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关键词： 突变理论   突变判据   筒形基础   势函数   突变级数  

摘要： 筒形基础广泛应用于海洋平台,但由于海洋复杂的环境和筒形基础特殊的结构形式,传统的地基承载力理论难以准确分析筒形基础的竖向极限承载力。为了解决这一问题,将突变理论引入承载力的计算中,以有限元数值分析方法为基础,为筒形基础的承载力提供一个量化的指标。首先,根据尖点突变理论的基本原理,详细说明了状态变量是如何随着控制变量在平衡面上的运动而发生突变的,判断突变是否发生的重要指标是突变特征值和平衡点的运动轨迹。其次,分别采用突变理论的理论方法和经验方法求解系统势函数。理论方法直接得出系统的总势能表达式,并通过一系列的数学变换得到尖点突变模型,求出临界失稳点和其对应的极限承载力。经验方法分别以筒基位移、土体塑性应变、等效应力、系统应变能作为突变判据,建立了加载系数和突变判据的突变模型,利用Ansys的数值计算结果反演出系统的势函数,通过建立模型的标准势函数来计算出相对应的控制变量和分叉集,从而得出发生突变时候的极限承载力。并将突变模型方法的计算结果与理论方法进行对比,证明了方法的可行性。再次,通过建立基于长径比和极限承载力、长径比和应变能的突变模型,计算得出本文算例中筒形基础的最优长径比为0.85-1.00。最后,基于突变级数法对筒形基础的稳定性进行预测,搭建了筒形基础稳定性评价指标体系,利用归一公式,将系统各项参数进行无量纲化处理,最终得到突变级数和本文算例的系统稳定性依据A=0.85。

摘要： Molecular F2 and H2-bubbles were generated electrochemically on amorphous carbon electrodes in KF-2HF molten salt to study the effect of surface tension (ϒ) on the profile of a bubble. F2 is used for the purification and enrichment of fuel in the nuclear industry. Its generation is energy-intensive because of electrical resistances caused by the adhesion of F2-bubbles on the electrode surface. The dimensions and contact angles of generated F2-bubbles were measured and a relationship was developed to study how the profile changes with wetting conditions. F2 was also generated on a large (~4.0 cm2) carbon electrode to observe how the process of bubble formation changes when the size of bubbles at detachment are not restricted by the size of the electrode. The results from these studies revealed inconsistencies with the mixed-phase fluidized layer' model, which could not explain a spherical-to-lenticular transition in bubble shape that was observed. The fluid dynamics of rising bubbles in molten KF-2HF were characterized using the rise velocities (Vt) and aspect ratios (Eb) of F2 and H2-bubbles for a range of bubble sizes. Correlations for Vt, Eb, and drag coefficients (Cd) were evaluated for their accuracy in predicting bubble behavior in this molten salt. A range of -values were obtained by fitting the correlations to the F2 and H2-data sets. A numerical model based on a force balance calculation was developed to estimate the interfacial tension of spherical and lenticular F2-bubbles for different stages of electrode passivation. The calculated ϒGL-value for KF-2HF (0.11 N/m) fit into the trends for surface tension of simple 1:1 and 1:2 molten halide salts. In addition, the GL value was within the range obtained from the correlation fitting. This body of work is the first: 1) study of the effect of wetting on the shape and detachment of lenticular bubbles in a molten salt; 2) comprehensive study of bubble morphology and dynamics in a molten salt; and, 3) estimate of

关键词： 滑移长度   润湿性   剪切粘性   表面张力   基底参数   数值模拟  

摘要： 近年来随着科技的迅速发展,电子设备、生物传感器等新型器件的微型化逐渐成为自然科学和工程技术发展的重要趋势,微纳机电系统、微纳流控芯片等的相继出现,在提升产品性能的同时也对相关理论的研究提出了新的要求。在微纳米尺度下,流体的传输性质和行为与宏观尺度呈现显著不同,壁面滑移现象作为流体传输的基本性质之一,可以在一定程度上反映相对宏观尺度流动速度的变化,其调控机制的深入研究对微纳尺度流控器件的设计和开发具有重要的指导意义和应用价值。本文基于理论分析和数值模拟方法,考察了流体在纳米通道中输运时壁面滑移现象的影响因素,揭示了其内部的调控机理,并给出了基于流体接触角确定可反映输运效率的滑移长度的控制关系式。在理论工作方面,基于针对流体流动的分子动理论(Molecular Kinematics Theory,MKT),通过固液相之间在通道壁面处的摩擦系数,建立了滑移速度与流体在固体壁面上的活化能之间的关系,进而采用摩擦系数和流体粘性表征滑移长度;基于针对液滴滑动的分子动理论和移动润湿线理论,揭示了润湿线速度与液滴前后接触角余弦差值的比值在确定的系统中为定值,其可以表示为壁面润湿性能的函数,从而构建滑移长度和液滴接触角之间的控制关系式。理论模型表明:微纳尺度通道中流体发生Navier滑移时的影响因素主要包括壁面润湿性能、壁面层原子的空间排布方式、流体的表面张力、通道界面层处流体分子的剪切粘性和在流动方向上的有效面积,上述因素的协同作用确定了微纳米尺度通道内滑移长度的变化规律。在数值模拟方面,基于分子动力学模拟研究了Lennard-Jones流体在光滑壁面上的静动态润湿现象及在纳米通道中的壁面滑移现象,计算了理论模型中涉及到的所有关键参数,揭示了各种影响因素对壁面滑移行为的影响规律。模拟结果表明:壁面润湿性能的增强通常会削弱滑移长度,但是当壁面层原子排布方式发生变化时,强润湿性条件下也会存在较大的滑移长度;流体性质变化时,粘性较大的流体在微纳通道中流动时往往拥有较高的滑移长度;流体边界层处的剪切粘性与其体态粘性的比值和静态接触角之间呈现了线性关系,且此线性关系对于特定的流体是确定的。基于数值模拟的结果,验证了所构建理论模型的合理性与正确性,并进一步提出了滑移长度的简化计算模型。综上所述,本论文研究工作基于分子动理论建立了由传输通道润湿性能、原子分布方式等因素表征的滑移长度理论模型,并通过Lennard-Jones流体的分子动力学模拟验证了理论模型的正确性。研究结果加深了对微纳米尺度流动方面的认识和理解,同时为基于通道属性实施输运效率调控提供了重要的科学依据和理论参考。

关键词： 铁材料   分子动力学   势函数参数   敏感性分析   不确定性反求   不确定性传播  

摘要： 随着科学的发展,对铁材料及其合金材料的研究与运用也日益进步。同时,随着计算机模拟技术的进步,分子动力学在铁材料的开发中也变得越来越重要,显露出得天独厚的优势。分子动力学涉及到不同研究方向的众多技术,但势函数因对整个分子动力学计算结果具有决定性的影响而成为众多研究的重点,势函数的准确性很大程度上取决于势函数参数,所以势函数参数的优化是人们尤为关注的热点。本文的主要研究工作集中在势函数参数的反求上,特别的是引入了不确定性反求技术作为求解手段。本文的主要工作包括以下几个方面:(1)基于分子动力学研究方法,通过分析势函数的参数特性,确定本文的研究对象为分子动力学下铁材料模型的势函数参数。分析铁材料分子动力学势函数的表达式,根据分子动力学原理对铁材料进行建模并计算,得到了铁材料分子动力学模型未知的势函数参数与其对应的物理性质计算结果。通过对模型参数取不同的值并计算其对应的模型物理性质,分析模型物理性质的计算结果受势函数参数波动的影响,并筛选出了具有优化价值的势函数参数。(2)对铁材料的势函数参数与模型物理性质进行敏感性分析,确定反求目标与优化目标。通过建立最优多项式模型来规避分子动力学模型的黑箱,基于Sobol法对铁材料的多项式模型直接积分求解,通过分析其方差来求解其敏感性关系。基于敏感性分析的结果,选出敏感性关系强的待反求势函数参数与模型物理性质。(3)结合分子动力学模型不确定性的特点以及敏感性分析的结果,确定铁材料模型中的不确定性势函数参数并对其进行不确定性的度量。基于混沌多项式方法将铁材料的多项式模型混沌展开,通过混沌多项式矩传递的特点将模型不确定性势函数参数的均值与标准差传递到模型物理性质的计算结果上,通过对均值与标准差的分析,用置信区间来表征铁材料势函数参数不确定性对其物理性质计算结果的影响。(4)结合敏感性分析的结果,对模型待反求的势函数参数进行反求。结合不确定性传播的分析结果,基于点估计法将不确定性参数的均值与标准差进行传递,将对铁材料势函数参数不确定性反问题的求解转变为对其确定性反问题的求解,利用最小二乘法对其进行优化求解,解得待反求势函数参数的均值与标准差后用置信区间来表征铁材料势函数参数不确定性对其他势函数参数的影响。

关键词： 股票资金流强度   函数型数据分析   基函数   主成分分析   聚类分析  

摘要： 函数型数据分析是一种新型非参数统计方法,它的优势在于借助化零为整的分析思想,将离散数据视作具有内在统一结构的函数。本文运用函数型数据分析的方法对股票市场中的股票资金流强度指标进行研究。本文基于函数型数据分析对股票资金流强度做了以下研究。首先,根据股票资金流强度指标的求和模型建立了股票资金流强度指标的积分模型,积分模型可以更好的刻画股票交易连续不断的过程,更好的处理高频数据;其次,对所建立的股票资金流强度积分模型进行优化计算:在数据预处理上,结合有效市场假说提出了针对股票市场的基函数个数选择原则,并经过验证,结果表明该原则可行;在积分计算上,提出了直接计算法和基函数展开法两种计算方法,并进行了对比计算,结果表明基函数展开法更快捷且积分模型的计算精度更高;在积分估计上,利用函数型主成分分析得到的主成分基进行估计,结果显示估计误差在3%之内;最后,进行了实证分析,选择十二支股票数据,基于积分模型计算十二支股票的股票资金流强度指标,分别用相关系数法和两步串联法两种函数型聚类分析法对十二支股票的股票资金流强度指标进行分析,结果显示相关系数法对选股策略是有效的。本文运用函数型数据分析方法研究股票资金流强度指标,得到了股票资金流强度积分模型,进行了计算优化,通过实证分析表明,运用函数型数据分析方法得到的股票资金流强度积分模型能准确把握指标的经济含义,计算精确快捷,估计误差较小,对选股策略具有一定实用价值和指导意义。

关键词： 反问题   正则化   优化方法   唯一性   势函数  

摘要： 由于现代生产生活的实际需要及各研究领域中的迫切要求,人们对偏微分方程反问题的探讨日益增多,已成为现代数学中的热门研究方向.本文主要研究了基于优化方法重构波动方程势函数的反问题,接着研究了在优化方法的基础上,利用全变差正则化方法重构退化抛物型方程初值的逆时问题.这一研究在图像处理、地球物理、医学研究、金融衍生品定价等领域中有重要应用.对重构波动方程势函数的反问题而言,该问题有两个主要困难:一、极值原理不再成立;二、终端观测值不仅包含位移,还包含了终端时刻的速度.值得注意的是,共轭方程中位移与速度的位置恰好相反,这一点与抛物情形是完全不同的.而对第二个问题,该数学模型的退化性导致边界条件的缺失,且其控制泛函带有1L罚项,具有不可微性.为了克服这一难点,文中采用具有较好边缘保持能力的全变差正则化方法,引入磨光全变差正则化惩罚函数项来处理,并运用数值实验验证了理论结果的正确性.本文主要基于优化方法,着重讨论最优控制问题解的存在性、唯一性和稳定性.本文主要由以下四个章节组成:第一章,该章节主要为绪论部分,说明了偏微分方程的研究背景、研究意义及国内外研究现状.主要对波动方程及退化抛物型方程的反问题展开说明,并阐述本文主要的研究内容.第二章,主要研究一类重构波动方程势函数的反问题.基于优化方法,利用终端观测数据进行反问题研究,且该数据不仅包含终端时刻的位移,还包括终端时刻的速度.文中将波动方程势函数的重构问题转为最优控制问题,从最优控制角度出发,建立控制泛函.最终证明了最优解的存在性、局部唯一性和稳定性.第三章,主要研究了一类重构退化扩散驱动下抛物型方程初值的逆时问题.基于优化方法,将重构退化抛物型方程初值的逆时问题转为最优控制问题进行研究.引入磨光全变差正则化惩罚函数项,利用全变差正则化方法重构初值.首先建立最优解的存在性,推导退化抛物型方程所需变分不等式的必要条件.其次证明局部解的唯一性和稳定性.最终进行正问题数值模拟,利用Gradient型迭代算法反演初值.第四章,该章节主要阐述的内容为总结与展望,对本文工作进行了简单小结和进一步展望.后续研究主要从三方面进行考虑:首先,本文对一维偏微分方程反问题进行研究,今后可以研究高维情形,并尽可能将其应用到实际生产生活领域当中.其次,可以寻找并采用更为有效、简便、先进的算法对其进行数值求解.最后,本文所考虑的工作均是线性偏微分方程,还可以考虑将更多具有实际应用意义的非线性偏微分方程的相关工作纳入后续研究当中.

摘要： Half of Earth's primary production takes place in the marine environment, where CO2 from the atmosphere is transformed by marine phytoplankton into organic biomass. This newly produced biomass is then rapidly consumed by heterotrophic microorganisms such as bacteria and archaea. Heterotrophic microorganisms thus contribute to a large part of the turnover of carbon in the ocean, affecting the global carbon cycle. Among the complex communities of marine microorganisms, the contribution of individual organisms to the utilization of organic matter can vary greatly, depending on the type of organic matter and the organism's specific capabilities for substrate processing. The focus of this work was on the targeted identification of metabolically active bacteria. The first two chapters deal with the bacterial utilization of polysaccharides, a type of substrate that can only be utilized by some members of microbial communities, even though it is one of the main constituents of freshly produced photosynthetic biomass. The first chapter provides methodological guidelines for incubation experiments with fluorescently labeled polysaccharides (FLA-PS) that can be used to simultaneously investigate extracellular hydrolysis and selfish uptake – two distinct modes of bacterial polysaccharide utilization. Using FLA-PS incubation experiments, we could show in chapter 2 the balance of both polysaccharide utilization mechanisms at Helgoland over the course of a year, with increasing and more rapid selfish uptake for laminarin and xylan towards summer and a shift to high rates of extracellular hydrolysis for xylan and chondroitin sulfate in autumn. Flow cytometric sorting of intensely FLA-laminarin stained cells with subsequent taxonomic identification through 16S rRNA sequencing and fluorescence in situ hybridization revealed a contribution of the verrucomicrobial Pedosphaeraceae to fast uptake of laminarin in summer. Bulk community analysis from that time did not hint at the contribut

关键词： 塔前--赋春   金矿   流体包裹体   造山型  

摘要： 研究区处于钦杭成矿带萍乡--乐平Cu-Pb-Zn-Au-Ag-Co成矿亚带之东段,塔前--赋春构造盆地Cu-Au多金属成矿远景区.地质工作发现该区新元古界万年群浅变质岩中存在良好的金矿化,品位1.69-51.4g/t.通过流体包裹体显微岩相学观察、非破坏性显微测温技术以及单个流体包裹体显微激光拉曼探针分析技术实验表明,流体具有低盐度,富含CO2等特征,流体属于典型的造山型金矿的成矿流体,可在该区寻找造山型金矿.

关键词： 减阻剂溶液   通气空化   回转体   减阻   阻力特性   相体积分数   形态特性   表面张力  

摘要： 为了探究表面活性剂减阻溶液注入对轴对称水下航行体通气空化特性的影响,本文提出注入位置处于通气空泡之前的布置方式。采用SST k-ω湍流模型、Schnerr-Sauer空化模型和Mixture多相流模型对液态水-蒸汽-空气-减阻剂溶液四相通气空化流动进行数值模拟研究。结果表明:通气量为9.42×10;m;/s和2.83×10;m;/s时,对于局部空化,注入表面活性剂减阻溶液明显增大了回转体周围空泡的形态、减小了回转体受到的阻力;然而对于超空化,空泡形态变化不明显,且只有摩擦阻力减小。本研究将为减阻溶液控制空化流动的技术提供依据。

关键词： 表面光散射法   脂肪酸酯类   烷烃   黏度   表面张力   密度  

摘要： 化石燃料利用产生大量污染物,是造成我国目前空气雾霾污染的主要原因,也逐渐成为制约我国经济和社会发展的主要因素之一。因此,提高燃料品质,探索新型清洁燃油,作为从源头控制污染的重要手段,已经在国内外获得广泛认同。生物柴油是一种含氧燃油,主要成分为脂肪酸酯类,可以由动、植物油和餐饮费油等原料通过酯化反应获得,是一种可再生的环保型替代燃料。生物柴油可以直接作为燃料替代化石柴油或与其调和使用,可以有效降低燃烧产生的SOx和颗粒物等污染物排放水平。对于内燃机喷射系统设计和优化,生物柴油的黏度、表面张力及密度是基础热物理数据,决定了燃油的雾化性能,进而影响内燃机燃烧效率以及排放水平。同时考虑到实际的生物柴油和石化柴油成分复杂,为了可以有效表征各种可能的混合燃料的热物理性能,需要提出和研究可以代替复杂生物燃油混合体系的模型燃料。因此,本文采用表面光散射法研究了共十二种具有代表性的脂肪酸甲/乙酯的黏度及表面张力,并依据实验数据建立了各自的关联模型;提出了正十二烷与丁酸甲酯/癸酸甲酯、正癸烷与癸酸乙酯/月桂酸乙酯二元混合模型燃料并研究了它们的黏度、表面张力和密度,并建立了这些物理性质与温度和摩尔分数的关联模型。本文所取得的大量较宽温度范围的实验数据及关联式模型可为内燃机喷射系统的设计及优化提供基础数据。本文取得的主要研究成果如下:（1）为研究燃料的高温区物性参数,改进了表面光散射实验系统,将测试温度范围拓宽至573 K。采用正十二烷、乙醇等参考物质对该实验系统的可靠性进行了验证。考察了液相密度、气相密度、气相黏度等因素对测量结果不确定度的影响,本系统的黏度和表面张力测量不确定度分别为2%（k=2）和1%（k=2）。（2）利用改进后的表面光散射实验系统,研究了十二种脂肪酸甲/乙酯在近饱和状态条件下,温度范围为（298～448）K的黏度与表面张力,其中包含6种脂肪酸甲酯:丁酸甲酯、庚酸甲酯、辛酸甲酯、癸酸甲酯、月桂酸甲酯、肉豆蔻酸甲酯和6种脂肪酸乙酯:己酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯;将黏度实验数据关联为关于温度倒数的三次多项式,相对偏差均在1%之内;将表面张力实验数据关联为van der Waals形式的方程,相对偏差在1%之内。（3）利用振动管密度仪测试了正十二烷与丁酸甲酯/癸酸甲酯、正癸烷与癸酸乙酯/月桂酸乙酯二元混合物体系的密度,每个体系包含三个配比,其中正十二烷、正癸烷摩尔分数分别为0.2500、0.5000、0.7500,测量温度范围分别为（293～423）K与（293～433）K,温度间隔为10 K;利用实验数据构建了密度与温度和摩尔分数的关联模型,相对偏差在±0.5%以内。（4）提出并测量了模型燃料:正十二烷与丁酸甲酯/癸酸甲酯、正癸烷与癸酸乙酯/月桂酸乙酯二元混合物体系的黏度与表面张力,每个体系包含三个配比,其中正十二烷、正癸烷摩尔分数分别为0.2500、0.5000、0.7500,温度范围分别为（308～413）K、（313～423）K,共获取黏度及表面张力实验数据点各111个,填补了上述烷烃与脂肪酸酯类二元混合物各体系黏度及表面张力实验数据空白。基于实验所获得的数据,构建了黏度和表面张力关于温度和摩尔分数的关联模型。对于所有体系,黏度和表面张力实验数据与相应关联模型间的相对偏差分别为±2%、±1%,可以满足一般工程计算需要。