SSP-RCP耦合情景的城市局地气候分区模拟--以南京市为例

基于情景的土地利用变化模拟能够展现未来城市的多种可能性,是当前土地覆被变化领域的热点。现有研究地表分类体系中的建设用地无法精确刻画城市内部空间形态,且土地模拟研究中不统一的模拟情景将影响土地模拟结果的可比性,因此,本文采用了国际耦合模式比较计划(CoupledModelIntercomparisonProject,CMIP)最新提出的三种典型SSP-RCP耦合情景,以南京市为研究区,开展了未来近期(2030年)、中期(2060年)和远期(2090年)的局地气候分区(local climate zones,LCZ)时空模拟。结合马尔可夫模型和多目标规划预测未来耦合情景下各LCZ类型的数量需求,并通过未来土地利用变化模拟模型实现LCZ的空间分布模拟。结果表明:①SSP126情景下生态用地(LCZA/B/D/G)得到了有效保护,且建筑用地(LCZ1~6、LCZ8~10)在主城区的扩张得到有效控制。②SSP245情景中,经济发展的同时也顾及了生态环境保护,尽管建筑用地扩张明显,但生态用地(LCZA/B/D/G)的面积仅出现了轻微下降。③SSP585情景建筑用地(LCZ1~6、LCZ8~10)和耕地(LCZ D)扩张态势十分显著;21世纪中、后期的林地(LCZ A、LCZ B)和水体(LCZ G)将遭到严重破坏。本文首次开展了自然与人文双重驱动下的城市LCZ时空模拟,研究成果能够直接应用于城市气候与规划领域。

UUV水下动态布放回收流体动力性能数值模拟

UUV与水下对接装置对接的过程中存在双体干扰问题,非线性特征强烈。为了探明UUV在对接过程中流体动力随着对接姿态以及运动距离变化规律,本文借助Fluent软件中的动网格技术开展非定常工况下UUV动态回收过程的数值模拟研究。系统分析UUV运动速度、运动姿态(主要是攻角)对其流体动力性能以及流场结构的影响。本文研究成果可为后续样机试验提供技术指导和理论支撑。

结构化网格快速生成工具的开发及其在冶金模拟仿真中的应用

结构化网格在模拟计算高精度、复杂问题时具有更高的计算准确度和更好的收敛性,但其划分难度大且耗时较长,如何快速生成高质量结构化网格是进行CFD(Computational fluid dynamics)等模拟计算领域的前沿问题.根据冶金容器的几何结构特征,引入了参数一体化建模+网格划分的理念,利用Python脚本快速批处理数据和开源CFD软件OpenFOAM的优势,成功开发了适用于冶金反应器的网格快速生成工具.以钢包–中间包–结晶器及其附属连接装置为例,进行了案例分析测试.结果表明,该工具软件生成的结构化网格在扭曲度和正交性等方面质量较高,可以满足各类模拟仿真的需求.该工具在解决冶金容器几何结构更新和网格分布调整方面相比于传统前处理方法可以在几十秒内快速生成高质量结构化网格.此外,开发了便于用户使用的图形用户界面,界面中仅需输入关键的几何结构和网格参数,即可对冶金容器快速便捷地生成相应的结构化网格,有效提升了前处理的简易度和效率.这一工具软件有望应用于冶金数字化和智能化转型发展的多种场景,并为其提供有效的软件支撑.

Pu在膨润土层中的反应性迁移模拟研究(1)——地下水-膨润土体系演化的地球化学模拟

在某区含Pu高放废物处置系统的性能评价中,需要分析水-岩相互作用下蒙脱石、孔隙度、pH值等演化过程对膨润土材料性能及Pu反应性迁移的影响,为此,本文以工程屏障系统中厚度为1 m的柯尔碱膨润土回填材料为研究对象,基于地下水入渗景象,采用TOUGHREACT模拟了地下水-膨润土体系的地球化学演化。结果表明:膨润土完全饱和约需20年;膨润土中蒙脱石的伊利石化作用很弱,而去白云石化过程(白云石溶解、方解石形成)相对明显,这使得水中Ca^(2+)浓度减小、Mg^(2+)和HCO_(3)^(-)浓度增大、pH值呈弱碱性且维持在8.1~10.3范围内;膨润土的孔隙度和渗透率变化不明显(变化量不到2%)。这些演化过程将有利于维持膨润土的膨胀性,阻滞核素向外迁移。

情景模拟联合PBL教学法在脊柱侧弯住培教学中的应用研究

目的 探究情景模拟联合以问题为导向的教学法(problem-based learning,PBL)在脊柱侧弯住培教学中的应用效果。方法 将2020年1月—2021年12月在南通大学附属医院骨科参加住培的40名学员作为研究对象,并随机分为对照组(n=20,给予PBL教学法),观察组(n=20,给予情景模拟联合PBL教学法)。比较分析2组学员考核成绩、满意度及综合能力评价情况。结果在考核成绩方面,住培前2组学员考核成绩差异无统计学意义(P> 0.05),住培后观察组学员理论与实践的成绩分别是(91.04±3.14)分、(92.33±3.57)分,均高于对照组学员的(81.75±2.97)分、(82.64±2.69)分,且观察组综合得分(91.47±3.26)分高于对照组学员的(82.01±2.54)分,差异均有统计学意义(P<0.05)。观察组与对照组对住培教学的满意度(95.00%vs. 70.00%)的差异有统计学意义(P <0.05)。在综合能力评价方面,观察组学员综合评价总分(89.46±1.17)分,高于对照组学员的(70.27±1.22)分,差异有统计学意义(P <0.05)。结论 在脊柱侧弯住培教学中实施情景模拟联合PBL教学法可以有效提高学员的理论知识水平以及实践操作能力,并且学员的综合能力显著提高。

注重基础、立足工程、强化实践、融入模拟、激励创新——材料力学教学改革探索

材料力学是机械类、土木类和力学类等工科类专业的核心课程,课程秉承“强基础、重实践、融模拟、促创新”的理念;构建“融工程、融前沿、融思政”的教学资源与内容,夯实学生的力学理论知识,培养学生利用力学理论解决实际工程问题的能力,同时帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观和职业观;将抽象的力学概念与三阶递进的课程实践融会贯通,培养学生的动手实践能力、探索精神和创新能力;将数值模拟技术引入课堂,初步培养学生利用数值模拟软件解决力学问题的能力。建立以传授知识为中心,以解决工程问题为导向,以创新实践为特点,以数值模拟软件为工具,以立德树人为根本的课堂。

多情景模拟下的跨境铁路运输时效研究——以中老铁路为例

跨境铁路运输是中国与周边国家陆路联通的重要环节。跨境铁路运输时效既受线路畅通情况、基础设施技术等级等“硬联通”因素的制约,也受到海关条例、口岸畅通水平等“软联通”因素的影响。因此,跨境铁路运输时效研究应充分考虑不同情景,以期更科学地模拟运输时长的变化机理。本文以中老铁路(中国昆明−老挝万象,简称中老铁路)为例,在梳理中老铁路沿线地区社会经济概况及基础设施发展水平的基础上,考虑不同运营速度、通关时间、铁轨换装、多式联运等因素,构建了长途跨境运输时间的计算模型,采用多情景模拟方法,解析了中老铁路运的优势距离及客货运时效变化。研究表明:①中老铁路有助于沿线跨境运输时间显著减少。相比公路运输,客货运时间优势均超过20%;②通关时间是影响跨境铁路运输的关键要素之一,占运输总时长的20%~60%;③铁海联运是中老铁路运输进一步提升运输效率的途径,能有效缩短老挝至日本的总运输时间。

露天爆破中炸药单耗对岩石破碎块度的数值模拟研究

露天爆破中岩石破碎块度是钻爆、铲装、运输及后续工艺等综合成本的主要衡量标准,炸药单耗是其主要影响因素,而炸药单耗对破碎块度的研究一般采用爆破模型试验,但其存在成本高、试验结果误差大等缺点.为了优化炸药单耗来降低爆堆的大块率、平均块度,并预测实际工程块度,在爆炸破岩理论基础上,运用基础力学测试设备对模型材料进行了单轴抗压、弹性模量、断裂韧度等测试,标定RHT本构模型参数,通过LS-DYNA数值仿真软件和粒子流算法(SPH)构建了三维露天台阶爆破数值仿真模型,首次对爆破破岩数值模拟结果实现块度精准统计,并对爆破破岩块度随炸药单耗的变化规律开展了系统研究.研究结果表明:炸药单耗在0.23~0.79 kg·m^(-3)范围内,岩块最大尺寸均小于240 mm,其变化区域分为240、220、140 mm三个最大块度相近区和240~220 mm、220~140 mm两个明显下降区;随单耗增加,均匀性指数n呈波浪式减小,分形维数D与n的变化趋势相反,平均块度尺寸呈现先快速下降后缓慢变化的趋势;炸药单耗的块度分布拟合曲线采用G–G–S函数拟合,相关系数均在0.91~0.97间,其变化规律验证了通过SPH法来模拟岩石爆破和岩石破碎块度统计方法的可行性和准确性.研究结果对爆破破碎块度分布规律的完善及块度控制工程具有一定的意义.

基于BIM技术与模拟退火算法的村镇轻钢框架结构智能设计方法

传统村镇住宅结构设计需要进行大量的人工试算与重复建模,而受制于建设成本,村镇住宅无法像城镇住宅一样通过设计师进行专业的结构设计与验算,其安全性与经济性均难以满足要求。为此,提出一种村镇轻钢框架结构智能设计方法,包括智能建模与智能优化两个环节。基于图层自动识别算法、光学字符识别技术、自适应分块算法提出村镇轻钢框架结构BIM智能建模方法,包括图层识别、轴文本数据提取、墙体轮廓提取等,智能建模结果基本满足实际工程要求。基于提出的两阶段模拟退火算法给出村镇轻钢框架结构的智能优化方法,优化速度较快,优化效果良好。通过实际工程案例对提出的智能设计方法进行验证,结果表明,提出的村镇轻钢框架结构智能设计方法具有可行性,与传统的人工设计方法相比,设计周期可缩短70%以上,材料用量、结构设计指标接近人工设计结果。

基于水光电力系统时序生产模拟模型的水光优化配比研究

基于考虑系统负荷、新能源发电出力等时序变化特性的时序生产模拟法,建立了水光电力系统时序生产模拟模型;从系统结构性、经济性、灵活性与可靠性方面综合确定最佳水光容量配比,并通过金沙江上游川藏段水光系统验证了模型的合理性。金沙江上游川藏段光伏电站与水电站出力具有较好的年内、日内互补特性;对于2030年水平年,考虑枯期水电留存,913.6万kW水电配套400万kW光伏的方案综合性能更优,其新增非水可再生电量约60亿kW·h。

3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能数值模拟研究

为深入研究3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能,基于3D打印混凝土永久模板叠合柱及同尺寸整体现浇对照柱试验建立构件数值模型,模拟分析其轴压荷载-位移响应及失效形态。针对界面粘结性能、现浇混凝土抗压强度、打印模板厚度、荷载偏心距等参数开展3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能计算分析,研究表明:叠合柱轴压极限承载力随着薄弱界面剪切强度、刚度及现浇混凝土抗压强度的增大而增大。由于打印材料的抗压强度高于现浇混凝土,叠合柱抗压极限承载力提升率与打印模板厚度呈近似线性关系,叠合圆柱的抗压极限承载力随着荷载偏心距的增大而降低,呈近似线性负相关。此外,偏心距对叠合圆柱极限承载力下降幅度的影响大于现浇圆柱。

翻转课堂联合SimMan 模拟人在住院医师ACLS非技术能力培训中的应用

目的 本研究探讨翻转课堂教学法联合SimMan模拟人在住院医师高级心脏生命支持(advanced cardiac life support, ACLS)非技术能力培训中的应用效果。方法 选取西安交通大学第一附属医院80名三年级住院医师作为研究对象,将其随机分为翻转课堂组和传统课堂组,并应用SimMan模拟人进行ACLS的模拟培训。最后采用实践测试、非技术能力测试和问卷调查评估两种教学方法的培训效果。结果 翻转课堂组学员正确使用除颤仪得分、正确使用肾上腺素得分、团队合作得分及测试总得分高于传统课堂组学员,组间差异具有统计学意义(P<0.05)。较传统课堂组,翻转课堂组经过ACLS模拟培训后在情景意识、任务管理、团队合作及判断决策等非技术能力方面的合格率均明显升高(P<0.05)。问卷调查结果显示,翻转课堂组学员在良好的课堂互动、激发学习兴趣和积极性、加强团队合作和总体满意度方面优于传统课堂组,其差异均具有统计学意义(P<0.05)。结论 翻转课堂教学法联合SimMan模拟人可提高高年资住院医师的ACLS实践测试成绩和非技术能力,并增加学生满意度,在ACLS培训中具有重要的应用价值。

湍流环境下颗粒与气泡黏附过程的数值模拟研究

研究湍流环境中颗粒与气泡的黏附过程对于探究浮选微观过程具有重要意义。基于EDEM的API(应用程序编程接口)二次开发模块,建立了颗粒与气泡黏附过程相互作用的三维离散元法(DEM)模型。在Fluent软件中通过构建规则格栅以激发各向同性的湍流,并将湍流环境通过计算流体力学-离散元(CFD-DEM)加入到EDEM软件中。模拟了颗粒粒径为0.10、0.15、0.20、0.25和0.30 mm,颗粒密度为1500、2000和2500 kg/m^(3),球形度为0.746~0.854的不规则颗粒,和气泡直径为1.00、1.20、1.60和2.00 mm,在气泡与格栅间距离为1.00、1.50、2.00和3.00 mm的湍流环境下颗粒与气泡的黏附过程。研究了颗粒、气泡、流场各参数对于颗粒与气泡黏附过程的影响。结果发现,无论规则颗粒还是不规则颗粒在湍流环境中与气泡的黏附均存在临界脱附流速(颗粒与气泡发生脱附的最小湍流流场流速)。密度大的颗粒和粒径大的颗粒与气泡黏附的临界脱附流速更小,表明粒径和密度大的颗粒与气泡难以稳定黏附。气泡的直径越大,颗粒与气泡稳定黏附的临界脱附流速越小,颗粒越难以稳定黏附。在相同的流速下,气泡与格栅间距离越小,则流场湍流强度越大,颗粒与气泡稳定黏附的临界脱附流速越小,表明湍流强度的增加不利于颗粒与气泡的稳定黏附。球形度小的颗粒与气泡稳定黏附的临界脱附流速也较小,表明球形度小的颗粒与气泡难以稳定黏附。

基于陆气耦合模式的降雨径流模拟研究进展

基于陆气耦合模式的降雨径流模拟是变化环境下水文循环过程研究的重要内容之一。围绕陆气耦合降雨径流模拟,分析基于陆气耦合模式的降雨径流模拟框架,对比基础输入资料、天气模式和陆面水文模型各方面的优缺点,回顾基于该框架的发展历程,从集合预报、数据驱动、陆面水文模型与天气模式3个方面介绍了陆气耦合降雨径流模拟技术的发展,提出多尺度转换、双向耦合、不确定性问题及误差修正4个热点关键技术问题,并对未来研究进行展望,以期为推进基于陆气耦合模式的降雨径流模拟研究提供参考。

基于全流程仿真创伤救治模拟演练下的县域医院创伤救治现状分析

目的通过仿真创伤全流程早期救治模拟演练分析我国县域医院创伤救治能力现状。方法2018年7月—2022年7月在全国40家县域医院举办了中国创伤救治培训基层版(China trauma training basic,CTCT?-B),培训包括仿真的创伤早期全流程救治模拟演练。本研究对演练中创伤院前急救、院前院内信息联动、院内早期评估与处置、院内救治模式和流程、影响救治结局因素等进行归纳统计分析。结果40家县域医院,其中二级医院29家,三级医院11家;院前急救模式:依托型32家,指挥型6家,独立型2家;院前急救能力方面:院前规范处置31家,不规范处置7家,不处置2家;院前院内信息联动方面:电话/微信24家,院前急救系统8家,中国创伤联盟紫云系统6家,无信息交互2家;院内交接和早期评估:能够按照创伤救治规范化培训要求进行评估和处置23家,不规范17家;创伤救治模式方面:以急诊科为主导的多学科会诊模式34家,创伤科主导的创伤救治模式4家,专科主导多学科会诊模式2家;实体创伤病房6家,急诊病房23家,无病房11家;40名模拟创伤患者16人死亡,其余存活,死亡原因为早期评估和处置不规范,输血流程不合理、创伤相关核心技术缺乏,有效运行的创伤多学科团队缺乏。结论县域创伤救治过程中存在创伤早期评估和核心技术不足、缺乏院内高效的多学科救治团队、创伤集中收治模式尚未普及等问题,亟须重视解决。

多尺度聚丙烯纤维混凝土弯曲疲劳寿命试验及数值模拟

为研究多尺度聚丙烯纤维混凝土的弯曲疲劳性能,开展基准混凝土、聚丙烯粗纤维混凝土及多尺度聚丙烯纤维混凝土的静载试验及不同应力水平(0.75、0.80、0.85)下的弯曲疲劳试验,建立弯曲疲劳寿命方程,并结合ABAQUS与FE-SAFE软件建立纤维混凝土梁的三点弯曲疲劳有限元模型。结果表明:聚丙烯纤维的掺入,尤其是多尺度聚丙烯纤维混掺显著增强了混凝土基体的抗折、抗疲劳性能。双对数lgS-lgN疲劳方程能够较好地描述多尺度聚丙烯纤维混凝土的应力水平与疲劳寿命的相关性,使用lgS-lgN疲劳方程计算得到200万次循环荷载作用下多尺度聚丙烯纤维混凝土的疲劳强度最高,为3.91 MPa。三组试件疲劳寿命的数值模型预测值均介于实测疲劳寿命的最大值与最小值之间,并接近于疲劳寿命平均值,该模型为多尺度聚丙烯纤维混凝土的疲劳寿命预测提供了理论依据。

情景模拟结合CBL对提升产科住院医师医患沟通能力的效果分析

目的探讨在产科住院医师规范化培训(简称住培)中进行情景模拟结合以案例为基础的教学对医患沟通技能培训的效果。方法选取50名在产科规范化培训的住院医师为研究对象。培训前进行学员调查和医患沟通能力SEGUE测评。基于产科住培大纲选择5个典型病例情景,由教师录制5个典型病例病情医患沟通的示范视频,并梳理相关背景知识,在产科住院医师中依次开展培训课程,即视频示范、小组讨论、病例背景知识梳理讲解、分角色演练、演练后反馈和评价以及临床实践。培训后再次进行学员调查和医患沟通能力SEGUE测评。使用配对样本的非参数检验方法评价培训效果。结果情景模拟结合以案例为基础的教学的医患沟通技能培训后,学员医患沟通能力SEGUE测评总分提高[13.00(11.00~16.00)vs.22.00(20.00~24.00)],差异具有统计学意义(Z=-6.159,P<0.001);医患沟通能力SEGUE测评总体合格率提高[36.0%(18/50)vs.98.0%(49/50)],差异具有统计学意义(χ^(2)=43.464,P<0.001)。结论情景模拟结合以案例为基础的教学的医患沟通技能培训可有效提高学员医患沟通能力,调动学员的学习主动性,激发学员内在学习动力,建议在产科住培中纳入此类课程。

基于神经网络优化模型的中药复方安慰剂配色模拟研究

目的构建粒子群反向传播(Particle swarm optimization-back propagation,PSO-BP)神经网络对中药复方颗粒剂安慰剂制备着色剂的用量进行预测,为中药复方颗粒剂安慰剂颜色的模拟提供一种新思路。方法运用BP神经网络建立样品颜色参数L、a^(*)、b^(*)与色素质量分数的模型,利用粒子群算法的全局搜索能力优化BP神经网络权重和偏置,防止模型出现局部最小值,再采用线性降低权系数法和引入变异算子提高粒子群算法的全局寻优能力;以颜色综合评价指标(ΔE)为客观评价标准,验证试验结果。结果训练结果表明,改进的PSO-BP神经网络拟合精度最高达到98.31%;预测结果表明,改进的PSO-BP神经网络的预测误差最小,平均绝对百分比误差(MAPE)、均方根误差(RMSE)和平均色差(ΔE)分别为0.4115、2.1646、2.56;制备3种颗粒的验证样品进行验证,验证样品与模型药物的ΔE分别为1.73、2.63、4.11,肉眼直观评价其中两组与模型药物色差较小。结论基于改进粒子群优化算法的BP神经网络可模拟中药复方颗粒剂安慰剂制备着色剂用量预测,可作为安慰剂配色研究的推荐优化模型。

基于改进模拟退火遗传算法的高速公路服务区自洽能源系统高能效优化

针对高速公路自洽能源系统高能效优化的问题,基于改进模拟退火遗传算法(SA-GA),提出了一种综合考虑经济目标和环保目标的自洽能源系统高能效优化运行策略。首先根据高速公路服务区自洽能源系统中各电力单元特性,建立一种综合考虑系统经济性和环保性的能效目标函数;其次根据高速公路服务区自洽能源系统的分类,建立了不同类型系统对应的约束条件;为避免遗传算法易陷入局部最优的缺陷,引入模拟退火算法,对改进后的SA-GA算法采用降温函数,寻找全局最优解;利用新疆某高速公路服务区自洽能源系统发电和负荷数据,并在传统服务区负荷的基础上进一步考虑新能源汽车充电站的影响。测试函数测试结果表明:SA-GA算法在求解速度和稳定性方面有明显提升,改进SA-GA算法对夏季、冬季典型日能效优化的结果,相较于遗传算法,在寻优精度提升约为20.33%。

基于渗流作用下含断层的露天矿边坡稳定性的数值模拟研究

为研究含断层露天边坡在渗流作用下的稳定性问题,采用FLAC3D数值模拟技术构建断层作用下的滑体力学模型,获得顺倾层状边坡分条稳定系数表达式,进而对渗流作用下含断层边坡稳定性进行数值模拟分析。对岩体强度的弹性模量、内聚力、内摩擦角和岩体抗拉强度等4种影响因素进行敏感性分析,通过分析这4种因素在不同工况下边坡的位移、应力、应变和安全系数,得出了各参数的敏感性分析曲线。从敏感性分析曲线可知,岩体的内聚力对边坡稳定性的影响最大,弹性模量对边坡稳定性的影响最小。开挖不同阶段边坡稳定性的主要影响因素存在差别,其中,前期以断层为主,后期则逐渐转化为渗流作用。该研究为今后露天矿边坡稳定性分析提供了科学依据,对于边坡稳定性分析具有重大的工程实际意义。