参数冻结精细指数积分法在非线性车桥耦合振动分析中的应用

描述车桥耦合作用的基本问题是一个时变系统问题,且很多工况下需考虑非线性特性,使得该问题难以得到解析解,甚至数值解也可能很复杂.针对该问题的求解,提出了一种参数冻结精细指数积分法,将其应用于车桥耦合动力学模型的数值分析中.该方法结合了精细积分和指数积分特点,并将时变系数矩阵在每一积分步参数冻结,用于获得系统振动响应的数值解.考虑汽车轮胎与桥面的力和位移耦合关系、桥面沥青铺装层、桥梁材料黏弹性和几何非线性特性,建立了车桥耦合动力学模型,并应用参数冻结精细指数积分法对该模型进行了求解.通过与近似解析解、辛Runge-Kutta算法以及经典的Newmark-β数值积分法计算结果进行对比,验证了所提出方法计算结果的有效性和准确性.在此基础上,制作了缩尺车桥耦合系统模型,测试了跨中挠度响应,进一步验证了理论建模和所提算法的有效性和实用性.通过数值计算分析了所提算法的数值特性,结果表明:提出的参数冻结精细指数积分法不仅可以处理时变、非线性问题,且具有良好的数值计算精度和长时间数值稳定性;由于精细积分的特点,参数冻结精细指数积分法的计算时间步长可以取的较大,可有效提高计算效率.因此,所提出的参数冻结精细指数积分法预期可成为求解车桥耦合动力学问题的一种新的高效算法.

基于曲率积分法的楔形板矫直理论技术研究

文章详细研究了基于曲率积分法的楔形板矫直理论技术在板材矫直过程中的应用。通过曲率积分法和楔形板矫直技术的相互结合,实现了更精确和有效的矫直。文章介绍了曲率测量和计算方法、楔形板矫直装置的设置与调整,以及依据曲率调整楔形板矫直装置的具体操作流程。实际应用表明,该技术能够有效降低板材翘曲和弯曲误差,提高矫直质量,为高性能产品生产提供有力支持。

基于直接概率积分法的列车-轨道-桥梁系统随机分析

由于施工和制造误差使得铁路工程结构参数不可避免地具有不确定性,同时作为系统主要自激励的轨道不平顺亦具有明显的随机性和时变性,因此,探明不确定因子对列车和轨道-桥梁结构动态性能的影响非常重要。为了高效地完成列车-轨道-桥梁系统随机性能分析,建立列车-轨道-桥梁空间振动分析模型,采用轨道不平顺概率模型和谱表达-随机函数的方式在有限随机变量空间中实现轨道不平顺随机过程的高效模拟。引入概率密度积分方程和直接概率积分法发展了列车-轨道-桥梁系统随机动力方程和相应的计算求解策略。基于MATLAB实现了列车-轨道-桥梁随机振动的直接概率积分法分析程序,计算了全概率不平顺激励和参数随机条件下车-轨-桥系统振动响应的均值、标准差和时变的概率密度信息。研究结果表明:与概率密度演化分析方法相比,直接概率积分法可较好地反映行车过程中系统响应的概率密度特征,然而其在系统响应随机后处理时更为高效,其效率可提高1~2个数量级。此外,考虑轨道不平顺全概率激励更能准确地反映行车过程系统响应的概率特征,平均概率谱可能使得计算结果偏于保守;行车速度对于列车和桥梁动态行为的影响是显著的,随着行车速度的增加系统响应的范围逐渐变大。研究结果进一步拓展了列车-轨道-桥梁随机系统的分析方法,可以高效地用于系统状态评估和设计优化。

基于直接概率积分法的水下航行器随机动力响应高效分析

海洋是人类的资源宝库,随着海洋资源的不断发掘,海洋资源的探测与合理开发成为了当今世界各国广泛关注的热点,水下航行器的勘测活动也随之逐渐增多.然而,海洋环境具有极强的随机不确定性,给水下航行器的操作及轨迹规划带来了巨大影响.因此,准确预测随机海洋环境中水下航行器的随机响应特性具有重要意义.以无舵桨的新型水下航行器为研究对象,基于概率守恒原理,从随机积分的全新视角,建立了随机海洋环境中水下航行器的概率密度积分方程.在此基础上,提出了一种基于分块并行计算的直接概率积分法,该方法将水下航行器系统的控制方程与概率密度积分方程解耦,通过分块并行计算,实现了随机波浪激励下新型水下航行器的随机动力响应高效分析.此外,还将提出方法的计算结果与原直接概率积分法及蒙特卡洛模拟方法的计算结果进行了比较,进一步验证了提出方法的精确性和高效性.最终研究结果表明,海浪的有义波高和流动速度是影响水下航行器响应的主要随机因素.海浪有义波高和流动速度的增加会造成水下航行器偏离预定轨迹的概率显著提高.此外,较大的海浪流动速度还会引发随机跳跃现象,从而降低水下航行器的航行安全性.

基于FLAC^(3D)和概率积分法的公路下伏采空区变形影响分析与评价

某矿S3102工作面上方地表有市政二级公路,工作面开采造成部分路面下沉塌陷损毁。为了对公路损毁程度进行准确评估,分别用FLAC^(3D)数值模拟方法和概率积分法对地表移动变形进行预测计算,计算结果与实测数据进行对比分析。FLAC^(3D)数值模拟结果和概率积分法计算结果分别显示,公路地表最大下沉值分别为4979 mm和4880 mm,与实测公路地表最大下沉值4870 mm十分接近,最大误差在2%左右。研究结果表明,利用三维数值模拟软件模拟和概率积分法研究复杂采空区影响地表移动变形规律是可行的,能够较为准确地预测地表移动变形情况,可为采空区地表稳定性评估提供技术支持,供类似矿区道路塌陷预测研究借鉴。

安时积分法和EKF结合的锂电池SOC估计

针对SOC估计方法的算法复杂度和精度之间的矛盾,以及电流累计误差等问题,提出EKF算法和安时积分法适时切换的SOC估计方法。该方法通过分析锂离子电池的一阶戴维南等效模型,使用复合脉冲电池放电试验对模型参数进行辨识,建立基于EFK的SOC估计模型,并设计出算法流程。安时积分法和EFK的SOC估计将根据电池管理系统的不同工况交替进行。验证试验结果表明该方法的SOC估计误差小于1.5%,能够以较少的计算资源达到较高的估计精度,安时积分法产生积累误差在进行EFK估计时得以消除。

数据驱动的电能计量装置电流积分法差错电量估算误差评估

为了减少电能计量装置故障期间使用电流积分法计算差错电量的计量误差,该文引入配对t检验和Bootstrap抽样方法,科学计算差错电量校正系数。首先,基于配对t检验的方法,在小样本集的基础上,检验传统电流积分法计算得到的正常时间段预估用电量与实际用电量之间是否存在显著差异;然后,利用基于滚动Bootstrap抽样的方法得到大样本数据集,计算两者比值得到预估用电量的校正系数;最后,通过计算实验验证了上述流程。结果表明,小样本配对t检验能够减少差错电量计算工作量,大样本估算能够使校正系数的估算更具可靠性,减少估算误差。

基于精细积分法的输电线路故障测距研究

为了研究精细积分法在电力线路故障测距中的应用效果,本文先介绍了该方法的基本原理,建立了用于描述传输线路数学模型的电报方程,再将二者相结合,形成基于精细积分法的电报方程,用于测量线路故障。在效果检测环节,利用MATLAB分别建立单相线路和三相线路的故障模型,将龙格库塔法作为对照组,运用2种测距方法进行仿真试验。结果显示,基于精细积分法的故障测距方法在精确性和工作效率方面均优于龙格库塔法,证明其在输电线路故障测距中具有较好的实用价值。

基于概率积分法的露地联采地表移动影响范围划定分析

准确判断开采所引起的地表变形对保障地表建筑物和人员的安全至关重要。以云南玉溪戛洒某铁矿为例,研究了露天开采和地下开采对地表移动的影响范围,首先,采用概率积分法预计了开采现状和开采结束后引发的地表移动变形;其次,基于预计结果,分析了地下开采位置对露天采场地表沉陷的影响;最后,结合“三下”规程的具体要求,以地表倾斜、地表曲率和地表水平变形为评判标准,圈定了地下开采对露天采场的影响范围。研究表明:开采深度会影响地表沉陷值,开采位置越深,地表受影响程度越剧烈;露天采场区域大部分位置的沉陷变形参数都处于规范要求的Ⅰ级保护等级;研究区域铁矿地下开采对露天边坡产生了一定影响,主要影响位置为露天采场Ⅱ区坡顶处。

基于几种有限元时域积分法的三角桁架结构位移响应辨识准确性分析

本文推导了四种有限元时域积分法,并将其应用于三角桁架结构,进行位移识别响应的计算模拟和准确性分析.采用有限元法分别建立刚度矩阵和质量矩阵,确定时间步长大小,并根据模态叠加法的解来确定不同时域积分法的自由度位移误差计算.结果显示,通常情况下时间步长系数τ=1/3可以提供最佳的准确性.与其他方法相比,Wooram Kim两阶段显式时域积分法能够保证较高的位移识别准确性,在拐点处呈现小超调量,使其在模拟计算中具有较高的稳定性.

基于概率积分法理论模型的累积不接顶充填效应沉降变形预测

金属矿山地下开采后所形成的采空区会导致地表出现变形。通过对传统概率积分法进行优化,提出一种适用于充填采矿法的改进概率积分法。采用该方法对白象山铁矿西部厚大矿体应用充填不接顶累积效应的4种不同采矿方法所导致的地表变形量进行了预测,并分析了变形对地表建(构)筑物的影响。结果表明,西部厚大矿体地表最大下沉值范围为64.4~294.2 mm,最大水平移动值为19.3~88.3 mm,最大倾斜值为0.5~2.4 mm/m,最大曲率值均不高于3×10^(-5)/m,最大水平变形值均不高于1.1 mm/m。各采矿方法引起的变形量均不会超出规范对地表建构筑物的要求。研究结果为该矿山采矿方法的选择和优化提供了理论支撑。

联合SBAS-InSAR技术和概率积分法的矿区地表沉降监测及分析

针对煤矿持续开采引起的地表沉降问题,联合SBAS-InSAR技术和概率积分法实现矿区全盆地精细化沉降监测,利用SBAS-InSAR技术获取矿区累积沉降量并提取沉降盆地边缘特征点,进一步联合实测水准数据,基于遗传算法求解概率积分法参数,获取矿区地表沉降监测,依据InSAR最大形变梯度理论,通过计算干涉图平均相干性,并以此为阈值将SBAS-InSAR沉降结果和概率积分法的结果进行融合,获取矿区精细化地表沉降信息。以山东省三河口煤矿为研究区,采用2022年11月2日到2023年8月29日期间覆盖研究区的26景Sentinel-1A数据,对该方法的精度进行验证。结果表明,该方法的监测精度优于单独使用SBAS-InSAR技术和概率积分法,可以获取矿区全盆地精细化沉降信息。

基于概率积分法的复杂多层采空区隧道地表变形预测方法研究

针对复杂多层采空区隧道地表变形预测这一技术难题,采用分割叠加求解法对传统概率积分法进行简化处理,并应用Matlab语言编写采空区隧道地表沉降预测程序,实现自动坐标系的变换。预测结果表明,受复杂多层采空区影响,该隧道段的地表沉降、水平位移、水平变形和倾斜值均较大,特别是隧道出口段地表水平位移及倾斜值较大,易出现滑塌、崩塌现象,施工过程中需进行加固处治。研究结果可为地表变形预测及施工安全控制提供参考。

基于优化OCV-AH积分法的SOC估计

针对传统安时积分法估算锂电池荷电状态(SOC)存在精度不足的问题,文章提出一种优化开路电压-安时积分法(OCV-AH)的锂电池SOC估计算法。该优化OCV-AH积分法主要包括静态SOC初始值的校正和动态安时积分法的优化。首先将静置法数据分段拟合涓流放电曲线,得到高精度的OCV-SOC特性曲线作为校正SOC初始值的依据;然后在考虑了温度、放电倍率和充放电循环次数对电池实际容量的影响后,计算出修正系数,加入安时积分法中,动态修正电池的实际容量。最后,在Simulink中搭建了优化OCV-AH积分法的模型,并在DST工况下,将优化安时积分法与传统安时积分法进行仿真对比,验证了该文设计的优化OCV-AH积分法对于SOC初始值校正和SOC动态估算的精确性。

基于加幂积分法的水面船舶有限时间轨迹跟踪控制

针对具有在模型参数不确定性和未知时变扰动下的水面船舶,该文提出1种基于扩张状态观测器的有限时间轨迹跟踪控制方案。首先,基于反步法和加幂积分法,提出了1种新的有限时间控制律,所设计的控制器通过采用连续反馈,可确保水面船舶的轨迹跟踪误差在有限时间内收敛到原点附近的邻域内;其次,在李雅普诺夫意义下严格证明了闭环控制系统的有限时间稳定性;最后,通过仿真比较表明了所提出的控制方案的优越性。

基于变步长精细积分法的电磁暂态仿真计算方法

随着大规模新能源的并网以及新型电力电子器件的应用,电力系统数字仿真的复杂性不断提高,电磁暂态特性也变得日趋复杂。电力电子系统在进行电磁暂态仿真时,会遇到很多不连续现象和状态突变现象。在计算时,变步长精细积分多步法可以通过对步长的调节,使每一段步长达到要求的计算精度。为克服在不连续情况下由状态变量突变引起的数值波动,进一步优化电磁瞬态模拟,拟利用基于Adams线性多步法的精细积分法,并通过误差估计实现对非均匀项的自适应逼近。在MATLAB/Simulink仿真平台利用理论分析法进行数值模拟,结果表明,所提算法可以有效地提高电磁暂态计算效率和计算精度。该方法弥补了实际应用中传统的临界阻尼调整算法“忽略”不连续问题这一漏洞。

考虑电池运行状态的改进安时积分法

准确估计电池的荷电状态(SOC)是保障电池储能系统(BESS)安全稳定运行的前提。针对传统安时(Ah)积分法忽略充放电状态,导致SOC估计精度降低的问题,基于充放电状态对电池效率和最大可用容量的影响实验,得到不同充放电倍率下SOC与电池效率的关系、充放电倍率与电池最大可用容量的关系,提出考虑电池运行状态变化的改进Ah积分法,以提升SOC估计精度。在不同运行工况下,进行电池SOC估计对比发现,在不同环境温度下,所提Ah积分法的估计误差均最小,25℃时的最大误差仅为0.346%,比优化Ah积分法和传统Ah积分法分别提升0.142和0.527个百分点。

基于有限阶积分法的球面光电稳定平台机构运动特性分析

为了实现球面光电稳定平台连续性运动控制,基于有限阶积分法对稳定平台进行了运动学分析。将稳定平台机构运动过程进行了阶段化和线性化处理,机构连续运动被转化为有限个微小运动的集合,对所有微小运动的共性进行了分析,构造了具有迭代参数的约束系统。建立了稳定平台约束系统方程,对其进行了正运动学求解,并在ADAMS软件中进行了运动学建模与仿真验证。分析了不同运算阶数下应用有限阶积分法进行正运动学求解的误差,并对稳定平台进行了工作空间求解与奇异性分析,结果表明该稳定平台的工作空间满足要求,并且在工作空间内不存在奇异位点。本文的研究对此类并联机构的运动学特性分析有着较好的参考意义。

桥梁结构长期预应力损失中值积分法研究

为研究混凝土收缩、徐变及预应力筋松弛耦合作用下长期预应力损失计算方法,以某预应力混凝土简支梁桥为背景,基于弹性徐变理论及积分中值定理,开展了桥梁结构长期预应力损失中值积分法研究,并给出了长期预应力损失中值积分法及中值系数计算公式。分别采用3种规范、数值计算法及中值积分法,计算了环境年平均相对湿度RH为60%、80%两种情况下,1、10、50年时长期预应力损失,并以数值计算值为参考值进行了对比。结果表明:按欧洲规范(EN 1992-1-1:2004)、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)计算容易低估长期预应力损失,而按美国国家高速公路和交通运输协会标准(AASHTO 2012)计算则容易高估长期预应力损失;中值积分法计算值与数值计算值几乎相同,百分误差均小于0.5%;简化中值积分法计算公式与数值计算值相比略微偏小,计算误差随时间增加有减小的趋势,百分误差均在4%以内。

基于路径积分法的输液管道随机动态响应分析

随机激励下的输液管道在工程上广泛存在,对其进行研究具有十分重要的意义.为了预测高斯白噪声激励下输液管道系统的随机动态响应,基于哈密顿原理建立了高斯白噪声激励下非线性输液管道的动力学模型.采用Galerkin截断方法对输液管道的控制方程进行离散化.采用基于Gauss-Legendre公式的路径积分法计算了输液管道随机振动响应的位移概率密度函数和速度概率密度函数.采用Monte Carlo方法与路径积分法得到的计算结果进行对比,验证了路径积分法在计算输液管道振动响应上具有较高的计算精度.研究了流速、激励强度和阻尼系数对输液管道位移概率密度函数和速度概率密度函数的影响,并确定了输液管道位移概率密度函数出现双峰时的临界流速.结果表明,采用路径积分法计算输液管道系统的动态响应是有效的.流速增大会使系统可能发生的最大位移变大,可能发生的最大速度不变;激励强度增大会使系统可能发生的最大位移和最大速度变大;阻尼系数增大会使系统可能发生的最大位移和最大速度变小.此外,研究发现流速增大是诱导输液管道发生随机分岔的因素之一.