农业生态系统优化:基于多模型耦合的土地利用多样性与生态服务价值最大化策略

为深入探讨土地利用多样性对生态系统服务的影响,并提出一种创新的耦合模型优化策略。通过这种策略,可以最大化土地利用多样性与生态系统服务价值,从而促进农业生产、生态环境保护与人类福祉之间的和谐发展。为了实现这一目标,构建了一个综合模型,涵盖了作物生长、土地利用变动、生态系统服务评价、多目标优化4个关键模块。这个模型全面模拟并解决作物系统设计问题,考虑了农业生产、生态环境和人类福祉等多个目标和约束。通过实证分析,比较了不同土地利用配置方案的效果,以寻求最优或接近最优的选择。结果发现:优化作物情景在提升生态系统服务价值和人类福祉指数方面表现最佳。该情景不仅确保了农业生产的高效率,还在生态系统服务供给和人类福祉方面取得了显著成效。这一发现证明了多样化的土地利用配置能够带来更多的生态和社会经济效益。本研究的创新之处在于,首次将作物系统设计问题定义为多目标优化问题,并通过耦合模型进行实证分析。这一方法论为农业生态系统管理提供了新的视角和工具,有助于实现可持续发展目标。本研究结果强调了土地利用多样性在提升生态系统服务价值和人类福祉方面的重要性,为未来的土地管理政策和实践提供了科学依据。

JH2模型参数的确定及动静荷载耦合作用下隧道围岩损伤研究

为了研究隧道围岩在静动应力耦合作用下的变形和损伤情况,建立地应力与爆破荷载耦合作用的隧道模型。首先依据文笔山隧道现场监测数据和岩体波速反推围岩的JH2本构参数。根据围岩等级,结合已知参数和波动方程,给出简易的JH2本构参数确定方法,并通过子程序嵌入ABAQUS中建立围岩的损伤模型;为了使仿真模型更接近现实情况,先进行地应力平衡,将此时的土体状态作为爆破模拟的初始应力状态,再采用等效爆破荷载法模拟隧道爆破,以此在宏观上实现大型岩土工程在静动应力耦合作用下的爆破仿真。仿真模型不仅考虑爆破面的爆破效果,还着重研究爆破对隧道围岩的影响情况。研究结果表明:初始地应力在隧道爆破中对围岩的损伤和变形都有不可忽视的作用。初始地应力的存在诱导损伤扩展,地应力越大,损伤越大,拱底在竖向发生2.2 m最大损伤深度;在相同进尺,地应力越小变形越大,拱顶在靠近开挖面处产生11.7 mm最大变形。围岩上下的水平收敛变形不同:上部背离隧道,下部指向隧道,围岩上下台阶分界处受剪切荷载。围岩的损伤与变形贴合实际工程,研究结果丰富隧道爆破模拟,对隧道爆破施工有现实指导意义。

有限元方法分析BeTSSi-Ⅱ标准潜艇模型低频目标强度

BeTSSi-Ⅱ标准潜艇模型具有较为完整的内部结构和接近真实潜艇的线型,因此其目标强度特性更接近真实潜艇。采用声-壳耦合有限元方法分析了收发合置BeTSSi-Ⅱ标准潜艇模型的低频目标强度,结果表明当频率大于100 Hz时,正横方向附近入射的目标强度大于其他方向入射的目标强度。进一步分析内部结构的影响,结果表明内部结构对正横方向附近入射的目标强度影响较小,而对首尾方向附近入射的目标强度影响较大。此外分析了BeTSSi-Ⅱ简化潜艇模型的目标强度,结果表明模型简化同样对正横方向入射的目标强度影响较小,而对首尾方向附近入射的目标强度影响较大。最后对比分析了BeTSSi-Ⅱ和BeTSSi-Ⅰ两种潜艇模型,结果表明两者的差异主要为内部结构的差异,如果忽略内部结构,两者的差别不大。

基于多目标优化模型的雨水管网改建

雨水管网是城市排涝工程体系的重要组成部分,如何科学经济地对现状雨水管网进行优化改建,是提升管网排水能力、缓解城市内涝的的关键问题之一。建立以降低造价和工程量以及提高排水能力为目标的管网改建多目标优化模型,以管径改建值作为变量,利用NSGA-II多目标优化算法求解;基于Java运行平台,将SWMM源代码嵌入寻优过程,实现程序自动调用水力学模拟软件,得到快速获取可行解的新途径;将新建模型应用于工程实例,应用结果表明,优化模型在保证工程合理性要求的前提下,可快速获得多个经济可行的组合改建方案。研究对于雨水管网改建工作等具有借鉴意义。

单元化后高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构纵向力分布规律研究

针对我国高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道胀板、离缝等病害问题,按照四块板的单元化方案对CRTSⅡ型板式无砟轨道进行单元化处理,建立多跨简支梁桥无缝线路桥梁-轨道耦合模型,研究桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构纵向力分布规律,分析不同弹性模量的宽窄接缝对钢轨纵向力、钢轨位移、轨道板纵向应力及桥梁纵向位移的影响。研究结果表明:(1)当弱连接处弹性模量取15500MPa时,无砟轨道结构整体受力减小,钢轨纵向力、钢轨纵向位移及轨道板纵向应力出现应力、位移突变现象,突变幅值在安全范围之内;(2)单元化时需关注弱连接位置、梁缝处钢轨受力及钢轨的爬行,防止钢轨力变化幅度过大导致钢轨疲劳断裂,在弱连接位置发生较大变形;(3)单元化时,弱连接处填充材料的弹性模量是影响CRTSⅡ型板式无砟轨道结构受力的关键因素;(4)单元化对桥梁整体纵向位移的影响很小,可忽略不计。

面向多工况性能匹配的汽车悬架衬套多因素联合优化

汽车多体动力学分析时,麦弗逊悬架通常采用刚体建模,无法表现出传力过程中控制臂受力变形较大的特点,因此仿真结果与实际运动情况偏差较大。基于Adams/Car系统建立麦弗逊悬架刚柔耦合模型,利用试验和有限元仿真结合的方法得到悬架橡胶衬套本构模型以及刚度数据,提高了模型精度。通过悬架运动学特性分析中的同向轮跳试验仿真,分析车轮定位参数的变化、抗制动点头率及顺从转向特性参数等悬架有关的性能指标,将所得评价指标结果与有关标准规范值及有关权威文献的结论进行对比,发现车轮前束角和主销后倾角变化超出合理范围,抗制动点头率和顺从转向值变化处于合理范围,但仍有优化空间。鉴于设计后期整车基本参数已经确定及悬架橡胶衬套刚度和安装角度对悬架性能影响较大的特点,联合Adams/Car和Isight进行灵敏度分析;以车轮定位参数、抗制动点头率、顺从转向值为优化目标,以灵敏度较高的悬架橡胶衬套参数为优化变量,选择第2代非支配排序多目标优化遗传算法(NSGA-Ⅱ)为优化算法,进行多因素联合优化;优化后车轮定位参数变化范围、顺从转向值减小,抗制动点头率提高。结果表明,下控制臂前后衬套刚度和安装角度对悬架性能影响明显,经过优化,悬架性能得到改善。