课程-迁移学习物理信息神经网络用于长时间非线性波传播模拟

由于传统物理信息神经网络(PINN)在长时间模拟时存在计算稳定性差甚至无法获得有效解的难题,文章提出了一种基于课程学习和迁移学习的物理信息神经网络(CTL-PINN),用于长时间非线性波传播模拟.该改进的PINN的主要思想是将原长时间历程问题转化成若干个短时间子问题,其求解过程分为3个阶段;在初始阶段,使用传统PINN来获得初始短期子问题的解;在课程学习阶段,使用包含前一步训练信息的传统PINN以时域扩大的方式逐次求解,在迁移学习阶段,使用包含前一步训练信息的传统PINN以时域迁移的方式逐次求解.这种改进的PINN可以避免传统PINN陷入局部最优解的问题.最后通过几个基准算例验证了本文所提出的CTL-PINN方法在模拟长时间非线性波传播过程的有效性和鲁棒性.

随机复合材料结构非线性热-力耦合模拟的统计高阶多尺度方法

对于具有复杂随机细观构造的复合材料结构的非线性热-力耦合问题的随机多尺度建模和计算仍是一个具有挑战性的问题。本文发展了一个新的统计高阶多尺度方法,克服了随机多尺度问题直接模拟时巨大的计算量,实现了具有随机复合材料结构非线性热-力耦合问题的数值模拟。借助统计多尺度渐近分析和泰勒级数方法,本文严格推导了可以精确分析随机复合材料结构宏-细观尺度非线性热-力耦合响应的统计高阶多尺度计算模型。然后,通过局部误差分析证明了统计高阶多尺度计算模型中高阶校正项在保持计算模型局部能量和动量守恒的重要意义。进一步,建立了可以高效模拟随机复合材料结构非线性热-力耦合行为的具有离线和在线两阶段的时空多尺度算法。最后,通过数值实验验证了统计高阶多尺度方法的计算高效率和高精度。

钢结构建筑异型节点极限承载特征多尺度非线性数值模拟

异型节点作为传递建筑结构内力的枢纽,满足受力要求是结构安全的重要保证。为了精准还原异型节点的力学特征,提出钢结构建筑异型节点极限承载特征多尺度非线性数值模拟方法。考虑几何结构、材料属性等因素,构建钢结构建筑异型节点的非线性有限元模型。模拟异型节点荷载施加过程,多尺度分析节点的受力机理。从抗剪和抗弯两个方面,计算异型节点的极限承载力,输出异型节点的极限承载特征数值模拟结果。结果表明,与传统数值模拟方法相比,优化设计方法的极限承载力模拟误差降低了1.88 N,本文方法的应用能够有效控制异型节点的失稳概率。

基于非线性时变增益模型的朝阳地区中小河流洪水模拟

干旱半干旱地区中小河流洪水非线性特征十分明显,为提高干旱半干旱地区中小河流洪水模拟精度,采用非线性时变增益模型对朝阳地区中小河流洪水模拟的适用性进行分析。结果表明:非线性时变增益模型在朝阳地区中小河流模拟合格率总体可达到50%,适用于干旱半干旱地区中小河流洪水模拟。研究成果对于东北干旱半干旱地区的中小河流洪水模拟方法具有参考价值。

水闸非线性水动力学建模与数值模拟方法研究

水闸在实际工程中的设计和运行涉及复杂的水动力学现象,而传统的数值方法难以捕捉这些动力学特征,尤其是在高宽比流动的情况下。因此,该研究引入了平滑粒子流体动力学(SPH)方法,其采用离散化的方式划分流体体积,并模拟流体的运动。通过SPH方法,建立了水闸非线性水动力学的数学模型,并进行了数值模拟,以更准确地理解水闸开启和关闭时的水动力情况。研究结果表明:采用SPH方法进行水闸非线性水动力学建模与数值模拟是一种有效的方法,有望改进水闸设计和运行的效率和安全性。该研究对于水利工程和水资源管理领域具有实际应用前景和重要价值。

应力波在非线性变形节理处传播规律的颗粒流模拟研究

岩体节理会对岩体中应力波的传播产生显著影响,研究节理岩体中应力波的传播规律对于爆破破岩、抗震与防爆等均具有重要实际意义和理论价值。运用FISH语言对光滑节理模型中的细观节理法向刚度进行修改,建立了具有非线性变形特性的岩石节理颗粒流模型,模拟分析了应力波在非线性变形节理处的传播特性,获得了节理刚度、应力波振幅和应力波频率对透反射系数的影响规律,并从细观角度揭示了应力波与节理相互作用的机理。结果表明:节理刚度对应力波透反射系数会产生较大影响,刚度越大透射系数越大,反射系数则越小。当节理刚度达到某一临界值后,透射系数增长缓慢并趋于稳定值;入射波幅值越大,透射系数越大,反射系数则越小;应力波透射系数随入射波频率的增加而减小,节理表现出高频滤波特性。

考虑非线性行为相似的高层结构动力试验模型简化设计方法研究

随着物理试验技术的快速发展,结构模型试验可较准确获得结构在环境荷载作用下的动力响应,但在土-结相互作用、区域群体结构、大型复杂结构的风洞、拟静力及动力等模型试验问题研究中,简单、实用、准确的结构试验简化模型仍是研究的重点。针对现有模型简化方法中非线性力学参数标定复杂、试验可行性不足等问题,提出了一种考虑非线性行为相似的高层结构动力试验模型简化设计方法,将模拟高层结构的弯、剪恢复力模型分解为线性和非线性行为的组合,其中结构非线性行为采用库仑摩擦模型模拟,因其参数简单,具有一定物理意义,可直接适用于缩尺模型动力试验研究中。基于上述理论方法,将弯剪耦合模型和平扭摩擦装置有效结合,提出了用于缩尺动力试验的物理模型设计方法及等效刚度、屈服后刚度和承载力等参数的计算方法,并建立了对应的“层间双剪切、双弯曲弹簧”力学计算模型,可通过模型试验结果较好地预测原型结构弹性及非线性阶段的动力响应。以某高层结构为例,通过数值模拟和振动台试验验证了该方法的准确性和可行性。

考虑双重非线性的大跨度钢桁梁拱桥稳定性能评估

为评估钢桁梁拱桥稳定性能,优化结构构造,以岐江河大桥为背景,建立考虑几何与材料非线性的钢桁梁拱桥弹塑性计算模型,考察矢跨比f/L、宽跨比W/L、初始线形偏差、钢材屈服强度对钢桁梁拱桥稳定性影响,探究横撑构造与数目、横梁与横撑抗弯刚度对结构稳定性的优化效果。分析结果表明:f/L介于0.20~0.25时,钢桁梁拱桥稳定性相对优越;保持桥梁跨度不变而增加宽度能提高结构稳定性,当W/L由1/8增加至1/4时,稳定系数提高1倍;初始线形偏差明显影响结构稳定性,当初始横向变形量控制在l/3 000~l/1 000时稳定系数下降5%,而当变形量>l/1 000时稳定系数下降18%;钢材屈服强度对结构稳定性影响较小,250~350MPa 5种强度下的稳定系数相差<7%;现有横撑中,双米撑稳定性最好,其次为米撑、X撑、双K撑、K撑;相同用钢量下,采用米撑构造比K撑构造性能更好;增加横撑数目或增加横梁、横撑抗弯刚度可提高钢桁梁拱桥稳定性。

反常电子粘滞性引起的双撕裂模非线性演化

[目的]在常规电阻撕裂模方程的基础上加入反常电子粘滞性,用圆柱位形的磁流体动力学,对由反常电子粘滞性引起的双撕裂模的非线性发展做了数值研究。[方法]通过对非线性发展阶段磁岛和磁力线的演化分析,详细研究了两个有理面间距分别为较大、中等、较小3种情况下,由反常电子粘滞性引起的双撕裂模非线性发展的不同阶段的磁场拓扑结构的变化以及相关动力学特征,探讨了非线性发展的驱动问题。[结果]研究表明,两个有理面的间距的大小,对双撕裂模非线性发展有很大影响。间距中等时,会发生快速磁重联,对位形破坏最快最大。[结论]研究结果对托卡马克的位形设计和运行时的控制提供了参考。

一种基于双通道非线性反馈架构的模拟域功率放大器线性化技术

该文提出一种在模拟域抑制功率放大器(PA)非线性失真的双通道非线性反馈架构,以改善PA线性度,减少邻道泄露。在该架构中,用于抑制非线性的电路包含非线性提取环路和反馈调整环路。非线性提取环路通过耦合器提取PA输入和输出信号,进行幅度和相位对齐后抵消线性信号,保留PA产生的非线性失真。反馈调整环路包含两条独立反馈通道,且信号通过非线性提取环路和反馈调整环路中两条通道分别反馈后的总时延具有两倍关系,使反馈环路呈现2阶Delta-Sigma结构形式,相比于单通道非线性反馈架构具有更好的失真抑制性能。并且通过所提方法配置反馈通道参数,可以实现不同目标频点下非线性失真的灵活抑制。最后设计了一个使用CMPA0060002F商用功放芯片的实验平台,对于带宽为40 MHz,载频为780 MHz的测试信号,在当前6 ns的硬件反馈时延条件下,可以使邻道功率泄露比(ACLR)单边带改善11 dB或双边带改善6 dB,且通过减小反馈时延能够取得更好的性能。

民机雷达罩的抗鸟撞非线性力学行为仿真研究

为了研究某民机雷达罩结构的抗鸟撞性能,基于ABAQUS建立了采用纤维增强非线性动力本构的雷达罩模型,综合考虑了复合材料与泡沫芯材的非线性行为与应变率效应。该文通过仿真模拟,分析了面板材料(包括复合材料和泡沫芯材)是否考虑非线性与应变率效应、夹芯结构铺层顺序与角度,以及前后面板厚度比对结构鸟撞响应失效行为的影响。结果表明:纤维增强复合材料的非线性动力本构能够很好地描述雷达罩复合材料结构在动态加载下的应变率强化效应。不同铺层角度下的雷达罩面板的破坏形式基本相同,其最主要的失效形式是基体拉伸破坏,而前后面板铺层顺序为[0/-45/45]/[45/-45/0],且前后面板层厚比接近1的模型具有较好的吸能效果。

基于数值模拟的负荷削减–水体水质响应的非线性强度指标

基于现有研究中典型的水质响应非线性行为,定义基于交叉样本熵、傅里叶变化、乱序计数和调整R2的4种负荷削减–水质响应非线性强度指标。在典型水质响应样本的基础上进行指标的计算和比选,为基于数值模拟的水质管理提供可参考的非线性强度衡量指标和非线性判断依据。研究结果表明,4种水质响应非线性强度指标虽然有一定的重叠,但不可以互相替代,它们分别指示季节差异、峰值变化、短期水质恶化以及水质均值变化等不同类型的非线性行为。结合计算结果,给出使用4种非线性指标判断非线性行为的方法,并讨论非线性定义的局限性以及所提指标的应用前景。研究结果有助于进一步区分和认识水体水质响应不同类型的非线性行为,以便针对非线性水质响应行为的特定类型进行分析。

基于后随机非线性动态粒子群算法的地震模拟振动台参数优化设计

地震模拟振动台系统控制参数的质量影响着台面波形复现精度,进而影响试验效果。为实现对系统控制参数的高效校调与智能化寻优,提高系统对台面的控制效果,在标准粒子群算法的基础上提出了一种基于后随机非线性动态粒子群算法的三参量控制参数寻优方法,用于地震模拟振动台系统控制参数的优化整定。仿真结果表明,改进算法寻优参数控制下复现波形的相关系数比理论参数控制时提高了25%以上;与试验反馈数据波形仿真结果相比,寻优参数控制下的系统仿真波形相关度均提升至0.95以上,绝对峰值误差降至10%以内;对比结果证明了改进算法可行有效,优化参数控制下系统对不同输入波形具有更好的适应性,系统受控效果良好。

质量缩放方法在非线性岩石切削有限元数值模拟中的应用

阐明了质量缩放基本原理,应用有限元软件Abaqus CAE显式动力学方法对不同缩放系数下的非线性岩石切削问题进行了多组数值模拟分析。明确了建模过程和模拟方法,从计算时间、能量、岩石破坏情况3个角度对数值模拟结果进行了统计与分析,进一步揭示了质量缩放方法原理,确定了质量缩放方法在本问题中是适用的,证明了应用质量缩放方法能够有效提高计算速度,但是缩放系数并不是越大越好,而是要根据实际情况综合考虑,使其能够达到兼顾计算速度和计算精度的目的。

基于非线性失真装置研究的“模拟电子技术基础”实验教学改革探讨

根据三极管的工作特性,以模拟开关和可调电源组合为基础,设计了一种非线性失真研究装置。根据设计过程中的实践探索,结合“模拟电子技术基础”课程教学过程中遇到的问题,针对性地给出对应的解决方案,为“新工科”背景下的课程改革提供参考。

超深基坑地下水疏干效果的非线性有限元模拟及试验研究

以北京市某超深基坑工程为例,基于Midas GTS NX软件对地下水疏干效果进行非线性有限元模拟,并针对实际案例开展了试验研究。研究结果表明:采用Midas GTS NX软件进行建模非线性有限元分析,可以对地下水疏干效果进行有效模拟;TRD工法施工的闭合环帷幕止水效果总体良好,针对相应于第二含水层深度段存在微小渗漏问题,可在后续帷幕施工中严格控制搅拌均匀度来加以解决,相关结论对类似工程项目具有一定的借鉴意义。

非线性时变增益模型在辽西地区水文模拟的应用分析

辽西地区由于近些年来水土保持治理措施,流域下垫面条件尤其是土壤蓄水能力得到改善,传统单一线性产流模型已不太适应于辽西地区的水文模拟。为此引入非线性时变增益模型,结合辽西地区叶柏寿和东白城子两个水文站实测场次洪水数据,对其模型精度进行验证。结果表明:相比于传统单一线性模型,非线性时变增益模型下两个水文站实测场次洪水预测合格率分别提高20%和30%。研究成果对于辽西地区洪水预报方案制定具有重要参考价值。

基于微分观测器的飞行模拟转台伺服系统非线性控制

飞行模拟器转台伺服系统是导弹飞行的重要模拟设备,用于获取实验数据;针对飞行模拟转台伺服系统在跟踪控制过程中存在参数不确定性、非线性摩擦等不确定性问题,提出了一种基于微分观测器的飞行模拟转台伺服系统非线性控制方法;考虑系统在跟踪控制过程中存在不确定性问题,设计了微分观测器来估计复合不确定扰动;设计非线性控制器来控制飞行模拟转台伺服系统,使得系统可以收敛到期望位置转角信号;通过李雅普洛夫稳定性证明控制器作用在系统条件下的鲁棒性;通过MATLAB/Simulink仿真试验平台验证了文中提出的控制策略能够使系统有效跟踪期望位置转角,具有一定工程应用价值。

特低渗透油藏非线性渗流数值模拟

中国石油探明储量和未动用储量中特低渗透储量占很大的比例,迫切需要对特低渗透多孔介质中非线性渗流规律进行深入研究。根据特低渗透油田储集层岩心特征和流体渗流特征,建立了特低渗透油藏流体渗流的非线性渗流模型,依此建立了特低渗透油藏非线性渗流数值模拟的数学模型,并研制了相应的特低渗透油藏数值模拟软件。利用所研制的特低渗透油藏数值模拟软件,对榆树林特低渗透油田树322区块进行数值模拟计算,研究表明:拟线性渗流只发生在井口附近的局部小区域内,而在地层内部相当大的区域内是非线性渗流,非线性渗流占据了地层渗流的主导地位。因此,考虑非线性渗流比以往只考虑线性渗流以及考虑拟启动压力梯度的方法更适合特低渗透油田。

番茄生长发育非线性模拟模型

通过对番茄不同发育阶段与环境因子关系的分析，建立了番茄生长发育的非线性动态模拟模型，利用试验数据对模型进行了检验。结果表明，对不同发育阶段模拟，绝对误差均为1～2d，对全发育期模拟，绝对误差均在4d之内;平均相对误差小于4％。