人类世生物地球化学循环及其科学

地球已进入新的地质时代——“人类世”,人类已成为全球变化的主要驱动力。人类活动导致的地球生态系统的生物地球化学过程及关键生源要素的生物地球化学循环的改变直接或间接地影响着地球生态系统的关键功能,给人类福祉和可持续发展带来诸多威胁。本文基于地球系统科学研究的新进展,综述了人类世全球变化特征、生物地球化学循环在地球系统各圈层演化中的作用及其变化规律。特别关注了自然资源开发利用、生产和消费模式改变等人类活动对生物地球化学循环的影响,以及由此产生的气候、生态和环境效应。研究表明,应对人类世全球变化需要系统理解人类活动作为主要驱动力的多要素和多尺度生物地球化学循环过程及其生态和环境效应,基于地球系统科学的理论与方法开展针对人类世社会-生态系统的自然科学和社会科学的交叉融合研究。在文末提出了人类世生物地球化学研究的优先领域和方向,并强调解决受人类活动和气候变化高度影响下人类世生物地球化学循环的各种复杂科学问题的迫切性和重要性。

多学科合作、多主体联动与多元文化乡村社区:个案管理方法在积石山地震灾后社会康复中的应用经验初探

通过呈现、反思“积石山地震灾后社会康复多学科联合行动项目”团队社会康复服务的典型案例,本文旨在初步探讨多学科合作、多主体联动下的个案管理方法在多元文化乡村社区地震伤员、社区残障人士中的社会康复应用实践经验。研究发现,乡村社区多元文化情境下的灾后社会康复实践行动需要打破专业壁垒,扩充社会康复知识以实现跨专业合作;多主体在联动的过程中要以“全人康复”“社区为本的康复”这两个通约价值观为合作基础,科学、灵活运用个案管理方法,在个体、家庭、社区和社会四个层面上最大化整合资源;同时,在多元化文化环境中,社区工作者要在实践中注重积累文化敏感性这一必备能力。

仿生平面三角形单元积分声场的波函数构造

波叠加法在求解声源外部辐射声场时,需要对所有离散单元进行数值积分计算导致计算效率较低,而等效源法由于过度简化单元始终存在较大的积分近似误差.针对以上缺陷,利用Helmholtz方程在球坐标系下的解构造了一种与单元积分等效且无需积分的波函数.受仿生复合材料三角形缝合结构启发,以适用范围最广的平面三角形单元为例,构造了波函数的一般形式和内推形式.最后,通过数值仿真对比了两种波函数与直接积分的计算声场的精度和效率.结果表明,两种波函数与直接积分的计算误差低于0.5%,且内推波函数的计算效率约为直接积分的6倍.

基于Chebyshev多项式和区间重叠率的对接圆柱壳结构区间模型修正

采用基于Chebyshev多项式和区间重叠率的区间模型修正方法对对接圆柱壳结构进行了模型修正研究.首先,通过模态试验获取了结构固有频率,运用核密度估计法得到了固有频率的区间范围;然后,采用薄层单元法模拟螺栓连接部件,建立了对接圆柱壳结构的有限元模型,分析了结构的模态特性;之后,采用确定性模型修正方法修正了圆柱壳和法兰的材料参数;最后,选择基于Chebyshev多项式和区间重叠率的区间模型修正方法对薄层单元中的不确定性参数进行了修正.研究结果表明:修正后参数区间上界和下界的误差满足工程精度要求,修正后输出空间与试验输出空间吻合良好,验证了所用区间模型修正方法的可行性和有效性.

平直翼飞翼布局飞机的操稳特性

飞翼布局飞机气动效率高,常被太阳能飞机所采用,但操稳特性较差.平直翼飞翼布局飞机具有与主流后掠飞翼布局飞机不同的气动特性.使用涡格法计算了轻小型平直翼飞翼布局无人机的气动力系数与气动导数,分析了某验证机的俯仰静稳定性及不同迎角、爬升角下的纵向与横航向稳定性,讨论了重心位置低于机翼平面对其稳定性的影响,并制作航空模型试飞.研究发现,平直翼飞翼布局飞机的纵向稳定性与常规布局飞机不同,可以在无增稳条件下维持横航向稳定,荷兰滚倾向弱.重心位置降低可以改变配平迎角,使其在正迎角下俯仰更稳定,但会使其在负迎角或大爬升角下的俯仰稳定性恶化.飞机在飞行中表现出多种特殊行为,需要进一步研究.

压电纤维复合材料对悬臂结构的作动行为研究

压电纤维复合材料(macro fiber composite,MFC)是由美国NASA研发的综合性能优秀的新型压电材料,掌握MFC的力学行为有利于将其投入结构变形控制、减振降噪和健康监测等领域.目前对MFC宏观力学行为的研究中缺乏对作动力与驱动电压直接关系的研究,现有的以MFC为作动器的应用中所使用力电关系的精度有限,不利于将MFC投入更精密的使用场景.针对此问题,文章采用经典板理论,考虑了MFC与受控结构的相对尺寸,推导了MFC对悬臂结构的作动力方程.为兼顾计算的准确性和便利性,建立了考虑MFC叉指电极真实电场的精细有限元模型开展压电静力仿真,给出将MFC叉指电极的弯曲电场简化为匀强电场的修正系数.搭建MFC-悬臂梁结构的实验装置,对有限元模型和作动力公式加以验证.精细模型与简化模型的仿真结果与实验进行对比,总体误差较小,验证了模型和修正系数的可靠性.理论计算与仿真结果对比,误差在1%以内,表明所得作动力预测公式在较大的宽度比范围内均具有较好精度.建立的MFC作动力模型对MFC应用于悬臂结构的变形控制和振动抑制有一定指导意义.

带有斜向惯容的悬挂式隔振系统动力学特性仿真研究

首先,将惯容器、阻尼器和弹簧进行组合,设计实现全并联隔振单元,并将其斜向布置,构成新型悬挂式隔振系统;其次,以软件ADAMS与MATLAB联合仿真的方式,构建带有斜向惯容器、阻尼器和弹簧的悬挂式隔振系统以及仅带有斜向阻尼器和弹簧的悬挂式隔振系统的仿真模型,并对两种隔振系统进行对比研究,探讨斜向惯容的作用;然后,针对带有斜向惯容器、阻尼器和弹簧的悬挂式隔振系统的加速度传递特性进行研究,改变隔振系统参数观察传递率曲线变化,并探讨了在ADAMS环境下以数值方法、半数值半模型方法表示惯容结构的可行性;最后,以半数值半模型的方法表示惯容,在随机激励下对带有斜向惯容器、阻尼器和弹簧的悬挂式隔振系统中的惯容施加速度与相对速度、加速度与相对速度、相对加速度与相对速度三种半主动控制方式,探讨不同控制方式对隔振性能的影响。研究结果表明,斜向惯容器可以改善悬挂式隔振系统对低频振动的隔离效果,但会增加高频部分的传递率,相对加速度与相对速度和加速度与相对速度的控制方式可以明显提高悬挂式隔振系统对随机激励的衰减效果。

大展弦比板弯扭耦合受迫振动分析

对于工程广泛存在的大展弦比结构,首次研究了大展弦比板弯扭耦合受迫振动响应.考虑弦向相对弯曲刚度远大于展向弯曲刚度,将弦向截面等效为刚体,考虑其绕展向轴线的扭转,应用Hamilton原理分别计算大展弦比板的势能与动能,建立两端简支的大展弦比板弯扭耦合受迫振动的动力学控制方程.将动力学控制方程进行Galerkin截断后,通过谐波平衡法和微分求积法/微分求积单元法,计算得到了大展弦比模型弯扭耦合受迫振动稳态响应的解析解及数值解,同时验证了解的截断收敛性及谐波收敛性.最后研究了外激励幅值对结构受迫振动响应的影响.结果将为工程中广泛存在的大展弦比结构设计提供指导.

绿色建造下预拌混凝土原材料市场发展趋势

面对泵送混凝土的传统原材料资源枯竭、生产过程能耗大、碳排放高、污染严重等情况以及中国土木工程行业实施绿色建造的大趋势,各种新的原材料逐渐被开发和推广,其质量、产量、社会认可度逐渐提高。优质天然河砂和卵石在原产地供不应求,而老旧淤塞河道中尚可开采;使用大粒径天然卵石、石灰石、建筑垃圾等为原料生产的碎石和机制砂将成为新的替代品。水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉等原材料在生产企业进行转型升级并倾向于在交通便利地区集中建厂的过程中,导致平原、丘陵、山地等区域间供应不均衡的问题,因此,需根据施工所在地的供料情况,采取就地取材的策略。聚羧酸型缓凝高效减水剂以其高效、经济、相容性高、施工方便等优点已普及市场,还需进一步提升与机制砂等材料的适应性;而钙系和镁系膨胀剂对混凝土的补偿收缩需确保与混凝土收缩同步以控制收缩裂缝并避免结构胀裂。配制泵送混凝土需站在建筑全寿命周期的高度考察和改进各种原材料的性能并充分发挥原材料之间的组合效应。

机场改扩建综合交通枢纽工程不停航绿色施工研究

机场改扩建工程具有高度集约的特点,施工场地空间有限、工作面多、工期紧张,需控制各类污染物的密集排放,全过程不影响飞行区的运营。文章以长沙机场改扩建综合交通枢纽工程为例,基于绿色施工理念从组织管理和技术措施两方面论述不停航施工,结合BIM+4D等信息管理技术布置现场、组织施工,实施降尘、降噪、定向照明、避免漂浮物等措施,使机场改扩建综合交通枢纽工程施工与飞行区运营同步正常进行,在确保工程质量、安全、进度的基础上,有效控制环境污染,取得包括经济、环保、社会等效益在内的绿色综合效益。相关研究可为类似机场改扩建工程不停航绿色施工提供参考和借鉴。

二阶主共振下旋转叶片振动抑制器稳定性研究

旋转叶片作为燃气轮机的核心部件,在高温高压的环境中工作,通常由于振动过量而失效。主动控制有着附加质量小、控制频带宽等优点,适合旋转叶片的工作环境和结构。因此,近年来针对旋转叶片主动控制的研究逐渐受到国内外学者的重视。该研究探讨内共振条件下具有时间延迟的旋转叶片的振动控制器稳定性。压电纤维复合材料是一种新型的压电智能材料,在航天、航空等领域有着广泛的应用。利用压电纤维复合材料传感器和作动器,研究旋转叶片1∶2内共振时二阶主共振条件下的主动控制,建立了受控系统的运动微分方程,采用多尺度法推导出受控叶片的演化方程,推导出稳态时前两阶模态稳态响应的解析解。研究了参数变化对响应的影响规律和对系统稳定性的影响。随后对原系统进行数值积分对解析解进行了验证。结果为旋转叶片动力学行为的研究提供了理论基础。

基于路径积分法的输液管道随机动态响应分析

随机激励下的输液管道在工程上广泛存在,对其进行研究具有十分重要的意义.为了预测高斯白噪声激励下输液管道系统的随机动态响应,基于哈密顿原理建立了高斯白噪声激励下非线性输液管道的动力学模型.采用Galerkin截断方法对输液管道的控制方程进行离散化.采用基于Gauss-Legendre公式的路径积分法计算了输液管道随机振动响应的位移概率密度函数和速度概率密度函数.采用Monte Carlo方法与路径积分法得到的计算结果进行对比,验证了路径积分法在计算输液管道振动响应上具有较高的计算精度.研究了流速、激励强度和阻尼系数对输液管道位移概率密度函数和速度概率密度函数的影响,并确定了输液管道位移概率密度函数出现双峰时的临界流速.结果表明,采用路径积分法计算输液管道系统的动态响应是有效的.流速增大会使系统可能发生的最大位移变大,可能发生的最大速度不变;激励强度增大会使系统可能发生的最大位移和最大速度变大;阻尼系数增大会使系统可能发生的最大位移和最大速度变小.此外,研究发现流速增大是诱导输液管道发生随机分岔的因素之一.

双通道旋转输流管临界流速和振动模态分析

旋转叶片是航空发动机重要零件之一,服役条件十分恶劣,常常因振动过量导致其失效.为了合理设计含冷却通道的叶片,保证其可靠性与安全性,需对含冷却通道的叶片的振动特性进行研究.基于EulerBernoulli梁理论,将叶片简化为含两通道的悬臂旋转输流管,考虑了通道轴线偏移量对流体动能的影响,采用Lagrange原理结合假设模态法建立包含双陀螺效应的运动控制方程,采用降阶扩维的方法求解系统特征值.研究两通道模型的流速比、转速和长细比等对前3阶特征根曲线影响.将文章模型退化为简支单通道输流管,与文献报道结果进行对比,部分验证建模方法的正确性.研究发现:在相同的管道截面积下,两通道模型的临界流速值大于单通道模型的;旋转运动引入的陀螺效应会使得第2,3阶特征根轨迹发生绕圈现象,并多次穿越虚轴;随着长细比的增大,系统会表现出类似非旋转的悬臂输流管的动力学行为;系统的横向位移模态响应呈现出行波特性,且在不同参数组合下,阻尼因子对前3阶模态产生不同的增强或减弱作用.

热环境中超临界黏弹性输流管道自由振动分析

基于Euler-Bernoulli梁模型,本文研究了热环境中输流管道在超临界范围内流固耦合自由振动特性.考虑温度增量以及初始轴向拉力作用,在两端简支边界条件下,利用广义Hamilton原理建立输流管道横向振动偏微分-积分控制方程.通过解析方法得到输流管道非平凡静平衡位形及临界流速精确表达式,与微分求积单元法(DQEM)数值结果吻合较好.基于复模态法,结合伽辽金(Galerkin)法离散系统偏微分-积分控制方程,得到热环境下超临界输流管道的模态函数和固有频率.结果表明,温度增量越大,临界流速越小,此时的管道越容易屈曲,但相同流速下超临界管道固有频率越大;初始拉力越大,临界流速越大,相同流速下超临界固有频率越小.该研究可以为热环境中超临界状态下的管道系统振动设计提供理论指导.

抗精神病药联合重复经颅磁刺激对首发精神分裂症患者临床疗效

目的:探讨抗精神病药联合重复经颅磁刺激对首发精神分裂症患者临床疗效及其卫生经济学效益分析。方法:选择首发精神分裂症患者85例为研究对象,随机分为观察组40例和对照组45例。两组患者均采用抗精神病药治疗,观察组联合重复经颅磁刺激治疗。比较两组患者阳性与阴性症状量表(PANSS)评分、疗效、生活质量量表(SQLS-R4)评分,评价该方案的卫生经济学效益。结果:观察组患者治疗后PANSS中阳性症状、阴性症状及一般精神病理评分均明显低于对照组(t=4.119,t=2.286,t=3.231;P均<0.05);观察组治疗总有效率明显高于对照组,随访期内PANSS总评分及复发率明显低于对照组(P<0.05);观察组SQLS-R4生活质量评分明显高于对照组(P<0.05);观察组劳动价值明显高于对照组,成本支出明显低于对照组(P<0.05);观察组效益-成本比明显高于对照组(P<0.05)。结论:对首发精神分裂症患者采用抗精神病药联合重复经颅磁刺激治疗,可提高临床治疗效果,让患者获得更佳的卫生经济学效益。

基于MRI影像组学模型鉴别鼻腔鼻窦内翻乳头状瘤与息肉

目的探讨基于磁共振T2WI及增强T1WI影像组学模型在鉴别鼻腔鼻窦内翻乳头状瘤与息肉的应用价值。方法搜集病理证实且具有完整T2WI及增强T1WI图像的内翻乳头状瘤(NIP)病例54例,单侧鼻息肉(NP)病例51例。采用ITK-Snap勾画病灶的所有层面。采用pyradiomics提取影像组学特征,首先使用最小冗余最大相关(mRMR)进行特征提取,进一步使用rfe-SVM特征消除,去掉最小得分的特征,建立预测模型。使用ROC曲线敏感性和特异性评价模型的性能,并在验证集中验证。结果总共提取影像组学特征1133个,经mRMR降维后筛选保留30个特征用于建立预测模型。T1WI增强预测模型的AUC值为:训练集0.98,验证集0.95,训练集的敏感度和特异度分别为89.7%和100%,验证集的敏感度和特异度分别为93.8%和93.3%。T2WI预测模型的AUC值为:训练集0.95,验证集0.91,训练集的敏感度和特异度分别为82.1%和95.6%,验证集的敏感度和特异度分别为93.8%和84.2%。结论基于磁共振影像组学T1WI增强预测模型及T2WI预测模型对鉴别鼻腔鼻窦内翻乳头状瘤及息肉有一定的价值。

甲烷团簇同位素研究进展及其在表层地球系统碳循环研究中的应用

团簇同位素是当今地球化学研究的前沿领域。有关团簇同位素技术原理、指示意义、模型校正等方面研究已取得初步成果,而在表层地球系统研究领域以及地理、环境和生态等领域的综合应用研究工作亟待加强。在表层地球系统中,碳循环过程涉及广泛且影响深远,而甲烷(CH_(4))作为碳循环中关键环节的重要物质组成,揭示其来源及地球化学过程具有重大意义。甲烷团簇同位素技术的引入将为开展相关研究提供有效工具,该技术在揭示时间-空间不同尺度碳循环研究等领域具有广阔的应用前景。本文综述了团簇同位素的理论基础、测试分析现状及国内外主要研究成果。重点讨论了CH_(4)团簇同位素研究现状、理论模型和同位素不平衡的影响因素,并论述了团簇同位素在天然气、大气和水体CH_(4)成因和转化的应用典型案例。最后提出对开展不同实验室间测试结果对比、测定自然丰度下环境样品、探索准平衡过程的展望,以期对未来应用甲烷及其他物质,如二氧化碳的团簇同位素开展表层地球系统碳循环研究起到一定的借鉴作用。

单层缓冲区多层网格的格子Boltzmann方法

针对多层网格格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method,LBM),发展了一种无需时间插值的、基于单层缓冲区的粗细网格信息传递优化算法.该算法利用四叉树结构,构建不同层级格点之间的父子关系,简化了粗细网格交界面上的分布函数转换,可以充分发挥LBM的局部性与并行性.基于该算法开发了一套通用的多层网格LBM并行程序,对顶盖驱动方腔流、点声源扩散、NACA0012翼型绕流问题进行了数值计算,计算结果验证了该算法和程序的有效性及其良好的加速比、效率和可扩展性等并行性能.与标准LBM相比,本文基于单层缓冲区的多层网格LBM在计算稳定性、收敛速度和计算效率等方面具有明显优势.

基于Kriging模型的航空发动机管道系统有限元模型修正

为获得精确可靠的航空发动机外部管道结构动力学模型,采用将Kriging模型与多目标遗传算法(MOGA)相结合的模型修正方法进行有限元模型修正.首先进行管道模型的模态试验和有限元建模,分别获得模态参数的试验值和有限元分析值;然后在合理的参数选取和试验设计(DOE)的基础上,拟合得到Kriging模型;最后基于Kriging模型采用多目标遗传算法进行有限元模型修正,并对比了不同修正方法的精度和修正效果.结果表明:采用Kriging模型进行有限元模型修正可以有效提升修正效果,获得更为准确的有限元模型;对于航空发动机管道系统,基于Kriging模型的模型修正方法相较于基于灵敏度分析的模型修正方法具有更高的修正效率和修正精度.

渤海湾西岸入海河流中有机碳来源及其影响因素分析

基于化学计量特征和不同形态碳的稳定同位素组成,探讨了渤海湾西岸具有不同闸坝控制状态和土地利用方式的两条入海河流(独流减河和捷地减河)水体中有机碳(OC)来源的时空变化及其影响因素。分析结果显示独流减河和捷地减河水体中溶解有机碳同位素组成(δ^(13)C_(DOC))的变化范围分别为-29.0‰~-24.3‰和-28.4‰~-24.2‰,而颗粒有机碳同位素组成(δ^(13)C_(POC))的变化范围分别为-36.9‰~-22.0‰和-35.7‰~-20.6‰。自河流上游到近海处,除部分点源受人为因素影响的水体外,两条河流的δ^(13)C_(DOC)值和δ^(13)C_(POC)值均呈增大趋势,且夏季比初春季节偏正。计算结果显示两条河流的有机碳主要来源于浮游生物、水生维管束植物、土壤有机质和城市污水,其相对比例分别为49%~59%、7%~11%、13%~16%和17%~27%。研究表明,河流内部的新陈代谢过程(初级生产和有机质降解)和人为活动(流域土地利用方式和闸坝控制状态等)对弱水动力条件下的两条入海河流中OC的来源和转化具有重要影响,且具有季节差异,即河流初级生产的影响在夏季强于初春季节,人为活动的影响则在初春季节强于夏季。此外,在入海口闸坝影响下,独流减河下游水体中颗粒有机碳源于浮游生物的比例在夏季和初春季节比捷地减河下游分别高9%和16%,而夏季独流减河下游水体中溶解无机碳变化也主要受控于河流初级生产,显著不同于其上游及捷地减河(主要受控于河流有机质降解)。研究结果可为深入理解弱水动力条件下入海河流OC的来源及其影响因素提供科学依据。