中内磁层低能电子通量分布模式

本文根据磁层粒子动力学的基本原理,假定中内磁层的带电粒子为绝热运动,并通过波-粒相互作用,投掷角为各向同性分布,在随时间变化的电磁场中跟踪粒子弹跳平均的对流运动,包括电场漂移、磁场梯度和曲率漂移,同时考虑电子沉降造成的损失,建立了中内磁层低能电子通量分布模式.利用该模式,本文模拟了磁暴期间中内磁层低能电子通量的变化过程,并与卫星观测数据进行了比较.结果表明,模式计算结果与卫星观测数据的变化趋势吻合,对数通量相对于卫星观测结果的均方根（rsm）误差在0.5～1.0.     

风景名胜区泥石流治理模式: 以世界自然遗产九寨沟为例

系统分析了风景名胜区泥石流治理的特点, 提出了风景名胜区泥石流治理原则, 结合九寨沟泥石流活动特征和保护对象, 提出了一些减灾工程的布设方法, 构成了一套科学、合理、可行的泥石流治理技术实现途径. 综合泥石流治理的原则和技术实现途径, 形成了以减灾工程与自然景观相协调和工程减灾与生态减灾功能相结合为核心的风景名胜区泥石流治理模式. 这种治理模式不同于城镇、交通、农田等泥石流治理模式, 九寨沟的泥石流治理中体现了这一模式, 有效地控制了泥石流, 达到了保护景观资源、生态环境、游客和居民安全的目的. 目前, 国内外还有许多风景名胜区受泥石流危害或威胁, 其灾害也可以用这种模式治理.     

泥石流与主河汇流堆积的数值模拟

汶川大地震使震区周围的山体出现大量崩塌、滑坡,为泥石流灾害发育提供了丰富的固体物源.一旦降雨条件适宜,很容易形成山洪泥石流.山洪泥石流来流量大,结构较强,与主河汇流时,难以被主河水流及时冲刷,在汇流区大量堆积,从而引发一系列的灾害.本文在前人的研究成果和相关资料的基础上,对交汇区泥石流与主河水流间的相互作用关系进行了合理简化,采用处理对流项有较好计算稳定性的有限元特征分裂算法,建立了与主河汇流的泥石流堆积数学模型.运用本文模型,再现了文家沟特大山洪泥石流在绵远河的堆积过程,分析了泥石流堆积对主河流路、水深、流速分布等的影响.采用实测堆积地形对计算成果进行了验证,结果表明,本文模型计算泥石流堆积范围,堆积厚度分布,在规律上与实测地形基本一致最后,文章对模型未来改进方向进行了探讨.     

HDPE／MWCNT复合材料薄膜热导率的激光脉冲法研究

采用激光脉冲法测量了高密度聚乙烯,多壁纳米碳管（HDPE／MWCNT）复合材料薄膜的热导率．研究发现热导率随MWCNT含量增加而升高,并且在MWCNT含量小于3．35vt％（体积百分比）时热导率随MWCNT含量增加变化的速度明显高于MWCNT含量高于3．35vt％的区域．当温度低于HDPE熔点时,热导率随温度变化很小,而当温度超过HDPE熔点时,热导率明显增大．提出HDPE／MWCNT复合材料的热导率与MWCNT导热网络的形成密切相关;并建立了热导率渗流模型,计算结果与实验结果基本相符．     

基于OpenMP的磁壳参数L值并行计算研究

辐射带研究中(L, B)坐标系把三维问题降为二维问题,大大提升了辐射带三维空间有限观测数据的利用率.L值是其中重要的参量之一,在粒子特性分析、航天器轨道辐射环境描述以及辐射带建模等研究领域应用十分广泛. L值由磁力线追踪积分计算而得,但地球磁场位型的复杂性导致磁力线追踪步长严格受限,造成单次追踪计算步数多.此外,不同空间位置处磁力线追踪路径和追踪距离随时空变化差异显著,造成多次L值计算之间相互独立、复杂度不一且无法简并,计算速度慢、效率低.为了提高L值的计算效率,本文采用OpenMP对目前广泛应用的L值计算程序实现单机多线程并行化,并分析了并行程序的加速比和效率.结果表明,并行后L值计算效率明显提高,当线程数量设置与系统最大线程数相等时(本文所用计算机系统线程数最大为8),并行效果最优,加速比范围为1.57～2.81,并行效率范围为19.63%～35.13%.计算过程中发现,线程间负载不平衡是影响并行效果的主要因素.为了提高并行加速比和效率,本文提出了一种表征L值计算复杂度的排序因子,并基于此提出了排序和重分配("sort"和"S"分配)的优化负载算法,对dynamic, sort+"S", sort+dynamic, sort+"S"+dynamic四种方式优化负载不平衡的效果进行了比对分析,结果表明sort+dynamic的效果最优,加速比范围为2.33～3.30,效率为29.13%～41.25%,优化效率提升了6.12%～9.50%.本文研究表明, OpenMP可以成功实现L值计算程序的并行计算,并提高L值的计算效率,针对负载不平衡的问题,采用sort+dynamic方式调节可获得最好的并行加速比和效率,为空间物理或其他领域类似大数据分析研究中效率提升提供了有益探索.     

山区暴雨泥石流风险估计及其发生规模预测

泥石流是山区主要灾害类型, 其发生需要合适的物质和动力条件, 地形坡度、暴雨强度和风化岩土物质积累的组合决定了泥石流的规模和频率. 从山坡松散物质积累过程和暴雨概率分布条件, 得到了泥石流发生风险的推理公式, 并且提出了最大爆发风险与发生规模之间的联系. 理论研究和调查结果都表明, 在山区有限物质积累条件下, 泥石流发生具有准周期性, 泥石流间隔期越长, 发生时的规模将越大, 这在制定山区防灾对策中应该特别注意.     

极光沉降粒子在极区大气中传输的数值研究

从Boltzmann方程出发,根据带电粒子在中性大气中的传输理论,综合考虑弹性散射、激发、离化以及二次电子生成等重要物理过程,用数值方法求解沉降电子传输方程,获得随高度、能量和投掷角变化的微分沉降电子数通量．在单成分（N2）大气近似条件下,模式计算结果较好地描述了沉降电子通量谱在极区高层大气中的传输规律和特性;由沉降电子微分通量计算得到的中性成分电离率主要特征与已有经验模式较好地吻合．将FAST卫星飞越EISCAT雷达上空时观测到的沉降电子能谱作为模式输入,计算获得了与由雷达观测数据反演得到的中性大气电离率相一致的结果．     

钛注入钢中纳米钛铁相结构的抗腐蚀特性

透射电子显微镜观察表明 ,经过Ti注入的钢 ,在注入层中形成了直径为1 0～ 30nm的FeTi和FeTi2 相 ,其长度大约为 1 5 0～ 32 0nm .用扫描电子显微镜观察结果显示 ,表面形成了连续树枝状结构 .这种致密的结构具有很高的抗磨损特性和抗腐蚀特性 .电化学测量结果表明 ,随注入剂量的增加 ,腐蚀电流密度明显的下降 ,用 3× 1 0 18cm-2 剂量的Ti注入比未经注入的H1 3钢降低了 88%～ 95 % ,而用 6× 1 0 17cm-2 注入再经过 5 0 0℃退火 2 0min后 ,其腐蚀电流密度极大的下降 ,其值比未注入的样品腐蚀电流还小 98%～ 99% ,扫描电子显微镜观察表明 ,经过 40个周期电位扫描腐蚀后 ,表面未出现腐蚀坑 ,说明经过退火后 ,形成了具有优异抗腐蚀特性的改性层     

不同下垫面的热带气旋强风阵风系数研究

利用设置在近海海上和海岸上的3个观测塔共同获取的一个强台风过程数据以及3个观测塔1个年度的梯度风实测资料,对观测塔不同方位的下垫面进行分类并定量计算出塔周边不同下垫面的粗糙长度参数,在对强台风＂黑格比＂的强风数据代表性判别和样本筛选的基础上,分析了不同下垫面的热带气旋强风阵风系数变化特征,发现以下观测事实和变化规律：1）依据实测风资料,采用对数风廓线法给出的中性大气层结条件下的粗糙长度参数,能够客观刻画出下垫面的细微变化;2）台风强风阵风系数不随风速大小产生趋势变化,但在粗糙下垫面上会产生很大的变幅,这对工程结构的设计取值将产生重要影响;3）阵风系数的高度变化呈幂指数或对数律分布,幂指数法可更好地拟合较光滑下垫面的近地层阵风系数廓线,对粗糙下垫面对数律拟合效果略好;4）对实测数据的分析还发现,阵风系数与其下垫面粗糙长度之间可用幂指数或线性方程来描述;5）本观测个例的阵风系数与WMO的推荐值存在差异——粗糙下垫面的离岸风阵风系数比WMO推荐值大,而来自光滑下垫面的离海风阵风系数则小于WMO的推荐值.     

基于TRMM的降雨侵蚀力计算方法

总结现有利用常规气象站点观测降雨资料计算降雨侵蚀力的方法,提出了基于Tropical Rainfall Measuring Mission（TRMM）卫星3B42降雨资料计算降雨侵蚀力的方法,用3h平均降雨强度代替30min最大降雨强度进行降雨侵蚀力的计算,并计算了辽宁省大凌河流域2005年年降雨侵蚀力、月降雨侵蚀力和次降雨侵蚀力.通过与常规气象站点观测资料对比分析,发现TRMM数据可以很好地反映大凌河流域降雨的季节变化性,降雨总量和站点观测资料基本保持一致,并且能较好地反映降雨的空间分布性,可以更加准确地计算流域的降雨侵蚀力.该方法为解决土壤侵蚀计算中降雨强度资料缺乏的瓶颈以及流域降雨侵蚀力的计算提供了新途径.     

考虑结构非线性的铁路弹性车轮动态特性研究

为研究结构非线性(包括弹性车轮橡胶材料非线性和接触边界非线性)对弹性车轮力学行为的影响,设计静动态试验获得弹性车轮中橡胶材料非线性本构关系并探讨了橡胶黏弹性特性;推导弹性车轮系统中橡胶弹性模量与刚度的转换关系,并确定黏弹性橡胶材料的刚度特性;基于橡胶Yeoh本构模型,建立整体车轮、线弹性车轮、考虑材料非线性特性的弹性车轮(以下简称:非线性弹性车轮)以及同时考虑材料与接触非线性特性的弹性车轮(以下简称:接触弹性车轮)等四个动力学模型,研究四种车轮模型在轮轨垂向力激扰下车轮的动态规律,并探明橡胶材料参数对弹性车轮动态特性的影响.研究表明:弹性车轮能有效降低车轮垂向振动;线弹性车轮的端点和中点较之非线性弹性车轮分别最大增加10%和13%的变形量,且橡胶中点变形量小于端点变形量;线弹性车轮较之整体车轮最大能降低17%的垂向振动,非线性弹性车轮较整体车轮最大能降低22%的垂向振动,同时考虑橡胶材料非线性和接触非线性对弹性车轮的动态特性影响不显著;四种车轮振动主频均为3～5, 10以及22 Hz;弹性车轮的振动和变形量随材料硬度增加而增加.     

顺层岩质边坡加陡开采的稳定性研究

为了研究确定顺层边坡陡帮开采的稳定性,以元宝山露天矿南帮边坡为研究对象,基于刚体极限平衡理论,采用RFPA中的细观本构模型,研究分析南帮边坡受采动影响应力和位移随时间的变化规律,分析滑坡机理、滑坡模式,并确定最终境界的合理边坡角。结果表明：采用细观模型得到的岩体变形随时间的变化规律与现场观测基本吻合,上部岩体沿圆弧滑面拉裂滑移,下部沿弱层组合滑面剪切滑移,且滑体上部均以下沉为主,向采空区发生水平位移,下部以水平位移为主。计算剖面边坡的稳定系数Fs〈1．2,应放缓边坡角使φ=18°以保证边坡稳定使露天矿安全生产并获得最大效益。     

磁尾的等离子体片边界层场向电流密度与地磁活动指数Kp的关系分析

对2001年7月～10月Cluster穿越磁尾等离子体片边界层期间观测到的172个场向电流事件进行了研究,主要分析了等离子体片边界层场向电流特性与地磁活动指数之间的关系.研究结果表明：1）等离子体片边界层场向电流的相对发生率随地磁活动的增强而增加;2）等离子体片边界层场向电流密度随Kp指数的增大而增大;在磁暴的主相阶段,场向电流迅速增大,电流密度最大达到19.05nA/m2,同时Kp增大至5;3）地磁活动指数Kp与等离子体片边界层区场向电流密度有着一致的变化关系.然而,当AE〈800nT时,等离子体片边界层场向电流密度随着AE的增加而增加,当AE〉800nT时,场向电流密度随着AE的增加而减小.从而说明,等离子体片边界层场向电流密度与Kp指数的变化关系更为密切.     

热红外双通道差分模型交叉定标

通过对水体目标热红外辐射传输方程进行推导和变换,建立热红外双通道交叉定标差分模型,克服辐射传输模拟法定标过程中不能真实反映成像时大气条件的不足,提高定标精度.地表、大气和表观能量解析表明,待定通道表观亮温是参考通道表观亮温的差分组合,差分模型避开了成像时大气分层温度和密度状态的影响,唯一需要考虑的是水汽吸收的影响.通过对742条中纬度TIGR大气廓线数据（柱水汽含量范围0～5×103atmcm）的拟合误差分析表明,当参考通道和待定通道观测天顶角在30？以内时,差分模型对水汽含量大小并不敏感,最大误差在0.2K以内,40？以内时最大误差在0.3K,50？以内时最大误差在0.6K,当超过50？时误差不确定性增加,因此差分模型最佳观测角度在30？以内而不要超过50？.青海湖场地替代定标结果作为真值的精度验证表明,以MODISB31,32作为参考通道对IRSB08通道进行的差分模型交叉定标精度与场地替代定标精度一致,差分模型可以作为在轨传感器一种高精度和高频率的替代定标和真实性检验的手段.     

考虑时间效应的UH模型

分析时间对土的效应,在对现有理论和试验数据总结分析的基础上提出了瞬时正常压缩线的概念;基于蠕变规律,建立老化时间与超固结度的关系;采用UH模型(以统一硬化(United Hardening)参数作为硬化参量建立的三维超固结土弹塑性本构模型)的再加载公式计算瞬时变形,提出超固结土一维弹黏塑性应力应变关系;分析一维弹黏塑性应力应变关系的演化规律,定义特征速率并给出其与超固结参数的关系;在UH模型屈服面方程中引入折算时间,建立三维弹黏塑性本构模型.该模型在UH模型的基础上考虑时间效应,不仅能够描述土的剪切蠕变、松弛、速率效应等黏性规律,而且能够反映土的剪胀、软化等超固结性质;与修正剑桥模型相比,仅增加一个次固结系数来反映土的蠕变规律;该模型在瞬时加载条件下退化为UH模型,从而使弹塑性与弹黏塑性框架得到统一.     

钢中硫化物及其异相界面的价电子结构对热脆的影响

建立了稀土固溶在MnS中形成的(Mn, RES)相空间电子结构计算模型,计算了其相结构因子及与奥氏体的界面结合因子. 用最强键上的价电子对数nA和相界面的电子密度差? ρ 研究了稀土对MnS变性的物理机理.     

陷阱密度对低密度聚乙烯空间电荷形成与积累特性的影响

在高压直流输变电设备绝缘系统中,空间电荷效应是影响设备绝缘劣化的主要因素之一.研究材料陷阱分布对空间电荷形成与积累特性的影响,对于诊断设备绝缘老化较为重要.建立了单极性电荷输运模型,研究了电荷注入、电荷输运和电荷入陷脱陷的物理过程.通过求解电荷连续性方程、泊松方程和电荷入陷与脱陷的一阶动力学方程,可以得出陷阱密度对低密度聚乙烯介质内空间电荷分布特性的影响.计算得到了不同陷阱密度（6.25×1019~6.25×1021m3）介质的内部空间电荷随时间和陷阱密度的变化关系.随着加压时间的延长,自由电子总数先增加后减小,被捕获电子的总数则逐渐增大.在一定陷阱密度范围内（小于~3.125×1021m3）,最大自由电子总数随着陷阱密度的增大逐渐减小,最大被捕获电子总数则逐渐增加.当陷阱密度大于3.125×1021m3时,介质内部电荷数量随陷阱密度变化不大.该模型和相关结论可以更好地理解高压直流输变电设备的绝缘老化现象和机理.     

地基观测空间在轨运行圆锥目标的激光多普勒频谱

利用目标坐标系下旋转圆锥目标激光多普勒频谱特征,结合一种假想运行轨道数据和空间目标坐标系、地基坐标系和地心坐标系间的变换关系,构建了空间在轨运行圆锥目标的激光多普勒频谱地基观测模型.通过3种实例,详细计算并分析了不同尺寸、粗糙表面圆锥目标以及不同地基观测方向下的激光雷达后向接收归一化功率随在轨运行时间和多普勒频移量的变化情况.数值计算表明:在轨运行的圆锥目标,其尺寸、表面粗糙度、地基坐标系下的观测方向都对多普勒频谱特征都有影响,地基激光雷达后向接收归一化功率随在轨运行时间和多普勒频移的变化都按一定规律呈周期性波动;旋转速度一定的情况下,圆锥目标尺寸越大,多普勒频移也越大;圆锥目标表面越粗糙,地基激光雷达后向接收归一化功率随在轨运行时间和多普勒频移的变化起伏越显著.本文工作对进一步开展地基观测空间在轨运行的各种复杂目标奠定了理论研究基础,将为开展空间微运动和真假目标地基激光雷达探测实验研究提供技术支持.     

残余元素铜在中碳钢中的析出规律

以中碳钢为研究对象,调整Mn、S含量,添加0.3%左右的铜作为残余元素,研究铜在钢中的偏析以及在夹杂物上的析出情况.利用扫描电镜及能谱仪研究发现当钢中锰含量从0.0084%提高到0.094%,可以减轻铜沿原奥氏体晶界的偏析程度.锰含量为0.44%时,铜在硫化锰夹杂上的析出比例可以达到94.6%,继续提高锰含量对提高铜的析出比例无益.通过二元匹配度的计算,可以得出,无论Cu在钢中以何种形式存在,MnS夹杂较氧化硅、氧化铝夹杂更适合铜析出,计算结果与实验结果吻合.     

岩体可爆性等级判别的随机森林模型及R实现

在引入随机森林分类方法的基础上,选取岩石的容重、抗拉强度、动载强度及岩体完整性系数等指标,建立岩体可爆性等级判别的随机森林模型;在R语言环境下,编写模型数据处理、计算与结果输出的R语言代码,实现可爆性等级判别随机森林模型的计算,得出岩体可爆性等级判定的混淆矩阵,分析各指标对岩体可爆性分级的重要性。研究结果表明:岩体可爆性分级为三、四、六级的判别准确率可达100%;岩石容重对岩体可爆性等级判别的影响最大。这一结果证明了岩体可爆性等级判别的随机森林模型是可靠的,且具有较高的准确率。