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.

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.

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。

伴躯体症状的抑郁发作述情障碍表现与中医证候的关系

目的:探讨伴躯体症状的抑郁发作述情障碍表现与中医证候的关系。方法:纳入抑郁发作伴有躯体症状病人97例,抑郁发作不伴有躯体症状病人97例,所有病人均予症状自评量表(SCL-90)、17项汉密尔顿抑郁量表表(HAMD-17)、多伦多述情障碍量表(TAS-20)以评估其心理状况,并进行中医辨证分型。结果:两组SCL-90量表躯体化、焦虑因子及总分比较差异均有统计学意义(P<0.05);两组TAS-20量表情感辨别困难、情感描述困难、外向性思维及总分比较差异均有统计学意义(P<0.05)。躯体化因子与情感辨别困难、情感描述困难、TAS-20总分存在相关性(P<0.05);肝气郁结证病人TAS-20总分与其他4种证型病人比较差异有统计学意义(P<0.05)。结论:述情障碍与抑郁发作病人的躯体症状存在相关性;述情障碍可能是肝气郁结的病理状态。

草酸艾司西酞普兰联合复方解郁汤治疗青少年抑郁症的临床疗效分析

目的 探讨草酸艾司西酞普兰联合复方解郁汤治疗青少年抑郁症的临床疗效。方法 选择该院2021年12月—2022年12月期间精神科收治青少年抑郁症患者86例,按照随机数字表法分试验组(43例)和对照组(43例)。所有患者均予以认知行为疗法治疗,对照组予以草酸艾司西酞普兰片,试验组在对照组的基础上联用复方解郁汤治疗。两组均以4周为1个疗程,共治疗2个疗程。对比两组治疗前后脑源性神经营养因子水平、血清炎症因子水平、单胺类神经递质水平、抑郁情况评分、睡眠质量评分、自杀态度评分,观察并评估两组治疗效果及治疗期间不良反应。结果 与治疗前比,治疗后两组BDNF水平较高,IL-1β、IL-6、TNF-α水平降低;与对照组比,治疗后试验组BDNF水平较高,IL-1β、IL-6、TNF-α水平较低(P<0.05)。与治疗前比,治疗后两组NE、5-HT、DA水平升高;与对照组比,治疗后试验组NE、5-HT、DA水平较高(P<0.05)。与治疗前比,治疗后两组HAMA及PSQI评分降低;与对照组比,治疗后试验组HAMA及PSQI评分较低(P<0.05)。试验组临床总有效率较对照组高,差异有统计学意义(P<0.05)。与治疗前比,治疗后两组自杀意念QSA评分较高;与对照组比,治疗后试验组自杀意念QSA评分较高(P<0.05)。两组均未出现严重不良反应,比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论 草酸艾司西酞普兰联合复方解郁汤对青少年抑郁症患者的治疗效果显著,能上调脑源性神经营养因子及单胺类神经递质水平,降低血清炎症因子水平,改善睡眠质量及自杀意念,不良反应较少,是一种安全有效的治疗方案。

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。

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.

USP37稳定SREBP1a促进胆固醇摄取和脂质沉积

目的筛选影响胆固醇调节元件结合蛋白1a(cholesterol regulatory element binding protein,SREBP1a)蛋白稳定性的去泛素化酶,并探索其调控机制。方法通过去泛素化酶库筛选显著影响SREBP1a表达的去泛素化酶,免疫蛋白印记实验和实时荧光定量PCR(qRT-PCR)评估去泛素化酶对SREBP1a以及升脂基因表达的影响;通过红色荧光蛋白标记人源低密度脂蛋白(human Dil-low density lipoprotein,Human Dil-LDL)摄取和油红O染色等实验技术检测细胞摄取低密度脂蛋白(LDL)和脂质沉积情况。结果去泛素化酶库筛选发现泛素特异肽酶37(ubiquitin specific peptidase 37,USP37)可显著增加肝细胞SREBP1a蛋白表达水平,促进胆固醇摄取及脂质沉积。USP37基因敲除可显著降低SREBP1a蛋白表达水平,抑制升脂基因表达及脂质沉积。结论去泛素化酶USP37通过稳定SREBP1a蛋白表达,促进胆固醇摄取及脂质沉积,揭示了SREBP1a翻译后调控的新模式。

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。

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.

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.

非线性能量汇胞元减振效率分析

非线性能量汇(nonlinear energy sink,NES)具有减振频带宽、减振效果好等诸多优点.但是NES没有线性刚度的特征导致其难以驱动大重量的NES振子,从而难以应用于对大型工程结构的减振.因此,将NES以高效和便捷的方式应用于工程减振,仍然是有待研究的问题.将NES以胞元的形式装配于振动的主结构中,通过多个NES胞元的共同作用,是一种有前景的减振策略.文章在偏心转子激励下,探究了多个NES胞元对远大于单个NES自身重量的振动结构的减振效果,分析了多个NES胞元耦合主结构组成的系统的整体响应特征.建立了NES胞元减振系统的运动微分方程,采用复化平均法(complexification-averaging,CxA)导出系统的慢不变流形及稳态响应满足的近似解析表达式,通过慢变流形的扰动运动微分方程对稳态解进行稳定性分析,再利用伪弧长法获得系统响应的近似解,分析了NES胞元的减振规律及系统响应规律,最后利用龙格-库塔(Runge-Kutta,R-K)法进行数值验证.结果表明,通过多个NES胞元共同作用,能够有效控制较大重量的主系统振动,而且减振效率随NES胞元个数和重量的增加而显著提高,共振区的响应状态随着胞元个数的增加从稳定状态、强调制状态、稳定状态依次变化.因此,本研究有助于推动NES的工程应用.

双频激励下微弯液压管道的非线性振动研究

首次研究了双频激励下两端固支微弯液压管道的非线性振动,分析了拍振现象发生时管路非线性受迫振动特性。利用广义哈密顿原理建立微曲管道控制方程,使用Galerkin法将非线性偏微分积分方程离散为非线性耦合常微分方程组,采用龙格库塔法数值求解,并用微分求积单元法进行数值验证,得到了微曲管道受迫振动响应。在此基础上,讨论了两个激励频率差值对管道中点受迫振动响应的影响,并分析了系统横向振动在一阶固有频率附近的分岔现象,考察了液压管道的混沌特性。分析结果表明,当两个激励频率相差较小时会出现混沌现象,随着频率差值的减小,管道的混沌区域先增大后减小。这些结论为多频激励下液压管道系统复杂振动的研究提供了理论依据和研究方法。

河流水-气界面碳交换研究进展及趋势

河流水-气界面碳交换是区域和全球碳循环的重要环节,对陆地碳平衡核算和碳循环模型优化具有重要意义.介绍了全球河流水-气界面碳交换研究的相关进展,以及现有研究存在的问题,并在此基础上提出今后相关的研究应关注不同地质-生态和人类活动干扰背景下河流及中小河流水-气界面碳交换,要综合利用双碳同位素示踪、化学计量学、生物标志物等方法辨识河流系统中CO_2,CH_4及其他形态碳的来源和迁移转化过程,同时还要利用野外原位观测、传统采样分析和室内培养的方法开展"水-土/沉积物-气"多界面碳交换的系统综合研究,揭示控制河流系统水-气界面碳交换的关键因子,为相关预测模型的建立以及流域的科学管理提供依据.

桂西北典型峰丛洼地降雨过程中地表水溶解性碳和δ^(13)C_(DIC)变化特征

文中研究了中国科学院环江喀斯特农业生态系统观测站内的地表水(地表径流和溪流)中溶解性有机碳(DOC)和溶解性无机碳(DIC)及其同位素组成在两次降雨事件中的连续变化特征。在两次降雨中DOC和DIC输移量分别为107.1和812.5kg,分别约为无降雨条件下相同时间内DOC和DIC输移量的64和8倍。降雨时洼地溪流下游出口处水体中的DOC主要来源于雨水垂直入渗过程,其比例占到了60%～81%,源于地表径流冲刷的比例相对较低。利用溶解无机碳同位素(δ13 CDIC)估算了不同水体中土壤有机质分解对水中DIC的贡献(PSOC),其中地表径流、溪流上游和溪流下游出口水体的PSOC变化范围分别为56%～61%、56%～63%和50%～58%。两次降雨过程中约有459.6kg土壤CO2进入溪流下游出口水体,而未降雨条件下在相同时间内只有48.3kg。降雨对喀斯特集水区溶解性碳的循环产生显著影响,对喀斯特集水区不同时间尺度碳循环的研究可以获得更为准确的区域碳及其他养分循环的信息。

桂西北峰丛洼地泉水和溪流在降雨过程中的水化学动态变化特征

通过对中国科学院环江喀斯特农业生态系统观测研究站所在区域的泉水和溪流在降雨时的连续采集,发现二者的水化学特征对降雨的响应较快,但变化却不同。降雨时泉水的pH值在降雨时降低,电导率和主要离子浓度升高,SI降低,pCO2升高,而溪流的电导率和主要离子浓度降低,碳酸盐矿物饱和指数(SI)降低,水中二氧化碳分压(pCO2)降低。降雨时泉水和溪流的溶质输移速率明显增加,但没有表现出在连续降雨中因为降雨强度大输移速率就高的现象,从而推断,除了雨水的稀释作用和"土壤CO2效应"外,土壤包气带的"前水"以及土壤中可交换态离子也影响了降雨时峰丛洼地水体中溶质的运移。