程,研究了模型属性交付的要求,分析了传统设计软件中的痛点,提出了支挡自动布设算法。具体措施:可沿路线逐桩号复核挡墙布置条件,匹配挡墙类型与墙高,并对结果进行分段归并对墙底坡度进行平滑处理;同时,基于Bentley OpenRoads Designer二次开发了支挡设计插件,内置挡墙图集,并实现了路基支挡智能化设计功能。应用表明:该方法可自动生成施工图表以及包含丰富属性信息的3DBIM模型,相关成果完全符合行业标准要求,可应用于施工运维全过程管理。该研究成果在提升设计效率、实现3D可视化与模型信息交付等方面较现有设计方式具有明显优势。