中国南海神狐海域水合物储层井壁稳定可靠度分析

天然气水合物具有巨大的潜在经济和环境价值,其开发利用对国家能源安全和实现国家碳达峰碳中和的“双碳目标”具有战略意义。我国天然气水合物资源主要分布于南海海域,海洋环境的复杂性和隐蔽性使工程测量数据具有较大不确定性,影响钻井安全。目前未见有水合物储层井壁稳定可靠度研究。为定量评估在我国南海神狐海域水合物储层钻井风险,基于水合物储层钻井井壁稳定解析理论和南海神狐海域具体地质条件,结合可靠度分析方法中的改进一次二阶矩法和响应面法,研究南海神狐海域水合物储层钻井井壁失稳概率分布特征,分析该海域井壁失稳概率及安全钻井液压力窗口对主要参数均值和不确定性的敏感性,结果表明:(1)若测量数据足够精确,在我国南海神狐海域水合物储层进行钻井活动的安全性较高,安全钻井液压力窗口也较大。测量数据的不确定性增大将使井壁失稳概率显著升高,缩窄安全钻井液压力窗口。(2)较低的钻井液温度对降低井壁失稳概率略有帮助,且能明显地扩大安全钻井液压力窗口。(3)5个主要参数的均值和不确定性对井壁失稳概率的影响次序相同,均为初始地应力>初始内摩擦角>弹性模量比>初始黏聚力>初始弹性模量。实际工程中对初始地应力数据精确测量,能够显著提高水合物储层钻井井壁稳定性。

基于PKPM二次开发的结构构件可靠度指标计算

提出了便于与商用结构设计软件对接的结构构件可靠度指标计算框架。采用有限差分法计算结构构件荷载效应关于基本随机变量的偏导数;用矩传播的方法计算构件荷载效应的前两阶矩;依据一次二阶矩法计算结构构件的可靠度指标β。在此基础上,编制了基于PKPM的二次开发程序,可用于计算RC框架结构梁抗弯和抗剪极限承载能力的平均安全系数和可靠度指标。实例分析结果表明,对于按6度设防设计的结构,在6度地震作用下有少数梁的可靠度指标低于我国建筑结构可靠性设计统一标准的要求;当地震作用为7度时,多数梁的可靠度指标低于标准要求。

基于改进一次二阶矩方法的油气管道失效概率研究

油气管道在运行过程中存在诸多不确定性因素,采用改进的一次二阶矩计算方法,依据最大剪应力强度理论和管道工程设计规范,建立了油气管道的失效功能函数,提出了管道可靠度和失效概率的计算方法。以西部某段原油输送管道为例,研究了随机变量管道直径、壁厚、运行压力、运行温差的平均值与标准差对失效概率的影响,为油气管道的可靠性设计及风险评估提供一定的借鉴。

TPDF-ASOM复合湍流燃烧模型及其检验

先进航空发动机燃烧室设计要求对湍流火焰精确控制,现有模拟方法需提高精度和效率。输运概率密度函数(TPDF)湍流燃烧模型精度高,代数二阶矩(ASOM)湍流燃烧模型计算成本低,类比离散涡模拟思想,基于Da数将湍流燃烧场区分“高精度”和“低成本”2个区域,在输运方程框架下采用随机场TPDF(高精度)和ASOM(低成本)方法重构TPDF-ASOM复合湍流燃烧模型,以提高模拟的整体精度和效率。在大涡模拟(LES)-TPDF程序平台创建ASOM并进一步实现TPDF-ASOM复合湍流燃烧模型,用Flame D实验数据检验所建模型和方法。结果表明:所建模型的预测结果与实验值接近,而且能够兼顾精度和计算效率。

基于光斑二阶矩的阵列光束倾斜相差自适应控制方法

针对阵列光束相干合成中存在的倾斜相差大的问题,提出了基于合成光束远场光斑二阶矩的阵列光束倾斜相差自适应控制方法。以合成光束远场光斑二阶矩作为评价函数,理论上模拟了采用随机并行梯度下降算法实现7路光束的倾斜闭环控制过程。实验上搭建了7路光纤激光相干合成系统,利用自适应光纤准直器对倾斜相差进行校正。以合成光束远场光斑的二阶矩作为评价函数,采用随机并行梯度下降算法,实现了7路光束的倾斜的闭环控制,合成光束模拟远场光斑的桶中功率由0.05 V提升至1.95 V。实验中将倾斜扰动的增益系数变为与二阶矩相关的函数,实现了自适应变增益系数的倾斜闭环,在一定程度上提升了倾斜控制的带宽。从理论上和实验上验证了基于光斑二阶矩的倾斜相差自适应控制方法在光束合成及合成孔径探测领域应用的可行性。

基于颜色二阶矩和直方图联合判定的镝铁中铁含量自动分析仪研制

镝铁合金中铁含量的检测方法通常以人工滴定为主,但这种方法存在耗时长、操作繁琐、人眼判断滴定终点差异性等问题。研制了一种以图像处理为基础的镝铁中铁含量自动分析仪,实现了样品前处理、滴定、终点判定等过程一体化与自动化,减少了人工操作。可同时进行五个样品实验,提高了滴定效率。采用CCD工业相机摄取溶液图像,实现化学反应过程中溶液颜色的自动化识别,运用颜色分量二阶矩阈值和像素点数量排除溶液颜色交替变化的干扰,并基于直方图对比得到相似度进行滴定终点的判定,能够有效、准确地实现化学反应过程中溶液颜色的自动化识别。使用参考值为19.47%~20.25%的镝铁合金样品进行测定,与手工滴定结果比对验证,精密度测量结果相对标准差在0.21%以内,准确度测量结果误差在0.15%以内,满足国家标准《镝铁合金化学分析方法第4部分:铁量的测定重铬酸钾容量法》(GB/T 26416.4-2010)的精度要求。

基于有限元的重力坝抗滑稳定静动力可靠度快速求解方法

重力坝的抗滑稳定是重力坝工程能够安全运行的关键,其抗滑稳定的可靠度研究是当前水利工程领域的重要研究课题.为了解决采用蒙特卡罗法求解可靠指标时计算效率低、采用响应面法时求解精度不高问题,本文提出一种基于有限元的改进一次二阶矩法进行重力坝抗滑稳定可靠度计算.首先,将坝基岩体抗剪断强度参数视为随机变量,定义功能函数为抗滑稳定极限平衡状态下阻滑力与滑动力的差值,在极限平衡状态条件下推导了功能函数中随机变量的偏导数;然后考虑地震荷载作用的随机性,采用基于全概率公式的数值拟合积分方法计算抗滑稳定静动力可靠指标并将此方法应用于某重力坝工程的抗滑稳定分析中.研究结果表明,该方法在保证计算精度的情况下具有更高的求解效率和收敛速度,故可为类似工程的抗滑稳定静动力可靠度分析提供方法借鉴.

基于BP神经网络和一次二阶矩法的结构可靠度分析

工程结构的功能函数大多为隐式表达式,使得以功能函数的显式表达式为基础的可靠度计算方法难以应用。为此,基于BP神经网络法和一次二阶矩法,根据结构随机变量的统计特性进行随机抽样获取有限数量的样本点,计算出每组样本点下结构的响应值;然后,将其代入由结构响应容许值与实际响应值建立的功能函数中,得到每组样本点下结构的功能函数值;利用BP神经网络对功能函数进行拟合,得到其显式表达式之后,采用一次二阶矩法计算结构可靠度,提出了一种针对隐式功能函数的结构可靠度分析方法。本文方法可以将结构的隐式功能函数进行拟合,从而得到显式功能函数,并最终利用基于显式功能函数的可靠度算法来计算结构可靠度。算例分析表明,本文方法能正确计算结构的验算点和可靠指标,具有较高的计算精度,为功能函数无法显式表达的结构可靠度分析提供了一种可行的方法。

基于有限元的边坡稳定可靠度改进一次二阶矩法研究

为研究岩质边坡岩体参数变化时的稳定性,提出一种基于有限元的边坡稳定可靠度改进一次二阶矩法。首先,针对边坡工程中广泛存在的隐式极限状态函数可靠性问题,定义极限状态函数为滑体极限状态下抗滑力与下滑力的差值,考虑黏聚力及内摩擦角作为随机变量并且服从独立正态分布,求出极限状态方程中随机变量的偏导数;然后,根据改进一次二阶矩法编写了求解边坡失稳概率和可靠指标的计算程序;最后,通过算例验证了所提方法的适用性。某库岸边坡可靠性分析结果表明,该方法具有计算流程简单、便于开展、节省机时、计算精度高的优点。

油封正态分布结构参数的可靠性灵敏度分析

以油封的泵吸率为可靠性指标,将理论接触宽度、油侧唇角、空气侧唇角、过盈量和腰厚5种结构参数作为因子,泵吸率作为响应输出,运用正交试验法对油封性能进行分析;运用曲面响应法拟合泵吸率的极限方程,基于可靠性原理建立油封泵吸率的可靠性模型,运用二阶矩法和蒙特卡洛2种方法进行可靠性敏感度计算,分析呈正态分布的随机参数对均值的灵敏度和标准差的灵敏度。结果表明:2种计算方法的结果基本一致,基于均值的敏感度,对可靠度影响最大的是理论接触宽度,油侧唇角、空气侧唇角和过盈量对可靠度为正面影响;基于标准差的敏感度,过盈量的标准差对可靠度影响最大,5种结构参数的标准差均对可靠度有负面影响。

外圆高速磨削颤振可靠性研究

磨削颤振严重影响了加工精度和表面质量,以外圆高速磨削为研究对象,基于再生颤振机理,建立了工件-砂轮动力学模型,求解了理论临界磨削深度,并绘制了稳定性叶瓣图;考虑动力学参数的不确定性,建立了磨削加工系统可靠性模型,采用改进一次二阶矩法求解磨削深度的可靠性;通过模态试验获得系统频响函数,并计算了磨削颤振可靠度;最后,选取15种工况开展颤振可靠性磨削试验,并通过工件表面振纹对颤振进行辨识。结果表明稳定性叶瓣图预测结果可能存在误差,利用磨削颤振可靠度对其评判,可提高预测结果的准确性。

核电厂考虑结构参数不确定的地震易损性分析

为考虑核电厂结构参数不确定对结构地震易损性的影响,基于一次二阶矩法(First-Order Second-Moment, FOSM)进行地震易损性分析。以核电结构中混凝土材料的密度、弹性模量,泊松比和抗拉强度为不确定参数,建立有限元模型,并与试验结果对比,以验证模型的准确性。基于有限元数值模拟方法,通过增量动力法计算核电厂模型在多条地震记录下不同峰值加速度的动力响应,同时基于FOSM得到参数不确定下的对数标准差,进而得到核电厂结构考虑参数不确定的地震易损性曲线。结果表明,结构参数的不确定对核电结构有一定的影响,未考虑参数不确定的地震易损性结果会低估结构的失效概率。该方法可为核电结构基于参数不确定下的易损性分析提供一定的理论依据与实用价值。

外径和壁厚的制造偏差对管道可靠度的影响

管道外径和壁厚是管道设计的重要参数,但由于现有工艺技术的限制,在制作过程中外径和壁厚必然存在一定的制造偏差,对管道可靠度会造成一定影响。为明确外径和壁厚的制造偏差对管道可靠度的影响,首先通过管道几何尺寸测量仪获得了管道的外径与壁厚数据,研究了管道外径和壁厚的分布规律;然后建立计算管道压力的极限状态函数,利用一次二阶矩法推导了考虑管道外径和壁厚制造偏差影响的管道可靠度计算公式;在此基础上,研究了管道外径和壁厚的平均值与标准差对管道失效概率的影响,并分析了管道失效概率对各个影响因素的敏感程度。研究表明,管道外径制造偏差对管道可靠度的影响较小,而壁厚制造偏差对管道可靠度的影响相对较大。因此,在管道加工制作过程中,应严格控制壁厚的制造偏差。

基于二次二阶矩法的三角挂篮可靠度分析

为保证桥梁结构的安全施工,评估桥梁工程中常用的施工机械三角挂篮的安全水平极为重要。鉴于此,本文以某桥梁工程中三角挂篮为例,结合二次二阶矩法对三角挂篮主桁结构开展了可靠度分析。分析结果表明:三角挂篮前斜杆可靠指标最低,其可靠指标β=4.233,前弦杆的可靠指标最高,其可靠指标β=5.602,建议采用前斜杆可靠指标来衡量三角挂篮可靠度水平,同时在保证安全的前提下对前弦杆进行截面优化;此外,参考《公路工程结构可靠度统一标准》(GB T50283—1999),算例中三角挂篮β=4.233>3.7,能较好满足规范要求的目标可靠度水平,具有一定的施工安全储备。

多个飞艇的均方协同跟踪控制

针对受二阶矩过程干扰的多个飞艇系统,提出了一种新的控制器设计方案,解决其均方协同跟踪控制问题。首先在混合坐标系下建模,得到飞艇的随机系统模型;结合反推法和图论,设计了具有可调参数的协同控制器。所设计的控制器不仅能够保证闭环系统所有信号依概率有界,还能使领导者与跟随者之间的输出跟踪误差均方调节到任意小。最后,通过仿真实例验证了所提控制方案的有效性。

基于FEM的主减速器滚动轴承可靠性分析

主减速器作为汽车传动系的重要部件,起支撑作用的圆锥滚子轴承性能优劣对汽车行驶平顺性及可靠性具有重要的影响。以主减速器滚动轴承为研究对象进行有限元分析,研究其可靠性及可靠性灵敏度。在主减速器及轴承力学分析的基础上,采用有限元法对滚动轴承进行静力学分析,得出轴承上最大接触应力为735MPa;以应力-强度干涉理论为基础,建立轴承可靠性模型,采用一次二阶矩法研究轴承可靠性及可靠性灵敏度,计算轴承可靠度为99.98%;采用蒙特卡洛法验证可靠度计算结果的正确性和精度,结果表明,增大滚子平均半径和滚子有效长度、减小其方差均可提高主减速器轴承运行的可靠度。

基于一次二阶矩法的水工隧洞围岩稳定可靠度研究

针对水工隧洞围岩稳定可靠度,提出基于一次二阶矩法的水工隧洞围岩稳定可靠度研究方法,对围岩稳定可靠度与围岩-衬砌联合承载稳定可靠度进行分析,解决传统方案中结构模拟困难、数据表达复杂等问题。结果表明,一次二阶矩法相较于蒙特卡洛法具有更高的准确性;圆形截面具有最高的围岩稳定可靠度,其次是马蹄形截面隧洞。结合施工成本和施工环境等问题综合考量,马蹄形截面隧洞的综合评价最高,更适合实际施工。

旋流数对湍流燃烧中NO生成影响的研究

通过实验和用湍流燃烧二阶矩概率密度模型对不同旋流数下甲烷-空气湍流燃烧和NO生成进行了研究。在燃料中加入少量氨模拟燃料氮。研究结果表明,随旋流数的增大（由0到1）,热NO排放先上升后下降,而总NO和燃料NO排放则先下降后上升。旋流数增大使湍流强度先下降然后稍有上升,使进口附近温度先上升然后稍有下降。热NO的生成受温度的影响更大而燃料NO的生成受湍流的影响更大。

基于光斑图像的激光束散角测量方法研究

利用光斑图像测量激光束散角,易受相机动态范围的限制,加衰减片又会影响光斑分布特性,从而影响测量精度。利用相机线性响应动态范围特性,提出了可行的测量图像方法,对得到的临界饱和光斑图像使用均值滤波后进行束散角测量,测量不确定度为0.02 mrad;同时提出利用图像融合的方法,通过对曝光不足和曝光过量的光斑图像融合,扩大了相机的动态范围,获得了激光光斑整体分布特性,并进行束散角测量,实验结果也验证了束散角测量的准确性。

用二阶矩两相湍流模型模拟鼓泡床内气泡-液体湍流两相流动

建立了二阶矩气液两相湍流模型 ,模拟了不同工况下二维矩形断面气液鼓泡床中气泡 液体湍流两相流动 ,给出了气泡和液体的速度场、气泡体积分数和两相雷诺应力分布 ,基本工况的模拟结果与美国俄亥俄州立大学PIV测量结果符合较好。文中研究了不同气体表观速度对两相流场的影响。模拟结果显示了鼓泡床内液体的回流流动和气泡的上升运动、各向异性的两相湍流 ,气泡湍流脉动比液体的强 。