真空管太阳能热水器热性能逐时循环预测模型

受地域、季节和气候的影响,在户外进行太阳热水器热性能测试工作很难按计划开展。文章通过建立符合热水器集热条件的神经网络对热水器进行试验,用多云天气条件下的测试数据训练网络,再把标准天气条件下获得的测试数据输入该网络中,显示出该网络具有较好的外推能力,其预测值与试验值吻合较好。文章建立了真空管热水器的人工神经网络循环预测模型,实现了对水温的连续预测,其平均相对百分误差为3.899%,可在不具备测试条件的情况下,对太阳热水器的性能进行预估。

智能汽车主动避撞工况的高实时预测控制

为满足复杂交通场景下智能汽车轨迹跟踪避撞控制的高实时性要求,该文采用了一种循环模型预测控制算法(RMPC)将在线优化问题转化为循环策略参数的离线求解,并进行了仿真试验。根据车辆主动避撞的约束条件,引入惩罚函数将约束型主动避撞优化控制问题转化为无约束有限时域最优控制问题;进而利用循环函数逼近得到不同预测步长控制问题的最优解;最后将算法部署到原型控制器,结合CarSim平台验证了算法的避撞性能以及在线计算的高效性。结果表明:预测步数从12增加到20步,避撞过程最小车距由0.34 m提升至1.38 m,千次实验碰撞次数由44下降到0;与常用在线优化求解器相比,该算法在预测步数为15时,其计算效率提升超过5.6倍。

基于毫小薄片漏斗试样的材料弹塑性循环应力应变关系测试方法研究

为获取毫小尺寸试样疲劳性能,针对厚度为0.5~2.5 mm的薄板材料,该文提出一种应用毫小薄片漏斗试样完成等幅低循环试验的新方法。该方法实现毫小尺寸薄片漏斗试样的设计、加工和加载,提出一种能量分离函数并由此给出毫小薄片漏斗试样循环应力-应变关系的预测模型。针对不同材料完成的有限元分析表明,该模型对不同几何尺寸和不同幂律材料具有良好普适性。以316 L不锈钢为例,完成等直圆棒试样和包括厚度为0.7 mm的6种不同几何尺寸小尺寸薄片漏斗试样的变幅应变对称循环试验,结果表明:基于漏斗薄片小试样的载荷-位移稳定试验曲线,新方法预测的材料循环应力-应变关系与传统等直圆棒试样的试验结果吻合良好。

基于机器学习的环境监测数据对循环系统疾病死亡影响及预测预警模型构建

【目的】利用机器学习对循环系统疾病死亡构建预测预警模型及评价,为疾病的预防提供参考。【方法】使用中国某地区2014-2018年循环系统疾病死亡数据进行分析,采用GAM、RF、XGBoost构建预测模型。分布滞后非线性模型计算累积滞后效应结果构建预警模型,进行模型评价。【结果】累积滞后效应发现持续低温高温、高日照时数、高环境污染物浓度会增加循环系统疾病死亡风险,累计7天的相对危险度分别为1.236、1.130、1.560、1.062、1.218、1.153、1.796。RF、XGBoost模型RMSE为4.979、5.341,性能较好。年龄、性别、气温、日照时数、SO_(2)、NO_(2)、CO、O_(3)、PM_(10)、PM_(2.5)浓度为筛选出的特征变量,将累积滞后效应筛选后的数据确定预警值的预警效果较好。XGBoost预测结果的灵敏度、特异度、曲线下面积分别为0.948、0.939、0.941。【局限】缺乏伴随疾病独立数据和疾病发展进程数据。【结论】该地区死亡数增加与高年龄、男性、温度、日照时数、污染物浓度的升高有关。利用XGBoost模型构建的预测预警模型性能好,可为相关部门疾病的预防和干预提供参考价值。

青藏铁路沿线负温填土长期动力力学特性试验研究

为了评价冻土区路基的稳定性,本文对土体长期振动荷载下的动力特性进行研究,通过室内试验和理论分析相结合的手段对青藏铁路沿线填土的动力力学特性(动剪切模量和阻尼比)进行了分析。首先开展了室内固结不排水长期循环三轴试验,分析了不同负温、循环应力比对路基粉质黏土和地基砂土的动剪切模量和阻尼比等动力特性的影响。结果表明,路基粉质黏土的动剪切模量与温度呈现明显的负相关性,且随着循环应力比增大而呈现出较明显的增长趋势,阻尼比随着动剪切模量的增长而减小;地基砂土的动剪切模量和阻尼比受温度的影响与粉质黏土的响应规律呈现相同趋势,在温度为–10℃与循环应力比为0.2的相同条件下动剪切模量增至1.22倍,而阻尼比则减少到0.66倍。值得注意的是,砂土动剪切模量在循环应力比约为1时响应达到峰值,即动应力幅值达到围压时循环应力比增大,阻尼比增大而动剪切模量则呈现减小的趋势。随后在Wichtmann提出的高周循环模型基础上,建立了动剪切模量预测模型,能良好地反映动剪切模量在温度和循环应力比影响下,随振动次数变化的响应规律,通过拟合参数w0反映动剪切模量随循环应力比先增后减的规律,拟合数学关系显示长期振动次数约在13 000次或振动时长8 min以上时,土体的动力响应规律发生了明显变化。最后,基于Hardin-Drnevich双曲线模型对动剪切模量和阻尼比的试验结果进行拟合,得到了动剪切模量与阻尼比的函数关系式,从而能大致预测阻尼比随动剪切模量变化的趋势及范围,随着归一化剪切模量的增大阻尼比呈现出减小的趋势。

TA17合金薄片材料毫小试样疲劳性能研究

关键工程结构、小尺寸零部件和焊接区的疲劳寿命评估中往往无法采用传统大试样进行疲劳试验,因此本文提出了一种采用毫米级别薄片试样获取材料循环本构关系和低周疲劳寿命的新方法。在Care原位试验机上完成毫米级别薄片漏斗试样的加载工装和低周疲劳试验的基础上,通过变幅对称循环试验和等辐循环试验分别实现了材料循环本构关系和低周疲劳性能的获取。该文提出了一种对不同幂律材料和不同几何尺寸构型均具有良好普适性的材料循环本构关系预测模型,并通过有限元实现了模型准确性的正反向预测验证。将循环本构关系用于有限元计算中,给出了薄片漏斗试样漏斗两侧名义应力、名义应变和漏斗根部真实应力、真实应变的转换方程,进而预测材料的低周疲劳寿命。该文完成了TA17合金等直圆棒试样和1.2 mm厚度薄片漏斗试样的对称变幅循环试验和多级等辐循环试验。由模型预测获得的TA17合金循环本构关系与等直圆棒试样的试验结果比较表明:两种曲线的弹性段和0.009 mm/mm^0.011 mm/mm应变段吻合良好,在弹塑性过渡段(0.004 mm/mm^0.009 mm/mm)模型预测结果最大相对误差小于9%。根据两组应力和应变转换方程获得的漏斗试样材料代表性体积单元疲劳寿命和Manson-Coffin寿命预测模型与等直圆棒试样试验结果均吻合良好。

基于毫小薄片试样获取材料应变疲劳性能的测试方法

通过现行试验标准难以获取小尺寸的薄片、零部件、薄壁管、焊缝区材料的低周疲劳性能。提出一种基于漏斗薄片毫小试样的应变疲劳试验方法:结合应变能分离函数假设,给出毫小薄片试样获取材料循环应力应变关系的预测模型;借助循环应力应变关系,采用有限元得到毫小薄片试样跨漏斗名义应变幅与漏斗根部真实应变幅之间以及平均应力幅与漏斗根部真实应力幅之间的转换方程,从而给出了基于漏斗薄片小试样的材料代表性体积单元(Representative-volume-element,RVE)疲劳寿命曲线并给出Manson-Coffin寿命模型参数。针对不同材料的有限元验证表明,基于应变能分离函数的材料循环应力应变关系预测模型对不同几何尺寸自相似试样和不同幂律材料均具有良好普适性。完成了316L不锈钢等直圆棒试样和厚度为0.7 mm毫小薄片试样的应变对称变幅低循环试验和多级等幅低循环试验,结果表明,通过新方法预测的薄片材料循环应力应变关系和等直圆棒试样试验结果一致,通过毫小薄片试样获得的疲劳寿命曲线与等直圆棒试样试验结果亦吻合良好。

Fatigue and fracture behavior of nickel-based superalloy Inconel 718 up to the very high cycle regime

The fatigue and fracture behavior of nickel-based superalloy Inconel 718 was investigated up to the very high cycle regime under rotary bending tests at room temperature. It was found that this superalloy can still fracture after exceeding 107 cycles. Fractographic analysis revealed that there was a transition from fatigue crack initiation at multi-sites to single initiation with decreasing stress levels. The fracture surface can be divided into four areas according to the appearance, associated with fracture mechanics analysis of the corresponding stress intensity factors. The fracture mechanism dominant in each area was disclosed by scanning electron microscope examination and analyzed in comparison with those obtained from the crack growth tests. Subsequently, life prediction modeling was proposed by estimating the crack initiation and propagation stage respectively. It was found that Chan (2003)'s model for initiation life and the Paris law for growth life can provide comparable predictions against the experimental life.