考虑材料劣变过程的桥梁地震易损性分析

建立了一套基于概率和非线性有限元的桥梁结构地震性能演变分析方法,分析了材料劣变过程;且结合人工神经网络(ANN)与蒙特卡罗(MC)方法,建立了结构随机能力模型;在能力模型的基础上,通过增量动力分析(IDA),建立了考虑材料劣变过程的需求模型,从而形成地震易损性曲线;并以一座斜拉桥的主塔为例,利用所建立的方法研究了随着服役年限增加结构易损性的变化规律.研究成果可为桥梁的全寿命设计、既有桥梁的运营以及地震风险评估等提供理论依据.

单光子测距系统仿真及精度分析

单光子探测器和时间相关单光子计数技术(TCSPC)被广泛运用于脉冲式激光测距及三维成像系统中。分析影响探测精度的因素有助于提高测距系统的性能。为此,建立了基于TCSPC单光子测距系统的理论模型,讨论分析了影响测距系统测量精度的因素,主要包括激光脉冲强度和回波信号统计波形的脉宽,其中后者由激光脉宽和探测器的时间抖动决定。并且利用蒙特卡洛法对测距系统的探测过程进行仿真,得到了上述因素对测量精度的具体影响情况。最后搭建了单光子测距的实验室实验系统,经过实验在10 m处的测量精度达到4 mm,对相同参数下的仿真结果进行了验证。

城市固体废物处理处置技术政策方法 Ⅰ.模型研究

为了研究城市固体废物污染控制技术体系,提出适合我国国情的城市固体废物处理处置技术政策制定方法,通过整合集成固体废物处理处置关键技术,选择了C、H、O、N、S5种最主要的元素对固体废物物质流和元素流进行分析,综合了效用分析法、层次分析法、信息集成分析法和灵敏度分析法等多种方法,建立了物质流与经济性综合评价最优化模型,给出了模型的假设条件、边界条件和初始条件,并确定了蒙特卡罗数值求解方法和灵敏度参数分析方法。本研究提出的最优化方法可为我国城市固体废物处理处置技术政策的制定提供实际有效的技术支持。

城市固体废物处理处置技术政策方法 Ⅱ.案例分析

以我国城市生活垃圾处理处置技术体系为案例,通过经济性分析,利用已建立的物质流与经济性综合评价最优化模型,对不同情景进行了蒙特卡罗法数值模拟,并进行了参数的灵敏度分析。结果表明,在一般条件下,家庭物质回收和二次物质回收后,采用沼气发电和渗滤液回灌的卫生填埋对垃圾进行处置是模型建议采用的处理处置技术体系,此时生活垃圾中的C,H,O,N,S5种元素的最终流向主要为回收利用部分、填埋体部分和填埋气部分。在填埋费用昂贵条件下,家庭物质回收和二次物质回收后,对垃圾进行分选,分别进行焚烧、堆肥和填埋的选择频率达到70%,是模型选择的经济性最优处理处置技术体系。灵敏度分析表明,分选垃圾的沼气发电收益,卫生填埋费用,分选垃圾大型发电费用,大型炉排炉费用,卫生填埋发电收益等参数对技术政策选择影响最大。

分布式电源接入配电系统可靠性分析方法

分布式电源接入电网后,对配电系统将会产生很大影响,使原有配电系统可靠性计算模型和评估方法发生改变。文中提出了一种基于蒙特卡洛方法的分布式电源接入配电系统后的可靠性分析方法。该方法主要针对分布式电源与系统电源并列运行情况,重点考虑了分布式电源在配电网中的作用,以及在系统发生故障时分布式电源对供电负荷的转带策略等因素。通过实际仿真算例的分析,验证了该方法的有效性。

基于概率配点法的岩土材料参数随机场及其响应分析

概率配点法是进行不确定性问题分析的一种有效方法。通过对输入参数场进行Karhunen-Loeve展开,将其表示为一系列独立随机变量在不同权重下的线性组合,再以与之相同的随机变量组合形成混沌多项式展开对输出随机场进行分解,通过某种算法选取随机变量的值,将其作为插值点的组合(配点),在这些配点上,概率方程演化为一个确定性问题方程。由此,可以直接利用现有软件或者确定性问题计算程序进行求解,生成混沌多项式的系数矩阵后,即可得到该随机问题的各阶统计矩,从而实现参数随机场的不确定性分析。本文将该方法引进岩土工程材料参数随机场,将体积模量视为输入随机场,位移视为输出场,分别进行了弹性及塑性变形计算。结果表明该方法极大地降低了随机问题的求解难度,与MC法(Mento Carlo)相比,减少了运算消耗,提高了计算效率,具有明显的优越性。

基于蒙特卡罗微分算法优化大规模换热网络

在换热网络数学模型及分级超结构基础上,提出蒙特卡罗结合微分进化算法,双层优化换热网络。外层利用蒙特卡罗算法全局范围内搜索最佳的换热网络结构;内层用微分进化算法优化换热器面积;通过设定合理的预期换热器个数,控制Grossmann超结构下产生换热器的个数,不但能提高求解效率,而且可以有效地解决大规模换热网络问题。最后,算例结果表明,基于蒙特卡罗微分算法能保证在全局搜索能力的前提下,混合求解策略能够获得较优的结果。

基于复轮廓波变换的图像消噪

为了克服实轮廓波图像消噪后广泛存在的混叠现象,研究了基于双树复小波级联方向滤波器架构的复轮廓波变换图像消噪的若干性质,证明了对于高斯白噪声图像,该变换具有更好的分割能力和抑制能力,并在此基础上提出了一种基于该变换的图像消噪算法。该算法采用蒙特卡罗方法来确定门限收敛因子,并采用这些因子修正3σ准则,对变换域系数模值采用硬阈值处理。图像消噪实验结果表明:该消噪算法比基于实轮廓波变换的消噪算法,具有更高的峰值信噪比和更好的视觉效果。

非均匀、随机裂隙展布岩体渗流应力耦合模型

利用Mento-Catlo模拟技术模拟基质岩块的非均质力学特性,生成岩体内的随机裂隙网络,建立了非均质、随机裂隙展布岩体生成模型,并开发了相应的程序HRFRGM.在岩体力学试验和工程地质调查基础上,利用HRFRGM生成与实际岩体工程特性相近的虚拟岩体.将其与渗流应力耦合计算程序Coupling Analysis结合,建立了非均质、随机裂隙展布岩体渗流应力耦合计算模型.研究了岩体非均质和随机裂隙网络对瓦斯抽放的影响.结果表明,提出的非均质、随机裂隙展布岩体生成模型能较好地模拟岩体的非均质性和随机裂隙展布.

外场激励下架空线响应分布规律的概率分析

应用蒙特卡罗法和传输线耦合响应计算公式分析了瞬态外场激励下传输线耦合响应的分布规律。分析对象为二导体架空线和以大地为回路的多导体架空线。分析中将电磁波的入射参数,包括极化角、入射角和方位角作为一组随机变量,并由计算机随机产生。应用瞬态外场激励下二导体传输线终端耦合响应的解析公式和多导体传输线节点导纳方程分别分析端接传输线耦合电流和耦合电压响应绝对值的峰值,并得出响应的概率分布曲线。当传输线入射参数在[0,π/2]范围内变化时,对于二导体架空线终端电流而言,随着终端端接电阻的不同,架空线近端与远端的电流响应绝对值峰值的概率分布曲线不同。对于共地三导体架空线来说,在接相同端接电阻的情况下,远端高电压分布概率大于近端的分布概率,中间导体近远两端在高电压区域分布概率要比两边导体低。

空间光学系统的杂散光分析

介绍了空间光学系统的杂散光的来源,以及对红外光学系统成像质量的影响。在简化分析的基础上,讨论了杂散光分析的物理模型。利用已有的光学系统模型讨论了杂散光的计算和分析方法。主要介绍了蒙特卡罗法和光线追迹法在解决问题方面的作用,用具体的系统模型说明了杂散光计算和分析的假设条件、模型建立和计算过程等。对空间光学系统的杂散光有基础的认识。为以后利用软件进行杂散光分析打下基础。

快速确定轮廓波消噪收敛因子

轮廓波变换能够有效地快速逼近图像信号,在图像消噪方面优于小波消噪.为了更好地保留图像消噪后图像的纹理信息和边界特征,一般采用硬阈值的消噪方法.本文分析了目前存在的3种硬阈值确定方法速度较慢的原因,通过较小样本图像确定每个子带的3σ或4σ收敛因子,在保持消噪效果(峰值信噪比和视觉效果)的同时,极大地提高了阈值确定速度,并大大减小了确定收敛因子所需的内存空间.

基于Ising模型的有限尺寸无序磁系统磁场的衰减

探讨了无序磁系统的磁场衰减以及衰减的机理。通过评估有限尺寸无序磁系统外部的磁通密度概率分布的方法分别探究了一维和二维无序系统的磁场衰减的现象。结果表明,一维无序磁系统产生的磁场衰减存在三个阶段:单个磁矩磁通密度、方差趋近于0的高斯分布和双指数衰减分布。二维的结果与一维结果类似,但是衰减更慢。二维Ising模型的Mento Carlo模拟结果表明,磁矩无序度的增加导致磁通密度衰减更快,屏蔽效果更明显。理论证明了无序效应能屏蔽磁场,为无序磁系统磁性的研究提供了新的方法。

面向大型船舶装备的系统可靠性预计方法研究

针对大型船舶装备中存在的串、并、旁、表决等混联组成的部分复杂系统结构,在开展系统可靠性预计时难以推导其可靠性数学解析公式的问题,提出一种基于蒙特卡罗仿真的可靠性预计方法,并通过对比数学解析方法来验证新方法的准确性和适用性。最后以某潜艇操舵系统为例,验证基于蒙特卡罗仿真的系统可靠性预计方法对复杂混联系统具有更好的普适性。

大洋鱿鱼体内重金属富集特征及健康风险评估

海产品摄食是重金属进入人体的主要途径。采集了西北太平洋、东南太平洋和印度洋3片远洋海域的鱿鱼样品,分析其肌肉、胃和消化腺中重金属元素Cr、As、Cd、Pb和Hg的富集特征。采用单因子污染指数(single factor index,SFI)、金属污染指数(metal pollution index,MPI)法以及非致癌风险评估方法对重金属污染程度和食用风险进行评价。结果表明,3种组织中As、Cd富集水平明显高于Cr、Pb和Hg,且消化腺中各重金属浓度大于肌肉和胃。As与Cd在区域间分布差异明显,均呈现印度洋>东南太平洋>西北太平洋的趋势,而Cr和Hg则呈现出西北太平洋>东南太平洋>印度洋的分布特征。Pb则呈现西北太平洋>印度洋>东南太平洋的趋势。SFI和MPI结果显示,印度洋As和Cd超过海洋生物质量国家标准,需引起关注。人体暴露风险评估表明,摄食3片海域的鱿鱼均不存在非致癌健康风险。为更好地提供摄食鱿鱼的健康数据,利用蒙特卡洛分析对西北太平洋、东南太平洋和印度洋3片海域重金属的联合毒性作用进行不确定性分析,3片海域的鱿鱼的最大摄入量分别为99、48.5和20.5 g·d^(-1),远高于中国人的鱿鱼日摄入量3.3 g·d^(-1)。

基于稳健性的肘杆传动机构的优化设计

采用复数矢量法建立了肘杆传动机构的运动方程,运用稳健设计原理,以肘杆传动机构的几何参数为设计变量,以满足曲柄摇杆机构及滑块位移条件为约束,以滑块冲压阶段的最大速度以及速度波动为目标函数,同时考虑杆件制造误差的影响,采用具有正态分布参数的蒙特卡洛法采样和多目标遗传算法对机构进行稳健性优化设计。优化结果表明,该方法更符合实际情况,且当设计变量发生变异时,能有效保证机构性能。

超球体检测器覆盖问题的研究

研究表明实值否定选择算法在多维形状空间下呈现出很高的时间和空间复杂性。针对实值否定选择算法中最常采用的超球体检测器,在理论上研究了它的体积,以及体积随半径和维数变化的性质,以此分析了高复杂性出现的原因。针对检测器存在重叠的问题,基于蒙特卡罗方法提出了一个估计检测器覆盖率的算法,用于比较不同检测器生成算法。由于该算法基于随机分布和概率方法,它极大地简化了计算复杂性。

可实现以期望角度过顶迂回打击的制导律设计

在已有的小型导弹角度约束制导律设计中,对敌方目标打击角度约束范围往往有限。为了扩大角度约束的可行范围,实现对目标的全方位打击,基于双圆弧原理设计了可实现过顶迂回打击的制导律。首先,建立了导弹的末制导段相对运动模型,然后对双圆弧曲线拟合的原理进行了介绍和推导证明,对于两段圆弧的关键参数进行了推导,最后基于该原理设计了一种可从任意角度打击目标的制导律。仿真结果表明,该制导律能够实现的角度约束范围相对偏置比例导引律大幅提升,可以实现对固定目标的过顶迂回打击,控制命中角度能力较强,末端过载的峰值较小,控制能量也远小于BPNG(biased proportional navigation guidance law),命中精度满足要求,具备较好的工程应用价值。

室内热源辐射热再分布的研究

通过分析室内热源与围护结构内表面的辐射传热机理,详细介绍了计算热源与室内表面辐射热分布的Gebhart吸收系数法。确定了关键参数即吸收系数的计算,给出了蒙特卡洛法计算辐射吸收系数的原理,并编制了通用的计算程序,分别研究了建筑高度、断面尺寸对热源辐射分配的影响。最后用该方法计算了一复杂形体中庭内热源辐射热在侧壁的分布情况。计算结果为模拟室内热环境的边界定义提供了参考。

随机车流作用下悬浮隧道车-隧耦合振动分析

悬浮隧道是面向未来交通设计的一种跨海结构物。为研究随机车流作用下水中悬浮隧道的车-隧耦合振动特性,基于不同车型、车间距和车速情况下的随机车流模型,分别采用蒙特卡洛法和有限单元法进行随机车流和悬浮隧道的理论建模。结合Morison方程和车辆位移协调关系,提出了车-隧耦合作用的分析单元,并对悬浮隧道车-隧耦合振动进行数值求解,通过统计分布的方法对计算结果进行讨论。计算结果表明:悬浮隧道在高流量的随机车流荷载作用下发生剧烈的车-隧耦合振动;悬浮隧道的L/4和L/2位置的加速度均方值a_(rms)服从正态分布的概率分布形式,且L/2位置受到更明显的随机车流荷载作用影响;降低断面锚索竖向刚度和增加锚索布置间距能够改善悬浮隧道的耦合振动竖向加速度幅值,但改善效果呈边际效应递减的趋势。