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重力作用下软球壳堆积结构的有限元分析

计算物理 2023年第3期40卷 359-368页

作者：麦兴鸿陈巧悦丁明明伊犁师范大学物理科学与技术学院新疆凝聚态相变与微结构实验室新疆伊宁835000 广东工业大学轻工化工学院广东广州510006

基于结构力学的有限元方法,采用软球的面积和相邻球数分布研究重力作用下软球壳的二维堆积结构,并分析堆积结构的填充率、势能等特性。研究表明:软球壳堆积过程是无序的,并没有取向偏好。堆积结构有不同的类型,且不同类型对应不同的面... 详细信息

基于结构力学的有限元方法,采用软球的面积和相邻球数分布研究重力作用下软球壳的二维堆积结构,并分析堆积结构的填充率、势能等特性。研究表明:软球壳堆积过程是无序的,并没有取向偏好。堆积结构有不同的类型,且不同类型对应不同的面积和相邻球数分布,其呈现多分散特征。堆积结构的面积变化率与堆积结构的势能正相关,面积变化率越大,势能越大,且结构类型的势能随着模量增大而减少。对于具有不同半径的双分散软球壳的堆积结构,软球的面积与相邻球数之间,呈现出近似线性关系,且结构中半径较大的软球数量越多,结构所具有的势能越大。本研究有助于提高对细胞等软物质堆积结构的几何和拓扑性质的理解,为分析软球壳等活组织和材料提供了计算依据。

关键词：堆积结构软球壳有限元势能重力

华南地壳结构与构造边界特征:来自地震背景噪声和重力联合成像模型的约束

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科学通报 2023年第24期68卷 3221-3236页

作者：李雪垒李志伟夏鑫杜南樵包丰石玉涛陈浩朋王元郝天珧栾金鹏湖南工商大学微电子与物理学院长沙410205 北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100094 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院武汉430071 中国地震局地震预测研究所北京100036 广东工业大学土木与交通工程学院广州510006 东北大学资源与土木工程学院沈阳110819

查明华南板块的地壳精细结构,厘清不同块体的地壳物质属性和构造边界特征,对研究华南成矿带的深部动力学成因以及华南板块的形成演化具有重要意义.随着新方法的发展和对多类型数据的深入挖掘,对壳内精细结构的分辨率逐渐提高,有鉴于此,... 详细信息

查明华南板块的地壳精细结构,厘清不同块体的地壳物质属性和构造边界特征,对研究华南成矿带的深部动力学成因以及华南板块的形成演化具有重要意义.随着新方法的发展和对多类型数据的深入挖掘,对壳内精细结构的分辨率逐渐提高,有鉴于此,本研究通过收集华南地区地震台站的波形数据,利用背景噪声面波和布格重力异常联合反演华南板块的地壳S波速度结构.结果表明:联合反演模型获取的布格重力异常与观测重力值拟合较好,印证了新方法的可靠性;上地壳内主要沉积盆地呈现明显的低速特征,地壳厚度由西到东呈现减薄的趋势,且在中地壳内,江南造山带南段的地壳结构呈现北东向的高低速带状穿插分布,在南北重力梯度带和江山-绍兴-萍乡-永州一线存在“蘑菇云”形状的中地壳隆升;随着深度的增加,在21~30 km下地壳,速度的横向变化不再与地壳浅层主要构造相对应,整个区域的速度分布呈现东高西低的趋势,且随着深度的增加这一特征越发明显;在30~40 km深度上,速度变化的东西分界与南北的布格重力异常梯度带近似重合.据此推测,江南造山带与扬子和华夏地块的构造边界分别沿着九江-常德-吉首-铜仁-百色一线和江山-绍兴-萍乡-永州-柳州-钦州一线;区域构造演化的动力学模型显示,扬子地块不断地为江南造山带西翼的北西向逆冲推覆提供驱动力,联合反演获取的地壳结构模型为探讨印支、扬子和华夏地块碰撞拼合的深部动力学过程以及区域成矿作用提供了重要约束.

关键词：华南背景噪声重力联合成像构造边界

基于q-高斯分布和零阶最小熵正则化的三维重力聚焦反演

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地球物理学报 2022年第5期65卷 1866-1882页

作者：彭国民刘展齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省计算中心(国家超级计算济南中心)济南250014 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院青岛266580

观测的重力数据通常含有误差,传统的三维重力反演方法假设数据残差服从高斯分布,数据误差的大小和可靠估计对于三维重力反演的精度和可靠性是非常重要的.在模型正则化方面,传统的三维重力反演主要是基于Tikhonov正则化理论来获得稳定解... 详细信息

观测的重力数据通常含有误差,传统的三维重力反演方法假设数据残差服从高斯分布,数据误差的大小和可靠估计对于三维重力反演的精度和可靠性是非常重要的.在模型正则化方面,传统的三维重力反演主要是基于Tikhonov正则化理论来获得稳定解,但是当地下密度异常体存在尖锐边界时,基于L_(2)范数正则化的三维重力反演得到的密度异常体边界比较平滑,这给后续的地质解释带来一定的困难.为此,本文提出了一种基于q-高斯分布和零阶最小熵正则化的三维重力聚焦反演方法,该方法不需要估计数据误差,且对较大数据误差的敏感性较弱,同时能够获得聚焦反演结果,且不需要确定合理的聚焦参数.理论模型测试表明,本文提出的三维重力聚焦反演方法得到的反演模型具有聚焦效果,能够较好地刻画异常体边界和密度值,且对含有较强干扰的重力数据具有一定的适用性.将本文方法应用于墨西哥圣尼古拉斯矿区的实测重力数据,反演得到的硫化物矿体与已知资料具有较好的一致性.本文在理论模型和实际资料测试中还进行了反演模型不确定性分析,分析结果表明q取值为1.5能够得到令人满意的反演结果.

关键词：重力三维反演 q-高斯分布零阶最小熵正则化

重力场作用下的引信球转子动力学特性数值模拟

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探测与控制学报 2023年第6期45卷 56-63页

作者：刘艳欣闻泉王雨时朱乐乐张斌南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 上海航天电子技术研究所上海201108

针对低速旋转弹引信球转子机构解除保险运动过程中的动力学问题,应用刚体动力学理论、欧拉动力学以及外弹道学理论,研究在重力场作用下的引信球转子动力学特性。通过分析引信球转子的力学环境,建立在重力场作用下的引信球转子动力学模型... 详细信息

针对低速旋转弹引信球转子机构解除保险运动过程中的动力学问题,应用刚体动力学理论、欧拉动力学以及外弹道学理论,研究在重力场作用下的引信球转子动力学特性。通过分析引信球转子的力学环境,建立在重力场作用下的引信球转子动力学模型,并采用Matlab软件编制数值模拟程序;以典型引信球转子为例,通过吉尔算法进行数值模拟,得到有无重力作用下的球转子解除保险距离、动态平衡角和章动角随时间的变化规律。结果表明:在重力场作用下的低速旋转弹引信球转子的解除保险距离至少缩短14.00%,动态平衡角散布至少减小18.60%。低速旋转弹引信球转子机构的重力效应可以提高引信发火的可靠性,同时可以使球转子发生反转,但对解除保险可靠性的影响较小。

关键词：低速旋转弹引信球转子重力动力学模型数值模拟

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定热流边界下重力作用PCM熔化过程规律

化工进展 2022年第8期41卷 4129-4139页

作者：张春伟李山峰郭永朝张学军江龙北京航天试验技术研究所北京100074 浙江大学制冷与低温研究所浙江杭州310027 浙江省制冷与低温技术重点实验室浙江杭州310027

为提升相变储热单元的相变材料(PCM)熔化速率,本文定义基于热源输入方向与重力方向的通用坐标,建立可视化实验装置与数学模型,探究定热流边界下夹角γ对方腔内PCM熔化的作用规律。结果表明,当夹角γ从0°增加到180°时,PCM熔化时间先增... 详细信息

为提升相变储热单元的相变材料(PCM)熔化速率,本文定义基于热源输入方向与重力方向的通用坐标,建立可视化实验装置与数学模型,探究定热流边界下夹角γ对方腔内PCM熔化的作用规律。结果表明,当夹角γ从0°增加到180°时,PCM熔化时间先增加后减少,最后轻微上升。当夹角γ为0°时,PCM以纯导热完成熔化;夹角为15°时,对应的熔化时间最长,相对纯导热过程增加了40.32%;夹角为120°时,对应的熔化时间最短,相对纯导热过程减少了63.11%。当夹角较小时,自然对流对PCM的整体熔化过程有抑制作用,只有在夹角大于一定数值时,自然对流才能促进PCM的熔化过程。此外,多工况下获取的最优夹角γ均在90°~180°,且相对更趋近90°。所以在实际工程应用中,规整相变储热单元的热源端最低点应该低于PCM端最低点。

关键词：相变对流传热相变材料重力定热流边界

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重力对超临界甲烷绕管内冷凝换热影响

化学工程 2022年第5期50卷 25-29页

作者：赵敏杨雨青栾林林韩方玲吴学红吕财刘勇郑州轻工业大学能源与动力工程学院河南郑州450002

超临界流体在绕管式换热器中发生气液相变时重力影响显著,为研究超临界甲烷在绕管内冷却至液态过程中重力对其换热的影响,采用数值模拟方法对比分析有无重力下管内超临界甲烷的温度场、速度场及换热系数变化特性。结果表明:与无重力相比... 详细信息

超临界流体在绕管式换热器中发生气液相变时重力影响显著,为研究超临界甲烷在绕管内冷却至液态过程中重力对其换热的影响,采用数值模拟方法对比分析有无重力下管内超临界甲烷的温度场、速度场及换热系数变化特性。结果表明:与无重力相比,在有重力作用时,浮升力的影响大于离心力,速度、温度以及密度分布不再呈水平对称分布,密度最大值由绕管内部偏移到内底部,温度和速度最大值由绕管外部偏移到外顶部。温度高于准临界点(6.4 MPa、202 K)时,重力使换热能力增强,无重力时换热系数在准临界点附近201 K达到最大值1821.84 W/(m^(2)·K),有重力时换热系数在202 K达到最大值1924.24 W/(m^(2)·K),增大5.66%。

关键词：超临界甲烷湍流模型数值模拟重力湍流换热

基于多台站的接收函数和重力联合反演确定莫霍面起伏和地壳平均波速比

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地震学报 2023年第1期45卷 1-16页

作者：郝奥伟张海江韩守诚高磊中国科学技术大学地球和空间科学学院中国合肥230026 安徽蒙城地球物理国家野外科学观测研究站中国安徽蒙城233527 中国地质调查局西安矿产资源调查中心中国西安710000

地壳厚度和波速比是研究地壳结构和组分的两个重要参数,可为区域构造研究提供重要约束。接收函数被广泛地用于确定地壳厚度和波速比,例如H-κ方法或H-κ-c方法,但是该方法只能确定台站下方的地壳厚度和速度比,当地震台站分布稀疏时,很... 详细信息

地壳厚度和波速比是研究地壳结构和组分的两个重要参数,可为区域构造研究提供重要约束。接收函数被广泛地用于确定地壳厚度和波速比,例如H-κ方法或H-κ-c方法,但是该方法只能确定台站下方的地壳厚度和速度比,当地震台站分布稀疏时,很难约束台站间的横向不均匀性。另一方面,重力数据也可用于莫霍面的起伏变化研究,它在横向上覆盖很好,有较高的分辨率,但在纵向上分辨率相对较低。为此,本研究提出了一种联合反演算法求解莫霍面深度和地壳波速比参数。联合反演算法综合考虑了接收函数在纵向上的较高分辨率和重力数据在横向上的较高分辨率,同时拟合区域内所有台站上的接收函数和区域重力数据。模型测试表明联合反演算法较单一的接收函数反演更精确,特别是对于地壳厚度的确定。

关键词：联合反演接收函数重力莫霍面波速比

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重力场下生物膜表面的金纳米棒吸附

原子与分子物理学报 2022年第1期39卷 63-68页

作者：杨倩雷一腾马贝贝朱涛蒋中英伊犁师范大学电子与信息工程学院微纳电传感技术与仿生器械重点实验室伊宁835000 南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室南京210093 伊犁师范大学物理科学与技术学院新疆凝聚态相变与微结构实验室伊宁835000

纳米颗粒在生物膜表面的吸附对其生物医学应用至关重要.在本研究中,采用正置与倒置石英电子微天平及耗散系数测量实验,表征了不同溶液高度的支撑膜表面金纳米棒的吸附动力学.发现金棒在重力场下产生溶液浓度不均性.长宽比增大能够提高... 详细信息

纳米颗粒在生物膜表面的吸附对其生物医学应用至关重要.在本研究中,采用正置与倒置石英电子微天平及耗散系数测量实验,表征了不同溶液高度的支撑膜表面金纳米棒的吸附动力学.发现金棒在重力场下产生溶液浓度不均性.长宽比增大能够提高金棒的流体力学尺寸,延缓金棒的不均再分布过程,从而维持不同溶液高度生物膜表面吸附量的一致.同时,由于浓度不均程度差异,短棒、中棒、长棒在不同溶液高度的吸附量排序关系也是变化的.在溶液底层短棒的吸附量最大,在溶液顶层中棒的吸附量最大.研究深化考察了调控纳米颗粒在生物膜表面吸附的物理因素,为纳米材料的医学应用提供了参考.

关键词：纳米棒生物膜浓度分布重力流体力学直径

接收函数、面波与重力联合约束地壳厚度与波速比

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地震学报 2022年第6期44卷 935-948页

作者：任志远李永华强正阳石磊中国地震局地球物理研究所北京100081 中国地震局震源物理重点实验室北京100081

提出了一种利用接收函数、面波频散和重力数据联合约束地壳厚度、vP/vS和平均P波速度的改进方法,并基于两种地壳模型对改进后的方法进行了验证。结果显示,改进后的方法不仅可以提高地壳厚度和波速比的估计精度,还能更准确地估计地壳平均... 详细信息

提出了一种利用接收函数、面波频散和重力数据联合约束地壳厚度、vP/vS和平均P波速度的改进方法,并基于两种地壳模型对改进后的方法进行了验证。结果显示,改进后的方法不仅可以提高地壳厚度和波速比的估计精度,还能更准确地估计地壳平均P波速度。在此基础上,将该方法应用于华南地区两个固定台站的地壳结构分析,相关结果也证实了该方法在确定地壳结构中的可行性。

关键词：接收函数面波频散重力联合约束地壳厚度波速比地壳平均P 波速度