基于Chebyshev-Ritz法分析两端固支梁在移动荷载下的动力响应

基于小变形、二维弹性力学理论,采用Chebyshev-Ritz法分析两端固支梁在移动集中简谐荷载下的动力响应.利用第一类Chebyshev多项式与边界特征函数的积作为梁位移的试函数,给出求解梁任意阶自振频率的方法,采用Newmark-β法求解振动控制方程得到梁位移响应的数值解.由收敛性分析可知本文方法求解的数值稳定、收敛快速且精度较高,与有限元软件ANSYS建模分析结果对比一致性较好.分析加速、减速和匀速运动下不同速度、荷载频率对于位移响应的影响,可为桥梁损伤检测和计算提供数据支撑和理论参考.

油气田刺激响应性材料应用现状及前景展望

油田化学品在钻井完井、压裂酸化、调剖堵水、乳化降黏、油水分离等环节发挥关键作用,但低渗透、高温、高盐、极端pH及使用过程中温度、pH变化等苛刻油气藏环境,给应用于油田化学品的聚合物和表面活性剂的研发带来了严峻的挑战。引入磺酸基等抗温抗盐基团或增大驱油剂相对分子质量等传统方式已难以满足油田需求。该文介绍了温度敏感聚合物、pH敏感聚合物、磁响应聚合物、CO_(2)敏感聚合物及表面活性剂、盐度敏感聚合物响应环境变化的刺激响应原理和性能;综述了5种刺激响应性材料在钻井完井、提高采收率、乳化破乳、压裂酸化、调剖堵水、油水分离等方向的应用,展望了刺激响应性材料在油气开采中的发展前景。

高速履带车辆横摆运动响应特性分析与试验验证

为研究高速履带车辆操纵特性,奠定高速电驱动履带车辆的操纵稳定性评价及控制的基础,建立了高速履带车辆非线性转向动力学模型及2自由度线性转向动力学模型,并对模型进行试验验证。利用2自由度线性模型推导了高速履带车辆横摆运动传递函数,基于此进行了高速履带车辆横摆运动时域和频域响应特性分析,提出履带车辆稳态横摆角速度增益及临界阻尼车速的定义。研究结果表明:履带车辆稳态横摆角速度增益均小于1,履带车辆具有不足转向特性;履带车辆系统阻尼比在1左右;当车速小于临界阻尼车速时,车辆系统为过阻尼系统,横摆角速度响应的上升时间在0.2 s内;当车速等于临界阻尼车速时,车辆系统为临界阻尼系统,横摆角速度响应的上升时间大于10 s;当车速大于临界阻尼车速时,车辆系统为欠阻尼系统,横摆角速度响应的上升时间迅速减小至2~3 s。

考虑源荷不确定性及用户响应行为的电力系统低碳经济调度

电力系统是未来实现碳中和目标的重要领域,随着源-荷不确定性的加剧,基于确定性模型的低碳经济调度方法无法准确描述不确定因素对碳排放的影响。针对上述问题,该文首先从系统层面构建考虑不确定性的低碳鲁棒优化模型,利用概率模型对源荷不确定因素进行建模,并采用机会约束对目标满足期望的显著性水平进行描述,通过最大化不确定因素的置信水平得出风险规避策略下的鲁棒调度方案。接着从用户层面构建基于事件驱动的用户低碳响应模型,根据系统层计算结果,通过设定事件触发的碳排放阈值定义碳排放超额事件,并以价格形式引导用户的低碳用能行为。最后通过算例分析,验证所提模型能有效量化评估系统的低碳经济调度不确定性水平,充分发挥用户侧降碳能力,实现源荷双侧低碳目标的协同。

计及灾后恢复全过程储能应急响应能力的配电网韧性规划

储能因响应快、灵活性高的特点,已成为可再生能源发展必不可少的支撑技术,不仅具有削峰填谷、改善电能质量的作用,在灾后恢复过程中的应急响应能力同样不可忽视。提出了一种计及灾后恢复全过程储能应急响应能力的配电网韧性规划方法,构建了同时考虑网架增强和储能配置策略的配电网韧性增强双层规划模型,系统地刻画了极端灾害发生后配电网网架重构、设备抢修及复电等灾后恢复全过程的源-网-荷-储互动模式场景。最后,通过IEEE33节点系统的算例分析表明,所提方法能更充分地挖掘储能的应急响应潜力,有效提高增强性规划决策的精准度,获得更佳的投资回报。

计及多重需求响应的综合能源系统多时间尺度低碳运行

为挖掘需求侧资源响应潜力,文中提出一种计及多重需求响应的综合能源系统(integrated energy system,IES)多时间尺度低碳调度策略。首先,考虑到需求侧资源在不同时间尺度下的响应差异性,建立计及价格型和激励型的多重综合需求响应(integrated demand response,IDR)模型。然后,为减少源、荷预测误差对IES运行的影响,分别构建日前低碳经济调度模型和日内双时间尺度滚动优化平抑模型。最后,算例仿真设置不同场景进行对比分析。结果表明,相比传统IDR,多重IDR能有效挖掘用户响应潜力,提升系统经济性。此外,计及多重IDR的多时间尺度调度策略能有效缓解源、荷误差带来的功率波动并降低系统碳排放量,实现IES低碳、经济和稳定运行。

气候变化和人类活动对中国生态敏感性的影响分析与改善路径——基于响应曲面法

生态敏感性是指生态系统对外界干扰的反应程度。随着气候变化和人类活动日益加剧,二者分别以单独和交互作用的方式影响生态敏感性,进而暴露出整体或区域性的人口、资源与环境问题。因此,厘清气候变化和人类活动对生态敏感性的影响程度,并分级进行改善,有利于提升地区生态环境的韧性和可持续发展水平。该研究以中国31个省份为研究对象,基于2001—2020年的气象、遥感和统计数据,构建气候变化、人类活动和生态敏感性指标体系,运用主成分分析提取气候变化和人类活动的影响因子,利用响应曲面法(response surface methodology,RSM)分析各地区气候变化和人类活动单因子及交互作用对生态敏感性的影响,并以包含生态和气候敏感性的复合敏感值为依据,划分优化区、管控区和治理区,探究了敏感值较高的治理区的改善路径。结果表明:(1)中国生态敏感值在时间上呈波动下降态势,2001—2020年总体下降了2.2%;空间上呈现出“西高东低、北高南低”的空间布局,与2001年相比,2020年重度敏感及以上的省份数量减少了7.1%。(2)经济发展、气候变化、人口规模对不同省份生态敏感性的影响存在差异,受单因子影响的省份占比分别为77.4%、67.7%和54.8%;因子交互作用中,负交互效应占比为69.6%,说明大部分因子对另一因子影响生态敏感性的效应产生反向作用。(3)为减少气候变化对生态敏感性的负面影响,针对治理区内自然条件和发展速度不同的区域,需要有针对性地协调经济发展或人口增长,以确保在生态承载范围内推动经济社会可持续发展。

黄铜矿粗选指标对水玻璃超声波改性的响应及其机理

为阐明黄铜矿粗选指标与水玻璃超声波改性的内在关系,以超声波预处理的水玻璃为调整剂,进行了黄铜矿实际矿物的浮选试验,并采用pH值、黏度及红外光谱等手段对超声波预处理水玻璃溶液及矿浆浊度进行了表征。结果表明,黄铜矿的粗选回收率对超声波改性的水玻璃较为敏感。铜的回收率在水玻璃预处理时间为15 min作用时的敏感性最强,为85.42%,与未改性水玻璃的回收率相比提高了9.19个百分点。超声波预处理可减小水玻璃溶液的pH值,并使其黏度降低0.36%,这有利于水玻璃在矿浆中的分散。此外,超声波预处理还可改变水玻璃溶液的中水分子的比例以及水玻璃官能团的组成,并使预处理后的水玻璃溶液中游离水羟基与H 2 SiO 3中的Si—OH的相对比例分别提高7.83个百分点和1.08个百分点。游离水组份的增加有利于改善黄铜矿的疏水性及浮选效果,水玻璃有效成分H 2 SiO 3中Si—OH的组份增加在一定程度上强化了对矿泥的分散作用,从而提高了粗选作业铜的回收率。研究对超声波技术在有色金属浮选领域的应用有一定参考意义。

黄河三角洲潮滩表层沉积物在潮波和波浪作用下的孔压响应及固结机理现场试验研究

为了研究黄河三角洲潮滩表层粉质土在波浪和潮波作用下的孔压响应及对沉积物固结状态影响,在黄河三角洲潮滩上现场取土在试坑内配置了模拟黄河口快速沉积形成的流体状堆积物,利用静力触探试验、孔隙水压力测试手段,对比研究了试坑扰动恢复土体和潮滩原状土体在波浪和潮波作用下的孔压响应,并探讨了黄河三角洲潮滩表层粉质土非均匀固结机理。研究发现:在潮波作用下,潮滩和试坑土体产生了不同的孔压响应,在涨退潮过程中试坑土体超静孔隙水压力经历了负-零-正的变化,相当于经历了一次加卸荷过程,而潮滩土体仅产生了负值超静孔隙水压力。在潮波与波浪相互耦合作用下,潮滩浅部土体产生了明显的孔隙水压力积累,在深度0.3 m附近出现超静孔隙水压力最大值。潮滩表层土体强度沿深度从上到下呈现高-低-次高不均匀固结现象,产生这一现象的机理与潮滩土体在潮波、波浪和潮波相互耦合作用下孔压响应特点有关,特别是潮滩0.3 m深度附近土体受波浪影响显著,长期作用下形成硬壳层。

宽光谱响应范围的氮化碳纳米片的制备及其光催化产氢性能研究

以块体氮化碳(CN)为前驱物,采用氧化剥离制备氧化型氮化碳纳米片(o-CN NSs),将o-CN NSs还原制得了还原型氮化碳纳米片(r-CN NSs)。o-CN NSs和r-CN NSs厚度均约2 nm,且都保留了纯CN的庚嗪环骨架结构;相比于o-CN NSs,r-CN NSs具有更小的禁带宽度(2.62 eV)、更宽的光响应范围(485 nm)和更高的产氢速率(1700μmol/(g·h));r-CN NSs的光催化产氢速率是CN的8.5倍、o-CN NSs的2.1倍。经过20 h的循环测试,r-CN NSs的光催化产氢速率没有衰减,具备良好的光催化稳定性。实验和理论分析表明,r-CN NSs是边缘基团为氨基的纳米片结构,氨基的引入改善了纳米片的结晶性,提高了电子和空穴的分离效率、拓宽了纳米片的光响应范围,从而导致光催化性能增强。

响应曲面法优化废旧三元锂电池黑粉酸浸工艺

使用盐酸直接浸出废旧三元锂电池黑粉中的锂、镍、钴、锰,采用基于Box-Behnken设计的响应曲面法,考察反应温度、酸浓度、时间对4种元素浸出率的影响。结果表明,直接酸浸法最佳工艺条件为:酸浓度6 mol/L,固液比250 g/L,反应温度60℃,反应时间7 h,2次浸出后,锂浸出率为99.96%,镍浸出率为99.73%,钴浸出率99.90%,锰含量为99.82%。

玉米生长素响应因子基因ZmARF10在干旱胁迫中的功能分析

生长素响应因子(ARF)是一类具有B3结构域的转录因子,是调节生长素应答反应、控制基因表达的直接分子。前期通过分析转录组数据,在玉米中筛选到1个编码ARF蛋白并积极参与干旱-复水胁迫响应的基因ZmARF10。为进一步研究该基因调控玉米抗旱性的分子机制及抗旱分子育种提供新的思路,首先通过系列生物信息学分析软件对该基因进行生物信息学分析,之后利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测ZmARF10在玉米不同组织中的表达模式,分析在高温、干旱、高盐、ABA胁迫和解除胁迫处理下的表达情况,以及在不同玉米自交系间的表达差异,最后利用CRISPR/Cas9技术分析ZmARF10的功能。结果表明,ZmARF10位于玉米的第3号染色体,编码区全长2 127 bp,编码708个氨基酸,具有典型的B3结构域;该基因ATG上游2 kb区域内含有茉莉酸甲酯、生长素、脱落酸、低温响应等应答元件;系统发育树显示,ZmARF10基因编码的蛋白质与高粱同源蛋白的亲缘关系最近。qRT-PCR结果表明,ZmARF10是组成型表达基因,在玉米成熟根中的表达量最高;在高温、干旱、高盐以及ABA等4种胁迫处理下,ZmARF10基因的表达量均显著上调,干旱胁迫后上调倍数最高达8.2倍;干旱胁迫后,ZmARF10基因在抗旱自交系郑36中的表达量上升幅度显著高于干旱敏感自交系B73。观察拟南芥野生型与ARF10缺失型突变体发现,与野生型相比,干旱条件下突变体植株出现叶片萎蔫甚至干死的现象,根系发生卷曲,根系分支数减少,侧根生长发育受阻;测定生理生化指标发现,干旱胁迫后缺失型突变体的相对含水量、叶绿素含量、净光合速率显著低于野生型植株,说明敲除ARF10基因后拟南芥抗旱能力下降。

基于低碳经济优化调度的电-碳联合需求响应改进策略研究

随着中国双碳目标的提出以及全国碳市场的快速发展,探索碳市场环境下电力系统的发展和优化调度策略具有十分重要的意义。以电力系统最小化成本和碳排放量为目标,提出了一种基于低碳经济优化调度的电-碳联合需求响应改进策略,该策略将碳排放权交易市场中的碳成本引入到需求响应目标中,通过日前模拟优化调控的方法,获得系统各节点参与需求响应的最优策略。研究结果显示,所提改进策略能够在满足需求响应要求的条件下有效减少碳排放。

响应面法优化澳洲坚果真空油炸工艺及品质分析

以澳洲坚果果仁为原料,制备真空油炸产品。采用单因素实验和响应面Box-Behnken试验进行真空油炸工艺优化;以原料果仁为对照,测定真空油炸果仁含油率、酸价、过氧化值、色差与感官品质指标。结果表明:冷冻温度、真空油炸温度、真空油炸时间和真空度对澳洲坚果果仁的口感和风味品质影响差异极显著(P<0.01),澳洲坚果果仁真空油炸最佳工艺条件:冷冻温度−24℃、真空油炸温度113℃、真空油炸时间58 min、真空度−0.095 MPa,在该工艺条件下制得的澳洲坚果果仁香味浓郁、口感酥松,感官评分为95.90分,酸价、过氧化值分别为0.23 mg/g、0.14 g/100 g,在低水平范围内,符合LY/T 1963-2018的标准要求。因此,真空油炸工艺极显著提高了澳洲坚果果仁的品质。

许氏平鲉幼鱼对人工鱼礁模型不同阴影情况的行为响应

阴影效应是影响人工鱼礁诱集效果的主要因素之一,为研究许氏平鲉(Sebastes schlegelii)对人工鱼礁不同阴影情况的行为响应,采用室内模拟实验方法,在实验水槽顶部固定光源,共设计3组实验:A组实验探究不同阴影面积的鱼礁模型对实验鱼的诱集效果;B组实验探究不放置鱼礁模型、悬挂不同开孔率顶板对实验鱼的诱集效果;C组实验探究阴影面积相同但开孔数量不同的鱼礁模型对实验鱼的诱集效果;对照组实验水槽中不放置鱼礁模型、不悬挂顶板。观察并记录许氏平鲉幼鱼(体长(5.06±0.09)cm,体质量(3.22±0.16)g)在水槽中的行为与分布特征。研究表明:3个实验组中许氏平鲉在鱼礁放置区域的出现率均显著高于对照组和其他区域;A组实验中,许氏平鲉在鱼礁放置区的平均出现率随着鱼礁阴影面积的增大而上升;B组实验中,许氏平鲉在顶板放置区的平均出现率显著高于对照组,但不同水平组之间差异不显著;C组实验中,开孔数为1时许氏平鲉在鱼礁放置区的平均出现率与开孔数为9时相近且高于开孔数为4和6时。研究结果表明,阴影面积越大的人工鱼礁对许氏平鲉的诱集效果越好,阴影面积相同时开孔数较多的人工鱼礁能够在提供良好庇护所的同时保证诱集效果。

城市洪涝应急响应能力评价及优化研究

在气候变化和全球化的背景下,极端降水事件及其导致的洪涝灾害频发。为准确评估暴雨内涝影响下的城市应急服务水平,基于InfoWorks ICM构建了城区内涝模型,利用ArcGIS中的最快路径法评估了医疗、公安、消防的空间可达性,利用基尼系数评估了公共应急服务相对幼儿园分布的合理性,采用最大覆盖算法对医疗、公安、消防的分布进行了优化,并基于研究区的情况进行了分析。结果显示:研究区的医疗、公安、消防相对幼儿园的基尼系数随着降雨重现期的增加而增大;对研究区的医疗、公安、消防分布优化前,这些部门的分布不尽合理,其15 min内的应急服务可达性不能满足应急救援要求,研究区应急响应资源相对幼儿园缺失严重,相对来说,医疗应急响应缺失最为严重;对研究区的医疗、公安、消防分布优化后,这些部门相对于幼儿园的基尼系数普遍在0.400以下,医疗和公安的应急服务即使在百年一遇洪涝加晚高峰情景下仍可以在15 min内覆盖40%的研究区面积,消防可覆盖70%的研究区面积,医疗、公安、消防的分布相对合理。本研究为中国城市洪涝灾害应急响应能力评价提供参考。

考虑用户比价行为的综合需求响应低碳优化策略

在我国“双碳”背景下,建立综合能源系统(integrated energy system,IES)已经成为实现“碳达峰”、“碳中和”目标,加快能源结构转型的重要举措,而综合需求响应(integrated demand response,IDR)是综合能源系统减少碳排放、缓解供需双侧不平衡的有效途径。然而,现有关于IDR的研究大多仅考虑其经济效益,未考虑其环境效益,忽略了需求侧用户对不同时段激励价格的比价行为以及不同用户的差异化响应特性。该文提出了基于碳排放因子的IDR碳排放折算模型,并将碳排放成本加入综合能源系统服务商(integrated energy system provider,IESP)的目标函数中;通过建立激励交叉弹性耦合矩阵对用户的比价行为进行了有效建模以提升模型的精确性;同时计及用户的差异化响应特性,通过制定差异化的激励策略以充分挖掘用户的响应潜力。所提模型被建立为一个IESP-用户双层优化模型,并将该模型转化为了一个单层的凸优化模型以实现高效地求解。最后通过仿真算例验证了模型的有效性,不仅减少了碳排放量,同时降低了IESP的响应成本并提升了用户的舒适度,实现了多方共赢。

地震作用下变截面钢管混凝土单桩动力响应

为了探讨桥梁位于软弱土层时,地震作用下变截面钢管混凝土桩基的动力响应,以翔安大桥为工程背景,利用FLAC3D有限元软件建立地震作用下桩-岩土体-钢管耦合作用的数值模型,研究在不同强度的地震作用下变截面钢管混凝土单桩和变截面普通混凝土单桩桩身加速度、桩身位移、桩身弯矩的动力响应差异.结果表明:变截面钢管混凝土单桩在地震作用下的桩身加速度、加速度放大系数、桩身位移最大值和桩身弯矩变化规律均同变截面普通混凝土单桩类似,但钢管使桩身加速度放大系数降低、桩基抵抗侧向变形能力和抗弯承载力提高.因此,钢管可以显著提升地震作用下桩基的抵抗变形能力和承载力.

基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法研究

动车组变压器是保障高速铁路稳定运行的核心设备,频率响应法是目前检测变压器绕组状态的有效方法。为提升车载变压器绕组状态诊断的准确性,结合暂态信号与频率响应法提出基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法。搭建试验车载变压器绕组故障模拟平台,获取不同故障类型和故障位置的频响曲线,利用类Gram矩阵结合幅频和相频曲线信息,再利用密度分层法转换为伪彩色图,提取对应的灰度共生矩阵和灰度差分矩阵特征值,根据鹈鹕优化支持向量机方法对绕组故障进行诊断。试验结果表明:车载变压器绕组故障发生时,伪彩色图能够反映出故障信息,有利于图像分析和特征提取,采用基于频率响应与图像特征提取的动车组变压器绕组状态诊断方法能够识别车载变压器绕组的典型故障类型和位置。

侧向冲击荷载作用下CFRP型材-方钢管混凝土柱的动力响应

为了研究CFRP型材-方钢管混凝土固简柱的抗侧向冲击性能,采用水平撞击装置对3个CFRP型材-方钢管混凝土柱进行侧向冲击试验.根据柱的破坏模式、局部变形、整体变形及冲击力分析柱的动力响应,研究了CFRP型材、边界条件、冲击能量与冲击冲量对试件动力响应的影响规律.结果表明,CFRP型材-方钢管混凝土固简柱呈现弯曲破坏,具有良好的抗冲击性能,且随着支座约束能力的增大,抗侧向冲击性能增大.增加单位冲击冲量可使悬臂试件的峰值位移下降7%,而两端固支试件峰值位移仅变化1%.随着支座约束能力的下降,冲击冲量对试件变形的影响程度增大.在钢管混凝土固简试件中内置CFRP型材可使冲击位置处峰值位移下降9%,且降低程度随着支座约束能力的下降而增加.