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关键词： 煤层气   高压电脉冲   应力波   原生裂纹   致裂增透  

摘要： 为提高低渗透性煤层中煤层气的抽采效率，常采用致裂增透的方式，其中，水中高压电脉冲致裂作为新型致裂方式，取得了较以往更为突出的效果。本文着重探究水中高压电脉冲致裂煤体时，应力波经过含不同填充介质，以及不同倾角原生裂纹时的叠加效应，分析不同情况的致裂效果。通过制备试件在实验室进行相似模拟试验，探究填充介质分别为空气、水、石灰时在应力波叠加作用下的增透致裂效果；同时建立数值模型，利用PFC2D离散元模拟软件建立垂直于最大主应力、垂直于最小主应力、与最大主应力呈45°夹角的三种不同倾角裂纹的应力波叠加效应。研究结果表明：相同地应力条件下，高压电脉冲在致裂不同填充介质裂纹时，应力波穿透致裂的能力大小为水>石灰>空气；阻碍裂纹产生与扩展的能力大小为空气>水>石灰；应力波叠加效应大小为空气>石灰>水。不同倾角原生裂纹对致裂增透的影响为原生裂纹附近的细碎裂纹随应力波峰值压力的增加呈现先增多再减少后逐渐趋于稳定的趋势。研究结果对提高煤层渗透性，有效提取煤层气具有积极作用。

关键词： Ga   O   声子谱   热导率张量   高斯近似势  

摘要： 本研究通过对κ-Ga2O3晶体结构和热导率特性的深入研究,揭示了该材料在声子谱和热导率方面的各向同性特性.利用机器学习原子间势计算声子谱的方法为我们提供了一种高效而准确的分析手段,有助于更全面地理解κ-Ga2O3的热传导行为.计算结果表明,κ-Ga2O3的热导率比β-Ga2O3的热导率更低.但是κ-Ga2O3不同晶向之间的热导率几乎相同,这表明了κ-Ga2O3具有优异的各向同性热导特性,为其在光电子领域的应用提供了有力支持.因此,本研究为κ-Ga2O3材料的进一步开发和应用提供了重要的基础和参考.

关键词： Talbot效应   列主元QR分解   Zernike多项式   Fourier变换   波前重构  

摘要： 本文将列主元QR分解方法应用于一种基于二维光栅Talbot效应的波前传感器，在大幅度增加子孔径数目、降低传感器设计难度的同时，大幅度提升了波前重构速度。对重构矩阵应用列主元QR分解算法之后，重构矩阵的行数可以被压缩到列数的同一量级，波前重构速度提升了225.73倍，使得波前重构算法具有更好的实时性。基于列主元QR分解的波前重构算法具有较好的鲁棒性，可以直接应用于干涉仪和Shack Hartman波前传感器等波前测量系统，对数据位置的筛选能力在简化和改进传感器结构上具备应用潜力。

关键词： 垂直张量互补问题   M-张量   Z-张量   投影Jacobi张量分裂方法  

摘要： 本文提出了求解一类垂直张量互补问题的投影Jacobi张量分裂方法,该方法的一个显著特征是:每次迭代所涉及的子问题均具有显式解,这意味着在求解这些子问题时无需昂贵的计算成本,从而提高计算效率。在强M-张量且向量为正的情况下,证明了所提出方法的全局收敛性。进一步,当初始值在问题的下解集中时,我们证明了该方法所生成的迭代序列是单调收敛的。初步的数值实验表明,本文所建立的方法是有效的。

关键词： 滑坡监测   柔性测斜   超弱光纤光栅   测斜管复测  

摘要： 针对失效测斜管的再利用，提出了一种多芯超弱光纤光栅阵列的柔性测斜方法。基于波长-变形的反演算法构建了光纤柔性测斜理论，设计了一种直径6 mm、内嵌3芯、分辨率0.5 m的超弱光纤光栅变形感知光缆，直接灌浆埋设到失效测斜管中。采用太阳能供电，低功耗解调模块实时采集，4G远程传输，在三峡库区的八字门滑坡实现失效测斜孔的自动化复测。结果表明，多芯超弱光纤光栅柔性测斜系统能监测到八字门滑坡的明显位移，7月雨季时在距离地面6米深处的最大位移变化量 24.4 mm，3芯光纤的测量结果可以相互备份和佐证，较好地满足了失效测斜孔复测的要求。

关键词： 表面等离激元   介质光栅   时域有限差分   电场增强   介电层  

摘要： 本文针对精确调控纳米复合结构表面等离激元特性的目标，提出一种由银立方体、介质光栅、介电层和金属薄膜组成的多层复合结构，采用时域有限差分法研究其电场增强特性。研究表明，随着光栅周期的增加，局域表面等离子体共振峰红移，光栅厚度的增加对共振峰位置影响较小，但显著增强了共振强度。当介电层相对介电常数为3至5时，局域与传播表面等离激元之间实现有效耦合，显著提升电场强度。介电层厚度的增加会削弱其与银薄膜之间的耦合，转为银立方体在局部区域形成高强度电场。因此，通过优化介电层的结构参数和介电性能，可以有效调控复合结构中的电磁共振效应，为高性能光学器件应用提供了理论支持。

关键词： 超弱光纤光栅   挠度测量   桥梁工程   角度修正   曲线重构  

摘要： 为满足对主跨整体挠度的大范围、实时监测要求，提出了一种基于超弱光纤光栅（Ultra-weak fiber grating，UW-FBG）阵列的箱梁挠度测量方法。理论探讨了基于光栅波长-挠度的曲线反演原理，ANSYS 仿真分析了应变反演挠度的误差，采用超弱光栅阵列黏贴在4.8 m跨度的矩形体上搭建了双端简支梁模型，实验测试的反演挠度和千分表测量挠度最大相对误差小于6.80%。在金海大桥的340 m主跨上连续铺设340个间距1 m的光栅，在荷载试验中监测到桥梁实时应变分布且最大约为416.3 με，通过利用曲线重构算法反演出桥梁受力的挠度约为-0.4010 m，实时展示静载试验不同载荷下的整体形变，为桥梁运行状态提供最直观的依据。

关键词： 集成光学   微环谐振器   狭缝微环   光栅   折射率传感器:硅基波导  

摘要： 为提高折射率传感器的品质因数和灵敏度，提出了一种反馈波导狭缝光栅微环谐振器。该结构在狭缝微环的基础上引入气孔光栅结构，利用光栅的反射以实现不同波长处的类电磁诱导透明效应，类电磁诱导透明效应的高斜率特性可以实现更高的品质因数和灵敏度。采用传输矩阵法分析结构的传输原理，利用时域有限差分法对结构的传输频谱和模场分布进行模拟仿真，并调整器件结构参数进行优化。仿真结果表明：所提结构实现了类电磁诱导透明效应，品质因数为59267.5。在折射率传感特性分析中，该结构的灵敏度为408.57 nm/RIU，同时探测极限达到了6.23×10-5RIU。因此，所提结构同时实现了高品质因数和折射率灵敏度，在传感检测方面拥有良好的传感性能，在环境监测和生物医学等方面拥有广泛的应用市场。

关键词： 光纤布拉格光栅   波高传感器   压力测量   海岸监测   海洋波浪  

摘要： 波浪的实测数据对海浪模型校准、海上生产实践以及海洋灾害预防具有重要作用。本文提出了一种基于光纤布拉格光栅的压力式海洋波浪高度传感器，实现了对海洋波浪高度的实时测量。采用有限元分析对传感器结构进行优化设计，并对传感器的测量原理进行理论分析。通过标定实验可知该波浪高度传感器的压力灵敏度为-9.486 nm/MPa，有效测量量程为0-0.3 MPa。针对传统零线提取方法存在的零点遗漏问题，提出了基于平滑先验方法的波浪零线选取方法，实现零点动态选择，该方法在复杂海洋条件下表现出更好的适用性。外场实验结果表明，该波浪高度传感器各波高特征值的变化趋势与SBF3-2型波浪浮标的测量结果一致，两者相关系数均高于0.85，验证了光纤布拉格光栅海洋波浪高度传感器的可行性。本文提出的压力式光纤布拉格光栅海洋波浪高度传感器具有水下无源、抗电磁干扰、信号传输速度快的特点，为近岸波高测量提供了一种新颖的光学测量方法，具有良好的应用前景。

关键词： 碳纤维复合材料天线梁   FBG传感器   振动特征   疲劳性能分析   结构健康监测  

摘要： 随着轨道交通车辆的高速和重载化发展，车辆轻量化研究成为必须解决的重要课题。碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer， CFRP)因其具有轻质高强、性能可设计、易整体制造等综合优势，在轨道交通装备轻量化发展中受到高度重视，探索高性能碳纤维复合材料构件代替传统钢构件已经成为重要的研究课题。为了研发碳纤维复合材料天线梁的振动特性和智能在线监测技术，通过在CFRP天线梁表面粘贴光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating， FBG)传感器阵列测量其服役过程中的振动响应，并据此建立其健康监测和评估系统。根据CFRP天线梁在振动台上进行加载时间长达5小时和传感器采集频率高达5 kHz的模拟长寿命振动试验，通过时域分析安装在CFRP天线梁表面不同位置的60个FBG传感器数据得到碳纤维复合材料天线梁的应变分布特征，验证了系统的可行性和有效性。并通过频域分解法(frequency domain decomposition， FDD)、希尔伯特-黄变换(Hilbert Huang transform， HHT)和随机减量法(random reduction technique， RDT)提取CFRP天线梁的模态参数，分析了CFRP天线梁的抗疲劳性能及疲劳损伤指标。通过上述振动试验和测试响应分析，本文提出了一种有效可靠的疲劳性能评估方法，以检验碳纤维复合材料天线梁的动力特征及其替代金属梁的可靠性。