河北省涿州市“23.7”洪水模拟反演分析及思考

河北涿州“23.7”洪水影响大、损失重。为分析其原因,以及为灾后的恢复重建与今后的防洪治理等提供参考思路,建立了涿州市相关区域二维洪水数值仿真模型,对涿州市“23.7”洪水进行模拟反演及淹没影响对比分析。结果表明:除极端暴雨引发的洪水量级大外,涿州市特殊的地理位置,防洪工程薄弱,蓄滞洪区内建设用地大量增加,是本次洪水影响大、损失重的主要原因。涿州市今后的防洪治理及其蓄滞洪区内的土地开发建设,除参考相关区域的开发经验外,更应加强防洪工程建设、完善洪水防御体系、加强蓄滞洪区的建设与管理,强化洪水风险分析及实时预报预警,提高公众的洪水风险防范意识等。

中小学校园立体运动场馆下部的采光模拟与优化分析

在我国大中城市学位不足与建设用地紧缺的大背景下,对中小学校园运动场进行立体化设计能够形成空间的纵向叠加,从而释放大量建设用地,但运动场立体化同样也会产生一些新的设计难题,其中运动场地下部空间的自然采光问题又最为复杂,既面临照度是否足够的问题,又面临光线分布是否均匀的问题。国内外文献研究显示,当前国内外的立体运动场馆采光研究几乎空白,使得当前的建设存在一定的盲目性。基于以上考虑,该研究拟利用基于Rhino、Grasshopper、Ladybugtools三者构建的采光模拟平台的参数化光环境模拟技术,对不同形式的校园立体运动场馆下部区域的自然采光环境进行模拟,提炼出影响立体运动场下部空间采光的因素,包括运动场尺寸、架空层数、空间进深、功能布局、采光口位置、遮阳反光措施。通过对影响因素进行模拟分析,得出不同因素的影响机制,进一步提炼营造良好自然光环境的立体运动场设计对策,并以广州实验中学项目的学生活动中心的自然光环境优化实践形成研究反馈,从而验证了研究的有效性。

非接触式生理心理检测在长期模拟失重效应分析中的应用研究

目的在模拟失重生理效应场景下,构建基于面部视频的非接触式生理心理检测模型,探索长期模拟失重生理效应分析的非接触式心率和负性心境状态检测新方法。方法搭建可见光和热红外视频融合分析的非接触式生理心理数据采集系统,采集“地星二号”90 d头低位卧床实验中受试者生理心理相关数据,构建基于图卷积网络面部多区域特征融合的非接触式心率检测模型和考虑数据可靠性的非接触式负性心境状态检测模型,并以指夹式心率和POMS-SF量表为标签,验证模型的有效性。结果研究结果显示,非接触式心率检测模型的Bland-Altman图差值平均数为-1.26 bpm,且96.3%的误差值检测数据处于95%一致性区间内,模型检测的心率与指夹式心率有较高的一致性;非接触式负性心境状态检测模型对于紧张、压抑、愤怒、疲劳的检测准确率均超过0.85,且心率、AU06、眼部视线、头部姿态对心境状态检测的影响显著。结论非接触式生理心理检测方法不仅能够用于长期模拟失重的生理效应分析,还可为未来长期空间飞行的航天员在轨健康保障提供新途径。

医学模拟教学对重症医学生临床教学效果的meta分析

目的评价医学模拟教学对重症医学生临床知识掌握和技能提升的效果,明确模拟教学在现代重症医学教育中的实际价值和应用前景。方法系统检索中国知网、万方医学网、PubMed、EMBASE、MEDLINE、Education Resources Information Centre、British Education Index、Australian Education Index等数据库建库至2023年12月所有公开发表的关于重症医学生临床教学中比较医学模拟教学与传统教学方法的随机对照研究。通过对纳入文献进行严格的研究质量评估、数据提取和荟萃分析,对医学模拟教学与传统教学在重症医学领域中的效益进行全面量化评价。结果与传统教学方法比较,医学模拟教学在提升重症医学生临床知识和技能方面具有明显优势,特别是高保真模拟教学效果更为明显,差异均有统计学意义(标准化均数差=0.83、0.94,95%可信区间0.42~1.24、0.48~1.40,P<0.001)。结论在重症医学生的临床教学中应用模拟教学较传统教学方法更具有优势,能有效促进重症医学生临床知识和技能的掌握,高保真模拟教学更有效。

辅助治疗股骨干骨折缺损数值模拟分析

针对股骨干断裂骨折患者手术治疗康复治疗问题,使用医学影像处理和逆向工程技术,依据股骨CT扫描数据,重构股骨干2mm横断缺损和股骨干10°楔形缺损断裂模型。为了分析接骨板、螺钉应力、应变变化规律及股骨整体应力集中状况,在700N轴向载荷和15N·m扭转载荷条件下,建立锁定型和锁定加压型接骨板数值模拟系统进行数值模拟分析。结果发现:锁定加压型内固定系统适用于股骨干2mm横断模型,螺钉不易发生失效断裂;锁定型内固定系统适用于股骨干10°楔形缺模型,螺钉未出现失效断裂现象,便于患者康复。

异侧竖缝式鱼道在实际工程中的设计与模拟分析

竖缝式鱼道具有水流条件好,回流区位置明确,适应上下游水位变化能力强的特点,是目前过鱼效率高、应用广泛的过鱼工程设施。为增加研究区内鱼类洄游的效果,根据规范要求,初步设计3种鱼道池室隔板型式,利用数值模拟的方法,在上下游2 m等水深的条件下,探究隔板型式变化对池室水流结构的影响。通过分析池室内的水流流态、竖缝处流速分布以及消能效果等对隔板型式进行优化。通过改变第2种隔板型式尺寸,竖缝宽度由0.6 m降低到0.5 m,在池室水流流态以及竖缝处流速较好的前提下,使竖缝附近最大流速小于设计流速1.2 m/s;并对优化体型进行不同等水深条件下的过流能力计算,在水深变化0.5~2.0 m区间时,鱼道过流能力在0.236~0.951 m^(3)/s之间。池室内良好的水流流态以及竖缝处流速分布的合理性为研究区内大部分鱼类的上溯提供了良好的通道,不同水深的过流能力为鱼道运行调度起到了参考作用。

激光辅助渐进成形工艺数值模拟分析

渐进成形具有工艺灵活、适应性强等优点,受到广泛关注。对激光辅助渐进成形工艺进行数值模拟,分析不同激光光斑大小和激光功率对激光辅助渐进成形工艺的影响。同时对比激光辅助渐进成形工艺和常温渐进成形工艺。通过分析,确认采用激光辅助渐进成形工艺可以提高零件的成形质量。

基于SWMM的海绵城市短时排水工程三维模拟分析

为了解决排水工程模拟运行效率低、产流计算误差等问题,基于SWMM进行了海绵城市短时排水工程三维模拟分析。分别构建了地表产流模型、入渗模型、地表汇流模型和管网汇流模型,并利用SWMM模型对其进行计算和模拟。按照总体架构设计实现了排水工程的三维模拟,并通过对数据层的设计保证了结果的准确性和可靠性。实验结果表明,所提方法具有较高的运算效率、较小的产流量计算误差以及较高的模拟精度。

基于等几何法和模拟退火的复杂壳结构分析及优化

本文提出了一种基于等几何法和模拟退火的壳结构分析及优化算法,旨在提高复杂壳结构的CAD与CAE一体化设计效率。首先基于NURBS技术对薄壳结构进行适分析参数化建模,然后基于Kirchhoff-Love壳理论实现等几何分析。接着,基于模拟退火算法以壳体的几何参数为设计变量,以多项力学性能为目标函数进行优化,实现了等几何分析与智能优化算法相结合的壳结构分析与优化。最后,通过2个算例验证了该算法的有效性。相对于传统有限元方法,该算法具有高精度、高效率的优势。

GOES-16 ABI观测和ERA5全天空模拟亮温揭示的热带对流水平特征尺度对比分析

本研究通过将GOES-16 ABI观测亮温和ERA5再分析资料的全天空模拟亮温进行对比分析,发现观测亮温和模拟亮温对流低值区位置大体接近,也能够定性反映出对流从发展到减弱的日变化过程,但亮温低值区域的强度存在较大差异。即使把高分辨率ABI通道13观测亮温平均到ERA5分辨率(0.25°×0.25°),在热带对流区的低亮温强度仍然高于ERA5全天空模拟亮温。因此利用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)对任意选择的两对流区域内的观测和模拟亮温进行了尺度分析和对比。在其中对流较强的区域内,当ABI观测亮温的主成分分量从1增加到9时,水平特征尺度从700 km逐渐减小到150 km。ERA5全天空模拟亮温从主成分1增加到4时,水平特征尺度从950 km减小到270 km空间尺度,但当主成分4增加到9时,特征尺度几乎不变。在对流较弱的另一区域也能够发现ERA5模拟亮温对对流水平特征尺度有明显高估。ERA5模拟亮温各主成分的相位和观测亮温存在2 h以内的误差。由于ERA5全天空模拟亮温低值区与ERA5云冰路径大值区吻合度较高,由此可以推测ERA5云冰路径误差是造成ERA5全天空模拟亮温与ABI观测亮温差别的主要原因之一。

2022年8月南海典型空心台风“木兰”的诊断分析及高分辨率模拟

利用站点观测、FNL分析数据和融合降水等多源资料,对2022年8月南海空心台风“木兰”的特征及成因开展系统的诊断分析,结果表明“木兰”属于南海的季风低压发展而成的弱台风,具有季风低压的特征,整个台风过程无明显台风眼,前期气旋环流中有多个小环流。虽为弱台风,但其东北侧的低空东南急流配合南海充沛的水汽输送,以及陆地局部的强对流活动,造成了我国广东、广西和云南南部等地的大风和暴雨天气。使用中尺度模式WRF开展分辨率为9 km和3 km的嵌套模拟,结果显示模式能合理再现“木兰”的环流结构特征和演变过程,但模拟的副热带高压南侧季风槽偏强,风速偏大。模式模拟的台风路径与观测整体上较为吻合,与FNL分析资料的结果相比,WRF对降水量的模拟有显著改进,此外,WRF模式分辨率的提高可降低模拟降水的误差。

两级GM制冷机数值模拟与分析

采用Sage软件建立了两级GM制冷机整机数值模型,并通过实验结果进行了验证。基于数值模型和?分析方法,分析了不同制冷温度下压缩机、旋转阀与冷头的损失分布。结果表明,损失主要发生在压缩机和旋转阀上。冷头的损失随着制冷温度的降低而增加,在4.2 K时36%的损失发生在冷头上,其中61%的冷头损失是由于实际气体效应引起。压缩机、旋转阀和回热器的低效性以及实际气体效应主导了制冷机的损失,导致制冷机效率低下。

超临界碳氢燃料流动不稳定的频域分析与数值模拟

再生冷却通道中的流动失稳是高超声速飞行器发动机热防护技术中的核心问题之一。为研究超临界碳氢燃料在冷却通道中的流动不稳定特性,基于有限体积法及流体物性近似,发展了高效的一维瞬态模拟方法;同时,基于小扰动假设,进一步提出了用于预测稳定行为的频域分析方法。通过相关实验,验证了模型的可靠性。基于时域和频域方法的综合分析,沿内特征曲线讨论了主要失稳类型,重点分析了受密度波及Ledinegg不稳定共同影响的复合不稳定性。随后,进一步分析了工作压力和入口温度对稳定特性的耦合影响,并基于N_(tpc)-N_(spc)空间划分了稳定区域。研究发现,复合不稳定、Ledinegg不稳定以及密度波不稳定,随入口温度升高而相继消失。Ledinegg不稳定及密度波不稳定的稳定边界在N_(tpc)-N_(spc)空间具有高度相似性,而复合不稳定性的区域在较高的压力下略有缩小。

模拟增温对植物叶片δ^(13)C值的影响:全球Meta分析

温室气体大量排放导致的全球变暖是最为关注的环境问题之一,这会直接影响植物的生长与发育进而影响群落组成乃至生态系统的结构和功能。水分利用效率作为植物叶片通过光合作用调节水分生理过程的指标,是联系生态系统碳循环与水循环关系的关键,反映了植被生态系统对立地环境快速调整和资源变化的适应策略,是当前全球变化研究中的重点。植物叶片碳稳定同位素比值(δ^(13)C)是反映植物长期水分利用效率的关键指标,但全球气候变暖对植物叶片δ^(13)C值的影响仍存在较大争议。该研究利用Meta分析整合全球范围内51份相关研究文献中的371组数据,较为系统地评估模拟增温对植物叶片δ^(13)C及其生理生态指标的影响。结果表明,模拟增温能够使叶片δ^(13)C值显著升高0.6%(P<0.001),同时对叶片呼吸速率R_(d)、气孔导度G_(s)、净光合作用速率P_(n)、碳C的效应值分别为0.237、0.062、-0.140、-0.019 (P<0.05)。模拟增温处理在增强植物光合作用的同时提高了叶片呼吸速率(R_(d)),导致光合产物不断被消耗、叶片碳(C)降低,最终使叶片P_(n)降低并且叶片δ^(13)C产生富集现象。通过进一步对影响因素分析发现,叶片δ^(13)C值对增温的响应主要受增温时间、高程和年均气温等控制(相对重要性指数分别为1.00、0.97和0.92)。另外,模拟增温时选用不同的增温模式对叶片δ^(13)C值也具有显著不同的影响,采用红外线加热、土柱置换和电缆增温等方法对叶片δ^(13)C值具有正向促进作用(效应值分别为0.70、0.44和0.35),而采用遮阳屏与开顶箱增温等方法具有负向作用(效应值分别为-0.17和-0.09)。研究结论对于深入理解全球变化背景下植物水分利用的响应特征具有重要的理论意义,以期为今后该领域的植物生长研究提供理论依据和有效支撑。

顶燃式加热炉炉箅子结构模拟及失效分析

顶燃式加热炉是油页岩干馏工艺的重要设备,通常使用耐腐蚀耐高温硅砖材料作为炉箅子。针对运行过程中出现的炉箅子失效问题,通过数值模拟方法研究了耐火砖断裂性能和结构受力情况。结果表明:炉箅子表面由于孔洞的存在而产生应力集中,应力集中更倾向于出现在孔洞相互连接的中间位置,并且孔洞距离越近,应力集中越明显。应急集中出现的部位与现场观察到的炉箅子断裂位置一致,解释了现场炉箅子在孔洞连接处最短距离上开裂的原因。

基于过程模拟的加氢裂化吸收稳定系统定量风险分析

加氢裂化装置属于甲类火灾危险装置,极易因设备故障引起严重的火灾、爆炸事故,因此应对其进行准确的风险因素辨识和量化分析。将传统的HAZOP(危险与可操作性分析)定性风险分析方法、稳态模拟、动态模拟和故障树(FTA)相结合,以某炼化企业实际加氢裂化装置吸收稳定系统为例,针对该系统内吸收脱吸塔“塔压高”和石脑油稳定塔“塔温高”这两个偏差进行了量化风险分析;借助Aspen Plus过程模拟软件,在危险工况下对其进行稳态和动态仿真模拟,采用FTA方法计算了该危险事故后果的发生概率。结果表明,此方法可以帮助专家了解事故的传播过程,掌握人员安全响应时间,有利于事故的预防和及时处理,有效提高加氢裂化装置的本质安全水平。

黑河上游年径流模拟模型优选与归因分析

【目的】本研究旨在深入探究人类活动与气候变化对黑河上游年径流量的影响,为区域水资源保护与规划利用提供科学支持。【方法】研究综合Mann-Kendall非参数统计检验、Pettitt检验和滑动t检验方法,对1954—2020年黑河上游年径流序列进行趋势检验,识别年径流序列趋势变化的突变点并划分基准期与分析期。在此基础上,采用BP神经网络模型、灰色时间序列模型和多元线性回归模型,模拟基准期年径流变化,优选模拟效果最佳模型,进而借助优选模型与径流变化归因方法,定量解析人类活动与气候变化要素对年径流变化的驱动规律。【结果】趋势检验发现,年径流序列在1982年和2006年前后发生了突变,黑河上游年径流序列可划分为1954—1982年(基准期)、1982—2006年(分析期1)和2006—2020年(分析期2)3个阶段。在基准期年径流序列的模拟中,BP神经网络模型在验证期的相对误差(0.79%)、纳什效率系数(0.84)与拟合优度(0.84)3个参数上相较其他模型优势明显。借助神经网络模型进行年径流变化归因分析,发现人类活动导致年径流在1982—2020年间减少的平均值为7.56×10^(8) m^(3)。但2006—2020年间黑河上游人类活动对径流的负面贡献率较1982—2006年间减少约18.00%。详细解析气候变化对年径流量的影响,发现在2006—2020年间,降水量与蒸散发对年径流的贡献率较1954—1982年分别增加约11.00%和8.00%。【结论】BP神经网络模型对于黑河上游年径流序列模拟有较好效果,模拟合格率达94.23%,最大误差仅为1.36%;黑河流域上游年径流量序列在1982年和2006年发生了趋势突变,1982年后人类活动强度增大导致上游年径流量减小,2006年后黑河流域综合治理效果显现,人类活动对年径流量的负面效应减弱;1982—2020年期间的气候变化影响中,蒸散发与降水对径流的贡献分别占46.57%与53.43%。

再分析数据在玛纳斯河径流模拟中适用性研究

气象数据是水文过程研究的关键因素,但是因为流域地形复杂,上游没有足够实测数据的气象站点,流域水文过程研究在较大程度上受到了限制。以玛纳斯河流域为研究区,研究对象选取CMFD、ERA5-Land和CFSR 3种再分析数据,构建基于物理过程的SWAT模型和基于数据驱动的AdaBoost模型,验证不同数据集在2种类型水文模型中径流模拟的适用性,选用纳什效率系数(NSE)和决定系数(R^(2))进行定量分析。结果表明:(1)数据集在AdaBoost模型中的表现要好于SWAT模型,各数据集和气象站NSE与R^(2)均有所提升,AdaBoost模型由于对输入数据的限制更少其更适用于资料缺乏地区。(2)验证期ERA5-Land在2种模型中拟合效果均为最好(ERA5-Land+SWAT:NSE=0.83,R^(2)=0.85;ERA5-Land+AdaBoost:NSE=0.87,R^(2)=0.87),再分析数据集ERA5-Land可为西北实测气象资料不足的干旱区径流模拟提供参考。

具有T形截面的U形钢板阻尼器滞回性能理论分析与数值模拟

U形钢板阻尼器具有耗能能力良好、能够依靠自身变形耗能,以及性能稳定、制作方便、价格低廉等优点,但是也存在初始刚度小和承载能力低的问题。为此,提出一种具有T形截面的U形金属屈服阻尼器(简称阻尼器)。基于虚功原理和卡斯蒂利亚诺第二定理,建立了阻尼器的屈服承载力和初始刚度理论公式。基于非线性混合强化本构模型和三维延性断裂准则,建立了考虑材料延性断裂的阻尼器有限元模型。重点考察了阻尼器的刚度、屈服承载力、耗能能力和破坏模式等。通过参数分析量化了几何尺寸等参数对阻尼器力学性能的影响。研究表明,阻尼器在刚度、屈服承载力及耗能能力等方面与U形阻尼器相比都有明显的提高。阻尼器T形截面的腹板宽度和高度、翼缘宽度和厚度对阻尼器的力学性能都有显著的影响。

悬挂式高层建筑施工模拟分析

上海金桥国培地块研发项目A楼总高99m,共21层,其中4层以下为裙楼,4~5层之间无柱,5~20层全部悬挂于设置在核心筒上部的屋顶桁架,是国内最大的单体悬挂结构之一。详细介绍了拟采用的逆向施工法,包括屋顶桁架提升、悬挂楼层提升以及楼板浇筑三个阶段50个子步的施工过程;进行了全过程的模拟分析,计算并评估了该施工过程给重点部位的位移和应力带来的影响,包括屋顶桁架悬挂柱连接点位移变化、各层核心筒和楼层梁的位移变化、屋顶桁架关键部位的内力变化、楼板设置后浇带的重要性以及施工过程中极端天气下风荷载对结构的影响;提出了施工过程中的防风措施。