On the effect of an out-of-plane constraint on the three-dimensional crack front fields in a thin elastic plate

Two-dimensional theories of fracture are still applied widely today and provide theoretical foundations for solutions to many practical problems. These two-dimensional theories are based on the plane strain or plane stress assumption. However, strictly speaking, for a thin elastic plate with a through-thickness crack under tension, plane strain conditions can be met only at the crack front (except the corn point) and plane stress conditions exist at a distance of about one half of the plate thickness from the crack front in the mid-plane. What are the stress fields in the region where both plane strain and plane stress conditions cannot be met? In this paper, further investigations into the problem are carried out. Three-dimensional Maxwell stress functions, the principle of minimum complementary potential energy and three-dimensional J-integrals are employed to obtain an analytical solution to depict the relationship among out-of-plane constraints, three-dimensional J-integrals and stress intensity factors. Three-dimensional finite element simulations with fine meshes are carried out to verify the analytical results. Compared with the corresponding plane strain solution, the solution proposed is valid in a larger region

Three-dimensional fracture analysis for a thin cracked hardening plate

A semi-analytical method is presented to investigate fracture behavior of a mode-I crack in a thin ductile plate. In the part of theoretical analysis, a total deformation theory of plasticity, in conjunction with a power law hardening stress-strain relation, is employed. Three-dimensional Maxwell stress functions, the minimum complementary potential energy principle and three dimensional J-integrals are used to obtain crack front stress fields. In the part of numerical analysis, three dimensional finite element simulations are carried out to obtain J-integrals, the out-of-plane constraint level and crack front stress fields. Comparison with numerical results of crack front stress fields shows the analytic solutions for crack front stress fields are valid. Numerical and analytic results show that the value of the opening stress ahead of the crack front deceases with increasing z (approaching the free surface) and lies between the corresponding plane strain and plane stress solutions

用宏基因组学方法研究绿肥对水稻根际微生物磷循环功能基因的影响

【目的】绿肥对土壤微生物磷循环的影响受到研究者们的广泛关注,但绿肥影响土壤磷循环的微生物机理尚不明确。利用宏基因组学方法剖析长期绿肥还田对土壤磷循环功能微生物的影响,旨在阐明绿肥对土壤磷循环影响的微生物机理,为绿肥的科学利用提供依据。【方法】以中国湖南祁阳绿肥及稻草还田定位试验的水稻根际土为材料,利用宏基因组学方法,对土壤微生物DNA进行PE150 (双端读长150 bp)宏基因组测序,使用MetaWRAP软件中的read_qc模块进行质控,用assembly模块megahit方法进行组装;基于组装的较长序列(> 1000 bp)使用Diamond软件的BLASTX和UniProtKB/SWISS-PROT数据库进行序列比对,根据磷活化(磷酸酯矿化、膦酸酯矿化、无机磷溶解)、磷吸收(膦酸酯运输、磷酸酯运输和无机磷酸盐运输)和缺磷诱导响应调控三大类主要磷循环功能相关基因(重点关注的64个磷循环功能基因)进行筛选;再利用R语言进一步分析水稻根际土壤中磷循环功能基因相对丰度及其与土壤理化指标之间的关系,阐述绿肥对土壤磷循环功能微生物的影响。【结果】土壤pH等9个常规指标在有、无绿肥处理之间均无显著差异。无稻草还田时,绿肥处理对64个磷循环功能基因中的11个相对丰度影响显著,这11个基因广泛分布在除磷酸酯运输及无机磷溶解外的5个功能组中,其中phnA、phnN、phnV等3个基因相对丰度上升,phnI、phnL、glpB、glpO、pitA、phoA、phoP、phoU等8个基因相对丰度下降。而在稻草还田时,绿肥处理仅phnPP基因相对丰度显著降低。相关性分析显示,土壤pH与磷酸酶活性、无机磷溶解基因pqqB、pqqC、pqqCD、pqqE、pqqF相对丰度呈显著负相关(P <0.05)。冗余分析(RDA)结果表明,绿肥处理通过pH、AP以及磷酸酶活性影响磷循环功能基因。【结论】绿肥翻压下水稻根际微生物磷功能基因相对丰度深受稻草还田的影响。与单绿肥或单稻草还田相比,绿肥翻压基础上增加稻草还田对磷循环功能基因影响效果不明显,秸秆甚至减弱了绿肥对磷循环功能基因的影响,其原因可能是绿肥和稻草还田下不同微生物及不同磷循环功能基因之间存在激烈竞争

可用于光码分多址无源光网络的混沌扩频技术

针对波分复用-无源光网络（WDM-PON）的系统可容纳用户量问题，为扩大系统的容量和速率，同时保证光纤的带宽需求，文章提出了一种基于混沌扩频的光码分多址波分复用无源光网络（OCDMA-WDM-PON）系统方案，分析了Henon混沌序列作为地址码的初值敏感性、自相关和互相关等特性，并通过Matlab仿真平台分析了Henon混沌序列与Logistic混沌序列、光正交码（OOC）关于系统误码率（BER）性能的对比，验证了混沌序列在通信系统中作为地址码的可行性和优越性。实验结果表明，混沌序列作为地址码具有性能良好、用户数量大、不易被复制且容易产生地址码的优势

中国近30 a耕地变化时空特征及其主要原因分析/Analysis of Chinese cultivated land′s spatial-temporal changes and causes in recent 30 years[J]

随着中国经济的快速发展和人口的不断增加，在各项建设占用大量耕地和生态退耕与环境保护措施的双重影响下，中国的耕地面积在持续减少。对中国耕地随时间变化规律的认识以及其空间分布变化趋势的把握已成为重要的研究内容，这对于研究区域粮食安全和区域可持续发展也有重要的指导意义。该文在中国长时间序列土地利用动态时空数据库的支持下，对中国1987年到2010年的耕地变化过程进行了全面分析，揭示了中国近30 a来耕地变化的时空特征，分析了其变化的主要原因。研究表明，自1987年以来，中国原有耕地不断减少，北方地区为主的新垦耕地持续增加。以2000年为转折点，1987年到2000年耕地总面积略有增加，2000年到2010年耕地总面积逐步减少，近30 a间，耕地总量相对稳定。比较而言，2000年以前的耕地增加速度明显高于2000年以后的耕地减少速度。到2010年全国耕地总面积呈南减北增、减少速率最快的区域集中于长江三角洲、珠江三角洲地区，而增加速率最快的区域集中在新疆、黑龙江以及内蒙古部分地区。建设用地对耕地的占用持续强烈并有加强趋势，生态建设占用耕地是生态脆弱地区耕地面积减少的主要原因，对耕地的占用比例仅次于建设用地。对草地、林地的开垦是全国新增耕地的主要来源，对未利用土地的占用有增强趋势，近年来，包括盐碱地；沼泽地，甚至是沙地、戈壁等未利用土地被改造成耕地，同时也会带来区域水资源和环境等方面的一系列问题，尤应慎重