《路基工程·特殊岩土与韧性路基》专栏

【编者按】路基工程正面临从“单一承载控制”向“全寿命性能设计”转型。该转型要求不仅要突破复杂应力路径下特殊土（如粗粒土、钙质砂）的本构描述难题，更要攻克材料性能演化以及固废资源化利用的系统性瓶颈。聚焦特殊岩土材料的宏-细观力学机理，研发新型低碳固化技术，并在复杂静动力场下实现路基性能的精准调控，是构建安全、长效、生态交通基础设施体系的核心路径。

在路基建设中，粗粒土、钙质砂等特殊土广泛分布，具有明显的结构性、环境敏感性以及宏-细观尺度效应，其宏-细观力学机理、新型绿色固化材料与改良技术，以及复杂静动荷载作用下路基结构长期稳定性控制，已成为制约交通基础设施安全与品质提升的关键科技难题。国家在《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》等政策文件中明确提出，要推动建材与岩土工程领域的绿色低碳转型，强化基础设施的长期性能与安全保障能力，这为相关研究指明了方向并提出了标准。

基于此，本期《路基工程·特殊岩土与韧性路基》专栏围绕特殊土路基填料的静力学特性、复杂荷载作用下路基响应与演化机制、绿色固化及资源化利用技术等方面展开系统探讨。专栏中既包括对路基填料动静力学特性及结构稳定性的综述性工作，也涵盖特殊土本构理论、新型环保固化材料及其工程应用效果等方面的最新研究进展。相关成果有望深化对路基材料力学行为与改良机理的认知，完善特殊土力学与绿色改良的理论体系，推动形成兼顾“安全、长效、生态”的路基工程新技术，为交通基础设施高质量与可持续发展提供有力支撑。

专栏文章列表

当期专栏主编简介：吕玺琳，同济大学教授，博士生导师，同济大学土木工程学院地基基础工程研究所所长，国家级青年人才。主持国家重点研发计划项目 1项、国家自然科学基金项目 5项、国家科技重大专项课题 1项、其他科研项目 20余项，获省部级及全国行业学（协）会科技进步一等奖 8项、二等奖 9项，发表 SCI、EI收录论文 150余篇，出版著作、教材 6部，授权国际、国内专利 40余项，登记国家软件著作权 20余项，参编国家、地方及团体标准规范 6部。

作 者：谢志伟，吕玺琳，马一跃，王宇辰，万予哲，卢锦添

摘 要：粗粒土是常用的路基填料。准确掌握粗粒土的工程特性，是高质量建造路基，进而保障路基长期稳定性及控制沉降的关键。在静、动力荷载作用下，粗粒土由颗粒重排及破碎等导致其力学特性演变复杂，从而易诱发路基累积变形过大及不均匀沉降等病害。本文围绕粗粒土路基变形及控制涉及的关键技术，系统梳理了国内外相关研究成果，重点从粗粒土的静力学特性、交通荷载下累积变形、颗粒破碎机理及调控改良技术等方面进行了总结分析。根据分析结果，建议未来着力加强粗粒土颗粒破碎与力学性能劣化的定量关联、多场耦合作用下长期性能演变、智能压实与材料设计协同控制等方面的研究，推动形成从材料改良、结构设计到性能调控的整体提升方案，为路基工程长期服役性能保障提供理论支撑。

关键词：路基工程；粗粒土；动静力学特性；沉降；调控改良

02/ 考虑颗粒破碎效应的钙质砂亚塑性本构模型

引用格式：徐王成，叶斐，廖栋，等 .考虑颗粒破碎效应的钙质砂亚塑性本构模型［J］.长沙理工大学学报（自然科学版），2026，23（1）：21-30.   Citation：XU Wangcheng， YE Fei， LIAO Dong， et al. A hypoplastic constitutive model incorporating particle breakage for calcareous sands［J］. J Changsha Univ Sci Tech （Nat Sci），2026，23（1）：21-30.

作 者：徐王成，叶斐，廖栋，潘坤，孙宏磊，蔡袁强

摘 要：【目的】钙质砂的颗粒在受力过程中容易发生破碎。这一特性显著影响材料的宏观力学行为。深入探究颗粒破碎对钙质砂力学性质的影响机制，对于岩土工程实践具有重要意义。【方法】采用单位体积塑性功函数量化颗粒破碎程度，并引入极限分布孔隙比的概念，推导考虑颗粒破碎的孔隙比的演化方程，构建一个与相对破碎率动态关联的临界状态线理论框架。【结果】将系统的数值模拟结果与不同围压、排水条件下的试验结果进行对比分析，验证了所建立模型的合理性与适用性：在加载过程中的颗粒破碎会显著削弱颗粒材料的强度特性，包括峰值强度和临界状态强度；初始围压的增加会增大颗粒破碎的程度。与原始亚塑性模型相比，改进后的模型可以更加合理地预测峰值和临界状态力学行为。【结论】本研究从单位体积塑性功与临界状态理论的角度，揭示了颗粒破碎影响钙质砂强度特性的内在机理。

关键词：钙质砂；临界状态；颗粒破碎；塑性功；亚塑性本构模型

03/ 公路路基隐蔽性病害的探地雷达智能检测综述

引用格式：金馨，郭凯丽，杨豪，等 . 公路路基隐蔽性病害的探地雷达智能检测综述J］. 长沙理工大学学报（自然科学版），2026，23（1）：31-43.  Citation：JIN Xin， GUO Kaili， YANG Hao， et al. A review of intelligent ground-penetrating radar detection for highway subgrade hidden defects［J］. J Changsha Univ Sci Tech （Nat Sci），2026，23（1）：31-43.   

作 者：金馨，郭凯丽，杨豪，张军辉摘 要：随着我国高等级公路网络逐步进入养护高峰期，路基隐蔽性病害的精准识别已成为保障道路长期服役性能与通行安全的核心挑战。探地雷达（ground-penetrating radar， GPR）作为一种高效的无损检测技术，能够实现路基内部结构的无损“成像”，为空洞、脱空、富水等典型病害的识别提供关键数据。然而，在实际复杂道路环境下，雷达数据的准确解译仍面临多重困难。本文系统阐述了公路路基隐蔽性病害探地雷达智能检测方法的研究进展。首先，分析了路基隐蔽性病害的检测技术及其研究现状，阐述了探地雷达的基本原理及各类检测技术的应用；然后，总结了路基病害图像处理与定量分析的研究方法；最后，重点探讨了基于深度学习的路基隐蔽性病害智能检测技术，包括目标检测与语义分割的发展及其在该领域的应用现状。本文旨在为公路路基隐蔽性病害智能识别与评估提供理论参考与技术展望。

关键词：公路路基；探地雷达；路基病害；智能识别；深度学习

04/ 低温养护下偏高岭土基地聚物固化土抗剪强度参数预测

引用格式：罗怀瑞，韩风雷，喻文兵，等 .低温养护下偏高岭土基地聚物固化土抗剪强度参数预测［J］.长沙理工大学学报（自然科学版），2026，23（1）：44-54.   Citation：LUO Huairui， HAN Fenglei， YU Wenbing， et al. Prediction of shear strength parameters of metakaolin-based geopolymer-solidified  soil under low temperature curing［J］. J Changsha Univ Sci Tech （Nat Sci），2026，23（1）：44-54.   

作 者：罗怀瑞，韩风雷，喻文兵，刘宗韩，许可

摘 要：【目的】基于传统室内试验开展的低温养护下地聚物固化土抗剪强度参数研究存在影响因素多、周期长、资源耗费高等问题。本研究旨在通过机器学习模型解决多因素下高度非线性的寒区地聚物固化土抗剪强度参数的预测问题。【方法】本文基于180组试验数据，建立了8个机器学习模型，使用了4个性能指标来定量评估机器学习模型的泛化能力，并分析了输入参数对寒区地聚物固化土抗剪强度参数的影响程度。【结果】在8个机器学习模型中，IVY-XGBoost模型对寒区地聚物固化土抗剪强度参数的预测表现最佳，相应的预测相对误差较小。参数敏感性分析结果表明，黏聚力和内摩擦角的最重要输入特征均为养护龄期。【结论】IVY-XGBoost模型不仅能够显著缩短试验周期、降低资源消耗，还可为寒区地聚物固化土的配合比设计与性能优化提供可靠依据。

关键词：低温养护；地聚物固化土；抗剪强度；机器学习

【智慧水利】栏目

05/ 静水条件下珊瑚砂颗粒云的演化特性研究

引用格式：刘雪莹，陈杰，蒋昌波，等 .静水条件下珊瑚砂颗粒云的演化特性研究［J］.长沙理工大学学报（自然科学版），2026，23（1）：55-67.   Citation：LIU Xueying， CHEN Jie， JIANG Changbo， et al. Study on evolution characteristics of coral sand particle clouds under hydrostatic  conditions［J］. J Changsha Univ Sci Tech （Nat Sci），2026，23（1）：55-67.

作 者：刘雪莹，陈杰，蒋昌波，伍志元，姚震

摘 要：【目的】珊瑚砂颗粒云的运动特性是泥沙研究的重要组成部分。由于珊瑚砂与石英砂存在显著差异，本文旨在探究现有泥沙运动公式是否适用于珊瑚砂。【方法】本文选取不同粒径的珊瑚砂进行群颗粒的静水扩散试验，研究珊瑚砂颗粒云在水中的演化特性。【结果】本文通过讨论不同因素对云演化特征的影响，发现空气释放高度、粒径尺寸、释放质量和喷嘴直径均对珊瑚砂颗粒云的演化产生影响。基于本文的试验数据，本文提出了适用于珊瑚砂颗粒云的沉降速度和云宽度的预测公式。【结论】珊瑚砂颗粒云在水中的沉降速度、锋面位置和云宽度等特征均与石英砂颗粒云的存在一定的差异。释放高度的变化加剧了射流前沿的不稳定性，颗粒云的云宽度受到很大影响，但沉降速度和锋面位置没有显著变化。

关键词：珊瑚砂；颗粒云；颗粒形状；泥沙沉降；演化特性

06/ 风光波流能源与水路交通融合的现状与展望

引用格式：陈龙，廖一涛，潘麒宇，等 . 风光波流能源与水路交通融合的现状与展望［J］. 长沙理工大学学报（自然科学版），2026，23（1）：68-86.   Citation：CHEN Long， LIAO Yitao， PAN Qiyu， et al. Integration of wind-solar-wave-current energy and waterway transportation： current status  and prospects［J］. J Changsha Univ Sci Tech （Nat Sci），2026，23（1）：68-86.

作 者：陈龙，廖一涛，潘麒宇，吴晨，王雷竹

摘 要：推进我国水路交通运输系统清洁能源技术应用是落实“双碳”战略目标、实现“交通强国”与“海洋强国”的重要途径。本文总结了国内外水路交通运输系统基础设施以及水上运载工具利用风光波流清洁能源的现状与前景，分析了海上风电、光伏、波浪能、潮流能等清洁能源的技术特性与资源禀赋，总结了国内外港口以及船舶中各类新能源技术的应用现状与未来发展趋势。风光波流多能互补是水路交通低碳转型的核心路径，但依然面临成本高、技术成熟度不足、标准缺失等瓶颈，建议通过协同攻关核心技术，优化水路交通运输新能源技术应用激励机制，提升港口及船舶应用新能源的积极性，健全水运交通可再生能源应用的标准和规范，推动交通与能源深度融合。

关键词：风光波流；船舶；水路交通；多能互补；清洁能源；交能融合

【路面工程】栏目

07/ 嵌段聚氨酯基固-固相变调温沥青的性能研究

引用格式：刘朝晖，张龙柯，黄优，等 .嵌段聚氨酯基固-固相变调温沥青的性能研究［J］.长沙理工大学学报（自然科学版），2026，23（1）：87-104.   Citation：LIU Zhaohui， ZHANG Longke， HUANG You， et al. Properties of polyurethane-based solid-solid phase change temperature-regulating  asphalt［J］. J Changsha Univ Sci Tech （Nat Sci），2026，23（1）：87-104.  

作 者：刘朝晖，张龙柯，黄优，李家科，余时清

摘 要：【目的】探究聚氨酯基固-固相变材料（polyurethane-based solid-solid phase change materials，PUPCMs）对沥青流变特性及调温性能的改性效果与作用机理，提高其在沥青路面中的工程适用性。【方法】制备了一系列具有不同软段质量分数的 PUPCMs及对应的改性沥青，并借助红外光谱试验揭示 PUPCMs作用机理，通过流变试验评价改性沥青的高低温性能，设计并开展了相变改性沥青的调温试验；此外，构建了改性沥青的复数剪切模量主曲线，并基于相关性分析评价了各流变性能指标的可靠性。【结果】PUPCMs的掺入改善了沥青的基础物理性能，显著提升了沥青的高温性能，增强了沥青弹性；低温连续分级温度 TL，C较单一蠕变参数能够更准确地表征相变改性沥青的低温性能差异；PUPCMs 改性沥青调温效果良好，最大降温幅度达 4.92 ℃；考虑 PUPCMs 对沥青性能的综合影响，推荐最佳软段质量分数为 90%。【结论】与固-液型相变材料 PEG4000相比，PUPCMs表现出更优的改性效果，同时通过控制 PUPCMs的合成参数可实现相变改性沥青路用性能与调温功能的协同优化，为相变材料在道路工程中的应用提供参考。

关键词：道路工程；聚氨酯基固-固相变材料；改性沥青；流变性能；调温效果；主曲线

08/ 黄金尾矿砂的细度对PE-ECC的性能影响研究

引用格式：于新，钟纪雄，何平平，等 .黄金尾矿砂的细度对 PE-ECC 的性能影响研究［J］.长沙理工大学学报（自然科学版），2026，23（1）：105-117.   Citation：YU Xin， ZHONG Jixiong， HE Pingping， et al. Study on effect of fineness of gold tailings on properties of PE-ECC［J］. J changsha  Univ Sci Tech （Nat Sci），2026，23（1）：105-117.

作 者：于新，钟纪雄，何平平，刘雨松，范霖，李洪亮

摘 要：【目的】以固废材料黄金尾矿砂为细集料，深入研究黄金尾矿砂的细度对工程用水泥基复合材料（engineering cementitious composite，ECC）的工作性能和力学性能的影响。【方法】在两种水胶比（0.25和 0.30）下 ，制 备 了 3 组 含 有 不 同 细 度 黄 金 尾 矿 砂 的 聚 乙 烯 纤 维 -工 程 用 水 泥 基 复 合 材 料（polyethylene fiber engineering cementitious composite，PE-ECC）试件（在下文中，“聚乙烯纤维”简称为“纤维”）。以砂浆的屈服应力和塑性黏度为指标来评价 ECC 的工作性能；以极限拉伸应力、极限拉伸应变、抗压强度、抗折强度和基体断裂韧度为指标来评价 ECC 的力学性能；通过纤维分散系数、孔隙率以及纤维与基体界面的破坏情况解释微观机理。【结果】在两种水胶比下，随着黄金尾矿砂的细度的增加，砂浆的屈服应力和塑性黏度均提高，流变性能均减弱，从而导致纤维在浆体中的均匀分散性变差。首先，纤维无法有效发挥桥接作用，在薄弱界面处呈现出纤维拔断的失效机制，大大削弱了 ECC 的高韧性能；其次，基体断裂韧度和初裂强度的增加均抑制了ECC应变硬化行为的发生；再次，孔隙率的增大降低了基体结构的密实度，影响了纤维与基体的有效黏结，抑制了 ECC 的多缝开裂现象。随着黄金尾矿砂的细度的增加，ECC 试件的抗压强度变化不大，而抗折强度降低。【结论】细度越小的黄金尾矿砂越能提高 PE-ECC 的工作性能、抗拉性能和抗折性能。该研究成果为黄金尾矿砂在工程领域中的应用提供了重要依据。

关键词：ECC；黄金尾矿砂；细度；工作性能；力学性能

09/ 基于事件递归卷积网络的沥青路面宏观纹理重建

引用格式：闫振，吴炜，杨晓英，等 .基于事件递归卷积网络的沥青路面宏观纹理重建［J］.长沙理工大学学报（自然科学版），2026，23（1）：118-129.   Citation：YAN Zhen， WU Wei， YANG Xiaoying， et al. Reconstruction of asphalt pavement macrotexture using event-based recurrent  convolution network［J］. J Changsha Univ Sci Tech （Nat Sci），2026，23（1）：118-129.   

作 者：闫振，吴炜，杨晓英，柏飞，郑艳敏，马永香，童峥

摘 要：【目的】精准高效地重构路表三维宏观纹理是公路抗滑性能检测与评价的核心环节。为提升沥青路面宏观纹理三维重建的准确性，提出基于事件相机与进化递归卷积网络的沥青路面宏观纹理三维重建方法。【方法】首先，事件相机以事件张量形式采集沥青路面宏观纹理信息。其次，特征累积模块通过事件对比累积的方法增强事件张量中与路面宏观纹理相关的特征。最后，进化递归卷积网络将累积后的事件张量转化为体素化三维宏观纹理。【结果】通过 13 561个路段样本测试三维重建方法性能，测试结果表明，本文方法在不同光照和路表材料条件下的三维重建相对误差的绝对值为 2.75%，阈值 1.0 的精度为 94.32%，优于其他基于图像和基于事件的三维重建方法。【结论】以事件数据为输入的宏观纹理三维重建方法为沥青路面抗滑检测提供了一种高效稳定的新途径。

关键词：路面检测；路面宏观纹理；三维重建；事件相机；深度神经网络

10/ 基于空隙分布特征的开级配抗滑磨耗层渗透性能研究

引用格式：李雪连，洪潮，陈鹏 .基于空隙分布特征的开级配抗滑磨耗层渗透性能研究［J］.长沙理工大学学报（自然科学版），2026，23（1）：130-141.   Citation：LI Xuelian， HONG Chao， CHEN Peng. Study on permeability of open-graded friction course based on void distribution characteristics［J］. J Changsha Univ Sci Tech （Nat Sci），2026，23（1）：130-141.   

作 者：李雪连，洪潮，陈鹏

摘 要：【目的】确定不同细观空隙的连通程度、孔喉形状和大小等分布特征对开级配抗滑磨耗层（open graded friction course，OGFC）渗透性能的影响。【方法】本文首先通过 X 射线（X-ray）获取 OGFC 试件二维计算机断层扫描（computed tomography，CT）图像；然后借助 AVIZO 可视化软件提取空隙与连通空隙特征，分析其对混合料渗透性能的影响；最后利用连通孔隙网络模型进行渗透模拟，并通过灰关联法定量分析连通空隙率、迂曲度、空隙数量和空隙平均等效直径与渗透性能的相关性。【结果】将 X-ray CT扫描、图像处理和三维重构技术相结合，可以更加方便、精确且直观地表征混合料内部的空隙分布特征；空隙与连通空隙分布均表现为试件两端空隙率大、大空隙数量多且中间少的规律，这使堵塞物更容易从路表进入路面结构内；对比OGFC三维重构模型和孔隙网络模型，发现孔喉的大小、长度、数量和等效直径等特征是制约 OGFC渗水能力的主要因素；结合灰关联分析法，可得到各空隙分布特征对渗透性能的影响由大到小依次为连通空隙率、空隙平均等效直径、空隙数量、迂曲度。【结论】本研究可快速提取空隙特征，并确定混合料渗透性能的关键影响因素，为评价 OGFC路面的渗透性能提供理论依据。

关键词：道路工程；开级配抗滑磨耗层；三维重构；空隙分布特征；渗透性能；灰关联分析法

【新材料】栏目

11/ MOF及其碳基复合材料在环境污染治理中的应用

引用格式：马冬菁 .MOF及其碳基复合材料在环境污染治理中的应用［J］.长沙理工大学学报（自然科学版），2026，23（1）：142-161.   Citation：MA Dongjing. Application of MOF and carbon-based composite materials in environmental pollution control［J］. J Changsha Univ Sci  Tech （Nat Sci），2026，23（1）：142-161.

作 者：马冬菁

摘 要：金属有机框架（metal-organic framework，MOF）及其碳基复合材料作为新型功能材料，在环境保护与污染控制领域得到了广泛的研究。本文系统梳理了相关的制备工艺、应用进展及性能优化策略。在材料制备上，溶剂热法、水热法等技术可实现 MOF的精准合成。MOF的复合改性可拓展功能边界，也可灵活调控孔径和提升稳定性，以满足不同污染治理的需求。在实际应用中，MOF 及其碳基材料凭借高比表面积与活性位点，能在水污染治理中高效去除重金属、有机污染物等；在大气污染控制中能助力挥发性有机化合物的吸附、SO₂与 NOₓ的脱除，以及 CO₂的捕集；在土壤修复中能降低污染物的生物有效性。通过碳基材料的协同调控、结构优化及外部干预，可精准调控材料性能，解决稳定性差、成本高、再生难等问题。MOF及其碳基复合材料在环境修复方面展现出巨大潜力。未来，技术的绿色化与低成本化发展助力生态文明建设，有望实现高效经济治理。

关键词：金属有机框架；环境修复；金属有机框架复合材料

12/ 新型元启发式算法：碰撞算法及其改进算法

引用格式：李奇奇，牛林风，胡林 .新型元启发式算法：碰撞算法及其改进算法［J］.长沙理工大学学报（自然科学版），2026，23（1）：162-173.   Citation：LI Qiqi， NIU Linfeng， HU Lin. A novel metaheuristic algorithm：collision algorithm and its improved algorithm［J］. J Changsha Univ  Sci Tech （Nat Sci），2026，23（1）：162-173.

作 者：李奇奇，牛林风，胡林

摘 要：【目的】为提升元启发式算法在求解复杂工程优化问题时的性能，本研究基于动量守恒定律，提出一种新型元启发式优化算法——碰撞算法（collision algorithm，CA），并针对该算法局部搜索能力不足、种群多样 性 退 化 的 问 题 对 其 进 行 多 策 略 改 进，进 而 提 出 一 种 多 策 略 改 进 的 碰 撞 算 法（a multi-strategy improved  collision algorithm，AMICA）。【方法】首先，搭建 CA架构并验证其性能；然后，通过精英池策略、Circle混沌映射初始化、t分布变异策略、自适应螺旋搜索策略以及基于余弦函数的非线性收敛因子等策略对 CA 进行改进，得到 AMICA；最后，通过 IEEE CEC2017基准测试函数对 AMICA进行性能测试。【结果】基于 IEEE CEC2017测试函数的综合评估结果表明，AMICA 在单峰、多峰、混合及组合函数中均表现出显著优势，在收敛速度、精度及鲁棒性方面均显著优于 CA 及其他对比算法。Wilcoxon 秩和检验与 Friedman检验进一步验证了 AMICA 优异的全局搜索能力及良好的稳定性，AMICA 在所有测试函数中均呈现显著优越性，且综合性能最优。【结论】新型元启发式碰撞算法凭借其独特的探索方式，能够为元启发式算法的创新研究提供新思路，且经多策略协同改进后，算法性能得到显著提升。相较于现有先进算法，AMICA 在复杂优化问题求解中展现出更加优越的综合性能。

关键词：元启发式算法；碰撞算法；精英池策略；混沌映射；自适应螺旋搜索

13/ 含缺陷 Timoshenko微梁的自由振动分析

引用格式：彭斌峰，赵冰，陈健，等 .含缺陷 Timoshenko微梁的自由振动分析［J］.长沙理工大学学报（自然科学版），2026，23（1）：174-183.   Citation：PENG Binfeng， ZHAO Bing， CHEN Jian， et al. Free vibration analysis of Timoshenko micro-beams with defects［J］. J Changsha Univ  Sci Tech （Nat Sci），2026，23（1）：174-183.

作 者：彭斌峰，赵冰，陈健，彭旭龙，龙承运

摘 要：【目的】研究厚度缺陷对微梁自由振动的影响。【方法】在 Timoshenko梁的刚度表达式中引入厚度缺陷分布函数，然后基于修正梯度弹性（modified gradient elasticity， MGE）理论，利用哈密顿原理得到微梁的自由振动控制方程，最后采用 Newmark-β 法和六虚节点有限差分方法对方程进行求解。【结果】缺陷深度、宽度及位置对微梁自由振动的影响都主要体现在振幅和加速度幅上，而对基频的影响极小；微梁内部特征长度参数越小，微梁振幅随缺陷宽度和深度的变化而变化的幅度越大。【结论】若仅考虑 Timoshenko微梁自由振动的基频，则可忽略厚度缺陷的影响；若要考虑其振幅，则不可忽略厚度缺陷的影响。

关键词：Timoshenko微梁；缺陷；自由振动；尺寸效应；修正梯度弹性理论

14/ 考虑横向剪切变形碳纳米管增强截锥壳非线性受迫振动

引用格式：彭雄风，陈得良 .考虑横向剪切变形碳纳米管增强截锥壳非线性受迫振动［J］.长沙理工大学学报（自然科学版），2026，23（1）：184-194.   Citation：PENG Xiongfeng， CHEN Deliang. Analysis of nonlinear forced vibration of carbon nanotube-reinforced truncated conical hells  considering transverse shear deformation［J］. J Changsha Univ Sci Tech （Nat Sci），2026，23（1）：184-194.

作 者：彭雄风，陈得良

摘 要：【目的】研究边界条件、横向剪切变形、碳纳米管分布方式、结构尺寸等参数对功能梯度碳纳米管增强复合材料（functionally graded carbon nanotube-reinforced composite，FG-CNTRC）截锥壳主共振幅频响应曲线的影响。【方法】首先，基于一阶剪切变形理论和 von Kármán 几何非线性理论，利用 Reissner 变分原理推导了截锥壳的非线性运动平衡方程；然后，采用伽辽金分离变量法得到 FG-CNTRC 截锥壳的非线性常微分方程组；最后采用多尺度法进行求解。【结果】数值分析结果表明：在碳纳米管最佳梯度分布下，FG-CNTRC 截锥壳的幅频响应曲线峰值比在最差梯度分布下的最多降低约 6.1%；当提升碳纳米管体积分数、减小半顶角、减小长厚比时，幅频响应曲线的最大幅值分别最多减小约 27.9%、26.7%、60.1%，且当截锥壳的长厚比较大时，可忽略横向剪切变形效应对 FG-CNTRC截锥壳主共振幅频响应曲线的影响。【结论】选择合适的边界条件、碳纳米管体积分数、碳纳米管分布方式、结构尺寸等参数均可有效提高 FG-CNTRC 截锥壳的稳定性；在中厚壳情况下，当计算 FG-CNTRC截锥壳主共振幅频响应曲线时，须考虑横向剪切变形效应的影响。

关键词：截锥壳；功能梯度；碳纳米管增强复合材料；几何非线性；受迫振动

【生物智造和大健康】栏目

15/ 基于气体传感阵列的水果成熟度智能分类研究

引用格式：李云，何昕怡，周远鑫，等 .基于气体传感阵列的水果成熟度智能分类研究［J］.长沙理工大学学报（自然科学版），2026，23（1）：195-208.   Citation：LI Yun， HE Xinyi， ZHOU Yuanxin， et al. Research on intelligent classification of fruit ripeness based on gas sensor array［J］. J  Changsha Univ Sci Tech （Nat Sci），2026，23（1）：195-208.

作 者：李云，何昕怡，周远鑫，朱黎

摘 要：【目的】现有商用电子鼻在对复杂混合挥发性有机化合物（volatile organic compounds，VOCs）特征的提取能力上存在不足，在特定场景（如农产品品质检测）的应用中存在局限性。为此，本文提出一种基于金属氧化物半导体（metal oxide semiconductor，MOS）气体传感器阵列的水果成熟度智能分类方法。【方法】首先，基于MOS 气体传感器与数字温湿度传感器设计 12 维传感阵列，以灵敏检测不同成熟度的水果特有的复杂混合VOCs变化；其次，自制动态气路采集装置，采集香蕉、芒果、荔枝和猕猴桃 4种水果在不同成熟阶段的传感器阵列的响应电压数据，并自建含气体响应和温湿度特征的水果成熟度数据集；再次，利用滑窗均值滤波等方法对采集数据进行预处理，设计时频融合 Transformer模型；最后，该模型进行快速傅里叶变换-逆快速傅里叶变换，并结合残差连接，可实现对水果成熟度的智能分类评估。【结果】为验证时频融合 Transformer模型的性能，基于测试集开展多组对比试验。该模型在测试集上的准确率达 89.58%、精确率达 89.94%、召回率达89.58%、F1 分 数 达 89.56%、马 修 斯 相 关 系 数 达 88.67%，分 别 比 经 典 Transformer 模 型 的 提 升 了 5.41、5.24、5.41、5.63、5.86 个百分点。故 MOS 气体传感器阵列及采集装置能够有效捕获水果在不同成熟度时的 VOCs变化趋势，时频融合 Transformer 模型能够高效提取时频特征。【结论】基于 MOS 气体传感器阵列的水果成熟度智能分类方法，在高灵敏响应 VOCs 的基础上，利用人工智能技术实现了易腐水果的无损、快速分类以及成熟度分类，在智慧仓储和品质控制等领域具有广阔的应用前景。

关键词：水果成熟度；挥发性有机化合物；温湿度；气体传感器阵列；模型

《长沙理工大学学报（自然科学版）》简介

编辑：林  丹

审核：刘  平

终审：赵  冰

《长沙理工大学学报（自科版）》编辑部

2026年4月2日