基于传递矩阵法的指向式旋转导向工具主轴振动特性

指向式旋转导向工具应用于井眼轨迹控制时,其主轴的动力学特性将直接影响到井眼轨迹控制效果及作业安全,而在钻进工况下,工具钻压传递机构在主轴上的位置对主轴的动力学特性起着重要的作用。因此,为了分析钻压传递机构的位置对主轴动力学特性的影响,利用多体系统传递矩阵法建立了指向式旋转导向工具外壳-轴承-主轴系统的动力学模型。通过推导主轴上任意节点的几何和力学方程,该研究能够评估钻压传递机构的位置对主轴动态性能的影响规律。结合实例运算分析了钻压传递机构的安装位置对主轴固有频率和振型的影响,探讨了工具造斜时,钻压传递机构安装位置对主轴动态位移的影响。结果表明,随着钻压传递机构安装位置距离钻头越远,主轴固有频率和动态位移均增大,因此在满足工作要求下,推荐钻压传递机构安装位置尽可能靠近钻头端。为验证基于传递矩阵法建立的主轴动力学模型的正确性以及钻压传递装置安装位置对主轴动态位移影响规律,在指向式旋转导向工具试验台架上进行了钻进工况下主轴测点偏移量测试试验,结果表明,试验测得的数据与理论计算的数据基本吻合,误差最大仅为6.47%。

基于多模型和权衡矩阵法的乡村生态-游憩景观安全格局重构

【目的】乡村旅游地的突出矛盾是人类旅游活动对生态环境的干扰,景观规划时需要权衡游憩功能与生态功能。探究乡村生态-游憩景观安全格局(landscape security pattern, LSP)重构路径,旨在促进乡村旅游与生态环境和谐、可持续发展,为乡村旅游地景观规划提供参考思路。【方法】以江苏省无锡市马山为例,综合运用InVEST、ArcSWAT、最小累积阻力(minimum cumulative resistance, MCR)多模型,分别模拟生态、游憩空间格局以及生态、游憩廊道,并划分景观单元;基于“权衡矩阵法”,比较各单元生态、游憩功能重要性,实现景观功能分区,识别权衡问题突出的区域及战略点,进而为各类景观功能区提出针对性的规划、建设及管控策略。【结果】将马山景观功能区划分为生态核心区、生态重要区、生态-游憩重点权衡区、生态-游憩次级权衡区、游憩核心区、游憩重要区、游憩协调区及弹性发展区8类,构建生态-游憩景观网络并识别出32处战略点。【结论】重构乡村生态-游憩LSP有利于区分不同类型景观功能区的建设侧重点与优先级,科学、精细化地管理、利用乡村景观资源,促进多功能景观的协调与增效。

基于传递矩阵法的足式机器人四连杆腿部机构正向与逆向动力学分析

为了保证足式机器人腿部机构的控制准确性与实时性,利用向量代数方法,对足式机器人四连杆腿部机构进行几何运动学分析;根据有限元形函数理论,建立足式机器人四连杆腿部机构典型构件的质量离散方法;在几何运动学分析的基础上,基于力矩平衡原理,分别进行正向与逆向动力学分析;利用线性变换原理并结合传递矩阵法,建立足式机器人四连杆腿部机构正-逆向动力学统一模型,并利用Adams软件建立足式机器人四连杆腿部机构虚拟样机模型,进行正向与逆向动力学仿真实例分析。结果表明,所建立的足式机器人四连杆腿部机构正-逆向动力学统一模型与虚拟样机模型3个油缸力与3个方向足底力的误差分别小于1%与3%,验证了所建立的足式机器人四连杆腿部机构正-逆向动力学统一模型能够精确地求解油缸力与足底力。

基于Riccati传递矩阵法的永磁涡流联轴器固有频率分析

在对永磁涡流联轴器进行模态特性研究时,为了提高对联轴器转子系统的固有频率分析计算的准确度,利用传递矩阵法构建了转子的动力学分析模型。将永磁体的磁力统一化为零质量铰链连接,简化了涡流联轴器的磁电作用力,将复杂的研究模型转化为一个机械强度问题,使用Riccati传递矩阵法对完成等效化处理的转子进行模态分析,得到联轴器的固有频率与对应振型。在此基础上,将分析结果与精细三维有限元仿真结果进行了对比。结果表明,该方法能够较准确地对永磁涡流联轴器进行固有频率分析,与高精度仿真模型分析产生的结果误差不超过8%。通过改进计算数据与有限元分析结果进行对比研究,为永磁涡流联轴器的动力学特性研究提供了理论依据。

基于精细传递矩阵法的气囊隔振器横向刚度特性分析

构建并求解了预载条件下气囊隔振器的囊体力学模型,提出了一种气囊隔振器横向刚度特性的参数化计算方法。在考虑囊体预应力的条件下构建了囊体力学模型,引入位移中间向量并采用精细积分法推导了囊体状态向量间的传递矩阵,利用迭代法解析了囊体状态向量、内部压力以及结构参数之间的耦合变化关系,基于边界条件完成了囊体刚度的参数化求解,结合理想气体刚度模型完成了气囊隔振器横向刚度特性的计算分析。对比试验结果,验证了横向刚度特性计算方法的正确性,探究了主要设计参数对刚度特性的影响规律。

基于风险矩阵法的合肥新桥国际机场鸟击风险评价

为了给机场管理部门制定长期的、靶向性的、动态的鸟击防范对策提供理论依据,通过对合肥新桥国际机场开展一整年的鸟类调查(2021年1月—12月,共记录鸟类22698只),发现鸟类17目49科171种,选取鸟类的体重、集群、数量、飞行高度和活动时间5种鸟击影响因子为评价指标,使用风险矩阵法评价不同鸟种的鸟击风险,划分了高、中、低3个鸟击风险等级及相应风险接受准则。评价结果表明:在机场活动的这些鸟类中,可导致高风险鸟击的有10种、中风险的有15种,其余的146种为低风险。将评价结果与机场2014—2021年间发生的、已知肇事鸟种的179起鸟击事件进行对比,显示评价为高风险的10种鸟,年均鸟击次数为1起·种^(-1),导致过3起鸟击征候;中风险的15种鸟则为0.4起·种^(-1),导致过1起鸟击征候;低风险的146种鸟低至0.04起·种^(-1),未导致过鸟击征候。说明本研究采用的风险矩阵法及选取的评价指标适用于合肥新桥国际机场的鸟击风险评价。评价结果为合肥新桥国际机场的鸟击防范工作提供了必需的基础数据。

基于风险矩阵法的工业射线探伤辐射事故风险评估

本文通过收集以往我国工业探伤辐射事故案例,采用风险矩阵法对危险因素进行了系统分析。研究表明,在导致工业探伤辐射事故的17个危险因素中,6个为一般风险因素,10个为中等风险因素,1个为重大风险因素。根据风险分析结果提出了针对性的防护措施与策略。

基于网格矩阵法求解雷达组网优化布站性能指标研究

针对起伏地形环境下雷达布站存在探测盲区难以精确求解组网优化布站性能指标的问题,基于实地数字高程模型数据,提出使用网格矩阵法进行求解,并对网格分辨率变化对精准度的影响进行了探索研究。仿真结果表明,网格分辨率与求解精度和平均计算耗时均成正比,当网格分辨率选择恰当时,性能指标与标准值之间的误差小于5%,为精确求解组网优化布站性能指标提供了新方法。

传递矩阵法在计算输流管路高频振动时的稳定性改进

传递矩阵法(transfer matrix method,TMM)是研究结构振动时常用的计算方法,但在计算大跨度输流管路高频横向振动时,TMM存在数值不稳定的现象,制约了其进一步应用。基于无量纲化计算结果得到的子单元划分准则的全局传递矩阵法(global transfer matrix method,GTMM)、混合能传递矩阵法(hybrid energy transfer matrix method,HETMM)和结合变精度算法的传递矩阵法(variable precision algorithm-transfer matrix method,VPA-TMM)等三种方法解决了这一问题。GTMM是最常用的TMM计算稳定性改进方法;HETMM系首次从层状介质中的波传播计算扩展到管路系统的振动分析领域,计算矩阵的维度和形式不随子单元数的变化而变化,计算时间最短;VPA-TMM无需进行子单元划分,可以看作是从根源上解决了TMM的长跨度高频计算失稳问题,但计算时间会大幅度增加。

基于分叉传递矩阵法的多跨连续刚构桥桥墩有效长度系数

桥墩的有效长度系数对桥墩的稳定性和强度十分重要。为解决桥墩的稳定性问题,本文建立了一种便于采用传递矩阵法求解的新颖力学模型,并基于该方法计算了多跨连续刚构桥的有效长度系数。首先,建立n跨刚构桥的一般力学模型,并利用传递矩阵法推导了其在考虑自重荷载情况下的平面内稳定特征方程,进而求得弹性屈曲载荷和有效长度系数,并将其与有限元法得到的结果进行对比,从而验证所提理论和方法的正确性。其次,研究了用碳纤维增强聚合物和超高性能混凝土加固桥墩时,桥墩有效长度系数的变化规律。最后,探讨了边跨与中跨之比、桥面梁刚度以及桥墩刚度对桥墩有效长度系数的影响。结果表明,增强整体结构刚度比增强局部刚度对提高稳定性更有效,桥梁边跨和中跨跨度对有效长度系数的影响较大。同时,还观察到碳纤维增强聚合物加固高度改变时,桥墩有效长度系数变化曲线产生了独特的双峰效应。

基于风险矩阵法和Borda序值法的医院被服租赁洗涤服务外包风险评估

随着越来越多的医疗机构将医院被服租赁洗涤服务外包,医院作为监督管理主体,需充分认识和精准评估医用被服在其涉及的全系统、全流程中存在及潜在的风险因素。本文以上海市某市级三甲医院为例,建立了医院被服租赁洗涤服务外包模式下的风险评估因素库,通过风险矩阵法对外包过程中存在的风险进行初步评估,并运用Borda序值法对风险因素进行排序,定量判断风险权重,并进行了总体分析。

基于影响矩阵法的刚构桥合龙顶推力优化算法研究

在连续刚构桥设计中,合理顶推力的确定是刚构桥设计中的一个重要步骤。基于优化理论构建多指标约束条件下刚构桥合龙顶推力优化模型;从一线工程师熟悉的结构力学原理着手,引入影响系数矩阵概念建立优化模型中约束条件的解析表达式;最后基于约束条件优化算法对优化模型进行求解。研究结果表明,本文提出的方法可快速确定合理的顶推力,比目前常用的基于有限元分析的试算法计算效率更高。

基于矩阵法的远行婴儿推车设计

目的婴儿推车是婴儿用品中使用率较高的产品之一,但是目前使用周期较短,容易造成资源浪费,为了延长婴儿推车的使用年限,将矩阵法应用在远行婴儿推车设计中。方法首先,根据产品特点,运用矩阵法分别分析婴儿推车和行李箱两类产品的特点及功能,得出各产品的功能模型;其次,将各产品划分成功能和对应元件组成的单元,并依据功能模型中所对应的位置排序后进行分析,得出两种产品的功能相似性矩阵及各产品的元件-功能矩阵;最后,将婴儿推车与行李箱的元件-功能矩阵重叠,并与功能相似性矩阵相乘,将功能模型进行简化后,对相应元件进行分析整合,使其根据最终表格呈现关系及参考比例形成所需功能的元件,并将其应用到远行婴儿推车设计中。结果在矩阵理论的支撑下,遵循产品设计流程的基础上,对婴儿推车进行用户调研、市场调研、人机结构等分析,通过总结需求,最后得到最合适的设计方案,再通过模型制作与测试,进一步验证了远行婴儿推车方案的可行性。结论通过矩阵法对产品设计元素进行分析和计算,将其应用于远行婴儿推车的设计研究中,可以很好地帮助设计师找到产品的创新方向,使远行婴儿推车的设计方案更加科学合理,并为未来相关产品设计提供了新的设计思路。

风险矩阵法和Borda排序法在群众体育赛事风险管理中的应用研究

群众体育赛事在发展我国体育事业中有举足轻重的作用,但比赛过程中所存在的风险却制约其良好开展。文章采用查阅文献、专家走访、问卷调查等方法,探讨在群众体育赛事风险管理中利用矩阵法和Borda排序法,进行风险识别、等级划分、风险排序,通过理论分析和案例操作阐述风险矩阵法和Borda排序法的具体应用。但群众体育赛事的复杂性要求在实际进行风险评估时要一赛一评,运用多种方法,结合项目特点有针对性地进行风险评估。

基于改进迁移矩阵法的滚珠丝杠横扭耦合振动研究

传统2~4阶迁移矩阵法只能用于研究梁类系统的单自由度振动问题,若将其直接应用于研究含有耦合振动的梁类系统时,系统固有频率计算结果将会出现很大误差.对此,以机床滚珠丝杠进给系统为研究对象,对其进行简化并将滚珠丝杠视为柔性梁,在考虑梁转动惯量和横向剪切变形的基础上,采用Timoshenko梁理论将传统2~4阶迁移矩阵法改进到6阶,建立系统的力学和理论模型,获得包含横向振动和扭转振动的系统状态迁移矩阵方程.通过对比系统前两阶固有频率的仿真结果与实验结果,验证了改进迁移矩阵法的合理性和精确性.另外,通过数值仿真研究负载对系统前两阶固有频率和滚珠丝杠横扭耦合振型的影响,探究滚珠丝杠的横扭耦合振动特性.

基于传输矩阵法的任意变厚度环型压电超声换能器

变厚度环型径向振动压电超声换能器可以实现阻抗变换、能量集中,具有辐射面积大、全指向性等优点,在功率超声、水声等领域被广泛应用.由于求解复杂变厚度金属圆环径向振动的波动方程比较困难,本文使用传输矩阵法将变厚度金属圆环的径向振动转化为N个等厚度金属圆环径向振动的叠加,得到了任意变厚度金属薄圆环径向振动的等效电路图、共振频率方程和位移放大系数表达式,分析了锥型、幂函数型、指数型、悬链线型金属圆环的位移放大系数与几何尺寸的关系.在此基础上,推导了由任意变厚度金属圆环和等厚度压电圆环复合而成的压电超声换能器径向振动的等效电路和共振频率方程.为了验证理论结果的正确性,使用有限元软件进行仿真,所得一阶、二阶的共振频率和位移放大系数的数值解与理论解符合较好.本研究给出了任意变厚度金属圆环径向振动的普适解,为设计和优化径向压电超声换能器提供了理论指导.

利用相关矩阵法优化光谱指数的冬油菜氮素营养诊断

近年来高光谱技术由于无损和高效等优点成为了现代精准农业发展的必要手段方法。为实现冬油菜无损、快速的氮素盈亏诊断,该研究以连续两年(2022—2023年)不同覆盖及施氮处理下冬油菜蕾薹期采集的90份植物样品(地上部生物量和植株氮浓度)和高光谱实测数据为数据源,根据原始光谱和一阶微分(first-order differential,FD)光谱与氮营养指数(nitrogen nutrition index,NNI)的相关系数计算了8种(共16个)典型的光谱指数,随后利用相关矩阵法提取最佳光谱组合,并根据与NNI相关系数的计算结果筛选最优光谱指数,最后将最优光谱指数分为3组模型输入变量,分别采用支持向量机(support vector machine,SVM)、随机森林(random forest,RF)、极限学习机(extreme learning machine,ELM)和反向神经网络(back propagation neural network,BPNN)构建冬油菜蕾薹期NNI估算模型。结果表明一阶微分光谱指数与NNI的相关系数均大于原始光谱指数,3个组合选择的光谱指数与NNI的相关系数均较高且波长组合位置均在红边(670~760 nm)内,与NNI相关系数最高的光谱指数为FDSAVI,为0.674,波长组合位于712和678 nm;冬油菜NNI估算模型的最优输入变量与最优建模方法相结合建立的模型为组合2(输入变量为一阶微分光谱指数)与RF模型相结合,其中最优模型验证集的决定系数为0.823,均方根误差为0.079,平均相对误差为7.513%,表明模型精度较高,预测结果将为遥感技术在作物生产中植物氮素营养监测和诊断的潜在应用提供技术依据。

基于AHP-熵权-TOPSIS改进风险矩阵的连续刚构桥施工风险评价研究

针对传统风险矩阵法(LS法)的不足,提出将ALARP准则引入风险矩阵,并建立了关于连续刚构桥的桥梁施工风险评价指标体系,运用层次分析法从横向角度对准则层风险指标赋予权重,再使用熵权法从纵向角度对指标层风险指标的风险发生概率和风险损失分别赋予权重,最后结合TOPSIS法(逼近理想排序法)对给出的风险值进行精确排序,得出基于AHP-熵权-TOPSIS改进风险矩阵,解决了传统风险矩阵无法针对同一级别的风险因素继续细分排序的问题,便于项目管理人员合理分配人力、物力、财力等安全资源的投入。

基于风险矩阵法的磁力珠类玩具质量安全风险评估

磁力珠是近几年市场上出现的一种新兴玩具,因可塑造性及可玩性强而备受欢迎,但随之而来的安全伤害事故也持续发生,因此对磁力珠类玩具进行质量安全风险评估至关重要。本文在磁力珠类玩具问卷、采样分析及现场调研的基础上,建立磁力珠类玩具质量安全风险指标体系,并采用风险矩阵模型对磁力珠类玩具进行风险评估,识别出9个高风险选项并提出对策建议,对磁力珠类玩具的质量安全防控对策具有较强的实践意义。

广义高阶有限条传递矩阵法

针对广义边界条件下的薄板屈曲问题,通过采用半解析广义高阶有限条法,结合传递矩阵法,推导出高阶有限条弹性刚度矩阵以及几何刚度矩阵,提出了矩形薄板屈曲分析的广义高阶有限条传递矩阵法。结合实例对提出的广义高阶有限条传递矩阵法和有限元法进行对比,分析了广义边界条件下矩形薄板的屈曲载荷因子与屈曲模态,发现两种方法的结果具有很好的一致性。同时,算例证明了广义高阶有限条传递矩阵法在单元数较少时计算结果也能与有限元法吻合较好,并且其计算精度比有限条传递矩阵法更高,证明了此方法可计算广义边界条件的矩形薄板屈曲问题。