基于LDBP的色散和光纤非线性损伤补偿

【目的】在长距离光通信系统中,由于克尔非线性、色散和放大自发辐射噪声之间的相互作用,使用传统的数字信号处理(DSP)来补偿光纤非线性损伤十分困难。机器学习算法可以用于在传统DSP的基础上对信号进行进一步处理,以缓解光纤非线性损伤并提高长距离光纤传输系统的性能。【方法】为了更好地补偿光纤传输中色散和非线性损伤,文章将传统的数字反向传播(DBP)算法和深度神经网络(DNN)相结合,将DBP中的线性步长和非线性步长作为一个神经元,即将线性步长看作DNN的权重矩阵,非线性步长看作激活函数,并将DSP作为DNN的静态层,提出了一种基于DNN的自学习DBP(LDBP)算法。【结果】为了验证文章所提算法的可行性,在单通道偏振复用16阶正交幅度调制(QAM)的光传输系统中进行了仿真。综合数值仿真结果表明,与线性均衡相比较,每跨一步的LDBP算法将最佳发射功率从-2 dBm提高至1 dBm。同时,与相同计算复杂度的DBP算法相比,LDBP算法在1200 km的传输距离下,信噪比(SNR)提高了0.82 dB。此外,与线性均衡和相同计算复杂度的DBP算法相比,LDBP算法所对应传输系统的SNR随着传输距离的增加,下降速度更加缓慢,并且该算法可以在无需预知链路参数的情况下工作,具有普适性和鲁棒性。【结论】文章所提LDBP算法与传统DBP算法相比,更加适用于实际的长距离相干光通信系统。

基于时域模型相对熵的塔架结构非线性损伤检测研究

疲劳裂纹和螺栓松动是转播塔、输电塔等钢结构塔架的主要损伤形式,在时域荷载作用下,这些损伤具有变刚度等时域非线性特征。为了解决该类时域非线性损伤的检测问题,提出了基于自回归时域模型相对熵的损伤检测方法。首先描述了自回归模型及其模型定阶和参数估计的基本理论;然后介绍了结构损伤的时域非线性特征,给出了结构未损伤基本状态和损伤状态下所形成的3种自回归残差,并分析了残差序列概率分布的相对熵,在此基础上推导出自回归时域模型相对熵的损伤检测指标;最后进行了八层剪切结构的数值仿真和转播塔结构模型的损伤检测试验研究。结果表明:对于转播塔的杆件非线性损伤,在损伤位置处的自回归时域模型相对熵指标值比传统的二阶方差指标值高22.9%以上;对于螺栓松动非线性损伤,在损伤位置处的自回归时域模型相对熵指标值比传统的二阶方差指标值高12.7%以上。

非线性损伤模型的载荷谱设计与试验验证

为了生成清晰可辨的疲劳海滩条带,针对疲劳载荷谱中标记载荷谱块的关键参量(应力变程、平均应力和循环次数等)进行分析,制定了32种疲劳载荷谱设计方案。基于M-H非线性损伤模型计算了标记载荷谱块的疲劳损伤,研究了标记载荷谱块对海滩条带的影响,确定了3种可行的疲劳载荷谱。开展了9根十字焊接接头试件在相应疲劳载荷谱下的拉伸疲劳试验,结果表明:6根试件获得了较为清晰的海滩条带,验证了所提方法的合理性和有效性。同时表明M-H非线性损伤模型具有较好的变幅疲劳损伤估算效果。

基于CNN-BiLSTM-Attention模型的光纤非线性损伤补偿算法

克尔效应和色散对相干光纤通信系统的传输距离和数据容量有极大限制。为了补偿光纤传输中的非线性损伤,结合卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)、双向长短期记忆网络(bi-directional long short-term memory,BiLSTM)和注意力机制(attention)的特点,提出了一种基于CNN-BiLSTM-Attention模型的光纤非线性损伤补偿算法,并在DP-16QAM 30Gbaud的相干光通信系统中进行了仿真。仿真结果表明,与CNN-BiLSTM模型相比,在1200 km的传输距离下,该算法以降低0.03~0.23 dB的Q因子为代价,使复杂度降低了约31.6%;在相似复杂度下,该算法在最佳传输功率下的Q因子提高了0.43 dB。

基于连续非线性损伤的航空发动机叶片疲劳研究

利用传统线性损伤累积模型对航空发动机叶片进行疲劳研究,由于不能准确描述损伤与载荷之间的关系,导致计算结果不能令人满意。而对于一般的非线性损伤模型,由于忽略扭转振动的影响而易导致在计算中引入误差。为此,基于连续损伤理论,在钛合金TC4(Ti-6Al-4V)疲劳试验中获得叶片材料的S-N曲线的基础上,对CHABOCHE提出的非线性损伤累积模型进行修正,提出适用于航空发动机叶片的连续非线性损伤模型,并验证了模型的正确性。通过与试验数据及线性损伤累积模型的结果进行比对,证明所建立的非线性损伤累积模型能够更准确地反映叶片的损伤累积过程,并利用该模型对某航空发动机叶片进行疲劳寿命预测。

峰后裂隙岩石非线性损伤特性与数值模拟研究

在地下洞室、隧道等工程中,裂隙岩石峰值强度后的损伤破坏特性及演化机制对控制围岩稳定至关重要,目前,对岩石峰后的损伤破坏特性研究不充分,认识不全面,易出现大体积塌方、大变形等工程事故。针对峰后裂隙岩石的力学性质,开展室内三轴试验,分析其非线性损伤破坏特性;假设岩石损伤满足Weibull分布规律,引入损伤变量,推导出峰后裂隙岩石非线性损伤破裂本构方程;将上述本构方程与能量耗散原理、应变能密度理论相结合,建立了峰后裂隙岩石的非线性损伤破坏准则;采用FISH语言开发了基于上述破坏准则的峰后岩石损伤破裂计算程序,用连续的方法模拟分析了峰后裂隙岩石的非连续损伤破裂过程,揭示了裂隙岩石峰后损伤破坏特性及其演化规律,并与裂隙岩石的三轴压缩试验结果进行了对比。结果表明:上述本构方程与判别准则能较好地模拟峰后裂隙岩石非线性损伤破裂过程。为有效控制围岩稳定提供一种新的理论分析手段。

锦屏水电站绿砂岩三轴卸荷流变试验及非线性损伤蠕变本构模型研究

以锦屏二级水电站引水隧洞绿砂岩为研究对象,采用恒轴压、逐级卸围压的应力路径开展室内流变试验,研究卸荷条件下的轴向及侧向变形特征。成果表明:侧向塑性变形的发展速率明显比轴向快,岩样破坏前在侧向反应要比轴向更为明显。在对流变试验数据进行深入分析基础上,从材料损伤的角度出发,认为岩石流变力学参数随着黏性应变的负指数形式逐步弱化,从而建立起岩石损伤演化方程及变参数非线性Burgers模型。基于Levenberg-Marquardt(LM)算法,以残差平方和为目标函数,对试验数据开展相应拟合,所获得的参数可较好反映蠕变曲线的非线性特征。经比较,计算曲线与试验点曲线比较接近,说明该流变本构模型能较好的反映出锦屏绿砂岩在卸荷条件下的衰减蠕变阶段和稳定流变特性。

汽轮机转子疲劳-蠕变损伤的非线性损伤力学分析

转子是汽轮机的核心部件,往往要在高温、复杂应力情况下工作,易产生裂纹萌生。除疲劳作用外,蠕变在转子的寿命损耗中也占有相当的比例。一般低周疲劳约占转子总寿命的80%,而蠕变则占转子总寿命的20%。事实上,对汽轮机转子而言,疲劳和蠕变往往是同时发生并存在着相互的作用。该文采用非线性损伤力学模型估算了国产600MW汽轮机高压转子在实际启停功况下的疲劳-蠕变 寿命,考虑了疲劳与蠕变的耦合作用以及多轴应力的影响,并与当前汽轮机疲劳-蠕变寿命估算普遍采用的线性累积损伤理论进行了对比。结果表明:非线性连续损伤力学模型正确地反映了疲劳-蠕变交互作用以及损伤演化的非线性机制,其分析结果比现行理论方法更为准确、可靠。

煤岩非线性损伤蠕变模型探析

为了研究煤岩蠕变特性,分析前人煤岩蠕变特性实验结果,在广义Kelvin模型的基础上建立了煤岩非线性损伤蠕变理论模型。假定煤岩损伤演化是应力和时间的函数,同时引入非线性硬化函数推导了煤岩非线性损伤衰减蠕变方程和蠕变全过程方程。任意给定方程中材料参数和加载条件,理论得到了煤岩衰减蠕变和蠕变全过程随时间变化曲线,对比前人煤岩蠕变实验结果,验证了用理论模型去研究煤岩的蠕变特性是可行的。

塑弹塑性岩石的非线性损伤模型研究

通过分析岩石常规三轴试验应力应变曲线,发现某类岩石在峰前具有明显的压密阶段,表明该类岩石具有塑弹塑性材料的特征。基于塑弹塑性材料非线性应力应变曲线,引入非线性指标,并考虑损伤门槛值,应用统计损伤理论,提出具有塑弹塑性特征的岩石非线性损伤模型。该模型不仅能反映岩石应变硬化软化特性,而且能够刻画压密区的特性,更为准确地表征了该类岩石应力应变的非线性关系。采用辉绿岩试验数据对本文模型进行验证,结果表明,试验曲线与理论曲线吻合较好,从而验证了模型的合理性和适用性。采用峰前具有明显线弹性变形特征的岩石常规三轴试验数据进一步分析,结果显示,模型通过峰后引入非线性指标同样可以反映岩石应变软化特性。

横观各向同性土的弹性非线性损伤分析

提出了一个分析横观各向同性土的各向异性非线性损伤力学模型．以热力学理论为基础，提出考虑各向异性损伤的能量指标（ｅｎｅｒｇｙ ｎｏｒｍ）概念，构造损伤势函数，建立损伤的演化方程，建立考虑非线性损伤引起的各向异性的弹性应力－ 应变关系，且应用此模型分析试验，结果与试验吻合．

施工期混凝土坝的非线性损伤分析

本丈将线性徐变理论和拉应变分段曲线损伤模型相结合,推导出计算混凝土浇筑块温度徐变应力的非线性有限元递推公式,并编制了计算机程序.最后,以东江拱坝基础部分浇筑块为例进行了分析,计算结果与观测结果趋势吻合.

双标量描述下土的弹性非线性损伤模型

根据土的变形特点,采用双标量描述土的各向同性弹性损伤,将土看成是由两种材料组成的复合体,一种材料的柔度矩阵仅与土的弹性模量有关,而另一种材料的柔度矩阵仅与土的剪切模量有关。分别定义各自的损伤变量,并根据等效应力原理建立各自的损伤本构方程,最后通过合成获得了土的弹性非线性损伤本构方程,并根据土的三轴试验结果确定损伤演化方程,在此基础上建立了一个土的弹性非线性各向同性损伤模型。将其运用到地基沉降计算中,与实测结果进行比较,验证了本模型的正确性。

杆系结构非线性损伤随机演化分析

通过研究结构非线性构形状态转移过程考察结构非线性损伤随机演化的思路 .建立了作为Markov链的非线性构形状态转移过程的转移速率与屈服应变风险率函数之间的关系 .进而 ,通过力学分析与非线性构形状态的逻辑分析得到转移速率矩阵 ,从而将一个结构非线性损伤随机演化问题转化为一个非时齐Markov链的分析问题 .以三杆桁架结构为例 ,给出了数值分析结果 .

基于缺口应力法与非线性损伤模型的钢桥疲劳可靠度评估

为解决钢桥疲劳评估方法中存在的适用性与准确性问题,从提高应力数据与损伤模型准确性角度,将缺口应力法与非线性损伤模型相结合,提出基于缺口应力法与非线性损伤模型的钢桥疲劳评估可靠度方法。首先,提出建立钢箱梁整体与局部有限元模型的子模型方法,借助虚拟缺口半径法,计算符合实际边界条件的疲劳缺口系数。其次,引入非线性损伤模型,并考虑线性损伤模型中的Miner临界累积损伤指数与误差因子的作用,推导修正的非线性损伤极限状态方程。然后,为准确获得极限状态方程中的参数分布,以小时为单位,对疲劳损伤进行拟合。最后,以某悬索桥长期健康监测数据为依托,对非线性损伤可靠度指标进行分析,结果表明:各小时线性损伤服从对数正态分布,桥梁在100 a的线性与非线性损伤的可靠度指标分别为1.5961与1.0893,低于允许值1.6449,需要维修加固;相比于线性损伤模型,非线性损伤模型的结果将更加保守。

OFDM-PON系统的非线性损伤补偿方法

围绕正交频分复用-无源光网络（OFDM-PON）系统中非线性损伤的补偿问题开展研究.使用VOLTERRA模型对非线性补偿器进行辨识,利用差异因子并结合QR分解,推导出修正向量的解析表达式,提出模型核向量的自适应修正方法,形成正交频分复用-无源光网络系统中非线性损伤的补偿算法.仿真结果表明,所提出的方法可使系统误比特率提升1％～3％,在系统比特率为130 Gb/s时,系统误比特率可保持在1％左右.

框架结构非线性损伤的主成分分析识别方法研究

针对框架结构非线性损伤识别问题,提出一种基于主成分分析的损伤识别方法。利用主成分分析数据压缩和特征提取的特性,首先对结构基准工况响应信号进行处理,提取特征成分,得到主成分模型,然后将结构未知工况响应数据向主成分模型投影,通过构造损伤指标实现对结构非线性损伤的识别。以四层钢框架结构碰撞模型为实验对象,通过螺栓和钢柱构造碰撞非线性损伤源,实验结果表明该方法可有效识别结构的非线性损伤。

运营环境下混凝土简支梁桥裂缝的非线性损伤识别

针对混凝土简支梁桥常见的开裂病害,基于改进的Hilbert-Huang变换(HHT)提出裂缝的非线性损伤识别方法。选取曲率曲线型呼吸裂缝模型并将其融入车桥耦合共振系统,以更真实地模拟运营环境下裂缝的非线性开闭现象。引入镜像延拓法和集合经验模态分解法分别改进传统HHT算法的端点发散和模态混叠问题,提取桥梁加速度响应的能量时程曲线,将能量时程曲线尖峰出现时刻和相对幅值比分别作为损伤定位和定量的特征指标,从而建立简支梁裂缝的非线性损伤识别方法。数值算例表明,采用单一传感器便可通过文中方法识别简支梁开裂的部位和程度,为混凝土简支梁的损伤识别提供技术支撑。

基于非线性损伤理论的改进CVISC模型及其在FLAC3D中实现

滑坡形成是一个典型的岩土变形破坏时效过程,低速滑坡时效过程尤为显著。基于流变理论,建立反映滑坡变形破坏发展过程的本构模型、预测滑坡活动趋势,一直是国内外滑坡研究的基本途径和难点问题之一。然而,目前国内外已有的多数流变模型仅能反映滑坡岩土蠕变的第一、第二阶段,不能刻画滑坡岩土蠕变的第三阶段(加速蠕变阶段)。本文基于滑带在滑坡中的作用以及滑带岩土剪切蠕变发展的累进性和非线性特征,借助损伤理论,在FLAC3D内置的CVISC流变本构模型中引入非线性损伤黏塑性元件,构建了可描述滑坡加速蠕变过程的非线性损伤流变本构模型,依据类比原理建立了改进的CVISC三维差分模型,通过FLAC3D开放的用户接口实现了本构模型的二次开发,并将改进的CVISC模型用于长期缓慢滑移、伴随间歇性剧烈活动的甘肃舟曲泄流坡数值模拟中。模拟结果显示,该模型不仅呈现了滑坡的加速蠕变特征,而且揭示的滑坡活动特征与其曾经出现的活动特征基本一致,从而证实基于非线性损伤理论的改进CVISC模型具有较好的有效性。

基于相干函数的海上风电支撑结构非线性损伤识别实验研究

文章研究了基于相干函数的海上风电支撑结构非线性损伤识别方法。为了克服传统相干函数法的不足,提出了一种仅利用结构振动响应信号的相干性分析方法。基于此,定义了相对损伤函数和局部相对损伤函数,构建了一种损伤检测指标和一种损伤定位指标。对于带宽或频谱成分不同的信号,采用了一种两阶段解析模式分解法进行信号处理。为验证方法的有效性和实用性,对单立柱式海上风电支撑结构开展了非线性损伤识别实验研究。结果表明:所提出的基于相干函数的非线性损伤检测指标可灵敏地指示结构非线性损伤的发生及相对损伤程度;损伤定位指标可以准确地识别结构的损伤单元。