煤的非均匀势阱分布及其对甲烷吸附/解吸的影响

为了研究煤的非均匀势阱分布及其对甲烷吸附/解吸过程的影响,在吸附科学和分子动力学理论基础上建立了非均匀势阱模型。该模型可以表征煤的吸附/解吸性能以及精确计算出煤体内不同势阱所对应的势阱数量。为了验证非均匀势阱模型对煤的吸附/解吸性能方面的表征能力的准确性,将其与Langmuir模型分别对甲烷吸附/解吸过程进行拟合,再将拟合数据和等温吸附线的相关系数分别进行比较。结果表明,非均匀势阱模型在表征煤体的吸附/解吸性能方面更优。在研究煤体内的势阱分布时,发现煤在不同温度压力下对甲烷的吸附/解吸过程中,煤体内的势阱分布出现明显差异。在分析煤的势阱规律时,发现在吸附阶段煤体内的势阱数量比解吸阶段多,但解吸过程中煤的平均势阱深度比吸附过程大。并且平均势阱深度随着煤阶的降低而降低。在吸附阶段势阱数量集中在某个势阱深度的范围内,但在解吸阶段势阱数量的分布相较而言就更分散。在同一温度下,势阱数量随着煤阶的降低而减少。从势阱分布来看,在相同温度下,高煤阶煤的势阱分布方差明显比低煤阶煤的势阱分布方差要大得多。温度上升会使得平均势阱深度随着温度的升高而下降。对于同一煤阶而言,温度的变化对5~15 kJ/mol内的势阱深度影响更大,且这种现象在低阶煤中更为明显。研究发现,势阱深度较大的势阱更能抵抗温度变化对其产生的影响。在煤体加热或加压过程中,甲烷吸附/解吸率的非线性变化是由势阱的不均匀性引起的。

基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙分布识别研究

为了实现煤裂隙多尺度分布特征的高精度,高效率识别,开展基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙多尺度分布特性识别方法研究。利用工业CT扫描系统收集大量煤原始CT数字岩心信息阵列,将CT数字岩心信息阵列低损转换成二维灰度图像,再分割成不同尺度的正方形图像并将其图像亮度增强为不同级别作为训练样本,然后通过Matlab平台实现了用于含CT裂隙图像识别的AlexNet,ResNet-18,GoogLeNet,Inception-V3四种模型的构建与模型参数的优化。研究在不同数量训练样本下不同模型训练的识别准确率与验证准确率;研究在相同训练样本下不同模型对于不同尺度和亮度图像的准确率、计算效率和训练时间,获得适用于计算含裂隙的二维CT图像的分形维数的最优模型,再按照盒计维数的统计方法,计算每张裂隙图像的分形分布特性,并与传统二值化方法和人眼识别方法相对比,验证了基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙多尺度分布特性识别方法的适用性,结果表明:①ResNet-18模型在图片样本为亮度4,尺度为3.5~21 mm时是适用于计算含裂隙的二维CT图像的分形维数的最优模型,该模型计算二维CT裂隙图像的分形维数精度高,且训练时间短。②基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙多尺度识别方法与传统二值化方法相比,识别连通性裂隙的速度快、精度高、不易受煤中杂质的影响。

基于频率-波数分析的激光Lamb波传播特性试验研究

Lamb波的频散和多模态特性,使得利用Lamb波信号的时域或频域特征实现缺陷的定量检测具有一定的困难。提出了一种在频率-波数内分析激光Lamb波传播特性的方法。基于全光学型激光超声检测系统,脉冲激光在固定位置激励,连续激光一维线扫描接收,获得时间-空间波场信号,可直观地显示激光Lamb波信号的传播特性以及激光Lamb波与缺陷之间的作用规律。采用二维傅里叶变换将波场信号从时间-空间域转换到频率-波数域,可有效识别信号中包含的各模态信息。为了保留空间信息,借鉴短时傅里叶变换的思想,采用短空间二维傅里叶变换得到沿扫描路径上波数的分布,从中可直观看出缺陷的位置。采用带通滤波结合连续小波变换的方法对短空间二维傅里叶变换的结果进行了优化。分别在有、无缺陷铝板中进行了试验研究,试验结果验证了该方法的有效性。

HRRP稀疏自编码器深层特征与散射中心特征的关联性研究

利用稀疏自编码器网络对典型目标一维高分辨距离像(high resolution range profile,HRRP)进行了学习训练,基于各层权重系数矩阵定义了一种综合权重系数,通过综合权重系数和降维特征与散射中心特征的对比分析,发现稀疏自编码器深层特征与散射中心特征之间具有一定的关联性,并对综合权重系数和深层降维特征的物理意义进行了解释。首先针对HRRP构建稀疏自编码器网络,经过深层学习后获取训练后的权重系数和降维后的特征,并与散射中心的位置特征和强度分布特征进行关联性分析。结果表明,综合权重系数矩阵为与散射中心密切相关的类字典系数矩阵,反映了距离域强散射中心位置随角度变化的可能的分子集;降维特征能够实现对强散射中心的学习和提取,反映了强散射中心位置和强度随角度的变化。最后分析了网络训练层数和降维维数对学习训练结果的影响,可指导后续网络参数的选择。文章首次针对雷达HRRP数据开展深度学习特征的可解释性研究,为后续深度学习在雷达数据处理中的广泛应用提供了有益的导引。

Quantitative Rectangular Notch Detection of Laser-induced Lamb Waves in Aluminium Plates with Wavenumber Analysis

It is difficult to quantitatively detect defects by using the time domain or frequency domain features of Lamb wave signals due to their dispersion and multimodal characteristics.Therefore,it is important to discover an intrinsical parameter of Lamb waves that could be used as a damage sensitive feature.In this paper,quantitative defect detection in aluminium plates is carried out by means of wavenumber analysis approach.The wavenumber of excited Lamb wave mode is a fixed value,given a frequency,a thickness and material properties of the target plate.When Lamb waves propagate to the structural discontinuity,new wavenumber components are created by abrupt wavefield change.The new wavenumber components can be identified in the frequency-wavenumber domain.To estimate spatially dependent wavenumber values,a short-space two-dimensional Fourier transform(FT)method is presented for processing wavefield data of Lamb waves.The results can be used to determine the location,size and depth of rectangular notch.The analysis techniques are demonstrated using simulation examples of an aluminium plate with a rectangular notch.Then,the wavenumber analysis method is applied to simulation data that are obtained through a range of notch depths and widths.The results are analyzed and rules of the technique with regards to estimating notch depth are determined.Based on simulation results,guidelines for using the technique are developed.Finally,experimental wavefield data are obtained in aluminium plates with rectangular notches by a full noncontact transceiving method,i.e.,laser-laser method.Band-pass filtering combined with continuous wavelet transform is used to extract a certain frequency component from the full laser-induced wavefield with wide band.Shortspace two-dimensional FT method is used for further processing full wavefield data at a certain frequency to estimate spatially dependent wavenumber values.The consistency of simulation and experimental results shows the effectiveness of proposed wavenumber method for quantitative rectangular notch detection.

基于空间-频率-波数法的梁中分层缺陷定量检测

为了描述梁中Lamb波的传播特性并对梁中的分层缺陷进行定量检测,以铝梁为研究对象,分别从有限元仿真和试验两方面进行研究。采用基于Matlab和ABAQUS相结合的方法,构建含分层缺陷的铝梁三维有限元仿真模型。通过提取覆盖缺陷的矩形区域接收点的时域信号,对铝梁中Lamb波与分层缺陷的作用规律进行分析。讨论对称边界和自由边界两种条件下,波场幅值分布的一致性与差异性,并得到了入射波幅值在梁宽度方向上的变化规律。同时,搭建EMAT/激光检测系统对有限元仿真结果进行验证,发现二者具有良好的一致性。针对接收波形中复杂的时域信息,采用空间-频率-波数法对铝梁中的分层缺陷进行定位和定量评估。研究结果表明,从仿真和试验分析,采用空间-频率-波数法对铝梁中分层缺陷的测量误差均在6%左右。