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.

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.

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。

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。

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%。

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。

双功能梯度石墨烯片增强金属-陶瓷基圆柱壳的行波振动分析

采用Halpin-Tsai微观力学模型和传递矩阵方法,开展了旋转态双功能梯度石墨烯片增强复合材料圆柱壳体的行波振动特性研究。描述了金属-陶瓷功能梯度基体和5种石墨烯片分布模式的材料属性,基于Love壳理论和传递矩阵方法,考虑转速影响推导了任一截面状态向量的常微分方程和整体传递矩阵关系。以固支-自由(悬臂)边界条件为主,对动力学微分方程进行求解计算,验证了分析方法的合理性。结果表明:低阶模态以轴向半波数为1和周向模态的振动为主,转速引起的科氏力使行波曲线出现分离现象;行波频率随着石墨烯质量分数的增加而增大,分布模式对振型顺序的影响较小,基体体积分数指数对振动特性的影响较大,而石墨烯片层数对振动特性的影响很小,不同倍频激励对共振特性的影响不同。

四川省茂县大沟流域42年植被景观格局恢复动态及其特征

中国西南亚高山地区的植被景观恢复动态一直缺乏深入研究,以四川省茂县的大沟流域为研究对象,基于航片、地面调查、QuickBird和Pleiades遥感影像数据源,采用人工目视解译的方法,建立了大沟流域景观格局分布信息数据库,开展了大沟流域1978—2020年景观格局恢复动态及其特征的研究。结果表明:(1)研究期间,流域内的优势景观为落叶杂灌、草地和油松林,由于封山育林政策的实施,在未来较长的一段时间内优势景观类型将得以保持。(2)1978—2020年间大沟流域的植被覆盖度维持在较高水平,森林面积逐渐增加,农业主要转变为果园经济,整体景观的动态度在逐渐减小。(3)随着植被的恢复,大沟流域景观的物种丰富度、优势景观优势度和景观的连通性都在增加,但景观的破碎化程度依旧较高。首次对大沟流域的植被演变进行了探究,为西南亚高山及岷江流域地区的森林恢复提供了一定的科学依据。未来相关领域还需加强景观格局演变驱动机制的研究,并制定更加合理的生态环境管理政策。

基于混合FTMM-SEA法的高速列车真空玻璃车窗隔声特性预测与分析

真空玻璃在轻质高隔声方面的性能优势尤为突出,将其用于高速列车车窗是轻量化高速列车车内噪声控制的新型解决方案。将声波在真空玻璃中的传播分解为沿真空层和沿声桥结构的两条独立传播路径,分别使用有限传递矩阵法(FTMM)和统计能量分析法(SEA)计算两条路径的声功率传递系数,建立基于混合FTMM-SEA法的真空玻璃车窗结构隔声量预测模型,并通过实测真空玻璃混响隔声量验证模型的准确性。进一步调查分析声桥结构刚度对耦合板间能量传递、真空玻璃隔声特性的影响。结果表明:减小声桥结构刚度是提高真空玻璃车窗隔声性能的一种有效的方法。与刚性声桥相比,柔性声桥具备更好的能量吸收能力与隔振特性。

黄土丘陵区典型流域土壤侵蚀时空演变特征及其驱动机制:以祖厉河为例

黄土丘陵区作为中国生态脆弱区,水土流失形势严峻,准确评估其土壤侵蚀时空变化规律,深入探究其背后的驱动机理,对于指导当地水土保持工作具有重要科学意义。以祖厉河流域为研究对象,基于RUSLE土壤侵蚀评估模型,结合转移矩阵、空间自相关和地理探测器等地学统计分析工具,对2000-2020年间土壤侵蚀模数的空间分布格局及背后驱动力进行评估。结果显示,1)2000-2020年祖厉河流域土壤侵蚀强度等级以微度和轻度为主,20年间平均土壤侵蚀模数由1.299×10^(3)t∙km^(−2)∙a^(−1)下降至635 t∙km^(−2)∙a^(−1),即侵蚀强度等级由轻度侵蚀降为微度侵蚀。2)2000-2010年期间,约有1.968×10^(3)km^(2)的区域土壤侵蚀状况向良性方向发展,占流域总面积的18.4%;而在2010-2020年间,约有3.089×10^(3)km^(2)的区域土壤侵蚀情况得到改善,占流域总面积的28.9%,水土流失治理效果显著。3)祖厉河流域土壤侵蚀存在明显的空间聚集性,其中“高-高”聚集区主要分布在会宁县与安定区交界处以及流域西北部的山地丘陵地带,“低-低”聚集主要分布在流域北部和西南部沿岸平原地区,20年来该“高-高”和“低-低”聚集类型面积逐年减少。4)降水是影响土壤侵蚀的首要因素,梯田在改善土壤侵蚀状况中发挥了重要作用,自然因子与人类活动因子之间的共同作用塑造了土壤侵蚀空间分布格局。未来水土保持治理重点应聚焦于低温干旱、高海拔、地势陡峭、植被覆盖低、土壤砂粉化程度高和梯田分布少等条件的风险区。

页岩气水平井振动固井套管柱振动特性研究

为了求解页岩气水平井振动固井套管柱振动特性和动力响应,考虑扶正器分布支承的特点,运用传递矩阵法建立了页岩气水平井套管柱的动力学模型,并通过试验验证了套管柱动力学模型的准确性。在此基础上,研究了扶正器支承和套管柱参数对套管柱振动特性的影响,探索了振动固井工况下套管柱的动力响应和振幅衰减规律。研究结果表明:扶正器刚度增大、扶正器支承数量增加和套管外径增大均会导致套管柱固有频率的增加;扶正器刚度增大会加快套管柱振幅衰减;增大激振力的同时利用低频共振能提高套管柱振动有效传播距离。该研究能够为页岩气水平井振动固井装备设计提供有益参考。

基于地表参数变化的延河流域地表温度时空演变分析

地表温度是地表能量平衡与陆面过程的重要参数,与地表参数变化关系密切。该文以黄土高原的延河流域为例,基于2015年、2018年和2020年Landsat OLI/TIRS影像,在利用大气校正法反演地表温度的基础上,提取影像归一化建筑指数(normalized difference built-up index,NDBI)、归一化植被指数(normalized differential vegetation index,NDVI)和归一化水汽指数(normalized difference moisture index,NDMI),分析地表温度与地表参数和土地利用类型的关系,以及地表温度时空变化特征。结果表明,地表温度的反演值与验证值在2015年、2018年和2020年的相关系数分别达0.569,0.675和0.632,均大于0.5,具有一定的准确性和可行性。从地表温度时空变化特征上看,低温区、次中温区、次高温区面积有所减少,而中温区面积增长较大,高温区面积略有增长,地表温度有向中、高温增长的趋势;从与土地利用类型的关系来看,下垫面覆盖类型的地表温度均呈现为水域<林地<草地<耕地<建设用地;从与地表参数的定量关系来看,延河流域地表温度变化与地表参数变化存在显著相关性,NDBI与地表温度变化呈正相关性,NDVI和NDMI与地表温度变化呈负相关性;从与地理环境因素的关系来看,地表温度随着海拔的升高而降低。在不同坡度上地表温度也体现差异性,其中平坡地表温度最高,坡度越陡温度越低。不同坡向地表温度具有显著差异,其中阳坡地表温度明显大于阴坡地表温度。研究结果可为复杂地区的地表水热环境研究提供参考。

乌鲁木齐市草地面积时空变化特征及驱动力

乌鲁木齐市是新疆维吾尔自治区的首府,具有丰富的草地资源。探寻其草地面积增减的规律和特点,摸清影响其发生变化的驱动因子,掌握不同草地类型面积动态变化,对该地区草地的合理开发利用及保护具有重要意义。本研究通过单一土地利用动态度和转移矩阵对1990-2020年乌鲁木齐市草地面积时空变化特征进行研究,采用相关性分析法探讨草地面积变化的驱动因素。结果表明,30年间乌鲁木齐市:1)草地面积整体呈减少趋势,动态度为-0.31%,草地净减少595.47 km^(2),主要转出为未利用地;2)不同类型草地面积均发生变化,除了温性草原化荒漠类、温性荒漠草原类和温性荒漠类草地面积呈减少趋势,其他类型均呈增加趋势,面积变化最大的是温性荒漠类草地,净减少787.07 km^(2),主要发生在中北部,变化最小的是高寒草原草地,净增加0.36 km^(2),主要发生在南部;3)总播种面积与大多数草地类型面积的关联度最大,关联度系数在0.995~0.998。可见,1990-2020年人为因素是导致乌鲁木齐市草地面积减少的主要原因。

基于精细传递矩阵法的气囊隔振器横向刚度特性分析

构建并求解了预载条件下气囊隔振器的囊体力学模型,提出了一种气囊隔振器横向刚度特性的参数化计算方法。在考虑囊体预应力的条件下构建了囊体力学模型,引入位移中间向量并采用精细积分法推导了囊体状态向量间的传递矩阵,利用迭代法解析了囊体状态向量、内部压力以及结构参数之间的耦合变化关系,基于边界条件完成了囊体刚度的参数化求解,结合理想气体刚度模型完成了气囊隔振器横向刚度特性的计算分析。对比试验结果,验证了横向刚度特性计算方法的正确性,探究了主要设计参数对刚度特性的影响规律。

基于压电筒状叠堆的无线金属腐蚀探针设计及性能研究

基于压电筒状叠堆和压电阻抗技术提出了一种由压电筒状叠堆和金属杆组成的新型金属腐蚀探针。建立了多层结构探针纵向振动的传递矩阵模型,导出了电学阻抗方程,求得了第一阶谐振频率和反谐振频率,并与已有文献的特例结果进行了对比,验证了理论求解的正确性。此外,采用理论分析、人造定量腐蚀试验、温度敏感试验、加速腐蚀试验和无线阻抗测试试验系统地研究了探针的性能。研究结果表明:探针的第一阶谐振频率和反谐振频率随着杆长减小而增大,随着腐蚀天数的增加而增大,随着温度的增大而减小;无线阻抗系统测量的阻抗谱与传统阻抗分析仪的测量结果一致性较好。研究成果为开发无线定量测量的新型金属腐蚀探针提供重要参考。

船舶推进轴系回旋振动研究综述

为了明确回旋振动在船舶轴系设计中的重要性,避免影响船舶航行安全,采用文献收集和调研的方法,分析国内外关于回旋振动的主要研究成果。针对回旋振动的原理、计算方法、规范要求及测试技术等进行论述,总结影响回旋振动的主要因素和消减振动的控制方法,以便于研究人员在设计阶段全面考虑相关计算要求及控制措施。此外,对今后的研究进行展望,基于多学科交叉的耦合振动研究和轴系大数据模型参数整定的应用研究仍需要进一步探索,也为今后船舶减振降噪相关研究提供参考。

基于Riccati传递矩阵法的永磁涡流联轴器固有频率分析

在对永磁涡流联轴器进行模态特性研究时,为了提高对联轴器转子系统的固有频率分析计算的准确度,利用传递矩阵法构建了转子的动力学分析模型。将永磁体的磁力统一化为零质量铰链连接,简化了涡流联轴器的磁电作用力,将复杂的研究模型转化为一个机械强度问题,使用Riccati传递矩阵法对完成等效化处理的转子进行模态分析,得到联轴器的固有频率与对应振型。在此基础上,将分析结果与精细三维有限元仿真结果进行了对比。结果表明,该方法能够较准确地对永磁涡流联轴器进行固有频率分析,与高精度仿真模型分析产生的结果误差不超过8%。通过改进计算数据与有限元分析结果进行对比研究,为永磁涡流联轴器的动力学特性研究提供了理论依据。

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。