基于耦合协调分析的火灾-经济-环境时空演化研究

为探究火灾、经济、环境的时空演化特征,基于2000—2019年中国火灾、经济、环境数据,建立火灾-经济-环境耦合协调模型,研究火灾、经济、环境系统的耦合发展水平;结合探索性空间数据分析(ESDA)方法研究我国31个省域各子系统时空演变特征及聚集性,并基于Moran'I检验开展火灾、经济、环境空间相关性分析。研究结果表明:2000—2019年火灾、经济和环境综合发展耦合良好。从时间维度上,2000—2019年耦合度和协调度呈上升趋势,耦合度受火灾综合得分影响,协调度受经济子系统影响;从空间维度上,经济发展是影响31个省域耦合协调度的主要因素。从耦合关系时空演变分析看,省域耦合度随时间呈聚集状态,耦合协调度在空间聚集中呈随机性。火灾、经济和环境对耦合协调的不同影响,导致协调类型及空间聚集状态不同。

泡状流相分布及湍流结构的欧拉-拉格朗日双向耦合数值研究

使用欧拉-拉格朗日双向耦合数值模拟方法对泡状流的相分布及气泡对液相湍流产生的影响做了详细的调查.液相的速度场采用直接数值模拟方法求解,气泡的运动轨迹由牛顿运动方程计算.相间的耦合是把相间作用力作为液相动量方程的源相来实现的,所考虑的相间作用力有阻力、剪切升力、惯性力等.研究表明:阻力、浮力、剪切升力和虚拟质量力对气泡的运动具有重要影响,大量的气泡在剪切升力的作用下聚集在壁面附近;与单液体相相比,气泡的加入使液相的平均速度、湍流强度和雷诺应力均有一定幅度的降低,而且气泡的加入修改了阻力系数公式.

基于遗传算法的隧道-坡体耦合稳定性分析

因受地形和线路的限制,隧道的进出口段以及隧道主体常处于边坡地形之中,此时需要将隧道-边坡作为整体进行稳定性分析。基于Janbu条分法,建立了原始边坡-隧道-路堤边坡三者耦合稳定性计算模型;应用遗传算法,进行了计算变量、安全系数表达式、适应度函数设计,运用MATLAB数学工具二次开发功能进行编程后,对不同条件下原始边坡-隧道-路堤边坡稳定性进行了计算,得出原始坡体随着隧道开挖承载力下降,随路堤修筑荷载增加,坡体安全系数逐渐降低,路堤修筑后的安全系数1.38大于规范规定的1.3,因此,原始边坡-隧道-路堤边坡处于稳定状态。

油浸式变压器三维电磁-流体-温度场耦合分析方法

提出了一种基于有限元法和有限体积法的变压器三维电磁-流体-温度场耦合分析方法。通过建立变压器三维模型,采用有限元法分析变压器内磁通密度分布,并求得变压器及绕组损耗。将变压器铁芯及绕组损耗作为热源,采用有限体积法求解变压器流体-温度场,分析变压器内部油流及温度分布,同时根据温度场结果对变压器损耗进行修正,通过迭代求解变压器流体-温度场获取变压器内部最终温度分布结果,提高求解精度。采用所提方法对35 k V油浸式变压器进行三维电磁-流体-温度场分析,将结果与经验公式的热点温度计算结果进行对比,验证了所提方法的有效性和正确性。

面向电磁装置磁-热耦合分析的异型网格映射方法

采用弱耦合有限元法求解电磁装置中的电磁场、流场和温度场的耦合问题时,电磁场计算得到的能量损耗要通过网格传递到温度场作为载荷,结合空气或液体的散热进行热分析。由于电磁场和热-流场在求解时对网格离散要求相差很大,因此若要兼顾各种场的要求需剖分成统一的有限元模型,势必会造成网格单元数很大、提高计算代价。而如果采用不同的网格模型,则无法实现网格间的数据直接映射。提出一种异型网格映射法,通过高斯积分及坐标变化来实现不同场之间不同网格的数据映射。此外,还提出了该方法的精度控制策略及误差修正系数,以保证计算结果的准确性。将异型网格映射法应用于文献中空气绝缘三相母线槽热分析中,将计算结果与常规同型网格直接映射方法及实验结果进行对比,进一步验证了该方法的有效性。

偏硼酸锂-四硼酸锂熔融-电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定石膏中多组分含量

石膏在我国储量丰富,应用广泛,快速准确分析其成分含量对石膏资源的综合利用具有重要意义。针对酸溶法无法测定SiO_(2),碱熔法无法测定K_(2)O、Na_(2)O的问题,通过优化熔剂用量、熔融温度,建立了偏硼酸锂-四硼酸锂熔融-电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定石膏中CaO、SO_(3)、Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)、MgO、TiO_(2)、K_(2)O、Na_(2)O、SiO_(2)含量的方法。结果表明采用试样与偏硼酸锂-四硼酸锂混合熔剂质量比例1∶5,在铂金坩埚中1000℃熔融10 min,在超声条件下,于50 mL盐酸(10%)中浸取熔融物,能够有效分解试样而浸取待测组分。向标准溶液系列中加入偏硼酸锂-四硼酸锂-盐酸基体溶液以消除基体对测试结果的影响。各待测组分的校准曲线的相关性系数均大于0.999,方法检出限在3~292μg/g;分别对国家一级标准物质GBW03109a、GBW03110和实际样品进行测定,5次平行测试标准物质的相对标准偏差(RSD)在0.14%~8.9%,测定结果的相对误差在0.030%~8.9%,测试结果与标准值无显著性差异;实际样品中各成分测定值的RSD(n=5)为0.24%~8.8%。方法操作简单、准确度高、精密度好、检出限低,可以同时测定石膏中的多组分含量,能够为石膏资源综合利用、调查评价提供一定的技术支撑。

基于耦合欧拉-拉格朗日法的井口吸力锚竖向承载力的分析

我国第二轮天然气水合物试采试验首次运用了井口吸力锚基础。针对井口吸力锚基础,采用有限元法开展竖向荷载作用下受力机理的研究。通过建立的基础三维模型,采用耦合欧拉-拉格朗日方法模拟了井口吸力锚基础竖向大变形的过程。经与不同承载力计算理论的对比,验证了耦合欧拉-拉格朗日方法分析井口吸力锚极限承载力的有效性。对比分析传统吸力锚和井口吸力锚的竖向位移-荷载曲线特征,发现井口吸力锚内部土塞受侧壁约束较大,其竖向极限承载力较高。建立的耦合欧拉-拉格朗日模型为井口吸力锚基础的优化设计提供有益的参考。

拟“车-桥耦合系统”的动态近似分析法

目前对于车体通过桥梁的动力响应问题,通常是将车辆子系统和桥梁结构耦合为一个系统,同时进行分析.文中提出一种近似但具有足够精度的方法用以计算车-桥耦合系统的动力响应.将车-桥耦合方程分解为两个部分,忽略作用在桥梁上的由移动车辆产生的惯性力项,只剩下移动力项.计算出桥梁在移动力作用下的响应,并把此响应作为车体动力响应的激励源反馈给车体,从而计算出车体的响应.从数值计算的角度,采用MATLAB编程并与车桥耦合系统精确的数值解作对比,验证了轻车过重桥情况下本文方法的可行性.通过分析表明,此方法能避免车-桥耦合系统计算时的庞大运算.

淮海经济区文化-生态-旅游耦合协调发展的时空演化及驱动因素

文化、生态、旅游协调发展有利于实现淮海经济区生态、社会、经济效益的统一,推动区域高质量发展.通过构建文化-生态-旅游3系统耦合协调评价指标体系,利用综合评价指数、耦合协调度模型和灰色关联度模型等方法研究2015—2021年淮海经济区市域文化-生态-旅游耦合协调度的时空演变及驱动因素.结果显示,各年度淮海经济区市域间生态系统综合评价值差别较小,文化和旅游综合评价值差别较大,评价值均值表现为生态>文化>旅游.旅游业发展普遍滞后,个别城市同时存在文化发展滞后现象.淮海经济区3系统耦合协调度各年均值多处于“勉强协调”状态,呈现“上升-下降-上升”趋势,市域间耦合协调度等级存在明显的空间分异现象.济宁、临沂和徐州3市耦合协调度较高.淮海经济区3系统的耦合协调受5种驱动因素的共同影响,关联度均值表现为:产业结构>政府行政力>经济发展水平>市场需求>对外开放水平.加紧补齐各城市发展短板、稳固发展底板是提升区域协调水平的关键.

含DFIG风电场电-气耦合系统的概率连续混合潮流方法及其负荷裕度分析

针对含双馈感应式风机(DFIG)风电场电-气耦合多能流系统的最大负荷裕度及其耦合影响问题,考虑天然气管网的动态特性,建立考虑DFIG稳态模型和能源路由器(EH)的含参连续混合潮流模型;采用随机响应面法(SRSM)拟合DFIG出力,结合预估-校正及电-气系统耦合交替迭代获取电力系统负荷节点的有功功率-电压曲线、天然气系统流量-气压曲线及其负荷裕度期望值;定义电压-负荷、气压-流量灵敏度,可分别跟随电力系统负荷节点有功功率-电压曲线、天然系统气流量-气压曲线的获取,定义电-气耦合环节中天然气系统节点压强-EH节点注入电功率和电力系统节点电压-EH节点天然气注入流量灵敏度,从而定量评估电-气耦合下电力系统、天然气系统和电-气耦合环节的薄弱节点及EH耦合程度。含DFIG风电场的IEEE14节点电力系统和22节点天然气系统通过11个EH耦合而成的电-气系统的算例仿真结果验证了所提模型、算法和所定义负荷裕度灵敏度指标的正确性和有效性。

土-地下结构相互作用的三维弱耦合有效应力分析法

地震波传播至土-结构接触界面时会发生反射与透射现象,结构周围土体处于往复剪应力和正应力差耦合的三维循环剪切状态。采用三维等效剪应变算法和加卸载判据将一维Davidenkov非线性滞回模型与剪切-体积应变耦合的孔压增量模型拓展至三维应力空间。考虑循环加载过程中土骨架循环刚度退化与超静孔隙水压力增长的耦合关系,建立了三维应力空间中的弱耦合有效应力分析法。基于ABAQUS显式求解器,实现了该有效应力算法,可应用于大型三维可液化场地中的土-地下结构体系非线性地震反应分析。针对已完成可液化场地三层三跨地铁车站结构试验开展数值模拟,结果表明:超静孔隙水压力的累积导致土的性状变化显著影响土-地下结构动力相互作用,数值模拟得到的土-结构接触界面能量聚焦时刻以及该时刻对应的瞬时卓越频率与振动台试验结果均吻合较好,提出的三维弱耦合有效应力法能较为理想地反映振动台试验中土-地下结构动力相互作用特性。土骨架有效应力水平显著影响超孔压比的发展规律,振动台不完备的密度相似比设计会造成模型结构周围地基土与原型的超孔压比分布规律存在差异。

不确定声-固耦合模型高频分析的随机统计能量方法

为了解决汽车统计能量分析的不确定性问题,提出了汽车声-固耦合模型的随机不确定性统计能量算法。该方法以结构和声腔材料参数为不确定变量,建立了声-固腔耦合模型的统计能量方程,计算了模型的自损耗因子和耦合损耗因子,对材料参数的偏导数进行了分析,并根据随机算法理论推导了材料参数不确定状况下的噪声均值、标准差的求解公式。将该方法分别应用于简单平板声腔模型和汽车防火墙声腔模型,成功求解了不确定条件下的模型噪声波动特性。

基于刚-柔耦合的C80型货车疲劳分析

为了能够预测C80型货车焊接结构危险部位及疲劳寿命,对车体日常维护提出针对性建议,以确保车辆服役期内的安全行驶。本文在刚-柔耦合动力学仿真的基础上,提取柔性体模态坐标时间历程,基于模态结构应力法校核车体关键部位焊接结构疲劳寿命。结果表明,浴盆端部底架大横梁与中梁焊缝疲劳寿命为416万公里,低于设计要求。针对该焊接结构提出了两种改进方案,其中方案二寿命提升240%,改进效果明显。模态结构应力法为焊接结构动态疲劳分析提供了新思路。

基于S-ALE流固耦合方法的飞机水上迫降动力学数值分析

对飞机水上迫降数值分析而言,结构与流体耦合作用方式是水上迫降研究的核心问题,在一定程度上决定了数值分析的成败。一种基于结构化任意拉格朗日-欧拉算法(S-ALE)的耦合方法用于刻画水上迫降过程中的飞机与水的相互作用。采用S-ALE流固耦合方法开展了飞机水上迫降动力学分析,提取飞机的俯仰姿态和过载的变化规律,并与传统的ALE罚函数耦合方法以及相关实验结果进行对比。结果显示:相对于传统的ALE罚函数耦合方法,S-ALE流固耦合方法较好地避免了流体的渗漏,能够有效预测飞机的二次抬头现象。与实验对比,S-ALE流固耦合方法所预测到的俯仰姿态角和过载曲线与实验数据基本吻合。

高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用法分析新疆巴旦木中硒形态

目的建立高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用法(high performance liquid chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry,HPLC-ICP-MS)测定新疆巴旦木(Amygdlus communis L.)中硒代蛋氨酸(selenomethionine,SeMet)和亚硒酸根[selenous acid,Se(Ⅳ)]2种硒形态的分析方法。方法研究采用超声波辅助酶提法提取巴旦木样品中硒形态,选用Dionex IonPac AS19阴离子分析柱进行分离,pH为9.2的磷酸二氢铵水溶液作为流动相,进样量为100μL。结果实现了在500 s内2种硒形态基线分离,SeMet和Se(Ⅳ)的方法检出限均为0.006 mg/kg,加标回收率为90%~106%。对巴旦木样品中SeMet和Se(Ⅳ)含量进行测定,2种硒形态含量之和占总硒的75.8%~81.2%。结论所建立的方法易操作、分离效果好且检出限低,可以作为一种分析巴旦木中2种硒形态的有效方法。

高盐度水体氰化物的连续流动分析-分光光度耦合法适用性探讨

采用连续流动分析-分光光度耦合法对大辽河高盐度水体氰化物测定的精密度、准确度进行验证,验证结果表明:当高盐度水体中氯化物浓度低于12800mg/L时,耦合方法下氰化物精密度和准确度均低于15%,加标回收率在81.5%~93.5%,满足SL 219—2013《水环境监测规范》对于水体氰化物测定的规范要求,可用于高盐度河流水体氰化物的快速、连续测定。研究成果对于沿海感潮河段高盐度水体氰化物应急和日常监测具有重要的参考意义。

3T1R解耦并联机构动力学与惯量耦合特性分析

对一种3T1R解耦并联机构的动力学性能及其惯量耦合强度进行了分析。对机构进行运动学分析,给出了机构的位置正反解方程,得到动平台的雅可比矩阵,推导了机构各构件的速度、加速度;基于牛顿-欧拉法,考虑构件重力以及外负载,建立了机构逆向动力学模型,并用ADAMS软件进行了仿真验证;基于所建的逆向动力学模型,分析了加速度和动平台姿态角对支链驱动力的影响;基于关节空间的惯量矩阵,建立了惯量耦合强度评价指标,分析了其在工作空间内的分布规律,并与降耦前Quadrupteron机构的惯量耦合强度进行了对比分析。结果表明,结构降耦不仅降低了支链间的耦合强度,而且整个工作空间内惯量耦合强度的分布更为一致,提升了机构动态性能的各向同性。

基体归一定量技术在激光烧蚀-等离子体质谱法锆石原位多元素分析中的应用

探讨了内标法和基体归一法校准的基本原理。基体归一校准法的基本步骤为:先用简单外标法测得样品中尽可能全的主、次、痕量元素含量,氧化物加和后进行100%归一,得到灵敏度校正系数,对所有元素的测定结果进行修正。修正结果的可靠性在很大程度上取决于测定元素是否"完全"。由于锆石的基体元素组成简单且易于测定,很适合用基体归一法校准。在激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱法(LA-ICP-MS)微区原位分析中,应用基体归一校准法的最大优点是:可以避免预先用其它微区分析技术对未知样品中的内标元素进行定量。该技术可适用于具有环带结构、难以找到均匀分布的内标元素的地质样品的元素空间分布测定。在高分辨ICP-MS(Element2)和NewWave-UV-213激光系统上,应用基体归一定量技术同时分析了锆石中主、次、痕量共54种元素。对未知锆石样品的分析,基体归一法与内标法结果的一致性令人满意。分析德国蛇纹岩标准玻璃ATHO-G中相对误差<25%的有52个元素,<10%的有36个元素;大多数元素的相对标准偏差<10%。

重力坝应力-渗流相互作用的无单元耦合分析

应用两场交叉迭代解耦技术,建立了应力-渗流相互作用的无单元耦合分析计算模型。详细分析了东方红重力坝在不计应力-渗流耦合和考虑应力-渗流耦合两种情况下,正常蓄水时坝体的位移、应力和渗流位势分布的变化规律。分析表明,考虑耦合作用后,坝体的位移略小,但分布规律一致;坝体的水平正应力分布不同,垂直正应力变化较大,但分布规律一致;耦合作用条件下渗流对重力坝坝体应力的影响是不利的。计算成果符合一般规律。

基于牛顿-欧拉法的4-UPS-UPU并联机构动力学方程

采用牛顿-欧拉法建立了空间并联机构的动力学方程,用于研究4-UPS-UPU五自由度空间并联机构的刚体动力学建模。分析了4-UPS-UPU并联机构的支链受力和动平台受力情况,基于牛顿-欧拉法推导出了该并联机构的刚体动力学方程。利用Matlab分别对动平台在空载和加载条件下的驱动力进行理论计算,得到了该机构5个驱动杆的驱动力。最后,利用ADAMS对4-UPS-UPU并联机构虚拟样机进行了动力学仿真分析。结果表明:并联机构在Z轴为0.95m的平面内按半径为0.01m的圆轨迹运动时,驱动杆1受力最大,空载时最大值达-760.6N,加载时最大值达-889.7N。理论计算结果和虚拟样机仿真结果基本一致,验证了理论模型的正确性。该项研究为4-UPS-UPU五自由度并联机构物理样机的制造奠定了理论基础,也为其他空间并联机构刚体动力学建模提供了思路。