TRANSFER-MATRIX METHOD FOR SURFACE SPIN WAVES IN A SEMI-INFINITE MAGNETIC SUPERLATTICE WITH A SINGLE-ION ANISOTROPY

Surface spin waves in a semi-infinite magnetre super lattice with a single-ion uniaxial anisotropy are investigated through the transfer mafrix method.The dispersion equations of surface spin wavs are obfained.We find that not all the magnetic superlattice structures can excite the surface spin waves,and that the anisotropy term need not be favorable to the excitation of surface spin wavs,but surely influences the values of the energy of the excited surface spin waves.

A theory for three-dimensional response of micropolar plates

Through combined applications of the transfer-matrix method and asymptotic expansion technique,we formulate a theory to predict the three-dimensional response of micropolar plates.No ad hoc assumptions regarding through-thickness assumptions of the field variables are made,and the governing equations are two-dimensional,with the displacements and microrotations of the mid-plane as the unknowns.Once the deformation of the mid-plane is solved,a three-dimensional micropolar elastic field within the plate is generated,which is exact up to the second order except in the boundary region close to the plate edge.As an illustrative example,the bending of a clamped infinitely long plate caused by a uniformly distributed transverse force is analyzed and discussed in detail.

土地利用变化对石羊河流域径流影响分析

土地利用和土地覆被变化(LUCC)对流域可持续发展和水资源管理至关重要。运用SWAT模型,采用1980、1990、2000、2010、2020年5个时期的土地利用矢量图,定量评估了石羊河流域LUCC对径流的时空动态影响。结果表明,1980~2020年耕地和建设用地面积逐年增加,林地、草地和水域覆盖面积整体减小;5个时期模拟的年均径流量分别为97.3、101.8、84.4、77.1、71.5 mm;SWAT模型在石羊河流域有较好的适用性,在率定期和验证期,不同土地利用情景下模拟结果均具有良好的一致性;在过去约40年(1976~2014年),石羊河流域地表径流减小,地下水补给增加,雨季地下水补给和径流量最大。

利用转移矩阵模型研究江苏省长江岸线变化

开展长江生态环境监测,推动长江经济带发展是关系国家发展全局的重大战略,是加快推进生态文明建设的客观需要。以2015-2021年江苏省沿江2 km岸线范围内土地利用数据为研究对象,利用转移矩阵模型计算研究区域内各时间节点的转移矩阵表,分析生态、生活和生产空间用地的转入转出以及增减情况;再采用高斯-赛德尔迭代法绘制三生空间流转的桑基图,对江苏省长江岸线变化进行定量分析,为长江经济带(江苏段)的生态监测提供技术支持。

西辽河平原地下水失衡及其与土地利用的互馈关系

西辽河平原是我国北方重要的生态屏障,但是生态环境脆弱。2004年以来农田灌溉用水增加,地下水水位持续下降。为查明区域地下水失衡、生态效应及其影响因素,开展了西辽河平原地下水水位统测和长期监测,采用空间相关性分析、水均衡分析、土地利用转移矩阵、对地下水水位变化贡献度分析等方法,分析了区域地下水均衡状况及其与土地利用的互馈关系。结果表明:西辽河平原2020年地下水水位比2004年平均下降2.23 m,地下水储存量年均减少10.90×10^(8) m^(3);平原中部农业集中灌溉区地下水水位下降幅度较大,尤其通辽科尔沁区地下水水位下降最为明显;西辽河平原地下水开采量对地下水水位下降的贡献度为33%,科尔沁区超过50%;地下水水位下降区水位埋深从4.71 m下降至8.34 m,导致草地退化,面积减少,覆盖度下降;西辽河平原地下水可持续开采量为24.28×10^(8) m^(3)/a。用于农业灌溉的地下水开采量增大是造成地下水水位下降的主要原因,为防止地下水水位持续下降,提出了提高节水灌溉能力,调整种植结构、引入外源水及压缩地下水开采量等综合治理建议。该研究成果可为区域农业种植规划、地下水管理与保护提供技术支撑。

基于传递矩阵法的指向式旋转导向工具主轴振动特性

指向式旋转导向工具应用于井眼轨迹控制时,其主轴的动力学特性将直接影响到井眼轨迹控制效果及作业安全,而在钻进工况下,工具钻压传递机构在主轴上的位置对主轴的动力学特性起着重要的作用。因此,为了分析钻压传递机构的位置对主轴动力学特性的影响,利用多体系统传递矩阵法建立了指向式旋转导向工具外壳-轴承-主轴系统的动力学模型。通过推导主轴上任意节点的几何和力学方程,该研究能够评估钻压传递机构的位置对主轴动态性能的影响规律。结合实例运算分析了钻压传递机构的安装位置对主轴固有频率和振型的影响,探讨了工具造斜时,钻压传递机构安装位置对主轴动态位移的影响。结果表明,随着钻压传递机构安装位置距离钻头越远,主轴固有频率和动态位移均增大,因此在满足工作要求下,推荐钻压传递机构安装位置尽可能靠近钻头端。为验证基于传递矩阵法建立的主轴动力学模型的正确性以及钻压传递装置安装位置对主轴动态位移影响规律,在指向式旋转导向工具试验台架上进行了钻进工况下主轴测点偏移量测试试验,结果表明,试验测得的数据与理论计算的数据基本吻合,误差最大仅为6.47%。

修正-联合正则化的冲击载荷识别与响应重构

针对传统结构响应重构中正则化方法对冲击载荷峰值识别精度低、非加载区识别结果振荡且识别精度易受噪声干扰等问题,提出基于修正-联合正则化的冲击载荷识别与结构响应重构方法.基于状态空间模型,推导冲击载荷及结构响应的重构方程.对测量响应降噪,利用降噪后响应与识别响应的差值修正L2正则化解.联合L1正则化解的稀疏性优势,在保证冲击载荷非加载区域识别稳定的同时,获得更高精度的峰值识别结果,实现结构动态响应的重构.通过数值和实验案例验证了所提方法的有效性,对比了传递矩阵法和粒子滤波法的响应重构效果.结果表明,所提方法具有良好的抗噪性,能够较准确地识别冲击载荷,有效地重构结构动态响应.

约束阻尼夹层结构透声窗声学性能研究

针对高透声、低噪声的透声窗结构设计问题,文章采用五层约束阻尼夹层结构的透声窗设计;基于传递矩阵法,推导了五层约束阻尼夹层结构的透声率的理论计算公式,同时开展了五层约束阻尼夹层结构透声窗透声性能试验,从而验证了理论公式的可靠性;基于理论公式系统地研究了不同设计参数对透声窗透声性能的影响规律。研究结果表明:五层约束阻尼夹层结构透声窗的透声率随着频率的增加呈周期性变化,且整体呈下降趋势;约束阻尼层厚度的增加会改变透声性能的周期性变化规律;在中间层不变的情况下,透声性能的铺层顺序具有对称性。

压电复合材料梯度分布声学特性研究

目前,压电复合材料在吸声降噪领域应用广泛,但其低频吸声性能并不理想。为解决此问题,以0-3型压电复合材料为研究对象,提出使压电陶瓷体积含量呈梯度分布以提高其低频吸声系数的方法。首先,基于声电类比法和传递矩阵法,推导多梯度分布的理论公式,并通过文献构型对其进行验证;其次,将均匀分布与梯度分布的吸声系数进行比较,发现梯度分布会改变材料的声阻抗,从而改变吸声系数。最后,进行梯度分布压电复合材料数值分析,结果表明,同等条件下,当压电陶瓷体积含量呈梯度递减,且梯度差和第一梯度的厚度增加时,可明显提高低频吸声系数。

基于混合正则化方法的结构载荷识别与响应重构

针对结构载荷识别与响应重构问题中存在的不适定性,提出一种最小平方残差(least square minimal residual,LSMR)算法与Tikhonov正则化方法相结合的混合正则化方法,实现利用结构有限测点的加速度响应识别载荷并重构未知的各类型响应。首先,基于时域状态空间模型构建结构的传递矩阵,并建立载荷识别与响应重构方程;其次,采用混合正则化方法改善载荷识别问题的不适定性,得到载荷的正则化解,并结合响应重构方程的传递矩阵对结构的位移、速度和加速度响应进行重构;最后,通过简支梁数值仿真和试验分析验证所提方法的可行性。结果表明,所提方法能改善重构方程的不适定性,从而对结构未知载荷和各类型响应进行有效重构。

平面柔性微定位平台的设计分析与优化

为设计具有良好静动态特性的柔性微定位平台,提出了两种基于柔性梁与圆弧形柔性铰链所组成的柔性模块的柔性运动副。首先,基于该运动副设计了新型平面2自由度微定位平台结构;其次,采用柔度矩阵法建立了平台力-位移关系及输出位移的理论模型,基于传递矩阵法建立了平台固有频率与瞬时动力响应的理论模型,并通过有限元仿真验证了理论模型的正确性。理论研究与仿真验证表明,平台具有较高的静动态性能,其输入输出完全解耦,在0.3mm输入位移下丢失运动不超过1.8%;1阶固有频率为320.34 Hz,在0.1 s时间内动力响应与仿真趋势一致。最后,进行了平台静、动态性能的灵敏度分析和参数优化。结果表明,优化后的平台在同样驱动下丢失运动和固有频率分别优化提升了1.95%和43.9%,进一步提升了平台的动态性能。

基于微波光子晶体的温度传感方法研究

针对基于电子技术的测温传感器灵敏度低、尺寸大和易受环境影响等缺陷,提出一种基于镜像型一维微波光子晶体模型的温度测量方法。利用传输矩阵法计算了一维缺陷微波光子晶体在不同环境温度条件下的带隙和缺陷峰频谱,建立了缺陷峰波长或缺陷峰偏波长移量与环境温度之间的关系;通过自由空间法测量缺陷峰波长在待测温度条件下的缺陷峰波长或其偏移量,则可以反演环境温度。结果表明,该温度测量方法具有较好的温度传感灵敏度和较大的温度测度范围,为设计微波传感器提供了一种新理论和实践案例。

汾河流域土地利用景观格局演变及其驱动因素探究

【目的】分析汾河流域临汾段土地利用面积变化及景观格局演变特征,掌握影响土地利用变化的驱动因素,旨在为汾河流域可持续发展以及生态环境保护提供参考。【方法】以汾河流域中游临汾市为研究区,基于1990-2020年遥感、气象、社会经济等数据,计算该地区的土地利用程度指数、土地利用动态度、土地利用转移矩阵、景观格局指数(类型级别和景观级别),探讨近30年临汾市土地利用面积变化特征及景观格局的变化趋势,利用主成分分析方法筛选影响临汾市土地利用变化的主要驱动因素。【结果】从土地利用结构来看,临汾市土地利用类型以耕地为主,草地和林地次之。从土地面积变化来看,1990-2020年,各土地类型的面积变化量绝对值由大到小依次为建设用地>草地>耕地>林地>水域>未利用地,其中建设用地、林地及水域面积均增长,其余土地类型面积均减少;土地利用类型转移以耕地转为建设用地和草地以及草地转为耕地和林地为主。景观类型级别方面,耕地、林地和草地的最大斑块指数(LPI)、景观形状指数(LSI)、斑块平均大小(AREA_MN)和斑块结合度(COHESION)均较高;景观级别方面,随着时间的延长,斑块数量(NP)、斑块密度(PD)、香农多样性指数(SHDI)和香农均匀度指数(SHEI)总体均增加,边缘面积分维指数(PAFRAC)和蔓延度指数(CONTAG)均减少。主成分分析结果表明,社会经济因素、产业结构因素和自然因素是临汾市土地利用面积变化最主要的驱动因素。【结论】1990-2020年,临汾市的土地利用面积与景观格局发生了明显变化,探明了影响临汾市土地利用面积变化的主要驱动因素,其中建设用地、草地、林地和耕地受各驱动因素的影响较明显。

基于InVEST和PLUS模型下的土地利用变化及生境质量演变分析:以汉中盆地为例

汉中盆地是中国南水北调工程中的重要源头区,分析区内土地利用及生境质量,能提高对该地区演变规律的认识,进一步保护下游研究区的自然资源和生态环境安全。笔者基于2000~2020年20年内共3期土地利用数据,建立了研究区多类型土地利用数据库和生境质量评估体系,从土地利用转移矩阵、景观格局指数、生境质量等多个方面对研究区内的土地利用的时空变化进行研究,并利用PLUS模型进行土地利用扩张和预测分析。结果表明:2000~2020年,土地利用类型变化较大,变化转移主要发生在水田和农村居民点用地、城镇用地之间;蔓延度指数逐年减少,景观破碎化程度较高;生境质量结果呈逐年下降趋势,高值面积减少并向南部扩展,低值面积增多并以城镇为中心向外辐射扩散,高等级的生态质量景观由水域和林草为主,主要沿汉江流域分布。

基于传递矩阵法的足式机器人四连杆腿部机构正向与逆向动力学分析

为了保证足式机器人腿部机构的控制准确性与实时性,利用向量代数方法,对足式机器人四连杆腿部机构进行几何运动学分析;根据有限元形函数理论,建立足式机器人四连杆腿部机构典型构件的质量离散方法;在几何运动学分析的基础上,基于力矩平衡原理,分别进行正向与逆向动力学分析;利用线性变换原理并结合传递矩阵法,建立足式机器人四连杆腿部机构正-逆向动力学统一模型,并利用Adams软件建立足式机器人四连杆腿部机构虚拟样机模型,进行正向与逆向动力学仿真实例分析。结果表明,所建立的足式机器人四连杆腿部机构正-逆向动力学统一模型与虚拟样机模型3个油缸力与3个方向足底力的误差分别小于1%与3%,验证了所建立的足式机器人四连杆腿部机构正-逆向动力学统一模型能够精确地求解油缸力与足底力。

基于声电类比的低频消音结构优化设计

基于声电类比,设计了与电滤波器性能相似的低频消音结构,并结合传递矩阵法和模拟退火法,构造了声学结构的优化设计策略。首先,采用归一化方法,以四阶切比雪夫高通电滤波器为基准,设计了电学带阻滤波器;然后,基于声电类比,将电路中的电感电容转换为声学结构中的细管和圆柱腔,构造了消音结构原型,并利用传递矩阵法,建立其数学模型,推导声波传递损失表达式;最后,结合声学结构的数学模型和模拟退火法,以有效衰减带宽最大为目标,以消音结构的尺寸参数为变量,对原型结构进行优化设计。结果表明:基于声电类比,能获得合理的消音结构原型,克服了仅依靠经典消音结构进行设计的局限;结合推导的传递损失数学模型和模拟退火法,对消音结构原型进行参数优化,能显著提高其消音效果,表现在传递损失超过20 dB的带宽拓宽至410~2 165 Hz,是优化前带宽的202%,特别是优化后的结构克服了原型结构在466~537 Hz频率内不能实现有效消音的缺陷,获得了连续的大跨度有效带宽,且传递损失曲线平均增幅达22.8%。

济南市商河县2011—2020年土地利用时空分异特征及其成因

本文以济南市商河县为例,系统研究了近10年商河县土地利用时空分析特征并定性分析了土地利用变化的主要驱动力。认为社会经济发展和相关政策实施是土地利用变化的主要驱动力。研究结果可为商河县研究人地关系、合理利用土地资源和优化土地利用格局提供理论参考。

基于传递矩阵法的超声穿颅系统透射增强分析

超声穿颅技术可以实现颅内成像、脑神经刺激、颅内肿瘤消融等,是脑疾病诊断和治疗的重要工具。然而,超声穿颅时,因换能器、水、颅骨之间的阻抗失配,使得入射声场的大部分能量都被颅骨反射,导致超声穿颅效率低、颅骨表面容易升温灼伤等问题,严重阻碍了超声穿颅技术的临床推广。为提升超声穿颅效率,该文利用传递矩阵法对一维穿颅系统的声场传播进行了详细研究,发现在不考虑颅骨衰减情况下,通过在颅骨外表面增加与颅骨相同声阻抗的材料并调控其厚度,在目标频率超声穿颅效率可达100%,并且改变颅骨与换能器之间水层的厚度对超声穿颅效率没有影响。该工作为超声穿颅系统的透射增强提供了物理基础和解决方案。

昌吉州平原区土地利用时空变化及驱动因素分析

为保障昌吉州生态环境安全与可持续发展,基于2005~2020年4期土地利用遥感数据,运用土地利用动态度、转移矩阵、标准差椭圆及主成分分析等方法,对昌吉州平原区近15 a土地利用时空变化特征及驱动因素进行了分析。结果表明:耕地和草地是研究区主要土地利用类型,分别占研究区面积的40.27%~52.03%和32.77%~37.0%;2005~2020年研究区耕地和建设用地呈增加趋势,林地、草地、水域和未利用地呈减少趋势;2005~2010年土地利用类型相互转化最为剧烈,综合土地利用动态度达到最大,为1.85%;2005~2020年土地利用转移方向主要表现为草地、未利用地转变为耕地以及未利用地转变为草地;耕地重心发生明显变化,西段耕地重心呈现东北向西南方向迁移,东段耕地重心呈现东南向西北方向迁移,其中,2005~2010年耕地重心迁移距离最大;研究区土地利用变化的主要驱动因素是社会经济因素,自然因素对其影响相对不大。

透平试验件对试验台横振不平衡响应的影响

重型燃气轮机透平试验台系统由试验台和试验件两部分构成。对于已经建成的试验台,需要考虑不同试验件对试验台横振不平衡响应的影响。本文利用机械阻抗综合法的阻抗匹配原理,将未知试验件的动力学特性模化为交界面上的机械阻抗,来确定试验件对试验台横振不平衡响应的影响,得出未知试验件的设计限制范围。同时,建立了某个试验件和试验台的动力学模型,分析了该系统的横向振动不平衡响应,验证了试验件不平衡响应的设计限制范围的有效性。