上海大学学报(自然科学版)

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1. 压缩模量融合 CPT 数据的贝叶斯空间插值方法

董济涵, 王长虹

上海大学学报(自然科学版) 2023, 29 (1): 140-154. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2272

摘要（8133）

HTML （7）

PDF（pc）（910KB）（235）

大规模现代化展览场馆对基础不均匀沉降较为敏感, 持力层压缩模量的空间分布特征对于控制地基变形至关重要. 常规工程勘察钻孔仅提供少量精确的压缩模量土工试验值, 但原位测试可提供大量随机的静力触探值, 为了融合室内试验和原位测试的数据, 提出压缩模量的贝叶斯空间插值方法. 核心研究内容包括: 根据岩土工程勘察的数据精度, 将测试数据分为硬数据和软数据; 使用空间随机函数描述压缩模量的空间变异性; 利用最大熵理论分析软数据的不确定性, 基于贝叶斯理论, 建立随机场插值方法, 对未知点压缩模量的后验分布进行估计. 为了验证该方法的有效性, 将贝叶斯空间插值方法应用于上海国家会展中心浅部持力层 (粉质黏土层) 的压缩模量空间变异性分析. 与普通克里金插值方法比较, 贝叶斯方法能融合多源勘察数据进行空间插值, 精度更高.

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2. 基于SEM和Multi-agent,仿真的装配式建筑设计变更风险管理

杜娟, 王文鑫, 胡珉

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (6): 1038-1050. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2270

摘要（7887）

HTML （4）

PDF（pc）（1205KB）（129）

设计变更是影响装配式建筑项目绩效与安全的重要风险因素. 预制构件供应链有多个利益相关者参与, 系统复杂多变, 各参与方信息集成难度大, 使得项目难以实现系统有效的设计变更风险管控. 在归纳设计变更风险和风险诱发因素的基础上, 提出结构方程模型,(structural equation model, SEM),与,Multi-agent,仿真模型相结合的研究方法, 根据风险诱发因素识别提出管理策略, 结合项目实际模拟管理策略运行效果, 从而实现对设计变更风险的有效管控. 基于上海市南翔镇的装配式建筑项目建立本体实例库, 对结构方程模型实证分析提出的管理策略进行,Multi-agent,仿真模拟, 评估管理策略对项目成本和时间绩效的影响, 验证了模型的可行性和有效性.

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3. 耐高温透明聚酰亚胺的结构设计与性能预测

张涵, 陈龙龙, 张建华, 蒋海珍

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (5): 794-812. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2274

摘要（7439）

HTML （1399440013）

PDF（pc）（4685KB）（336）

研究近年来国内外耐高温透明聚酰亚胺相关文献, 基于从分子结构分析, 总结了制备耐高温透明聚酰亚胺的多种常用方法, 包括引入三氟甲基、脂环结构、非共平面结构、大体积侧基和无机材料, 并从分子动力学模拟和机器学习两方面分析了聚酰亚胺的性能预测. 最后对耐高温透明聚酰亚胺的合成与预测进行总结与展望.

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4. 基于微分博弈的供应链企业社会责任管理

杨明歌, 李莹, 梁小珍

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (6): 1022-1037. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2253

摘要（6311）

HTML （3）

PDF（pc）（1599KB）（104）

考虑企业社会责任(corporate social responsibility, CSR)商誉对市场需求的影响, 在Nash非合作博弈、以制造商为主导的Stackelberg博弈、以零售商为主导的Stackelberg博弈和合作博弈4种情形下, 分别构建微分博弈模型, 研究制造商和零售商的最优CSR努力水平、CSR商誉的最优轨迹和利润最优值, 并结合数值模拟, 验证理论推导的正确性. 研究结果表明: 最优CSR成本补贴率仅与边际利润有关, 与其他因素无关; 与Nash非合作博弈相比, 在Stackelberg博弈情形下, 当主导者的边际利润大于跟随者边际利润的一半时, 主导者对跟随者进行CSR成本补贴, 且主导者的最优CSR努力水平保持不变, 跟随者的最优CSR努力水平提高, 制造商和零售商的利润均提高; 与Stackelberg博弈相比, 在合作博弈情形下, 制造商和零售商的最优CSR努力水平均提高, 供应链系统的利润也随之提高.

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5. 考虑多种损坏构成特征的沥青路面预防性养护决策方法

李莉, 管婷婷

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (4): 689-701. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2271

摘要（6194）

HTML （6）

PDF（pc）（866KB）（170）

由于沥青路面损坏构成的多样性, 相同的路面状况指数(pavement condition index, PCI)可能代表不同的损坏组合. 当多种损坏并存且损坏程度接近时, 用PCI和主导损坏(最严重、扣分最多的路面损坏)难以得到具有针对性的养护对策. 因此, 通过对PCI的深入分析, 明确了主导损坏代表性不足的路段, 以现行预防性养护决策方法为基础, 补充了一种考虑损坏构成特征、更具针对性的决策方法. 以上海城市道路近5年的检测、养护数据为分析基础, 首先利用有序聚类算法将路段按PCI水平分组, 分析了不同阶段路面损坏构成和差异水平; 然后, 针对多种损坏并存且损坏差异不显著的路段, 根据预防性养护的实施效果筛选了能够反映正确预防性养护经验的有效养护路段; 最后, 基于有效养护路段建立并对比分析了2个基于BP(back propagation)神经网络的养护决策模型. 结果表明: 当PCI水平介于优良(84.4~93.0分)时, 不同损坏程度接近, 主导损坏代表性不足; 考虑多种损坏构成特征的BP神经网络模型表现出更高的决策精度, 测试集决策正确率达86.20%, 优于仅考虑主导损坏的模型(58.50%). BP神经网络与传统决策树法结合能够优化沥青路面决策过程, 提高养护对策选取的针对性.

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6. 基于S-R和分解定理的无网格法在功能梯度板中的应用

宋彦琦, 石博康, 李向上

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (4): 702-714. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2266

摘要（5478）

HTML （5）

PDF（pc）（1406KB）（122）

为了研究功能梯度板的非线性变形问题, 以 S-R 和分解定理为基础, 从虚功率原理出发, 结合更新拖带坐标系法、无网格 Galerkin 法, 推导出用于求解三维几何非线性问题的离散方程. 利用 MATLAB 编写无网格法程序, 对功能梯度板的非线性弯曲问题进行求解, 并研究板的体积分数指数和宽厚比对板弯曲的影响. 将计算结果与已有成果进行了比较, 验证了三维 S-R 无网格法求解功能梯度板大变形问题的合理性.

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7. ϕ-映射拓扑流理论在Weyl半金属拓扑分类中的应用

黄晓红, 姜颖

上海大学学报(自然科学版) 2024, 30 (1): 106-117. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2392

摘要（5435）

PDF（pc）（1240KB）（46）

用 ϕ-映射拓扑流理论对厄米及非厄米 Weyl 半金属进行拓扑分类. 对一个给定的哈密顿, 在动量空间建立一个由自旋组成的ϕ场, 再由这个 ⇀ ϕ 场给出拓扑荷密度分布. 发现只有在 ϕ场模的零点, 拓扑荷密度的值才不为零, 而这些 ϕ场模的零点其实就是 Weyl 点或 Weyl 奇异点所在位置. 通过对拓扑荷密度的积分, 得到了可用于对系统进行拓扑分类的整数拓扑数.

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8. 钢筋与 FRP 筋混杂配筋混凝土梁的抗弯性能

张智梅, 魏久燚

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (4): 678-688. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2246

摘要（5309）

HTML （7）

PDF（pc）（1630KB）（173）

为了在试验基础上研究钢筋与纤维增强复合材料(fibre reinforced plastic, FRP)筋混杂配筋梁的抗弯性能, 运用有限元软件 ABAQUS 对已有混杂 FRP 筋试验梁进行建模和非线性分析, 研究了 FRP 筋种类、混凝土强度、等效配筋率等因素的影响. 基于有限元结果拟合出了适筋破坏时混杂 FRP 筋梁的 FRP 筋应力表达式和承载力计算公式, 并运用已有试验数据验证其正确性. 结果表明: 等效配筋率对混杂 FRP 筋梁的承载能力和变形性能影响最为显著, 其次为 FRP 筋种类; 混凝土强度对承载力有一定的影响, 但对刚度影响较为有限;

FRP 筋应力表达式能较准确计算混杂 FRP 筋梁抗弯承载力.

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9. 面向小孔径T形管道的气动软体机器人转向策略

杨扬, 赵润禾, 李天波, 赵永健, 齐宇燕, 钟宋义

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (5): 908-920. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2355

摘要（3804）

HTML （12）

PDF（pc）（2083KB）（187）

近年来, 新型机器人技术被广泛应用于管道的维护与检查. 为了克服刚性管道机器人的局限性, 提高机器人的灵活性, 软材料制成的机器人已被开发并用于管道探测. 由于管道内部管路分支较多, 软体机器人在管道内的转向控制面临较大挑战. 针对此问题, 设计一种小孔径管道软体机器人, 并建立运动学模型, 在此基础上提出了机器人在T形弯管中的柔顺转向策略. 最后, 通过实验验证了转向策略的有效性和准确性. 实验结果表明, 提出的转向策略能有效提高软体管道机器人在T形弯管中的通过性和智能性.

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10. 基于实时路径积分的双分子化学反应动力学计算方法

李永乐, 范文斌, 任伟

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (5): 896-907. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2312

摘要（2533）

HTML （40）

PDF（pc）（791KB）（301）

化学反应速率常数、动力学同位素效应(kinetic isotope effect, KIE) 及散射截面的确定, 在燃烧、大气以及星际化学反应的化学动力学和动态学研究中起着不可或缺的作用. 而常用的理论如量子散射理论、过渡态理论(transition state theory, TST)和准经典轨线方法均难以准确快速地确定多原子反应的速率常数和散射截面. 近十几年来, 基于实时路径积分的珠串分子动力学(ring-polymer molecular dynamics, RPMD)方法在气相双分子化学反应动力学研究中的应用获得了成功. 而近几年来随着应用范围的扩大, RPMD方法在面临挑战的同时也取得了更多的研究进展.

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11. 材料基因组工程专用数据库

岳溪朝, 冯燕, 刘健, 于烨泳, 席慷杰, 钱权

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (3): 399-412. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2388

摘要（2519）

HTML （58）

PDF（pc）（6883KB）（394）

材料数据具有多源、异构、高维等特点, 收集纷繁复杂的材料数据, 建立材料基因工程专用数据库, 是实现数据驱动的新材料研发的基础. 以材料数据的规范化表示、机器学习建模及模型跨域部署、材料数据隐私保护下的机器学习、利用知识图谱从材料数据库到知识库等材料基因专用数据库的若干核心技术为基础, 介绍了材料基因数据库平台的系统架构及实现、平台超算部署及运行. 最后以反钙钛矿负膨胀材料为例, 介绍了材料基因工程数据库平台从数据归档到机器学习建模, 再到逆向设计, 以及最终实验验证的整个流程.

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12. 小样本分散数据的回归建模和多目标优化

姚煜, 胡涛, 付建勋, 胡顺波

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (3): 451-462. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2387

摘要（2368）

HTML （22）

PDF（pc）（5003KB）（257）

小样本分散数据上的回归对建模有一定挑战, 利用高斯过程对其回归进行建模, 即采用极大似然估计进行核函数的超参数学习, 通过后验来计算回归结果并预测出目标函数的均值和方差. 在此基础上结合方差的多目标优化, 在进行材料逆向设计的同时能对设计结果的不确定性进行估计. 对 1215MS 非调质钢和三点弯混凝土数据集进行了实验验证. 实验结果表明, 对于三点弯混凝土平均有 50% 实验数据落在预测的 95% 置信区间内, 高斯过程回归 (Gaussian process regression, GPR) 模型可以较好地度量分散小样本数据的不确定性, 进行合理预测. 对于 1215MS 非调质钢数据集, 在高斯过程回归模型的基础上, 运用带精英策略的非支配遗传算法 (elitist non-dominated sorting genetic algorithm, NSGA-Ⅱ) 进行多目标优化, 将材料的力学性能以及所对应的方差作为优化目标, 在考虑最优力学性能的同时兼顾不确定因素对实验结果的影响, 得到最优帕累托解集, 以此作为下次实验的候选点, 辅助材料设计和制备优化.

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13. 基于自然语言处理的材料领域知识图谱构建方法

魏晓, 王晓鑫, 陈永琪, 张惠然

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (3): 386-398. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2380

摘要（2177）

HTML （39）

PDF（pc）（6137KB）（290）

如何将材料领域知识与机器学习技术相结合是材料智能研究迫切需要解决的问题. 知识图谱(knowledge graphs, KGs)作为一种高效的知识组织模型, 可以有效地对材料领域知识进行表示、组织和推理, 从而提升材料机器学习算法的智能水平. 研究了基于自然语言处理技术的材料领域知识自动获取方法, 提出了基于双向门控循环单元-图神经网络-条件随机场(bidirectional-gated recurrent unit-graph neural network-conditional random field, Bi-GRU-GNN-CRF) 的材料实体关系联合抽取方法, 以及基于改进 TextRank 算法的材料工艺知识抽取方法, 实现了从专利、论文等材料文献中自动获取材料实体、关系、工艺流程等材料领域知识. 实验结果表明, 所提出的材料知识获取方法具有较好的精度和召回率, 能够有效提升材料知识图谱的知识覆盖度. 基于该方法构建的材料领域知识图谱的知识覆盖率达到了80%, 能够为材料智能研发提供更加全面的知识支撑. 同时, 构建了非调制特殊钢、铝基复合材料、热障陶瓷涂层材料 3 个材料领域知识图谱, 并进行了应用探索, 进一步验证了知识图谱为材料研发提供知识支撑的可能性.

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14. 无损检测技术在文物表面空鼓病害探查中的应用

黄继忠, 章云梦, 张悦, 赵朋

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (4): 656-667. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2275

摘要（2164）

HTML （15）

PDF（pc）（2966KB）（143）

空鼓是山西大学堂围墙的主要病害之一, 会导致表层水泥砂浆抹面的剥离和内部砌体结构的风化, 因此合理评估空鼓的严重程度是开展科学保护与修复的前提. 在用手动敲击方法对围墙空鼓病害进行初步判别的基础上, 综合采用相控阵超声成像以及红外热成像两种无损检测技术对局部病害开展精细探查, 确定其分布范围和面积. 结果表明: ① 手动敲击和两种检测技术这 3 种方法均可不同程度地反映空鼓病害的分布规律; ② 无损检测技术所得结果基本一致, 局部误差与缺陷类型和环境因素有关; ③ 围墙表面水泥砂浆抹面的空鼓状况总体比较严重, 具体可划分为 4 个病害等级. 研究成果对文物建筑表面空鼓病害探查与修复效果评估具有一定的借鉴和参考价值.

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15. 瞄准前沿面向未来:“五朵金花”发展战略与实施路径

吕明霞, 刘伟杰, 陈秋玲, 谢宝婷, 王刚, 吴明红, 刘昌胜

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (5): 715-721. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2450

摘要（2128）

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PDF（pc）（768KB）（317）

一流学科建设是一流大学建设的核心. 阐释了上海大学“十四五”时期理工科“五朵金花”领域的建设机遇、建设思路、建设路径和建设重点, 进一步讨论了在推进“双一流”建设中需要思考和处理的3个重要关系.

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16. 氧化钇钡铜(YBCO)高温超导带材在超导储能装置的应用

彭思思, 蔡传兵, 郑军, 郭树强, 徐颖, 周迪帆

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (5): 813-820. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2445

摘要（2112）

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PDF（pc）（3194KB）（173）

高温超导磁储能系统具有功率密度大、响应快和寿命长等优势, 在新能源电网和新能源电动船舶等领域具有潜在的应用前景. 二代高温超导带材具有优越的载流能力、较高的工作温度以及相对较低的制备成本, 在超导储能装置得领域到了广泛应用. 对氧化钇钡铜(YBCO)高温超导带材特性介绍的基础上, 分析储能装置对其的性能要求, 阐述一代高温超导储能磁体研究现状, 并结合 10 MJ 储能磁体的设计进行具体案例分析.

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17. 材料信息学——数据驱动的材料研发

张统一

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (3): 357-360. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2370

摘要（2096）

HTML （198）

PDF（pc）（587KB）（395）

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18. 燃气轮机叶片制备技术研究进展

任忠鸣, 韩东宇, 玄伟东, 陈超越, 帅三三, 徐松哲, 俞晟, 余建波, 王江

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (5): 722-747. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2430

摘要（2091）

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PDF（pc）（5323KB）（388）

涡轮叶片是燃气轮机的核心热端部件, 其研发和制造是一个国家工业的发展规模和技术水平的重要体现. 概述了燃气轮机叶片制备技术的近期研究进展. 结合课题组的研究, 围绕燃气轮机叶片的定向凝固、微观组织的电磁场辅助调控、陶瓷型芯制备、尺寸精度控制、高温合金纯净化冶炼、增材制造等, 介绍了在相关领域取得的研究进展, 并提出重点关注方向.

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19. 非中心对称拓扑狄拉克半金属的研究进展

高恒, 胡顺波, 任伟

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (5): 768-779. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2438

摘要（2040）

HTML （19）

PDF（pc）（1199KB）（512）

狄拉克半金属由于其新奇的电子结构和输运性质, 受到了实验和理论学者广泛的关注. 该拓扑材料在费米能级附近存在受对称性保护的狄拉克点, 是由于固体中导带和价带的能带反转导致的. 本综述介绍了中心对称拓扑狄拉克半金属, 并且引入了一种新的三维非中心对称拓扑狄拉克半金属. 通过晶体结构对称性和能带对称性分析可知, 具有C$_{\rm 4v}$或C$_{\rm 6v}$点群的晶体可以实现非中心对称拓扑狄拉克半金属. 具有C$_{\rm 4v}$点群对称性的BiPd$_{2}$O$_{4}$晶体被理论预测为非中心对称的狄拉克半金属, 并且在四重旋转轴上可以实现第二类型的拓扑狄拉克点. 此外, 具有C$_{\rm 6v}$点群对称性的SrHgPb晶体和LiZnSb$_{x}$Bi$_{1-x}$合金可以实现狄拉克点与外尔点共存的拓扑半金属, 并且在LiZnSb$_{x}$Bi$_{1-x}$合金中外尔点的出现和位置可以通过元素成分比例$x$调控. 与中心对称拓扑狄拉克半金属相比, 非中心对称拓扑狄拉克半金属由于中心反演对称性的破缺, 在非线性光学和非线性霍尔输运等方面有潜在的应用.

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20. 压实高庙子膨润土抗拉强度各向异性

秦臻宇, 孙德安, 周祥运, 刘月妙

上海大学学报(自然科学版) 2022, 28 (4): 668-677. DOI: 10.12066/j.issn.1007-2861.2288

摘要（2016）

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高放射性核废料深地质处置库中的缓冲层由膨润土块堆砌构成, 而块体由膨润土粉末压制而成, 其强度可能存在各向异性. 采用直接拉伸试验方法, 测得压实高庙子膨润土在不同条件下的抗拉强度, 探讨了干密度和含水率对抗拉强度各向异性的影响, 并进行了机理分析. 试验结果表明: 随着含水率的增加, 抗拉强度先增大后减小, 存在一个峰值; 抗拉强度随着干密度的增加而增大; 当拉力方向与制样压实力方向垂直时, 试样的抗拉强度大于拉力方向与压实力平行时的抗拉强度, 并且在同一含水率下, 抗拉强度各向异性的程度随干密度的增加而增大. 原因在于压实过程中蒙脱石层叠体排列趋于一个方向, 导致各向异性显著. 研究成果可为我国核废料处置库膨润土块体在运输和吊装过程中的抗拉强度特性提供参考数据.

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