基于概率密度演化的大跨越导线铝部风振疲劳可靠度分析

为了掌握微风作用下大跨越架空输电导线铝股疲劳特性及其可靠度,提出了基于概率密度演化的大跨越输电导线铝部疲劳可靠度计算方法.首先建立了大跨越塔线体系有限元模型,研究了微风激振下导线悬挂点处振动位移时程,然后构建了导线节段有限元实体模型,以微风激振作用下导线位移时程为激励,研究了大跨越导线内外层铝股风振疲劳应力时程响应,最后采用概率密度演化方法,考虑线路风速风向概率分布,分析了大跨越导线疲劳可靠度,并与Miner线性累积损伤结果进行比较.结果表明:微风风速越大,大跨越导线振幅越大;微风作用下大跨越导线的外层铝股应力大于内层铝股,外层的钢股应力亦大于内层;大跨越导线运行年限越大,导线内外层铝股可靠度越小,但内层铝股可靠度大于外层铝股可靠度;基于Miner原理计算的铝股疲劳可靠度偏大,建议开展大跨越输电导线疲劳设计时考虑分层特性.

上游干支流洪水相关性对下游洪水频率分布的影响——以鄱阳湖抚河为例

较大流域下游的洪水往往是由上游干支流洪水叠加形成,而上游洪水变量一般会存在一定的空间相关性。为揭示流域不同来源洪水相关性对下游洪水频率分布特征的影响,本文选取江西省抚河流域作为研究实例,通过广义回归模型构建下游洪水变量对上游干支流洪水变量的条件分布,以此刻画上下游洪水变量之间的关系,然后基于二维Copula函数建立上游干支流洪水变量的联合概率分布,最后由全概率公式推导出下游洪水频率分布,在此基础上,进一步探讨上游洪水变量相关性对下游洪水频率分布特征的影响。结果表明,本文提出的洪水频率分布推导法对抚河李家渡站的洪水频率分布具有较好的拟合效果;上游洪水变量相关性是影响下游洪水频率分布的重要因素,具体来说,相关性的强度与尾部相关性对下游洪水频率分布的均值没有影响,但均对偏态系数C_(v)与峰度系数C_(s)等高阶统计特征有较为明显的影响,下游洪水频率分布的C_(v)值会随上游洪水变量相关性的增强呈现增加趋势,上尾相关性越强,C_(v)和C_(s)越大;流域上游洪水变量相关性强度及上尾相关性的增强都会导致下游极端洪水风险升高,此外,重现期较长的极端水文设计值对上游洪水变量相关性的变化更加敏感。

给定地震场景下的随机地震动降维模拟

建立了一种可根据地震场景预测和模拟随机地震动加速度过程的降维模型。首先,挑选了1 766条实测强震记录,根据断层类型和场地类别进行了分组,并识别了各组地震动的演变功率谱参数;然后,基于地震场景参数和演变功率谱参数,训练了两者的高斯过程回归模型(GPRM),并采用K-fold交叉验证法,验证GPRM预测的有效性和精确性;最后,基于非平稳随机过程的谱表示法,通过引入随机函数的降维思想,实现了在给定地震场景下的随机地震动降维模拟。数值算例表明,预测的样本在频谱、峰值、强震持时等方面均与实测记录保持一致,体现了本文方法良好的工程适用性。这为地震动目标地区提供较为合理的人工地震动数据以及工程结构的随机地震反应分析与可靠性评价奠定了基础。

地震动过程的时域降维建模

地震动建模是工程结构随机地震反应和动力可靠度分析的基础。为此,提出了一类新的地震动过程的时域降维模型,并建议了模型中确定性参数的取值及随机参数的概率分布。首先,从平稳过程时域表达的基本理论出发,导出了平稳和非平稳地震动过程的时域表达形式,通过引入随机函数的降维思想,实现了地震动过程的时域降维表达。同时,基于实测强震记录,给出了地震动时域降维模型的参数识别方法,进而获得模型中基本参数的确定性取值或概率分布。最后,通过地震动过程的降维模拟分析,并与实测强震记录的反应谱和傅里叶幅值谱对比分析。结果表明,地震动过程的时域降维模型具有良好的精度、收敛性和工程适用性,生成的代表性地震动时程能够反映地震动的自然变异性。

基于随机相位差谱的全非平稳地震动建模

为合理表征地震动过程的全非平稳性和随机性,发展了一类基于相位差谱和功率谱结合的随机地震动模型。首先,阐明了相位差与地震动全非平稳性的关系,并利用实测强震记录,进行相位差谱模型参数的识别及统计分析。其次,采用确定性和随机性参数的功率谱模型,分别获得确定性参数的取值以及随机性参数的归一化最优概率分布。最后,通过选取基本随机参数的代表性点集,获得相应的地震动加速度代表性时程集合。研究结果表明:仅需2个或4个基本随机变量即可模拟具有自然变异性及丰富概率信息的地震动加速度过程,且模拟所得的加速度反应谱与实测强震记录拟合良好,为应用概率密度演化理论进行复杂工程结构的随机地震反应及抗震可靠性精细化分析奠定基础。

江西省农田灌溉用水变化驱动因子识别及贡献率分解

【目的】江西省农田灌溉用水变化极大地影响了用水总量,识别农田灌溉用水量的驱动因子,揭示其影响机制和变化特征能够为科学管理农业取用水提供重要参考。【方法】分析江西省及各地市用水结构信息熵及均衡度演变特征,采用LMDI分解法识别影响农田灌溉用水量的驱动因子,并定量评估其贡献率,重点研究其与气象因素的关系,为优化用水结构、发挥水资源刚性约束作用提供支撑。【结果】基于LMDI分解法识别的江西省及各地市农田灌溉用水变化驱动因子为亩均净灌溉用水量、农田灌溉水有效利用系数、有效灌溉面积和实际灌溉比例,其中农田灌溉水有效利用系数始终以抑制因子表现,其余3个因子表现出双向性;相关分析表明,亩均净灌溉用水量及其贡献主要受降水影响;仅考虑非气象驱动因素,江西省大部分时段农田灌溉用水变化量表现为负值,说明灌溉工程状况和管理水平不断增强,农田灌溉用水量降低的主要原因是农田灌溉水有效利用系数的提高;省内上饶、抚州、宜春、吉安、赣州5个重点地市具有较高的农业节水需求和潜力。【结论】考虑到实际灌溉比例和有效灌溉面积将保持持续增长态势,建议江西省抓住重点地市采取措施,如大力推进大中型灌区节水改造、增强灌区科学调配水资源的能力等,促进全省农田灌溉水有效利用系数加快增长,以达到提升灌溉用水效率、挖掘农业节水潜力、缓解用水压力目的。

基于学习迁移理论的结构力学课程双语教学设计

面向国家建设交通强国的发展目标,交通事业对人才的国际化能力提出了更高要求。推广结构力学双语教学是高等教育培养高水平国际化交通人才的有力措施。首先,概述了华中地区某高校土木工程专业开展结构力学双语教学的可行性;其次,基于学习迁移理论介绍了英语能力和专业基础能力的横向迁移和纵向迁移;再次,分析了结构力学课程内部知识点的纵向迁移;最后,以“叠加法作弯矩图”为例,说明了结构力学双语教学的设计。实践证明:通过采用结构力学双语教学,提高了学生的学习效率,提升了学生专业能力方面的国际化水平。

某型飞行器机翼安装互换的低成本制造技术

针对某型批产飞行器机翼与机身连接销安装困难、销孔共铰后孔距超差、机翼损坏后无法安装互换等问题进行分析。运用飞行器制造中经常采用的工装设计和容差分配技术,设计了两套铰孔与检验一体工装,具备单独铰孔功能。设计了机身与机翼插接检验检具和孔距检验的功能,避免了共铰带来的孔距超差问题。通过规划铰孔操作流程,设计专用刀具,改进了以往需要多套工装检具保证孔距协调的思路。实现了某型飞行器机翼的安装互换,经过批量试生产验证,这种设计方法有效地解决了某型飞行器机翼与机身安装互换的问题,提高了生产效率,降低了生产成本。同时,也为其他类似结构的生产方式提供了参考。

基于PSO算法的伦潭水库兴利调度

水库调度是在不改变水库工程规模前提下解决防洪减灾与提高水资源高效利用的关键方法。近些年,江西旱灾频发,为协调水库发电效益与基本生产、生活、生态用水需求的矛盾,以江西省伦潭水库为例,以充分发挥水库灌溉、工业、生活、生态、发电等兴利调度功能为目标,将农业灌溉用水、居民生活用水、工业生产用水和河道基本生态流量需水转化为刚性约束,采用粒子群智能算法,寻求发电效益最大的水库最优调度方案。

基于Copula函数的赣江中下游洪水遭遇组合分析

洪水遭遇组合对揭示流域洪水规律、防洪调度和洪水管理具有重要意义。以赣江流域为例,采用Copula函数构建下游外洲站和中游峡江站洪水的联合概率分布,进而推求条件概率分布、条件最可能值和置信区间,分析赣江中下游洪水遭遇组合规律。结果表明,赣江下游外洲站与中游峡江站发生同频率洪水的可能性很大,概率为81.57%~83.01%;给定赣江下游外洲站洪峰流量取值时,中游峡江站洪峰流量条件最可能值与实际值拟合效果总体较好,且实际值基本上在90%置信区间内,区间合理可靠;中游峡江站最可能发生的洪水重现期均略小于下游外洲站洪水重现期,偏小4.0%~6.6%;下游外洲站洪水重现期为100 a时,中游峡江站洪水重现期的最可能值为94 a,90%置信区间为[39,184]年。研究成果可以提升对赣江流域洪水规律的认识,为流域防洪减灾提供参考。

基于工程特性的主余震型地震动降维模拟

余震是由主震孕育而来,两者之间存在着一定的关联性,如何构造主余震型地震动模型,是工程结构抗震分析的基础。着眼于地震动的工程特性,根据主余震之间的峰值加速度、强震持时、场地卓越频率等要素,分别建立主震和余震自身的演变功率谱模型,基于非平稳随机过程的谱表示,通过引入随机函数降维模拟方法,实现仅用三个基本随机变量即可精确模拟主余震型地震动过程。研究表明,采用该降维模拟方法的效率和精度均满足工程需求,且与实测主余震型地震动记录的反应谱和幅值谱拟合一致,验证该模型与方法的优越性,为工程结构在主余震型随机地震作用下的抗震分析提供有效途径。

两变量设计洪水估计的不确定性及其对水库防洪安全的影响

在两变量水文频率分析中,样本系列容量一般较小,使得水文设计值估计具有不确定性。本文基于Copula函数和Parametric Bootstrap方法,并考虑联合设计值的最可能组合模式,建立可描述两变量设计洪水估计不确定性的C-PBU(Copula-based Parametric Bootstrap Uncertainty)模型,同时提出了定量评价两变量不确定性的度量指标,分析了联合设计值估计不确定性对水库最高调洪水位的影响,并对比了不同典型洪水选取模式下的水位不确定性。以隔河岩水库为例,推求了两变量设计值估计的95%置信区域;比较了不同样本容量对不确定性的影响。结果表明:设计洪水估计和典型洪水选择具有较大的不确定性,可采用C-PBU模型推求置信区间,来考虑设计洪水估计不确定性对水库防洪安全的影响。

随机风场模拟的连续本征正交分解-随机函数方法

在时-空随机场的连续本征正交分解(POD)基础上,通过引入正交随机变量集的随机函数表达形式,提出了时-空随机场模拟的连续本征正交分解-随机函数法。基于互功率谱密度函数的连续POD法将时-空随机场表达为有限个本征模态的叠加,实现了对原时-空随机场的高效降阶处理;正交随机变量集的随机函数表达,则实现了仅用两个基本随机变量即可在二阶统计意义上对原时-空随机场的精确描述。与传统的POD方法相比,本方法所需的基本随机变量最少,且生成的脉动风速代表性时程可构成一个完备的概率集;最后,以Kaimal脉动风速谱为例,进行了水平向随机风场的模拟分析,验证了该方法的高效精确性。

高速列车乘坐舒适度评价的概率密度演化方法

利用平稳随机过程的谱表示-随机函数方法,结合轨道不平顺的功率谱密度,模拟生成轨道高低不平顺的代表性样本集合,实现用一个基本随机变量表达轨道不平顺随机过程的目的。以轨道高低不平顺为外部随机激励,建立了车辆-轨道耦合随机动力系统的概率密度演化分析方法,获得高速列车在轨道高低不平顺随机激励下的车体竖向加速度的丰富概率信息。同时,根据旅客乘坐舒适度的UIC513评价标准,对于有砟轨道和无砟轨道线路,分别计算得到高速列车在200 km/h、250 km/h和300 km/h三种速度下的旅客乘坐舒适度。结果表明,轨道不平顺模拟的谱表示-随机函数方法与概率密度演化理论具有一致性,两者结合可为车辆-轨道耦合系统的随机动力响应提供高效精确分析方法,实现旅客乘坐舒适度的精细化计算,进而为高速列车乘坐舒适度评价提供了新途径。

随机地震作用下剪力墙结构振动台试验研究

为了开展随机地震动作用下钢筋混凝土剪力墙结构的地震反应研究,制作了一个1/5缩尺的12层现浇剪力墙振动台试验模型,基于谱表示-随机函数方法生成了适用于7度设防的34条非平稳多遇地震动样本。通过结构动力特性测试分析了模型结构的振型和阻尼比变化,根据振动台试验结果分析了随机地震动作用下结构动力放大系数、楼层剪力及层间侧移角的均值、方差、变异系数和概率密度函数。结果表明,结构随机地震反应表现出明显的离散性,加速度放大系数的离散性随楼层增高而增大,楼层剪力的离散性随楼层增高而减小。实测的随机反应及其概率信息可为剪力墙结构随机响应数值模拟和动力可靠度评估提供验证。

无机改性掺和料对沸石调湿材料性能的影响

试验研究了无机改性掺和料对沸石调湿材料性能的影响,并根据扫描电子显微镜(SEM)观测数据和材料的吸附/解吸理论分析了沸石调湿材料的调湿机理.结果表明:无机改性掺和料掺量(质量分数)为15%～20%时,沸石调湿材料的抗压强度、耐水性和调湿性能均较优;改性掺和料与沸石反应生成了C-S-H凝胶和水化铝酸盐产物;沸石对空气中水分子的表面物理吸附、化学吸附和毛细孔道效应,使得沸石调湿材料能够自动调节湿度.

考虑附加刚度的黏滞阻尼器-斜拉索参数振动模型及控制分析

为了准确评估黏滞阻尼器对斜拉索参数振动的控制效果。考虑斜拉索几何非线性、倾角以及塔梁协同振动的影响,引入阻尼器的附加刚度,建立黏滞阻尼器-斜拉索-塔梁组合体系的参数振动耦合模型,推导黏滞阻尼器作用下斜拉索的运动方程组,给出考虑附加刚度影响的黏滞阻尼器阻尼系数计算公式;编制程序分析阻尼器附加刚度对斜拉索固有频率和振动时程的影响水平,并与传统单索模型对比;研究三种典型索梁频率比下阻尼器附加刚度和安装位置对拉索参数振动的影响规律。结果表明:黏滞阻尼器的附加刚度对斜拉索的固有频率影响较大,但其安装位置对固有频率的影响较小;附加刚度越大,安装位置越远离索梁锚固端,两者的影响水平越高;阻尼器附加刚度对拉索的振动时程影响较大,会加速斜拉索的位移衰减;随着附加刚度的增大,拉索最大振幅呈现减小趋势,但振幅衰减率呈现先增大后趋于稳定的趋势,黏滞阻尼器-索梁系统存在一个最优附加刚度k;随着安装位置比u的增大,斜拉索的振幅和振幅衰减率均呈现非线性递减趋势,系统存在一个阻尼器临界安装位置比u,建议阻尼器的安装位置比控制在0.045以下。

车辆-轨道垂向耦合系统求解过程的改进算法

考虑到轨道结构长度随系统响应持时的增加而增长,提出了一种改进的车辆-轨道垂向耦合系统的动力响应求解算法.该算法事先选定某一定长度的轨道结构,并获得该轨道结构的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵;通过在求解过程中不断地对车辆子系统定位,判断是否需要对车辆子系统的位置和轨道结构的响应矩阵进行调整,以此来达到仅增加系统响应持时而不增加轨道结构长度的目的.算例表明:该改进加快算法是精确、高效的,不仅可以真实地模拟车辆在轨道上的前进运行状态,而且可以保证轨道子系统的轨道单元数量不随系统响应持时的增加而增长,这为快速求解车辆-轨道垂向耦合系统提供了一种有效的计算方法.

新型硅藻土调湿材料温湿度调节效果及机制

通过小室试验研究新型硅藻土调湿材料对室内温湿度的调节效果,根据X射线衍射、环境扫描电镜分析及材料的吸附/解吸理论研究材料的改性机制和调湿机制。研究表明,小室内表面涂覆0.5 mm厚硅藻土调湿材料时,密闭条件下,调湿材料对单位空间的最大吸、放湿量分别为2.51和1.76 g/m^3,能将小室内相对湿度维持在50%～60%。与外界有换气条件下,随着预留缝隙的增大,材料对小室内湿度有效调节作用逐渐减弱,但对温度仍有1～2℃的调节作用。硅藻土调湿材料具有纳米级微孔特征及微孔内壁的缔合羟基作用,在毛细孔道效应、化学吸附和表面物理吸附的共同作用下,材料具有优异的吸放湿功能。

基于强震记录的多维地震动降维建模

地震动具有多维性,如何合理建立多维地震动是复杂工程结构精细化抗震分析的基础。首先,以1 766组实测多维强震记录为依据,建议了一类多维地震动的迟滞相干函数模型;其次,研究地震动平动分量在幅值、持时及频谱之间的关系,建立了多维地震动的演变功率谱模型;最后,基于本征正交分解的随机向量过程降维方法,实现了仅用两个基本随机变量即可有效模拟多维地震动过程。数值算例表明,降维方法生成的多维地震动代表性时程具有良好效率,且平动分量的相干性、反应谱以及幅值谱均与实测记录拟合一致,验证了多维地震动降维模型的精确性和工程适用性。同时,采用降维方法生成的多维地震动代表性时程具有赋得概率,并构成一个完备的概率集,可与概率密度演化理论相结合,进而为复杂工程结构抗震可靠性精细化评价提供有效途径。