基于三维随机集料的钢渣沥青混合料微波加热和冷却过程温度模拟

为研究钢渣透水沥青混合料在微波加热和冷却过程中的温度分布以及不同材料之间的传热机理,采用钢渣集料部分替换玄武岩粗集料(4.75~9.50 mm、9.50~13.20 mm),基于三维随机集料构建沥青混合料试件的细观模型,分别模拟了普通玄武岩集料试件(PAC-B)、普通钢渣粗集料试件(PAC-US)及改性钢渣粗集料试件(PAC-MS)3种沥青混合料在连续微波加热和冷却过程的温度分布,并将数值模拟结果与室内试验相互验证。结果表明:无论是加热过程还是冷却过程,沥青砂浆的表面温度分布区域与集料表面温度分布区域均一致,且集料表面的最高温度要大于沥青砂浆的表面最高温度,说明集料吸波能力强于沥青砂浆。在冷却过程中,集料向沥青砂浆传导热量,二者之间温差不断减小。对于同一种试件,集料(2.36~4.75 mm、4.75~9.50 mm、9.50~13.20 mm)粒径在4.75~9.50 mm范围内的体积平均温度最高。加热和冷却过程中,2种钢渣集料试件PAC-US、PAC-MS温度均高于PAC-B。将非均质数值模拟结果与室内试验结果对比,二者吻合度较好,用非均质模型模拟微波加热与冷却过程温度具有可行性。

沿海滩涂土壤盐分空间分布的三维随机模拟与不确定性评价

为揭示滨海滩涂地区土壤盐分三维空间分布特点并提供相关技术方法与思路,以苏北海涂围垦区典型地块为例,综合采用三维克里格和随机模拟方法对土体盐分含量的三维空间分布进行估值、模拟与对比分析,并对土体盐分三维分布的空间不确定性进行评价。结果显示,由克里格法得到的土壤盐分空间分布具有明显平滑效应,减小了数据间的空间差异并改变了数据的空间结构;序贯高斯模拟结果整体分布相对离散,突出了原始数据分布的波动性;研究区土壤盐分随深度增加而升高,存在一定次生盐渍化风险;围垦后研究区土壤盐渍化的发生概率已有所降低,轻度盐化土和中度盐化土的高概率区是改良利用的重点区域。该研究表明随机模拟方法能真实地反映土壤属性的三维空间变异特点,其结果亦为围垦区盐渍障碍耕地的治理利用提供了技术对策。

三维随机路面通用模型建立与仿真

为了给虚拟样机仿真分析提供复杂三维路面环境,基于单点FFT路面不平度时域模型,建立了三维FFT随机路面数学模型,并实现了其在Matlab中的仿真;依据三角网格法理论,建立了生成三维路面文件的通用模型,包括节点的生成和单元生成算法,并导入Adams形成所需的三维路面仿真环境。应用上述方法生成C级路面,对所选择的车辆样机进行了行驶平顺性仿真,与GB/T 13441—92标准对比分析得到了该车行驶平顺舒适性的合理时间。

重型车辆三维随机路面道路友好性仿真

基于谐波叠加法和三角网格法的基本原理,建立了三维随机路面数学模型。将车辆轮胎和钢板弹簧视为柔体,橡胶垫块和限位块简化为具有非线性刚度和阻尼特性的力元,建立了刚柔耦合的重型车辆整车多体动力学模型。在SIMPACK软件中将整车虚拟样机和三维随机路面集成,建立了三维随机路面激励下重型车辆行驶动力学模型。利用动载荷系数、95百分位四次幂和力两种道路友好性评价指标对不同行驶速度的重型车辆整车道路友好性进行分析。结果表明:车辆以60～90 km/h行驶在B级和C级三维随机路面时,随着车速的提高,中、后两轴车轮的道路友好性下降,前轴车轮的道路友好性并不随车速的增加而下降,在车速超过80 km/h后,道路友好性开始提高;整车随行驶速度的提高,道路友好性下降,B级路面道路友好性下降幅度较小,C级路面道路友好性下降幅度较大。

水电工程大坝基岩三维随机裂隙岩体灌浆数值模拟

针对目前裂隙岩体灌浆数值模拟主要以单一裂隙或者二维裂隙网络为研究对象,且多未考虑隙宽随机性分布的现状,该文首先利用Monte-Carlo方法构建隙宽服从随机分布且耦合灌浆孔的三维随机裂隙网络灌浆模型;然后采用三维离散元软件(3DEC)模拟多级水灰比浆液在裂隙网络中的扩散过程,并分析压力场、单宽流量场的分布特征。运用该方法模拟某水电站灌浆孔基岩帷幕灌浆过程,结果表明:压力由灌浆孔壁向裂隙内呈非线性衰减,在灌浆孔附近压力衰减速率最快;浆液流量因水灰比的逐级变浓而随着灌浆时间的增加呈阶梯状下降;将模拟灌浆量和灌浆时间与实际值对比,相对误差分别为-17.11%和3.11%,模拟结果与实际值基本吻合,验证了该方法的可用性。

等效源法三维随机点位场数据处理和转换

为了实现曲面随机点位场数据的曲面延拓和转换,以磁异常位场数据为例,采用一组磁偶极子作为等效源,置于观测面下方的一个曲面上,把观测磁异常作为这组磁偶极子所产生磁异常的边界条件,通过求解线性方程组的方法反演磁偶极子磁矩的大小,再根据反演结果正演所要计算的磁异常数据,实现了曲面随机点磁异常位场数据的向上延拓、向下延拓、求导以及化极处理.在数据量较大时,为了提高反演计算的速度,把磁异常数据和磁偶极子分成若干小块,再利用各块磁异常数据分别反演该块数据下方磁偶极子的磁矩,并通过迭代计算来逐步取得更准确的反演结果.模型试验表明,磁异常位场数据向上延拓的均方根误差小于±2nT,向下延拓和化极也可以取得较高的精度,所提出的分块处理方法提高了延拓和转换的速度.实际资料处理给出了曲面随机点航磁异常数据向下延拓和化极的一个例子.

节理岩体的三维随机有限元及可靠度计算

将具有一组节理的三维节理岩体视为横观各向同性材料，考虑岩体的弹模、节理的间距、节理方位、节理刚度系数Ｋ＿ｎ、Ｋ＿ｓ以及节理岩体抗力参数（含岩石和节理面的抗力参数）的随机性，采用Ｒｏｓｅｎｂｌｕｔｈ方法确定弹性参数的统计量，推导出了相应的三维随机有限元及可靠度计算公式，文末计算了某节理岩体边坡的点可靠度，并以此说明了节理间距和节理方位的随机性对可靠指标的影响。

三维随机波浪的数值仿真研究

为快速有效地模拟三维波浪,从海洋学已有的统计观测结果出发,在应用Pierson-Moscowitz随机海浪频谱和SWOP建议的方向函数的基础上,建立了风浪的三维随机波面数学模型,该模型采用多个随机余弦波迭加来模拟的随机波浪曲面,余弦波的随机相位由MATLAB的Rand()函数产生,并分析了分频数和分角数对仿真结果的影响,给出了确定分频数和分角数的原则。最后利用MATLAB实现三维随机波浪仿真和显示。把仿真的最大波高与标准风浪的浪高参考值进行了对比,结果表明,这种方法能快速有效地模拟三维随机波浪。

三维随机海浪的数值模拟

本文首先分析了三维随机海浪的方向谱函数和三维随机海浪的数学模型 ,然后在 MATL AB环境下设计了数值模拟程序 ,并模拟出三维随机海浪的方向谱和三维随机海浪的三维空间模型。

基于有限元模型的三维随机纤维材料微结构设计

为研究三维随机纤维材料服役环境下的力学性能,提高热防护系统安全服役性能和结构寿命。利用有限元建模软件,建立三维随机纤维材料微结构模型,研究其面内和厚度两个方向的三维随机纤维材料宏观力学性能与几何参数(纤维方向、纤维长度和纤维直径)的关系,获得了三维随机纤维材料厚度和面内宏观力学性能演化规律。结果表明:三维随机纤维材料内部偏移纤维比重越大,厚度方向压缩强度就越高,面内方向压缩强度就越低;压缩强度随纤维长度增加呈上升趋势,在0.9 mm左右时达到临界值;压缩强度随纤维直径增加呈下降趋势。该研究结果可为三维随机纤维材料制备提供理论基础。

基于三维随机裂隙网络的坝基多孔分序灌浆数值模拟

大坝基岩内节理裂隙数量众多、分布随机性强。针对裂隙灌浆数值模拟研究现状,在耦合多孔的三维随机裂隙网络岩体灌浆模型的基础上,提出了多孔分序灌浆实现方法,并结合实际工程,进行了考虑隙宽随机分布的裂隙灌浆数值模拟研究,分析了灌浆孔序对浆液扩散压力场和单宽流量的影响规律。通过模拟灌浆量和灌浆时间与实际值的对比分析,验证了该方法的可靠性。

基于虚拟激励法的三维随机路面仿真

通过改进的虚拟激励法原理,在现有二维路面谱的基础上,从空间路面频率谱出发,将之拓展到三维空间内的路面谱,给出模拟随机路面谱的方法。同时,为了给虚拟样机仿真分析提供较为复杂三维仿真路面环境,基于单点FFT路面不平度时域模型,建立了三维FFT随机路面数学模型,并实现了其在Matlab中的仿真;依据改进的虚拟激励法理论,建立了生成三维路面文件的通用模型,包括节点的生成和单元生成算法,并导入Adams形成所需的三维路面仿真环境。应用上述方法生成C级路面.对所选择的车辆样机进行了行驶平顺性仿真,与GB/T 13441—92标准对比分析得到了该车行驶平顺舒适性的合理时间。

三维随机断裂带的航空时域电磁响应数值模拟

传统的均匀分布异常体模型,不能准确描述地下介质的不规则性变化,采用随机介质进行替代,将使电导率这一物性参数更加接近于实际的电导率分布.本文结合地质结构中断裂带特征,采用Von Kármán函数建立三维随机介质模型,通过讨论Hurst指数与自相关长度对三维随机电导率模型建模产生的影响,进行参数优化建立所需的随机介质模型.利用一维傅里叶变换建立三维随机变化的条状断裂带异常体,三维傅里叶变换建立三维随机变化的背景围岩,准确地表征了油气藏断裂带特征.基于时域有限差分方法,实现了磁源激励下的三维随机介质航空时域电磁响应数值模拟.采用均匀半空间模型验证了数值模拟的正确性,分析了随机断裂带与均匀断裂带的电磁响应特征,结果表明随机断裂带可以准确描述地下介质的分布特征,而且与断裂带垂直方向的电磁响应特征清晰地描述了断裂带的倾向、走向与位置,为断裂带结构探测提供了理论依据和技术指导,三维随机断裂带模拟方法同样适用于其它三维随机介质的数值模拟.

堤防渗流场参数敏感性三维随机有限元分析

采用随机有限元分析方法,研究了长江荆南干堤的三维各向异性非均质稳定随机渗流场中的随机参数和随机边界条件对渗流场模拟结果的影响,并进行敏感性分析。通过统计模拟和假设检验,建立并验证了该干堤渗流场内服从独立正态分布的渗透系数张量;讨论了堤防土层的地质结构特性、堤防渗透变形及破坏的特征、堤防渗透参数的敏感性;研究了上、下游水头随机边界条件、垂直防渗边界条件以及减压(导渗)沟随机特性的敏感性。实现了对渗流场的全面随机模拟和分析,得到的结论通过统计检验,并根据实测工程数据对照证明是可靠的。

等效岩体三维随机节理网络模型构建及其在两河口水电站中的应用

节理的存在对水电高陡岩质边坡的力学性质有重要影响,如何构建反映三维节理分布特征的等效岩体计算模型,是分析与评价岩体力学特性的关键.本文基于损伤力学和统计强度理论,在三维岩石破裂过程分析(RFPA^(3D))软件的基础上,提出了一种计算等效岩体三维随机节理网络模型的新方法.首先,基于Baecher模型和Monte-Carlo方法,在RFPA^(3D)软件中实现了三维随机离散节理网络(Discrete fracture network,DFN)模型的重构.然后,利用RFPA^(3D)软件内嵌DFN模型,赋予节理和岩石不同的力学参数,构建了工程尺度等效岩体三维随机节理网络模型,实现了三维随机节理岩体破裂过程、变形和强度等力学性质的分析.最后,以两河口水电站左岸边坡坝址区下游节理岩体为研究对象,验证了三维随机DFN模型的准确性,开展了研究区内节理岩体尺寸效应研究,并获得了研究区内岩体的表征单元体(Representative elementary volume,REV)和等效力学参数.该研究成果为等效岩体力学行为分析提供一种新方法.

三维随机波列的数值反演

本文在数值模拟三维随机波浪的基础上,采用频率方向对应模型,实现了空间平稳的三维随机波列的数值反演。用天然海浪观测资料对其进行的验证表明这一方法是成功的。

虚拟试验三维随机路面的建模

应用于车辆虚拟试验的路面需符合实际路面特性.利用MATLAB编程实现了用于车辆虚拟试验的三维随机路面模拟,并通过功率谱估计和相干系数进行验证.创建了适用于车辆动力学分析软件路面模型的三维路面节点编码通用算法,并利用MATLAB/GUI工具编制了三维随机路面生成软件,可直接生成适用于虚拟试验的路面文件.在随机路面上进行车辆直驶虚拟试验,分析结果表明,车辆在三维随机路面上的虚拟试验结果与在二维路面上有较大不同.

三维随机建模方法及其波场模拟分析

为了更好地描述真实的三维地球介质以及复杂的构造、岩性、裂隙油气藏,推导了基于随机过程的谱分解理论的三维随机建模方法,其中大尺度的非均匀特性描述地球介质的平均特性,小尺度的非均匀特性描述地质模型平均特性之外的随机扰动,通常使用一个均值为0和给定方差的空间随机过程来表征。通过改变自相关长度、均值、方差、模糊度因子这4个统计量,构建了不同自相关尺度下的混合型三维随机介质模型,同时,构建了多尺度的三维随机介质模型和包含构造的复杂三维随机孔洞介质模型,并对双层均匀介质模型和随机孔洞介质模型进行了波场模拟和对比分析。数值模拟结果显示,制作的三维随机介质模型能够更加灵活、方便地描述实际地球介质,有效地模拟复杂非均匀介质的细节,同时,该模型的局部随机扰动可以引起更为复杂的散射波场,影响声波传播速度和波前形状的变化,造成局部波场能量的延时到达。

三维随机Sierpinski地毯电阻的极限

令Ｅｎ为构造三维随机Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ地毯的第ｎ步，记Ｒｎ为Ｅｎ左右两端面之间的有效电阻值，证明了三维随机Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ地毯电阻的极限定理．

三维随机变量在长方体内取值概率公式的一种证明

本文给出了二维随机变量在长方形内取值概率公式的一种新的证明方法,比已有证明直观、易懂,并用这种方法给出了三维随机变量在长方体内取值概率公式的证明.