基于Hoek-Brown准则的岩体高温-荷载耦合损伤模型及其验证

针对隧道岩体在高温和荷载共同作用下产生的耦合损伤问题,基于连续损伤力学理论,引入高温-荷载耦合损伤因子,建立了考虑高温作用的广义Hoek-Brown(H-B)准则的弹塑性损伤本构模型,解决了模型在数值积分过程中的奇异点问题,并利用Fortran语言编写了模型的有限元程序。结果表明:模型计算的应力-应变曲线与试验所得到的曲线趋势一致且计算结果误差在5%以内,温度作用下隧洞围岩损伤逐渐加剧,验证了模型的准确性和程序的稳健性,可为火灾作用下隧道围岩安全稳定性评价提供一种有效计算方法。

基于Hoek-Brown非线性强度准则的节理岩坡稳定性分析全局优化算法

基于Hoek-Brown非线性经验强度准则和简化Bishop法,导出了节理破碎岩体边坡新的稳定性系数计算公式。通过在简单遗传算法(SGA)中引入适应度变换技术改进其收敛性能,提出了节理破碎岩体边坡稳定性分析和最危险滑动面搜索的自适应遗传算法(AGA)。算例计算结果表明:(1)AGA能准确地搜索到边坡全局最小稳定系数及其对应的临界滑动面;(2)AGA计算效率和数值稳定性均比SGA和随机投点法有较大提高;(3)采用不同的适应度变换函数均可提高计算效率。为简便起见,推荐采用线性变换函数。

Hoek-Brown准则的主应力回映算法及其二次开发

在弹塑性模型数值实现的过程中,需要进行应力更新的回映算法。针对三维应力空间回映算法在奇异点收敛性方面的不足,提出主应力空间的回映算法,讨论了算法实现过程的应力空间转化问题,分析了应力更新过程中确定回映区域的方法,建立了相应的一致性刚度矩阵。基于大型有限元软件ABAQUS提供的用户材料子程序UMAT接口,利用Fortran编程语言,实现了Hoek-Brown准则主应力空间的隐式积分算法,利用开发的模型,进行了岩石常规三轴压缩试验的数值模拟,通过与ABAQUS内部的Mohr-Coulomb准则计算结果的对比,验证了模型和程序的可行性和准确性。

SSA-MLP模型在岩质边坡稳定性预测中的应用

岩质边坡的力学参数量化及稳定性分析对岩质边坡灾害的防治具有重要意义。Hoek-Brown(H B)准则是一种用于确定岩体力学参数的经典方法,能反映出边坡岩体变形和位移的非线性破坏特征。在此基础上,首先,提出一种麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)改进多层感知器(Multi-Layer Perceptron,MLP)的神经网络模型,并用于边坡稳定性预测、指标敏感性分析及参数反演。其次,将收集的1085组岩质边坡的几何参数和H B准则参数等作为输入变量,极限平衡理论Bishop法求解的安全系数作为输出变量,对SSA MLP模型进行训练学习和性能评估。最后,将该模型运用于25个边坡实例,验证模型的有效性。结果显示,该模型收敛速度快、精度高,为边坡稳定性分析和参数量化提供了一种新思路。

采用简化Brown模型及改进BFGS法的相机自标定

为了精确地反映相机的几何成像关系,本文基于简化的Brown模型和改进的BFGS(Broyden-Fletcher-GoldfarbShanno)算法提出了一种相机自标定方法。该方法首先将线性模型和畸变模型拟合为非线性模型,通过线性模型的基本矩阵约束非线性模型参数得到约束方程;然后,提出了适用于非线性内参数约束方程的基于新拟牛顿方程的改进BFGS算法并求解了方程内参数。利用提出的模型和算法,该标定方法能够在较少的迭代次数和有噪声条件下保证标定结果的精度和鲁棒性。有、无噪声情况下的收敛性分析和鲁棒性分析显示:在噪声不大于±3pixel的情况下,迭代10次即能保证重投影误差小于0.4pixel。通过标定相机内参数并计算重投影误差进行了真实图像实验,结果表明:标定精度误差小于0.06%,重投影误差为0.35pixel,验证了提出方法的有效性。该方法适用于计算机视觉领域中的图像处理,模式分类和场景分析等。

基于Hoek-Brown准则的应变软化模型有限元数值实现研究

研究提出一种Hoek-Brown(H-B)准则应变软化模型的有限元数值实现方法。分析当前不同脆塑性计算方法的合理性,发现塑性位势跌落可正确计算岩石不同类型破坏,而偏应力等比例跌落和最小主应力不变跌落均存在不足。在此基础上,推导写出基于塑性位势跌落的H-B准则脆塑性隐式本构积分算法,及H-B准则理想弹塑性隐式本构积分算法,并采用一系列应力跌落-塑性流动,将H-B准则应变软化模型嵌入有限元软件ABAQUS中。比较应变软化圆隧围岩收敛位移及应力分布的解析解与本文有限元解,发现二者吻合良好,验证了所建H-B准则应变软化模型的正确性。对某薄上覆盖岩层高内水压输水隧洞工程的计算结果表明,相较理想弹塑性模型,所建应变软化模型可正确反映隧洞顶部围岩塑性区贯通引起的整体结构失稳破坏现象,为工程选择衬砌方案提供依据。

基于Hoek-Brown准则的围岩参数DE-FEM反演程序及应用

针对Hoek-Brown(H-B)准则在数值计算中的奇异点问题,论述了主应力空间中H-B屈服准则的应力回映算法,给出了应力回映区域的判定方法、应力更新方程式和一致切线模量的表达式。采用C++语言编制了节理围岩弹塑性有限元求解程序,通过与FLAC软件计算结果的对比,得出计算位移最大误差为5.36%,验证了所编程序的正确性。针对岩石材料力学参数难以确定的问题,引入差异进化算法,自主开发了DE-FEM位移反分析程序,并将其应用于吉林省高丽沟隧道洞口段工程。结果表明,通过反演所得位移最大误差为8.96%,反演程序具有较高的精确性和实用性,该方法能够为类似工程的安全设计提供参考和帮助。

基于Hoek-Brown准则的岩体弹塑性损伤模型及其应力回映算法研究

为了克服一般弹塑性损伤模型不能反映岩体结构、岩块强度、应力状态的影响以及非线性破坏特征等问题,该文基于广义的 Hoek-Brown(HB)屈服准则,考虑损伤引起的刚度退化和塑性导致的流动两种破坏机制的耦合作用,同时引入修正有效应力原理来考虑孔隙水压力的作用,建立了岩体弹塑性损伤本构模型,给出了损伤变量定义及演化方程。针对该模型在数值求解过程中存在的奇异点问题,从主应力空间推导了弹塑性损伤模型的完全隐式返回映射求解算法,包括弹性预测、塑性修正和损伤修正三个步骤。通过 ABAQUS 软件的用户子程序接口 Umat,实现了弹塑性损伤模型的数值求解过程。采用单轴、三轴压缩试验和隧道算例对模型算法进行验证和分析,结果表明,所建立的 HB 损伤本构模型能够很好地描述岩体材料的力学特性,在实际岩体工程的损伤模拟中效果令人满意,计算结果对工程有指导意义。

湖滨绿洲棕漠土有机碳含量高光谱估算

以博斯腾湖湖滨绿洲为研究区,利用实测棕漠土有机碳含量与高光谱(350~2 500 nm)数据,应用竞争性自适应重加权采样算法(CARS)、连续投影算法(SPA)、竞争性自适应重加权采样-连续投影算法(CARS-SPA)筛选棕漠土有机碳含量响应的高光谱特征波段,分别采用全波段和特征波段结合随机森林(RF)模型构建棕漠土有机碳含量估算模型。结果表明:博斯腾湖湖滨绿洲棕漠土0~50.0 cm土层有机碳含量为1.40~40.92 g/kg,平均值为14.20 g/kg,变异系数为55.54%,呈中等变异水平。CARS、SPA、CARS-SPA等算法筛选出的棕漠土有机碳含量响应特征波段分别为122个、11个和10个。基于CARS-SPA算法筛选出的特征波段数据输入RF模型估算效果最好,验证集检验的决定系数(R^(2))、相对分析误差(RPD)、均方根误差(RMSE)分别为0.85、2.59和2.72 g/kg,该方法能有效减少光谱数据冗余、提高模型估算精度和运行效率。本研究结果为研究区棕漠土有机碳含量的估算提供参考。

求解Controlling-UEP新方法的研究

提出一种将Brown算法与重新选择参考点的策略相结合求解电力系统暂态稳定性直接法 分析中主导不稳定平衡点(Controlling-UEP)的新方法。Brown算法相似于高斯消元法的牛顿类 算法,它把每一方程展成泰勒级数,所得到的最新信息(关于变量的最新解)立刻用于下一函数的构 造及求解,是求解病态方程组的好算法。文中将它与参考点的重新选择策略相结合,进一步提高它 求取病态情况下Controlling-UEP的稳定性。算例表明,所提出的新方法在收敛性和计算效率方 面有较好的效果。

微流体机械全流场数字粒子图像测速技术

提出了一种针对MEMS技术制造的微流体机械全流场数字粒子图像测速技术，通过添加荧光显微装置，改进照明光源以及示踪粒子的选型等解决微观检测的关键问题。针对微流体特征尺度小、精度要求高的特点，讨论了基于互相关原理的速度矢量识别算法。并就微流体检测中引起主要误差的示踪粒子布朗运动效应提出了全体平均图像处理方法。

空防对抗仿真的情景想定设计

为使空防对抗仿真更接近实战,对仿真情景想定设计作了改进。将防空区等分成4个扇形区,在确定对突防飞机威胁最大的影响因素的基础上,根据动态规划法得出进袭飞机采用不同航线时防空方不同部署形式的赢得矩阵,并由布朗算法计算该矩阵,得出攻防双方作战方案的选取概率。仿真计算结果表明,该设计方法较合理,避免了仿真的盲目性,对战术仿真有一定的参考价值。

基于近红外光谱与随机青蛙算法的褐变板栗识别

为了实现板栗Castanea mollissima的快速自动分选，研究了基于近红外光谱技术的褐变板栗无损检测方法。首先采用Antaris Ⅱ傅里叶变换近红外光谱仪获取70个正常板栗和110个褐变板栗的近红外光谱（1000．00-2500．00nm），比较了不同光谱预处理方法对褐变板栗识别的影响，随后采用一种新的变量选择方法即随机青蛙算法（Ran-doraFrog）提取与板栗褐变相关的特征波长变量，最后基于特征波长建立和比较了褐变板栗识别的偏最小二乘-线性判别分析模型（PLS-LDA）和最小二乘一支持向量机（LS-SVM）模型。结果显示：经标准正态变量变换（SNV）预处理和随机青蛙算法优选的23个特征波长所建LS-SVM模型的性能最优，该模型对测试集的敏感性、特异性和识别正确率分别为0．92，1．00和95．00％。随机青蛙算法可以有效筛选重要的特征变量，不仅能简化模型，而且可以提高识别准确率和识别速度。

用遗传算法提取频谱激电法谱参数

介绍了频谱激电法中的Cole Cole模型和Brown模型。提出了用遗传算法提取谱参数的设想。论述了用遗传算法求解谱参数的方法步骤。用理论模型进行了验证 ,结果表明该方法是切实可行的频谱激电法谱参数的反演方法。将此方法应用于勘探实例 。

基于融合-迭代的辐射源定位算法

利用观测站来实现信号源的精确定位一直是电磁频谱资源环境监测中的重要课题,是战场复杂电磁环境下进行电磁防御和电磁进攻的前提。论文根据测向信息计算出的交点分布情况,提出了一种基于融合-迭代的测向定位算法,并通过仿真实验比较其与当前流行的定位算法,表明该算法能对信号源进行有效定位,并具有较高的精度。

Lyapunov指数在异步电动机机械振动识别中的应用

基于非线性动力学理论,研究异步电动机振动信号的Lyapunov指数特征,并应用于故障诊断和识别。首先,搭建试验平台,并模拟异步电动机正常工作、转子不对中和底座安装不良的三种转动状态。分析电动机三种振动信号的波形,并进行去噪和预处理。然后,基于BBA算法计算振动信号在不同工作状态下的Lyapunov指数谱,选取最大Lyapunov指数作为特征用于识别异步电动机的机械振动;最后,为了对该分析方法的有效性及抗干扰性进行验证,引入了随机噪声,分析所提出算法在不同参数下的受噪声的影响水平。研究结果显示,异步电动机在正常运行时,其最大Lyapunov指数值在0.3~0.7;安装不良时其最大Lyapunov指数值在0~0.3,表明这两种工作状态下电动机振动信号序列出自于一个混沌过程;在电动机处于转子不对中状态时,其最大Lyapunov指数值近似为零,表明其振动序列中基本不存在混沌属性。在该研究结果的基础上,配合特征融合与机器学习分类算法,将有效提高异步电动机机械振动识别的准确率和效率。

分形布朗曲面构造算法研究

分形布朗运动是描述自然景物分形特征最有效的数学模型之一.以分形布朗运动为基础来构造分形图像可以较好地体现出具有复杂特征的自然景物的特点.提出了一种修正方差的随机中点继承增加算法,并使用该方法进行了模拟.模拟结果表明该算法能够较精确地生成FBM图像.与随机中点位移算法相比,修正方差的随机中点继承增加算法只增加了有限的偏移计算即可达到较高的精度,是一种有效地分形图形生成算法.

九宫格中的牡丹亭与美国当代音乐——塞克·勃朗宁算法作曲作品《丝乐王朝—为小提琴,二胡及古筝而作》研究

文章以美国当代作曲家塞克·勃朗宁2010年的最新作品之一《丝乐王朝——为小提琴、二胡及古筝而作》为例,详细介绍了以算法作曲法为基础的创作方式,结合音乐、风水、数学为一体的创作理念,融昆曲牡丹亭曲调与美国现代音乐与一体的风格特色及作曲家与作品的背景资料。

饮用水硝酸盐与癌症死亡率相关性的仿真分析

为深度剖析饮用水硝酸盐与癌症死亡率之间的潜在相关性,主要利用K-means算法,根据癌症的四个主要风险因素(吸烟、饮酒、糖尿病和肥胖)和预期寿命,对美国各县的数据进行分组,利用计算机进行仿真分析,探讨各项风险因素对癌症死亡率的直接或间接影响。实验结果表明,饮用水硝酸盐与癌症总死亡率在考虑预期寿命的情况下是成正相关的,结果符合医学研究者的预期。上述研究对我国环境流行病数据的收集和分析具有较为重大的意义。

基于核磁共振成像技术的香梨褐变检测

将核磁共振成像技术与人工神经网络理论相结合,对香梨内部褐变进行了检测。在磁共振T2加权图像中选取果核区域作为感兴趣区域,提取出反映褐变特性的10个微观纹理特征参数,建立了BP神经网络模型进行识别研究。针对BP神经网络模型存在的不足,利用遗传算法对网络模型的权值和阈值进行优化。通过验证性试验发现:对于4组香梨样本,优化后BP神经网络模型的平均正确识别率为92.50%,比未优化模型的平均正确识别率80.83%,提高了11.67个百分点;同一组香梨样本相比较,优化后模型的识别效果也均优于未优化模型,每组香梨的识别率都得到了不同程度的提高。结果表明:遗传算法优化后的BP神经网络模型具有很好的预测精度和泛化能力,可以实现香梨内部褐变的无损检测。