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摘要： 在生活中我们经常见到多个物体间同时有力的作用,比如,人推着木箱在水平地面上做匀速直线运动时,木箱与人、地面及地球之间都有力的作用,因此有些同学很难对木箱进行受力分析.如果你能辨别平衡力和相互作用力,那么应对这类受力分析问题时,你的思路就会很清晰.平衡力初中阶段同学们要掌握二力平衡的概念、特点和应用.1.平衡状态:如果物体处于静止或匀速直线运动状态,我们就说物体处于平衡状态.

关键词： 颗粒流   超音速   数值模拟   TI6AL4V   力学机理  

摘要： 随着工业生产和航天技术的发展,颗粒流冲击在材料加工和设备耐磨性研究中的应用变得日益广泛。因此,深入研究其冲击特性和损伤机制尤为重要。尽管针对颗粒流冲击已经开展了大量的研究,但这些研究大多集中于颗粒流冲击对基板及颗粒本身的性能与形貌带来的影响;相比之下,对于颗粒流冲击力及其冲击特性之间关系的研究相对有限。本文旨在研究超声速环境下微米级金属颗粒流的冲击力、冲击特性及其对材料损伤的影响。研究采用实验与仿真相结合的方法,分析了微米级金属钨颗粒在Ti6Al4V合金上的冲击特性,并深入探讨了颗粒与材料之间的相互作用机理及颗粒冲击力的具体影响。主要研究内容如下: (1)本文利用拉瓦尔管加速微米级金属颗粒,并结合数值模拟仿真了整个冲击过程,建立了颗粒碰撞基体的三维模型,分析了颗粒运动及基板的应力、应变和变形行为。研究发现,颗粒流的冲击力与颗粒速度、粒径和冲击角度密切相关。Ti6Al4V基体在高速颗粒流冲击下产生显著的塑性变形,尤其是在小角度冲击时,材料堆积现象也更明显。并且相比于60°和90°,颗粒在30°冲击时与基体相互作用时间最长,但碰撞时间也仅为纳秒级。此外,后续颗粒的撞击显著增强了先前颗粒的嵌入深度和塑性变形程度,这种增强效应随着冲击颗粒数量的增加而逐渐减弱。 (2)根据实验数据拟合了Ti6Al4V的Johnson-Cook材料模型,并将损伤模型编写为VUfield子程序,将其嵌入ABAQUS显式—动力模块中,计算颗粒对基板造成的损伤。同时,借助编写的python脚本随机生成不同数量、不同位置的颗粒模型,以更真实地模拟颗粒流的冲击过程。研究表明,颗粒对基板造成的损伤与颗粒粒径、颗粒速度、颗粒数量均呈正相关,但与冲击角度呈负相关。与此同时,随着冲击次数增加,损伤的增长速率逐渐减缓。此外,当颗粒冲击速度接近临界值时,可在基体表面形成涂层;但若超过临界值过多,会导致基体严重损伤且无法形成涂层,而速度过低则会使颗粒反弹。 (3)本文设计了一种适用于超声速环境的微米级颗粒流冲击力测量传感器,旨在更精确地描述颗粒流的冲击特性及其相互作用。通过该传感器测得的数据表明,颗粒冲击力与粒径和速度呈正相关关系。进一步分析发现,随着气流速度的增加,当颗粒速度达到超音速范围时,颗粒流冲击力的增加速率逐渐减缓。此外,研究还发现,在一定范围内,颗粒流的冲击力随颗粒数量的增加而增大;然而,当颗粒数量超过某一阈值时,颗粒流的冲击力反而会有所下降。 本研究通过系统的数值模拟和实验分析,深入揭示了超声速环境下微米级金属颗粒流的冲击力、冲击特性和损伤机制之间的关系。这些研究成果深化了对颗粒流冲击行为的理解,也为提升工业设备的耐磨性、抗腐蚀性和喷涂工艺的优化提供了理论支持。

关键词： 学业浮力   学习投入   英语学习  

摘要： 学生的学习投入是衡量国民教育质量的重要指标。关注高中生的英语学习投入及影响因素对我国提高英语教学质量具有积极意义。英语学业浮力指学生在日常英语学习中主动面对挫折,迎接挑战和克服困难的能力,而英语学习投入则是学生为获得更好的学习效果而在行为、情感和认知方面主动做出的努力。本研究基于Fredrickson的积极情绪的扩展与建构理论,研究以下三个问题:1)高中生的英语学业浮力和英语学习投入现状如何?2)高中生的英语学业浮力和英语学习投入在性别、年级、英语水平方面有无差异?3)高中生英语学业浮力与英语学习投入有什么相关? 本研究对四川某高中的258名高中生进行了问卷调查,其中12名学生接受了访谈。本研究采用描述性分析,独立样本T检验,单因素方差分析,相关分析和回归分析对所收集的数据进行分析,结果如下:第一,高中生的英语学业浮力和英语学习投入均处于中等水平。其中,英语学业浮力中的学业生活的积极接受度和学习投入中的情感投入最高。第二,高中生的英语学业浮力和英语学习投入在英语成绩上均存在差异。高成绩学生的英语学业浮力和英语学习投入都显著高于低成绩的学生。不同年级学生的英语学业浮力存在差异。年级越高,学生的英语学业浮力越高。但这两个变量在性别上均无差异。第三,英语学业浮力与英语学习投入显著正相关,且英语学业浮力对英语学习投入水平有积极影响。最后本研究分别对英语教师和学生提出了建议,这有助于提高学生的英语学业浮力和英语学习投入。

关键词： 品字形建筑群   干扰效应   CFD模拟   雷诺数   风向角   间距比  

摘要： 近年来,城市建筑群形态逐渐向高密度和高高度方向发展。高层建筑群内建筑间距较近,其各建筑的受力特点、周围气流组织形式与单体建筑存在很大不同,给建筑结构风荷载设计和周围风环境评估带来了新的问题和挑战,因此,很有必要对高层建筑群周围的风环境进行研究。 本文以品字形排布的高层建筑群作为研究对象,采用三维数值模拟的方法,获得了该种形式建筑群周围流场涡结构干扰机理及气动力特性,并且讨论雷诺数、风向角及间距比对其的影响,为品字形建筑群的抗风设计及风环境评估提供依据。主要研究内容和结论如下: (1)研究了品字形建筑群和单体建筑的流场特点和气动力特性。通过将品字形建筑群与单体建筑进行对比,定量分析了建筑群周围涡的结构、周围压力分布、尾流特点、表面风压系数、再附着位置及整体力系数的特性,获得了品字形高层建筑群间的干扰机理。品字形建筑群的涡旋以z方向为主导,其下游建筑迎风面底部的马蹄涡及背风面的回流涡的强度均小于单体建筑的,并且下游两建筑的内侧面存在偏流现象。建筑1在近地面区域再循环气流长度约为1.4D,在中部区域和顶部区域的长度约为1.6D。下游两建筑迎风面平均风压系数仅在近地面区域与单体建筑一致,在其他区域的极值向两侧发生偏离。偏流方向建筑的整体力系数随时间变化更加剧烈,未来若进行建筑群的风致振动的研究时,偏流方向的建筑应该重点关注。 (2)研究了雷诺数对品字形建筑群相互干扰特性的影响。分析了雷诺数对涡的结构、周围压力分布、尾流特点、表面风压系数、再附着位置及整体力系数的特性的影响。雷诺数的大小会影响下游建筑内侧尾流的偏流方向,在雷诺数为1.4×10～6、8.2×10～6和9.6×10～6下,偏流方向倾向于左侧建筑(即建筑2),在2.7×10～6～6.8×10～6范围内,偏流方向倾向于右侧建筑(即建筑3),且偏流方向的建筑内侧面平均风压系数的波动范围更大。不同高度处的z方向平均涡量值受雷诺数影响最为显著,近地面处、中间区域及顶部区域的z方向涡量值均在雷诺数为9.6×10～6达到最大值。偏流方向的建筑的顺风向力系数更大,横风向力系数在雷诺数为4.1×10～6达到极小值点。 (3)研究了风向角对品字形建筑群相互干扰特性的影响。根据建筑群的绕流及涡脱特点,将不同风向角下小间距比建筑群扰流划分为五种流态,流态(1)～(5)的风向角范围分别为:0～40°、60～80°、90～100°、120～140°、160～180°。不同风向角下各建筑的剪切层分离状态和涡脱状态发生了较大变化,建筑群表面极值负压区范围大小和位置差异较大。风向角0°、80°、90°和180°除外,其他风向角下各建筑的平均顺风向力系数均小于单体建筑的。 (4)研究了建筑间距比对品字形建筑群相互干扰特性的影响。根据不同间距比建筑群绕流特点划分了六种流态,分别为偏转间隙流(流态Ⅰ,L/D=2.0～2.5)、反相流(流态Ⅱ,L/D=3.0～4.5)、同相流(流态Ⅲ,L/D=5.0～6.0)、共同涡脱流(流态Ⅳ,L/D=6.5～7.0)、尾迹伸长过渡流(流态Ⅴ,L/D=7.5～9.0)和独立共同涡脱流(流态Ⅵ,L/D>9.5),研究了不同流态下的涡结构、周围压力分布、尾流特点、表面风压系数、再附着位置及整体力系数特性。随间距比增大,建筑1尾流区域的负压强度和范围逐渐增大,各建筑的尾流长度和宽度均小于单体建筑的。流态Ⅱ和Ⅲ的z方向涡量值随高度变化较小且数值较低。在流态Ⅲ之后,建筑1尾流无再附着现象。流态Ⅲ和Ⅴ,各建筑平均顺风向力系数均出现明显下降;在流态Ⅴ之后,各建筑平均横风向力系数与单体建筑的基本一致。

关键词： 大气湍流   矢量涡旋光束   光场调控   轨道角动量   相干性  

摘要： 随着光场调控技术的发展,传统的对振幅、相位及偏振等参量单一调控的光束在实际应用中表现出一定的局限性,近年来,通过对相位、偏振态等参量联合调控的矢量涡旋光束因各向异性的空间偏振分布和携带轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)吸引了研究者们的关注,由于其独特的光学特性,在遥感探测、光通信等领域展现出极大的应用潜力。然而,光束在大气环境传输过程中容易受到湍流的影响,导致其光学特性发生变化,影响传输质量。本文就矢量涡旋光束经大气湍流传输的OAM特性及相干特性展开研究,主要工作如下: (1)基于螺旋谱理论,推导出矢量涡旋光束经斜程湍流传输后的OAM谱,讨论了修正Kolmogorov大气湍流对光束场分布及OAM谱的影响。利用旋转毛玻璃作为随机相位屏仿真湍流环境,分析毛玻璃粗糙度、转速对不同阶矢量涡旋光束OAM的影响。结果表明:矢量涡旋光束经大气湍流斜程传输,光强分布产生畸变且OAM谱发生弥散,OAM谱弥散程度随斜程传输距离的增加而增大。当传输距离不变时,随着天顶角的增大,主OAM模的相对功率会减小,湍流内尺度减小与折射率结构常数增大也均会导致主OAM模相对功率减小。同一传输路径下,随着湍流强度的增大,光束相位奇点强度随之增强,且拓扑荷不变时,偏振阶数高的矢量涡旋光束受到的湍流影响较小。 (2)大气湍流能够显著影响光束的相干性,使其发生不同程度的改变,基于角谱衍射理论,研究了矢量涡旋光束经非高斯随机粗糙面后的相干特性。结果表明:当非高斯随机粗糙面的均方根粗糙度σ﹥0.17mm,矢量涡旋光束的光强分布产生畸变,光束无法维持空心环状结构,并且构成非高斯随机粗糙面的其他参数对光束的影响较小。毛玻璃粗糙度会降低光束的相干性,同一拓扑荷下,毛玻璃粗糙度越大,光束能量损失越大,光束的相干性降低。此外,随着矢量涡旋光束的拓扑荷数增加,其光斑在接收平面上变得更大,从而更多地受到毛玻璃的影响,导致光束的相干性降低。 (3)基于广义惠更斯菲涅尔原理,推导出矢量涡旋光束经大气湍流传输后的交叉谱密度矩阵解析式,数值分析了传输距离、湍流强度、初始相干度等参数对光束及其光谱相干度的影响。研究表明:光谱相干度在湍流传输中呈衰减振荡趋势,随着传输距离的增大,振荡幅度变得微弱,当传输距离z﹥1500m以后,振荡特性消失。随着近地面折射率结构常数的减小,光谱相干度的振荡幅度越明显。同一传输距离下,随着初始相干度的减小,光谱相干度振荡特性逐渐消失。 本文研究结果为矢量涡旋光束在光通信、光学探测等领域的应用具有理论参考意义。

关键词： 网联自动驾驶车辆   车联网   纵向控制   协同控制   多智能体强化学习  

摘要： 随着第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology,5G)以及人工智能(Artificial Intelligence,AI)的飞速发展,车辆的自动驾驶技术日渐趋于成熟,无人驾驶车辆的大规模应用也不再是“空中楼阁”。在此背景下,汽车的自动控制已经从基于控制论和动力学模型的单车控制逐渐演化成车联网下的基于AI的多网联自动驾驶车辆控制,而车辆之间的通信以及协同对于后者而言尤为重要。另一方面,汽车的控制又分为横向控制和纵向控制,其中纵向控制操控的是车辆的油门和刹车,也就是车辆的加速度,是自动驾驶中较为关键的一环。因此,旨在提高车联网下多车自动驾驶中车辆的平均速度,同时减少拥堵和碰撞的发生,本文专注于多车纵向控制并以多智能体强化学习(Multi-Agent Reinforcement Learning,MARL)作为工具进行研究。 为了解决MARL中存在的非平稳性问题,同时使得智能体相互之间能够紧密协作,本文提出了一种基于邻居间通信与时序预测的多车辆协同控制算法。具体而言,每一辆车都由一个对应的深度Q网络(Deep Q-Network,DQN)控制器执行纵向控制。而车辆自身的感知信息在用于控制决策前会通过图注意力网络(Graph Attention Network,GAT)利用固定的通信拓扑与邻居车辆的感知信息聚合并提取空间特征,以此将邻居车辆的感知纳入自己的感知当中。随后,长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)将根据经GAT聚合的历史信息和当前信息进一步提取时间特征并预测车辆未来的状态,并辅助控制决策。仿真结果表明,使用GAT让车辆之间进行持续的通信能够有效提升车辆之间的协作以及多车纵向控制的效果,而引入LSTM进行时序信息整合和未来状态预测能够进一步缓解非平稳性所带来的影响并提升算法性能。 除了非平稳性外,为了进一步解决MARL中的信用分配问题,本文还提出了一种基于动态值分解的多车协同纵向控制算法。特别地,针对车辆行驶时的移动性和由此导致的网联车辆间的动态通信拓扑,该算法创新性地在值分解方法中采用了动态图神经网络(Stochastic Graph Neural Network,SGNN),在学习中主动引入拓扑动态性。这种动态的值分解方法对拓扑变化的有着更强的适应能力和鲁棒性,且收敛速率更快。此外,该算法使用近端策略优化(Proximal Policy Optimization,PPO)智能体作为车辆的控制器,并首次将值分解应用于状态值函数上。实验结果也验证了所提算法能够实现更为稳定和高效的控制决策,而这充分说明了其在多车纵向控制上的优势以及对动态拓扑的适应性。 本文所提出的算法是对MARL在多车辆纵向控制上的应用进行补充和探索,并且针对自动驾驶场景中强烈的动态性也给出了一种可行的解决方案,能够为未来的多车协同纵向控制研究提供一些新的思路。

关键词： 煤系气   复合储层   渗流通道特征   非均质性   渗流传输机理  

摘要： 本文以夏店区块太原-山西组煤系复合储层为研究对象,围绕煤系气复合储层渗流传输机理这一核心科学问题,系统开展了单一岩性储层和复合储层气、液单相以及气-液两相渗流传输过程研究,揭示了煤系气复合储层中的气相、液相及气-液两相渗流传输演变规律与控制机理。取得以下主要成果及认识: (1)详细阐明了煤系气复合储层的地质条件和地质演化特征,明确了研究区煤系气复合储层的物性特征、有机地化特征及孔渗发育条件等储层特征。研究区为经历“快速沉降-快速抬升-快速沉降-快速抬升-缓慢抬升”五个沉积埋藏演化阶段的单斜构造,太原组和山西组在地质历史时期最大埋深接近4500 m,最高受热温度可达182～263℃;复合储层具有脆性矿物含量高、脆性系数高的特点,具备较好的储层可改造性;有机质热演化程度整体处于过成熟阶段;孔隙度和渗透率大小均表现为煤>泥岩>页岩,且孔隙度与渗透率具有正相关关系;依据三端元润湿性评价模型,确定煤储层的润湿性为中性,泥岩和页岩储层的润湿性为弱亲水(孔隙主导);根据毛细管力曲线显示的孔喉、初始排驱压力、中值压力、分选性及歪度等参数,将孔裂隙划分为有利于渗流传输和不利于渗流传输两类;储层的应力敏感性随有效应力的增加总体呈降低趋势,其中,煤储层呈三段式,页岩储层呈两段式,泥岩储层呈三段式向两段式过渡的特征;引入无因次渗透率拟合斜率指标量化了孔隙度损害率拐点,揭示了渗透率与有效应力的负幂函数关系。 (2)定量表征了全尺度微观孔裂隙系统发育特征,精细刻画了渗流通道分布特征、发育倾向性及非均质性,揭示了渗流通道发育倾向性的地质控制机理。全尺度孔径分布特征表现出由微孔主导的单峰形态;渗流通道由孔径分布集中在100μm以下孔隙的一类系统与孔径分布分散在500μm以下既发育孔隙也显著发育微裂隙的二类系统构成,后者渗流通道形貌表现出更强的非均质性,其间流体运移效率更低;孔径、孔裂隙数量和孔喉比是引起连通性差异的主要原因,且孔径对连通性的影响要强于孔隙数量;渗流通道均具有沿层理方向发育的特征,受力学薄弱面、应力作用方向及垂向-水平应力差控制显著。 (3)阐明了单一岩性储层与复合储层中气、液单相及气-液两相的阶段性运移特征,揭示了复合储层中的流体渗流传输机理。煤系气单一岩性储层与复合储层中的气、液及气-液两相运移过程均包括减速增长和稳定传输两个阶段,运移量差异呈现初期差异小,后期逐步明显的特征,且减速增长阶段的运移增量与时间的平方根呈线性关系;单相运移初期的驱动力是表面浓度差与毛细管力,差异由渗流通道与储层特征引起,气-液两相运移初期的驱动力是范德华力以及毛细管力,表现特征受气、液单相的相对渗透率和含水饱和度控制。由此证明了复合储层产气阶段的渗流传输状态与单一岩性储层相同,由近井端至远井端依次为气-液两相流、非饱和流和单相流。 论文包括图131幅,表22个,参考文献363篇。

关键词： 短伽马射线暴   余辉   反向激波  

摘要： 伽马射线暴是宇宙中最为剧烈的事件,通常根据其持续时间(T90)可将其分为短伽马射线暴(T90<2s,简称短暴)和长伽马射线暴(T90>2s,简称长暴)。伽马射线暴的相对论性喷流和暴周介质相互作用会形成正向激波和反向激波,这一过程会产生余辉辐射。正反向激波的研究是了解伽马射线暴的余辉辐射物理以及其暴周介质的一个重要的手段,这类现象已经有了相对充分的研究,但系统的短暴反向激波观测研究却很少。本工作基于0.76米Katzman自动成像望远镜(KAIT)的光学观测和Swift/XRT等多波段数据,深入研究候选短暴GRB 180418A的物理性质,发现其早期的光学余辉存在一个反向激波的成分,而反向激波加正向激波模型可以很好的拟合该暴的光学光变曲线拟合,此外本文还利用该暴在ε-T90,z分布和Amati关系的位置来研究其分类,如果GRB 180418A是一个短暴,那么它将是第一个在光学波段报道有反向激波信号的短暴;本文还计算了磁化参数RB为11.22,表明其在反向激波区域可能是中度磁化的。 本工作系统收集了具有早期光学余辉数据的短暴,并发现3个可能存在反向激波的短暴(GRB 060313,090426,以及210207B),对这3个短暴研究后,得到一系列决定光变曲线的物理参数,此外还收集了 22个具有反向激波辐射长暴的光学余辉数据,对比后发现含反向激波的短暴的物理参数相较于长暴来说大部分都没有明显的特征,但根据本文的样本分析,伽马射线暴中具有明显的反向激波信号需要一个高的RB值,而短暴的RB值相对较低,因此这也可能是短暴的反向激波辐射样本稀少的原因之一。