吸力基础沉贯及拔出可视化模型实验系统研发及应用

吸力基础广泛应用于海洋工程,其沉贯至海床预定位置是承载力达到设计要求的前提条件。阐明吸力基础沉贯过程中与土体的宏细观相互作用,有助于揭示吸力基础沉贯机理,探究沉贯阻力和所需吸力的计算理论。该文研发了吸力基础沉贯及拔出可视化模型实验系统,由高精度伺服加载装置、非嵌入式测量模块和可视化模型箱组成。该系统不仅能够实时捕捉并展示土体位移场、基础位移量、受力状态等关键参数,而且通过可视化手段,极大地提高了实验教学的直观性和科研工作的精确性。介绍了系统的组成、功能和操作方法,并开展可视化实验研究了加劲肋吸力基础沉贯过程中的阻力变化、土塞隆起及土体流动规律。实验发现加劲肋吸力基础的沉贯阻力、土塞隆起速度和高度均大于传统吸力基础,且土体以向基础内部流动为主,在加劲肋间空腔内出现土体回流现象。实验结果表明该系统能够有效地模拟吸力基础在不同条件下的沉贯及拔出过程,为研究其与土体相互作用提供了新的视角和方法,有助于提升教学效率、促进科研创新及指导工程实践。

基于Visual Basic的水力机械模型试验台测控系统设计

由于自动化程度低的原因,传统的水力机械模型试验台无法实现模型机的稳定运转而产生误差,降低试验数据精度。针对这种情况,利用可编程序控制器及其模块、编程软件Visual Basic开发了水力机械模型试验台测控系统。该系统通过PLC自动控制试验台辅助设备,保证模型机的稳定运转,及时采集实验数据。试验结果表明,原试验台试验数据精度得到明显提高,给水力机械制造厂提供可靠地数据参数。该系统不仅具有操作简单、抗干扰能力强、灵活方便、实用性等特点,而且大大降低由控制试验台辅助设备所引起的试验数据误差。

抗滑桩加固黏土边坡可视化模型试验研究

随着基础设施建设不断推进,边坡安全问题日益凸显。为了更好地研究和实施有效的边坡加固措施,对1个无桩边坡、7个不同桩位和桩长的抗滑桩加固边坡进行可视化模型试验,获取无桩边坡的滑动破坏过程,分析桩位和桩长对边坡潜在滑动面与抗滑能力的影响,并给出选取合理桩位和桩长的建议。试验结果表明:无桩边坡随着堆载增大,土体位移矢量变大,滑动轨迹逐渐形成,最终土体从坡趾处剪出,滑动面呈圆弧状;设置抗滑桩,当L(桩长)为1.0H(坡高)时,桩位从S_(x)(桩中心距坡趾水平距离)为0.4H处移动到1.0H处,边坡的潜在滑动面渐变深,剪出口位于坡趾附近,抗滑桩起到一定的支挡阻滑效果,尤其当桩位S_(x)=0.4H~0.6H时,抗滑桩加固边坡效果更佳;当S_(x)=0.8H时,随着桩长L从0.5H增大到1.25H,边坡的潜在滑动面从浅层向深层移动,抗滑能力提高,但L=0.5H~0.75H时,滑动面绕过桩底,抗滑桩易倾覆,未能起到明显的固坡作用;综合分析边坡土体位移场、桩身位移变化特征和坡顶堆载-竖向位移关系曲线等,建议桩位设于边坡中下部(L=1.0H时,S_(x)=0.4H~0.6H),加固边坡效果好且经济。这可为在边坡上修建邮电、交通和供水等基础设施、临时建筑物及防灾减灾提供技术参考。

静压桩在成层地基中挤土效应的可视化研究

为探究静压桩在成层地基中的挤土效应及其与均质地基的差异,利用透明土结合粒子图像测速技术(PIV),对成层土和均质土地基进行静压桩贯入可视化模型试验。对土体位移矢量图、位移等值线图以及软硬土层交界面的位移特征进行分析,结果显示:桩侧土位移及地表隆起,静压桩在黏土地基中的影响范围大于砂土,但在桩侧3倍桩径范围内,砂土地基的挤土效应大于黏土地基;对比均质黏土地基,“上黏下砂”地基的桩端挤土效应减弱,而桩侧的水平位移增大,桩侧2倍桩径以内地表隆起值增大,桩侧2倍桩径以外地表隆起值减小;对比均质砂土地基,“上砂下黏”地基的桩端挤土效应增强,桩侧3倍桩径以内的水平位移、地表隆起值减小,但地表隆起影响范围扩大到4倍桩径以外;在成层地基的土层交界面,上下层土体的位移大小不同,尤其是桩侧附近的位移差值较大。

基于状态-动作联合掩码的自监督学习算法

视觉强化学习以原始图像作为输入,面临着观测空间维度高、冗余信息多、采样效率低等挑战。现有研究大多通过构建一个自监督辅助任务来获取高维观测中的有效表征,然而这类方法仅关注状态特征,却忽略了动作空间中丰富的语义信息。针对这一问题,提出一种基于状态-动作联合掩码的自监督学习算法,通过对状态和动作进行联合掩码重构,从而学习到真正与任务相关的表征信息,提高采样效率。此外,为提高模型的鲁棒性,引入测试时自适应方法,在环境变化时冻结强化学习策略网络,仅对状态-动作联合掩码模块进行少量更新,利用自监督信号帮助智能体快速适应新环境。实验结果表明,该方法相比现有算法,在DMControl环境上的平均回报奖励提升了4.5%,在DMControl-GB环境上的平均回报奖励提升了20.2%,有效提升了模型的性能。

导叶进口角度对轴流泵水力性能的影响

为研究导叶叶片进口角度对于轴流泵性能的影响,采用CFD数值模拟与模型试验相结合的方法,对导叶叶片不同翼型断面的进口角进行非线性调节,共设计了9种不同导叶方案.同时基于熵产理论针对不同导叶进口角条件下泵段内部流动水力损失进行分析.结果表明:在大流量工况下,导叶叶片靠近轮毂侧和轮缘侧翼型断面正进口角度方向调节和水泵的效率具有统计学意义;导叶轮毂侧不同进口角方案对效率的影响更加明显,对于导叶消除环量能力的影响更加明显;增大导叶叶片轮毂侧进口角度可以有效减小导叶和出水流道内部的高熵产区域,收窄导叶片背部的低速区并且防止其延伸进入出水流道,优化导叶进水条件及出水流道的内部流态同时减小水力损失.研究结果有助于导叶水力性能的优化设计,同时可以为提高轴流泵段的效率提供一定理论参考.

竖向荷载作用下桩筏基础可视化模型试验研究

进行了群桩基础可视化模型试验。在试验过程中对各级竖向荷载作用下群桩基础桩、土的变形采用高清晰数码相机拍摄了照片。通过对照片进行后处理分析,得到了桩、土的位移场,也对桩身轴力也进行了量测,在该基础上研究了群桩基础的变形性状和破坏模式,重点分析对比了桩间距和桩长对桩端土体沉降以及桩身侧摩阻力的影响。试验发现,桩距是影响桩土相对滑移量的主要因素,桩距越大,桩身与土的相对滑移量就越大,桩端刺入量也越大。在柔性筏基下,随桩距增加中桩的桩土相对滑移量可能会大于边桩。桩端刺入量是大桩距桩基础主要的沉降构成,以桩端刺入量为研究对象建立一套大桩距基础新的沉降计算理论,似乎值得进一步研究。桩顶向上刺入(可通过设置褥垫层、桩顶预留净空或设置可压缩垫块来实现)有利于桩间土的压密,减小桩端刺入量,甚至改变破坏模式。

基于透明土的隧道上浮过程结构与土相互作用模型试验

上覆土地基弹簧系数取值是盾构隧道纵向上浮计算的关键问题之一,该值的选取取决于隧道与土的相互作用特征,但该特征较为复杂且研究缺乏。为研究上浮过程隧道与土的相互作用特征,基于透明土设计了模拟盾构隧道上浮过程的小比尺室内模型试验系统,可得到不同上浮量下的抗浮力,同时结合PIV系统可实现非接触式地观测隧道上浮过程中土体内部连续位移场。通过一模型试验对系统功能进行了详细描述,并基于该组试验分析了抗浮力随上浮量变化规律及隧道周围土体位移场变化规律。研究结果表明:抗浮力随着上浮量增大而增大,但增大速率减小,当上浮量达0.1倍隧道外径时,抗浮力达峰值;隧道周围局部范围土体位移场近似呈现为漩涡状。

面向虚拟试验的可视化对象建模工具设计与实现

虚拟试验在现代军工产品研发过程中显得日益重要,但基于虚拟试验的可视化建模却并未得到充分关注;针对虚拟试验在军工产品研发中的应用,设计了虚拟试验定义语言(VITA definition language,VDL),并基于该语言,设计并实现了面向虚拟试验的可视化建模工具,具有VDL代码和可视化模型双向转化、可视化建模等功能,可以简单快捷地实现VDL建模功能;首先介绍了VDL模型的定义,然后详细阐述了可视化对象建模的设计和实现方法;最后,通过应用实例验证了该可视化建模工具的实用性。

微观水驱油实验及剩余油形成机理研究

针对高中低不同渗透率的真实岩心平面模型,采用最新研制的彩色可视化图像分析系统开展了微观水驱油实验。通过不同渗透率岩心在不同速度下的驱替实验,经过图像系统分析,研究了剩余油形成机理,并从微观角度分析了不同渗透层采收率不同的原因。高渗层由于水的突进现象严重使采收率较中渗层偏低,低渗层孔喉小,裂缝不发育其采收率也最低。此次实验研究为非均质油藏合理安排开发层系组合、提高低渗层动用程度、进一步开展挖潜工作提供了实验依据。

基于三维可视化技术的航空发动机试验舱设计

为了实现航空发动机试车舱的试车动画及简单的交互式控制,根据航空发动机试验舱的三视图,结合3ds Max软件建立发动机试车舱静态三维模型和制作发动机试车动画,然后将制作出的三维模型导入VC++6.0平台去实现对模型的简单控制。通过试验,最终建立发动机试车舱模型,制作出发动机试车时的火焰气流效果,实现了鼠标对整个试车舱的简单控制。本次试验不但掌握了非标准几何体的构建方法,而且发现了动画制作中对关键帧的设置及模型导入过程中需要注意的问题,同时为航空发动机试验舱的可视化技术研究打下了基础。

地下铁道环境振动快速预测及可视化研究

采用Python语言编制了隧道-地层二维频域有限元建模程序,可实现地铁全线所有预测断面内地层与隧道建模信息的自动提取,以及模型的循环建立与自动求解,从而高效预测地铁通过时环境振动情况。将地表不同位置的振级绘成可视化图像,可用来直接识别不同行车条件以及不同地质环境下地铁周边环境振动的敏感区与安全区。将该模型应用于南京地铁1号线,发现现场实测值与理论计算值具有较好的一致性,从而验证了该模型的可行性与准确性。最后以南京地铁1号线为例展示了应用该方法预测地铁列车通过时地表振级的3种形式图。

动物视觉功能检测的研究进展及其在动物视觉功能研究中的应用

视觉是人类获取外界信息的主要通道,对人类的生活、工作有重要的意义。预防视觉系统下降（或损伤）、消除可避免的眼盲是眼科领域的主要任务和我国人类健康的奋斗目标之一。视觉功能的改善或恢复是视觉系统疾病临床治疗的最重要指标,因此视觉功能检查在眼科有特殊的意义。而人类疾病动物模型是基础研究向临床转化的关键环节,

低空突防视景系统的三维建模与实时仿真

首先介绍了低空突防视景仿真系统的功能和组成,然后基于标准数字地图,对地形地貌场景进行了三维建模,同时利用碰撞检测技术进行地形匹配和威胁判断,为飞机进行实时定位。最后在PC图形工作站上实现了满足实时性要求的低空突防视景仿真系统。

船舶操纵模拟中视景仿真的研究

视景仿真是船舶操纵模拟的核心技术之一,也是操纵仿真逼真程度的体现。我们以航海模拟试验系统为背景,阐述了开发航海模拟器的实时虚拟视景的方法,重点介绍了视景仿真中需注意的几个关键技术及其解决的方法、并提出建模的一般方法。最后根据经验提出了一些在开发中应注意的问题。视景仿真在航海模拟系统中的应用对其他应用场合也有一定的参考价值。

ADAMS虚拟仿真技术在理论力学运动学教学中的应用探讨

针对理论力学运动学部分内容抽象、求解过程繁琐的特点,在课堂教学中引入可视化虚拟仿真(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System,ADAMS)技术,增加教学直观性和丰富课堂教学内容。通过创建三维模型、约束模型和对运动环境建模,模拟真实的系统运动学约束和运动情况,对运动学问题进行快速、直观的仿真后处理分析,使理论力学运动学部分的理论知识教学更加直观生动。并通过与理论知识进行相互验证,可以加深学生对运动学知识的理解,激发主动学习和探究的主动性,提高教学效果。

风洞试验中的视频测量技术现状与应用综述

视频测量(Videogrammetric Measurement,VM)技术因其对试验模型的设计制造无要求,受到国内外风洞试验机构的青睐,本文综述了国外航空航天强国的风洞试验机构所掌握的VM技术,并分析了VM技术在我国高速暂冲风洞试验中应用所面临的问题,据此中国空气动力研究与发展中心(CARDC)提出了多相机动态标定与基于运动估计的序列图像匹配技术,在暂冲高速风洞高噪声(130dB左右)振动环境下,建立了高精度的模型位姿光学测量技术,2米量级高速风洞中的多个应用表明:视频测量的精度高,已用于高速试验模型的姿态与变形测量;另一方面,通过VM测量偏折位移场得到光束从摄影中心出发穿过扰流区的光程差,为气动光学效应的研究与测量以及试验模型的壁面流动显示提供新的途径,其光路简单、无需使用价格昂贵的相干光源,因此具有巨大应用前景。

实时嵌入式软件测试输入的可视化建模

实时嵌入式软件仿真测试是一种目前应用较广的测试技术 .文中根据实时软件及其输入的特点 ,结合在软件工程领域有着广泛运用的统一建模语言(UML) ,提出了一套基于输入类图、输入顺序图并辅以输入描述的测试输入可视化建模方法 ,在此基础上可以自动生成测试脚本或测试数据 ,用于驱动实时嵌入式软件测试的进行 .

船舶横摇运动模式辨识仿真

利用系统辨识方法对一艘液化石油气(Liquefied Petroleum Gas,LPG)船模型进行静水中横摇试验的辨识分析,建立船模静水横摇的数学模型。利用MATLAB软件中的动态仿真工具SIMULINK进行仿真验证,给出准确的横摇阻尼系数和附加质量惯性矩值,验证系统辨识方法在船模耐波性试验分析领域中的可靠性。该系统辨识方法可推广应用到船模及实船其他耐波性试验分析中。

基于层次分析法和灰色关联分析的产品界面视觉评价模型构建方法

产品界面视觉化属于认知心理学,由于受评价者个人或其他不确定因素的影响,通过主观评测方法得到的数据缺少可靠性.根据"客体理解层-特征感知层-度量层"的层次化建模思路,利用改进德尔菲法构建产品界面视觉评价指标体系,运用层次分析法和灰色关联分析确定指标的权重,对指标及其权重进行可靠性检验,并构建可靠度系数以减少主观因素对评价结果的影响,最终构建起用于减少主观性影响的产品界面视觉绩效综合评价模型.利用该模型可实现对产品界面高效评价,并为产品界面评价质量提供了基础保证.