弹塑性多孔介质流固耦合新理论:混合耦合理论

在全球气候变化和双碳政策的大背景下,多孔介质中固体的变形和流体的输运问题变得尤为重要。然而,在多孔介质中建立流固耦合模型仍面临的挑战之一是需要考虑跨越宏观尺度到纳米尺度的耦合作用。本文利用基于非平衡热力学的混合耦合理论,提出了一个弹塑性多孔介质流固耦合新模型,在同一个理论框架内研究了弹性变形、塑性变形和液体渗流之间跨尺度的耦合,考虑了耗散过程中的熵产,并利用Helmholtz自由能连接宏观尺度上的力学变形和纳米尺度上的液体输运之间的相互作用。在应力-应变关系中采用了弹塑性刚度系数以反映塑性的影响。同时,经典的达西定律扩展为可考虑固体的塑性变形。通过与文献中模型的比较,验证了该模型的有效性。最后,数值分析表明在多孔介质的流固耦合中塑性变形具有比较显著的影响。

多簧片结构的磁保持继电器多物理场刚柔耦合仿真模型建立和实验分析

多簧片结构的磁保持继电器衔铁转动引起的触点碰撞、弹跳现象使运动过程复杂,静、动态特性理论分析和仿真模型建立困难。以某型号多簧片结构的磁保持继电器为研究对象,理论分析结构拓扑及工作机理,考虑触点间切入深度,引入狄拉克函数和赫维赛德函数,解决簧片受力分散及触点由于碰撞、弹跳引起的作用力不连续问题;将簧片等效为悬臂梁,基于欧拉-伯努利梁理论建立触簧系统三簧片分段耦合动力学模型。利用Ansys Maxwell引入基于误差的自适应网格划分方法求解电磁机构静态特性;考虑触簧系统簧片运动变形效应,通过ADAMS基于模态理论,构建刚柔耦合动力学仿真模型。基于分段动力学思想,搭建电-磁-机械运动多物理场刚柔耦合仿真模型。利用高速摄像机、电流探头等设计磁保持继电器实验方案,搭建实验平台,测试并分析磁保持继电器触点吸合运动时间、触点压力、弹跳时间、线圈电流,并分析人工装配簧片引起触点压力不同使继电器动作过程存在的不一致性问题,验证该文所提多簧片结构的磁保持继电器特性分段耦合分析方法和多物理场刚柔耦合仿真模型的有效性。

中国数字经济与制造业绿色发展耦合协调研究

文章基于数字经济与制造业绿色发展的耦合机理,构建评价指标体系,运用熵权法测度了中国30个省份2013—2021年的数字经济发展水平与制造业绿色发展水平,利用耦合协调度模型探讨数字经济与制造业绿色发展的时空演化特征,利用障碍度模型分析耦合协调进程中的障碍因子,并实证分析了两者耦合协调的影响因素。研究发现:中国数字经济与制造业绿色发展存在较强的耦合互动关系,耦合协调度呈上升趋势,但整体水平不高且局部不均衡;数字经济与制造业绿色发展受到经济发展水平、政府参与程度、城镇化发展的正向影响。

数字化转型下知识耦合如何重构组织边界——基于创业警觉的认知逻辑

数字化转型下制造企业的边界重构是知识的动态交互联接,从此视角打开组织边界重构的过程机制,对提升企业敏捷性、共生性具有重要作用。本文采用归纳式单案例研究,通过对制造企业多个层次的深入研究,探讨了数字化转型下企业通过知识耦合进行组织边界重构的机制。本文发现数字化转型下,制造企业运用知识重组(关键点识别、资源编排、匹配)、知识整合(数据挖掘、知识验证、跨界融合)、知识解耦(主动遗忘、流程调优、技术替代)三种知识耦合过程机制来重构组织边界。同时,研究发现创业警觉是潜在的边界重构认知逻辑,制造企业依靠创业警觉认知能力,从不同的行动领域设计边界重构决策。本文研究结论展现了数字化转型下制造企业如何通过知识的交互联接重塑组织边界,以彰显、获取知识权力;为数字化转型下制造企业的组织边界重构提供了新的、系统化的见解;对企业维持与发展知识权力优势、实现数字化转型具有借鉴意义。

一种基于耦合电感的高增益软开关谐振变换器

该文提出了一种具有高增益、软开关的新型谐振变换器。该谐振变换器使用耦合电感来提高电压增益,升压比不仅取决于占空比,还取决于耦合电感的变比,具有高增益的优点。此外,由于采用了有源钳位技术,漏感中的能量可以被回收利用,用来对开关管的结电容充放电提供能量,从而实现软开关。由于采用了耦合电感,所提出的变换器可以在较低的开关管电压应力的情况下实现较高的输出电压,因此可以使用低导通电阻的低压器件,从而提升系统的效率。该文分析了该谐振变换器的工作原理,并推导了输出电压、关断电流应力等参数的解析表达式。在此基础上,从理论上分析了该变换器取得软开关的条件,并对该变换器的各个器件的电压电流应力进行分析,为器件选型提供了理论依据。最后,搭建1kW实验样机,针对该文提出的基于耦合电感的谐振变换器的高增益、软开关、低电压应力、高效率等性能进行了实验验证。通过实验得出所提出的拓扑可以在10倍增益的情况下达到最高97.5%的效率,表明所提拓扑的优越性。

煤矿矿井水水质形成及演化的水动力场-水化学场-微生物场耦合作用与数值模拟

煤矿矿井水的水质形成与演化过程机理复杂,受水动力场、水化学场和微生物场等多场作用影响显著。深入研究并揭示煤矿矿井水水质形成机理与演化趋势、阐明采空区封闭后矿井水的多场耦合作用机制是矿井水污染防控与修复的理论基础。以鄂尔多斯盆地某煤矿采空区为水文地质原型,在前期研究的基础上,进一步建立了煤矿采空区积水水位回升、蓄满后水动力-水化学-微生物场(HCB)多场耦合室内相似模拟和数值模型。采空区水动力场研究结果表明基质-裂隙双孔隙模型能有效模拟采空区水位回升过程,模拟误差为9.9%,其模拟精度远高于理论预测和单孔隙模型。水化学场模拟结果与试验较为吻合,SO_(4)^(2-)、HCO_(3)-和p H模拟相对误差分别为3.0%、21.0%和6.2%,模拟结果较为可靠。模拟结果显示采空区蓄水过程中水岩反应和微生物作用不明显;而蓄满后水动力几乎停滞,但水化学场和微生物场较为活跃,2号煤和3号煤层中黄铁矿的氧化反应使得SO_(4)^(2-)质量浓度提升约24.6%;后期采空区水环境演化为弱酸性、厌氧还原条件,微生物降解作用凸显,将SO_(4)^(2-)有一定的“自净”能力。通过调整微生物代谢速率常数,可将SO_(4)^(2-)降解比例提高到61.6%。实际工程场景中可通过补充碳源、人工建立密闭厌氧环境等强化手段实现这一目标。将多场耦合室内试验和数值模拟技术拓展到煤矿采空区积水水质形成与演化规律研究,研究结论可为煤矿区矿井水污染防治提供指导。

数字经济与农业现代化耦合协调时空演化研究

论文基于2013—2020年全国30个省份数字经济和农业现代化的面板数据,建立复合系统综合评价指标体系,运用熵权法、耦合协调度模型、相对发展度模型、空间自相关模型分析其耦合协调发展水平。结果表明:我国数字经济、农业现代化水平以及数字经济—农业现代化耦合协调度均呈逐年上升趋势,但存在显著的区域异质性,数字经济水平以及数字经济—农业现代化耦合协调度呈现东部>中部>东北>西部的趋势,农业现代化水平呈现东部>东北>中部>西部的趋势;我国数字经济与农业现代化发展不平衡,多数省份数字经济水平滞后于农业现代化水平;空间自相关结果表明我国数字经济和农业现代化耦合协调发展存在较强的空间集聚和空间相关特征,东部地区空间联动格局较高。因此,我国应探索差异化地区数字经济推广的方案和策略,发挥发达地区的辐射作用,推动区域协调发展。

库水作用下滑坡土体渗流与蠕变耦合试验研究

水库滑坡变形具有显著的渗流与蠕变耦合效应。为此,采用自主研发的渗流与蠕变耦合三轴试验仪,分别开展了渗流对蠕变的影响以及变形对渗流的影响试验研究,并改进GDS三轴仪完成了高精度控制和量测的渗流与蠕变耦合试验。结果表明:渗流作用下,土样体积变形随时间先逐渐增大后缓慢减小,主要原因是超孔隙水压力导致围压卸荷,使得土样产生回弹变形,但渗透压力持续作用于土体,使得土样体积持续缓慢减小;获取了渗流过程中土样体积的变化结果,分别建立了渗流开始前试样e-k(孔隙比-渗透系数)关系曲线及渗流稳定后试样e-k关系曲线,结果表明考虑变形影响的e-k关系曲线更能反映土体的流固耦合效应。研究成果可望为水库滑坡变形演化预测提供更加科学严密的理论和方法。

综合性大学教师教育跨学科耦合运行的路径优化研究

综合性大学加盟研究生层次的教师培养,是提升基础教育师资水平的战略举措,实施的难点是如何围绕高水平复合型教师人才的培养目标,实现课程、教学、导师、实习、评价等环节的跨学科耦合运行。基于中国综合性大学教师教育发展的经验与案例,从教师人才市场需求变化、学术性与实践性的矛盾、专业建设的惯性定势等多角度分析影响和制约教师教育在综合性大学的多学科环境中创新发展的难点与攻坚战,聚焦课程体系、师资团队、评价体制、实践模式四个方面,提出破解跨学科困境的实施方略。

职业教育与新质生产力的耦合:逻辑基点、现实堵点和实践构想

职业教育与新质生产力的关系,本质是教育与生产力关系问题的深推。教育与生产力必然存在耦合交织。从耦合关系的逻辑基点看,二者具有价值归旨的互融互通、资源要素的相辅相成、实践过程的同频共振,具有理论耦合的合理性。然而现实中,职业教育与新质生产力之间存在耦合堵点,存在着职业教育人才在理论上被“需要”但实际上被“低视”的人力资源供给矛盾,产教协同发展“合而不深”的多元群体利益壁垒,职业教育研发能力与生产力发展需要难以匹配而导致成果产出不足等困境。据此,大力推动职业教育与新质生产力的耦合,需要真正推进职普融通、产教融合、科教融汇,通过优化职业教育类型定位,强化产学研用一体部署,构建“立地式”研发生态,破解二者耦合难题。

基于CAS法的核电工程异形水箱分布质量计算模型

对于形状复杂的大型核电工程储液结构,Housner弹簧-质量模型适用性较差,基于有限元法的流-固耦合数值分析模型复杂、计算和存储量大,难以满足工程设计要求。该文基于声学-结构耦合法(CAS)提出了一种兼顾精度和效率的分布质量模型,通过理论推导从CAS计算结果中剥离得到的器壁动水压强脉冲分量,进而提出器壁单元各节点位置的分布式脉冲附加质量计算公式,精确地考虑了储液容器的形状对液体晃动的影响,同时实现了流-固耦合分析的解耦,有效解决了复杂大型核电工程储液结构的动力分析的难题。以矩形刚性水箱为例,将该文模型的结果与Housner分布模型比较,验证了该模型的合理性和可靠性。针对顶部具有复杂形状水箱的AP1000安全壳结构进行地震动分析,将该文模型与精细的流-固耦合模型进行比较,结果显示:两种模型计算结果吻合性好,该文模型前处理简便且在计算时间效率具有明显优势。该文模型可为核电工程考虑结构-地基、流-固耦合的多因素耦合高效分析奠定基础。

数字化转型、知识耦合与企业知识流动

如何通过数字化手段打造企业的知识经济,是数字经济发展亟待解决的重要议题。文章基于知识基础观理论和动态能力理论,探讨了数字化转型、知识耦合对企业知识流动的作用机制。结果表明,数字化转型对企业知识的流动性具有正向促进作用,在经过稳健性检验后显著效果依然存在;知识耦合在数字化转型与知识流动的关系中具有传导效应,原有技术领域间的知识耦合与企业知识流动呈“U”型关系,而新旧技术领域间的知识耦合与企业知识流动具有正相关关系;数字化转型对知识耦合具有显著作用,其显著性受到时间窗口的约束。

基于水动力学模型的城区防洪能力评估研究

城区河道现状防洪能力的准确评估是保障城市防洪安全的基础。过去针对单一河道现状防洪能力评估的研究较多,而对于多河汇聚洪水交互复杂区域的河道防洪能力研究相对较少。金堂县城素有“千里沱江第一城”之称,却也是沱江流域受洪水威胁最严重的地区。本文针对金堂县城区“三河汇一江”的复杂交互关系,构建一二维耦合洪水分析模型,利用典型场次洪水对模型进行了率定和验证,并从河道现状堤防防洪能力、城区整体过流能力、跨河建筑物现状防洪能力等多方面开展了金堂县城区现状防洪能力评估。结果表明:构建的一二维耦合模型具有较高的模拟精度,3场典型洪水中沱江干流三皇庙水文站模拟洪峰误差均在1%以内,峰现时间误差均在1.5 h以内;城区模拟淹没范围基本与实际调查一致,模拟最大淹没水深基本与实测洪痕相符,大部分点位的模拟最大淹没水深误差在0.2 m以内;城区现有堤防防洪标准低,大部分仅满足5~10年一遇,局部薄弱段不足5年一遇;城区整体过流能力受上游洪水遭遇组合影响,三河相互顶托明显;城区多座跨河建筑物防洪能力不足20年一遇防洪标准,其中平安桥、毗河大桥分别不足5年、10年一遇防洪标准。

某型高温涡轮叶片冷却性能的实验研究

为了有效监测高温涡轮叶片的安全运行状态,基于响应面模型对某型高温涡轮叶片进行了实验研究,旨在探究关键工况参数对其冷却性能的影响,以提供可靠的数据支持。采用中心复合表面设计对某型叶片的工况参数进行设计,研究了主流入口温度、主流出口压力、主流进出口压比、冷气与主流温度比及流量比对某型叶片冷却效率分布、无量纲温度分布及温度非均匀度的影响规律,并在此基础上构建了响应面模型,探究了工况参数的耦合作用对某型叶片冷却性能的综合影响。实验结果表明:拟合得到的响应面模型有较高的精度,其均方根误差均小于0.001,决定系数均大于0.99;主流入口温度和出口压力对叶片冷却性能的影响均较小;在实验工况范围内,当主流进出口压比、冷气与主流温度比及流量比分别从1.3~1.5、0.6~0.7、3~8增大时,叶片的平均冷却效率分别增大了9.67%、9.39%、30.49%;叶片的平均无量纲温度分别提高了2.98%,降低了1.34%、3.78%;叶片的温度非均匀度分别降低了2.69%、28.79%,提高了50.27%。

森林植被不同尺度的碳水过程及耦合机制研究进展

[目的]陆地生态系统中的碳循环和水循环是陆地生态系统物质和能量循环的核心,也是连接地圈、生物圈和大气层的纽带。森林植被是陆地生态系统的重要组成部分,是表征陆地碳-水循环的重要变量,在维持生物圈和大气圈的动态平衡中发挥着重要作用。目前,对陆地生态系统中碳-水循环的耦合关系和机制缺乏系统的分析和总结。[方法]从森林植被碳与水过程及其相互作用、植被水分利用和耦合机制的角度,综述了森林植被碳与水循环过程及其相互作用的研究与进展,以及不同空间尺度(叶片到区域/全球尺度)碳-水耦合的定义、方法、进展和展望。[结果]新兴的技术和方法实现了不同尺度碳水过程的高频观测,WUE等耦合指标体系推动了碳水耦合机制的研究和发展。[结论]通过系统阐述植被碳水耦合关系的多尺度整合和碳水耦合机理,为系统认识森林碳水耦合机理和水资源管理提供了理论基础,对未来植被经营管理决策具有重要的科学支撑意义。

乡村旅游高质量发展与共同富裕的动态耦合协调演化——以张家界为例

以张家界市为研究案例地,廓清乡村旅游高质量发展与共同富裕的相互关系及耦合机制,分别构建乡村旅游高质量发展和共同富裕评价指标体系,综合运用耦合协调模型和剪刀差模型,刻画了该区域2007—2019年乡村旅游高质量发展与共同富裕耦合协调的动态演化过程及规律。研究结果表明:(1)在研究期内,张家界市乡村旅游高质量发展综合指数由0.269增长至0.789,共同富裕综合指数的0.151增长至0.756,均呈波动上升态势;(2)两系统耦合协调度指数由0.449增长至0.881,可划分为中度耦合协调、高度耦合协调协调和极度耦合协调3个阶段;(3)乡村旅游高质量发展系统的演化速率中期出现大幅下降,使二者的剪刀差曲线呈现拉平钩形的变化形态,二者演化速率差异逐步拉大。

城市韧性张力:学理因由、双因耦合与水平评估

在气候变化和经济全球化背景下,提升城市韧性、减轻灾害风险是实现城市数字治理和高质量发展的重要基点。论文提出使用“韧性张力”表征城市韧性水平和提升空间,运用“风险—韧性”双因耦合矩阵测量山西省11个地级市的韧性状态,确定不同类型城市的韧性发展方向。研究表明:(1)山西省七成以上地级市的灾害风险水平偏低、韧性张力较好。(2)年均灾害损失占财政支出的比值与灾害防治及应急管理实际支出比的失衡反映了城市应急资金储备的不足。(3)融合吸收、恢复、适应和调整阶段的韧性过程曲线有助于发现韧性“赤字”并预测趋势。针对参与韧性建设的不同主体,坚持问题导向、因地制宜和风险沟通,切合时宜助推韧性张力提升。

微波消解-电感耦合等离子体质谱法同时测定有机肥料中9种有毒有害元素的含量

提出了微波消解-电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)同时测定有机肥料中As、Cd、Co、Cr、Ni、Pb、Sb、Tl、V等9种有毒有害元素含量的方法。取0.10 g有机肥料样品于聚四氟乙烯微波消解罐中,以2.5 mL盐酸、7.5 mL硝酸和2.0 mL氢氟酸为混合酸进行微波消解。消解结束后,于140℃赶酸,然后加入1.0 mL 50%(体积分数)硝酸溶液,再用水定容至50 mL,摇匀,过滤,取滤液待测,在线加入混合内标溶液。结果表明:9种元素标准曲线的线性范围均为2~100μg·L^(-1),方法检出限(3s)为0.59~66.75μg·kg^(-1);按照标准加入法对典型有机肥料样品进行回收试验,9种元素测定值的相对标准偏差(n=7)为2.0%~3.5%,回收率为81.5%~112%。

流固耦合作用下含不同长度裂隙灰岩注浆加固特性试验研究

黄河北煤田因矿井水害影响,安全高效开采煤炭资源成为矿井发展的关键瓶颈。注浆技术是当前解决矿井水害问题的重要手段,不仅能解放大量受到水害威胁的煤炭资源,而且对保护地下水资源具有积极意义。对黄河北煤田邱集煤矿取得的灰岩试样开展室试验,观察了灰岩的细观特征,获取了流固耦合作用下含不同长度裂隙灰岩的力学特性及注浆加固特性,通过理论分析得到了灰岩随预制裂隙长度变化时,起裂强度的变化规律,分析了注浆加固机理。结果表明:注浆后岩石的强度、韧性得到明显改善,注浆前的灰岩有明显的脆性特征,注浆后灰岩的脆性降低延性增强;注浆加固体的破坏程度随着裂隙长度的增加越来越剧烈,当裂隙长度较大时伴随有水平方向的裂隙发育;注浆加固体的峰前渗透率的降低程度较小,峰后渗透率有明显的降低,灰岩渗透率最大阶段产生在峰后阶段、而渗透率最小的阶段发生在应力–应变曲线的线弹性阶段,并且裂隙长度越长越容易出现渗透率双峰现象。使用连续介质力学理论推导得到了注浆加固体起裂强度和断裂韧度的计算式,理论证明了注浆加固体的强度大于原岩试样;岩石弹性模量与注浆形成的结合体的弹性模量的差异越大,注浆对岩石强度的影响越弱。

CMAS、CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐作用下热障涂层的腐蚀行为与机理

环境沉积物(CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2),CMAS)的高温腐蚀已成为航空发动机涡轮叶片热障涂层过早失效的重要原因之一。然而涡轮叶片工作环境复杂,熔盐、海盐常与CMAS耦合,一起对热障涂层造成多元复杂腐蚀,但目前关于CMAS与盐类的多元耦合腐蚀行为鲜有报道。针对Y2O_(3)部分稳定ZrO_(2)(YSZ)热障涂层在CMAS、CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐作用下的腐蚀行为进行对比研究。通过XRD、SEM等方法对不同条件下腐蚀后的涂层进行表征,并分析热处理温度、腐蚀物种类对腐蚀行为的影响。结果表明:与CMAS相比,CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐会在更低的温度下损伤涂层(1200℃)。当三种腐蚀物均能完全熔化时(1250℃),CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐熔体则由于更大的流动性而大量渗入,腐蚀内部涂层。其中,CMAS+海盐熔体在涂层内的渗透性最强,1250℃热处理4 h后,渗透深度超过400μm。盐类的共存会改变CMAS的性质,增强熔体的渗透能力,增加涂层内部甚至底部失效的倾向。研究结果有助于理解盐类与CMAS耦合时混合熔体对热障涂层的破坏机理及潜在威胁。