精细搜索策略应用于质量交换网络综合

质量交换网络是化工过程系统的重要组成部分,其优化设计对降低污染排放具有重要意义。采用启发式算法优化质量交换网络时,存在难以兼顾全局搜索和局部搜索的问题。通过分析不同精度优化参数下的优化结果,揭示了该问题的成因,并提出一种精细搜索策略用于基础算法所得结构的深度优化。该策略包含两种方法,方法1采用具有个体回代与分化的高精度强制进化随机游走算法,可保留个体结构变异能力;方法2采用确定性方法依次对多维目标函数中的每个变量进行一维搜索,具有精度高收敛快的优点。将该策略应用于焦炉气脱硫和空气除氨算例,得到的结果分别为407308 USD·a^-1和127807 USD·a^-1,经济性优于现有文献中的结果,验证了本策略的有效性。     

应用于微型成像的氮化镓超透镜设计

为了实现可见光入射时亚波长尺度内的聚焦,设计了以氮化镓(GaN)纳米柱为基本晶胞的超透镜,该透镜能够改进传统成像系统的笨重低效,可应用于微型成像系统。超透镜表面由宽度渐变高度不变的GaN纳米柱阵列构成,分析GaN在亚波长尺度内对相位的调控能力和机理,并基于时域有限差分法模拟仿真了在蓝光波长为460nm入射时透射场的高效率聚焦,对比超透镜尺寸为3.75μm×3.75μm、6.75μm×6.75μm、8.75μm×8.75μm、10.75μm×10.75μm时超透镜的聚焦能力,得出聚焦后透射场焦点处的半峰全宽分别为1,0.8,0.5,0.3μm,给出了强度分布、聚焦光斑等仿真模拟结果,发现实际焦距与设计值存在偏差,且随超透镜尺寸的变化而变化。文中所设计的超透镜能够在微米级别实现聚焦,有效降低了传统成像系统的复杂度。     

差分吸收NO_2激光雷达波长漂移和能量波动对浓度反演的影响

为评估差分吸收二氧化氮激光雷达中激光器的稳定性对反演浓度的影响,以NO_2的吸收谱和激光雷达方程为基础,分析了波长漂移和能量波动对距离分辨差分吸收激光雷达浓度反演带来的相对误差。采用两台Nd:YAG激光器的354.7nm波长分别泵浦两台染料激光器的方式,产生差分吸收探测所需的两个波长λon(448.10nm)和λoff(446.80nm),搭建探测大气NO_2实验系统,并就波长漂移和能量波动对NO_2浓度反演影响进行了实验验证。实验结果表明:在没有稳频条件下,当λon和λoff波长漂移≤0.005nm时,引起的浓度相对误差为≤3%;能量波动对反演浓度没有影响,但能量降低减小探测距离,当能量下降≤5%时,探测距离≤100m,实验结果与理论计算基本一致。最后,开展了大气NO_2浓度实验观测,获得实验期间水平及垂直高度0.5~3km内NO_2浓度的分布廓线,系统稳定可靠。本方法为实用化NO_2差分吸收激光雷达的设计及应用提供了理论依据及技术支持。     

太赫兹金属光子晶体结构研究

鉴于金属光子晶体结构在滤波、极化、传感、成像等领域的重要作用,研究了基于三角形晶格的金属光子晶体的超常透射、光子能带和表面波特性。采用三维时域有限差分法对金属光子晶体结构建模,同时解释超常透射机理;推导和讨论光子能带沿着ΓK和ΓM晶格方向的能带图,分析不同的表面波特征,并解释非对称入射下观察到的三角形的两个晶格方向模式分裂效应;建立了描述这种模式分裂效应的精确的表面模式谐振频率公式,并对金属光子晶体的色散进行了定量分析。研究结果可为太赫兹功能器件的研究提供参考。     

基于差分数字化递推关系模型的二阶系统动态过程实时仿真

针对二阶系统在不同输入条件下的输出响应求解问题,以RLC振荡电路为研究对象,分析和建立了二阶系统输入输出关系微分方程数学模型,采用连续差分化方法,得到系统时域数字化输入输出递推关系模型,基于组态王工控软件编制了二阶系统动态过程实时仿真程序。通过仿真操作界面,在不中断仿真过程的情况下,可实时对输入信号或系统结构参数进行修改,系统响应过程数据及曲线能够连续实时输出和显示,仿真数据对实际生产设备动态特性研究以及控制器参数的调整具有重要参考意义。     

基于差分隐私的敏感数据挖掘技术研究

基于加密的数据挖掘技术往往计算复杂度太高,而差分隐私作为一种数据扰动技术,既能有效降低计算复杂度,又能让使用者分析数据的整体价值。简要分析了差分隐私在具有敏感信息的智能数据挖掘系统中的相关技术。首先,介绍了差分隐私的基本概念;其次,针对频繁项挖掘、回归与分类以及深度学习,分别介绍了差分隐私在敏感数据挖掘中的应用;最后,对比了最新研究方法的性能和优缺点,为进一步研究隐私保护数据挖掘技术提供相关参考。     

深厚软基区海堤填筑下穿对既有桥梁桩基的影响

选取某深厚软土区海堤填筑下穿含匝道高速公路桥的复杂工程为研究案例,以精细化三维有限差分数值模拟为研究手段,分析采用工程加固措施后,大面积填筑对既有端承型桥梁桩基的影响程度及机理,研究结果表明：1、通过CAD+CAE的动态设计优化,确定了钻孔灌注桩+框架梁+高压旋喷法的加固方案,其框架结构具有较好的整体刚度和协同受力特性,高压旋喷处则在上部软土层形成硬壳,可减小固结变形量;2、附加荷载在框架梁中充分形成压力拱,在横桥向可显著降低其对桥梁的挤压作用,有效控制两侧匝道下桩基的附加水平位移,在沿桥向则将大面积堆载转化为灌注桩和框架梁内力,避免桥梁桩基产生过大附加弯矩,计算表明工后桩顶水平位移最大值4.38mm,基桩最大压应力增量小于0.9MPa,均能较好满足控制要求;3、钻孔灌注桩+框架连系梁整体结构的有效性还体现在其可对桥桩产生类似套管的隔离保护,配合分层对称填筑工艺,可降低桥桩-桩周土相对变形,对控制基桩轴力的增加也有显著作用。综上：采用精细化数值模拟手段可有效克服相关行业规范在评价复杂桩-土相互作用时的局限性,可为研究工程方案的适用性及效果评价提供必要的技术支撑。     

电容式力平衡加速度计的设计

电容式微机械加速度计是一种将加速度转换成差分电容、通过检测差分电容的变化来检测加速度大小的一类高精度的惯性传感器.利用开关电容电路实现C-V变换,利用反馈静电力实现力平衡闭环控制,设计了一种电容式微机械加速度计.通过构建电容式加速度传感器及外围电路的数学模型,推导了闭环工作的系统函数.并对实际系统进行研制,最后给出了整个系统的测试结果.     

碳纤维/环氧树脂复合材料钻削温度场建模与试验

碳纤维/ 环氧树脂(C/ E)复合材料具有轻质、高模量、高比强度等优良特性在航空航天等领域有广泛的应用,但由于其各向异性、层间强度低、导热系数小和树脂对温度敏感等特点,导致钻孔加工中热量很容易聚集,形成很高的温度梯度,极易产生分层、毛刺等缺陷。以C/ E 复合材料钻孔过程中温度场的分布及变化为研究对象,依据传热学的基本原理,采用有限差分法(FDM),建立了C/ E 复合材料钻削温度场模型,探讨切削温度沿纤维方向的分布规律。采用硬质合金钻头开展C/ E 复合材料钻孔测温试验,采用预埋热电偶方法测量纤维方向不同处的温升,采用红外测温的方法测量出口处温度场分布。通过对试验结果和模型仿真结果对比分析可知:温度场仿真模型有较高的准确性,出口处温度场分布呈椭圆形,平行纤维方向时温升较高。