数据驱动的半无限介质裂纹识别模型研究

缺陷识别是结构健康监测的重要研究内容,对评估工程结构的安全性具有重要的指导意义,然而,准确确定结构缺陷的尺寸十分困难.论文提出了一种创新的数据驱动算法,将比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)与自编码器(autoencoder,AE)、因果膨胀卷积神经网络(causal dilated convolutional neural network,CDCNN)相结合用于半无限介质中的裂纹识别.在该模型中,SBFEM用于模拟波在含不同裂纹状缺陷半无限介质中的传播过程,对于不同的裂纹状缺陷,仅需改变裂纹尖端的比例中心和裂纹开口处节点的位置,避免了复杂的重网格过程,可高效地生成足够的训练数据.模拟波在半无限介质中传播时,建立了基于瑞利阻尼的吸收边界模型,避免了对结构全域模型进行计算.搭建了CDCNN,确保了时序数据的有序性,并获得更大的感受野而不增加神经网络的复杂性,可捕捉更多的历史信息,AE具有较强的非线性特征提取能力,可将高维的原始输入特征向量空间映射到低维潜在特征向量空间,以获得低维潜在特征用于网络模型训练,有效提升了网络模型的学习效率.数值算例表明:提出的模型能够高效且准确地识别半无限介质中裂纹的量化信息,且AE-CDCNN模型的识别效率较单CDCNN模型提高了约2.7倍.

激光-电弧复合焊接铝合金的研究进展分析

为早日实现“双碳”目标,轻量化制造是必经之路。铝合金以其低密度、高比强度和可回收利用等优点脱颖而出,并且具备高塑形、优良耐腐蚀能力从而可以广泛应用于各行各业,但因为其特殊的热物理性质及复杂的合金化学成分,使其焊接过程中极易出现气孔、热裂纹等焊接缺陷,其焊接难题限制了铝合金在轻量化之路的进一步发展。激光-电弧复合焊接技术结合激光焊接技术与电弧焊接技术的优势,以其大焊接熔深、高焊接效率、高焊接质量著称,并逐渐成为铝合金高效优质焊接的重要熔焊工艺。为掌握铝合金激光-电弧复合焊的研究现状,本文首次通过文献计量学的方法定量分析了Web of Science(WoS)数据库中1995—2021年已发表的该领域的学术论文,并通过使用VOSviewer软件对WoS数据库数据进行了可视化处理。结果表明,焊接接头、微观组织、热影响区、力学性能及激光与电弧的相互作用为研究热点,因此本文从上述领域对铝合金的激光-电弧复合焊接进行了总结与分析,并结合激光-电弧复合焊接过程中的在线监测技术与新型激光在复合焊中的应用展开讨论分析,得出激光-电弧复合焊接铝合金中接头类型的选取,微观组织的分布,力学性能的提升措施及复合热源的相互作用机制。旨在为后续研究激光-电弧复合焊接铝合金提供参考。最后,基于当下的研究现状,本文提出了该领域面临的挑战及未来工作展望。

考虑坝-基-库水相互作用的拱坝底缝开裂模拟

针对拱坝裂纹扩展问题,以某拱坝为例,建立了大坝-地基-库水系统的三维有限元模型.在此基础上,基于全耦合的拱坝-地基-库水模型,利用扩展有限元法(extended finite element methods,XFEM)对地震作用下的底缝开裂进行了模拟分析.研究中,在坝体上游底部设置了不同位置的人工短缝,以探讨拱坝在强震条件下的底缝开裂响应.结果表明:横缝削弱了坝体的整体性,增大了坝体的位移响应,但增设横缝可有效减小坝体的应力响应;在坝体底部设置人工短缝显著降低了坝踵的应力响应;拱坝的横缝对底缝开裂影响显著,能限制底缝的横向扩展,减少坝体的开裂损伤.

考虑材料参数空间变异性的SBFEM开裂模拟

论文建立了基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)框架的非局部宏微观损伤模型,考虑材料细观物理参数的空间变异性,探讨了材料参数的空间变异性对结构开裂过程的影响。结果表明:考虑材料参数空间变异性后,裂纹扩展路径具有不确定性,建议的模型能够很好地反应材料内在的随机性;随着结构受力情况的复杂化和结构本体缺陷的增多,裂纹开裂模式的变异性也会增大。自相关长度和参数变异系数对结构开裂分析结果有重要影响。

基于SBFEM和深度学习的裂纹状缺陷反演模型

结构内部缺陷的识别是结构健康监测的重要研究内容,而当前以无损检测为主的结构安全检测多以定性分析为主,定量识别缺陷的尺度较困难.本文将比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)和深度学习相结合,提出了基于Lamb波在结构中传播时的反馈信号定量识别结构内部裂纹状缺陷的反演模型.通过随机生成缺陷信息(位置、大小),采用SBFEM模拟Lamb波在含不同缺陷信息的结构中的信号传播过程,SBFEM仅需对结构边界离散可最小化网格重划分过程,大大提高了计算效率.Lamb波在含裂纹状缺陷结构中传播时观测点的反馈信号包含大量的裂纹信息,基于这一特性可为深度学习模型提供足够多的反映问题特性的训练数据.建议的缺陷反演模型规避了传统反分析问题的目标函数极小化迭代过程,在保证计算精度的前提下大大减少了计算成本.对含单裂纹和多裂纹板的数值算例进行分析,结果表明:建立的缺陷识别模型能够准确地量化结构内部的缺陷,对浅表裂纹亦有很好的识别效果,且对于含噪信号模型仍具有较好的鲁棒性.

基于图像四叉树的改进型比例边界有限元法研究

为提高数值计算的精度,断裂力学问题的数值模拟需要在裂纹扩展的局部区域采用较密的网格,而远离裂纹扩展的区域可采用较疏的网格,且对于裂纹扩展问题的数值模拟,大多数数值方法又存在局部网格重剖分的问题.论文提出了一种基于图像四叉树的改进型比例边界有限元法用于模拟裂纹扩展问题,该方法可根据结构域几何外边界的图像全自动进行四叉树网格剖分,无需任何人工干预,网格剖分效率极高,由于比例边界有限元法本身的优势,四叉树网格的悬挂节点可以直接地视为新的节点,无需任何特殊处理.通过引入虚节点的思想,将裂纹与四叉树单元边界交叉点作为虚节点,虚节点的自由度作为附加自由度处理,并采用水平集函数表征材料内部的裂纹面,含不连续裂纹面的子域可通过节点水平集函数识别,使得裂纹扩展时无需进行网格重剖分,界面的几何特征通过比例边界有限元子域的附加自由度表征.最后,通过若干算例验证了该方法的性能,建议的改进型比例边界有限元法在求解复合型应力强度因子和模拟材料内部裂纹扩展路径时均具有较高的精度.

基于改进虚拟同步发电机的多逆变器频率无差控制策略

在采用传统虚拟同步发电机频率恢复控制的离网微电网中,由于纯积分模块的引入和一次调频响应较慢,造成系统功率分配不均和一、二次调频耦合问题。为此提出了一种具有自动开关延时的虚拟同步发电机无差调频控制策略,即用可控的频率积分反馈回路代替传统虚拟同步发电机频率控制回路。通过改进的控制策略,可使微网逆变器根据角速度变化量的不同自动在一、二次调频之间切换,实现微网频率的恢复和功率按比例分配。建立系统的小信号模型,对无差调频控制策略进行稳定性分析,并且给出所提控制策略参数的取值范围。最后,仿真结果表明,所提控制策略可在满足频率无差调节的前提下,自动实现频率调节的一、二次解耦和输出功率按比例分配,有利于提高系统稳定性。

沥青混凝土心墙风化料坝施工及蓄水过程模拟

针对沥青混凝土心墙风化料坝的施工和蓄水过程模拟进行研究,建立了大坝-地基系统三维有限元模型,根据现场施工资料拟定大坝施工及蓄水过程模拟方案.对比分析了施工期沥青混凝土心墙竖向变形和坝基基础沉降的有限元计算结果与现场对应的监测数据.结果表明,施工期心墙垂直应变和坝基沉降的计算值与实测值的变化趋势及数值基本上保持一致.在此基础上,进一步对大坝满蓄期的应力-变形进行了预测计算,大坝应力-变形分布符合沥青混凝土心墙坝的一般分布规律,量值基本合理,满蓄期大坝变形及应力性态良好.

防卫过当的客观要件及其司法认定规则--以指导性案例的分析为核心

防卫过当的成立,在客观上必须同时兼具防卫行为“明显超过必要限度”与防卫结果“造成重大损害”两个要件。其中,“明显超过必要限度”是从“行为”角度所作的限定,即防卫行为与侵害行为之间明显不对等,不具有相当性,因而折中说作为防卫过当的判断标准,既是理论科学性的应然要求,又是指导性案例的实然立场。“造成重大损害”则是从“结果”角度所作的限定,即超过必要限度的行为造成了重大损害结果,故防卫行为仅造成轻伤结果的,以及防卫行为造成的损害后果没有明显超出侵害行为可能造成的损害后果的,均不属于防卫结果过当。

非接触检测技术在土木工程中的应用

多普勒激光测振仪可在不产生任何附加影响的情况下对结构进行非接触式测量,特别适合用于高危场合及轻、薄、柔类结构的振动测量。以4个典型工程实例为例,即厂房中排架柱顶振动量的测量,系杆拱桥结构中吊杆索力测量,垃圾焚烧电厂内机组、反应塔和烟囱振动相关性测量,厂房中网架的模态参数测量,系统地介绍了激光测振仪在这些结构中的测试方法。测试结果表明,采用非接触式激光测振仪可以方便、快捷和高效地完成对结构中不同振动测试需求的测量,具有较好的精度,满足工程需求。

铃兰的栽培与应用

本文介绍了铃兰的形态特征、生长习性、分布范围、繁殖技术以及应用前景。

基于液位放大法的沉降仪研制

针对基于连通器原理的沉降仪存在精度差的问题,提出一种液位放大系统的沉降测量装置。该装置通过滑轮组件将连通管容器内的液位变化传递给独立容器内的圆柱体铜棒,而圆柱体铜棒竖向位移将引起独立容器内水体液面的变化,最终通过容器底部的传感器观测液位改变量。此改进装置根据圆柱体铜棒和排开水体截面积比值确定放大倍数,从而实现对小位移更精确的测量,提高了沉降测量的精确度。

考虑流固耦合的重力坝地震开裂过程模拟

大坝抗震安全评价是一项重要工作。首先建立了考虑坝-基-库水相互作用的重力坝整体分析模型,采用声学单元模拟库水域,并通过若干算例验证了该模拟方法的可行性。然后采用扩展有限元法模拟坝体裂缝的开裂扩展过程,建立考虑裂缝面张开-闭合的接触模型。以金安桥碾压混凝土重力坝为例,建立该重力坝-地基-库水动力相互作用模型,探讨附加质量法及是否考虑库水可压缩性的流固耦合模型对重力坝地震开裂过程的影响,分析该重力坝在有缝状态下的超载潜力及初始裂缝位置对裂缝开裂扩展的影响。结果表明:附加质量法和不考虑库水可压缩性均夸大了地震作用力,裂缝开裂扩展更大,开口更加明显;随着地震峰值加速度的增大,该重力坝裂纹扩展路径向下偏转的起始位置向坝体内部延伸,在1.3倍设计地震加速度的地震荷载作用下,大坝将产生较长裂缝;折坡点处的初始裂缝在地震荷载作用下裂纹扩展更明显。研究结果可用于大坝遭遇强震时的开裂预测,为实际工程提供参考。

碳含量对4Cr5Mo2V热作模具钢显微组织及热稳定性的影响

对不同碳含量的4Cr5Mo2V钢进行淬火+回火热处理,研究了碳含量(0.35%,0.47%,0.71%,质量分数)对其显微组织、碳化物演变规律和热稳定性的影响。结果表明:在1 030℃淬火后,碳质量分数为0.35%的试验钢中无碳化物,碳质量分数为0.47%,0.71%的试验钢中存在颗粒状富钒MC型碳化物;淬火+回火处理后,试验钢中均析出M23C6碳化物,随碳含量增加,M23C6碳化物增多;进行热稳定性试验后,碳化物大量析出并发生粗化,随热稳定保温时间缩短和碳含量增加,试验钢硬度增大,热稳定性增强;碳含量增加能够提高试验钢的回火转变激活能,碳元素的固溶强化作用与MC型碳化物的析出强化作用是钢热稳定性增强的主要原因。

基于相变储能热阻模型的CCHP型微能源网优化调度

针对冷热电联供系统受制于自身热电比的约束,传统"以热定电"和"以电定热"供能方式不能满足调度要求的问题.文中建立一个以调度周期内系统运行成本最小为目标函数,包含光伏、风机、CCHP系统、空气源热泵、相变储能墙体的新微能源网优化模型.基于相变储能热阻模型对建筑物热传递过程详细分析得到热平衡方程.采用混合整数规划法对模型进行求解,并与只含普通建筑墙体的CCHP型微能源网模型进行对比.仿真结果表明:引入建筑相变储能可以松弛CCHP系统自身热电比约束,增强系统的灵活性,具有一定的经济效益.

海外油气项目投资风险评估及业务拓展分析

国际原油价格持续走低,探析了国际油气行业的新动向以及动向背后的驱动因素。不景气的市场对海外油气新项目拓展风险识别提出了更高要求。对我国三大石油公司2015年40个海外油气项目所在国家进行了定量风险分析评价,其中高国家风险的占22.5%,较高风险、中度风险、低风险分别占比17.5%、10%、50%。基于对全球油气资源分布特点和投资风险的考量,提出海外油气项目拓展方向,建议稳定最现实的中亚能源供应基地,挺进中东高端市场,形成非洲海陆共赢生产基地,积极介入美洲非常规能源开发,力争建成亚太天然气供应基地。

Design of Reflective Concentrator Model with Application for Concentrator Photovoltaic System

The nonuniform irradiation in the standard photovoltaic（PV） cells causes their relatively high series resistance,which results in a considerably lowered efficiency of PV cells.Currently the concentrator of uniform irradiation designed for concentrator photovoltaic is rare in China and lack sufficient theoretical research.In this paper,a systematic research on the solar reflective concentrator is conducted.A novel structure for a solar reflective concentrator is designed with the application of a flat mirror matrix to concentrate the sunlight for concentrator photovoltaic（CPV） systems.Sunlight beams are focused through the reflection of the mirror array on the solar cell to generate electricity.The concentrator is capable of producing much more uniform sunlight with a certain concentration ratio.The design scheme includes laying out the flat mirrors,optimizing the optical pathway and the parameters of each mirror.The prototype of the CPV system was installed at Nanjing,China.In the configuration of the prototype,it is composed of 24 pieces parallelogram flat mirrors,which are arranged into a total reflective array of 5 rows and 5 columns.In comparison with the parabolic trough concentrator,the experimental measurements verify such design has high efficiency.The concentrator model of a flat mirror matrix and the proposed new design method will lay a solid foundation for designing the concentrator of uniform irradiation.

矿区土壤重金属污染评价系统设计与实现

传统的土壤重金属污染监测手段费时费力,效率低,系统评价方法单一,缺少对评价结果的检核。为解决这些问题,通过实验分析了评价指标与评价模型的关联关系,设计了基于WebGIS的矿区土壤重金属污染评价系统,该系统利用GIS空间插值技术和多种评价模型,完成了对矿区土壤重金属污染的评价,为矿区土壤重金属污染监测和防治提供了有力的支持。

未注液磷酸铁锂正极废料修复再利用性能研究

采用物理法回收了未注液磷酸铁锂电池正极材料。采用XRD、SEM、循环伏安、电化学阻抗图谱、恒流充放电测试研究了材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能。结果表明:回收的材料具有良好的电化学性能,可以满足锂离子电池使用。

面向控制的仿鸽扑翼机纵向动力学建模与分析

鸽子飞行时常采用变频率和变振幅模式来操控翅膀扑动与扭转以达到高效飞行的目的。为了给研究扑翼机控制和分配算法提供通用的设计验证平台,建立包含3个控制输入自由度的仿鸽扑翼机动力学模型,并开展开闭环模型有效性验证。考虑机翼运动惯性力和力矩,基于Kane方程建立仿鸽扑翼机的纵向多刚体非线性模型。选择升降舵偏转角、机翼扑动角振幅和机翼扭转角振幅作为控制输入,定义机翼定周期扑动的操纵机制,估算面向控制模型所需的气动导数和操纵导数,建立面向控制的仿鸽扑翼机线性时变周期系统模型。基于Floquet理论对线性时变周期系统模型进行动稳定性分析,结果与开环时域仿真一致。从闭环角度对模型有效性和适应性进行验证,仿真表明,所建模型能有效反映仿鸽扑翼机时变周期动力学特性,并能支撑控制分配方法的设计研究。