基于GPD理论和百分位数阈值法的轮轨力极值估计与动力系数研究

在高速铁路无砟轨道结构设计和检算时,列车荷载设计值是关键的设计参数之一。基于GPD理论,研究全波段不平顺激励下的轮轨力极值估计方法,并与脉冲激励下的结果对比,为无砟轨道结构设计和相关规范的完善提供依据。结果表明:采用百分位数法选取阈值时,应对样本分簇以提高样本之间的独立性和轮轨力极值估计的精度;提出结合百分位数阈值的形状参数筛选法进行轮轨力极值估计,确定了每簇样本量大小和形状参数区间;样本量宜取3×10^(5)~5×10^(5)个,百分位数阈值宜取50%~98%,且以轮轨力极值估计值的均值作为最终的轮轨力极值估计值;列车速度为250~400 km/h的列车荷载设计值动力系数分别为2.2、2.4、2.6和2.8。

利用DQCT实现2018年8月超历史极值暴雨的高质量模拟

构建较全面的双级质量控制技术(DQCT).利用中尺度天气预报模式(WRF)对2018年8月下旬华南地区一次超历史极值的暴雨过程进行高分辨率数值模拟,并用DQCT评判暴雨的模拟效果.结果表明,在暴雨形势背景场中用WRF成功模拟大尺度季风风场、西南暖湿气流与低压交汇过程,并准确复制了造成高潭镇极端降雨的中尺度对流系统.总降雨量中的中γ尺度极值暴雨中心模拟得较为准确.该模式在24 h降雨量模拟中成功复制了暴雨中心的演变过程;在6 h降雨量模拟中较好地再现了中γ尺度雨带的演变过程.在暴雨重灾区高潭镇1 h降雨量演变过程的模拟中,总体降雨趋势与实况吻合较好.定性分析结果同步得到定量指标的验证.

基于双层极值法的储能系统锂离子电池均衡实验设计

储能系统初始参数和运行环境的差异性,会导致电池单体荷电状态(state of charge,SOC)的不一致性,降低储能系统能量利用率。为解决上述问题,设计了基于双层极值法的锂离子电池均衡实验。采用耦合电感与Flyback变换器搭建均衡系统双层架构,建立电池组端电压、均衡电流及占空比间的关联特性;以储能电池端电压作为均衡目标,提出基于双层极值法的锂离子电池快速均衡方法;搭建电池均衡实验教学平台,设计充放电及静置均衡实验,通过仿真分析和实验数据验证所提方法的有效性。该教学实验将理论知识、实验操作及数据分析相结合,有助于提升电气工程专业相关课程实验的质量和效果。

基于极值理论的地基增强系统完好性评估方法

针对地基增强系统(Ground Based Augmentation System,GBAS)完好性风险事件的极端性而导致的无法通过风险事件发生频率评估系统性能的问题,提出一种基于极值理论的GBAS完好性评估方法。根据机载端(位置域)输出的位置误差和保护级计算安全系数,并利用区间极大值模型对安全系数进行建模描述以获得其分布模型;利用极大似然法估计安全系数模型参数,进而利用模型外推法计算GBAS完好性风险值。给出GBAS完好性评估流程,并利用GBAS系统进行了验证实验。研究结果表明:对于C类GBAS进近服务而言,基于全球定位系统(Global Position System,GPS)增强GBAS和基于北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)增强GBAS可用性均大于99.9999%;对于F类GBAS进近服务而言,BDS GBAS可用性能要优于GPS GBAS;根据7 d观测数据外推得到的GPS GBAS垂直和侧向完好性风险值分别为4.557×10^(-8)/进近和5.152×10^(-8)/进近,BDS GBAS垂直和侧向完好性风险值分别为1.612×10^(-7)/进近和1.823×10^(-7)/进近,满足航空器终端区I类进近与着陆导航性能需求。

车辆-轨道系统动力极值预测及可靠度计算

为从车辆-轨道系统的动力极值预测及其可靠度计算角度分析车辆系统行车安全、衡量系统可靠程度,基于车辆-轨道耦合动力学及概率理论,提出一种车轨系统动力极值预测及可靠度评估方法。首先,基于轨道不平顺概率模型,采用轨道不平顺累计概率谱确定具有不同激振能量的随机不平顺序列;依据离散Parseval定理,建立轨道不平顺时域序列和功率谱间的对应关系;将轨道不平顺概率模型与车辆-轨道耦合动力学模型相结合,从随机动力计算中提取车辆-轨道的动力极值及可靠度信息;随后利用车辆-轨道耦合动力模型及二维插值算子,根据谱线能量关系实现动力极值预测;此外,基于此系统激励输入与响应输出间的概率等效性,导出了动力极值的可靠度计算式。以实测的轨道不平顺和车体加速度数据及4种类型不平顺在不同累计概率下的谱组合计算得出的轮轨横向力和钢轨垂向位移的计算结果为样本,与预测结果进行对比。研究结果表明:计算时程的分布趋势基本与实测时程一致,动力极值预测结果与实际的动力计算结果较为接近。由于轨道不平顺随机性的存在使得车辆-轨道系统的动力响应存在随机离散及方差特征,但通过轨道不平顺的幅频及能量特性预测车辆-轨道系统的动力极值的方法是较为可行的。

矩形上全组合偏差的极值问题

根据Kalaj在圆环上给出的全组合偏差定义,给出了矩形上全组合偏差和组合偏差的定义.同时,在从矩形到矩形上并保持端点的所有同胚映射类中,分别考虑了组合偏差和全组合偏差的极值问题,利用面积长度方法和均值不等式证明了仿射映射为此两类极值问题的唯一解.该结果推广了相关文献的结果.

基于导数张量的多元函数极值点判定

针对多元函数极值点判定问题,定义了多元函数的导数张量,给出了张量形式的多元函数带皮亚诺余项的泰勒公式,提出了基于张量的最大和最小Z特征值对多元函数极值点进行判定的方法.

开圆孔波纹夹层板单向拉伸状态的应力极值优化求解

[目的]旨在研究开圆孔无限波纹夹层板单向拉伸状态的应力分布,寻求最不利开孔位置。[方法]采用ANSYS软件子模型方法计算不同开孔位置的应力分布,并用ANSYS软件提供的零阶优化设计方法寻求最大应力集中系数时的开孔位置。[结果]开孔附近的应力分布与网格划分密切相关,最大应力总是出现在芯层板上。开圆孔无限波纹夹层板单向拉伸状态的应力集中系数普遍大于3,最大可达4.104。[结论]先整体模型再子模型的应力极值优化分析过程既可以节省计算时间,又可得到较高计算精度,提高优化效率。

基于极值熵值法的全国区域经济韧性特征研究

本文以2015—2019年全国31省(市、区,不包含港澳台)的面板数据为研究样本,分析全国区域韧性分布状况。首先,结合理论依据,建立区域经济韧性的评价指标体系。然后,运用极值熵值法对区域经济韧性进行测度评价。最后,分析区域韧性现状得出:我国各地区经济韧性评价值呈现“东部-中部-西部—东北”依次递减格局;珠三角、长三角、首都经济圈经济韧性始终保持引领地位并逐渐增强。

磁悬浮轨道梁均匀温度及温差分量极值研究

与一般公铁桥梁不同,磁悬浮轨道梁的温度场会受到周围磁场与功能件升温的影响。由于我国规范暂未对磁浮轨道梁均匀温度和温差分量的极值作出明确规定,研究具有概率保证的温度分量代表值具有重要意义。根据长沙磁浮运营线某混凝土箱梁1年多的现场温度监测数据,分析梁体均匀温度与竖向等效线性温差的时变特征。研究分别采用单变量线性回归法(ULR法)和梯度提升回归树法(GBRT法)建立基于气象因素的结构温度分量预测模型,对比发现GBRT法不仅能提高均匀温度的预测精度,还能克服ULR法无法预测竖向等效线性温差的局限性。而后将1960—2019年的长期气象数据输入到建立好的GBRT预测模型中,得到磁浮箱梁各温度分量60年的长期预测值,经整理后得到均匀温度和竖向等效线性温差的日极值、年极值样本。结合最大熵极值模型和Fourier函数得到各温度分量的日极值时变曲线,对年极值样本建立最大熵模型并确定百年重现期下的温度分量代表值。研究结果表明:磁浮箱梁均匀温度呈现以年为周期的季节性变化,竖向等效线性温差受太阳辐射影响,呈夏季高、冬季低的特点;百年重现期下磁浮箱梁均匀温度和竖向等效线性温差的代表值分别为44.4℃、8.6℃。该方法结合GBRT算法和最大熵极值模型,解决了极值分析中年极值样本不足的问题,结果可为磁浮轨道梁的温度变形设计提供参考。

采用改进等价极值法的钢网架动力可靠性分析

为比较动力作用下航站楼钢网架结构可靠性的空间分布差异,基于等价极值原理中的极值(P),推导并改进了以逼近极值(ΔPi)为特征变量的结构失效概率计算方程。结合某机场航站楼钢网架优化案例,数值模拟分析了指廊钢屋盖在不同有效峰值加速度(effective peak acceleration,简称EPA)作用下的结构可靠性变化规律,总结了改进等价极值法在预测结构失效时的优越性。结果表明:利用改进等价极值法得到的结构失效概率上下界曲线能准确表征不同EPA作用下结构失效的“三阶段”变化趋势,且计算阈值区间随EPA增加而收敛,并在EPA大于0.22 g时趋于0;在结构设计优化指标满足规范要求时,改进等价极值法既能有效预测其可靠性变化趋势又具有较高预测精度;指廊结构区段内的支座节点失效概率与整体失效概率接近,EPA小于0.295 g时误差不超过4%,可通过监测代表节点实现结构整体可靠度监测。

基于插值修正ACER的脐带缆响应短期极值预测方法研究

针对脐带缆在随机载荷作用下其响应难以准确预测的问题,本文提出了一种基于插值技术与平均条件超越率(average conditional exceedance rate,ACER)的海洋脐带缆响应极值预测方法。构造随机波浪荷载作用下脐带缆结构响应的数值模型,获取脐带缆关键位置处的张力与曲率响应时程数据。分别求解张力和曲率时间序列对应的1~4阶ACER函数值,选取合适阶数的ACER函数,采用三次样条插值与B样条插值技术对平均条件超越点的尾部区域进行插值。对插值曲线外推,实现在不同超越概率下脐带缆的结构响应极值预测。本方法适用于非独立同分布下的海洋脐带缆张力与曲率响应数据的极值预测,并利用Gumbel极值分布模型进行对比,讨论并验证本文所提方法在海洋脐带缆响应极值预测中的适用性。

图的Nirmala指数的极值

自图的第一个拓扑指数被定义以来,研究者们给出了许多种拓扑指数的定义,这些拓扑指数被广泛地应用于化学、生物、网络科学等相关学科。近年来,研究者们给出了图的Nirmala指数的定义,得到了Nir-mala指数的数学性质以及Nirmala指数与其他拓扑指数之间的关系。通过定义图的运算来研究Nirmala指数的极值,利用辅助函数确定了树的第二大Nirmala指数,在得到了若干图类的Nirmala指数的界的同时,完全刻画了具有这些界的极图,并利用Karamata不等式确定了单圈图类中Nirmala指数的极值。

随机变量极值函数的分布及数字特征

讨论了服从几何分布和指数分布的二维随机变量极值函数分布及数字特征等相关问题.除了都具有无记忆特性,服从几何分布和指数分布的随机变量的极值函数也具有分布结构相似的特点.给出二维随机变量的极值函数的期望和方差的计算公式,并且和协方差的定义做了比较.

基于地区线性矩法的四川省24 h极值降雨频率分析

为探究四川省24 h极值降雨在不同重现期不同频率下的时空分布特征,采用地区线性矩法划分四川省水文气象一致区,确定最优拟合线型,并验证地区线性矩法在站点稀疏地区的适用性,随后估计四川省24 h不同重现期降雨频率值,分析其时空分布特征。研究结果表明:(1)四川省可划分为40个水文气象一致区,经线型拟合优度检验,主要线型为GLO、GEV和GNO,其中川西高原地区的最优线型大多为GLO,盆地区域的最优线型大多为GEV。(2)地区线性矩法在站点相对稀疏的川西高原地区具有良好的适用性。(3)四川省内不同地区24 h极值降雨空间分布十分不均,同一重现期下不同地区降雨频率估计值的最大值可达最小值的10倍。

基于极值外推的特种车辆疲劳耐久性多轴载荷谱编制

非道路特种车辆服役载荷谱是整车结构耐久性的关键,为此提出基于极值外推的特种车辆疲劳耐久性多轴服役载荷编制方法。考虑到多轴载荷谱外推时的载荷通道之间具有相位关系,开展以临界平面损伤参量为基础的多轴载荷等效合成研究;构建极值超出量服从广义Pareto分布的多轴外推模型。利用等效合成载荷谱进行载荷外推,将基于等效合成系数获取的外推量分配到每个载荷通道上,实现考虑相位关系的多轴载荷外推。以典型工况下特种车辆的轮端六向力信号为研究对象进行多轴外推,并对比外推前后的载荷谱与采集载荷谱通道之间的相位关系、穿级计数、雨流计数和功率谱密度。研究结果表明:基于极值外推的特种车辆整车疲劳耐久性多轴载荷编制,可以实现在相同典型工况下多轴载荷谱的有效预测。

基于聚类最小二乘法和斜率相结合的极值点延拓方法

针对经验模态分解法(empirical mode decomposition,EMD)对信号进行去噪处理中可能产生的端点效应问题,提出一种聚类最小二乘与斜率相结合的极值点延拓方法。该方法充分考虑了噪声对延拓方法的影响,利用聚类最小二乘法描述全局极值点的变化趋势,并结合信号的边界局部特征来确定延拓点的坐标信息。通过对仿真信号和陀螺仪实例信号展开研究,利用相似系数、均方根误差和正交性水平等指标对算法性能进行评价。实验结果表明:所提出的方法可以有效地抑制EMD端点效应,最大限度地避免了端点效应对中间数据的污染,从而提高了信号去噪的准确性和可靠性,为EMD在信号处理中的应用提供了一个可行且有效的解决方案。

浮式平台运动加速度短期极值快速预报方法

提出一种基于浮式平台运动响应幅值算子(RAO)的频域方法,对浮式平台上任意位置加速度短期极值进行快速预报。假设浮式平台为刚体,通过运动互相关函数与运动谱密度函数的转换关系得到运动谱传递关系;从浮式平台重心运动谱快速转换得到任意点加速度谱,基于谱分析方法得到短期极值预报结果;对一艘浮式生产储油船(FPSO)船进行加速度短期极值预报,采用时域计算结果对该方法的准确性与有效性进行验证。研究结果表明,所提预报方法预报精度良好,同时具有极高的预报效率,能满足工程应用需求。

基于形态学的极值提取在海工信号处理中的应用

动力响应信号的局部极值提取对循环荷载下海洋工程结构健康诊断具有重要意义。为解决传统局部极值提取方法效率低和适用范围有限等问题,基于数学形态学提出一种可用于复杂海洋工作环境中海工结构动力响应信号局部极值提取方法,利用形态学膨胀算法与探针配合实现对具有强随机性特征的海工结构动力响应信号进行局部极值提取。通过大直径单桩冲刷试验数据分析对算法进行了验证,并基于该方法对单桩动力响应规律进行研究。结果表明:基于形态学的局部极值提取方法能准确提取海工结构响应信号的局部极值,运用该方法分析得到的大直径单桩动力响应统计值可反映结构在波浪作用下的冲刷阶段发展历程。该方法可为海洋工程结构动力响应信号处理和海量监测数据自动化分析提供新手段,也为海工结构桩基础冲刷监测提供了新思路。

基于极值搜索的柴油机空气系统模型预测控制

针对配备可变截面涡轮增压器(VGT)、高压废气再循环(EGR)和进气节流阀(TVA)的柴油机进气歧管压力、涡前压力和EGR率多目标跟踪控制问题,提出一种权重系数自学习的扩张状态模型预测控制(MPC)算法.首先,基于柴油机的简化运行机理,提出了三入三出线性变参数预测模型;其次,为补偿因模型与发动机之间偏差造成MPC性能劣化问题,将其等效为3个控制通道的总扰动,并采用扩张状态观测器(ESO)进行快速在线观测和补偿;最后,引入极值搜索算法,对MPC权重系数进行缓慢优化整定,仿真结果表明:在1800 r/min油门开度以最大开度10%的步长向上和向下连续阶跃工况下,对比涡前压力控制,瞬态上升时间相同时本算法超调量比较参数全局优化的比例-积分-微分控制(PID)算法降低30.7%.台架试验中,世界统一瞬态循环(WHTC)动态驾驶循环中进气歧管压力和EGR率跟踪误差IAE(绝对误差积分)值比较传统PID算法分别降低28.3%、17.5%.