夹心杆系统中一维弹塑性波演化精细分析(Ⅰ):典型加载波的透反射

准确地剖析反射波与透射波的形成过程与影响机理是SHPB(split Hopkinson pressure bar)精细化试验设计与精准数据处理的核心前提之一。针对夹心杆系统,分析矩形、梯形与半正弦三种典型入射波加载阶段系统中一维弹塑性波的传播与演化,定量研究试件中弹塑性波的传播、两个界面上弹塑性的透反射及其系列透反射波的相互作用影响。结果表明:首先,弹塑性波特别是应力波在弹塑性交界面上的透反射中占主要地位,纯弹性波的透反射与传播反而影响较小;其次,当入射波加载区间有一定的宽度时,杆2中弹性波在两个界面上的多次透反射对反射波造成衰减的同时对透射波进一步强化,这种衰减使得半正弦波对应的反射波峰值并不是在0.5个无量纲时间时,而是有所提前;第三,与传统SHPB分析中弹性波在界面上透反射的初步规律不同,无论是矩形波、梯形波还是半正弦波入射时,试件材料的杨氏模量与密度改变虽然明显影响其弹性波的阻抗比,但对透反射波波形及其峰值强度影响并不明显。研究结果可为SHPB的精细化设计与数据的精准分析提供科学依据。

基于连续小波变换的黑北凹地砂砾储卤层沉积特征研究

柴达木盆地西部中深层“砂砾型”钾盐储卤层与沉积水体变化息息相关,高密度网状二维地震资料包含的频率信息,有助于识别发育砂砾储卤层的沉积环境,为深层富钾卤水储层研究提供支撑。采用连续小波变换时频分析技术将地震信号从一维的时间域拓展到二维的时间-频率域上,能够在频谱中更清晰地刻画沉积体内部岩性组合的旋回结构特征。基于正演数据和实际钻井数据,总结了低水位体系域、水进体系域、高水位体系域和水退体系域层序框架下,沉积体的地震时频谱旋回响应特征:低水位体系域的时频谱能量主要聚集在低频,高水体系域的时频谱能量主要聚集在高频,水进体系域的时频谱能量随时间减小向高频方向移动,水退体系域的时频谱能量随时间减小向低频方向移动,指出35 Hz是划分有利沉积旋回——水退体系域末期、低水位体系域和水进体系域初期的频率阈值。选择合适频率区间重构地震数据能突出弱振幅砂砾层的反射特征,结合全频带数据有助于快速识别有利沉积旋回,为寻找砂砾型深层卤水钾矿提供依据。

V_(1)导联r'波振幅结合阻抗变化评价左束支区域起搏电极植入深度的研究

目的:探讨左束支区域起搏时,V_(1)导联r’波振幅结合阻抗变化判断电极植入的合适深度。方法:纳入2019年1月1日至2021年12月31日于南昌大学第二附属医院就诊的心脏结构正常、有起搏器植入指征并行左束支区域起搏的住院患者78例,收集患者基线数据、术中数据和影像学资料,以及术后3、6、9和12个月的随访情况。将起搏时V_(1)导联r’波振幅、阻抗、电极植入深度进行线性相关性及回归分析。结果:78例患者中70例(89.7%)起搏时V_(1)导联QRS波末端出现r’波,8例(10.3%)QRS波表现为r S、RS型或终末端无r’波。线性相关性分析显示,r’波振幅与电极植入深度呈正相关(r=0.424,P<0.01),与阻抗呈负相关(r=-0.256,P=0.03);电极植入深度与阻抗无明显相关性(r=-0.132,P=0.27)。回归分析显示,电极植入深度是r’波振幅的重要影响因素(回归系数=0.056,P=0.000)。结合建立的回归模型和阻抗大小显示,V_(1)导联r’波振幅在0.24~0.69 mV范围内,阻抗在648.30~828.90Ω之间,电极植入深度6~11 mm最合适,穿孔风险小,且能较大概率成功夺获左束支,起搏参数满意,起搏QRS波时限较窄。在术中、术后48 h及12个月随访期间内,患者均未出现电极穿孔、血栓栓塞、心脏填塞、感染、导线脱位等并发症。结论:左束支区域起搏是一种安全可行的起搏方式。在左束支区域起搏时,V_(1)导联r’波振幅在一定合适范围内,并结合阻抗变化可指导左束支区域起搏,有助于降低电极穿孔的风险。

基于曲波域模型优化的多次波压制方法在浅地层剖面的应用

浅地层剖面主要用来探查海底的浅部构造和浅部资源,但因地震数据采集时受水深和海底地质条件等的影响,多次波极其发育,并且多次波能量强、频带宽,常规的自由表面多次波压制方法很难取得较好的压制效果。基于此,将地震数据自身褶积产生的多次波模型分为低频段模型和高频段模型,同时,将原始数据分为低频段数据和高频段数据,利用多个自适应相减法优化低频段模型;而对于高频段数据和高频段模型,将其转换到曲波域,比较其不同尺度、不同角度的差异,然后,对高频段模型进行优化,最后,将优化后高频段模型和低频段模型相加,得到最终优化后的多次波模型,再将其从原始数据中直接减去,以达到压制浅地层剖面中多次波的目的。实际资料的应用结果表明,该技术对多阶的海底相关多次波和强界面产生的多次波的压制效果较好,剖面的信噪比得到明显提高,有效信号得以凸显,有利于后期资料的应用。

单相级联型多电平变换器直流纹波电压分析及抑制策略

级联H桥型多电平变换器采用移相变压器+整流供电时具有功率因数高、输出电压谐波含量低等优点,在大功率工业领域范围内得到了广泛应用。传统的调制算法都以假设直流母线电压恒定为前提,然而在直流侧会出现低频纹波并被调制和传输到负载,导致输出电压波形畸变。目的为了探讨级联H桥单元供电侧存在大量直流纹波电压导致输出负载电压波形畸变的问题,方法本文首先采用双重傅里叶理论分析直流纹波电压,在此基础上引入一种直流纹波前馈补偿策略,通过测量每个级联H桥的直流侧实际输入电压除以电压基准值并与传统载波信号相乘,进而与调制电压进行载波移相调制;同时采用矢量控制,通过FFT变换虚拟出无功电压,以获得更快的收敛速度、更高的稳定性和更小的振荡。结果仿真和实验结果表明,所提调制算法和控制策略可有效抑制负载电压中的低次谐波,减小输出电压波形畸变,实现逆变电源的快速动态响应和无稳态误差控制。结论实验结果验证了本文所采用的调制策略和控制策略的可行性与合理性。

基于环形阵列的空间滤波器结构损伤扫描监测方法研究

本文提出了一种基于环形阵列的空间滤波器结构损伤扫描监测方法,在结构中央布置环形压电传感器阵列实现对结构的全方位扫描监测,消除了主动Lamb波空间滤波器监测方法中盲区及远场对监测效果的影响。环形阵列由直径方向不同角度的4个线阵组成,每个线阵采用主动Lamb波空间滤波监测方法对结构损伤进行监测、成像,各阵列成像结果通过PCA-小波变换进行融合对损伤位置进行判别,从而实现结构全方位损伤扫描监测,消除单个阵列损伤监测的盲区、远场及虚假成像等影响,进而获得更加准确的损伤监测结果。通过实验研究,验证了该方法的有效性和实用性。

道路地下空洞探地雷达波场和时频特性

根据城市道路地下介质的分布特征和电性参数设计模型,采用时域有限差分法和广义S变换,对道路地下存在的充气空洞、充水空洞、回填不密实、埋藏金属物状态进行探地雷达正演模拟和时频特征提取。结果表明,地下空洞顶界面的反射波同相轴均呈弧形反射形态,但充气空洞的反射波能量强于充水空洞;地下空洞发育区域的中心频率集中在某个低频区间,其余频率成分分布较均匀;埋藏金属物区域出现两簇高幅值能量团,频率分布较分散;回填不密实区域频率未能显示出较明显的规律。最后,通过工程实测验证了数值模拟的可靠性。

多物理场下超薄吸波磨耗层微波加热性能研究

微波加热技术在沥青路面除冰中的应用得到了广泛的关注,然而目前多对沥青路面整体进行微波加热增强,从而导致路表加热效率提升缓慢。为了进一步提高沥青路面路表的微波加热性能,采用碳化硅(SiC)微波增强集料制备了一种超薄吸波磨耗层,通过微波加热以及除冰试验分析了超薄吸波磨耗层的微波加热性能以及加热耐久性,确定了超薄吸波磨耗层的最佳厚度。并采用COMSOL Multiphysics有限元软件建立了多物理场沥青混凝土微波加热模型,分析了超薄吸波磨耗层的设置对微波加热过程中电磁场的强度与分布以及温度场的影响。研究结果表明:在2.45 GHz频率的微波加热下,超薄吸波磨耗层具有良好的微波加热性能,10 mm厚的超薄吸波磨耗层的微波加热效率相比于普通沥青混合料以及整体微波增强的沥青混合料提高了4.47倍和1.40倍。SiC稳定的微波吸收性能保证了超薄吸波磨耗层具有良好的微波除冰耐久性,在经过反复的微波加热除冰后超薄吸波磨耗层的除冰时间仍然可以保持在45 s左右。数值仿真模拟结果表明超薄吸波磨耗层较强的微波吸收能力可以局部增强试件表层的电磁场强度,从而使更高的温度分布在试件表层。超薄吸波磨耗层内部的电场强度和磁场强度分别比普通沥青混合料试件提高了50.9%和15.7%。综上可知,超薄吸波磨耗层的设置可以提高沥青路面表面的微波加热性能。

基于波形群灵敏角特征的输电线路故障单端行波辨识与测距

针对输电线路单端行波测距难以可靠、有效辨识第二个波头的不足,该文提出基于波形群灵敏角检测的单端行波辨识与测距方法。首先,对线路故障波过程的解析和规律分析,发现波头局部波形呈现灵敏角和非轴对称性的特点。进而提出利用Radon变换变角度投影检测最灵敏角并判别最灵敏角两侧非轴对称特性,实现单端故障初始行波及多次同极性行波群的可靠辨识。最后,基于多次同极性行波到达时差构造多测距算式,输出最合理测距结果。所提方法将时域波头辨识转化为波形图像空间域最灵敏变化方向和几何轴对称性的检测,抗干扰能力强,大幅提升检测可靠性和后续波头的识别能力,提升单端测距算式冗余性。大量实测和仿真数据测试表明,算法有效、可靠、直观,适用范围广,为单端行波分析故障测距及扩展应用提供了新思路。

融合多小波分解的深度卷积神经网络轴承故障诊断方法

针对卷积神经网络及其与信号降噪预处理集成方法面临高噪声环境和低质量数据挑战时难以有效地提取信号有用特征的问题,提出了一种融合Geronimo-Hardin-Massopust多小波分解的深度卷积神经网络模型(GHMMD-DCNN)。该模型思想是将多小波包分解与卷积神经网络深度融合,即设计多个一级多小波分解层以提取信号的低频分量和高频分量,再将多个一级多小波分解层与卷积层交替联接,使模型能够多尺度地提取并学习信号有用的时频域信息,信号分解和特征学习交替执行,进而实现强噪声鲁棒特征提取。在不同工况下的航空高速轴承振动数据上进行测试,结果表明:所提模型训练时能够快速达到稳定收敛,并且识别准确率均能达到99.9%以上;提出的方法在强噪声干扰下的故障辨识准确度和识别稳定性均优于对比方法,验证了其优秀的抗噪声干扰能力;在少训练样本测试中,提出的方法在单类训练样本数量为60时的平均诊断准确率高达91.19%,相比于其他方法最低提升了13.19%,验证了GHMMD-DCNN模型具有更优的低样本泛化能力。

利用瑞利面波提高近地表横波速度精度的方法

二维油气地震勘探中,由于受野外施工条件、成本效益等诸多因素限制,地震记录的野外采集道间距往往较大,这种地震记录往往容易产生空间假频,降低其频率—速度谱信噪比。为此,提出利用小波变换良好的时频分析特性,对大时空采样记录进行基于小波基的道内插值,以提高P-SV转换波地震资料中的瑞利面波频散高频信息的精度,从而提高反演表层横波速度结构精度,提高P-SV转换波的横波静校正精度。对理论模型和实际数据进行的验证计算表明,基于小波基的道内插值方法具有抗假频性,瑞利面波基阶频散曲线拐点更清晰,高频段能量更加集中,反演的横波速度精度更高,取得了较好效果。

二维超声联合剪切波弹性成像在老年肌少症诊断及疗效预测中的临床价值

目的探讨二维超声联合剪切波弹性成像在老年肌少症诊断及疗效预测中的临床应用价值。方法选取我院收治的84例老年肌少症患者(观察组)和同期42例健康老年人(对照组),两组均行二维超声和剪切波弹性成像检查,比较两组肌肉厚度、羽状角、肌束长度及收缩状态下腓肠肌杨氏模量平均值(以下简称杨氏模量值)的差异。观察组患者行常规药物治疗和弹力带训练,记录其治疗后总有效率,比较入院时与干预1、3、6个月后握力、四肢骨骼肌指数(ASMI)、简易躯体能力测试表(SPPB)评分的差异。绘制受试者工作特征(ROC)曲线分析二维超声和剪切波弹性成像参数单独及联合应用对老年肌少症诊断和疗效预测的效能。结果观察组肌肉厚度、羽状角、肌束长度及杨氏模量值均低于对照组,差异均有统计学意义(均P<0.05)。观察组患者治疗后总有效率86.90%(73/84);干预1、3、6个月后握力、ASMI、SPPB评分均高于入院时,差异均有统计学意义(均P<0.001)。ROC曲线分析显示,肌肉厚度、羽状角、肌束长度、杨氏模量值诊断老年肌少症的曲线下面积(AUC)分别为0.775、0.716、0.621、0.749,各参数联合应用的AUC为0.911,高于其单独应用,差异均有统计学意义(均P<0.05);肌肉厚度、羽状角、肌束长度、杨氏模量值预测老年肌少症疗效的AUC分别为0.805、0.846、0.785、0.775,各参数联合应用的AUC为0.889,高于单独应用,差异均有统计学意义(均P<0.05)。结论二维超声联合剪切波弹性成像在老年肌少症诊断及疗效预测中均有较好的临床应用价值,可为临床评估提供参考。

VTI介质改进声学近似qP波交错网格正演模拟

Alkhalifah提出的声学假设近似令沿TI介质对称轴的qSV波速度近似为0,建立了相应的qP波波动方程并进行了数值模拟,但存在两个不足:一是方程中存在退化的qSV波解,不是纯qP波波动方程;二是方程不适用于ε<δ(ε和δ为Thomsen参数)的介质。为此,在Liang等的工作基础上,将改进声学近似方法的思想引入qP波频散关系和一阶波动方程推导。令qSV波的精确频散关系中的圆频率为0,同时结合椭圆分解,推导了VTI介质纯qP波解耦频散关系,利用改进标量算子的空间域渐近近似建立了VTI介质改进声学近似qP波一阶速度—应力波动方程,采用交错网格有限差分算法实现了基于改进声学近似的VTI介质纯qP波正演模拟。频散关系分析和数值示例表明,基于改进声学近似的qP波一阶波动方程不包含退化qSV波,是纯qP波方程,与弹性波波动方程模拟结果吻合较好,具有较高精度,并且该方程在ε≥δ和ε<δ的VTI介质中均是稳定的,同时也适用于复杂VTI介质。

经腹部超声、经阴道超声、剪切波弹性成像联合检查对宫颈癌的诊断价值

目的探讨经腹部超声、经阴道超声、剪切波弹性成像联合检查对宫颈癌的诊断价值。方法选取98例宫颈病变患者,所有患者均行经腹部超声、经阴道超声、剪切波弹性成像及病理检查。病理检查结果显示,宫颈癌患者58例,宫颈上皮内瘤变(CIN)患者24例,其他宫颈良性病变患者16例。比较宫颈癌、CIN及其他宫颈良性病变患者弹性模量值的最大值及平均值。以病理检查结果为金标准,分析经腹部超声、经阴道超声、剪切波弹性成像单独及联合检查对宫颈癌的诊断价值。结果宫颈癌患者弹性模量值的最大值及平均值均高于CIN及其他宫颈良性病变患者,差异均有统计学意义(P﹤0.05)。经腹部超声、经阴道超声、剪切波弹性成像联合检查诊断宫颈癌的灵敏度、特异度、准确度、阳性预测值、阴性预测值分别为94.83%、95.00%、94.90%、96.49%、92.68%,均高于三者单独检查。结论经腹部超声、经阴道超声、剪切波弹性成像联合检查对宫颈癌具有较高的诊断效能。

吸波沥青混合料的制备及微波自愈合特性

吸波材料具有良好的微波传热能力,可用于沥青路面微裂缝自修复。本研究选取了炭黑粉、羰基铁粉和镍锌铁氧体粉3种吸波材料替换部分矿粉制备了SMA-13吸波沥青混合料。通过车辙试验、低温弯曲破坏试验和冻融劈裂试验对比分析了不同吸波沥青混合料的路用性能,并采用半圆弯曲(SCB)试验研究了吸波材料类型、掺量、微波加热时间等因素对吸波沥青混合料表面温度分布和自愈合性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析吸波材料的微观特性。结果表明,随吸波材料掺量从10%增至30%,炭黑粉沥青混合料的动稳定度和冻融劈裂强度比都呈现出逐渐上升趋势,而低温弯曲应变则表现出先增加后减小的特征;羰基铁粉沥青混合料动稳定度和低温弯曲应变均呈现先增加后减小的趋势,而冻融劈裂强度比表现出逐渐减小的特征;镍锌铁氧体粉沥青混合料动稳定度和低温弯曲应变均呈现逐渐减小趋势,而冻融劈裂强度比则与之相反。吸波沥青混合料的表面温度随着吸波材料掺量和微波加热时间的增加而逐渐上升,能够快速达到沥青混合料裂缝面的愈合温度,从而增强沥青混合料的微波自愈合性能。

三维各向异性TI介质中的P/S波快速解耦技术及在弹性波逆时偏移中的应用

随着多分量采集技术的发展,弹性波逆时偏移技术在三维各向异性介质复杂地质构造成像中得到了广泛的应用.然而耦合的P波场和S波场,会在传播过程中产生串扰噪声,降低弹性波逆时偏移的成像精度.为了解决这一问题,本研究针对具有倾斜各向异性对称轴的三维横向各向同性(Transverse Isotropy,TI)介质,提出了一种矢量弹性波场快速解耦方法,可以有效提高偏移剖面的成像质量.该方法首先通过坐标转换,将观测系统坐标系的垂直轴旋转到TI介质的对称轴方向,在新坐标系下,根据具有垂直对称轴的三维横向各向同性(Vertical Transverse Isotropy,VTI)介质中的分解算子,推导出三维TI介质解耦算子表达式.接着引入一种在空间域快速计算分解波场的方法,来实现空间域矢量P波场和S波场分离,极大地提高了计算效率.最后,通过点积成像条件,将提出的P/S波分解方法引入到三维TI介质弹性波逆时偏移中,得到高精度的PP和PS成像.与以往的波场分解方法相比,本文方法具有数值稳定和计算效率高的特点.数值算例表明,应用上述三维TI分解算子得到的偏移剖面有效压制了噪声,提高了成像质量.

基于波噪比的高速铁路钢轨波磨快速检测方法

为实现高速铁路钢轨波磨里程覆盖式、高频次、快速测量,提出基于波噪比的钢轨波磨快速检测方法。采用便携式添乘仪检测高速列车车体振动和车内噪声数据,提出基于车体纵向加速度进行数值积分来计算列车速度和里程,采用曲线地段车体摇头角速度里程与台账里程的偏差值修正速度积分误差。利用提取的里程修正后车厢噪声数据与钢轨波磨对应的400~700 Hz频带成分,计算频带能量占噪声总能量的比值,并获取波噪比超限时的钢轨波磨波长和里程。结合高速列车实测数据分析,研究结果表明:速度修正后列车定位里程最大误差为87 m,对波磨比大于0.3的线路区段进行钢轨波磨波形测量和轴箱加速度振动能量比分析,钢轨波磨波长范围为53~57 mm,实测波长为53 mm,验证了该方法的正确性,为高速铁路钢轨波磨的快速测量提供技术支撑。

阿尔山火山群面波层析成像

文中利用阿尔山火山群附近的29个宽频带流动地震台和其周边8个固定台站2019年5月—2021年12月期间的远震垂直向地震波形,通过频-时分析获取了11010条高质量的Rayleigh波基阶相速度频散,基于面波成像方法构建研究区地壳、上地幔的三维S波速结构。结果表明:在中、下地壳范围内,阿尔山火山群地区的S波速度表现出明显的低速异常,结合该地区高波速比的特征,推测阿尔山火山群可能存在地壳岩浆囊;在阿尔山火山群地区的40~150km深度内存在多处上低下高的S波速度异常结构,表明阿尔山火山群可能发生过岩石圈拆沉;阿尔山火山群东南侧上地幔的低速异常连通了软流圈和阿尔山火山群在地表出露的位置,结合前人的研究结果推测,此低速异常可能是松辽盆地岩石圈拆沉造成的软流圈物质上涌。

基于程函面波成像的华北克拉通岩石圈三维高分辨率S波速度结构研究

利用“中国地震科学台阵探测”项目Ⅱ期和Ⅲ期的流动地震台站以及中国区域地震台网中的部分固定台站的观测资料,采用程函面波成像方法获得了华北克拉通及周边区域10—120 s周期的瑞雷面波相速度分布和高分辨率的三维S波速度结构,并基于该速度模型估算了岩石圈厚度分布。结果显示,华北克拉通内部岩石圈厚度除了存在“西厚东薄”的一级分布特征外,还存在一些更小尺度的差异,包括鄂尔多斯地块内部岩石圈“南厚北薄”、鄂尔多斯地块周缘断陷带岩石圈显著的不均匀减薄以及燕山构造带与其南侧华北平原之间的显著差异等。山西断陷带北部与南部地区上地幔浅部(<100 km)存在不同程度的低速异常,它们被中部的高速异常区所分隔。在150 km以下深度从太行山南缘向北至山西断陷北缘存在一条NNE向展布的显著低速异常带,表明上地幔浅部南北部的低速异常在深部相连。结合已有的其它成像结果,我们推测这些低速异常起源于更深处(>200 km),并与由太平洋俯冲板块的滞留脱水导致的上地幔热物质上涌和小尺度地幔对流等密切相关。燕山构造带与华北平原的岩石圈结构存在明显差异,前者遭受的岩石圈破坏改造程度明显弱于后者,张家口—渤海地震带位于这两种不同壳幔结构的过渡带,地震活动较强,我们认为深部结构和热作用的显著差异,以及青藏高原远场挤压效应的共同作用是导致该区地震活动较强的主要原因。

基于分形维数的高速铁路地震预警系统地震P波震相识别方法

为更好保障高速铁路的运营安全,高速铁路地震预警系统的实施十分必要。5级以下的小震事件占据地震事件的95%以上,提高高速铁路预警系统在小震震相识别的速度与精度能有效保障高铁安全运营。提出一种基于分形维数的地震震相识别算法,优化传统分形维数的计算方法,提高分形维数的计算速度。引入分形斜率曲线并划分为4个阶段,分析临界点的分形斜率特征,通过识别分形斜率极值时刻判断地震波精准到达时刻。提出的算法平均误差达到0.006 3 s,标准差达到0.043 8 s,满足高速铁路地震预警系统的时效性和准确度要求。