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.      

关于《光谱学与光谱分析》收取审稿费的通知

<正>尊敬的《光谱学与光谱分析》广大作者、读者同志们,本刊自2006年底采用由"北京玛格泰克科技发展有限公司"开发的投稿系统实现网络采编以来,进一步扩展了审稿专家队伍。本刊参考同类期刊的现行做法,决定自2010年12月1日以后登记的稿件向投稿作者收取审稿费100元/篇,在您投稿之前,为免受经济损失,请您必须考虑:     

五彩湾煤镜质组与惰质组在热解中的相互作用

以五彩湾煤镜质组、惰质组为研究对象,建立两种不同的体系,镜质组与惰质组无相互作用体系(A)和相互作用体系(B)。利用热重技术(TG)和傅里叶变换红外技术(FT-IR),将两体系的热解固体产物进行红外分析。结果表明,在300~450℃,体系B的脂肪氢含量高于体系A,表明镜质组与惰质组之间发生了烷基自由基转移反应,芳氢的含量也是体系B多于体系A,这说明镜质组与惰质组之间同时发生了芳构化作用,随温度升高,镜质组生成少量氢自由基与惰质组发生侧链取代反应;在500~700℃,体系B的脂肪氢含量和芳氢含量均低于体系A,表明此时镜质组与惰质组之间发生缩聚反应及缩合反应;750~800℃时,脂肪氢和芳香氢含量均为体系B大于体系A,说明体系B中,镜质组产生较多的氢自由基与惰质组大分子芳香结构发生氢化反应,同时与惰质组发生侧链取代反应;850~900℃时,镜质组与惰质组之间进一步发生多环芳香缩合反应。     

催化裂化条件下噻吩与改性Y分子筛的作用机制

以HY、NiY和稀土离子改性的Y分子筛(REY)为研究对象,采用固定床装置评价噻吩模拟油催化裂化性能;运用气相色谱-氢火焰离子发光检测器(GC-FID)、气相色谱-硫化学发光检测器(GC-SCD)和原位红外光谱技术分析产物,关联分子筛的酸性,研究催化裂化条件下噻吩与改性Y分子筛的作用机制。实验结果表明,催化裂化条件下,噻吩与分子筛的作用机制差异主要取决于与B酸或L酸相关的非骨架铝物种或金属离子物种的存在形式。其中,NiY分子筛中,噻吩主要是吸附在与NiOH⁺物种相关的L酸中心,而Ni₄AlO₄³⁺等物种减弱B酸性中心从而降低其裂化性能。对HY来说,噻吩易在与AlO⁺等物种相邻的B酸中心上聚合形成三联噻吩,并发生一定的氢转移和裂化反应;而对REY而言,分子筛中与RE物种相关的L酸位会促进噻吩在与非骨架铝羟基等物种(如Al(OH)₂⁺、Al(OH)²⁺等)相邻的B酸中心形成的二联噻吩发生氢转移和裂化反应。     

准东高碱煤气化过程中碱金属迁移与结渣特性实验研究

利用循环流化床对天池木垒高碱煤进行了气化实验研究,获得了天池木垒高碱煤在循环流化床上的结渣特性及碱金属迁移规律,并对实验中出现的床内颗粒聚团现象进行了分析。结果表明,不同存在形态的碱金属在煤气化过程中的迁移规律不同,水溶钠和醋酸铵溶钠在煤气化过程中以气态形式析出,不溶钠主要存在半焦中;随着气化温度升高,底渣和煤气中钠含量增加,飞灰中钠含量减少;尾部管道温度降低过程中,煤气中钠的冷凝速率明显高于钾;天池木垒高碱煤气化过程中容易引起床内颗粒聚团,床温越高,颗粒聚团现象越明显,床温波动越大;碱金属与灰分中矿物成分及床料中SiO₂反应生成黏性低温共熔物是导致颗粒聚团的关键。     

消息与动态(六)

激光冷硬利用激光振动处理,可强化工件,使经受疲劳载荷.人们利用一种高能量脉冲激光透过金属,使它发生振动.结果就在这个地方形成一种均匀坚硬的冷作硬化显微结构.这就叫做激光冷硬.它常常被用于铝、钢制航空零件的紧固件孔区强化.当激光脉冲把能量传到金属表面时,金属表面就吸收能量.一些表层原子的状态发生变化,引起流动应力波,流动应力波以大于每平方英时一百万磅的峰值压力通过材 ...     

消息与动态(五)

关于比萨斜塔的研究十六世纪末,据说意大利物理学家伽利略利用比萨斜塔作了著名的自由落体试验,这一试验是嗣后建立的牛顿力学的实验基础之一,比萨斜塔也因此闻名于世界.近年来,比萨斜塔本身也引起了一些研究者的兴趣.比萨斜塔从建成到现在,已逾600年。它之所以为此耐久的原因之一,据说[Mitchell,V.等,J.Geotech.Eng.Div.Amer.Soc.Civ.Eng.,100,(1977)227]与该塔 ...     

卷首语

举世瞩目的2008北京奥林匹克运动会就要开幕了,在中华民族期盼了百年的振奋人心的时刻,在我国力学工作者的大力支持下,《力学与实践》隆重推出了奥运专刊。 奥林匹克运动追求"更高、更快、更强"的宗旨,也是人类对力学认识不断深入和实践的过程。牛顿曾经说过"自然的一切现象,完全可以根据力学的原理用相似的推理一一演示出来。"力学作为人类认识自然界外力作用规律的智慧结晶,与奥林匹克运动有着固有的密不可分的关系。我们将通过介绍力学在奥林匹克体育运动中的应用,一方面让读者从力学的角度更加了解奥林匹克运动的奥秘和魅力,为2008北京奥运会加油,另一方面也借助奥运的广泛号召力传播力学的科普知识,让"科技奥运"理念更加深入人心。 本期奥运专刊将从力学的角度向读者展示和回答与奥林匹克运动会有关的以下问题： 奥林匹亚的火炬能够狂风吹不熄,暴雨浇不灭,高山缺氧无损其亮度,其内部结构与燃烧系统蕴含哪些力学奥秘？ 独特结构的鸟巢--国家体育场、晶莹剔透的水立方--国家游泳中心、富于动感的中国折扇--国家体育馆……。你知道这些复杂结构的奥林匹克场馆的内部应力是怎样分析计算的？它们的强度、刚度和稳定性又如何得到保证？ 用力学概念、原理与方法对人体运动规律进行研究的学科--运动生物力学。你知道这门科学的历史、现状、发展前景以及对保护运动员、提高运动成绩所产生的神奇的作用吗？ 在运动装备和器械方面,挑战流体最低阻力极限的"鲨鱼皮"泳装、由力学性能优化带来的标枪结构演变、从木质、竹制杆到金属杆再到当代最先进的复合材料跳高撑杆……运动器械革命性的改进带来运动成绩革命性的突破,带来竞技体育激烈性与观赏性的大幅度提高。奥运盛会不仅是身体素质、运动技巧与能力的竞技舞台,更是国家科技与经济等整体实力比拼的宏大"战场"。 在观赏运动项目时,我们常常惊叹,足球运动员为什么能踢出"香蕉球"绕过人墙？跳水运动员为什么能在空中不受外力时改变自身转轴？排球下落轨迹为什么会飘忽不定？粗糙的高尔夫球为什么比光滑的飞得更远？ 我们还将展示中国功夫、踢毽子、竹蜻蜓、回旋镖、抖空竹等这些具有中国特色的运动项目的力学奥妙,揭示数千年东方古代灿烂文明和现代高科技融合的神奇和魅力。 在同一个世界,同一个梦想的召唤下,2008北京奥林匹克运动会来了,让我们和全世界的朋友们一起迎接这一伟大的时刻,共享这一历史盛会的快乐。     

认知无线电网络中利用FEC和DE的多节点频谱感知算法

针对认知无线电网络(CRN)中空闲频谱感知困难的问题,本文提出了基于前向纠错和差分进化算法的多节点频谱感知算法。首先,利用基于差分进化算法的协同检测完成信号感知;然后,研究了信道噪声对频谱感知性能的影响;最后,分析了前向纠错技术在信道存在噪声时对频谱感知性能的影响。仿真实验将纠错和无纠错控制信道的不同信噪比作为依据,采用三种不同的检测方法评估了本文算法。仿真实验结果表明,在存在噪声的认知无线电网络中,本文算法提高了系统的性能和检测概率,且协同感知算法的性能随着节点数目的增加而提高,该算法适合应用于实时性要求较高的应用程序。