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一种水资源短缺风险评价耦合模型及其应用

系统工程理论与实践 2021年第5期41卷 1319-1327页

作者：钱龙霞王红瑞党素珍洪梅赵自阳邓彩云南京邮电大学理学院南京210023 北京师范大学水科学研究院城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室北京100875 黄河水利委员会黄河水利科学研究院郑州450003 国防科技大学气象海洋学院南京211101

为了避免传统聚类方法和因子筛选方法的不足,本文提出一种水资源短缺风险评价耦合模型.首先引入《Science》上发表的聚类算法对水资源短缺风险进行聚类,确定建模样本的风险等级;其次引入一种标准化信息流方法检测风险因子与风险之间的... 详细信息

为了避免传统聚类方法和因子筛选方法的不足,本文提出一种水资源短缺风险评价耦合模型.首先引入《Science》上发表的聚类算法对水资源短缺风险进行聚类,确定建模样本的风险等级;其次引入一种标准化信息流方法检测风险因子与风险之间的因果关系,筛选水资源短缺风险敏感因子;最后采用Fisher判别分析法构建水资源短缺风险等级评价模型.针对京津唐地区水资源短缺风险评价的实例研究,表明了模型的适用性.对天津市各区县2020年的水资源短缺风险等级进行评价,研究结果表明:不考虑外调水和非传统水资源时,各区县水资源短缺风险均为高风险;考虑外调水和非传统水资源时,大部分区县水资源短缺风险等级较低,但市内六区、滨海新区、津南区、武清区和蓟县仍然处于高风险状态.加大非传统水源利用力度是降低天津市水资源短缺风险的主要途径.

关键词：水资源短缺耦合模型聚类算法因果关系辨识 Fisher判别分析

考虑力学-化学荷载下压实黏土垫层中一维非线性固结与污染物运移耦合模型

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岩土工程学报 2023年第11期45卷 2289-2298页

作者：江文豪李江山冯晨中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 污染泥土科学与工程湖北省重点实验室湖北武汉430071

针对力学-化学荷载下压实黏土垫层中一维固结与污染物运移耦合过程,考虑了土体压缩性和渗透性的非线性变化,建立了相应的耦合模型,并利用有限差分法对该模型进行了求解。通过与有限元软件COMSOL Multiphysics计算结果和已有解析解计算... 详细信息

针对力学-化学荷载下压实黏土垫层中一维固结与污染物运移耦合过程,考虑了土体压缩性和渗透性的非线性变化,建立了相应的耦合模型,并利用有限差分法对该模型进行了求解。通过与有限元软件COMSOL Multiphysics计算结果和已有解析解计算结果展开对比分析,对所建耦合模型正确性进行了验证。基于所建模型,比较研究了两种假定情况下力学荷载pu和渗滤液中污染物浓度Cb对耦合过程的影响。结果表明:当忽略非线性压缩和渗透特性时,力学荷载pu的增大会使污染物运移速率降低;但当考虑非线性压缩和渗透特性时,pu的增大会使污染物运移速率增大,这主要是由于污染物运移过程会受对流和扩散作用的综合影响。污染物浓度Cb的增大会使沉降量增大,超孔隙水压力值减小,也会使得污染物运移速率降低;相比于忽略非线性的情况,考虑非线性情况下Cb对沉降量、超孔隙水压力和污染物运移速率的影响会减弱。

关键词：非线性固结污染物运移力学-化学荷载压实黏土垫层耦合模型

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基于焊枪与熔池耦合模型的焊工调控行为研究

机械工程学报 2019年第23期55卷 48-54页

作者：张刚石玗樊丁张伟杰兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050 肯塔基大学先进焊接制造加工中心美国列克星敦40506

模拟解析有经验高级焊工焊接行为并实现抽象焊接行为的程序化无疑是快速发展机器人智能化焊接的优选路径之一。而同步传感测量焊工焊枪姿态和熔池状态是实现焊接行为程序化的关键。针对现有焊枪姿态和熔池特征测量系统的独立性及焊工与... 详细信息

模拟解析有经验高级焊工焊接行为并实现抽象焊接行为的程序化无疑是快速发展机器人智能化焊接的优选路径之一。而同步传感测量焊工焊枪姿态和熔池状态是实现焊接行为程序化的关键。针对现有焊枪姿态和熔池特征测量系统的独立性及焊工与熔池交互过程的同步耦合分析需求,建立了传感器-万向节-焊枪钨极尖端三坐标系间的数学转换模型和熔池与焊枪钨极尖端运动坐标的双向耦合模型。通过预设机器人焊枪姿态摆动试验验证了双向耦合模型的有效性和准确性。在时空同一坐标下对比分析了不同焊接水平焊工对熔池状态的调控行为和焊缝成形质量的控制能力。结果表明,利用熔池-焊枪双向耦合模型可以获得能够表征焊工操控焊枪空间运动的较准确姿态样本数据;经模型转换的焊工操控焊枪α、β角与机器人摆动预定值的误差均小于1.2°,γ角误差约为1.5°;未经实操培训焊工操控焊枪规范性差,调控熔池动态平衡表现出调节时刻和规律的高随机性,对熔池状态动态评估能力极其匮乏,无法保证焊接过程稳定和高的焊接质量;经长期实训焊工运枪动作规范、规律性强,对熔池状态动态评估能力丰富和强的交互意识,全焊接过程能够保持熔池形态的稳定和焊缝的全熔透。

关键词：焊工经验熔池流动焊枪姿态三维传感耦合模型

岩石损伤过程中的热-流-力耦合模型及其应用初探

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岩土力学 2009年第12期30卷 3851-3857页

作者：朱万成魏晨慧田军杨天鸿唐春安东北大学岩石破裂与失稳研究中心沈阳110004 大连理工大学岩石破裂与失稳研究中心大连116024

岩石损伤过程热-流-力(THM)耦合问题的研究对于深部采矿等许多工程领域都具有重要的理论意义。以岩石的损伤为主线,在多场耦合分析方程中引入损伤变量,基于质量守恒和能量守恒原理,提出岩体损伤过程中的THM耦合模型。通过把均匀弹性介质... 详细信息

岩石损伤过程热-流-力(THM)耦合问题的研究对于深部采矿等许多工程领域都具有重要的理论意义。以岩石的损伤为主线,在多场耦合分析方程中引入损伤变量,基于质量守恒和能量守恒原理,提出岩体损伤过程中的THM耦合模型。通过把均匀弹性介质THM耦合响应的模拟结果与理论分析结果进行对比,验证了程序及有限元实施的正确性。然后,用该耦合模型进行了不同地应力条件下流固耦合过程的数值模拟,探讨了水压力对于岩石损伤过程的作用机制。数值模拟表明,水压力导致了拉伸损伤范围的扩大和损伤程度的加剧,同时亦对剪切损伤具有抑制作用。

关键词：岩石损伤热-流-力(THM)耦合耦合模型数值模拟

宁夏六盘山北部华北落叶松林树高与胸径生长的多因子响应耦合模型构建

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林业科学 2024年第11期60卷 13-24页

作者：韩新生王彦辉于澎涛李振华于艺鹏王晓中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所、国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091 宁夏农林科学院林业与草地生态研究所、宁夏防沙治沙与水土保持重点实验室、宁夏生态修复与多功能林业综合研究中心银川750002 中国水利水电科学研究院北京100038 新乡学院土木工程与建筑学院新乡453003

【目的】分析宁夏六盘山半干旱区叠叠沟小流域华北落叶松人工林林龄、密度和主要立地因子对树高和胸径生长的影响,建立树木生长的多因子响应耦合模型,为该地区华北落叶松人工林生长预测和可持续经营提供理论依据。【方法】2018和2019年... 详细信息

【目的】分析宁夏六盘山半干旱区叠叠沟小流域华北落叶松人工林林龄、密度和主要立地因子对树高和胸径生长的影响,建立树木生长的多因子响应耦合模型,为该地区华北落叶松人工林生长预测和可持续经营提供理论依据。【方法】2018和2019年,在六盘山半干旱区叠叠沟小流域分别选择42和57块华北落叶松人工林样地,调查树高、胸径、林龄、密度等林分结构特征以及坡向、土壤厚度等立地因子,并收集2003—2017年在叠叠沟小流域调查的93块样地历史数据。基于192块样地数据,分析树高和胸径对林龄、密度、坡向、土壤厚度等因子的响应规律,利用2/3和1/3的数据建立和验证树高与胸径生长的多因子响应耦合模型。【结果】树高和胸径对林龄、密度、坡向、土壤厚度的响应规律各异;树高和胸径随林龄增加先快速增加,后在林龄超过20年时缓慢增加;树高和胸径随密度增加先表现为稳定,后在密度分别超过2000、1500株·hm^(-2)时缓慢下降,在密度超过3000、2300株·hm^(-2)时加快下降;树高和胸径随坡向偏离正北方向的角度增加先表现为稳定,后在坡向超过80°时迅速降低;树高和胸径随土壤厚度增加先表现为增加,后在土壤厚度分别超过90、80 cm渐趋稳定。基于连乘耦合、立地指数和立地因子3种林木生长模型表达式,建立树高和胸径响应林龄、密度、坡向、土壤厚度和立地指数的耦合模型并拟合模型参数;树高模型的确定系数分别为0.804、0.902、0.806,NS系数分别为0.793、0.903、0.762;胸径模型的确定系数分别为0.846、0.803、0.834,NS系数分别为0.837、0.840、0.818;3种模型拟合效果均较好。【结论】宁夏六盘山半干旱区华北落叶松人工林树高和胸径生长随林龄、密度、坡向、土壤厚度增加分别表现为先快后慢增加、先稳定后下降、先稳定后降低、先升高后稳定,建立的连乘耦合、立地指数和立地因子多因子耦合模型精度均较高,但鉴于研究区尚未确定立地指数分布规律并综合考虑各模型精度、应用难度、结构复杂程度差异,建议采用多因子连乘耦合模型预测华北落叶松人工林树高和胸径生长。

关键词：华北落叶松人工林林木生长林龄林分密度立地指数耦合模型

基于粒子群人工蜂群算法的灌区渠-塘-田优化调配耦合模型

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农业工程学报 2014年第20期30卷 90-97页

作者：陈述邵东国李浩鑫徐保利武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

为了缓解农业水资源供需矛盾,减少南方季节性干旱造成的损失,该文结合南方灌区渠、塘、田地复杂的水量转化关系,建立了以灌溉区域效益最大为目标的渠-塘优化调控与田间多种作物优化配水相结合的耦合模型;根据该模型的特点,提出了模型求... 详细信息

为了缓解农业水资源供需矛盾,减少南方季节性干旱造成的损失,该文结合南方灌区渠、塘、田地复杂的水量转化关系,建立了以灌溉区域效益最大为目标的渠-塘优化调控与田间多种作物优化配水相结合的耦合模型;根据该模型的特点,提出了模型求解的粒子群-人工蜂群混合算法。将模型应用于漳河灌区,并与常规的渠-塘调控和作物配水模型和只考虑作物优化配水模型相比较。结果表明,渠-塘-田地协同调配效果显著,耦合模型计算所得特别枯水年(降雨频率为95%)下灌溉用水效益比采用其他2种模型分别提高了20.7%和6.9%。粒子群-人工蜂群混合算法能快速求解该优化调配耦合模型,有利于解决多水源、长距离输配水、库塘共同调控等复杂情况下的高效用水模型的求解问题。

关键词：水资源优化模型作物间优化配水渠-塘优化调控耦合模型粒子群-人工蜂群混合算法

膨胀土地层锚索预应力损失与流变耦合模型研究

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岩石力学与工程学报 2020年第1期39卷 147-155页

作者：李涛蔡海波刘波罗兴浩钱霄中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 四川成都兴蜀勘察基础工程公司四川成都610072

预应力锚索在膨胀土地层中的锚固效果受地层含水率影响较大,且锚索预应力损失与土体应力松弛之间关系紧密。据此,以四川成都地区膨胀土为研究对象,通过室内模型试验研究4种不同含水率下膨胀土地层锚索预应力的损失规律;并针对膨胀土独... 详细信息

预应力锚索在膨胀土地层中的锚固效果受地层含水率影响较大,且锚索预应力损失与土体应力松弛之间关系紧密。据此,以四川成都地区膨胀土为研究对象,通过室内模型试验研究4种不同含水率下膨胀土地层锚索预应力的损失规律;并针对膨胀土独特的黏弹塑性力学特征,建立基于应变相等的膨胀土-锚索耦合效应计算模型,得出耦合模型的本构方程和松弛方程,并与模型试验进行对比论证。结果表明:锚索预应力的衰减大致可分为快速衰减、缓慢衰减和相对稳定3个阶段;锚索预应力的衰减速度和衰减幅度都随着膨胀土层初始含水率的增大而增加;膨胀土地层中锚索的初期预应力损失可达到总损失量的80%;耦合模型的计算结果与试验测试值基本一致,可对已知物理参数土层的锚索锚固效果进行评估。

关键词：土力学膨胀土预应力损失耦合模型松弛效应

复合煤岩变形破裂应力-电荷-温度耦合模型研究

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煤炭学报 2019年第9期44卷 2733-2740页

作者：杨桢苏小平李鑫辽宁工程技术大学电气与控制工程学院辽宁葫芦岛125105 辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000

为探究复合煤岩力学性质与电荷、温度信号内在联系,从大同忻州窑矿具有典型煤岩动力灾害特征煤层,提取顶板岩、煤样、底板岩按照1∶1∶1比例制备复合煤岩试样,采用0.1,0.3,1.0mm/min三种不同加载速率对煤岩试样进行单轴加载破裂实验,研... 详细信息

为探究复合煤岩力学性质与电荷、温度信号内在联系,从大同忻州窑矿具有典型煤岩动力灾害特征煤层,提取顶板岩、煤样、底板岩按照1∶1∶1比例制备复合煤岩试样,采用0.1,0.3,1.0mm/min三种不同加载速率对煤岩试样进行单轴加载破裂实验,研究复合煤岩试样单轴加载变形破裂过程中电磁、电荷、温度信号变化规律。试验结果表明:电磁辐射脉冲、电荷感应、温度在复合煤岩试样失稳破坏前均出现明显的前兆变化特征;加载初期电磁辐射、电荷感应信号较弱,随着加载应力水平的增加,两个信号逐渐增强,在临近峰值应力前信号达到最强,具有较强的一致性,两者呈二次相关性,系数在0.8以上;相对于电磁辐射信号变化特征,电荷感应信号的持续时间较短,信号特征为阵发性的,当以0.1mm/min速率加载时,电荷感应信号最强,0.3,1.0mm/min速率加载时信号变化率随加载速率增大而增大;温度总体呈阶跃式、台阶式上升趋势,在峰值前达到最大值。结合复合煤岩破裂SET(stress-electricity-thermal)耦合模型,推导电磁辐射脉冲数与电荷感应电压之间的数学关系,构建了SCT(stress-charge-thermal)耦合模型。针对12组试样进行试验,数据拟合结果表明:SCT模型参数n,b′的数据拟合精度较SET耦合模型m,b稍高,复相关系数基本均在0.9以上,具有较高契合度。试样产生的电磁辐射、电荷感应及温度变化与自由电荷、内部微破裂、摩擦等因素有关。在煤矿现场电荷感应检测受干扰相对于电磁辐射要小很多,故可考虑采用SCT耦合模型对煤岩动力灾害进行预测预报。

关键词：复合煤岩变形破裂电荷感应变化规律耦合模型

双端固支梯形梁压电俘能器机电耦合模型与试验分析

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北京理工大学学报 2018年第6期38卷 600-605页

作者：张广义金磊高世桥刘海鹏牛少华北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

针对环境中的低频振动能量,基于双端固支梁压电结构,建立了梯形梁压电俘能器的机电耦合振动模型,并通过试验对其进行了验证.结果显示,数学模型与试验结果相吻合.当梯形梁结构在1阶谐振(96.85 Hz)状态,且激励加速度2m/s^2时,结构单侧开... 详细信息

针对环境中的低频振动能量,基于双端固支梁压电结构,建立了梯形梁压电俘能器的机电耦合振动模型,并通过试验对其进行了验证.结果显示,数学模型与试验结果相吻合.当梯形梁结构在1阶谐振(96.85 Hz)状态,且激励加速度2m/s^2时,结构单侧开路输出电压峰值可达44.43V,最大输出功率为6.16mW.另外,双端固支梯形梁结构与矩形梁结构的比较试验结果显示,双端固支梯形梁压电结构可以有效降低谐振频率,输出开路电压较矩形结构提高22.7%,输出最佳负载功率较矩形结构提高33.0%.

关键词：压电俘能器双端固支梯形梁低频耦合模型试验分析