基于系统动力学的农村宅基地退出风险传导效应评价——以江西赣州大余县为例

宅基地退出过程中存在诸多风险,而这些风险之间相互依存、相互关联,形成复杂的风险传导效应。为了探讨宅基地退出风险之间的传导,本文基于可行能力理论从经济、社会、居住、生产4个维度识别宅基地退出风险表征,构建基于系统动力学的风险传导模型。以江西赣州大余县为调查区域,在353份调查问卷基础上,运用Vensim PLE仿真软件对宅基地风险传导效应进行定量分析。结果表明:假设在现有政策不变的情况下,宅基地退出风险系统和子系统的风险值均表现出逐年增长的趋势,应尽早尽快推进宅基地退出相关政策的落实;“家庭经济收入”“就业岗位机会帮扶”“生活成本承接能力”和“家庭风险承载能力”是传导路径上的关键风险。基于研究结论从风险传导的角度为防范宅基地退出风险、完善宅基地退出制度提出政策建议,为宅基地退出风险规避提供依据。

产能中断下汽车供应链牛鞭效应的系统动力学仿真

在突发事件的影响下,市场供给不确定性逐渐增加,供应链中出现产能中断与信息不对称等问题,导致供应链出现牛鞭效应。因此,基于系统动力学对汽车供应链进行仿真分析,设计存量流量图,分析订单完成情况与各节点库存量变化,并对影响供应链牛鞭效应的变量进行因果分析。结果表明,安全库存量的增加和转运时间的减少可以有效减少由中断引起的库存量激增现象,同时提高供应链绩效。

考虑应变率效应的高海情运载火箭海上发射动力学特性研究

运载火箭海上发射过程是一个强非线性复杂系统级问题。在海上风浪环境下,运载火箭与框架式发射架之间发生相对运动,适配器与导轨间的多次冲击载荷非线性、不连续,多次冲击速度不同,应对适配器模型的应变率效应进行评估。首先基于聚氨酯泡沫试验数据,得到更为准确地改进唯象宏观模型。分别建立考虑适配器应变率效应和不考虑适配器应变率效应的海上发射系统动力学模型,对高海情下运载火箭海上发射系统动力学特性进行研究。结果表明,应变率效应对运载火箭海上发射过程中适配器与导轨接触载荷影响较大,对运载火箭海上发射滚转运动规律影响显著,将直接影响后续运载火箭海上发射安全性评估及限转装置设计。研究对运载火箭海上发射具有较高工程价值及理论指导意义。

基于血流动力学效应优化的体外反搏闭环反馈调控研究

目的 本文旨在实现针对不同的患者个体,以较优的血流动力学效应为目标,实现个性化的体外反搏(enhanced external counterpulsation,EECP)的闭环反馈调控数值模拟。方法 通过集中参数模型模拟研究EECP反搏模式对不同的适应症的影响机制,根据PID控制系统的反馈调节原理,将其应用于体外反搏的研究中,把血液循环系统的闭环式0维集中参数模型作为被控对象,用于个性化体外反搏血流动力学仿真。结合体外反搏局部血流动力学效应评价模型为不同适应症(冠心病或脑卒中)患者设定血流动力学效应优化的个性化目标值,根据设定目标值和当前血流动力学指标之间的误差,通过设置适当的增益系数与误差进行运算来调节不同反搏模式(压力幅值或加压时长)使当前血流动力学指标达到设定目标值。结果 反搏压力对于冠状动脉血流动力学指标的增加更加明显。加压时长对于脑动脉的血流动力学效应的影响最为显著。因此对于冠心病患者设定优化目标值舒张压/收缩压(D/S),通过反馈调节反搏压力使当前D/S达到设定D/S,最终使它们之间误差e的绝对值降低至0.06(均<5%),并得到此时的压力幅值。对于脑卒中患者设定目标值脑血流量(cerebral blood flow,CBF),调节系统输入加压时长减小误差,控制系统的输出当前CBF达到设定CBF,使误差e的绝对值降低至0.06(均<5%)并得到此时的加压时长。结论 数值模拟中血流动力学指标达到优化目标值时应施加的压力幅值和加压时长可为临床体外反搏优化治疗提供理论依据。

转子偏心效应下大范围转动弹性梁外激励非线性动力学行为与振动机制

为实现大范围转动弹性梁类柔性机械的高速、安全、平稳运行,综合应用Galerkin模态截断法和Hamilton原理建立弹性梁刚-柔耦合动力学模型,并建立转子偏心运动微分方程;基于行波叠加原理,应用高阶Runge-Kutta法完成非线性动力学解耦;应用时、频域分析法解析转子偏心效应下弹性梁的振动机制以及外激励下的频谱响应特性。研究结果表明:外激励响应在转子偏心效应下会衍生新的低频谐波分量,转速和激励幅值的增加会导致频域内多个低频谐波分量高于主振,易引发不同程度的间歇性振动;外激励频率提高会引起频域谱峰后移,数值仿真5~35 Hz频段的外激励,当频率为25 Hz时其低频谐波分量是主振幅值的2倍,高达0.181 mm,进而呈现明显的外激励突发性激振。因此,借助时、频域分析可有效解析具有随机性的间歇性或突发性振动产生机制,可为大型旋转柔性机械的动力学优化设计提供重要的理论基础和数据支持。

动力学同位素效应的基础理论及竞赛试题分析

动力学同位素效应是最近两年在国内外化学竞赛中出现的新兴考点。本文从势能曲线和零点振动能出发,从经典的过渡态理论角度阐释了一级动力学同位素效应和二级动力学同位素效应的起源,简述了动力学同位素效应在反应机理研究中的作用。通过解析国内外化学竞赛相关试题,分析了动力学同位素效应的考察角度,揭示了国内竞赛与国际竞赛的出题导向有一定的延续性。最后对动力学同位素效应的竞赛教学提出了一些思考和建议,对竞赛教学工作者具有参考和借鉴价值。

复合材料下改性纳米粒子团聚效应的分子动力学模拟

聚合物基复合材料掺杂纳米粒子能有效改善其性能,但是纳米粒子由于其尺寸以及活跃的表面能容易在复合材料中形成团聚,从而使纳米尺度效应不能充分发挥。对SiO2、ZnO纳米粒子进行改性处理,并使用Materials Studio软件对其进行分子动力学模拟仿真实验,对复合材料下改性纳米粒子团聚效应进行了分析。

晃动条件下大型液氢舱罐的动力学及热力学特性

大型液氢舱罐在不同海况下会呈现出复杂的动力学响应及热力学响应,并在很大程度上影响舱罐的安全,因此,建立一个数值模型来研究晃动条件下船用大型低温舱罐中液氢的动力学特性及热动力学特性。应用流体体积(VOF)方法捕获晃动过程中自由表面的波动,使用Lee相变模型来描述晃动过程中的蒸发冷凝现象并与已有试验进行对比验证。研究不同充注水平和晃动条件下液氢的自由表面形状和面积变化,舱壁压力变化,舱罐内气液温度变化以及相变引发的降压现象。结果表明:固有频率附近的晃动伴随着射流和破碎液面的产生,会对舱壁产生抨击压力;液面破碎程度越剧烈,液位越高,舱内压力下降速率越快;舱罐内气液温度演化经历了热分层、晃动混合和总体温升等3个阶段。研究结果对进一步理解非等温低温舱罐中流体的晃动动力学及热力学特性具有重要意义。

塔中深层稠油在不同氧含量下的动力学特征研究

原油在减氧空气中发生氧化反应的过程复杂,准确分析油藏条件下原油氧化反应动力学特征十分重要。为实现对油藏条件下原油氧化反应的准确分析,需进行定性与定量综合研究。采用差示扫描量热法(DSC)、热重法(TG)等定性与定量测试方法,综合研究塔中深层稠油油藏在不同氧含量下的氧化机理、氧化放热、失重和动力学特征。DSC实验结果表明,氧含量的提升对原油的氧化热效应促进明显,原油的氧化放热量与峰值热流量随着氧含量的升高而大幅增加。TG实验表明,随着氧含量的升高,原油的低温氧化区间不断缩短,低温氧化阶段的质量消耗减少。低温氧化区间的温度范围随静态氧化时减氧空气中氧含量的升高(氧化程度的加深)而逐渐变窄。基于TG实验数据,使用微分法Friedman和微分法OFW求取的原油低温氧化阶段活化能接近,且活化能均随转化率的升高而增加,塔中深层稠油在氧含量为5%的减氧空气中低温氧化阶段平均活化能为81.04 kJ/mol。

血清D-二聚体消除动力学模型构建对静脉血栓栓塞的预测价值

目的构建血清D-二聚体消除动力学模型并分析其对静脉血栓栓塞的预测价值。方法回顾性分析2020年1月至2022年12月于同济大学附属妇产科医院妇科或产科进行抗凝治疗的79例患者的临床资料,收集D-二聚体浓度及相关临床资料,使用非线性混合效应模型法估算D-二聚体的清除动力学模型参数。结果血栓形成时D-二聚体初始浓度典型值为3.73 mg/L,D-二聚体符合二级消除动力学模型,癌症患者的D-二聚体消除速率较慢。结论抗凝治疗期间D-二聚体清除动力学个体差异较大,可使用模型预测患者D-二聚体降至阴性的时间,为临床提供参考。

C_(2)H_(2)/CH_(4)燃烧特性实验及反应动力学研究

随着煤矿开采深度的增加,极易出现瓦斯与煤自燃灾害交织共生现象,增大灾害风险.为阐明煤与瓦斯共生灾害发生时的火焰传播特性,有必要开展煤自燃气体掺混对瓦斯燃烧特性的影响研究.乙炔气体(C_(2)H_(2))是煤高温氧化时产生的主要气体之一,甲烷(CH_(4))是瓦斯的主要成分,本文研究了0~2%体积分数C_(2)H_(2)掺混对CH_(4)层流燃烧速度的影响规律.结果表明,随着C_(2)H_(2)体积分数的增加,C_(2)H_(2)/CH_(4)混合燃料层流燃烧速度增大.层流燃烧速度受质热扩散作用、动力学和热力学效应的综合影响,当C_(2)H_(2)体积分数增加至2%时,混合燃料的(αLe)^(1/2)、T_(ad)分别增加了1.54%、2.98%,T_(a)减少了26.93%,说明动力学效应是C_(2)H_(2)促进CH_(4)层流燃烧速度增加的主导因素.由活性自由基体积分数分析可知,随着C_(2)H_(2)体积分数的增加,H、O、OH和CH_(3)等活性自由基体积分数均出现增加趋势,从而促进了CH_(4)的燃烧.

雅鲁藏布江大峡谷则隆弄高位冰岩崩灾害链动力学特征

雅鲁藏布江下游冰川分布广泛,曾发生多次高位冰岩崩事件,引发灾害链,如泥石流或碎屑流,危害巨大。本文通过野外现场调查,结合多时相卫星图像及无人机数据,以则隆弄沟为例,分析了高位灾害的地貌特征及运动动力学效应。研究表明:(1)则隆弄沟高位灾害垂向落差大,不同海拔区段微地貌形态各有差异,具有典型的垂直分带性,根据地貌展布特征及形态可划分为高陡冰蚀地形、弯曲型沟谷地形、堆积河谷地形,独特的地貌条件和地质环境使高位灾害与中低海拔地区有显著区别。(2)高位冰岩崩灾害链经历冰岩崩、碎屑流运动、堆积堵江、洪水溃决4个阶段,形成高位远程地质灾害链,运动过程中表现出复杂的动力学效应,包括冲击解体效应、散体成拱效应、动力侵蚀效应、碎屑堆积效应,为研究碎颗粒流动行为及动力学过程提供信息。(3)则隆弄冰舌处冰碛物富集,冰舌前缘及后缘分布有大量裂缝,随时间推移内部裂纹扩展累积,应力拱承载力下降而破坏致灾。未来在气候变化及强烈的构造活动影响下,雅鲁藏布江下游高位冰岩崩灾害风险极高,引发次生堵江-洪水灾害危害极大,应加强这类流域性灾害的预警及风险防范。

冲击载荷下石墨矿石动力学特性的层理效应及宏微观破坏机理

为探究冲击荷载作用下层理对石墨矿石动力学特性的影响规律,采用直径为50 mm的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)系统,对0°、 45°和90°层理角度的石墨矿石开展了不同冲击荷载(0.3、 0.4和0.5 MPa)下的动态压缩实验,并结合高速摄影和电子扫描技术分析了不同层理角度石墨矿石的动态力学特性和冲击破坏模式。研究结果表明:石墨矿石中矿物多呈同形粒状定向排列,接触界限不规则,白云母和石英含量较高,与石墨伴生,沿层理面富集;层理面的存在对石墨矿石的力学性质存在劣化作用,45°层理劣化作用最强;能耗特性随层理角度增大呈U形变化,与强度特征相似;同一应变率下,矿石破碎尺寸与能耗密度具有明显的相关性,0°层理破碎平均尺寸较小,能耗密度较大,45°层理破碎后块度最大,能耗密度最小;受外力作用时,石墨鳞片不仅从内部断裂,也易被伴生矿物撕裂,随层理角度的增大,试样破坏形式可归纳为张拉破坏—剪切破坏—张拉劈裂破坏的演化过程。冲击荷载作用下,石墨鳞片破坏程度主要受压力大小和作用方向控制,拉伸破坏可减少石墨鳞片内部断裂,低应变率可减少岩粉产生。因此,可通过调整冲击波传播方向、降低峰值应力和增大矿石拉应力破坏区域,以减少爆破冲击对石墨鳞片的破坏作用。

白芥子穴位给药配伍对延胡索乙素药效动力学影响的研究

目的:探讨“冬病夏治”全方配伍和无白芥子配伍延胡索乙素在模型家兔“肺俞”穴皮下药代动力学特征及药代动力学-药效动力学(PK-PD)模型的相关性。方法:支气管哮喘模型家兔随机分成延胡索单方组、缺白芥子组、全方组,微透析技术收集14 h穴位皮下透析液,液相色谱-质谱法(Liquid Chromatography Mass Spectrometry,LCMS)法检测方中君药延胡索主要成分延胡索乙素浓度,获得药代动力学参数;酶联免疫吸附试验(ELISA)法检测对应时间点模型动物血清中IgE水平,获得药效学参数;对药动学、药效学参数进行PK-PD模型拟合。结果:白芥子配伍后的药峰浓度(C_(max))、药时曲线下面积(AUC_(0-t))、平均滞留时间(MRT_(0-t))均显著增加(P<0.01,P<0.01,P<0.05),达峰时间(T_(max))提前(P<0.01);“浓度-时间-效应”三维曲线表明,方中有白芥子配伍时,药效出现更快、消退更慢,起效时间晚于峰浓度,具有一定滞后性。结论:动力学参数、PK-PD模型结果表明,白芥子配伍能够改变“方中君药”——延胡索的主要成分延胡索乙素穴位局部的皮下分布,促进方中君药有效成分快速吸收,延长滞留时间,在方剂中起到主药、改善其他药物分布的“双重”作用。

电辅助磺化聚砜膜分离医药废水传递机理的分子动力学模拟研究

医药生产废水的膜法分离技术对实现绿色医药化工意义重大。其中,通过电场辅助强化膜分离效率,阻止荷电医药分子迁移、离子跨膜传递,有较好的应用前景。但目前尚无分子尺度模型揭示相关膜界面和膜传递通道内的分离机制,也制约了相关新型膜材料设计和膜技术研发。利用分子动力学模拟(MD)技术,从分子层面上探究电场辅助下的磺化聚砜膜(SPSf)分离头孢呋辛钠医药废水的机理,并模拟膜内含水量对离子传递行为的影响。模拟过程中能量、温度波动低于10%,证明模型设定与计算方法可靠;所构建模型玻璃化转变温度与实验值接近,证明所选力场合适,所得数据可用于后处理及结果分析。结果表明,外加电场增强膜表面带电基团对同性离子的排斥能力。随着电场在一定程度上的增强(0~0.15 V·Å^(-1)),解离后的荷电膜对带负电粒子排斥能力增强(SPSf解离后,膜表面头孢呋辛离子强度下降15.7%),对Na+吸附更强(Na+强度增加19.4%),证明电增强Donnan效应与电增强吸附/脱附是电辅助荷电纳滤膜分离医药废水的主要作用机理。此外,分析了电场强度与膜内含水量对离子在SPSf膜体系中扩散的影响。在模拟实验范围内,随着含水量与电场强度增大,荷电膜内离子扩散能力增强;在膜内含水量λ=2.0、0.10 V·Å^(-1)时,Na+扩散系数与头孢呋辛离子扩散系数相差1.54×10^(-6)cm^(2)·s^(-1),在这种条件下离子选择性最高。通过分子动力学模拟技术(MD)从微观层面解释电辅助荷电膜分离医药工业废水的调控机理,为理性设计和选择荷电膜材料与膜表面的基团改性提供了有益的理论参考。

生物质添加对脱油沥青气化的影响及动力学研究

应用气化技术将脱油沥青(DOA)转化为合成气是一种环保、高效提升脱油沥青附加值的方法。但脱油沥青气化反应活性较低且气化炭黑生成量大,而生物质中的碱金属元素可以有效催化化石燃料的气化反应,故选用稻草秸秆(RS)与脱油沥青共气化以提升脱油沥青的气化反应速率。采用常压热重分析仪(TGA)考察了DOA和RS在不同掺混比(m_(DOA):m_(RS)分别为9:1,8:2,7:3,1:1,3:7)下共气化的反应特性,并与DOA单独气化的反应特性进行了对比。采用SEM-EDS对共气化产物进行微观形貌和元素分布表征,选择Coats-Redfern法配合Malek最概然机理函数计算共气化动力学相关参数及动力学方程。结果表明:RS主要通过灰分中含有的钾元素催化气化反应,共气化过程中钾由RS转移到DOA表面,在DOA表面通过扩张孔隙形成了新的孔隙,增加了气化反应活性位点;当DOA与RS的掺混比为3:7时,共气化的协同作用最明显,与DOA单独气化相比,活化能降低约94.7 kJ/mol。

电磁环境生物效应的分子动力学基础

随着电磁环境越来越复杂,电磁辐射生物效应愈加受到人们的关注,尤其是非热效应的作用至今仍然没有完全搞清楚。文章采用分子动力学模拟方法,研究微波对肌肽(生物活性分子)活性位点碰撞的空间方位和动能的影响,提出了微波后极化效应,以此阐述电磁环境生物效应的分子动力学机理。计算结果表明:随着电场强度的增大,线极化下碰撞总数增加了2.9%~13.3%,而圆极化的碰撞总数增加了2.4%~11.2%;特定空间角度范围内,线极化微波下碰撞的概率最大增加了131.3%,圆极化微波下碰撞的概率最大增加了47.1%。该研究有助于揭示电磁环境生物效应的分子机理。

氮化镓/金刚石异质结构界面热输运特性的分子动力学研究

金刚石具有极高的热导率,作为衬底材料在解决氮化镓基电子器件的散热问题上前景良好。穿过界面的声子传输行为决定了氮化镓/金刚石异质结构界面的热性能。采用非平衡分子动力学方法研究了尺寸、温度以及空位缺陷对氮化镓/金刚石界面热导率的影响,通过声子态密度及其重叠因子对界面热导率的变化进行微观分析。研究表明,在热输运方向上异质结构长度尺寸变化时,界面热导率无明显变化且始终在0.39~0.42GW/(m^(2)·K)。当提高外界温度时,界面热导率也随之增大,并且在400K下达到0.46GW/(m^(2)·K)。温度升高导致晶格振动剧烈,界面处的声子匹配度增加。引入空位缺陷后,由于空位缺陷会导致声子频率降低并且增加声子的散射,界面热导率在30%的空位缺陷浓度下为0.24GW/(m^(2)·K)。该研究结果有助于调控氮化镓基半导体器件的热输运性能,并为异质界面器件的设计提供理论了参考。

基于近场动力学的岩石不同应力路径损伤演化

加卸载效应普遍存在于各类岩土工程中,为研究岩体在不同应力路径下加卸载的力学响应和损伤演化规律,通过在传统键型近场动力学本构模型中引入键的损伤变量函数,以反映岩石材料应力应变曲线中先应变硬化再应变软化的非线性阶段,采用改进键型近场动力学模型数值模拟与室内细砂岩加卸载试验对照的方法研究了细砂岩在不同加卸载路径下的力学、损伤演化规律。结果表明:改进的键型近场动力学本构模型能够较好地模拟岩石材料先应变硬化再应变软化力学性质和在不同应力路径下的力学响应及损伤发展趋势;在常规三轴路径下,岩石的抗压强度与围压呈较严格的正相关变化;定义的损伤值可直观的对比出不同加卸载路径与常规三轴压缩下岩石的损伤发展情况,相对常规三轴压缩,卸荷路径加快了岩石材料的破坏,且升轴压破坏程度>恒轴压破坏程度>卸轴压破坏程度。

温度效应下煤体吸附瓦斯热力学及动力学特征

为研究煤体与瓦斯相互作用的热力学与动力学特征,利用自主研发的煤系气流固耦合试验平台,开展298、308、318、328、338 K温度点煤体等温吸附试验,分析温度效应下煤体吸附瓦斯热力学参数、吸附动力学特征。试验结果表明:随温度升高,煤体瓦斯吸附量逐渐降低,等温吸附曲线符合Langmuir型变化规律;煤体等量吸附热随吸附量的增加而增大,变化范围为-10.191~-7.127 kJ/mol;煤体吸附瓦斯为放热物理过程,温度升高抑制煤体吸附瓦斯能力,煤体极限吸附热为-11.369 kJ/mol;不同温度吸附自由能和吸附熵均小于0,分别为-6.958~-2.452 kJ/mol和-14.085~-12.607 J/(mol·K);动力学模型拟合中,吸附平衡时的瓦斯吸附量随温度升高而降低,吸附速率常数与温度呈正线性关系。煤体吸附瓦斯为动态放热过程,随温度升高,瓦斯气体分子能量逐渐大于煤体孔隙吸附势能,吸附质态瓦斯逐渐转变为游离态瓦斯,煤体吸附瓦斯能力下降。