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強度和韌性的“倒置關系”是材料研究領域長期存在的難題。大量的實驗表明，隨著金屬材料內部晶粒尺寸的降低，在強度獲得提升的同時，韌性將大打折扣。目前，廣泛采用的高強材料韌化策略有：（1）改變組分，通過引入和調整材料的多種主要元素，同時激活多種塑性變形機制，高熵合金材料就是采用這種思路；（2）改變微結構，在材料內部引入一種或多種梯度分布的微結構，避免由于特征長度突變帶來的性能突變，有效克服金屬材料強度和韌性的失配問題，這種材料被稱為梯度納米結構材料。 圖1 梯度結構金屬材料的類型（摘自：李毅，梯度結構金屬材料研究進展，中國材料進展，2016, 35: 658-665）人工制備的梯度納米金屬結構主要包括以下幾種：梯度晶粒，梯度位錯，梯度孿晶，梯度固溶物，梯度相，以及包含兩種以上的梯度混合結構。在已經(jīng)發(fā)展成熟的金屬材料內部引入梯度納米結構，可以進一步提高其強韌性匹配能力。例如，通過表面研磨處理（SMAT）在孿晶誘發(fā)塑性（TWIP）鋼表面引入大量的塑性變形，使其表面晶粒細化，隨著深度的增加，晶粒細化的程度逐漸降低，同時塑性變形也會導致位錯演化和孿晶的產(chǎn)生，因此在TWIP鋼內部形成了包含梯度晶粒，梯度位錯和梯度孿晶的梯度混合結構。這種梯度納米結構TWIP鋼的強度可以提升50%，斷裂應變僅從60%下降到52%，具有更高的強韌性匹配能力。目前，關于梯度納米結構TWIP鋼的研究集中于實驗，反映物理機制的本構模型研究還鮮見報道。西南交通大學力學與工程學院張旭教授與德國馬普鋼鐵所、中國鋼鐵研究總院等機構開展合作，指導博士生陸曉翀發(fā)展出考慮位錯滑移和變形孿晶等物理機制的微結構尺寸相關晶體塑性本構模型。依托DAMASK平臺將該模型移植有限元，并對梯度納米結構TWIP鋼的單軸拉伸變形行為展開模擬，揭示了其微結構演化與宏觀性能之間的關系，量化了不同梯度結構對材料強韌性的貢獻。相關研究工作已在金屬材料與固體力學交叉領域頂級期刊《International Journal of Plasticity》上在線發(fā)表，論文題目為Crystal plasticity finite element analysis of gradient nanostructured TWIP steel。 論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2020.102703作者首先使用不同晶粒尺寸Fe-15Mn-2Al-2Si-0.7C (wt.%) TWIP鋼的單拉實驗數(shù)據(jù)驗證該模型的合理性，結果表明該模型對不同尺寸下的應力應變響應和應變強化行為都可以較好地描述，特別是細晶TWIP鋼硬化率曲線中的up-turn效應。通過對內變量演化的分析及對比性模擬，作者發(fā)現(xiàn)這種up-turn效應源自于細晶中顯著的背應力。 圖2 對比不同晶粒尺寸TWIP鋼的單拉實驗和模擬結果由于梯度納米結構TWIP鋼的微結構十分復雜，晶粒數(shù)目眾多，通過采用三維均勻化方法，建立了宏觀試樣尺寸的有限元模型。通過對每層單元賦予不同的晶粒尺寸，初始位錯密度和孿晶體積分數(shù)，離散地描述材料內部微結構的梯度分布，并通過梯度網(wǎng)格劃分方法進一步減少單元數(shù)目。對于材料表層微結構變化劇烈的區(qū)域，采用密度較高的網(wǎng)格，以保證更加精確地描述微結構的梯度變化。 圖3三維均勻化方法示意圖作者利用發(fā)展的晶體塑性模型，對均勻和梯度納米結構的Fe-10Mn-0.5C-3Ni (wt.%) TWIP鋼的單拉變形行為進行模擬。結果表明，在合理描述均勻結構TWIP鋼應力-應變響應的基礎上，通過引入微結構的梯度分布，無需修改任何參數(shù)就可以較好地描述梯度納米結構TWIP鋼的單拉力學行為。通過對比變形云圖，作者發(fā)現(xiàn)均勻和梯度納米結構TWIP鋼的表面都會變的粗糙不平，但梯度納米結構的表面粗糙度更加明顯，產(chǎn)生的應變局域化形成了兩個凹陷區(qū)，且凹陷區(qū)在垂直于平面方向也會發(fā)生收縮。隨著深度的增加，收縮程度逐漸降低。通過對比性模擬，作者發(fā)現(xiàn)表面凹陷區(qū)的出現(xiàn)就是梯度納米結構TWIP鋼韌性略微下降的原因。而應變局域化的產(chǎn)生與表面納米層晶粒的應變強化能力有關，提高表面納米晶的硬化能力，就可以抑制表面凹陷區(qū)的出現(xiàn)和韌性的下降。此外，作者通過分析不同層位錯密度的演化，進一步證實了上述觀點。作者還通過對比性模擬量化了不同梯度結構對材料強韌性的貢獻。結果表明：強度的提升源于梯度位錯結構，梯度晶粒和梯度孿晶結構有助于保持材料的應變強化能力。 圖4 均勻結構和梯度納米結構TWIP鋼的模擬結果對比分析。

成果的背景及主要用途： 高效大跨度結構體系不僅關系到資源節(jié)約、施工便捷和效果美觀,更是一個 國家建筑技術水平的重要標志。傳統(tǒng)的梁板式結構用鋼量大效能低、單層網(wǎng)殼穩(wěn) 定性差支座水平推力大、單一網(wǎng)格結構難以實現(xiàn)輕盈美觀,研發(fā)新型大跨體系成 為建筑結構技術發(fā)展的迫切需要。課題組在較早開展張拉整體體系研究的基礎上, 從 1998 年開始對張弦結構大跨度建筑結構體系進行系統(tǒng)研究,形成了張弦結構分 析設計理論和施工成套技術,解決了張弦結構基礎理論匱乏、分析方法欠缺和在 工程應用中受到結構選型、節(jié)點構造、施工方法和監(jiān)測技術等多方面問題制約的 技術難題,為張弦結構的推廣應用和健康發(fā)展提供了重要的科學依據(jù)和關鍵技術 支撐。 技術原理與工藝流程簡介： 1、系統(tǒng)研究基于張拉整體思想的張弦結構體系，提出了發(fā)明專利-弦支筒殼 和弦支混凝土樓蓋等新型張弦結構形式，建立了平面、空間等張弦結構分類體系， 研發(fā)自制設備空氣加熱索膨脹系數(shù)測定儀和水域加熱索膨脹系數(shù)測定儀，測定了 張弦結構核心構件-拉索的膨脹系數(shù)，為張弦結構分析設計理論的建立奠定了基 礎。 2、確定了平面和平面組合型張弦結構的最優(yōu)構成規(guī)律，揭示了平面和平面 組合型張弦結構靜動力特性和抗風性能，研發(fā)出專利技術—自平衡加載反力架并 試驗驗證了所提出的插板式拉索節(jié)點的安全性和便捷性，解決了平面及平面組合 型張弦結構分析計算和拉索連接節(jié)點方面的技術難題。 3、提出兩種弦支穹頂分類方法和預應力二階段分析方法，創(chuàng)建連續(xù)折線索 單元分析技術，建立了弦支穹頂從找形、預應力設定到結構性能分析的設計方法， 基于模型和實物試驗及理論分析揭示了弦支穹頂結構靜動力性能和穩(wěn)定特性，研 發(fā)了空間張弦結構的節(jié)點專利技術—預應力鋼結構滾動式張拉索節(jié)點，形成弦支 穹頂分析設計理論體系，解決了弦支穹頂應用中分析設計和節(jié)點構造的技術難題。 4、研發(fā)出張弦結構施工工藝仿真系統(tǒng)，提出了預應力施加方法和摩擦損失 補償方法，開發(fā)了張弦結構健康監(jiān)測系統(tǒng)，解決了張弦結構施工過程中的全過程 控制、監(jiān)測、安全和預應力損失等方面的技術難題。提出了“地面整體拼裝、一 次張拉外斜索成形”的施工方法，突破了大跨度索穹頂結構張拉成形的技術瓶頸。 技術水平及專利與獲獎情況：天津大學科技成果選編 172 該項科研成果發(fā)表學術論文 72 篇（其中 SCI 檢索 9 篇、EI 檢索 27 篇）， 獲發(fā)明專利 7 項，實用新型專利 8 項，獲國家科學技術進步二等獎 1 項，天津和 北京市科技進步一等獎3項，省部級科技進步二等獎4項，達到了國際領先水平。 應用前景分析及效益預測： 本項目關鍵創(chuàng)新成果代表了現(xiàn)代大跨度結構技術的水平,引領了世界空間結 構技術的發(fā)展,提升了中國大跨度技術在世界工程領域的地位，增強了國際競爭 力，可應用于體育場館、會展中心、交通樞紐站房等國家重要基礎設施工程中。 項目發(fā)表論文 72 篇(9 篇 SCI、27 篇 EI),獲發(fā)明專利 7 項,成果編入 10 本 著作和 6 本規(guī)程,推動了土木工程學科發(fā)展, 培養(yǎng)了一批高素質的結構工程科技 人才，對現(xiàn)代大跨結構的技術進步以及推動中國空間結構從大國向強國邁進都具 有重要的意義。 應用領域： 該項目科研成果已應用于包括奧運會場館在內的近百項大跨度結構工程中， 可廣泛應用于大型體育場館、會展文化中心、重大交通樞紐、大型廠房等基礎設 施工程中，可推廣應用程度高，取得了巨大的經(jīng)濟效益，工程節(jié)支總額超過二億 元，對我國大跨結構技術的發(fā)展具有顯著推動作用。 

本發(fā)明公開了一種數(shù)控機床實驗模態(tài)分析方法，包括 1)利用仿真軟件生成隨機值序列，并選擇采樣率以獲得感興趣的頻帶范圍；2)加工凸臺試件，使得試件表面生成的斷續(xù)切削寬度符合上述隨機值序列，從而得到對數(shù)控機床產(chǎn)生結構隨機沖擊的激勵；3)在數(shù)控機床的各部件上布置傳感器，以獲取機床結構振動響應信號；4)切削凸臺試件，完成結構模態(tài)激勵；5)選定振動響應幅值較大的測點作為基準點，按基于多參考最小二乘復頻域法(LSCF)辨識得到機床結構模態(tài)參數(shù)。本發(fā)明可以在無需外加激勵條件下，通過加工特定試件完成對數(shù)控機床激振，完成模態(tài)測試，大大降低模態(tài)實驗的激振成本和減小激振所造成的損失。

研究背景及挑戰(zhàn): 高精度無縫位置服務是智慧生活的關鍵技術之一, 也是實現(xiàn)以人為中心的智能情境感知技術基礎。然而, 復雜城市峽谷(高樓、天橋、隧道)地區(qū)連續(xù)導航、室內外高精度無縫定位由于衛(wèi)星信號頻繁受到阻隔、室內布局動態(tài)變化等因素,實現(xiàn)連續(xù)高精度全空間定位存在諸多挑戰(zhàn)。 本科研團隊研究內容: 基于團隊在 Wi-Fi, ZigBee, INS、圖像、超聲波、聲音、RFID 等多種定位技術科研成果,研發(fā)高精度、低功耗、低成本、易部署的多源融合定位云平臺,提供全時空位置服務及用戶行為挖掘服務平臺。 融合定位云平臺體系框架 全時空定位服務平臺上下文 突破彈性導航軟硬件架構及理論體系 基于因子圖多源融合定位算法 科研基礎: 國家重點研發(fā)計劃項目“自適應導航軟硬件技術”、高精度高魯棒性室內定位關鍵技術及裝置研究(863)、無線傳感網(wǎng)絡定位技術研究(NSFC)、基于眾包和群智計算的室內無線定位理論和方法 (NSFC)、自適應室內無線信號變化的低代價高精度定位技術研究(NSFC)等項目的支持下,已完成全時空融合定位云平臺,以及用戶行為挖掘大數(shù)據(jù)平臺建設。   科研成果: 1中國衛(wèi)星導航定位科技進步一等獎 2 獲UbiComp交通模式識別比賽冠軍 3獲阿里巴巴天池世界比賽冠軍 4 制定國家實時定位標準6項 5 發(fā)表中科院一區(qū)頂級SCI期刊論文 10 篇 6 獲得國家發(fā)明專利授權 20項,申請國家發(fā)明專利 32項 7 國際 IPIN2016 室內定位比賽第3名   成果應用案例: 華為、三星、中國電信集成、華大電子、22所等

南京工業(yè)大學計算機科學與技術學院史本云教授團隊聯(lián)合香港浸會大學計算機科學系與中國疾病預防控制中心寄生蟲病預防控制所（國家熱帶病研究中心）共建的智能化疾病監(jiān)控聯(lián)合實驗室，及時搜集疫情相關信息，追蹤相關數(shù)據(jù)，運用多源異構數(shù)據(jù)驅動的傳染病學模型和分析方法，針對武漢（新冠肺炎發(fā)源地）、北京、天津（京津冀地區(qū)）、深圳（粵港澳大灣區(qū)）、杭州和蘇州（長三角經(jīng)濟區(qū)）6座典型城市，開展了新冠肺炎疫情的回顧性分析和趨勢預判，精準評估了不同復工場景下的疫情風險和經(jīng)濟損失。該研究針對新冠肺炎疫情發(fā)展期、控制期和恢復期的不同階段，以及不同城市的傳播特點（本地傳播為主/輸入病例為主），綜合考慮了各個城市內不同年齡段的人口分布和不同人群（如學生、上班族和老人）的接觸強度、接觸時長等，設計了居家場所、學校場所、工作場所和公共場所4種主要接觸場景。通過結合城市間的人口流動數(shù)據(jù)，構建了數(shù)據(jù)驅動的傳染病動力學模型，對不同城市不同干預手段下的疫情走勢進行了評估。在此基礎上，研究人員結合不同城市的GDP增長預期和產(chǎn)業(yè)結構，基于對未來數(shù)日各城市疫情走勢的研判，對下一階段有序推動恢復正常生產(chǎn)提出了若干建議并進行了相應的經(jīng)濟損失評估。據(jù)悉，該研究成果和建議已經(jīng)通過國務院參事提交國家相關部門。

本發(fā)明提供了一種模態(tài)頻率對質量的靈敏度分析方法，構造結構導納矩陣并獲得前ｍ階模態(tài)頻率，從結構第一個節(jié)點開始添加質量攝動項，將加速度導納信息代入矩陣修正公式形式獲得攝動后的加速度導納，提取結構的頻率信息，獲得結構模態(tài)頻率對質量的靈敏度，按照節(jié)點順序改變質量攝動點位置獲得對應得靈敏度，從而獲得整個結構模態(tài)頻率對質量的靈敏度。本發(fā)明方法首先通過有限元計算獲得結構的加速度導納，當結構質量發(fā)生攝動時，利用矩陣變換公式無需有限元二次計算，只需要初始的加速度導納信息進行數(shù)值計算即可獲得攝動后的加速度導納，簡化計算效率，更加方便，實現(xiàn)了基于加速度導納對質量的靈敏度快速計算方法，具有實際工程意義。

本發(fā)明提供了一種柔性桁架結構基于剛度影響的重分析方法，首先基于有限元分析獲得柔性平面桁架位移頻響函數(shù)，構造位移頻響矩陣，當某一單元的彈性模量發(fā)生改變時，確定全局總剛度矩陣變化量，基于矩陣修正公式，根據(jù)初始位移頻響矩陣快速獲得修正后的結構響應，完成頻響動態(tài)重分析求解。因此，無需進行多次有限元計算，利用初始的頻響動態(tài)響應信號及明確結構的局部剛度變化，即可完成剛度攝動后結構的動態(tài)分析，簡化計算效率，更加方便，具有實際工程意義。

本發(fā)明提供了一種基于質量影響的快速靈敏度分析方法，構造速度導納矩陣，并獲得前m階模態(tài)頻率，從結構第一個節(jié)點開始添加質量攝動項，將速度導納矩陣代入矩陣修正公式獲得攝動后的速度導納矩陣，辨識結構的頻率，獲得結構模態(tài)頻率對質量的靈敏度，按照節(jié)點順序改變質量攝動點位置，重復前述步驟獲得對應得靈敏度，從而獲得整個結構模態(tài)頻率對質量的靈敏度，繪制靈敏度曲線。本發(fā)明當結構的質量發(fā)生變化時，利用矩陣變換公式無需進行有限元再次計算，只需要初始的速度導納信息進行數(shù)值計算即可獲得攝動后的速度導納，簡化計算效率，更加方便，實現(xiàn)了基于速度導納對質量的靈敏度快速計算方法，具有實際工程意義。

本發(fā)明公開了一種考慮力載荷的板結構屈曲溫度分析方法，計算考慮熱效應的結構線性剛度矩陣和熱應力剛度矩陣，計算板結構在力載荷作用下的結構位移；建立考慮結構變形的板結構線性剛度矩陣和非線性剛度矩陣，計算給定熱載荷作用下的結構熱應力剛度矩陣；計算結構屈曲因子，計算得到板結構此時的屈曲溫度；計算所得屈曲溫度和給定熱載荷的誤差值，若誤差值在容許值范圍內，則得到板結構最終的屈曲溫度等于所得屈曲溫度，否則將所得屈曲溫度作為新的給定熱載荷，并更新對應溫度的結構材料參數(shù)，重新計算直至最終獲得考慮力載荷的板結構屈曲溫度。本發(fā)明能夠有效提高復雜環(huán)境下板結構屈曲溫度分析精度。