力学研究中"大数据"的启示、应用与挑战

大数据在全世界发展迅猛, 应用成效显著.大数据独特的思维和方法, 为科学研究与探索提供了全新的范式.力学研究中,高时空分辨率、多参数同步观测与高精度、大规模模拟手段的发展,为力学大数据的发展提供了契机,大数据、机器智能方法的应用正呈现快速上升趋势.本文旨在分析大数据思维方法在力学研究中的应用, 及其启示与挑战.首先从大数据资源、大数据科学及大数据技术3个层面分析了大数据的内涵及研究态势,概括了国内外政府及组织机构的大数据发展规划.而后对比分析了力学思维方法与大数据思维方法的特点,指出两者的本质区别在于数据使用方式的不同而带来的范式差异:大数据采用数据驱动模型替代力学中的偏微分方程组以描述问题,在复杂系统的分析、预测中优势显著.回顾了大数据方法在材料性能预测、材料本构建模、湍流建模、结构健康监测及试验力学等方面的最新研究进展,以及动态数据驱动与数字孪生等大数据驱动的建模模拟新范式.总结了大数据在力学研究中应用的3种方式, 即驱动已有模型改进,挖掘复杂隐含的规律, 以及替代已有的理论方法等. 最后,建议以力学研究为主体和牵引, 大数据与力学双驱动,推动大数据与力学交叉形成理论与方法突破、及学科发展新方向.      

拉格朗日中值定理在方程有根证明题中的应用

对微分中值定理证明方程有根的题型作了分类,分析并讨论了证明中的技巧,及证明中所采用的方法,并对不同例子进行了相应的拓展.     

高质量CdSe单晶生长及其OPO性能研究

本文利用有籽晶的HPVGF法生长了尺寸为φb54 mm× 25 mm的高质量CdSe单晶,晶体为纤锌矿结构,(002)和(110)面的XRD摇摆曲线半高宽分别为54.4"和45.6".使用红外显微镜和扫描电镜-能谱分析仪对晶体内部的夹杂相进行测试,表明晶体内部存在小尺寸富Se夹杂相.CdSe晶片在2.5～20 μm范围内的透过率高于68;,平均吸收系数为0.037 cm-1.制备出尺寸为10mm×12 mm×50mm且满足第Ⅱ类相位匹配条件的CdSe晶柱,在重频1 kHz,波长2.09 μm的Ho∶ YAG调Q泵浦源激励下,实现了中心波长为11.47 μm,线宽为33.2 nm的激光输出,最大输出功率为389 mW.     

声轨道角动量水下发射与数据传输实验

研究了声轨道角动量水下发射技术与多路复用的水下数据传输,基于点源理论推导了相控圆周阵列发射声轨道角动量的基本原理,分析了干扰项的阶数成分及干扰项对主项的影响,优化设计了基于Cymbal换能器的阵列样机,阵列样机直径为Φ180 mm,阵元数为10元,工作频率为25 kHz,通过对阵列阵元的相位调控实现了-3至3六阶声轨道角动量的发射,验证了基于相控原理实现不同拓扑荷数声轨道角动量发射的理论。通过利用各阶声轨道角动量的开关状态进行数据编码,进行了基于声轨道角动量多路复用的水下数据传输实验,实验结果表明,不同拓扑荷数的声轨道角动量具有良好的正交性质,可以利用基于声轨道角动量的多路复用技术实现水下数据传输功能。      

通过流作用下穿孔板的声阻抗

穿孔元件在进排气消声器中广泛使用,气体流动对穿孔元件声阻抗具有较大的影响。为了获得更加精确的穿孔声阻抗模型,使用三维时域CFD方法计算通过流作用下穿孔的声阻抗。探究了通过流作用下穿孔声阻抗的获取方法,并且将无量纲小孔声阻抗的预测值与已发表的实验测量值进行了对比,两者吻合较好。分析了小孔中的通过流马赫数M_o (0.05~0.20)、穿孔的分布形式、小孔的直径d_h (2~5 mm),穿孔板的厚度t (0.8~2 mm)和穿孔率φ(4.51%~24.93%)对无量纲声阻抗的影响规律,并且通过不同参数的非线性回归分析得到了通过流作用下声阻抗的模型。作为工程计算的应用,利用Jing&Sun的声阻抗模型和本文声阻抗模型计算了横流式穿孔管消声器的传递损失,与实验测量结果比较表明,本文模型具有较高的准确性。      

RIG型磁光薄膜的研究进展及应用

随着光通信技术与光子集成电路的发展,非互易性器件作为光通信系统中重要的组成部分得到了越来越广泛的研究与应用。基于磁光效应制成的磁光隔离器和环行器是目前应用最为广泛的非互易性器件,为了将非互易性器件整块集成在硅片上,需制备性能与块状磁光材料相当的磁光薄膜。在近红外通信波段(1 550 nm),以钇铁石榴石(Y₃Fe₅O₁₂,YIG)为代表的稀土铁石榴石(RIG)具备优良的磁光效应,是最具应用前景的磁光材料之一。研究发现,使用稀土离子对YIG薄膜进行掺杂可以有效改善其磁光性能,尤其是Bi³⁺和Ce³⁺掺杂的YIG表现出巨法拉第效应。本文首先介绍了法拉第效应原理,介绍了三种常见磁光薄膜的生长方法,回顾了近年来的主要研究成果,介绍了磁光薄膜在光隔离器和环行器中的应用,最后对磁光薄膜的未来发展趋势进行了展望。     

层状复合氢氧化物的有机改性方法及应用研究进展

层状复合氢氧化物(LDHs)因其化学组成可调、比表面积大、生物相容性好等特点,目前在环境、能源和生物医药等领域广受关注.然而, LDHs在合成过程中由于其分子内作用力易发生团聚而导致其在基体中的分散不均匀,极大地限制了LDHs在实际中的应用.有机改性是改善LDHs分散性的有效方法,从表面改性和插层改性两个方面综述了近年来LDHs的有机改性方法,并介绍了其在阻燃、吸附、催化、气体阻隔、发光、储能和生物医药材料等领域的应用.最后对改性后LDHs未来的研究方向和应用领域进行了展望.     

钛表面钠氢氧钛纳米线的结构、生物活性和MC3T3-E1细胞响应

采用化学方法处理微弧氧化(MAO)制备的含Si、Ca元素的Ti O2涂层(SC),获得钛氢氧钠(Na0.8H1.2Ti3O7)生物活性纳米线结构。化学处理过程中,SC涂料表面出现了Ca、Na元素溶解,Si元素沉积的现象。化学处理后的SC涂层比SC涂料具有更好的吸水性和诱导磷灰石形成能力。这与处理后涂层(SHTO)特殊的纳米结构有关,在模拟体液浸泡过程中更容易形成Ti-OH。同时,钠氢氧钛纳米线的表面形貌、相组成、OH基团以及良好的湿润能力使其更加适合于MC3T3-E1细胞的粘附和增值。     

Cs的覆盖度对Cs/石墨烯的结构稳定性和场发射性能影响

采用密度泛函理论方法,对Cs以不同覆盖度吸附在石墨烯表面时系统的结构稳定性和场发射性能进行了研究。计算结果表明单原子Cs吸附在石墨烯表面的碳六元环的中心位置时系统的能量最低。随着Cs的覆盖度增加,碱金属Cs与石墨烯之间的吸附作用逐渐增强,(4×4)R 0°和(2×2)R 0°结构是稳定的。由于碱金属Cs的修饰作用,Cs/石墨烯体系的功函明显下降,且随着碱金属Cs的覆盖度增大,系统的功函逐渐减小。态密度的计算结果表明功函的下降主要与Cs和石墨烯之间的电子转移有关。随着覆盖度的增大,石墨烯的电子态逐渐向低能方向移动,系统的费米能级升高并导致材料的功函下降。