大数据与计算模型

当前,人工智能持续升温,大语言模型吸引了众多人士的关注,并在全球范围内掀起了一股热潮。人工智能的成功本质上不是大算力“出奇迹”,而是改变了计算模型。首先,肯定了数据对于人工智能的基础性作用,指出合成数据将是未来数据的主要来源。然后,回顾了计算模型的发展历程,重点介绍了神经网络模型与图灵模型的历史性竞争;指出了大模型的重要标志是机器涌现智能,强调大模型的本质是“压缩”;分析了大模型产生“幻觉”的原因。最后,呼吁科技界在智能化科研中要重视大科学模型。

非黏性堤防溃口发展过程计算模型

堤防是防洪工程体系的重要组成部分,一旦发生溃决将可能带来严重灾害损失,明确堤防溃口发展速率与水力要素之间的关系对于预测堤防溃决过程和洪水演进具有重要意义。通过对系列非黏性沙质堤防溃决试验结果进行整理分析,得到溃口垂向下切速率、横向展宽速率与溃口流量、溃口单宽流量之间的关系。结果表明:堤防溃口发展主要存在垂向冲刷、横向扩展2种形式;溃口发展速率与溃口流量呈正相关,但受入流流量影响,没有适用于所有工况的关系表达式;溃口发展速率与溃口单宽流量间的关系基本不受入流流量影响,下切和展宽速率与溃口单宽流量呈现指数关系;基于此关系,构建了以溃口单宽流量为参数的溃口发展过程计算模型,并对溃口垂向下切、横向展宽发展过程进行了模拟计算与对比分析,结果显示模拟情况与真实的溃口发展过程吻合较好,说明所提出的计算模型科学合理,且计算过程简洁。

混合式抽水蓄能电站群容量计算研究Ⅱ:多尺度嵌套容量计算模型及实例

基于流域梯级水电站增建混合式抽水蓄能电站(简称混蓄电站),对保障新型电力系统安全稳定运行、促进新能源大规模发展和消纳具有重要意义。研究提出基于多尺度嵌套调度模型的混蓄电站群容量计算模型,该模型嵌套含混蓄电站的梯级水电站短期调峰模型、考虑短期调峰与综合利用供水任务的梯级水电站中长期优化调度模型两大核心模块;此外,针对该容量计算模型的高维特征,提出基于代理模型思想的求解方法。以黄河上游待规划的大型混蓄电站群为实例,分别计算混蓄电站单独开发、梯级开发、整体开发三种模式下电站装机容量以及抽水调峰效益,并推导理论公式揭示混蓄电站抽发循环效率及抽水时长对电站装机容量的影响机制。实例计算取得的结果:龙羊峡-拉西瓦混蓄电站推荐采用水泵机组+可逆式抽蓄机组形式开发,单独开发模式下,推荐装机160万kW;当其与拉西瓦-尼那混蓄电站梯级开发时,推荐装机205万kW。当混蓄电站设计抽水时长减小时,其装机容量可增加,调峰能力变大,但电站抽水耗电调峰效益不变。拉西瓦-尼那、李家峡-直岗拉卡、公伯峡-苏只混蓄电站推荐装机分别为75万、16万和59万kW。4座混蓄电站整体开发模式下,可用于新能源消纳的抽水调峰电量为年均87.42亿kWh。

波形钢腹板工字梁的等效计算模型及稳定性分析

基于变形与应变能相等的原则,提出波形钢腹板工字梁的等效平直钢腹板计算模型。通过波形钢腹板直板段与斜板段应变分析,推导了波形钢腹板工字梁及等效计算模型的应变能,建立等效惯性矩与等效扇性惯性矩,利用平直钢腹板工字梁的临界荷载计算公式,对波形钢腹板工字梁进行稳定性分析。研究结果表明:该方法简单、便捷,对波形钢腹板工字梁的稳定分析准确、有效;建立的等效惯性矩与翘曲惯性矩仅取决于截面及波形钢板尺寸,不受工字梁的边界条件、跨径等因素的影响,具有良好的适应性。

三边承载条件下预应力钢筒混凝土管承载能力的计算模型与试验验证

预应力钢筒混凝土管(PCCP)的承载能力计算涉及管芯开裂时的弯矩重分布,是管体结构设计的重要组成部分。本文针对现有计算方法中管芯开裂判定的经验性和现有试验结果中管芯开裂后管体变形的剧烈性问题,提出了三边承载试验下PCCP承载能力计算模型。模型基于刚性管假设推导了管壁截面的弯矩与轴力系数,采用简化的混凝土应力应变关系作为管芯开裂的判别标准,给出管芯开裂后的管腰处弯矩重分布和管顶(底)处轴力作用线移动的数学表达,开展了基于分布式光纤传感器测量的三边承载试验,并验证了计算方法的合理性。对比验证结果表明,管芯开裂前计算与试验结果基本一致,管芯开裂后计算与实测结果在趋势上相同。本文采用的计算模型与原型试验的对比分析框架,有助于更深入了解PCCP受载变形规律,并在未来用于管体设计参数的确定与优化。

桩承式加筋垫层路堤荷载分担改进计算模型

桩承式加筋垫层路堤中的关键荷载传递机制是多种现象的组合,包括路堤填土中的土拱效应、加筋垫层的张拉膜效应和地基土的支撑作用,然而,目前针对此方面的研究尚不完善。本文首先以考虑土体被动土压力发挥程度及桩间土应力非均匀分布改进的Hewlett土拱模型为改进载体;其次,假定加筋垫层为上、下部受均布荷载作用的简支梁,截面拉应力完全由加筋体承担,压应力完全由垫层材料承担,同时考虑地基土反力与梁最大挠度相关,引入地基反应系数,从而建立改进的桩承式加筋垫层路堤荷载分担计算模型;最后,通过工程实例与模型参数分析,验证本文计算模型的可靠性与准确性。研究结果表明:在路堤填筑过程中,土拱效应逐渐完全发挥,促进路堤荷载向桩体转移;随着地基土固结,桩体承担的路堤荷载也在逐渐增大;路堤填土高度、填土内摩擦角、桩间距对桩体荷载分担影响较大,加筋体抗拉模量对其影响较小。

基于乘客OD间路径旅行时间的城市轨道交通客流分布计算模型的适用性研究

[目的]针对目前城市轨道交通(以下简称“城轨”)线网客流分布计算模型的客流计算结果与实际客流存在偏差的现象,需基于OD间路径的实际旅行时间,对基于多路径概率分配的客流分布计算模型的适用性展开研究。[方法]基于乘客OD间路径的实际旅行时间,分析揭示了现有城轨客流分布计算模型存在的主要问题;融合AFC(自动售检票)系统和ATS(列车自动监控)系统两类数据,构建并标定了基于乘客OD间路径旅行时间的城轨客流分布计算模型;对目前国内城轨系统广泛采用的基于多路径概率分配的城轨客流分布计算模型的适用性进行了分析与评价。[结果及结论]现有城轨客流分布计算模型在路径选择集和路径选择比例上存在主要问题。通过基于多路径概率分配的城轨客流分布计算模型获取的路径分配比例,得到的旅行时间分布模拟结果均为单峰,无法重现从AFC票卡提取的实际旅行时间分布的多峰情况。当城轨线网较为简单时,基于多路径概率分配的城轨客流分布计算模型基本适用;当线网规模不断增加,线网结构进一步复杂,列车运行方式的多样性、乘客出行行为的差异性等不断加大的条件下,该模型对于路径阻抗差异小的OD可能适用,而对于路径阻抗差异大的OD不适用。

金属复合板轧制力计算模型及其软件开发

为了更准确地分析金属复合板的轧制力,基于奥罗万理论对轧制变形区进行了简化分析。根据受力分析建立了轧制力平衡微分方程,进而推导出了金属复合板轧制力计算模型。利用Abaqus有限元分析软件对铜/铝复合板轧制过程进行了模拟,并设计了相应的复合板轧制实验,将模拟和实验得到的计算数据与模型的计算结果进行了对比,得到轧制力的计算结果误差小于10%。因此,该计算模型具有较高的精度,可以满足工程实践要求。根据该轧制力计算模型开发了一款便于人机交互的计算软件,使得轧制力计算模型更具有实用性。该计算模型和软件便于工厂的在线应用,提高了金属复合板的生产效率,保证了复合板的生产质量。

基于ADCP的水文站断面平均流速AI计算模型研究

本研究旨在探讨如何利用走航式ADCP流速数据和人工智能技术,提高岭下水文站的断面平均流速计算精度,以解决复杂的流量监测难题。通过比较指标流速法和基于AI的计算模型,评估了它们在不同水深条件下的性能和适用性。结果表明,在多数情况下,AI算法表现出更高的计算合格率和较低的不确定度,尤其在高水期和中水期。然而,在低水期测流时,数据质量仍然存在挑战,需要进一步改进和扩大样本容量。这项研究为提供更准确、实时的水文信息,支持水资源管理、防汛减灾和生态保护提供了重要依据。

北京某地铁交通枢纽换乘大厅客流密度计算模型

针对北京某地铁交通枢纽换乘大厅3个典型季节客流量进行了实测分析。结果表明:客流量不受室外气象条件、季节性影响,与工作时间及周围办公、居住人口规模密切相关;换乘大厅任一时刻在室人数等于该时刻进入的客流量级数与离开的客流量级数之差。根据客流密度特征,按工作日和周末分别建立了换乘大厅客流密度一元线性回归模型,并分段给出了客流密度拟合公式,利用实测数据验证了该模型的正确性。

基于一维计算模型的斜盘式柱塞泵流动特性分析

斜盘式柱塞泵广泛应用在直升机疲劳试验的液压系统中,其流动特性对液压系统稳定性有着至关重要的作用。文中使用立体几何方法分析了斜盘式柱塞泵柱塞运动轨迹,基于图形解析法推导了过流面积公式,并编写相应Matlab程序实现吸排油过流面积自动化计算;构建了考虑流量倒灌及泄漏的单柱塞流动模型,结合AMESim软件实现柱塞泵三维计算模型向一维计算模型的转变;依据初始工况计算结果分析了柱塞泵的流动特性及其产生流量脉动的原因,并使用基于计算流体力学(CFD)方法的三维模型所获得的流量脉动计算结果验证了一维计算模型的准确性。在此基础上分析了不同运行工况(包含运行温度、工作压力及柱塞泵调节参数)对出口流量脉动率的影响,从降低流量脉动率进而提高直升机疲劳试验精度的角度分析了试验中柱塞泵调节控制要点。文中提出的一维计算模型可显著提高柱塞泵仿真计算速率,便于后续柱塞泵的改进设计以及将其作为子系统添加到虚拟数字试验平台中。

基于动爆冲击波演化规律的超压计算模型

为建立动爆冲击波超压的工程计算模型,开展了球形装药动爆试验和数值模拟研究,获取了动爆冲击波场演化历程图像,定量分析了装药速度对冲击波波阵面传播速度的影响。结果表明:在装药速度影响下爆轰产物各向膨胀速度不再相同,爆轰产物膨胀速度的变化使得冲击波强度和空间位置分布发生了相应的变化,正向冲击波强度更高,更早与爆轰产物相分离。在静爆冲击波演化模型的基础上,通过引入含有角度和传播时间的修正因子,建立了静动爆关联的球形装药动爆冲击波超压计算模型。采用该模型计算得到的不同速度、不同药量球形装药冲击波压力与试验结果吻合较好,模型具有一定普适性。

高强韧钢淬火-配分工艺中碳配分计算模型的研究进展

淬火-配分(QP)钢作为第三代先进高强钢,为汽车轻量化、能源使用效率提升及更早地实现“碳达峰、碳中和”的目标提供了重要保障。在淬火-配分(QP)工艺中,淬火过程形成初始组织(残余奥氏体+马氏体),配分过程则是保留和稳定残余奥氏体的关键环节。QP钢配分时除了会发生碳配分,还常常伴有置换原子短程扩散、奥氏体/马氏体界面迁移、奥氏体/马氏体间相变、奥氏体/贝氏体间相变及碳化物析出等现象,使得对配分过程组织演化和碳浓度分布的研究变得十分困难。国内外学者以相关实验为基础,针对具体配分过程提出了许多计算模型,以达到对最终组织相组成的准确预测,并揭示配分过程中多现象同时发生的潜在机制。本文从以下两方面对QP钢碳配分过程的计算模型进行了综述:(1)基于热力学和动力学建立的计算模型,主要包括理想化的CCE模型、考虑界面移动性的QP-PE模型和QP-LE模型、考虑碳化物析出的CCEθ模型和QPT-LE模型、考虑贝氏体相变的耦合模型以及考虑多现象同时发生的耦合模型;(2)利用相场手段进行的相关计算模拟。最后,对今后碳配分过程的模拟计算研究前景做出展望。

硫酸盐侵蚀环境下水泥基胶砂试件抗折抗蚀系数计算模型

针对硫酸盐侵蚀环境下10 mm×10 mm×60 mm规格的水泥基胶砂试件因试验材料及环境的微小变化引起数据离散的问题,开展硫酸盐侵蚀环境下水泥基胶砂试件抗折抗蚀系数计算模型研究。综合考虑水胶比、掺合料掺量、硫酸盐浓度等因素,提出用状态时变参数来表征其时变影响,推导并建立水泥基胶砂试件抗折抗蚀系数计算模型。通过浸泡抗侵蚀试验(K法)分别测试不同水胶比、粉煤灰掺量、硫酸盐浓度以及侵蚀龄期下的水泥基胶砂试件抗折强度并计算抗蚀系数,同时对相关文献的抗蚀系数进行预测。结果表明:模型计算值与试验实测值综合平均误差为3.1%,两值之间无显著差异且模型预测为无偏估计;模型计算值与相关文献实测值的综合平均误差为6.5%。该模型具有良好的适用性及普适性,可为内陆干旱地区混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究提供参考。

甘肃及邻区基于地震预警参数τ_(c)和P_(d)的震级快速计算模型研究

地震预警作为目前能够有效减轻地震灾害的手段之一,可以在破坏性地震动来临之前提供几秒至几十秒的预警时间,提醒预警区域采取紧急处置措施以减轻人员伤亡和财产损失。地震预警是一个复杂的系统,其中利用地震参数快速、准确地进行实时震级估算是其有效发挥减灾作用的关键。文章基于2012—2020年发生在甘肃省及邻区的190个地震共821条记录(3.1≤M≤6.6),计算分析在P波1~10 s时间窗长度内,两种地震预警参数(卓越周期τ_(c)和位移幅值P_(d))分别在垂直向、水平向和三分向均值测项三种不同条件下与峰值参数PGV、PGD的相关性,拟合相应的预警震级快速计算模型,并将估算震级M_(E)与实际震级M_(C)进行比较。结果表明:时间窗长度的改变对结果有一定的影响,而测项改变造成的差别较小。此外,在拟合度、预测残差均值和标准差,以及残差分布等预测效果方面,采用参数P_(d)的模型性能优于参数τ_(c)。考虑到参数和震级的实时计算以及预警信息发布的时效性要求,推荐在该地区应用垂直向记录P波到时3 s后的参数P_(d)来进行地震预警震级实时快速计算。

多层光纤线包结构稳定性高效计算模型与分析

光纤线包的结构稳定性显著影响光纤系统的服役状态,为解决以有限单元法为代表的数值分析方法,因光纤线包缠绕层数多、非线性强等因素导致的计算时间长、效率低等问题,根据光纤层间仅受压的特点建立光纤线包结构稳定性的高效计算模型,分析光纤的缠绕制度和线径的均匀程度对光纤线包结构稳定性的影响规律,给出线包失稳的线径均匀性临界值。研究结果表明:相比于有限元仿真,该模型在不损失计算精度的前提下计算效率可提升约100倍;等残余张力缠绕制度更有利于线包的结构稳定性;当线径的偏差值超过标准线径的±3%时,光纤位移急剧增大,严重影响光纤线包的结构稳定性;此研究对于多层光纤线包绕制工艺的实时分析和控制具有重要的意义。

基于静力推覆试验的4车道公路隧道围岩压力计算模型研究

以典型4车道公路隧道为原型,开展缩尺模型的静力推覆试验,重点关注地层位移、地层裂缝、围岩压力随推覆位移的发展规律,并与2车道隧道的试验结果展开对比。试验结果表明:(1)地层以起拱线为界发生相反方向位移进而产生裂缝,因此计算模型中起裂点位置应由边墙底部修正为起拱线处。(2)地层在推覆作用下沿隧道环向平顺滑移且大角度偏转倾斜,因此计算模型中潜在滑移面应由恒定竖直修正为线性倾斜。在此基础上,探讨了围岩压力计算模型假定在4车道隧道中的适用性,提出适用于4车道公路隧道的围岩压力修正计算模型。研究成果可为4车道公路隧道的抗震计算/验算提供试验依据与技术支撑,为围岩压力计算模型的进一步完善提供参考。

基于不对称低压穿越的逆变型电源的故障计算模型

新能源具有分布特性,使得新型电力系统易发生近电源故障,导致三相不对称,对逆变型电源的影响难以忽略。逆变型电源的传统正序模型只能对称地输出无功补偿,无法正确地计算新型电力系统的近电源不对称故障。基于此,首先指出现有低压穿越规范在三相不对称时存在的问题,并对其进行改进和完善,采用相电压指标设计了一套不对称低压穿越规范。然后,建立了逆变型电源的通用故障计算模型,并分别分析了其接入大电流和小电流接地系统时的等效方法,通过对单电源系统的仿真来验证模型的有效性。最后,提出了新型电力系统的相分量故障计算方法,推导了各故障类型和逆变型电源模型的代入计算方法。并通过算例验证了所提算法的正确性。

基于苹果叶片与药液界面特性的果园农药精准喷雾量计算模型的建立

为保证果树精准施药,减少药剂流失,本研究结合果树叶片冠层参数、界面性质和果园农药去向,建立了苹果园农药精准喷雾量的计算模型,以指导不同植保机械在不同果园栽种模式下的农药喷施方式。选取不同发育期‘富士’苹果叶片为研究对象,通过测定叶片表观表面自由能与冠层参数(叶面积指数、平均叶倾角),建立药液表面张力与苹果叶片最大持液量之间的关系,基于叶片最大持液量与果树冠层参数计算全树最大持液量,结合苹果园农药去向,建立了苹果园农药精准喷雾量计算模型。以担架柱塞泵式机动喷雾机在乔化稀植苹果园和风送式自走履带喷雾机在矮砧密植苹果园的施药行为为例,验证所建模型的实用性。结果表明:乔化稀植苹果园于苹果生长前期,使用担架柱塞泵式机动喷雾机,按计算用药液量施药,较常规用药液量节省药液量37.40%,生长后期则节省药液量18.75%。矮砧密植苹果园于苹果生长后期,使用风送式自走履带喷雾机,按计算用药液量施药,较常规用药液量节省药液量28%。且防效与常规药液用量无显著性差异。此模型将苹果叶片界面性质与施药器械相结合,不仅可根据果园实际情况对果园施药量进行精准计算,还可对果园某一时期农药药液的适用性进行评价,并基于实际情况调控药液量、喷雾机械参数,从而达到精准施药的目的。

熔盐塔式太阳能吸热器传热特性计算模型研究进展

熔盐塔式太阳能热发电技术是目前国际主流的光热发电技术,熔盐吸热器作为将太阳能转换为热能的核心设备,其性能直接影响系统发电效率,吸热器安全性影响电厂运行小时数。因此,建立熔盐吸热器传热模型,获得准确的传热特性十分重要。对主流的外置圆柱式熔盐吸热器的传热计算模型进行了系统梳理,总结了传热模型中投入辐射能、辐射热损失、对流热损失及熔盐得热量的计算过程及基本方法。根据计算结果的精细程度,吸热器传热模型分为详细模型和简化模型。详细模型的计算精度高,能细致反映实际能量转换过程,但计算成本较高,瞬态过程计算耗时多,但其特定工况的计算结果可为简化模型提供计算结果的验证参考。简化模型是对描述熔盐吸热器传热特性的理论模型做合理简化,在较为准确地完成计算的同时具备较快的计算速度,多用于吸热器设计阶段。通过各模型特点及性能的总结对比,可为熔盐吸热器热性能计算过程的传热模型选择提供技术指导。