Journal of Zhejiang University

Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000,Monthly.

JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018).

Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

2023 Vol.24 No.11 P.937-1042

Cover:

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Contents:

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<<< CONTENTS >>>

Research Articles

Core-drilling kinematic modeling and analysis of Jiaolong submersible manipulator

Xu YANG, Xin LIU, Shizhen LI, Yugang REN, Limin ZHU

DOI: 10.1631/jzus.A2200484 Downloaded: 507 Clicked: 858 Cited: 0 Commented: 0(p.937-948) <Full Text> <PPT> 243

Chinese summary <7> 蛟龍号載人深潛器機械臂岩芯取樣運動學建模與分(fēn)析

作者：楊旭¹，劉鑫¹，李世振¹，任玉剛²，朱利民³
機構：¹山東大(dà)學，海洋研究院，中(zhōng)國青島，266237；²國家深海基地管理中(zhōng)心，中(zhōng)國青島，266237；³上海交通大(dà)學，機械系統與振動國家重點實驗室，中(zhōng)國上海，200240
目的：在具有不确定地形特點的深海環境下(xià)，基于蛟龍号載人深潛器機械臂開(kāi)展重力沉積方向的岩芯取樣作業是深海技術領域的一(yī)個重要挑戰。本文旨在探讨蛟龍号載人深潛器機械臂岩芯取樣的運動學特點，并提出實現蛟龍号載人深潛器機械臂岩芯取樣作業的關節軌迹調控方法。
創新點：1.揭示蛟龍号載人深潛器可實現的岩芯取樣作業空間；2.提出一(yī)種可完成重力沉積方向岩芯取樣任務的機械臂關節軌迹設置方法。
方法：1.建立蛟龍号載人深潛器機械臂與深海地理環境間的姿态轉換模型；2.建立機械臂操縱鑽機實現重力方向岩芯取樣的運動學正解與逆解模型；3.通過對機械臂第六主動關節的調節，實現岩芯鑽機姿态的穩定保持；4.通過計算分(fēn)析，揭示蛟龍号載人深潛器在不同坐地姿态下(xià)可實現的岩芯取樣空間，并計算典型岩芯取樣任務所需的機械臂關節軌迹。
結論：1.可以通過調節蛟龍号載人深潛器機械臂第六個主動關節，實現岩芯鑽機作業姿态的穩定保持；2.基于蛟龍号載人深潛器機械臂的岩芯取樣作業，可通過預設第二和第三主動關節軌迹并同時主動調節第一(yī)、第四、第五和第六主動關節軌迹來實現；3.蛟龍号載人深潛器水平坐地時，其岩芯取樣作業空間類似橢球體(tǐ)：X方向的範圍爲-300.5~1847.0 mm,Y方向的範圍爲-1656.6~1656.6 mm，Z方向的範圍爲-2023.7~1133.9 mm。

關鍵詞組：蛟龍号載人深潛器；不确定姿态；岩芯取樣；運動學模型

Effect of carbon dioxide concentration on the combustion characteristics of boron agglomerates in oxygen-containing atmospheres

Lian DUAN, Zhixun XIA, Yunchao FENG, Binbin CHEN, Jiarui ZHANG, Likun MA

DOI: 10.1631/jzus.A2200468 Downloaded: 752 Clicked: 937 Cited: 0 Commented: 0(p.949-959) <Full Text> <PPT> 164

Chinese summary <334> 含氧氣氛中(zhōng)的二氧化碳濃度對硼團聚體(tǐ)燃燒特性的影響

作者：段煉，夏智勳，馮運超，陳斌斌，張家瑞，馬立坤
機構：國防科技大(dà)學，空天科學學院，中(zhōng)國長沙，410073
目的：在沖壓發動機燃燒室中(zhōng)，含碳燃料燃燒産生(shēng)的CO₂與硼團聚體(tǐ)一(yī)起進入燃燒室。本文旨在探究在O₂濃度固定的情況下(xià)，CO₂濃度對團聚硼燃燒特性的影響規律，以深入認識在O₂和CO₂共存的情況下(xià)，團聚硼的燃燒模式以及硼的反應和能量釋放(fàng)路徑。
創新點：1.直接觀測燃燒過程中(zhōng)，團聚硼的表面形貌的變化過程；2.通過凝相燃燒産物(wù)分(fēn)析測試獲得團聚硼在O₂和CO₂共存的氣氛中(zhōng)的反應消耗路徑。
方法：1.通過激光點火(huǒ)實驗，直接觀察在不同CO₂濃度的氣氛下(xià)，團聚硼燃燒過程中(zhōng)的表面形貌、顆粒結構和火(huǒ)焰形貌的演變過程（圖3~5）；2.分(fēn)析得到凝相燃燒産物(wù)的表面形貌、元素成分(fēn)以及晶體(tǐ)結構（圖10~12）；3.通過熱重-差示掃描量熱法獲得在不同CO₂濃度的氣氛中(zhōng)，團聚硼的低溫氧化過程。
結論：1.硼團聚體(tǐ)在高溫含氧氣氛中(zhōng)可與CO₂反應生(shēng)成B₄C，增加硼的反應和消耗途徑，改變了顆粒的物(wù)理化學性質和燃燒狀态；2.在O₂濃度固定爲20%的氣氛中(zhōng)，當顆粒溫度達到硼的熔點時，CO₂含量的增加使得硼團聚體(tǐ)的燃燒模式由單顆粒液滴燃燒轉變爲多孔顆粒燃燒；3.當顆粒溫度低于B₂O₃的沸點時，B₄C氧化生(shēng)成的B₂O₃形成玻璃态液膜覆蓋在顆粒表面，阻礙顆粒進一(yī)步燃燒。

關鍵詞組：硼燃燒；無定形硼；含硼推進劑；固體(tǐ)燃料沖壓發動機

Short-term tunnel-settlement prediction based on Bayesian wavelet: a probability analysis method

Yang DING, Xiaowei YE, Zhi DING, Gang WEI, Yunliang CUI, Zhen HAN, Tao JIN

DOI: 10.1631/jzus.A2200599 Downloaded: 379 Clicked: 550 Cited: 0 Commented: 0(p.960-977) <Full Text> <PPT> 158

Chinese summary <301> 基于小(xiǎo)波-貝葉斯的隧道短期沉降預測：一(yī)種概率分(fēn)析方法

作者：丁楊^1,2,3，葉肖偉⁴，丁智¹，魏綱¹，崔允亮¹，韓震⁵，金濤¹
機構：¹浙大(dà)城市學院，土木工(gōng)程學系，中(zhōng)國杭州，310015；²浙大(dà)城市學院，城市基礎設施智能化浙江省工(gōng)程研究中(zhōng)心，中(zhōng)國杭州，310015；³浙大(dà)城市學院，浙江省城市盾構隧道安全建造與智能養護重點實驗室，中(zhōng)國杭州，310015；⁴浙江大(dà)學，建築工(gōng)程學院，中(zhōng)國杭州，310058；⁵南(nán)京地鐵運營有限責任公司，中(zhōng)國南(nán)京，210012
目的：隧道沉降是會嚴重影響隧道結構及其臨近建築的安全隐患。本文旨在建立一(yī)種沉降預測模型用于實時預測南(nán)京地鐵隧道的沉降情況，并通過探讨沉降數據的預處理方法和所提模型中(zhōng)的網絡結構（移動窗口和預測比例）對預測性能的影響，确定模型的最優結構組成。
創新點：1.考慮未知(zhī)沉降值的不确定性，并結合高斯先驗和協方差函數推導出沉降預測值的均值和方差表達式；2.基于現場實測數據，驗證所提出模型的有效性。
方法：1.通過理論推導，構建考慮沉降不确定性的貝葉斯預測模型，并結合高斯先驗過程計算得到沉降預測值的均值和方差表達式；2.通過南(nán)京地鐵現場實測數據驗證所提模型的有效性，并通過參數敏感性分(fēn)析，确定最優移動窗口及預測比例；3.通過數值計算，探讨數據預處理方法對模型預測精度的影響。
結論：1.本文提出的概率預測模型能夠預測沉降的發展規律，且沉降變化值均在95%的置信區間内。2.移動窗口過大(dà)會導緻概率預測模型過拟合，而移動窗口過小(xiǎo)則會導緻概率預測模型欠拟合；針對本文的沉降數據，最佳移動窗口爲5。3.對原始沉降數據進行小(xiǎo)波降噪處理，能夠提高概率預測模型的預測精度。

關鍵詞組：地鐵建設；沉降概率預測；結構健康監測；小(xiǎo)波去(qù)噪；高斯先驗；貝葉斯仿真

Experimental investigation on cenosphere-aluminum syntactic foam-filled tubes under axial impact loading

Li WANG, Boyi ZHANG, Jian ZHANG, Yuexin JIANG, Wei WANG, Gaohui WU

DOI: 10.1631/jzus.A2200430 Downloaded: 470 Clicked: 655 Cited: 0 Commented: 0(p.978-990) <Full Text> <PPT> 168

Chinese summary <333> 軸向沖擊載荷作用下(xià)鋁基複合泡沫填充管的實驗研究

作者：王理^1,2，張博一(yī)^1,2，張箭^1,2，蔣月新^1,2，王偉^1,2，武高輝³
機構：¹哈爾濱工(gōng)業大(dà)學，土木工(gōng)程學院，中(zhōng)國哈爾濱，150090；²哈爾濱工(gōng)業大(dà)學，結構工(gōng)程災變與控制教育部重點實驗室，中(zhōng)國哈爾濱，150090；³哈爾濱工(gōng)業大(dà)學，金屬基複合材料工(gōng)程技術中(zhōng)心，中(zhōng)國哈爾濱，150006
目的：本文旨在分(fēn)析鋁基複合泡沫在軸向沖擊荷載作用下(xià)不同參數（泡沫芯材平均粒徑和沖擊速度等）對填充管力學性能和吸能能力的影響，并研究填充管試件的設計方法，以提高泡沫填充管試件的耐撞性。
創新點：1.利用三種新型鋁基複合泡沫材料與鋁管結合，制備具有優異性能的鋁基複合泡沫填充管試件；2.對比分(fēn)析複合泡沫填充管在不同類型荷載作用下(xià)的吸能表現。
方法：1.通過沖擊加載實驗，研究軸向沖擊荷載作用下(xià)複合泡沫平均粒徑和加載速度對填充管試件力學性能的影響（圖12和13）；2.通過結合靜力加載實驗，對比分(fēn)析填充管在兩種荷載作用下(xià)變形模式和吸能能力的特點，并驗證複合泡沫填充管緩沖吸能的優越性（圖22）。
結論：1.随着複合泡沫芯材平均孔徑的增加，試件的塑性變形能力增強。2.鋁管能有效限制芯材的開(kāi)裂，使試件的初始峰值壓碎載荷和平均壓碎載荷均有明顯提高。3.所有鋁複合泡沫填充管在沖擊加載下(xià)的比吸能均高于15 J/g；其中(zhōng)150SFFT的比吸能可達25 J/g，優于普通泡沫鋁試件。4.150SFFT在軸向沖擊載荷下(xià)的峰值載荷是靜态壓縮載荷下(xià)的1.93倍；沖擊載荷下(xià)材料的應力水平提高，且填充管試件的有效吸能率可達97.8%。

關鍵詞組：鋁基複合泡沫；耐撞性；力學性能；能量吸收

Experimental and theoretical analysis of a hybrid vibration energy harvester with integrated piezoelectric and electromagnetic interaction

Shifan HUANG, Weihao LUO, Zongming ZHU, Zhenlong XU, Ban WANG, Maoying ZHOU, Huawei QIN

DOI: 10.1631/jzus.A2200551 Downloaded: 564 Clicked: 805 Cited: 0 Commented: 0(p.991-1002) <Full Text> <PPT> 134

Chinese summary <172> 壓電-電磁混合振動俘能器的實驗與理論分(fēn)析

作者：黃世帆，羅偉昊，朱宗明，徐振龍，王班，周茂瑛，秦華偉
機構：杭州電子科技大(dà)學，機械工(gōng)程學院，中(zhōng)國杭州，310018
目的：振動俘能器作爲一(yī)種富有前景的無線傳感器網絡供電方法，壓電與電磁的耦合有助于提高振動俘能器的輸出性能。本文旨在探讨壓電和電磁在混合振動俘能器中(zhōng)的集成，考慮壓電和電磁不同的連接拓撲，并對該混合振動俘能器的優化結構進行探索，提出改進其性能的方法。
創新點：1.将壓電和電磁兩種能量收集裝置集成在一(yī)個系統中(zhōng)進行分(fēn)析；2.分(fēn)析壓電與電磁之間不同的連接拓撲，建立其集總參數模型；3.提出該混合振動俘能器的優化結構。
方法：1.首先對壓電-電磁混合振動俘能器的輸入和輸出信号進行分(fēn)析，強調對其包含多頻(pín)成分(fēn)的特征理解不夠充分(fēn)，提出并讨論表征這類信号的方法。2.通過實驗分(fēn)析壓電和電磁混合振動俘能器四種連接拓撲方式的輸出性能，推導出他們的集中(zhōng)參數模型。3.将這些參數模型的數值預測結果與實驗結果進行比較（圖4~6），揭示系統中(zhōng)的非線性。4.對優化的混合振動俘能器進行了實驗分(fēn)析探索，提出改進其性能的方法。
結論：1.針對不同的連接拓撲，通過實驗研究的混合振動俘能器的均方根電壓和平均功率與所建立模型的數值預測結果一(yī)緻。2.電磁和壓電部件之間的電氣連接可以調節俘能器的頻(pín)率特性并改變其輸出性能。3.用彈性彈簧取代原混合振動俘能器的上部固定磁鐵，性能得到了明顯的改善，并觀察到了相當大(dà)的頻(pín)率調整；改變彈簧和移動磁鐵之間的初始距離(lí)d會極大(dà)地影響俘能器的輸出性能（圖10和11）。

關鍵詞組：混合能量收集；非線性；磁彈簧；壓電；電磁

Correlation between travel experiences and post-COVID outbound tourism intention: a case study from China

Yilin SUN, Yinan DONG, Dianhai WANG, E. Owen D. WAYGOOD, Hamed NASERI, Kazuo NISHII

DOI: 10.1631/jzus.A2300057 Downloaded: 604 Clicked: 595 Cited: 0 Commented: 0(p.1003-1016) <Full Text> <PPT> 212

Chinese summary <176> 出行經曆與後疫情時代出境旅遊意向之間的相關性--來自中(zhōng)國的案例研究

作者：孫轶琳^1,2,3,4，董轶男^1,5，王殿海^1,2，E. Owen D. WAYGOOD⁶，Hamed NASERI⁶，Kazuo NISHII⁷
機構：¹浙江大(dà)學，建築工(gōng)程學院，中(zhōng)國杭州，310058；²浙江大(dà)學建築設計研究院，中(zhōng)國杭州，310028；³阿裏巴巴-浙江大(dà)學前沿技術聯合研究中(zhōng)心，中(zhōng)國杭州，310058；⁴浙江大(dà)學，工(gōng)程師學院，中(zhōng)國杭州，310015；⁵浙江大(dà)學平衡建築研究中(zhōng)心，中(zhōng)國杭州，310028；⁶蒙特利爾工(gōng)程學院，土木、岩土和采礦工(gōng)程系，加拿大(dà)蒙特利爾，H3T 1J4；⁷流通科學大(dà)學，政策研究系，日本神戶，651-2188
目的：全球旅遊業在新冠肺炎疫情期間遭受了嚴重沖擊，并與經濟發展密切關聯，因此，探求如何推進其相關産業的複興十分(fēn)重要。由于中(zhōng)國是疫情前最大(dà)的出境遊客來源國，對中(zhōng)國人在後疫情時代的出境旅遊意向及其影響因素進行研究，有利于促進國際旅遊市場的複蘇。
創新點：1.構建LightGBM模型，參數化各類變量及組合與後疫情時期出境旅遊意向之間的關系；2.通過SHAP算法，可視化各類因素對後疫情時期出境旅遊意向的影響。
方法：1.通過網絡調查收集2450份有效問卷，并統計疫情期間受訪者單日、多日出遊次數以及出行方式等信息（圖2）；2.通過模型構建及參數調優，以後疫情時期的出境遊意向爲因變量，基于所收集數據訓練LightGBM模型并評估其效能（圖3）；3.運用SHAP算法，對各個自變量的影響進行排序及部分(fēn)依賴圖分(fēn)析（圖4和5）。
結論：1.疫情期間的日常出行及旅遊經曆對後疫情時期的出境旅遊意向的影響程度最大(dà)；2.多日遊頻(pín)率的上升和日常購物(wù)出行中(zhōng)小(xiǎo)汽車(chē)利用率的增加，顯著促進出境旅遊意向的增強；3.後疫情時期，不同年齡段的人群在出境旅遊意向及出行方式選擇上的差異愈加明顯。

關鍵詞組：出境旅遊；旅遊行爲；出行行爲；新冠肺炎；集成學習

Reviews

Review: Advances in micro-nano biosensing platforms for intracellular electrophysiology

Jiajin XUE, Min SHAO, Zhigang GAO, Ning HU

DOI: 10.1631/jzus.A2300267 Downloaded: 353 Clicked: 564 Cited: 0 Commented: 0(p.1017-1026) <Full Text> <PPT> 153

Chinese summary <174> 面向細胞内電生(shēng)理的微納生(shēng)物(wù)傳感平台研究進展

作者：薛佳金¹，邵敏⁴，高志(zhì)剛¹，胡甯^1,2,3
機構：¹浙江大(dà)學醫學院附屬兒童醫院，普外(wài)科，中(zhōng)國杭州，310052；²浙江大(dà)學，化學系，中(zhōng)國杭州，310058；³浙江大(dà)學杭州國際科創中(zhōng)心，浙江-以色列自組裝功能材料聯合實驗室，中(zhōng)國杭州，311215；⁴浙江大(dà)學醫學院第二附屬醫院，體(tǐ)檢中(zhōng)心，中(zhōng)國杭州，310052
摘要：建立可靠的電生(shēng)理檢測平台對于心髒學和神經科學的研究至關重要。在過去(qù)的十年中(zhōng)，基于微納傳感和控制技術的器件已經被開(kāi)發用于構建電生(shēng)理平台，其獨特的形态優勢和新穎的處理方法爲實現高通量、高保真的電信号記錄提供了潛力。在本文中(zhōng)，我(wǒ)們分(fēn)析了有源/無源微納傳感平台的結構、跨膜策略和電生(shēng)理檢測。結合微納米傳感技術面臨的機遇和挑戰，展望了微納米傳感技術的巨大(dà)發展潛力，以推動更高水平的電生(shēng)理平台建設，滿足實驗研究和臨床應用的需要。

關鍵詞組：細胞内電生(shēng)理；微納生(shēng)物(wù)傳感平台；心髒學和神經科學；細胞内動作電位

Review: Biomaterial types, properties, medical applications, and other factors: a recent review

Reeya AGRAWAL, Anjan KUMAR, Mustafa K. A. MOHAMMED, Sangeeta SINGH

DOI: 10.1631/jzus.A2200403 Downloaded: 856 Clicked: 1075 Cited: 0 Commented: 0(p.1027-1042) <Full Text> <PPT> 168

Chinese summary <173> 最新綜述：生(shēng)物(wù)材料類型、性能、醫療應用及其他因素

作者：Reeya AGRAWAL^1,3, Anjan KUMAR¹, Mustafa K. A. MOHAMMED², Sangeeta SINGH³
機構：¹VLSI Research Centre, GLA University, 281406 Mathura, India;²Radiological Techniques Department, Al-Mustaqbal University College, 51001 Hillah, Babylon, Iraq;³Microelectronics & VLSI Lab, National Institute of Technology, Patna 800005, India
概要：當患者體(tǐ)内的受損器官/組織被修複/替代後，患者的生(shēng)活質量将會得到大(dà)幅改善。用于人體(tǐ)植入性治療的生(shēng)物(wù)材料必須具備特定的性能。人體(tǐ)對生(shēng)物(wù)材料的接受程度是決定器官修複/移植成敗的關鍵因素。最新的生(shēng)物(wù)材料的結構應與組織内的結構相似。當前，基于先進的抗污、殺菌及抗生(shēng)物(wù)膜技術，研究者正在研發抗感染的生(shēng)物(wù)材料；它在現代醫療中(zhōng)預防和治療重大(dà)傳染性疾病是不可或缺的。這些對生(shēng)物(wù)材料提出了新的要求。将來的研究熱點之一(yī)是制備人體(tǐ)植入物(wù)的材料，并添加金屬、陶瓷及聚合物(wù)。這篇綜述涵蓋了組織工(gōng)程所需的生(shēng)物(wù)材料的概念、關鍵特征以及生(shēng)物(wù)材料（包括生(shēng)物(wù)活性材料和生(shēng)物(wù)可吸收材料）在醫療實踐中(zhōng)的應用，并将會幫助研究者更好地選取生(shēng)物(wù)材料。

關鍵詞組：生(shēng)物(wù)材料；醫療應用；受損器官或組織；修複；移植