基于奇异谱分析的CNN-BiLSTM短期空调负荷预测模型

空调负荷的精准预测对建筑空调系统优化控制具有重要意义。为提高空调负荷预测精度,提出了一种基于奇异谱分析(SSA,Singular Spectrum Analysis)的卷积神经网络(CNN,Convolutional Neural Network)和双向长短时记忆网络(BiLSTM,Bidirectional Long Short Term Memory)短期空调负荷预测模型。使用皮尔森相关系数选取与空调负荷高相关性特征。针对空调负荷的波动性和随机性,采用SSA将空调负荷分解为多个分量,同时将各个分量带入CNN-BiLSTM模型进行预测,该模型利用了CNN的特征提取和BiLSTM的双向学习能力,并将各个分量预测结果进行重构。通过不同建筑类型的空调数据对该模型进行验证分析,发现所提出模型在预测办公建筑空调负荷中RMSE、MAPE和MAE为19.47RT、14.72RT和2.33%,在预测商业建筑空调负荷中RMSE、MAPE和MAE为82.5RT、34.21RT和0.87%。结果表明,所提出的模型具有普适性且精度较高,可进行推广应用。

复合运动激励下吊装多体系统振动分析与联合控制

建立了针对吊装系统在复合运动激励下的多体动力学模型,并给出了系统振动抑制的联合控制方法。以回转和变幅角速度为系统输入,分别利用做大范围运动的弹簧质量阻尼系统和空间悬吊系统描述吊臂弹性振动和吊物摆动,基于拉格朗日方程,采用递推列式法推导并给出了吊装多体系统5自由度空间运动方程。分别采用输入整形法和比例微分反馈控制法对吊物空间摆动及吊臂弹性振动进行振动控制,根据系统耦合振动特性,设计了能同时抑制吊臂振动和吊物摆动的联合控制器。系统振动分析及联合控制结果表明,所构建的动力学模型能有效分析回转和变幅复合运动激励下吊装多体系统的动力学特征,相比传统输入整形控制法,所设计的联合控制器对吊装多体系统的振动抑制效果得到较大提升。

土石混合体大型三轴剪切变形特性及模拟方法

土石混合料是山区高填路基工程常见的填筑材料,其剪切变形特性及模拟方法是路基填筑设计的重要依据,但其研究仍存在诸多问题。【目的】为了更全面弄清多因素影响下土石混合体剪切变形特性,建立一种能够模拟土石混合体剪切变形过程的本构模型。【方法】首先,考虑含石量、含水率、岩性和土性等四种因素,采用正交设计试验方法,开展多因素多水平下土石混合体大型三轴剪切试验研究;然后,引入统计损伤力学理论,建立土石混合体轴向损伤模型和轴向损伤演化模型,进而建立土石混合体统计损伤本构模型,给出模型参数的确定方法;最后,将理论模型曲线与土石混合体剪切试验曲线进行比较。【结果】结果显示:土石混合体轴向剪切变形呈明显的阶段性特征;随着含石量由25%增加至70%,内摩擦角由35.5°近似线性增加至46.8°;内摩擦角不随土性和岩性的改变而显著变化;随着含水率由0增加至5%,内摩擦角由40.2°增加至42.4°,但随着含水率持续增加至试样饱和,内摩擦角逐渐减小至36.8°;此模型能够较好地模拟不同围压条件下土石混合体应力-应变试验曲线。【结论】结果表明:随着围压的增大,应变类型由软化型不断向硬化型转变,体应变由剪胀型不断向剪缩型转变;土石混合体内摩擦角的影响因素主次排序为含石量→含水率→岩性→土性;统计损伤理论能够应用于阐释土石混合体变形力学特性。

三轴压缩下岩石／混凝土的三维细观损伤模型

考虑三轴压应力作用下的无限大体深埋椭圆形裂纹的变形场,给出了闭合椭圆形微裂纹的能量释放率.采用能量平衡方法分析了闭合椭圆形微裂纹的扩展条件,得到了代表性体积单元中具有任意空间取向的单个闭合椭圆形微裂纹及其扩展引起的附加柔度张量.分析了闭合椭圆形微裂纹的偏折扩展,得到了微裂纹偏折扩展引起的附加柔度张量.采用Taylor方法考虑微裂纹系统对代表性体积单元变形的影响,引入概率密度函数,得到了三轴压缩下岩石/混凝土的三维细观损伤模型.分析了混凝土的单轴压缩特性,结果表明该模型能够很好地描述实验现象.

三轴加载下盐岩蠕变损伤特性的研究

基于不可逆热力学,采用内变量刻划岩石材料的不可逆变形历史,引入四阶损伤张量,建立了盐岩的蠕变损伤本构模型,对盐岩在复杂应力条件下的蠕变行为进行了描述,与实验结果比较表明该模型能较好的描述盐岩不同阶段的蠕变行为及其主要因素对盐岩蠕变特性的影响。

深埋椭圆形片状裂纹的偏折扩展

基于无限大弹性基体深埋椭圆形片状裂纹的变形场,推导了椭圆形片状裂纹的能量释放率,采用能量平衡方法建立了椭圆形片状裂纹承受拉应力和剪应力时的复合断裂准则.考虑裂纹在拉-剪应力作用下的偏折扩展,分析了裂纹的偏折方向,提出了椭圆形片状裂纹发生偏折扩展时的初始偏折位置的确定方法.

复杂应力下脆性岩石材料的微裂纹损伤特性

基于无限大体深埋平片状椭圆形裂纹的变形场及其扩展条件,分别推导了脆性岩石材料内部具有任意空间取向的单个张开型或闭合型椭圆形微裂纹及其扩展引起的附加柔度张量;考虑微裂纹系统对材料变形的影响,引入了概率密度函数,得到了任意应力状态下脆性岩石材料的宏细观损伤模型;分析了椭圆形微裂纹的短长轴比率对材料损伤的影响。计算结果显示:材料损伤随着短长轴比率的增大而增大,短长轴比率对材料损伤的影响会随着载荷的增大而提高。将本文模型应用于混凝土的单轴拉伸和花岗岩的单轴压缩,结果表明本文模型能够对实验现象给予很好地解释。

X80管线钢动态断裂分析的落锤撕裂实验与有限元模拟

已有的不同类型落锤撕裂实验数据表明,高钢级管线钢的单位断裂能和裂尖张开角依赖于断裂速度。本文进一步确定了其依赖关系是由断裂韧性而非试件几何差异所引起,并且定量分析了基于断裂准则所定义的断裂韧性与断裂速度之间的关系。利用所提出的黏结本构法则分别对X80管线钢标准试件和修正试件的落锤撕裂实验进行了三维有限元模拟,并将有限元结果与实验结果进行了对比。结果表明:有限元计算的加载曲线、断裂速度、裂尖张开角与对应的实验结果吻合较好,故本文提出的黏结本构法则能较好地应用于X80管线钢的动态断裂分析;标准试件的断裂韧性高于修正试件的断裂韧性,而标准试件的断裂速度则低于修正试件的断裂速度;七次有限元计算结果都表明断裂韧性随稳态断裂速度的增大而减小,且二者的关系可以由本文提出的自然指数函数进行描述。

工科专业弹性力学课程教学探讨

提出了对工科专业弹性力学课程教学的具体建议,以提高学生对弹性力学课程的学习积极性和主动性。针对不同专业合理选取教学内容,在教学环节中注重引入工程实例,注重解题思路、多学科结合教学以及综合考核学生应用能力。

有限大平板中心裂纹应力强度因子分析

有限大矩形平板的应力强度因子依赖于试件的几何尺寸,布朗等人提出的经验公式未讨论其适用范围和计算误差.利用有限元分析程序,计算了不同几何尺寸下有限大矩形平板中心裂纹的应力强度因子.分析了矩形平板的板宽和板长对应力强度因子的影响,计算结果显示应力强度因子随板宽和板长的增大而增大.将有限元计算得到的修正系数与布朗、费德森、狄克逊等人给出的修正系数进行了对比,并讨论了布朗、费德森、狄克逊给出的修正系数的计算误差.有限元结果与3种经验公式的计算结果的对比表明,费德森解的计算精度最高.当裂纹长度对板宽的占比低于20%时,狄克逊解优于布朗解;当裂纹长度对板宽的占比高于20%时,布朗解优于狄克逊解;当裂纹长度对板宽的占比达到40%时,狄克逊解不再适用.

基于有限元模拟的盘县盆地煤层气分布研究

对黔西地区盘县盆地的构造应力场进行了有限元计算,探讨了该地区的煤层气富集区域.有限元计算结果表明,盘县盆地最大主应力集中的区域主要出现在土城向斜、照子河向斜的东南部以及旧普安向斜的东部,Mises应力集中的区域与最大主应力集中的区域基本重合.最大主应力集中的区域通常是煤层气富集较集中的区域,建议在盘县盆地的煤层气开发中重点对这几个区域进行地质勘探.

三轴压缩下岩石类材料的细观损伤–渗流耦合本构模型

岩石类材料的微缺陷主要有微裂纹和微孔洞,当压力水渗透到微裂纹中时,可在微裂纹上产生附加张开应力。利用叠加原理,对计及微裂纹内水压力的岩石类材料在三轴压缩应力下的响应特性进行分解。考虑无限大体深埋椭圆形裂纹在远场三维压缩应力下的变形、扩展和偏折,得到代表性单元中任意空间取向的单个闭合椭圆形微裂纹及其偏折微裂纹引起的附加柔度张量。假设三轴压缩下,代表性单元渗透特性变化主要取决于偏折微裂纹扩展所引起的法向开度变化,结合达西定律和立方定理,推导出单个偏折微裂纹的附加渗透张量表达式。采用Taylor方法考虑微裂纹系统对代表性单元变形和渗透性影响,利用概率密度函数得到三轴压缩下岩石类材料的三维细观损伤–渗流耦合本构模型。数值计算表明采用本模型的计算结果与试验结果吻合较好。

三轴压缩下层状盐岩体细观损伤本构模型

基于层状盐岩体的结构特征,引入已有细观损伤本构模型描述盐岩相的响应特性,运用混合物理论推导得到适合于描述层状盐岩体在三轴压缩过程中损伤演化特性的层状盐岩体细观损伤本构模型,对云应层状盐岩三轴压缩进行计算,分析围压对盐岩所受等效附加侧向应力的影响。计算结果表明,该模型能较好地描述试验现象,其结果对深部盐岩油地下储存和层状盐岩体内的油(气)储库的稳定性分析具有重要意义。

列车用V型格栅气粒分离特性的数值模拟

采用多流体模型,即把颗粒相作为连续介质,同时考虑颗粒相对流体相的影响,根据该V型格栅的实际使用条件设定了对应参数,使用欧拉系下k-ε双方程模型模拟出含尘气流通过V型格栅时的气粒分离特性。计算了V型格栅内气粒两相流动,从而揭示了其内部气相压力场的分布与颗粒相浓度场的基本特征。并将模拟结果和试验结果作了比较和分析,阐明了利用CFD技术在工程设计实施前或产品生产(改造)前预测方案的实际效果与产品性能的可行性。

改进冷水机组经验模型在实际应用中的适用性评价

冷水机组经验模型在建筑能耗模拟、空调系统优化、故障检测与诊断等方面发挥着巨大的作用。为解决冷水流量在实际工程中可能无法准确测量的情况,本文对QHP模型进行改进,使用冷水压差平方根代替原有模型中冷水流量,改进后的模型称为SQHP模型。使用实际工程的数据和最小二乘法计算模型的回归系数,使用变异系数(CV)、相对误差(φ)、F1评分(H)对冷水机组模型进行综合评估,并将SQHP模型与BQ模型、MP模型、QHP模型进行比对。结果表明:SQHP模型在实际工程的3台冷水机组训练集上CV值分别2.573%、2.487%、1.791%;H值分别为0.496%、0.561%、0;验证集上CV值和H值都在5%以内,与其余3个经验模型精度相差不大。因此该经验模型适用于实际工程。该研究结果可为工程师在实际工程中选用离心式冷水机组经验模型提供参考。

基于等效简化模型的柔性吊装多体系统动力响应分析

针对大型吊装多体系统在回转作业时的刚柔耦合动力学行为,开展了简化模型构建和动态响应分析。利用等效弹簧质量阻尼系统描述吊臂臂头弹性振动,利用空间悬吊系统模拟吊物空间摆动;以浮动坐标系对系统各部件开展运动学描述,基于拉格朗日方程,采用递推列式推导并建立了吊装多体系统的等效简化分析模型,并给出相应数值计算方法。针对某大型轮式起重机开展了仿真分析,通过与实测数据对比分析表明,简化模型能较好地评价柔性吊装多体系统的非线性动力学行为;对柔性臂架振动频谱分析表明,在轻载长绳状态下,吊臂振动幅值受吊物偏摆激励和自身惯性激励的共同影响,但在重载短绳状态下,响应幅值主要取决于吊物偏摆激励,且系统刚柔耦合效应明显增强。

岩石流变损伤本构方程

根据岩石材料的微结构机理,基于简单机械模型,通过在不可逆应变和牛顿时间所构成的空间中合理的定义广义时间、引入四阶各向异性损伤张量,建立了岩石的流变损伤本构方程。该模型能够考虑复杂应力状态下材料的响应特性,各向异性损伤及其损伤的方向特征,静水压力的影响等。发展了相应的数值分析方法,并根据泥岩三轴蠕变试验结果进行了验证。

计及刚柔耦合效应的回转吊装多体系统振动主动控制

针对吊装多体系统,建立了考虑刚柔耦合效应的动力学模型,并提出了抑制系统振动的双模输入整形控制法。分别利用等效弹簧质量阻尼系统和空间悬吊系统模拟了吊臂弹性振动和吊物空间摆动,结合递推列式和浮动坐标系对各部件开展运动学描述;基于拉格朗日方程,推导并建立了计及多体吊装系统刚柔耦合效应的动力学模型。同时对某大型轮式起重机进行了动态响应分析,并与实测结果对比验证了模型有效性。根据耦合系统振动特性,设计了能同时抑制吊臂振动和负载摆动的双模零阶振(ZV2)输入整形器和双模零阶振微分(ZVD2)输入整形器。通过振动控制分析得到:对于大型柔性臂架系统,双模输入振型控制法的振动抑制效果相对于传统单模输入整形法得到了极大提升,ZVD2整形器作用下系统的残余振动幅值低于5%。

基础力学课程思政协同育人路径探讨

课程思政实施的载体是课程,实施的关键在教师。针对专业课程思政协同育人现状中专业教师思政育人意识不强、基础力学课程思政育人思路不清的问题,围绕如何增强教师思政意识及思政能力、如何有效利用现代化信息与教育技术、如何将OBE教育理念融入基础力学教学进行思政育人三个方面,提出具体的操作路径,以提高专业教师在思政育人方面的能力,发挥基础力学课程的思政育人功能。

多孔岩体蠕变诱发延迟压实局部化失稳特性

针对多孔岩体蠕变诱发的延迟压实局部化失稳问题,提出了一种基于弹黏塑性及可控性理论的压实局部化失稳判别准则。通过构建局部常微分方程系统,定义定常外部摄动条件下的弹黏塑性本构算子,用于识别自发传播压实局部化带内的不稳定加速变形。通过检查方程系统的可控性损失,得出了多孔岩体压实局部化的失稳指数。基于弹黏塑性本构模型,分析了平面应变条件下多孔岩体中的拟瞬时和延迟压实局部化,对所提出的失稳指数进行验证。进一步地,利用有限元数值模拟,验证了该失稳指数在分析边值问题中延迟压实局部化失稳的适用性。