国家自然科学基金重大研究计划“重大工程的动力灾变”研究进展

重大研究计划重大工程的动力灾变瞄准强地震动场和强/台风场及其动力作用下重大工程的损伤演化破坏过程的国际研究前沿,重点解决两大关键科学问题,即:(1)强地震动场和强/台风场的特性与规律;(2)重大工程动力灾变的过程与机理.为此重点开展4个方面的研究工作,包括:(1)强地震动场和强/台风场的建模与预测;(2)重大工程动力灾变的关键效应;(3)重大工程动力灾变的全过程分析;(4)重大工程动力灾变模拟系统的集成与验证.     

澳门友谊大桥“鹦鹉”台风的湍流特性实测和分析

为了探索、了解登陆台风强风过程的湍流特性和空间相关特性,利用设置在澳门友谊大桥主跨桥中相距30m的两台三维超声测风仪实测的"鹦鹉"台风过程数据,在数据可靠性、代表性判别基础上,采用谱分析、数值模拟和统计等方法,重点分析了"鹦鹉"台风过程的强风时段的平均风速和风向特征、湍流强度、湍流积分尺度、湍流功率能谱、空间相关系数和相干函数等.实测数据分析发现:(1)同步观测的两台测风仪获取的台风过程平均和湍流风特性变化均具有很好的一致性,台风的过程风速呈"M"型双峰分布,大于8级强风的风向转换了122°方位角;(2)台风眼壁强风区纵、横和垂直向湍流强度之比为1:0.96:0.36,与规范推荐的1:0.88:0.5相比,横向湍强更大,垂直向湍强较小;(3)台风眼壁强风区积分尺度增大,"鹦鹉"表现在其中心经过前的强风区湍流积分尺度是非台风风况的2倍左右;(4)脉动风空间相关性、相干函数曲线和衰减系数在台风过程的不同时刻存在显著差异,台风眼壁强风区水平向脉动风的空间相关性较强,水平空间相关谱随频率的衰减速度较慢,相干函数的衰减拟合系数C值最小为4.67,小于规范下限值;台风中心经过时刻衰减系数最大为27.75,也较规范给出的上限值大.上述"鹦鹉"的强风特征参数,部分地表征了台风强风的湍流和空间相关特性.     

高混凝土坝气幕隔震控制的模拟分析理论与试验验证

针对高坝动力灾变过程控制这一核心科学问题,首次提出高坝气幕隔震控制的液-气-固三相耦合建模理论和数值实现方法,给出三相强耦合-热力学状态-材料-接触/非接触双重非线性的复杂动力学问题的理论描述和气幕隔震高坝工程的动力灾变关键效应的全过程数值模拟;给出刚性坝-平面波简化情况的解析解.完成了高305m锦屏拱坝的地震灾变过程控制与非控制的对比模拟,结果与振动台实验相互印证,基本相符.提出整体式气室和变厚度优化气幕,发展了高坝控制优化方法.首次完成大型振动台拱坝隔震的模型实验并满足基本动力相似准则,实验数据合理可信,并与模型坝的动力模拟结果基本符合,为模拟理论方法提供了实验验证.数值模型与物理模型相结合的试验表明,动水压力削减可达70%以上,坝体第一/第三主应力峰值降低20%～30%以上,有效地提高了高坝工程的整体抗震能力,表明气幕减震是高混凝土坝防震控制的优先发展方向.     

工程场地地震动随机场的物理模型

提出了工程场地地震动随机场的物理模型,并利用实测地震动验证了其正确性.首先,阐释了工程场地地震动场双尺度建模的基本思路;其次,以地震点源模型和均匀各向同性传播介质模型为基础,阐明基岩表面地震波场具有二维球面波场形式,并给出了基岩表面地震波场一般形式;假设工程场地内的地震波为平面波,建立场地滤波模型,获得了工程场地表面地震动场的基本表达式;再次,引入震源、传播途径和局部工程场地的具体物理模型并考虑基本物理参量的随机性,建立了工程场地地震动随机场的物理模型.利用波群叠加方法,对SMART-1台站组记录的强震地震动时程数据进行了样本层面的建模.研究结果表明,本文所发展的地震动随机场物理模型能够反映真实地震动的空间相关性.     

地震动随机场的POD降维表达

本文从本征正交分解(POD)的基本理论出发,推导了非平稳随机向量过程的两类POD表达,即基于正交随机变量的POD表达和基于随机相位角的POD表达.澄清了基于随机相位角的POD表达是基于正交随机变量的POD表达的一个特例,并从基本随机变量的数量和约束条件两个方面剖析了它们之间的差异,发现通过施加约束条件可以有效地降低随机向量过程模拟的随机度(基本随机变量的数量).为此,通过对基于正交随机变量的POD表达施加更强的约束条件,实现了仅用2个基本随机变量即可对非平稳随机向量过程进行高效降维模拟,进而可在全概率信息上精细地表达非平稳随机向量过程.通过对地震动随机场模拟的数值分析,得到了非平稳地震动加速度向量过程的均值、标准差、演变功率谱及相关函数等均与目标值拟合一致的良好结果,说明了本文方法的有效性.同时,为了进一步从地震动的工程特性方面验证本文方法的适用性,根据《中国地震动参数区划图》中划分的5种场地类别,选取920条实测强震动记录,从地震动加速度的反应谱和傅里叶幅值谱两个方面进行了对比分析.研究表明,本文方法模拟结果与实测强震动记录具有很好的一致性,这为本文方法的工程应用奠定了坚实基础.     

基于物理机制的工程场地地震动相干函数模型

基于工程场地地震动随机场的物理模型,本文提出了基于物理机制的工程场地地震动相干函数分析模型,利用概率密度演化方法(PDEM),可以求解工程场地的地震动相干函数.通过与经验相干函数模型Harichandran-Vanmarcke模型和Hao模型的对比,验证了这一模型的合理性.随后,利用该模型研究了4类不同工程场地相干函数特征,并分析了不均匀分布复杂场地的相干函数.相比于传统的经验或者半经验的相干函数模型,本文模型为理解地震动场相干特性提供了新视角,即根据各种不同物理因素和地震波传播的物理机制确定地震动场的相干性,为分析和确定工程场地地震动场的相干性提供了一类新方法.     

工程地震动的物理随机函数模型

提出了工程地震动的物理随机函数模型,并在样本层次上验证了其正确性.首先对刻画一维地震波场的偏微分方程定解问题给出了解的Fourier谱传递形式;其次对震源、传播途径和局部场地作用分别建立具体的物理模型,获得了以基本物理参数为随机参量的地震动随机函数模型;发展了由随机函数模型生成地震动样本时程的窄带谐波叠加方法;最后对1995年神户大地震的记录加速度时程进行了样本层面的建模.研究表明,地震动物理随机函数模型能较好地反映真实地震动时程的频谱特性和非平稳特性.     

反向系间窜越和三重态激子湮灭共存体系的有机发光磁效应

利用具有反向系间窜越(RISC)特性的荧光材料4-(Dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidin-4-yl-vinyl)-4H-pyran(DCJTB)制备了掺杂型有机发光器件,并在20~300 K温度范围内测量了器件的磁致发光曲线(即magneto-electroluminescence,MEL).实验发现,这些MEL曲线表现出奇特的线型:先在低场部分(10 m T)小幅度地快速下降,再随着磁场的增加大幅度地缓慢下降,最终低场和高场都表现为负的MEL,这与具有系间窜越的激子型器件的MEL明显不同.另外,MEL曲线在低场和高场的下降幅度都受注入电流和工作温度的调控.通过分析三重态激子参与的自旋相关过程,认为这些负的MEL是由RISC与三重态激子湮灭(TTA)过程共同引起的,并且三重态激子的寿命是影响RISC过程的主要因素.     

扰动频率对充填体力学响应的影响

稳定的充填体是二步骤矿房开采安全控制的关键。为研究不同动力扰动频率作用下充填体的力学响应,以云南某矿为例,采用FLAC3D软件建立充填体动力稳定性分析的三维数值模型,并对扰动幅值一定时,不同扰动频率下充填体的动力稳定性进行数值模拟计算;从位移场和应力场分析了充填体的破坏方式与破坏区域发展过程,得到不同扰动频率作用下充填体的动力响应规律。研究结果表明:充填体的力学响应与动力扰动频率密切相关,扰动频率的改变对充填体暴露面主应力与位移场的分布及充填体的破坏形式有重大影响。     

极小(C_4,K_4;7)-平面图

若平面图G没有与H1同构的子图,且G没有与H2同构的子图,则G称为(H1,H2)-平面图.(H1,H2;n)-平面图表示n阶的(H1,H2)-平面图。若G是(H1,H2;n)-平面图,去掉G的任意一条边,都不再是(H1,H2;n)-平面图,则G称为极小(H1,H2;n)-平面图.本文给出了所有的极小(C4,K4;7)-平面图,有助于证明PR(C4,K8)。     

科技研究全球化与科技发展的战略对策

在<科学研究全球化发展评价>中,我们分析了科学研究全球化的背景特点和我国的发展态势,本文将重点分析在科学研究全球化大趋势下我国科技发展的战略重点与对策:(1)指导思想;(2)战略目标;(3)战略构想;(4)建议.     

结构动力分析实际地震动输入的选择与能量评价

针对结构动力分析过程中实际地震动记录的合理选择问题,对选择实际地震动记录的思路、选择过程中数据库的建立及记录的筛选、选择地震动记录的原则、幅值调整和样本数量等问题进行了分析,提出了采用遗传算法和贪婪算法相结合的方式优化选择地震动记录样本的方法,对目前采用匹配设计加速度谱方法选择的实际地震动记录的输入能量特征进行了分析.采用所提出的优化选择方法可以使选择的记录均值谱与目标谱在控制周期段内较好的吻合,各记录反应谱之间的离散性较小,而且可以控制重要周期段各周期点均具有比限值更小的误差.考虑结构的累积损伤或分析具有明显耗散特性元件的结构,采用仅匹配加速度设计谱选择的记录并不适用,建议了考虑输入能量需求选择地震动输入的方法.     

HJ-1B卫星遥感数据在重庆市城市热环境监测的应用分析

本文以MODIS反演大气透射率,以HJ-1B/CCD分类结果反演地表比辐射率,并基于单窗算法,利用HJ-1B/IRS4数据反演地表温度.在此基础上,提取研究区的热场变异指数来分析重庆热岛空间分布特征,并就NDVI与NDBI对热岛效应的影响进行了分析.其结果如下:1)重庆城市热岛大致位于中梁山、铜锣山之间,呈东北、西南走向分布;2)热岛中心不在市中心,而是集中在大渡口工业园区、江北机场这些能耗大、人口密集区域,热岛强度范围在5?C-10?C之间;3)接近长江、嘉陵江水域的建筑用地密集区域,其热岛效应并不明显;4)NDVI与热岛强度呈负相关关系,NDBI与热岛强度呈现较为明显的正相关关系,二者对热岛都有重要影响,而NDBI的影响更大.因此,利用HJ-1B数据监测城市热环境,能较好地揭示重庆城市热岛空间分布特征,为城市环境监测与改善提供参考.     

强化单相对流换热的一般理论指导原则

分析了强化单相对流换热的主要方法, 阐述了强化换热与能量损耗之间矛盾的统一性, 建立了换热(或火用)效率与换热过程动力及其与过程能耗的热力学关系, 导出了强化对流换热的一般理论指导原则——相对温度梯度场分布和速度场与温度梯度场的协同关系式. 温度梯度场分布与速度场分布相互制约, 当二者协调并满足该原则时, 则强化对流换热达到最优的换热效率.若温度梯度场与流速场协同程度确定, 则要求温度梯度场分布相对均匀性, 反之, 若相对温度梯度场的分布确定, 则确定了温度梯度场与流速场协同程度. 该原则也给出了相对温度梯度分布与流速、比热及其导热系数的依赖关系. 这一理论原则可为对流换热强化及其优化设计提供一般理论指导.     

Inducing effect of Pb(Zr_(0.4)Ti_(0.6))O_3 thin film derived by different processes in BiFeO_3/Pb(Zr_(0.4)Ti_(0.6))O_3 multilayer capacitor at room temperature

BiFeO3/PZT multilayer capacitor was prepared on Pt(100) /Ti/SiO2/Si(100) substrate.PZT buffer layer was derived by MOCVD method(label:PZT1) and sputtering method(label:PZT2) respectively.XRD analysis indicated that high(110) orientation of BFO in the BFO/PZT1 structure was achieved.SEM analysis indicated a better microstructure in the BFO/PZT1 structure compared with BFO/PZT2.The remnant polarization of the BFO/PZT1 was 82.5μC/cm2 at an applied voltage of 8 V,compared with that of 25.2μC/cm2 in the BFO/PZT 2 structure.The BFO/PZT1 multilayer exhibited little polarization fatigue(1.5%) upon 1×101 0switching cycles,at an applied voltage of 4 V.The leakage current density was about 2×10-7A/cm 2 at an applied voltage 4 V,in the BFO/PZT1 capacitor.All the results indicated that PZT can act as an inducing layer to the BFO and the MOCVD derived PZT has more inducing effect to the BFO thin film at room temperature.     

台风形成库区降雨的影响因子挖掘

考虑影响台风降雨因素的复杂性以及现有水库台风遥测资料的不完备性,采用基于信息熵与条件信息熵建立起来的不完备信息系统的约简方法,对台风形成库区降雨的影响因子进行挖掘.以典型水库中的台风特性参数及库区降雨实时监测信息为依据,忽略环境因素影响,重点研究包括台风风速、风力、7级/10级风圈半径、中心气压、台风中心与库区距离等典型台风特性因子对库区降雨量的影响,经信息约简认为台风风速、中心气压、与库区距离等台风特性因子是库区降雨的主要影响因子.分析结果对水库台风监测及库区降雨强度分析具有一定指导作用.     

热压烧结Ti_3AIC_2材料在空气中的恒温氧化行为

研究了热压烧结的Ti3AlC2(含有2.8%(质量分数)的TiC)在900~1300℃空气中的恒温氧化行为.结果表明,该材料具有良好的抗高温氧化性能,其氧化行为遵循抛物线规律.随着温度升高,氧化抛物线速率常数kp从900℃的1.39×10?10增大到1300℃的5.56×10?9kg2·m?4·s?1,计算得到的氧化活化能为136.45kJ/mol.在900~1100℃时,氧化产物为α-Al2O3和TiO2;当温度达到1200℃时,TiO2开始部分地转变为Al2TiO5;氧化温度升高到1300℃,Ti在氧化层中完全以Al2TiO5的形式存在.氧化过程由Al3 和Ti4 的向外扩散和O2?的向内扩散控制.Al3 和Ti4 的快速向外扩散在基体与氧化层界面处导致大量的缺陷的形成.     

极小(C_4,K_5;11)-平面图

若n阶平面图G的任一子图都不与H_1同构,且G的任一子图都不与H_2同构,则G称为(H_1,H_2;n)-平面图;平面Ramsey数指不存在(H_1,H_2;n)-平面图的最小n。本文利用对称性及反证等方法,得到了所有的极小(C_4,K_5;11)-平面图,有助于证明平面Ramsey数。     

太湖流域台风与梅雨遭遇概率分析

台风与梅雨遭遇的可能程度及其后果对太湖流域设计暴雨调整、洪水资源利用方案制定与防洪实时调度决策具有重要意义.基于现有研究成果对遭遇现象产生过程的描述,选择＂台风影响太湖流域的时间＂与＂入梅时间＂和＂出梅时间＂分别作为刻画台风与梅雨现象的指标,依据1954～2009年台风与梅雨同步数据资料,在确定上述3个变量分布函数的基础上,给出了台风与梅雨遭遇的概率表达式;针对表达式的复杂性特点和求解需要,综合对比阿基米德copula函数族中3个函数的适应性后,以Gumbel Copula作为连接函数构造了台风与梅雨遭遇的联合分布函数;进而采用数值积分与蒙特卡洛2种方法对表达式（台风与梅雨遭遇的概率）进行了求解,最后对计算结果的合理性进行了分析.     

真空紫外光激发下GdPO4:RE3+荧光材料的能量传递过程

采用高温固相合成法制备获得了GdPO4:RE3 (RE=Tb,Tm)多晶粉末,分析了基质与发光中心之间(Gd3 →Tb3 和Tm3 →Gd3 )的能量传递过程.由真空紫外区的发光光谱的分析,认为在GdPO4:Tm3 中,属于Tm3 离子电荷迁移态的180nm的强的吸收峰对Gd3 的313nm的发射起到了增强的作用;而GdPO4:Tb3 中则为处于高激发态(6DJ和6IJ)的Gd3 离子通过多次的弛豫过程和晶格传递,使Tb离子产生5DJ→7FJ的发射.