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2020, 40(6): .

摘要(706) PDF(267)

摘要:

2020, 40(6): .

摘要(604) PDF(306)

摘要:

气泡碰壁反弹的动力学模型研究

于勇, 罗松

2020, 40(6): 581-591. doi:10.15918/j.tbit1001-0645.2019.136

摘要(932) PDF(441)

摘要:
为了解气泡与壁面相互作用的物理机制和详细动力学过程，对气泡与壁面碰撞反弹的动力学过程进行了分析，综述了理论模型的发展过程，并采用所建立的理论模型进行数值求解.当毫米级气泡以一定速度垂直撞击壁面时，气泡与壁面之间存在一层液膜，该液膜呈现多种形状.气泡的变形会改变薄膜内压强的分布，形成薄膜排水过程.气泡在与壁面作用的过程中会反弹多次直至动能被完全消耗.在建立的动力学模型中，液膜厚度分布由Stokes-Reynolds方程描述，液膜内压强由Young-Laplace方程求得，在气泡的轨迹模型中引入了由液膜内压强引起的壁面诱导力.结果表明：描述液膜厚度及膜内压强的SRYL模型能够捕捉薄膜变化的动力学行为，基于薄膜润滑近似的壁面诱导力模型可以较好地预测气泡多次反弹的运动轨迹，壁面诱导力在气泡撞击壁面的过程中对气泡运动起主导作用；随着气泡尺寸和雷诺数的增大，气泡的反弹次数会逐渐增加，气泡是否反弹以及反弹次数与雷诺数有着直接的关系.

基于HB样条的平面大变形结构动力学等几何分析

荣吉利, 熊丽园, 刘铖, 辛鹏飞, 刘志超

2020, 40(6): 592-601. doi:10.15918/j.tbit1001-0645.2019.150

摘要(1060) PDF(356)

摘要:
为实现大变形结构动力学问题中的网格自适应算法，研究了等几何分析中的层次B样条（HB样条）基函数构造以及多层贝塞尔提取方法问题，并将多层贝塞尔提取方法用于HB样条建模分析以实现形函数的统一.同时，采用超收敛修复方法（SPR）获得修复应力作为参考值，通过误差估计获取系统的能量范数误差，给出网格细化区域.最后，通过带圆孔平板静力学与平面大变形结构动力学算例，验证了基于HB样条等几何分析方法的有效性和准确性.

煤尘云着火敏感性影响因素的实验研究

于宏坤, 王成, 庞磊, 陈东平

2020, 40(6): 602-608. doi:10.15918/j.tbit1001-0645.2019.089

摘要(1101) PDF(321)

摘要:
为研究煤尘云的着火敏感性，选取3种典型煤尘-无烟煤、烟煤、褐煤，采用Godbert-Greenwald恒温炉装置，研究不同测试条件及煤尘种类对煤尘云最低着火温度的影响，以及惰性粉尘对煤尘云着火的抑制作用.研究表明：随着喷尘压力的增大，煤尘云最低着火温度先降低后升高，存在最佳喷尘压力为50 kPa，对应的煤尘云着火温度最低；随着煤尘粒径的增大，煤尘云最低着火温度呈线性升高的趋势；随着煤尘云浓度的增大，煤尘云最低着火温度先降低后升高；3种煤尘云均存在最佳着火浓度：无烟煤和烟煤为1.818 g/L，褐煤为1.364 g/L；煤尘云的最低着火温度随挥发分含量的增大而减小；挥发分质量分数小于15%的煤尘，灰分的阻燃作用明显，挥发分质量分数大于15%时，灰分的阻燃作用不明显；惰性粉尘对煤尘云着火的抑制效果：炭黑最强、粉煤灰次之，CaCO₃最弱.

一种新型仿生型防刺服的基板设计与防刺机理探究

袁梦琦, 郭亚鑫, 钱新明

2020, 40(6): 609-616. doi:10.15918/j.tbit1001-0645.2019.175

摘要(997) PDF(355)

摘要:
为进一步开发出轻质有效的个体防刺装备，本文借鉴自然界的生物装甲模型，设计出一种类似三棱锥结构的仿生型防刺基板.前期通过刀具冲击基板的数值模拟和实验测试，探究了三棱锥结构防刺基板的抗冲击行为及防刺机理，并得到了最优的结构设计.由于三棱锥结构对刀具的冲击力具有分散作用，避免了冲击动能的集中破坏，使得三棱锥结构比平板的防刺性能要高得多.通过采用具有优异冲击韧性的改进型钛合金（TC611）材料制作的三棱锥防刺基板最佳角度为22.5°，最佳厚度为1 mm.采用新型铆接方式设计并制造的整体防刺层通过了警用防刺服GA 68-2008的刀具冲击测试.相比现有的大部分防刺服，该种防刺服更能有效抵御刀具的冲击，且重量轻、制作周期短，具备较高的可穿戴性.

基于OTM方法的超高速碰撞问题数值模拟

马天宝, 粟鑫, 郝莉

2020, 40(6): 617-622. doi:10.15918/j.tbit1001-0645.2019.120

摘要(1026) PDF(480)

摘要:
最优输运无网格方法（optimal transportation meshfree method，OTM）相比传统的SPH方法，可以有效克服现有显式分析中能量不守恒问题，完全避免SPH方法中存在的拉力不稳定性，并可规避零能模式的出现.本文采用OTM方法对铝制球形弹丸超高速撞击铝合金靶板问题开展了数值模拟研究.为描述铝在高温高压和高应变率条件下的动态力学响应，采用Johnson-Cook材料模型和Mie-Grüneisen状态方程对超高速撞击单层靶板进行数值模拟，得到的弹坑直径、碎片云长度与宽度以及内核碎片云的形态和分布与实验吻合较好.此外，对超高速撞击双层靶板问题也进行了数值模拟，模拟得到的碎片云形貌参数符合实验结果，二次碎片云的模拟长度与实验结果仅相差2.6%.数值模拟结果表明OTM方法非常适合于模拟超高速碰撞问题.

枪管内膛损伤对弹头外弹道过程的影响研究

沈超, 周克栋, 赫雷, 陆野, 李峻松

2020, 40(6): 623-631. doi:10.15918/j.tbit1001-0645.2019.147

摘要(1057) PDF(411)

摘要:
为研究枪管内膛损伤对弹头气动特性及外弹道过程的影响，基于系统的12.7 mm机枪枪管寿命试验获得的内膛损伤规律，建立了损伤枪管的有限元模型并获得了枪管在4个寿命阶段所发射弹头的表面形貌状态.采用基于剪应力输运（SST）k-ω湍流模型的计算流体力学（CFD）方法对不同表面形貌的高速旋转弹头的气动参数进行了数值计算.采用均匀设计方法安排随机因素影响下的弹头内弹道计算过程，获得了各阶段弹头膛口扰动随机响应状态.建立了弹头6自由度刚体外弹道模型，结合弹头的气动参数和膛口扰动状态对弹头外弹道过程进行编程求解，获得了100 m处各寿命阶段枪管所发射弹头的散布圆半径和椭圆弹孔率，最终计算结果与试验数据吻合较好.计算结果表明：弹头初始扰动在枪管寿命末期的迅速增大，以及大攻角下弹头所受气动力压力中心的前移和马格努斯力矩的增大等，是造成枪管寿命末期弹头飞行稳定性降低及枪管迅速寿终的主要原因.

低温岩石冲击破碎分形特征与断口形貌分析

杨阳, 李祥龙, 杨仁树, 王建国

2020, 40(6): 632-639,682. doi:10.15918/j.tbit1001-0645.2019.169

摘要(1119) PDF(369)

摘要:
通过霍普金森压杆（SHPB）动态冲击试验，研究负温状态下红砂岩的动态力学性能，分析不同负温对岩石强度性能、分形维数及耗散能的影响，并结合微观断口形貌剖析较低负温下岩石动态力学性能劣化的原因.研究表明，较低的负温会使红砂岩出现"冻伤"，在高应变率加载下岩石会迅速丧失承载能力，动态力学强度急剧下降，这与静载实验中岩石强度随温度降低逐渐增大的趋势有着较大的差异；冻结岩石试件的耗散能W_L与分形维数D呈正相关性，且与宏观破坏特征有着密切的联系，即耗散能越大，岩石破碎越严重，相应分形维数也越大，但分形维数与耗散能的增速比存在阈值；断口形貌分析结果显示，较低的负温会使红砂岩内部组成物质间界面处生成大量裂纹，这些裂纹尖端塑性变形能力差，在高应变率加载下极易失稳扩展发生低应力脆性破坏，而胶结物由于组成矿物成分复杂更易受负温影响，因此在动荷载和负温双重作用下往往是胶结物处先产生破坏，进而引起红砂岩整体破裂.

基于粒子群算法的多尺度反卷积特征融合的道路提取

潘峰, 安启超, 刁奇, 王瑞, 冯肖雪

2020, 40(6): 640-647. doi:10.15918/j.tbit1001-0645.2019.198

摘要(1155) PDF(406)

摘要:
研究基于传统FCN算法下的不同比例的多尺度特征融合对于复杂场景下道路提取准确度的提高.针对复杂的航拍道路场景，设计了针对于农田环境下的FROBIT农田道路数据集，并使用全卷积神经网络（FCN）对FROBIT农田道路数据集和Massachusetts城市道路数据集进行道路提取工作.本文基于传统的FCN的网络，对其反卷积方式进行改进，采用粒子群算法（PSO）设计了不同比例的多尺度特征融合.通过将本文提出的Multi-Scale FCN网络与传统的FCN神经网络在FROBIT数据集和Massachusetts道路数据集上进行对比实验，结果表明Multi-Scale FCN网络相比于传统的FCN神经网络在提取精度上得到了提高.

海洋监测数据多级传输控制

常昊天, 冯径, 段超凡, 颜超, 夏凯文

2020, 40(6): 648-654. doi:10.15918/j.tbit1001-0645.2020.056

摘要(1203) PDF(434)

摘要:
建立基于海基、空基、天基平台的海空天综合数据传输网络（SASIN）和协同数据传输机制，通过增加具有热点的巡游节点，如无人机、无人艇和船舶等，辅助采集处理浮标/潜标数据，转发至数据中心，从而增加数据整体传输效率，减小传输延时.研究了SASIN中的虚拟机分配和计算任务卸载联合调度控制机制，有效地将计算资源分配给无人机边缘服务器中的不同虚拟机.提出了一种动态网络条件下基于Q学习的计算卸载学习方法，从而处理多维SASIN资源调度.

一种元卷积网络和持续学习融合的洞库类目标识别方法

陈科山, 薛旭, 贾博然, 宋鹏亮, 梅育青

2020, 40(6): 655-660. doi:10.15918/j.tbit1001-0645.2019.148

摘要(1162) PDF(359)

摘要:
洞库类目标是高价值识别目标，针对洞库类目标样本数据难以获得、样本内部数据相似度较高、人工设计识别特征方法局限性较大、普通深度网络需要海量数据等问题，提出了结合元学习和深度卷积网络的元-卷积网络（MCNN），并融合持续学习理论的洞库类目标识别方法（MCNN-LLS）.首先结合深度卷积网络、元学习的理论建立元-卷积网络，该网络可利用旧知识指导新知识的训练，利用小样本数据即可训练得到识别能力较高的深度洞库模型；然后融合持续学习理论，建立持续学习系统（LLS），设计专家审核模型判别深度洞库模型的识别结果，并引入潜在任务、模型异步更新等方法，达到模型持续学习、持续更新的效果.实验表明，本文方法所需样本数量少，对洞库类目标识别准确率高，且识别能力可随识别过程中新数据的积累逐步提高.

基于广义卡尔曼-布西滤波的压缩光相位自适应估计方法

陈树新, 徐涵, 吴昊, 房亮, 崔军辉, 钟慧

2020, 40(6): 661-666,686. doi:10.15918/j.tbit1001-0645.2019.078

摘要(1006) PDF(373)

摘要:
应用量子理论获取导航测角中的相位参数，有望获取超越经典理论极限的定位精度.在利用量子零拍探测测量相位压缩光的相位时，本振相位与待测相位在正交的前提下得到的零拍电流受到散粒噪声的影响最小.为了保证本振相位能够时刻满足此条件，并考虑到导航系统非线性和实时性的特点，基于广义卡尔曼-布西滤波设计了零拍锁相环，对本振相位进行实时的反馈控制，进而实现对压缩光相位的实时估计.理论分析以及仿真结果表明，利用压缩光作为信号场获取相位参数时能够突破散粒噪声的限制，提高导航测角系统的定位精度，并且在最优压缩度处相位估计精度最高，最优压缩度取决于压缩光强度以及测量系统的相位稳定性.

温敏型分子印迹量子点生物传感器用于检测牛血红蛋白

罗爱芹, 刘红阳, 张鑫, 陈炜杰, 李园园, 孙立权

2020, 40(6): 667-673. doi:10.15918/j.tbit1001-0645.2019.059

摘要(998) PDF(337)

摘要:
制备了一种基于分子印迹量子点的温敏型生物传感器（QD@MIPs），用于牛血红蛋白（BHb）的快速检测.实验结果表明，制备的QD@MIPs对BHb具有快速的荧光响应，吸附平衡时间为15 min.在最优条件下，BHb的荧光猝灭与其浓度成正比，在0.15~2.30μmol/L的浓度范围内有良好的线性关系，相关系数为0.986 9，检出限为0.097μmol/L.此外，制备的QD@MIPs具有温敏性质，这一特性使其在生物分析中可以通过改变温度快速吸附和释放模板蛋白.

EPDM阻燃热防护材料在锂离子电池热失控中的研究

李向梅, 乔羽, 汪书苹, 陈景辉, 范明豪, 高飞, 何吉宇, 杨凯, 杨荣杰

2020, 40(6): 674-682. doi:10.15918/j.tbit1001-0645.2019.249

摘要(1388) PDF(378)

摘要:
研究了三元乙丙橡胶（EPDM）阻燃热防护材料配方中的阻燃剂、厚度对其性能的影响，以及在锂离子电池中的应用效果.结果发现具有阻燃配方的EPDM的背面温度低于未加阻燃剂的EPDM，随阻燃剂的加入和样品厚度的增加，EPDM的背面温度降低、阻燃性能提高.在火源温度为500℃的条件下，厚度为3，6 mm加阻燃剂的EPDM的稳定温度分别为185.1，165.7℃.选用厚度3 mm的阻燃EPDM作为锂电池组的热防护材料，电池热失控过程中仅1块电池发生爆炸，而未进行热防护的电池组中共有5块电池相继发生爆炸.以电池组为中心，在无热防护的锂电池组燃烧爆炸实验时，距电池组半径30 cm处圆形区域温度均受到电池燃烧爆炸的影响而达到高达300℃的高温，属于十分危险的范围；而在使用EPDM热防护材料对锂离子电池进行防护后，此区域的温度在20~28℃之间浮动，属于十分安全的温度范围.

无线传感器网络中传感器节点定位的递归加权最小二乘优化方法

塞拉斯, 许皓, 宋扬, 孙华飞

2020, 40(6): 683-686. doi:10.15918/j.tbit1001-0645.2019.047

摘要(912) PDF(416)

摘要:
采用最小二乘优化算法，研究了基于接收信号强度测量的信号源定位问题.首先，建立了路径损耗的线性化模型；然后，介绍了加权最小二乘法，并提出了无线传感器网络中传感器节点定位的递归加权最小二乘优化方法.最后将本文提出的迭代加权最小二乘法与基于接收信号强度（RSS）的2种算法进行比较，仿真结果表明提出的算法在定位精度方面有更好的表现.

双体量子系统的算子权并发度

AUNG Khaing Zaw, 刘锴, 蒋立宁

2020, 40(6): 687-690. doi:10.15918/j.tbit1001-0645.2019.106

摘要(1008) PDF(925)

摘要:
在Hilbert空间算子理论基础上，通过量子态的约化密度矩阵给出了双体量子系统中算子权并发度的定义，并讨论了其在判断量子态可分性上的有效性.同时研究了此类加权并发度和系统信道的相容性及相关性质.

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2020年第40卷第6期

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