梯形Halbach交替极无铁心永磁同步直线电机特性分析与优化设计

针对无铁心永磁同步直线电机(PMLSM)存在推力波动问题以及磁极结构对永磁体利用率的影响,从结构方面着手,提出一种梯形Halbach交替极磁极结构的无铁心永磁同步直线电机,对Halbach阵列进行优化设计。首先通过有限元法对比在Halbach交替极、双层Halbach磁极与梯形Halbach交替极3种磁极结构中PMLSM的电磁性能,分别对气隙磁场谐波成分、空载反电动势、电磁推力以及推力体积比进行计算与对比。其次,采用等效磁化强度法定性分析磁极结构对电机出力性能的影响,并引入Kriging模型,结合多目标优化算法对关键参数进行优化以提高电机平均推力和推力体积比,降低推力波动,得到3个优化目标的Pareto前沿。最后,通过仿真分析验证设计方法的有效性以及电机性能的改善。结果表明:梯形Halbach交替极磁极结构永磁体利用率更高,具有实用价值;梯形Halbach交替极PMLSM能够有效抑制推力波动并保持在7%左右,适用于高精确度加工设备。

一种基于AK-MCS-K的失效概率函数估计方法

针对可靠性优化设计中失效概率函数求解复杂、计算量大等问题,提出一种求解失效概率函数的高效方法。所提方法的基本思路是利用自主学习Kriging方法构造输入变量全空间在失效边界处的局部代理模型,进而通过该局部代理模型结合Monte Carlo模拟法计算在指定分布参数样本下结构的失效概率,然后基于Kriging方法拟合分布参数样本点与对应结构失效概率之间的函数关系,最终建立用Kriging模型表达的失效概率函数的隐式函数。为了检验所提方法的精度和效率,给出了两个算例,对比了所提方法与已有的求解失效概率函数方法的计算结果。算例结果表明,所提方法适用于求解复杂的功能函数问题,并在满足精度要求的基础上显著降低了计算量。

基于Kriging模型与FORM的钢板组合梁桥结构优化设计

考虑材料参数的不确定性以及设计变量多重约束条件的影响,提出了基于可靠性分析的钢板组合梁桥结构优化设计方法。首先,利用拉丁超立方试验设计(Latin hypercube design,LHD)构建试验组合方案,并通过有限元分析获取试验设计组合下的最大挠度响应值。基于获取的训练样本,构建能够表征结构最大挠度值与随机输入之间映射关系的Kriging代理模型。基于建立的代理模型,以钢结构截面积最小化为目标函数,建立符合规范要求与可靠度约束的优化数学模型,并采用一阶可靠性方法(first order reliability method,FORM),实现设计变量优化。通过比较具有相同设计变量上限,但下限分别为初始值的80%和70%两种优化设计方案,评估了两者在相同阈值以及不同阈值下设计变量的优化结果。最后对方案二在阈值为17 mm下的优化结果进行极限状态验算。结果表明:两个优化设计方案在阈值为17 mm下的优化结果更具合理性,并且方案二在同一阈值下具有更高的优化程度。随着阈值增加,优化程度增加,且腹板高度在较大阈值下对结果影响更大,而翼缘宽度在较小阈值下影响更大。

羊八井-谷露裂谷地热水锂空间分布规律及其成因的统计分析

位于西藏羊八井-谷露裂谷中的地热水锂含量高于西藏温泉平均水平,但其水化学成因仍有争议,主要原因之一为该区域地热水中锂的空间分布规律不明。常见的空间规律分析方法为普通克里金法(Ordinary Kriging)和协同克里金法(CO-Kriging),但前者精度不高,后者难以获得合适的辅助变量。为此,提出2种确定辅助变量的方法:一是采用与锂相关性最强的物理化学指标Cl^(-)浓度作为辅助变量;二是采用主成分分析综合指标F作为辅助变量。将2种辅助变量分别耦合进CO-Kriging中,形成Cl^(-)-CO-Kriging和F-CO-Kriging方法,用以分析西藏羊八井-谷露裂谷中的地热水锂分布规律。结果表明,相比于Ordinary Kriging,F-CO-Kriging和Cl^(-)-CO-Kriging预测精度有明显提高;其中F-CO-Kriging的E_(MA)和E_(RMS)平均提高30.3%,Cl^(-)-CO-Kriging的E_(MA)和E_(RMS)平均提高28.5%,而且显示地热水中的锂与断裂在空间分布上具有一致性,在谷露地热区锂有明显的富集现象。进一步采用系统聚类和因子分析方法,探究影响地热水中锂空间分布的水化学成因发现,高温、高TDS、低Ca^(2+)浓度、低Mg^(2+)浓度、高硼浓度的碱性环境中锂浓度更高。研究成果为探讨青藏高原地热水中的高锂乃至其他稀有金属的成因和资源评价奠定基础。

Krige方法在我国降雨侵蚀力地理分布规律研究中的应用

降雨侵蚀力是降雨引起土壤侵蚀的潜在能力。应用Ｋｒｉｇｅ方法模拟中国降雨侵蚀力Ｒ值的地理空间分布规律，并对我国１２８个重点站的Ｒ值进行了空间内插计算。模拟和计算结果表明Ｋｒｉｇｅ方法模拟回归优度达９９．９９％。

基于LHS-Kriging-DW的页岩气集输管道内腐蚀预测模型研究

为了准确预测页岩气集输管道的内腐蚀速率,对DW(DeWarrd)模型进行修正,运用LHS(拉丁超立方抽样)优化的Kriging(克里金方法)对修正DW进行训练以建立模型并验证。通过高清漏磁检测器检测某页岩气集输管道内腐蚀速率,基于PIPESIM模拟该管道现场工况,运用多元非线性回归修正DW模型。运用LHS-Kriging对修正DW模型进行训练并优化,运用建立的模型对另一相邻管道进行了腐蚀速率的预测和现场开挖验证。现场内检测的结果显示:管线在几处低洼积液处发生了严重的腐蚀,因此引入了持液率作为修正因子修正DW模型。选择样本数为500用于LHS-Kriging-DW模型时误差较小。在实例运用中,10个开挖检测点有9个都在预测结果的95%置信区间内,这说明建立的腐蚀速率模型可用于指导现场内腐蚀直接评价等相关工作。

ANN-Krige方法及其应用

地统计学是应用数理统计学的一门新分支 ,是研究空间相关性的一种有效方法 .与传统统计学相比 ,它更注重于随机变量的空间过程 ,通过研究对象在空间上不同间隔距离的抽样点上的差异 ,定量地描述其空间变化规律 .这一理论包括两方面研究内容 :(1)半方差图 ;(2 )空间局部内插理论 .但其主要技术为半方差图模型的优化 ,这是空间局部内插理论的基础 .本文提出应用人工神经网络方法建立半方差图模型 ,进而提出空间相关性分析新方法—— ANN- Krige方法 ,并结合实例进行了应用研究 .结果表明 ,本文所提出的方法是可行的 ,其空间内插效果比传统地统计学方法明显更优 。

基于多源数据的山区小流域降水融合模型

为准确获取山区小流域的降水空间分布及其资源量,采用Kriging插值法对低分辨率卫星数据进行空间降尺度处理,通过长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)将局部卫星与观测数据进行降水融合,引入前期降水信息加强卫星与观测降水之间的时间相关性,并利用该模型进行流域降水空间分布估计。结果表明:从空间分布来看,融合模型对暴雨中心位置的捕捉更加精确;从降水量来看,所提模型在短时强降水下的探测率和临界成功指数分别为0.60和0.50,能够改善原始低分辨率卫星降水数据,使其更接近实际情况;从雨量站数量来看,融合降水的精度随着站点数量的增加而提高,当站点数量达到某个临界值时,融合降水的精度趋于稳定。Kriging-LSTM模型为准确获取山区小流域的降水资源提供了新思路。

卫星导航中电离层误差校正技术现状与发展

电离层误差严重影响着GNSS的定位精度,GPS、BDS、Galileo、GLONASS有不同的电离层误差校正方法.全文概述了电离层误差校正方法,综述了单频电离层误差校正、双频电离层误差校正及多频电离层误差校正等技术的原理与发展现状.在单频电离层误差校正技术中总结了增强系统中的电离层误差校正技术、北斗全球电离层延迟修正模型(BeiDou global ionospheric delay correction model,BDGIM)、Klobuchar模型、单频电离层误差校正技术的优化—附加国际参考电离层(international reference ionosphere,IRI)约束模型和NeQuick-G模型;在双频电离层误差校正技术中重点总结了双频消电离层误差、无电离层组合模型及PPP-RTK技术中电离层误差校正方法;在多频电离层误差校正技术中介绍了高阶项改正和地磁场建模对电离层误差校正技术的优化与改进.最后,对电离层误差校正技术及其改进方法进行了分析,总结了其发展趋势与方向.

基于G2SFCA的公园绿地步行可达性分析

城市绿色空间是居民进行各种活动的重要场所之一,也是城市宜居的重要标准之一,为了提升城市居民的生活,对公园绿地与居民的供需情况进行梳理并不断调整是必要的。研究以深圳市为研究区域,基于15 min生活圈的概念,重点研究居民步行可达性情况。利用多源大数据与Goole影像等提取该地区小区居民数据、公园绿地及道路网络等相关数据,以小区居民与公园门数据作为供需点,借助于高斯两步移动搜索法(G2SFCA)求取深圳市区域小区居民步行15 min的公园绿地可达性。从公园绿地的供需情况、局部空间自相关及盲点分析方面对步行10 min和15 min的供需情况进行分析,并借助克里格插值分析整个区域的公园绿地可达性。结果表明:步行15 min下的公园可达性良好,86.23%的小区居民可以到达城市公园,只有小部分出现不可达;公园可达性分级中,一般可达性占绝大比例,可达性好的地区占比最少,仍有很大发展空间;深圳市区可达性盲点区域是分散的,占比不高且可以通过对周边绿地进行深度挖掘,不断提高公园面积进行改善,同时对道路网络的不断升级。

基于自适应多保真度Co-Kriging代理模型的地下水污染源反演识别

为高效率高精度地进行地下水污染源反演识别,综合运用高保真度和低保真度地下水溶质运移数值模拟模型,研究应用集成差分进化算法的Co-Kriging方法建立模拟模型的多保真度代理模型;在此基础上,探索应用马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)-DREAM_((D))算法,并采用自适应更新多保真度代理模型策略进行地下水污染源反演识别.为验证上述方法的有效性和可行性,开展了数值算例研究.结果表明:相比仅基于高保真度模型输入-输出样本构建的Kriging代理模型,联合运用高保真度和低保真度模型输入-输出样本构建的Co-Kriging代理模型对模拟模型的逼近精度更高;耦合多保真度Co-Kriging代理模型和MCMC-DREAM_((D))算法能够得到较高精度的污染源反演结果,且能够大幅度减小计算负荷;同时,采用自适应更新多保真度代理模型策略能够进一步提高污染源反演识别精度.

基于无人机摄影测量的潮间带单波束测深空间插值精度评估

针对单波束测深数据插值模型精度验证困难等问题,利用潮间带潮汐规律,提出了一种基于高精度无人机数据验证插值模型精度的方法。在低潮时利用无人机摄影测量构建高精度潮间带数字表面模型,高潮时获取单波束测深数据并结合全球导航卫星系统技术计算得出潮间带地形点的三维坐标,使用克里金插值法、反距离权重法、规则样条函数法以及自然邻域法分别构建潮间带数字高程模型。以无人机数字表面模型数据为基准,分别对4种插值方法构建的潮间带数字高程模型进行精度分析。结果表明:1)后处理差分技术辅助无人机摄影测量可以构建高精度潮间带数字表面模型。2)在潮间带区域可以使用无人机数据作为单波束测深数据精度的评价标准。3)潮间带地形较为平坦时,规则样条函数法相比于其他3种插值方法精度更高,粗差率为12.5%。

克里金方法与深度学习方法用于浅层地下水位估计的对比研究:以深汕特别合作区为例

掌握区域地下水位分布是地下水资源评价与环境保护的重要基础。由于区域尺度观测的地下水位数据有限,克里金插值与深度学习方法逐渐被用于区域地下水位预测,但两者的适用性及鲁棒性缺乏对比分析。针对这个问题,基于239口监测井水位,采用普通克里金方法、融合地表高程的协同克里金方法、深度学习方法估计深汕特别合作区地下水位空间分布,调查3种方法在区域地下水位预测中的应用潜力。为了研究训练集样本量对3种方法预测效果的影响,将239口监测井分为2组(76口和163口)用于3种模型的训练。结果显示,使用76眼井的训练数据拟合验证集样本时RMSE分别为6.09,4.04,7.11,考虑了地表高程信息的协同克里金法明显优于普通克里金法与深度学习法。而当训练样本量增加到163口水位数据时,普通克里金、协同克里金及深度学习法的预测精度都明显提升,3种方法拟合验证数据集的RMSE相差很小,分别为1.33,1.36,1.54。另外,使用较大数据样本量进行全区域的地下水位预测时不同方法得到的预测水位分布均有所提高,但空间分布特征依旧存在明显差异。结果表明,当观测数据稀疏时,融合高程信息的协同克里金方法的预测效果显著高于普通克里金方法和深度学习方法,而当观测数据量增加到达一定数量时,3种方法预测得到的RMSE较接近。

基于改进组合弹簧模型的矿井地应力场计算方法

地应力场是影响围岩稳定性的重要因素,准确反演计算地应力场是采矿工程设计中的难点。结合布尔台矿Kaiser法实测地应力数据,提出了一种基于改进组合弹簧模型的地应力场计算方法,并与侧压系数法、经典组合弹簧模型法等的结果和实测值进行了对比。利用FLAC^(3D)研究了不同侧向应力边界条件下布尔台矿42105工作面矿压显现规律,并与实测矿压数据进行了对比分析。研究结果表明:所提出方法计算的应力场与实测值间主应力均方根平均误差均值为1.831,较其他反演计算方法降低了14.6%~42.2%;对称平均绝对百分比误差均值为19.45%,较其他反演计算方法降低了3.4%~36.9%。将该方法计算的应力作为应力边界时,模拟得到的支撑力与实测数据间的均方根误差的平均值为66.55,相较于侧压系数法降低了7.75%,相较于经典组合弹簧模型法降低了32.45%;对称平均绝对百分比误差的平均值为15.75%,相较于侧压系数法降低了6.61%,相较于经典组合弹簧模型法降低了20.67%。因此,该方法能够较准确计算地应力场并为精准模拟矿压规律提供新的应力边界施加方法的参考。

基于随机模拟的火山CO_(2)释放通量预测研究:以意大利埃特纳火山为例

火山活动能够将地球深部的碳输送到大气圈,是地质碳排放和深部碳循环的重要形式。火山区所释放的温室气体(尤其是CO_(2)气体),对全球气候有着重要的影响。在全球气候变暖及“碳中和”计划的背景下,估算火山区温室气体释放通量,评估其对全球碳排放的影响,具有至关重要的意义。本文阐述了火山区温室气体释放的主要特征及调查方法,并以意大利埃特纳火山为例,指出可以使用地统计学原理对火山区CO_(2)气体采样数据进行插值模拟。最后,本文分析了加入协变量进行协克里格插值模拟的可行性,并与普通克里格插值法的模拟结果进行比较。结果表明:火山区CO_(2)释放通量与火山区土壤温度之间具有相关性,引入土壤温度进行协克里格插值模拟,可以优化模拟结果的误差指标。本研究将为定量评价火山活动对气候变化的影响以及预警火山灾害提供重要依据。

广西区域速度场模型构建与应变特征分析

利用GAMIT/GLOBK软件解算2009-01~2019-06广西地区83个GNSS站数据,获得ITRF2014框架下GNSS站速度场,并通过Kriging插值法构建广西区域三维速度场模型。联合广西及周边136个GNSS站观测结果,采用格网距离加权法计算区域应变场,并对应变场特征进行分析。结果表明,ITRF2014框架下广西区域平均水平运动速率为34.95 mm/a,优势方向为N106.3°E,垂向运动表现为区域性缓慢隆升和沉降。23.5°N以北区域呈面应变压缩变形状态,以近SN向、NW向主压应变为主;23.5°N以南区域则呈面应变拉张变形状态,并以自西向东扇形展开的张应变为主。剪切应变场表现为四周高值、中部过渡带为低值。研究区内近10 a内地震主要发生在剪切应变高值向低值转变的区域,且时空上具有从断裂带一端向另一端迁移并折返的变化特点。

昌黎黄金海岸国家级自然保护区土壤理化性质空间分布及影响因素

【目的】探究昌黎黄金海岸国家级自然保护区土壤理化性质空间分布特征,为建立保护区植被生态系统的良性循环提供科学参考。【方法】采用1000 m×1000 m网格取样的方法确定57个采样点,分别采集0~10 cm和10~20 cm土壤样品进行理化性质测定,利用克里金插值法进行空间制图,根据相关分析和方差分析探讨影响因素。【结果】保护区土壤理化性质水平分异明显,距海越远,部分理化性质指标值越高;土壤质地主要分为砂土、壤质砂土、砂质壤土及粉壤土四类,其中砂土占70%左右,砂粒含量达到85%~100%;七里海实验区西部为盐土,全盐量为5.22 g/kg,沿海以非盐化和轻度盐化为主。各指标间显著相关,其中土壤容重与含水量、养分指标呈显著负相关;除容重外,土壤含水量与其他6种指标之间呈显著正相关;4种养分指标之间互为正相关关系,pH值与有效磷、速效钾及全盐量呈显著正相关。此外,土壤理化性质分布格局受距海岸线距离、土地利用类型、土壤类型等因素的影响。其中距海岸线距离因素所起作用较大;耕地土壤含水量和养分含量显著高于林地、草地和未利用地;与潮土和滨海盐土相比,滨海风沙土的土壤容重较高,但含水量、有机质含量、全盐量和pH值较低。【结论】七里海实验区西部树种选择应以耐盐碱植物为主,陆域缓冲区、陆域核心区南部和金沙湾实验区应选择耐旱、抗风的良种壮苗。

基于响应面法和MOGA的重载曲轴形貌优化研究

重载曲轴是大型隔膜泵动力端的关键零部件之一,其强度对于整个动力端的平稳运行至关重要。而重载曲轴的失效形式往往是由于圆角处应力集中导致的疲劳破环。针对这一问题,从圆角处结构特征的角度出发,对曲轴进行形貌优化。通过静强度应力分析确定曲轴工作过程中的最危险工况,以此作为曲轴优化过程中的计算工况。以各圆角处的最大应力值和整体最大变形量为优化目标,以圆角处结构特征参数为设计变量,进行试验设计,基于Kriging插值法构建优化目标关于设计变量的响应面模型。最后,建立多目标优化模型,应用多目标遗传算法寻找非支配解解集。结果发现,优化解集中的曲柄斜面倾斜角都接近90°,这为今后的重载曲轴的结构设计提供一定的参考。

冬小麦保险理赔的高精度气象数据查询研究——以河南省一次大风气象灾害为例

为解决河南省冬小麦保险理赔中气象凭证获取渠道不统一、查询效率低、理赔控制难、理赔不规范等问题,本文首先对2018—2021年河南冬小麦保险案例进行分析,发现暴雨、风灾、冻灾和旱灾是河南省主要的农业气象灾害保险理赔类型。基于风灾持续时间短、成灾范围小、保险理赔获取气象凭证查询难度大,本研究以河南省冬小麦风灾为例,对气象站点数据、智能网格实况数据和基于站点数据克里金插值法三种方法进行对比,研究河南冬小麦风灾保险理赔优化查询方法。结果表明:基于站点数据,克里金插值法优于站点数据和智能网格实况数据;当极大风速大于10 m/s时,克里金插值法可以作为未覆盖站点数据的有效补充,在保险理赔查询气象凭证中具有较好的适用性,可提高保险理赔中获取气象凭证的有效性和准确性,为冬小麦农业保险风灾理赔的气象查询提供参考依据。

基于响应面法的机载光电集成箱优化设计

机载光电集成箱在战斗机飞行过程中面临振动、冲击等恶劣工作环境。本文旨在提高光电集成箱抗振动干扰能力和结构可靠性,以减少最大变形量和提升结构一阶模态频率为目标,对光电集成箱进行多目标优化设计。根据加速度过载极端条件对原始光电集成箱三维模型进行特定载荷下的静力分析和普通约束条件下的模态分析;采用最佳空间填充设计法(OSFD)法进行实验设计,提取结构设计参数并建立样本空间,响应面模型运用Kriging法进行构建;以最小化结构变形量、提升结构第一阶模态频率作为优化目标,以结构等效应力和质量为约束条件,运用MOGA遗传算法对构建响应面模型进行了优化求解,得到响应面模型最优解,最后对模型进行参数化重构和验证。优化结果显示:经过优化后的光电集成箱,最大变形量减少了44.02%,基频提高了33.6%,质量减少了8%,有效地提升了光电集成箱的动力学性能和可靠性。