Validation of a booted finite element model of the WIAMan ATD lower limb in component and whole-body vertical loading impacts with an assessment of the boot influence model on response

Objective: A novel anthropomorphic test device (ATD) representative of the 50th percentile male soldier is being developed to predict injuries to a vehicle occupant during an underbody blast (UBB). The main objective of this study was to develop and validate a finite element (FE) model of the ATD lower limb outfitted with a military combat boot and to insert the validated lower limb into a model of the full ATD and simulate vertical loading experiments.

Methods: A Belleville desert combat boot model was assigned contacts and material properties based on previous experiments. The boot model was fit to a previously developed model of the barefoot ATD. Validation was performed through 6 matched pair component tests conducted on the Vertically Accelerated Loads Transfer System (VALTS). The load transfer capabilities of the FE model were assessed along with the force-mitigating properties of the boot. The booted lower limb subassembly was then incorporated into a whole-body model of the ATD. Two whole-body VALTS experiments were simulated to evaluate lower limb performance in the whole body.

Results: The lower limb model accurately predicted axial loads measured at heel, tibia, and knee load cells during matched pair component tests. Forces in booted simulations were compared to unbooted simulations and an amount of mitigation similar to that of experiments was observed. In a whole-body loading environment, the model kinematics match those recorded in experiments. The shape and magnitude of experimental force–time curves were accurately predicted by the model. Correlation between the experiments and simulations was backed up by high objective rating scores for all experiments.

Conclusion: The booted lower limb model is accurate in its ability to articulate and transfer loads similar to the physical dummy in simulated underbody loading experiments. The performance of the model leads to the recommendation to use it appropriately as an alternative to costly ATD experiments.     

基于改进的非线性GM(1,1)模型的职业病预测研究

为了更准确地预测职业病,在传统GM(1,1)模型的基础上,提出改进的非线性GM(1,1)模型,在传统的GM(1,1)模型中引入弱化算子,将紧邻均值与原始数据之间的线性假设改为非线性假设,提高曲线的拟合度。以2005—2014年的全国职业病例数为研究对象,进行数据拟合和预测分析,其中以2014年职业病例数作为验证数据,并利用后验差比值和小误差概率2个参数,检验该改进模型的预测精度。由应用实例的分析结果可知:在职业病发病趋势的预测方面,改进的非线性GM(1,1)模型的预测精度提高到一级,曲线拟合度较高,预测得到2015年的职业病例数为34 900例。     

平煤十矿底板巷穿层钻孔瓦斯抽采模拟研究

为了降低平煤十矿己15-16-24130工作面运输巷掘进中的突出危险性,基于实际工程背景,考虑瓦斯抽采中的瓦斯运移及煤岩变形等因素,建立了瓦斯抽采气固耦合模型,并利用COMSOL Multiphysics软件对平煤十矿己15-16煤层的底板巷穿层钻孔瓦斯抽采方案进行数值模拟,研究了瓦斯抽采对于降低掘进过程中突出危险性的影响。研究结果表明:在己18煤层开挖底板巷对己15-16煤层进行穿层钻孔瓦斯抽采,瓦斯抽采180 d后,己15-16-24130工作面运输巷附近煤层残余瓦斯压力及瓦斯含量分别降至0.315 MPa和3.84 m3/t;将底板巷穿层钻孔瓦斯抽采方案进行工程应用,实测抽采后的残余瓦斯压力及瓦斯含量在0.32 MPa和3.17 m3/t,均小于平煤十矿煤与瓦斯突出防治规定的“双6”指标（残余瓦斯压力小于0.6 MPa,残余瓦斯含量小于6 m3/t）,可有效降低运输巷掘进过程中的突出危险性。     

矿工心理因素、工作压力反应和不安全行为关系研究

为研究在巨大工作压力下,矿工的心理因素与工作压力反应和不安全行为的关系,以问卷的形式调查陕西省2家具代表性煤矿的工人,分别以矿工的心理因素、工作压力反应和作业过程中的不安全行为作为外生变量、中介变量和内生变量,构建心理因素、压力反应和不安全行为的结构方程模型。通过对调研数据处理与分析,得出如下结论:本研究中的4项心理因素,性格因素、心理素质、注意力和工作态度显著影响不安全行为的发生;性格因素、心理素质和注意力对压力反应有显著影响;工作态度与煤矿工人的压力反应的关系不显著;性格因素、心理素质、注意力和工作态度通过影响矿工的压力反应,间接影响矿工的不安全行为。     

基于熵权TOPSIS模型的土地利用多功能性诊断

从经济、社会和生态3个方面出发构建土地利用多功能性评价指标体系,应用熵权TOPSIS模型对江苏省近年来土地利用多功能性进行诊断分析可以优化区域土地的合理开发,提高土地利用效率,为促进区域的可持续发展提供有效依据。研究结果表明：2006~2016年江苏省土地利用综合功能经历了一般—良好的发展阶段,综合功能在不断优化;经济功能经历了较差—一般—良好—优秀—良好的发展阶段,虽然有所波动,但其依旧呈增长态势;社会功能经历了较差—一般—良好—优秀的发展阶段,呈现出持续稳步提高趋势;生态功能经历了一般—良好—一般的发展趋势,整体呈下降趋势。另外土地利用的经济功能和社会功能子目标的障碍度在逐年下降,对目前江苏省土地利用有效性起制约作用的主要是生态功能,应减少废水排放和工业固体废弃物等污染造成的生态破坏,加强水资源的保护,同时缩小城乡差距,推进城乡融合,促进土地利用过程中经济、社会和生态功能的协调发展。     

近15a江苏省水源涵养功能时空变化与影响因素探析

定量评估生态系统服务功能是合理利用自然资源、促进人地关系与可持续发展的基础。以江苏省为研究区,基于InVEST模型产水模块,定量分析了江苏省2000~2015年产水功能和水源涵养功能的时空变化特征,并采用回归分析和主成分分析法评估了水源涵养功能与社会经济要素之间的关系。结果表明：（1）江苏省多年平均产水量为571×108 m³/a,水源涵养总量78.39×108 m³/a;（2）2000~2010年江苏省水源涵养功能呈下降趋势,2010~2015年有所回升,考虑到降水因素,江苏省实际水源涵养功能持续降低;（3）土地利用变化使15a来水源涵养功能下降15.2×108 m³,降低幅度为16.9%;（4）流域尺度上水源涵养功能与江苏社会经济因素相关关系不显著。研究结果可以为土地利用优化、流域水资源管理提供科学参考和支持。     

基于变权灰色云模型的江苏省水环境系统脆弱性评价

水环境系统脆弱性是水资源利用与生态环境研究的热点问题,通过研究水环境系统的内在机理,综合考虑影响水环境系统脆弱性的资源、环境、经济、社会等因素,借助驱动力-压力-状态-影响-响应-管理（DPSIRM）框架构建水环境系统脆弱性评价指标体系。在此基础上,构建基于变权灰色云模型的评价方法,对2004~2014年江苏省水环境系统脆弱性进行评价。结果表明：2004~2014年水环境系统脆弱性指数由47.056提高到63.210,脆弱性等级由“重度脆弱”演化为“中度脆弱”,并长期维持在“中度脆弱的”等级,2014年出现了向“轻度脆弱”状态转变的趋势。分析各个子系统对水环境系统脆弱性影响程度可知,影响子系统和响应子系统对江苏省水环境脆弱性系统的影响程度逐年增加;而压力子系统和管理子系统对水环境系统脆弱性的影响程度逐年下降;其它子系统对水环境系统脆弱性的影响维持在一定水平小幅度波动。     

O3/BAF工艺系统中有机物生物降解数学模型

研究臭氧预氧化/曝气生物滤池（O₃/BAF）联合工艺深度处理实际城市污水二级出水过程中,后续BAF系统中有机物的生物降解数学模型。以有机底物浓度、填料层高度两个基本变量为控制条件,研究BAF的总体运行常数和填料特性常数,得出BAF有机物生物降解动力学方程为S_e/S₀=exp(－Kh/qSⁿ₀)。出水与进水COD浓度比值（S_e/S₀）的对数与反应器填料高度（h）之间可表达成一次函数关系。在不同的进水浓度（S₀）下,根据ln（S_e/S₀）~h和关系式m=K/qSⁿ₀,得到方程ln(q_m)=－nln(S₀)+lnK。BAF总体运行常数K和填料特性常数n分别为1.708和0.5063。该模型对BAF工艺有如下指导意义：可以根据设计流量、进水有机物浓度和出水浓度,初步确定BAF的尺寸（如横截面积、高度等）。     

基于因子分析法优选河流水体中氮浓度预测方法的研究

定量的河流水体中氮浓度预测方法有很多种,如何优选出预测精度较高的方法一直是学术界多年来致力于研究的重点。本研究采用因子分析法对预测方法的精度评价指标进行分析,并建立了预测方法精度的评价模型,对回归分析法、神经网络法、灰色系统法和增长率统计法4种水体氮浓度预测方法进行综合评估,优选出精度较高的河流水体氮浓度预测模型——BP神经网络预测模型。结果表明,此评估模型对类似研究具有一定的参考价值,能为选择出合适的河流水体氮浓度预测方法提供依据。     

厌氧氨氧化ASBR中亚硝氮和氨氮降解规律研究

采用生物膜ASBR反应器,研究了厌氧氨氧化反应过程中亚硝氮与氨氮降解速度的变化规律。结果表明,降解过程主要分为2个阶段:速度上升期(0~30 min)和速度下降期(30~150 min)。一阶指数衰减模型的模拟结果表明,20 min以后亚硝氮、氨氮降解速度逐渐减少,亚硝氮降解速度始终高于氨氮降解速度,但是两者差值随时间逐渐减少。