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。

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。

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。

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。

乡村旅游与农村人居环境的耦合协调关系及障碍因子诊断——以山西省为例

在构建乡村旅游与农村人居环境评价指标体系的基础上,运用层次分析法、耦合协调度模型等定量分析山西省11个地级市乡村旅游与农村人居环境的耦合协调关系,运用障碍度模型对其耦合协调关系的障碍因子进行诊断。结果表明:(1)各地级市乡村旅游水平、农村人居环境水平的区域差距较大,且二者之间存在明显的空间错位。(2)晋中、临汾和运城为中度耦合协调级乡村旅游领先型,晋城、长治和吕梁为中度耦合协调级同步型,太原和阳泉为中度耦合协调级乡村旅游滞后型,忻州和大同为勉强耦合协调级同步型,朔州为初级耦合协调级乡村旅游滞后型。(3)基础设施、公共服务、产业机构是限制山西省乡村旅游与农村人居环境耦合协调发展的关键障碍因子,且7个维度的障碍分布状况差异较大,各地级市的关键障碍因子并不一致。(4)山西省今后应加强基础设施建设、提升公共服务水平和优化乡村旅游供给,并结合各区域的耦合协调关系及障碍因子状况,采取合理措施推动乡村旅游与农村人居环境持续协调发展。

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。

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。

“人类智能”与“人工智能”双向耦合:智能时代的教育取向

以大数据、人工智能、虚拟现实为核心的智能技术对教育发展影响巨大而深远。人工智能在辅助师生在教育认知、教育思维、深度学习等方面发挥着积极的“亲人类”“为人类”“利人类”功用,促进了教育全方位的高阶发展。然而,面对日新月异的人工智能发展态势,人类必须最大限度地规避风险,“拥抱机遇、趋利避害”,努力地选择它、使用它、导航它、超越它。而超越“类人性”的人工智能,教育应当自觉增强人类的主体地位,强化“人性本真”的“自然智能”,强调人类自然智能的自觉性、道德性、主体性和意志性。人类智能不是对人工智能的抵制和防御,而是要通过积极的努力,达成人类智能与人工智能高度契合、相得益彰、双向建构、耦合共生的格局,促进教育发展在人性与智能之间构建人机共强的良好生态。

基于熵权TOPSIS和耦合协调模型的四川省土地利用效益耦合协调关系及时空演变特征

[目的]从社会、经济、生态环境3个方面评价区域土地利用效益及其耦合关系有利于实现土地资源的合理配置及优化用地结构。[方法]以四川省21个地市州为研究对象,利用熵权TOPSIS法和耦合协调度模型,构建了2010—2020年四川省土地利用效益的综合评价体系,并基于GIS技术,分析了土地利用的社会、经济、生态环境效益及其耦合协调关系的时空演变特征。[结果](1)四川省各地市州的土地利用综合效益整体上呈上升趋势,空间上具有“西北高东南低”的空间格局;土地利用的经济、生态环境效益整体上具有上升趋势,分别表现为“西高东低”和“中东部高西部低”的空间格局;土地利用社会效益整体上呈下降趋势,具有“中部高两翼低”的空间格局;三大效益在空间均具有较显著的聚集特征。(2)四川省各地市州的土地利用耦合协调等级为4个,总体协调水平不高,以勉强协调为主,其次是濒临失调,具有“中间高两翼低”的空间格局,且耦合等级相同的城市聚集度较高,土地利用效益耦合协调等级在空间分布上需进一步改善。(3)影响四川省地利用效益大小的因子依次为社会>经济>社会经济>社会生态>生态环境效益系统;土地利用效益耦合协调关系主要受社会、经济效益单一因子影响,其次是社会经济复合因素,最后是社会生态复合因素的影响。[结论]四川省各地市州的土地利用综合效益整体上呈上升趋势,区域差异显著,总体的耦合协调水平处于较低等级,且耦合等级相同的城市聚集度较高,在今后的发展中应该调控城镇化的无序扩张,注重城市基础公共服务等设施的建设,增加城市环境建设投入,促进四川省土地经济效益-社会效益-生态环境效益间的协调发展,以期为提升四川省土地利用综合效益提供参考。

长江经济带新型城镇化与产业结构耦合测度及时空演化

新型城镇化进程与产业结构优化相互影响,共同推动长江经济带区域经济高质量发展。研究基于长江经济带11省份2014—2019年面板数据,运用熵值法分别测算新型城镇化与产业结构的综合指数,并测度两者的耦合协调水平,探究新型城镇化与产业结构耦合协调度的时空演化规律。研究发现:(1)长江经济带各省新型城镇化与产业结构优化水平均呈现逐年递增态势,且存在“东高西低”的空间分布特征。(2)2014—2019年,新型城镇化与产业结构耦合协调度从0.5630上升到0.6987,由“勉强协调”发展为“初级协调”水平。(3)时间上,两者间耦合协调度逐年提升,具有非均衡性特征,2014—2017年提升较快,2017—2019年提升趋缓;空间上,呈现下游、中游、上游逐级递减且较为明显的区域块状集聚特征,区域间差距在缩小。

石家庄市县域科技创新与经济发展耦合协调关系时空演变

选取石家庄市13个县域单元作为研究区域,构建科技创新能力和经济发展水平评价指标体系,计算评价指数,测算两者的耦合协调度,使用ArcGIS绘制空间分布图,深入剖析科技创新能力、经济发展水平以及两者耦合协调关系的时空演变特征。研究发现:全市县域科技创新能力和经济发展水平呈现较强的正相关性,且都在2010—2017年间提升速度较快,而在2019年之后提升速度呈减慢的趋势。2010—2021年经济发展水平指数均高于科技创新能力指数,但后者提升速度高于前者,表明石家庄市各县域科技创新能力滞后于经济发展水平,但科技创新能力的发展势头较好。2010年以来,全市县域耦合协调度呈现上升趋势,但耦合协调度与科技创新能力和经济发展水平的变化趋势相似,即2018年之前的提升速度要快于2018年之后。2021年,全市县域耦合协调度等级为“勉强协调发展”,协调发展水平较低,有待进一步提升。

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。

电爆炸金属桥箔早期过程中电磁-热-力多物理场耦合建模与分析

金属桥箔的电爆炸过程对电炮、冲击片雷管等的性能影响极为关键。这一过程中物质性质变化、几何构型和动力学过程非常复杂,早期的大量理论模拟工作均采用极为简化的物理模型。为此,建立了描述爆炸箔早期行为的三维电磁-热-固体力学耦合求解全物理模型,模拟爆炸箔在大电流加载下的早期受热膨胀过程,并对早期膨胀过程中桥箔上的磁场、电流、温度等演化进行分析,观察到电流在构型和电阻率两种因素影响下的角扩散和线扩散现象,模拟得到的桥区温度场分布与参考文献中的实验图像及模拟结果定性符合。

中国特色学徒制与实践教学体系耦合的机理、困境与路径

在推进中国式职业教育现代化与产教融合战略背景下,中国特色学徒制与实践教学体系相互协同、交互耦合,共同致力于培养高素质技术技能人才,推动职业教育体系的持续创新与发展。以制定统一的人才培养目标缓解人才供需矛盾、以设计共同的教学内容契合产业发展需求、以构建协同的教学管理机制保障技能人才成长、以建立合作互补的师资队伍支撑人才培养质量,可以实现中国特色学徒制与实践教学体系的耦合。然而,职业教育在实践发展中面临着企业参与和合作意愿不高、教学内容标准缺失、教学管理软硬件保障不足、专业型教师缺乏等困境。通过协商共建人才培养方案、协同共研教学内容、共建共享数字资源平台、互聘共用“双导师”队伍,可以有效促进中国特色学徒制与实践教学体系的耦合,从而助推高素质技术技能人才的培养、产教融合战略的顺利实施和中国式教育现代化的实现。

浮动基多机悬吊系统动力耦合响应分析

为了研究浮动基多机悬吊系统在不规则波作用下的动力耦合关系,首先利用动量定理和动量矩定理建立了浮动基机器人动力学模型,其次利用达朗贝尔原理建立了悬吊系统的动力学模型,并提出了系统动力学的耦合关系分析步骤;最后结合实例,仿真分析了浮动基多机器人协调悬吊系统在不同波高、不同波长比和不同起吊速度下动力耦合响应过程。结果表明,该系统的理论研究进行了补充和完善,同时也为浮动基多机悬吊系统在实际的吊运过程中,判断安全的吊运环境提供技术支撑。

长江经济带居民共同富裕与旅游发展水平耦合关系及影响因素研究

实现居民共同富裕是中国式现代化的本质要求,旅游业作为幸福产业,如何促进居民共同富裕与旅游发展水平协调共进成为当前研究的重点问题.该文以长江经济带为研究区域,构建了居民共同富裕与旅游发展水平指标体系,并基于耦合协调模型和时空地理加权回归模型(GTWR),考察分析2011—2020年居民共同富裕与旅游发展水平关系及其影响因素.结果发现:1)长江经济带旅游发展水平研究期内整体呈波动上升趋势,2020年因受疫情影响而出现跌落,居民共同富裕水平则呈整体逐年上升趋势;两者均呈现出显著空间异质性,但中上游地区旅游发展水平相近.2)居民共同富裕与旅游发展水平耦合协调水平呈波动上升趋势,重庆和贵州两地上升较快,2020年各省市受到疫情影响有所下降;下游地区高于其他地区.3) GTWR模型表明,人口密度、环境治理投入、旅游收入占比、人均GDP因素存在明显的时空差异,不同时期各因素对地区影响强度和波动方向不同,其中人均GDP影响为正向且影响作用较强.

磁耦合式可调频压电振动俘能器

为提高压电振动俘能器的环境适应性,提出一种磁耦合式可调频压电振动俘能器,利用激励器上主动磁铁和组合换能器上被动磁铁间的耦合作用及横摆簧片实现压电振子的单向限幅激励。通过对俘能器及磁对的建模和仿真分析,获得了俘能器结构参数对俘能器输出性能的影响,在此基础上制作俘能器样机并进行实验研究,获得了俘能器纵摆质量m_(1)、横摆质量m_(2)、横向距离Lx、纵向距离Ly、竖向距离Lz及负载电阻对俘能器输出性能的影响规律。结果表明:存在两阶谐振频率f_(1)和f_(2)使输出电压出现峰值U_(n1)和U_(n2),调节m_(1),m_(2),Lx,Ly及Lz会影响f_(1),f_(2),U_(n1)及U_(n2);其他条件一定时,存在最佳负载电阻2 200 kΩ使输出功率达到0.122 mW。通过选择合适的结构参数能够提升俘能器的有效频带和输出电压,对增强压电振动俘能器的可靠性和频率适应性具有一定的参考价值。

城市创新效率与高质量发展水平测度及时空耦合分析--以中原城市群30个地级市为例

创新赋能高质量发展,文章以中原城市群30个地级市为例,探究城市群内部城市创新效率与高质量发展水平的时空耦合演变规律。选取2007年、2014年、2021年3个时间节点,运用前沿距离法、三阶段DEA模型、耦合协调度模型等方法进行综合分析,研究结果表明:城市创新效率整体呈上升趋势且城市间差距在缩小,时空分布上表现为从片状布局向带状集聚的演变特征;城市高质量发展水平存在各城市多层次分化与省际边界差异的特点,在时空分布上呈现从“中心-外围”的空间分异向带状、片状集聚的演变特征;城市创新效率和高质量发展的耦合协调度逐渐提升,区域协调空间范围不断扩大,呈现空间均衡发展趋势。

数字经济与海洋经济高质量发展耦合协调分析

数字经济作为经济发展的新动能,为我国海洋经济实现高质量发展提供了新方向。构建数字经济与海洋经济高质量发展的评价指标体系,运用耦合协调模型和障碍因子模型,探究中国11个沿海省区市数字经济与海洋经济高质量发展耦合协调发展现状及其障碍因子。结果发现:①2011—2020年沿海地区数字经济和海洋经济高质量发展的综合发展水平及耦合协调度均呈现上升趋势,其中数字经济发展迅猛,海洋经济发展稳中向好,耦合系统从整体失调状态发展到整体良好耦合协调状态;②沿海各省区市耦合协调度均有不同程度的提升,耦合协调状态空间差异逐渐减小,2020年9个省区市均发展到基本协调状态以上,其中广东处于高度耦合协调状态;③通过障碍度诊断发现,数字经济障碍度具有“数字基础设施>数字产业化>产业数字化”的特征,海洋经济高质量发展层面具有“海洋科技创新>海洋社会效益>海洋经济效益>海洋资源环境”的特征。

双层铁磁薄膜中层间耦合和面外各向异性对系统共振频率的影响

本文采用能量极小原理,重点讨论了层间双线性耦合、双二次型耦合和面外单轴各向异性对双层铁磁薄膜中铁磁共振频率的影响。分别从三个方面讨论光学模和声学模共振频率对层间双线性耦合、双二次型耦合以及面外单轴各向异性的依赖。结果表明,层间双线性耦合和双二次型耦合可以提高光学模的共振频率。然而,面外单轴各向异性会降低光学模和声学模的共振频率,尤其是对声学模的影响更加明显。此外,对于光学模,双二次型耦合比双线性耦合更为重要。这些结果有助于新型微波器件的设计。