界面不稳定性诱导的湍流混合问题的RANS统一预测新思路

准确预测由Rayleigh-Taylor(RT)、Richtmyer-Meshkov(RM)和Kelvin-Helmholtz(KH)等流体力学界面不稳定性诱导的湍流混合问题具有重要的科学意义和工程价值。在工程实践中,利用雷诺平均湍流模型(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)模拟上述问题是当前及可见的未来最主流的方法。RANS模型主要包括物理模型和模型系数两方面。然而,在实际工程中,存在各类复杂性问题及其相互耦合,使得采用同一套RANS模型统一预测不同混合问题变得极具挑战,而这又是RANS模型能落地工程应用的前提条件。为解决上述问题,本研究直面工程应用,基于整体论思维观提出了实现RANS渐近理想统一预测的新思路,给出了系统确定湍流混合模型系数的新方法,并将其应用至混合领域内的k-L、k-ε和BHR三类(含亚类)主流的RANS混合模型,均实现了同一套湍流混合模型对不同混合问题的统一预测,证明了所提思路和方法在混合领域的适用性和鲁棒性。本工作可为RANS湍流混合模型的工程化应用奠定基础,其核心思路也可望延拓应用至其他领域的湍流模型上。

盾构法施工隧道地层变形时空统一预测方法研究

从经典的Mindlin弹性理论公式出发,基于盾构施工工作面推力为圆形均布荷载、盾构外壁与土层的摩擦力均匀分布等假定的基础上,考虑盾构施工推进过程中盾构机位置不断变化的实际情况,建立了盾构施工推进过程的力学计算模型,由此推导了盾构推进工作面附加压力以及盾构机外壁与土层摩擦力作用下隧道周边任意位置地层变形的计算公式。基于随机介质理论,充分考虑隧道开挖施工引起的地层变形的时间和空间发展过程,推导了盾构推进地层损失引起的地层变形计算公式。通过工程实例计算,对盾构隧道施工地层变形的时空变化过程进行了研究,计算结果同实测结果具有良好的一致性。

多因素作用下混凝土中性化深度统一预测模型

依据扩散理论及室内试验,对碳化、酸雨、应力等单一因素和多因素耦合作用下的混凝土构件中性化深度进行了研究.通过理论研究、数值模拟和试验数据的回归分析,建立了混凝土中性化深度统一预测模型.研究表明:碳化和酸雨存在耦合现象,酸雨在某种程度上抑制碳化作用,耦合系数小于1;无论酸雨、碳化单一因素或耦合作用,混凝土中性化深度值随侵蚀时间的增加而增加,中性化深度值在前期增加比较快,继而中性化速度逐渐减小,中性化深度与时间平方根呈正比例关系;拉应力促进混凝土中性化,而压应力抑制其中性化,应力与混凝土中性化深度值之间呈近似线性关系,最后通过试验数据拟合出不同腐蚀模式下的应力影响因子.

冲击地压和突出的统一预测及防治技术

对冲击地压、煤与瓦斯突出的形成机理、预测预报方法和工程治理技术等三个方面进行了分析和总结 ,进一步说明了冲击地压和突出二者的本质统一性 ,有利于建立适用于工程指导和应用的统一认识和技术路线。

电液伺服协调加载系统特性分析及其自适应统一预测控制策略的试验研究

首先分析了电液伺服协调加载系统的特性 ,针对多通道加载系统特点 ,将其转化为多个带干扰的单变量系统 ,并建立数学模型 ;提出一种自适应统一预测控制策略应用于加载系统 ,试验结果表明 ,该算法有效地克服了系统时变、干扰等未知影响 ,有较高的控制精度和较强的鲁棒性 ,该算法对一般不确定系统具有借鉴作用。

城市隧道施工地层变形时空统一预测理论及应用研究

随着中国城市建设的快速发展,城市地铁、市政道路隧道、各种市政地下隧道在城市中也得到了很大的发展。由于城市中建筑物和地下管线密布,隧道施工将不可避免的引起周边地层的移动和变形,并可能对已有建筑管线设施产生不利影响。在前人研究的基础上,从隧道施工引起的地层移动与变形的机制出发,以随机介质理论为基础,并结合土体固结压密理论以及Mindlin弹性理论等,考虑隧道开挖地层移动与变形的时间–空间发展过程,系统的对城市隧道矿山法及盾构法施工引起的地层移动与变形的相关问题进行了研究,推导了相应的计算公式,并从理论角度探讨了隧道施工地层变形的影响因素及其影响程度。最后结合概率理论探讨了地层变形计算的可靠性,主要完成了以下研究内容:(1)以随机介质理论为基础,从单元开挖引起的地层变形出发,建立了能考虑隧道反复施工停工、隧道掘进速度变化、隧道地质条件变化、单隧道多分部开挖、多隧道平行或交叠施工及半无限开挖等多种不同施工条件下地层变形的时间–空间统一计算公式,真正实现了对地层变形时空过程的实时预测。(2)研究了隧道施工地层变形计算参数的确定方法,分析了隧道洞内收敛变形的时间过程,提出了因隧道洞内监测滞后所造成的数据缺失问题的处理方法,确定了隧道洞内地层损失的具体计算方法,进一步研究了地层变形计算参数的动态反分析方法。(3)针对不同的隧道开挖横断面形状,推导了圆形隧道、椭圆形隧道、马蹄形隧道以及其他任意形状隧道施工引起的地层变形的具体计算公式,并从满足工程应用的角度出发,提出了隧道施工地层变形计算的简化方法。(4)探讨了岩土降水引起的地层有效应力的时空变化过程,从单元有效应力变化引起的单元体积变化出发,推导了单元土体疏水压缩引起的地层变形计算公式,并进一步讨论了在隧道开挖的同时导致土层部分疏水情况下地层变形时空过程的具体计算方法,解决了疏水引起的地层变形时空过程的计算问题。(5)从经典的Mindlin弹性理论公式出发,考虑盾构施工推进过程中盾构机位置不断变化的实际情况,建立了盾构施工推进过程的力学计算模型,由此推导了盾构推进工作面附加压力以及盾构机外壁与土层摩擦力作用下隧道周边地层变形的计算公式,解决了盾构法施工隧道工作面附近地层变形在时间和空间上的准确计算问题。(6)考虑隧道施工过程中地层参数、施工参数等对隧道周边地层变形的随机性影响。将可靠度理论、随机介质理论以及其他相关理论相结合,研究了隧道施工地层变形计算的可靠性;同时针对目前相关计算参数的统计资料还比较欠缺的实际情况,利用蒙特卡罗(Monte Carlo)理论通过计算机对随机变量进行取样,实现了按可靠度理论对地层变形进行具体计算。(7)根据理论研究成果,采用VC++6.0和MATLAB联合编程的方法,编制开发了地层变形时空统一计算软件。该软件能实现矿山法隧道、盾构法隧道多分部施工以及施工降水等引起的地层变形的确定性计算、可靠性计算和多维图形显示,并具有计算参数反分析和存储功能,多个工程实例的计算验证了程序的可靠性。(8)讨论了隧道纵向施工分部前后间距,对向(背)向施工、横断面施工分块、施工掘进速度、地下水位降深和降水井距隧道距离进行研究,盾构隧道工作面附加压力、壳壁与土层摩擦力等施工因素影响下地层变形的时空变化规律,为隧道施工中采取工程措施控制地层变形,保护隧道周边建筑管线设施的安全提供了依据。

力矩受限的非完整WMR镇定与轨迹跟踪统一预测控制

针对动力学模型描述的非完整轮式移动机器人,研究了存在控制输入约束情况下的镇定及轨迹跟踪统一预测控制问题.基于控制Lyapunov函数,设计了满足稳定性条件及输入约束的终端控制器,给出了相应的终端域,分别以跟踪圆轨迹和并行泊车为例给出了轨迹跟踪与镇定控制的仿真结果.

双PMSM统一模型预测系统的转速同步控制

双电机控制系统中,负载扰动、参数变化以及加减速运行等因素都会导致系统不稳定,同步误差增大。针对以上问题,设计了一种基于双电机统一预测模型的转速同步控制系统。首先,在传统的双电机交叉耦合控制结构的基础上,建立双电机统一模型,并构造分段价值函数以更精确地调节跟踪误差和同步误差。其次,为提高系统的动态性能和鲁棒性,设计了比例积分和分数阶滑模复合同步控制器(Proportional integral+fractional order sliding mode control,PI+FOSMC)。最后,在两台永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)上进行了仿真。结果表明,双电机统一模型预测系统具有较强的动态性能和鲁棒性,可提高系统同步精度。

基于统一电压电流预测的微电网多模控制方法

传统微电网控制系统多采用分层控制技术架构,在解决有约束多目标优化问题时灵活性和智能化水平受限。模型预测控制(MPC)通过对微电网未来运行状态预测,并设计计及多目标和约束条件的价值函数在线滚动优化,可有效解决上述问题。然而,受限于孤岛和并网模式下微电网控制目标差异性,不同模式切换时MPC价值函数需发生较大改变,此时微电网系统存在暂态冲击和稳定性降低等一系列问题。为此,提出一种基于统一电压电流预测控制(UVCPC)的微电网多模运行控制方法,首先在建立微电网统一离散预测模型基础上,设计多模式一致性价值函数,并引入分布式协同二次控制,实现分层架构下微电网控制。最后,搭建20 kW多分布式电源(DG)并联微电网测试样机对所提方法进行验证分析,与传统MPC技术相比,该方法克服了多价值函数下系统暂态冲击等问题,且无需集中控制,具有运行高效、可靠性高等优势。

囊式空气弹簧统一结构参数预测模型及其影响规律研究

囊式空气弹簧(convoluted air spring,CAS)的结构参数是影响其力学特性的重要因素,解决结构参数的辨识难题是计算囊式空气弹簧承载、刚度特性的关键途径。采用几何与力学分析方法,以单曲曲囊弧长和盖板有效法兰半径为关键设计参量,建立了基于关键设计参量的囊式空气弹簧统一结构参数预测模型。搭建了结构参数测试装置,试验验证了统一结构参数模型的正确性。揭示了CAS有效容积及其变化率、有效面积与关键设计参量均正相关,但有效面积变化率与曲囊弧长正相关、与有效法兰半径呈负线性相关特性,为设计刚度更低的CAS提供指导;进一步指出有效法兰半径对CAS结构参数的影响比曲囊弧长更为显著,增大有效法兰半径能够明显增大有效面积而显著提升CAS的承载特性,为保证工作气压不变前提下提升CAS承载能力提供了设计指引。研究结果为设计阶段准确计算囊式空气弹簧的结构参数、力学特性奠定基础,也为其结构参数设计与优化提供理论支撑。

轨道纵向刚度变化对快速列车轮轨受力的影响

由于轨道刚度是铁路轨道设计的重要参数 ,直接影响到列车的运行安全和平稳性 ,因此运用车辆 -轨道垂向系统统一模型和新型预测 -校正数值积分法 ,对铁路快速列车以不同速度通过因道床和轨下垫层刚度变化而引起的动力不平顺轨道段时车辆和轨道的响应进行了仿真计算 ,进一步分析了轨道纵向刚度变化对铁路快速列车轮轨受力的影响 .

Filter Method and Its Consistency of Double-Star Position/SINS Integrated System

According to the characteristic of Beidou Double-star positing system (for short: Double-star position), the optimal predication model of Double-star position/SINS integrated system is put forward, which can make use of the delayed position in-formation from Double-star positioning system to predicate optimally for the integrated system, and then to correct SINS, and af-fords integrated results of some navigation parameters. In order to validate the consistency of the filter, the criteria for consistency of a filter is also studied, and the tested statistics are given, the experiment based on practical measured data shows that the filtering method is consistent with the integrated system.