光合有效輻射吸收系數(shù)(FPAR)是反映植被生長過程的重要生理參數(shù),是陸地生態(tài)系統(tǒng)模型的關鍵參數(shù),是反映全球氣候變化的重要因子。FPAR受植被冠層結構、葉片和土壤等組分的光譜特性以及入射輻射分布等因素的影響。項目針對典型農作物冠層,從實驗測量、模型模擬和遙感反演三個方面進行了探索分析,基本完成了研究計劃。項目主要完成的工作和取得的進展概括如下: (1) 參加了在黑河中游開展的“黑河流域生態(tài)-水文過程綜合遙感觀測聯(lián)合試驗(HiWATER)”,完成了以玉米為主的地面多站點連續(xù)PAR和FPAR測量及相關數(shù)據的處理和分析,獲得了寶貴的第一手資料。基于實驗數(shù)據,分析了冠層FPAR測量方法和計算方式的精度,定量分析了葉面積指數(shù)(LAI)和植被覆蓋度(FVC)與冠層FPAR之間的關系。 (2) 基于輻射度模型原理,在輻射度模型RGM中增加了植被冠層內PAR 和FPAR 分布的計算功能,并與地面實測的冬小麥和夏玉米冠層垂直分層數(shù)據進行了比較驗證,證明了該算法的準確性與可行性;在此基礎上定量分析了冠層葉傾角分布、葉面積指數(shù)和天空光比例等因素對冠層透過率和FPAR的影響。 (3) 基于拓展的輻射度模型對典型均勻分布冠層透過率和FPAR的模擬分析,初步驗證了間隙率模型在近似計算冠層透過率的可行性,推導出了利用冠層透過率計算冠層FPAR的近似理論公式。 (4) 獲取了機載和星載衛(wèi)星圖像,利用地面實測FPAR時間序列的差值,反演得到了CASI和ASTER在實驗區(qū)的FPAR結果。比較分析發(fā)現(xiàn),由于實驗區(qū)以農田為主,F(xiàn)PAR不同尺度的反演結果相差并不大,但是由于道路、建筑和田地邊緣地區(qū)地表異質性比較大,因此,出現(xiàn)相對比較明顯的差異,即遙感的尺度問題。

復雜地表條件下PAR和FPAR多尺度計算機模擬與應用研究造價信息

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PAR和FPAR是碳循環(huán)和全球變化研究中的重要參量,地形復雜性和地表空間異質性對PAR和FPAR的估算精度影響較大。定量模擬和獲取不同尺度的PAR和FPAR時空分布是極具挑戰(zhàn)性的科學問題。目前對PAR和FPAR的估算多采用經驗模型或簡單的物理模型,研究對象主要為均勻植被冠層。本項目對基于真實結構冠層場景的輻射度模型RGM進行空間尺度擴展和計算功能拓展,即在傳統(tǒng)輻射度模型中耦合其它端元的反射率模型,用多步合成法實現(xiàn)輻射度模型的空間尺度擴展,以逐步求精法確保多尺度FPAR的模擬精度,從而建立一個既考慮地形復雜性,又兼顧地表空間異質性,且能夠覆蓋從高分辨率(米級)到低分辨率(公里級)的多尺度PAR和FPAR的計算機模擬模型,為提高FPAR的遙感反演精度奠定理論基礎,為空間尺度效應研究提供新的工具。并通過定量研究作物寬窄行種植結構對冠層內PAR和FPAR的影響,為其增產效應提供尋優(yōu)評價手段。

復雜地表條件下PAR和FPAR多尺度計算機模擬與應用研究結題摘要常見問題

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復雜地表條件下PAR和FPAR多尺度計算機模擬與應用研究結題摘要文獻

復雜地質條件下大尺度地下洞室?guī)r臺梁支護設計 復雜地質條件下大尺度地下洞室?guī)r臺梁支護設計

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評分: 4.7

巖臺梁附近地質條件復雜,優(yōu)勢裂隙組呈N20°~30°E,NW∠35°~60°中陡傾角發(fā)育,與開挖臨空面、次發(fā)育的NW向裂隙組合,形成潛在不穩(wěn)定塊體,對巖臺梁穩(wěn)定不利。由于巖臺梁開挖爆破控制質量較差。為確保巖臺梁運行穩(wěn)定,圍巖支護設計難度很大。重點介紹巖臺梁圍巖支護設計。

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復雜結構條件下的動態(tài)組合維修決策模型研究 復雜結構條件下的動態(tài)組合維修決策模型研究

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評分: 4.4

針對采取成組更換的復雜裝備系統(tǒng),以系統(tǒng)維修費用最優(yōu)的原則建立維修決策模型,用滾動時域的方法對模型進行維修優(yōu)化。通過算例驗證了該動態(tài)組合維修策略的有效性。

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本研究立足于氯鹽侵蝕、碳化與荷載耦合作用等復雜環(huán)境條件下結構混凝土的開裂問題,在微米、毫米和米3個尺度上系統(tǒng)建立混凝土數(shù)值仿真分析模型;考慮復雜環(huán)境條件對混凝土微觀結構的影響,模擬混凝土微觀結構的演化過程;采用水化動力學、損傷力學與斷裂力學研究微米、毫米和米3個尺度上的混凝土材料的力學特征,建立現(xiàn)代混凝土力學強度、溫度場和濕度場等各項宏觀特性與混凝土微觀結構之間的聯(lián)系;運用數(shù)值仿真方法,結合試驗研究,分析結構混凝土全壽命期間的服役性能,并基于概率理論預測結構混凝土的開裂破壞。本項目采用理論分析、數(shù)值仿真和試驗驗證相結合的方式揭示復雜環(huán)境條件下混凝土服役性能退化的時變規(guī)律,評估各種復雜環(huán)境條件對混凝土開裂破壞的影響,根據工程情況提前預測結構混凝土的開裂風險,將極大的促進結構混凝土耐久性的研究,同時也具有非常重要的物理意義與廣泛的工程應用價值.

Preface

前言

第1章導論

1.1材料的特性源自材料的原子結構與微觀結構

1.2多尺度分析的研究目標、內容及串行式與并行式的研究方法

1.3材料設計中多尺度分析方法的選擇

1.4兩類空間多尺度問題及時問多尺度

1.4.1兩類空間多尺度問題

1.4.2兩類問題的基本區(qū)別

1.4.3時間多尺度問題

1.5不同應用背景下多尺度問題的示例

1.5.1珠光體鋼軌鋼力學行為的微、細、宏觀多尺度分析

1.5.2生物活躍材料與人體醫(yī)療植入物的多尺度分析

1.5.3納米陶瓷涂層抗腐蝕的多尺度分析

1.5.4波形蛋白質纖維的嵌套結構與多物理、多尺度性能

1.5.5材料脆韌轉換分析中原子尺度與連續(xù)介質尺度的連接

1.6國際上多尺度分析的發(fā)展概況

1.6.1總的態(tài)勢

1.6.2跨原子/連續(xù)介質(第一類)多尺度分析

1.6.3跨連續(xù)介質微/細/宏觀(第二類)多尺度分析

1.6.4時間多尺度分析

1.6.5存在的問題及所作的努力

1.7兼顧前瞻性的內容設置

思考與探索

參考文獻

第2章分子動力學要義及其與量子力學的能量連接

2.1分子動力學的發(fā)展概況及其重要性

2.1.1從發(fā)展趨勢看研究分子動力學的意義

2.1.2分子動力學的一些研究領域

2.1.3分子動力學的時空尺度

2.2分子動力學的運動方程、勢能函數(shù)、力與應力

2.2.1質點運動的拉格朗日方程

2.2.2勢能函數(shù)U及作用于原子上的力與應力

2.3分子動力學的算法及其精度

2.3.1數(shù)值積分過程

2.3.2差分表達式

2.3.3Vetlet數(shù)值算法、精度分析及簡例

2.3.4其他常用的算法

2.4力的計算與邊界條件的處理

2.4.1分子動力學程序中力的計算算法

2.4.2分子動力學程序中力的并行算法

2.4.3分子動力學中邊界條件的處理方法

2.5多體交互作用與嵌入原子法

2.5.1考慮多體作用的Tersoft與Brenner對勢

2.5.2嵌入原子法

2.6陶瓷材料分子動力學模擬

2.6.1引言

2.6.2Born固體模型與考慮極化的殼體模型

2.7如何確定經驗勢中的參數(shù)

2.7.1LJ對勢函數(shù)參數(shù)e與a的估算

2.7.2LB混合律對指數(shù)勢及Morse勢三參數(shù)的估算

2.7.3陶瓷氧化物勢函數(shù)及其參數(shù)的確定

2.7.4用于研究磷酸鹽生化活躍材料的勢函數(shù)

2.7.5分數(shù)式離子鍵固體勢函數(shù)

2.8如何確定分子動力學模型的原子結構坐標及進行圖形顯示

2.8.1分子動力學模型原子結構坐標的確定

2.8.2分子動力學的圖形顯示

2.9如何采用軟件進行分子動力學的計算

2.9.1DL_Poly軟件簡介

2.9.2DL_Poly_2.18的文件庫及輸入文件的內容

2.9.3DL_Poly_2.18的輸出文件

2.10量子力學與分子動力學的能量連接

2.10.1原子內的能量平衡及量子力學的基本概念

2.10.2分子動力學與量子力學的耦合

2.10.3薛定諤方程求解孤立原子的能量

2.10.4耦合系統(tǒng)的能量

2.10.5求解量子力學基本方程實現(xiàn)耦合的三種基本方法

2.10.6緊束縛方法

2.10.7Hartree-Fock理論及其相關的方法

2.10.8電子密度泛函理論

2.11實例:納米涂層及植入物與液體界面分析中的分子動力學計算

2.11.1基本方法

2.11.2對勢函數(shù)的確定

2.11.3氮化鐵與基體鐵界面剪切抗力的計算

2.11.4植入物與水一蛋白質系統(tǒng)界面的分子動力學計算

參考文獻

第3章跨原子/連續(xù)介質多尺度分析

3.1引言

3.2跨第一原理/原子/宏觀多尺度變形與破壞分析

3.2.1模型區(qū)域的分割及其耦合

3.2.2系統(tǒng)的總哈密頓量及其分解

3.2.3握手區(qū)的一般設計及MAAD的特點

3.2.4MAAD存在的問題

3.3一維模型

3.3.1FE/MD耦合運動方程的推導

3.3.2分子動力學與有限元耦合的數(shù)值例子

3.4Cauchy-Born法則及跨原子一連續(xù)介質尺度的解析方法

3.4.1Cauchy-Born法則

3.4.2關于Cauchy-Born法則精度的討論

3.4.3基于Cauchy-Born法則的跨原子/連續(xù)介質尺度的解析方法

3.4.4解析方法的應用

3.5變形與破壞的擬連續(xù)介質多尺度分析

3.5.1QC方法的基本模型及能量計算

3.5.2QC方法邊界的不協(xié)調性及鬼力

3.5.3QC方法的特殊貢獻

3.5.4全部非局部化的QC方法

3.6QC與離散位錯動力學耦合的多尺度分析

3.6.1基本模型

3.6.2解法:三種邊值問題的疊加

3.6.3過渡區(qū)的處理及位錯穿越過渡區(qū)

3.7用于動力學模擬的搭接區(qū)多尺度分析

3.8用于動力學模擬的橋接區(qū)多尺度分析

3.8.1位移場在兩個不同尺度的分解

3.8.2運動的多尺度方程及其討論

3.8.3橋接法多尺度框架及廣義朗之萬方程

3.8.4數(shù)值例題

3.8.5對橋接法的簡短評論

3.9幾種模型界面不協(xié)調性的比較

參考文獻

第4章廣義質點動力學多尺度模擬方法

4.1引言

4.2廣義質點動力學方法的多尺度幾何模型

4.2.1多尺度區(qū)的形成

4.2.2廣義質點的級別與其表征的原子數(shù)的定量關系

4.2.3模型實例

4.3逆映射法求解廣義質點系動力學方程

4.3.1對等價剛度規(guī)則的質疑

4.3.2映射與逆映射

4.4多尺度區(qū)的自然邊界條件

4.4.1原子區(qū)與連續(xù)介質區(qū)邊界的內稟不協(xié)調性

4.4.2廣義質點動力學各尺度區(qū)問的自然邊界

4.5廣義質點動力學方法的驗證

4.6廣義質點動力學方法的初步應用

4.6.1相變

4.6.2相變的機制

參考文獻

第5章串行嵌套式多尺度方法及復相材料循環(huán)彈塑性多尺度分析

5.1引言

5.2跨微/細/宏觀三尺度分析的基本框架及尺度間的信息傳遞

5.3基于改進的自洽模型的細一宏觀定量關系

5.3.1改進的自洽模型

5.3.2基于改進的自治方法的宏/細觀定量關系

5.4非均質材料組成相的彈塑性本構關系

5.4.1帶耗散的彈簧滑塊模型對彈塑性材料本構關系的描述

5.4.2描述塑性響應的遺傳型本構方程

5.4.3經典塑性理論及其非經典塑性理論的比較

5.5基于微觀分析的微一細觀定量關系

5.6基于原子位錯分析的微觀尺度塑性參數(shù)及其尺度效應

5.7由細觀塑性應變決定宏觀參量的數(shù)值方法

5.8復相材料循環(huán)彈塑性尺度效應的試驗研究

5.9多尺度分析數(shù)值結果及其與試驗結果的比較

參考文獻

附注5A

附注5B

第6章串行耦合式多尺度方法及損傷層合復合材料的多尺度分析

6.1引言

6.2通過中間單元體聯(lián)系大小尺度的串行嵌套式多尺度模型

6.2.1無損傷的條件下層合板(宏觀)與片層(細觀)的連接

6.2.2微觀單元體等效本構方程與基體、纖維特性的關系

6.3損傷層合復合材料串行耦合式多尺度分析

6.3.1復合材料迭層方式對損傷起始及演化影響的試驗結果

6.3.2含損傷時層合復合材料多尺度分析的特點

6.3.3損傷層片等效本構方程的形式

6.4細/宏觀耦合模型及在位損傷函數(shù)的確定

6.4.1等效約束模型

6.4.2沿每一片層厚度的平均

6.4.3沿單元體寬度方向的平均過程,二維剪切滯后模型

6.4.4在位損傷函數(shù)的確定與表達式

6.4.5串行耦合式與串行嵌套式多尺度分析方法的區(qū)別

6.5基于損傷準則的串行耦合式多尺度破壞分析

6.6計及基體開裂演化的多尺度分析的計算結果及討論

6.6.1沿縱向(y向)受拉伸時[O/90]s類型層合板就地損傷函數(shù)Azz及A66的確定

6.6.2沿縱向受拉伸載荷時[O/90]s類型層合板剛度的下降

6.6.3損傷裂紋的起始與演化

6.6.4多尺度模型的預言及其與試驗結果的比較

參考文獻

附注6A

附注6B

附錄A原子與生物大分子的結構、排列及其運動

A.1原子的基本結構與電子結構

A.1.1原子的結構

A.1.2原子的電子結構

A.2原子的鍵連接

A.2.1金屬鍵

A.2.2共價鍵

A.2.3離子鍵

A.2.4范德瓦耳斯鍵

A.2.5混合鍵連接

A.2.6鍵能量與原子間距

A.2.7對原子結構的小結

A.3原子的排列布置與單元晶胞

A.3.1三種級別的原子布置

A.3.2單元晶胞

A.4晶體結構的點、方向與平面

A.4.1點的坐標

A.4.2晶體的方向

A.4.3晶面的表征

A.4.4滑移系

A.5原子的穩(wěn)定性與擴散

A.5.1擴散的描述

A.5.2擴散的機制

A.6蛋白質材料的結構

A.6.1蛋白質的多肽(polypeptides)鏈結構

A.6.2由側鏈R決定的20種氨基酸的三組類型

A.6.3氨基酸的其他結構特點

A.7脫氧核糖核酸(DNA)的結構

A.7.1生物大分子與結構形成的一般規(guī)則

A.7.2核糖核酸(RNA)與脫氧核糖核酸(DNA)的結構

參考文獻

附錄B對比與評鑒:RCMM多尺度分析工作學術評論匯集

卷后語2100433B

本書清晰地闡述了多尺度結構性能關系的概念。在介紹量子理論和分子動力學經驗方法的基礎上,范教授深入地探討了如何把這些方法與粗晶粒和連續(xù)介質模型相結合,并應用到工程上所關心的大尺度問題中,以滿足器件與產品的設計要求。該書進一步強調了機械性能的多尺度模型,深入淺出地介紹了多尺度材料變形和破壞分析這一交叉學科領域,并特別留意了讀者主動吸收信息、深入理解思考以及展望前景所需的知識與方法。

圍繞將多尺度分析分為兩大類以形成大范圍分析框架的思路,本書闡述了分子動力學要義及其與量子力學的能量聯(lián)結,評介了跨原子/連續(xù)介質的多尺度分析方法,闡述了提出的嵌套與耦合串行式跨微/細/宏觀分析的原理與方法,并以復相彈塑性與損傷復合材料為例,介紹了相關的概念、步驟、結果及其與實驗的比較。

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