为了研究隧道围岩在静动应力耦合作用下的变形和损伤情况, 建立地应力与爆破荷载耦合作用的隧道模型。首先依据文笔山隧道现场监测数据和岩体波速反推围岩的JH2本构参数。根据围岩等级, 结合已知参数和波动方程, 给出简易的JH2本构参数确定方法, 并通过子程序嵌入ABAQUS中建立围岩的损伤模型; 为了使仿真模型更接近现实情况, 先进行地应力平衡, 将此时的土体状态作为爆破模拟的初始应力状态, 再采用等效爆破荷载法模拟隧道爆破, 以此在宏观上实现大型岩土工程在静动应力耦合作用下的爆破仿真。仿真模型不仅考虑爆破面的爆破效果, 还着重研究爆破对隧道围岩的影响情况。研究结果表明: 初始地应力在隧道爆破中对围岩的损伤和变形都有不可忽视的作用。初始地应力的存在诱导损伤扩展, 地应力越大, 损伤越大, 拱底在竖向发生2.2 m最大损伤深度; 在相同进尺, 地应力越小变形越大, 拱顶在靠近开挖面处产生11.7 mm最大变形。围岩上下的水平收敛变形不同: 上部背离隧道, 下部指向隧道, 围岩上下台阶分界处受剪切荷载。围岩的损伤与变形贴合实际工程, 研究结果丰富隧道爆破模拟, 对隧道爆破施工有现实指导意义。

为探究砂浆-混凝土接缝界面动态受压力学性能, 设计混凝土、砂浆以及砂浆-混凝土接缝界面三种不同试件, 应用液压伺服试验机和霍普金森杆(SHPB)对试件静动态力学性能展开试验研究, 由试验获取不同拼接缝工况下试件破坏形态和力学特征参数。同时, 利用CT扫描技术, 分析了三种不同试样的动态增强效果, 并从细观层面揭示了其作用机理。结果表明: 在静态作用下, 接缝试件整体抗压强度处于砂浆试件与混凝土试件之间; 在动态作用下, 三种不同试件抗压强度随着应变率提高逐步增加, 混凝土对应变率有更强的敏感性, 砂浆的敏感性最弱。相较于混凝土试件, 砂浆和砂浆-混凝土接缝试件受压破坏后的完整性显著提升; 利用试验数据并基于欧洲混凝土委员会提出的CEB公式优化得到适用于三种不同材料的动态提高因子(DIF)与应变率数学模型, 该模型具有较好的适用性。

同步辐射光源产生超高速的衍射图像数据流，需要通过数据筛选降低数据传输和存储的压力。但互相竞争的研究小组不愿意分享数据，现有基于深度学习的筛选方法难以应对隐私保护下有效训练的挑战，因此首次将联邦学习技术应用在辐射光源衍射图像筛选中，通过数据和模型分离，实现隐私保护下的训练数据增广。提出筛选方法Federated Kullback-Leibler（FedKL），基于改进的KL散度和数据量权重，对全局模型更新进行改进，在获得高准确率的同时降低算法的复杂度，满足高速数据流高精度处理要求。针对异地光源多中心数据同步训练的困难，又提出同步和异步相结合的混合训练方式，在不降低模型识别准确率的同时，显著提升了模型的训练速度。在光源CXIDB-76公开数据集上的实验结果表明，相比FedAvg，FedKL能够提升准确率和F1分数，分别提升了25.2个百分点和0.419。

富勒烯和金属富勒烯具有独特结构和新奇电子特性, 在生物医药、量子、信息等领域具有巨大的应用潜力。然而, 如何提高产量是金属富勒烯走向实际应用的一个必须解决的关键技术难题。要高产量、高选择性的合成金属富勒烯, 弄清形成机理、开发新的合成方法是必由之路。本工作聚焦于全面剖析富勒烯和金属富勒烯的形成机理, 为突破其产能瓶颈探明道路。一方面, 利用密度泛函理论计算和分子动力学模拟富勒烯的形成过程, 指导优化富勒烯的合成条件。另一方面, 精确控制金属富勒烯合成的惰性气体压力、电弧区组分以及原料组成等条件, 制备了一系列具有特定结构和功能的金属富勒烯, 发展了金属富勒烯的高效制备策略。最后, 还探究了金属富勒烯形成后的保护方法, 并取得了一定成效, 为将来金属富勒烯的产业化奠定了坚实基础。

为了实现高灵敏度的双参量传感，设计了一种对称的全介电超表面结构。在超表面上涂覆气敏薄膜后，会产生标记为dip 1和dip 2的两个Fano共振峰，可用于同时测量折射率和气体体积分数。计算结果表明，dip 1的折射率灵敏度和气体体积分数灵敏度分别为1035 nm/RIU和-0.57 nm/%，dip 2的折射率灵敏度和气体体积分数灵敏度分别为543.6 nm/RIU和-0.87 nm/%。该传感器可用于双参量的高灵敏度测量，且这种对称结构得到的透射谱不受光源偏振角度的影响，提高了传感器对光源的适应性，为环境空间的检测提供了一种新方法。

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,系统研究了完全Heusler合金Cr2ZrSb/Sc2FeSn(100)异质结中六种界面CrCr-ScFe-T、ZrSb-ScSn-T、CrCr-ScSn-B、ZrSb-ScFe-B、CrCr-ScFe-V和 ZrSb-ScSn-V的电磁特性及电子性质。结果表明,界面原子间的相互作用造成了界面间原子层的不均匀,导致界面层的力学失配率加大。与块体中的高自旋极化率相比,异质结的自旋极化率遭到不同程度的破坏。但是,ZrSb-ScFe-B界面保留了较高的自旋极化率值,通过Julliere模型预测该异质结在低温下隧道磁电阻值约为429.29%,在自旋电子学器件中具有潜在的应用前景。

为解析长株潭地区 PM2.5 演化的多尺度特征, 阐释其演化的主要动力机制, 提出了一种集合经验模态分解 (EEMD) 和多重分形消除趋势波动分析 (MFDFA) 的新模型, 研究了该区域 2015 年 1 月 1 日至 2019 年 12 月 31 日 PM2.5 浓度的动力演化。利用 EEMD 方法获得了各城市 PM2.5 的高频模态以及趋势项, 趋势项结果表明 PM2.5 浓度呈下降趋势, 而 PM2.5 的高频模态反映了 PM2.5 浓度波动的非线性特征。进一步采用 MFDFA 方法对其高频累加模态进行分析, 研究表明 PM2.5 高频分量存在较强的多重分形特征。此外, 还利用相位随机替代法和随机重构法研究了其多重分形的主要来源, 结果表明 PM2.5 浓度波动在不同时间尺度内的长期持续作用是造成高浓度 PM2.5 污染涌现的主要动力因素。最后, 讨论了气象条件对其高频分量多重分形强度的影响, 结果发现, 相对于其他季节, 冬季 PM2.5 高频模态的多重分形强度更强。分析表明, 尽管该区域通过大气污染行动计划已取得积极的污染控制效果, 但在冬季, 污染物演化的长期持续动力机制对 PM2.5 高频模态的演化发挥着更加主导的控制作用, 不同时间尺度上 PM2.5 非线性长期持续动力机制导致冬季仍有高浓度 PM2.5 涌现的风险, 甚至出现更为严重的污染。本研究结果对于区域 PM2.5 多时间尺度演化动力特征的研究以及大气污染预测预警机制的建立具有重要意义。

二维材料MXene纳米片由于具有较大的比表面积和较高的电子迁移率而受到广泛的关注。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，对单层MXene纳米片Ti2N电磁特性的过渡金属(Sc、V、Zr)掺杂效应进行了系统研究。结果表明，所有过渡金属掺杂体系结合能均为负值，结构均稳定；其中Ti2N-Sc体系的形成能为-2.242 eV，结构更易形成，且保持稳定；掺杂后Ti2N-Sc、Ti2N-Zr体系磁矩增大；此外，Ti2N-Sc体系中保留了较高的自旋极化率，达到84.9%，可预测该体系在自旋电子学中具有潜在的应用价值。