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.     

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.     

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.     

正交平衡对称的区间多小波研究

研究基于任意紧支长度??的L2(R)上2重对称/反对称正交多小波的区间多小波系统构造理论与性质.主要贡献是: (1) 系统研究了保持消失矩不降低的一般正交区间多小波的构造,得到了区间多小波的参数化表示;(2) 给出了区间多小波的分解重构公式;(3) 定义了区间多小波的平衡性概念,研究了正交平衡多小波的构造,这是以往工作所忽视的;(4) 研究了区间多小波关于给定对称性的充要条件.     

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。     

修正的Kleene系统中的广义重言式理论

将王国俊修正的Kleene系统中引入的广义重言式理论进行扩充和推广,引入了可达a⁺-重言式等概念. 主要结果是: (1)分别在系统 W 和W_k中得到了公式集F(S)关于同余的分划;(2)在系统W_k中,对任一公式最多进行(k+1)/2 次升级算法即可得到重言式;(3)在W(W)中,重言式不可能由对非重言式进行有限次升级算法得到; (4)在系统W(W) 中,{[(1/2)²]-MP} 规则成立.     

支撑引力波探测的信息技术基础设施:LIGO的经验与启示

2016年2月,美国"激光干涉引力波天文台"(LIGO)科学合作组织等机构共同宣布,人类首次直接探测到了引力波,这是前沿物理的重大进展,在多方面具有革命性意义。在LIGO探测到引力波的背后,超级计算、数据网格、志愿者计算等信息技术基础设施发挥了关键性支撑作用,关键经验包括:(1)构建多模式、多样化的计算资源体系;(2)打造便捷、高效的科学工作流系统;(3)探索先进算法、提高数据分析效率。我国正在推动"阿里"、"太极"、"天琴"等三大引力波探测计划,LIGO如何通过建设和使用信息技术基础设施为引力波探测提供有效支持的成功经验,对于我国引力波探测计划取得成功具有重要的参考价值,包括:(1)从整体上构建信息技术基础设施支撑体系;(2)重视开发科学工作流系统;(3)将先进算法作为核心目标;(4)重视科研信息化人才队伍建设。     

特超稠油SAGD高效开发技术研究综述

作为重要的能源接替资源,特超稠油已经在国内外进入了工业化开采阶段.在特超稠油的众多开采方式中,蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)是最重要的方法之一.本文系统地从以下几方面进行了SAGD高效开发技术的研究综述:(1) SAGD开发方式的机理、影响因素和适用条件;(2) SAGD的现场应用与物理实验;(3) SAGD的解析与油藏数值模拟模型;(4)多介质辅助SAGD技术的研发现状和应用前景.本文综述了SAGD技术的现状、挑战以及相应问题的解决方案,为特超稠油高效开发提供了借鉴和参考.     

冻融作用对土的工程性质影响的研究进展

冻融作用是诱发寒区工程构筑物破坏与失稳的主要原因.近十年来,采用室内试验研究冻融作用对土的工程性质的影响取得了长足进步.在分析并归纳现有冻融试验方法的基础上,从冻融作用对土的结构、基本物理参数、工程力学性质等的影响及抗冻融改良措施等方面综述了该领域的研究成果,取得如下主要认识:(1)统一冻融试验方法是系统地分析冻融作用对土的工程性质影响规律的前提,也是建立土体抗冻性能数据库的基础;(2)土的粒径分布、孔隙形态以及初始含水率等三方面因素决定着冻融作用对土结构的影响程度;(3)冻融试验方法和土的初始状态是决定冻融作用对土的物理性质影响程度的主要因素,当土的物理参数处于临界状态值时,相应的物理性质将不受冻融作用影响;(4)冻融循环作用导致土的强度及模量先降低随后趋于稳定,但土的抗剪强度指标的变化规律差异较大,可从试验条件及土的初始状态存在差异等方面查找原因.融化过程中出现的"温度阈值"现象值得引起关注;(5)提高土的抗冻融性能应该从改善土的颗粒级配、孔隙形态以及初始含水率等三方面入手来筛选改性剂及改良方法.     

基于引导滤波和小波变换的太阳冕环结构自动识别算法研究

冕环是太阳大气中的炙热等离子在太阳磁场的作用下产生的一种太阳特征结构;研究冕环动力学特征将促进我们对太阳日冕磁场,日冕加热和日冕振荡等研究.冕环结构的准确识别和提取则是相关研究的前提条件.然而由于日冕磁场的复杂性,使得对冕环结构识别和提取面临很大的困境.为此,本文提出了一个新的冕环识别算法.该算法结合了引导滤波和小波变换模极大值的方法来对冕环结构进行自动识别和提取.识别和提取算法过程如下:(1)运用模糊函数对太阳日冕图像的对比度进行增强;(2)使用引导滤波对增强后的图像进行滤波来增强冕环结构的边缘;(3)对滤波过后的图像使用小波变换模极大值法来识别图像中的冕环结构,并对识别出的冕环图像进行二值化处理;(4)对二值化图像进行形态学处理来获取冕环结构.运用该算法对由过渡区和日冕探测器(Transition and Coronal Explorer, TRACE)和太阳动力观测站的大气成像装置(Atmospheric Imaging Assembly on the Solar Dynamics Observatory, SDO/AIA)观测设备在171?波段所观测的日冕图像中的冕环结构进行识别和提取,并同已有文献的识别结果进行了对比,结果表明本文所提出的算法具有很高的识别率和很好的鲁棒性.所识别和提取的冕环结构能进一步用于科学研究中.     

美国研究开发投资研究及启示

在今天,已经没有人怀疑科学技术对于经济增长的作用了.科学技术的产生,及科学技术成果的推广,都离不开研究和开发.美国在不太长的时间内崛起及美国在近些年里所经历的其他国家的严重挑战,促成因素很多,但是不管怎么讲,美国的研究开发工作的成败在其中起到了非常大的作用,其中有许多的经验教训值得我们借鉴和吸取.本文在这方面对于美国的情况作一下探讨,希望对此有些帮助.本文分为这样几个部分:(1)美国研究开发投资的资金规模;(2)来源主体与运用主体结构分析;(3)政府研究开发资金的运用管理;(4)美国研究开发投资的使用结构分析;(5)给予中国的若干启示.     

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.     

一类基因表达式程序设计的收敛速度

利用Markov链与谱分析理论研究基于精英保留策略的基因表达式程序设计算法(ME-GEP)的收敛速度,获得了以下结果:(1)ME-GEP算法依概率收敛到全局最优解;(2)ME-GEP算法的收敛速度由算法对应的Markov链的状态转移矩阵的修正谱半径决定;(3)给出了修正谱半径的一个上界;(4)作为文中理论成果的应用,分析了多项式函数建模问题的ME-GEP算法的收敛速度,进一步证实了算法收敛速度与算法参数的依赖关系。     

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.     

德国亥姆霍兹联合研究会建设特点及其对我国的启示

分别从管理体制、科研设施运营、科技成果转化工具、知识转移渠道、战略合作、人才培养等六个方面对德国亥姆霍兹联合研究会的建设特点进行系统研究,重点论述了亥姆霍兹联合会的建设现状,发现其具有管理体制统筹高效、科研设施运营顶层设计清晰、科技成果转化及科学知识转移渠道多样、战略合作网络运转有序、人才培养多元开放等优势。据此,为推进我国综合性国家科学中心建设提出如下建议:(1)厘清综合性国家科学中心的核心特征;(2)以合同制管理赋予成员单位充分自主权;(3)以大科学装置高效利用促进创新能力提升;(4)以稳定的经费投入保障基础研究持续开展;(5)以项目团队为基本单元促进学科交叉融合;(6)以灵活的用人机制打造高水平科研团队;(7)以知识传播和技术转让促进研究成果应用。