A Model-Free Method for Structual Change Detection Multivariate Nonlinear Time Series

In this paper, we apply the recursive genetic programming (RGP) approach to the cognition of a system, and then proceed to the detecting procedure for structural changes in the system whose components are of long memory. This approach is adaptive and model-free, which can simulate the individual activities of the system's participants, therefore, it has strong ability to recognize the operating mechanism of the system. Based on the previous cognition about the system, a testing statistic is developed for the detection of structural changes in the system. Furthermore, an example is presented to illustrate the validity and practical value of the proposed.

A NEW DERIVATIVE FREE OPTIMIZATION METHOD BASED ON CONIC INTERPOLATION MODEL

In this paper, a new derivative free trust region method is developed based on the conic interpolation model for the unconstrained optimization. The conic interpolation model is built by means of the quadratic model function, the collinear scaling formula, quadratic approximation and interpolation. All the parameters in this model are determined by objective function interpolation condition. A new derivative free method is developed based upon this model and the global convergence of this new method is proved without any information on gradient.

亚麻纤维热解动力学的“model free”法和Coats-Redfern模型拟合法研究

亚麻纤维是一种潜在的气化原料,本文对亚麻纤维的热解行为进行了热重分析研究。10mg粒径为0.60~0.85mm的亚麻纤维颗粒在高纯氮气的保护下分别以10、20、30、50K.min-1的升温速率线性升温到550℃。使用＂model free＂方法和Coats-Redfern模型拟合方法分析亚麻纤维的热解过程,并估算出热解反应的表观活化能。本文中＂model free＂方法包括Friedman、Flynn-wall-Ozawa、Vyazovkin and Wight三种等转化率方法及Kissinger法。三种等转化率方法均得到活化能随着转化率的升高而升高的规律。四种＂model free＂方法显示亚麻纤维的活化能主要在155~175kJ·mol-1之间,使用模型拟合方法所获得亚麻纤维热解反应的活化能值在175kJ·mol-1左右,使用模型拟合方法和＂model free＂方法所得的活化能值接近。这些活化能值可以为亚麻纤维高效的热化学利用提供基础数据。

On the interaction between bubbles and the free surface with high density ratio 3D lattice Boltzmann method

The bubbles rise up and burst at the free surface is a complex two-phase process.A free energy lattice Boltzmann method(LBM)model is adopted in this paper to study this phenomenon.The interface capturing technique[Zheng et al.,2006]is used to deal with the high density ratio problem.The Laplace law and the air-water interface capturing ability are validated for the multiphase model.The interaction between the single bubble or multiple bubbles and the free surface are studied by the multiphase model.The force acting on the bubble and the evolution of the free surface is studied.Meanwhile,effect of the initial distance between two adjacent bubbles on interaction effects of multiple bubbles is investigated as well.

Study on the Bubble Growth and Departure with A Lattice Boltzmann Method

For the growth and departure of bubbles from an orifice, a free energy lattice Boltzmann model is adopted to deal with this complex multiphase flow phenomenon. A virtual layer is set at the boundary of the flow domain to deal with the no-slip boundary condition. Effects of the viscosity, surface tension, gas inertial force and buoyancy on the characteristics of bubbles when they grow and departure from an orifice in quiescent liquid are studied. The releasing period and departure diameter of the bubble are influenced by the residual gas at the orifice, and the interaction between bubbles is taken into consideration. The relations between the releasing period or departure diameter and the gravity acceleration show fair agreements with previous numerical and theoretical results. And the influence of the gas outflow velocity on bubble formation is discussed as well. For the bubbles growing in cross-flow field, effects of the cross-flow speed and the gas outflow velocity on the bubble formation are discussed, which is related to the application in ship resistance reduction. And optimal choice of the ship speed and gas outflow velocity is studied. Cases in this paper also prove that this high density ratio LBM model has its flexibility and effectiveness on multiphase flow simulations.

个性化头部生物力学模型的开发及验证

本文提出了一种个性化头部生物力学模型建模方法,并对所生成模型进行了有效性验证。该方法以图斯特50th百分位头部生物力学模型为基础,基于目标模型头部CT数据,采用三维点云配准和自由网格变形法,实现具有详实脑组织结构的个性化头部生物力学模型的快速建模。通过重构经典尸体试验,发现该方法构建的个性化头部生物力学模型在运动学和生物力学响应方面与尸体试验结果高度一致,且与通过逆向工程方法开发的头部生物力学模型并无明显差异,验证了本文方法所开发模型的有效性。因此,本文方法可用于快速构建具有详细解剖学结构的个性化头部生物力学模型,为损伤生物力学、临床医学和法医鉴定等领域的数字化需求提供基础计算分析工具。

Robust design of natural laminar flow supercritical airfoil by multi-objective evolution method

Abstract A transonic, high Reynolds number natural laminar flow airfoil is designed and studied. The γ-θ transition model is combined with the shear stress transport （SST） k-w turbulence model to predict the transition region for a laminar-turbulent boundary layer. The non-uniform free-form deformation （NFFD） method based on the non-uniform rational B-spline （NURBS） basis function is introduced to the airfoil parameterization. The non-dominated sorting genetic algorithm-II （NSGA-II） is used as the search algo- rithm, and the surrogate model based on the Kriging models is introduced to improve the efficiency of the optimization system. The optimization system is set up based on the above technologies, and the robust design about the uncertainty of the Mach number is carried out for NASA0412 airfoil. The optimized airfoil is analyzed and compared with the original airfoil. The results show that natural laminar flow can be achieved on a supercritical airfoil to improve the aerodynamic characteristic of airfoils.

卫星导航中电离层误差校正技术现状与发展

电离层误差严重影响着GNSS的定位精度,GPS、BDS、Galileo、GLONASS有不同的电离层误差校正方法.全文概述了电离层误差校正方法,综述了单频电离层误差校正、双频电离层误差校正及多频电离层误差校正等技术的原理与发展现状.在单频电离层误差校正技术中总结了增强系统中的电离层误差校正技术、北斗全球电离层延迟修正模型(BeiDou global ionospheric delay correction model,BDGIM)、Klobuchar模型、单频电离层误差校正技术的优化—附加国际参考电离层(international reference ionosphere,IRI)约束模型和NeQuick-G模型;在双频电离层误差校正技术中重点总结了双频消电离层误差、无电离层组合模型及PPP-RTK技术中电离层误差校正方法;在多频电离层误差校正技术中介绍了高阶项改正和地磁场建模对电离层误差校正技术的优化与改进.最后,对电离层误差校正技术及其改进方法进行了分析,总结了其发展趋势与方向.

基于无模型拟合法和模型拟合法的樟子松松果热解动力学研究

利用TA Q600同步热分析仪,在空气氛围下,2~3 mg粒径为250~420μm的樟子松松果颗粒以10、15、20、25 K/min的升温速率线性升温至1073 K左右,采用模型拟合法(Coats-Redfern法、Zsako法、Satava-Sestak法)和无模型拟合法(KAS法、Doyle法、FWO法)对松果热解动力学参数进行求解和比较,计算反应活化能E值、指前因子A。结果表明:松果热解主要包括4个阶段,主要质量损失阶段失重率占85%以上。无模型拟合法得到平均活化能分别为74.3 kJ/mol(Doyle法)、71.8 kJ/mol(FWO法)、68.3 kJ/mol(KAS法),且KAS法的活化能与指前因子曲线拟合R 2>0.95;模型拟合法得到平均活化能为65.4 kJ/mol(Zsako法)、62.4 kJ/mol(Satava-Sestak法)、56.4 kJ/mol(Coats-Redfern),且Zsako法、Satava-Sestak法的平均活化能更接近无模型较准确的活化能,其中Satava-Sestak法的指前因子可反映热解反应机理的复杂性。建议将KAS法与Satava-Sestak法结合,更好地评价樟子松松果的燃烧性。

稳态及瞬态中子输运模型的JFNK求解方法研究

三维全堆芯pin-by-pin中子输运模型的高效加速方法是核反应堆高精度计算的重点和难点。本文有效融合课题组开发的并行多维离散纵坐标(S_(N))中子输运程序comeSn和Jacobian-Free Newton Krylov(JFNK)通用求解框架comeJFNK的高效并行特性、鲁棒性和强收敛性,开发了一套三维稳态及瞬态中子输运模型的JFNK并行求解程序comeSn_JFNK。为了提高计算效率,选择中子标通量密度(而非中子角通量密度)作为JFNK全局求解变量,并利用基于空间区域并行的KBA输运扫描方法和物理预处理方法,分别构建了稳态及瞬态模型的JFNK统一残差计算模型。计算结果表明,comeSn_JFNK相比于comeSn,计算效率具有显著优势,对于三维pin-by-pin稳态KAIST-3A算例,加速比为10倍以上;对于栅元均匀化的二维七群瞬态C5G7-TD2系列基准算例,加速比约为30倍。

基于格子Boltzmann方法的自由能密度模型

基于格子Boltzmann方法的多相流模型具有相界面自动演化、无需边界积分等优势,在模拟复杂多相流系统中获得广泛的研究和应用。本文引入自由能密度计算分子间的相互作用力,提出一种满足热力学一致性和伽利略不变性的多相流模型。使用该模型预测气液两相共存密度的结果与理论值吻合得很好,误差值为-0.01~0.01,并且在低温度下优于改进的伪势模型。同时该模型也可以模拟较大密度比的气液系统,液相与气相的密度比可达10^(7)以上。通过两相分离和液滴撞击液膜等一系列数值模拟,验证了该模型符合伽利略不变性。该模型物理清晰、易于实施,能够结合不同状态方程模拟多相流系统,具有较好的实用性和应用前景。

时变环境下的自由空间光通信系统信道建模研究

为了有效提升光通信系统信道传输效率,提出时变环境下的自由空间光通信系统信道建模研究。该方法基于通信时变环境,对光通信系统信号传播时的大气散射以及大气衰减特性分析。将大气散射系数以及大气衰减系数作为约束条件,结合光通信系统信道特性,获取光通信系统光源与接收器之间的距离,并计算系统接收端信号功率。通过上述约束条件以及距离、功率等参数建立信道冲击响应函数,实现自由空间光通信系统的信道传输模型的建立。实验结果表明,该方法模型与实际信道拟合效果好、信道模型效率最高达0.9以上,该方法的信道模型性能较高。

基于无应力状态法的异形钢箱拱塔施工过程线形控制

为进一步优化异形钢箱拱塔施工及安装方法,以某异形斜拉桥中采用的双肢非一致倾斜拱形桥塔为工程案例,考虑支架对结构线形的影响,分析了桥塔施工过程线形变化。针对钢箱桥塔内部板件变化复杂且规律性低、传统建模方法效率低下的问题,使用插值原理生成坐标并对号入座到节点逻辑编号,节点逻辑编号中自带单元信息,单元可以通过循环快速生成,形成了复杂钢箱结构快速建模方法;针对传统正装法在计算闭环结构时常发生的单元畸变导致算法不收敛现象,将无应力状态法与正装法相结合,解释了传统正装方法失效的原理,提出一种改进的闭环结构施工过程模拟的分析方法——无应力正装法,运用该方法分析了支架上的闭环结构施工过程中的3种线形方案,以合龙为目标精确计算了主塔结构在施工过程中的三向控制线形,顺桥向、横桥向和竖向最大变形分别为16,2 cm和9 cm,两肢间三向线形偏差分别为5,3.5,5 cm,同时计算了桥塔节段的安装线形,作为实际桥塔施工安装的重要定位依据,安装线形最大矢量位移值为2.8 cm,最终节段安装线形恰好落在零位置处,实现了合龙段的零偏差安装。无应力状态法在异形钢箱拱塔施工过程线形控制中的应用展示了其在保证施工精度和效率方面的优势,给桥塔安装提供了重要的定位基准。

基于无模式法推断石灰石分解机理新方法

提出一种基于无模式法推断反应机理函数的新方法。首先分析反应发生的过程,对机理函数作初步筛选;然后采用Popescu法通过函数拟合的线性相关度对机理函数作进一步的推断;最后采用单个扫描速率的微分法与等转化率法相结合的方法,以活化能为判据确定最概然机理函数。此方法可以从根本上消除动力学补偿效应的影响,而且计算过程中几乎没有作任何假设和近似处理,多重扫描速率法也可以减小微分计算所带来的误差。以活化能作为反应机理最终的判据,可以对机理函数进行明显的区分,避免了仅依赖函数拟合线性的微小差别进行判断的问题。因此,此方法得到的结果是可靠的。采用热重分析技术对3种石灰石分解反应进行研究,结果表明相界面反应控制的收缩圆柱体模型是石灰石分解的最概然机理函数,进一步证明了此方法的可行性。

聚苯基三苯乙炔基硅烷树脂的非等温热分解过程研究

借助TG-DTG技术研究了聚苯基三苯乙炔基硅烷树脂(PPTPES)在氮气气氛中不同升温速率下的热分解行为,利用模型拟合法和非模型拟合法求出了聚苯基三苯乙炔基硅烷树脂热分解反应动力学三因子及分解机理函数。计算结果表明,7种分析方法得到的PPTPES的平均热分解活化能为E=252.76kJ/mol,指前因子lgA=13.93,反应级数n=3,机理函数微分式为1f(α)=(1-a)[-ln(1-a)]-23积分式为g(α)=[-ln(1-α)]3反应遵循随机成核和随后生长机理。

聚二苯基二苯乙炔基硅烷树脂的制备与非等温热分解

以溴乙烷、二苯基二氯硅烷、苯乙炔为原料,通过格利雅反应合成二苯基二苯乙炔基硅烷单体(DPDPES),利用FTIR和~1H-NMR对单体分子结构进行表征。采用热聚合方法制备了聚二苯基二苯乙炔基硅烷树脂(PDPDPES),借助TG-DTG技术研究了PDPDPES的非等温热分解过程,运用模型法对热分解过程进行分析,建立动力学函数,推导出热分解机理,并应用非模型法对热分解机理函数进行验证。实验结果表明,6种分析方法得到的热分解活化能E_a=245.37kJ/mol,指前因子lgA=13.78s^(-1),机理函数式:f(α)=10/23·(1-α)·[-ln(1-α)]^(-1.3);g(α)=[-ln(1-α)]^(2.3)。

基于无模式法推断木醋调质石灰石热解动力学参数

采用木醋废液调质石灰石,并在热重分析(thermogravimetric analysis,TGA)仪上对调质产物的热解特性进行研究。X射线衍射结果表明,木醋调质石灰石的主要成分为水合醋酸钙,其热解过程大致分为3个阶段。扫描电子显微镜及N2吸附分析结果表明,木醋调质石灰石热解产物具有较石灰石更为疏松多孔的孔隙结构。选定3个升温速率(5,20,40 K/min),采用Flynn-Wall-Ozawa法与Starink法2种无模式法计算热解反应活化能,2种方法计算结果极为接近,且规律性相同,活化能数值表现出先增大后减小、再增大的趋势,进一步证明了木醋调质石灰石热解的复杂性与多阶段性。

NLV法研究高韧性低收缩环氧树脂体系的固化行为

采用模型拟合法对环氧树脂固化特性进行模拟和预测时,因涉及机理假设和参数的选取,所以在处理复杂反应时具有一定的局限性。文中采用非模型拟合法中的非线性Vyazovkin（NLV）法对一种高韧性低收缩环氧树脂体系固化动力学进行研究。通过拟合活化能与固化度的关系表明：等温条件下该体系经历了三个截然不同的阶段;非等温条件下,由于温度变化的影响,各阶段活化能的变化是多种因素共同作用的结果。使用NLV法对该体系的等温固化数据进行预测,预测数据与DSC实验数据基本吻合。NLV法在150℃~180℃的固化温度下能较好地描述该体系的等温固化反应过程。

双酚芴乙二胺苯并噁嗪树脂的非等温热分解

利用热重-微分热重分析技术研究了自制的双酚芴乙二胺苯并噁嗪树脂在氮气气氛中的热分解动力学,通过Kissinger法和Ozawa法对该树脂进行动力学分析,求出相关动力学参数。利用模型拟合法推测双酚芴乙二胺苯并噁嗪树脂的热分解机理,并用非模型拟合法进行验证。结果表明,双酚芴乙二胺苯并噁嗪树脂的热分解平均活化能及指前因子分别为E=260.55 k J/mol;lg A=16.98 s-1。双酚芴乙二胺树脂热分解过程符合随机成核和随后生长机理,其分解反应微分函数为f(α)=n(1-α)×[-ln(1-α)]1-1n;积分函数为g(α)=[-ln(1-α)]1n,其中n=1/5,对应的热分解反应方程为dαd T=9.55×1016()βexp-260.55×103RT×15(1-α)×[-ln(1-α)]-4。

碱木质素与油页岩共热解特性及动力学分析

通过油页岩与碱木质素的热解不但可以得到丰富的轻质气体,也存在着有害的含芳环结构化合物以及酚类化合物等物质,通过二者的共热解意在减小有害物质的生成,提高气产率。选取不同工况下碱木质素与油页岩进行共热解试验,并通过2种Model free动力学分析法对该混合试样进行拟合分析。结果表明:5个试样的失质量峰整体都具有相同的规律。油页岩与碱木质素的热解峰有叠加,具备协同的条件。碱木质素添加量为80%的混合试样对气产率存在抑制作用,其余混合比都使气产率增加。基于FTIR的检测,混合比对二者的共热解产量影响的研究中表明,向油页岩中添加80%的碱性木质素,可以减少芳环结构化合物与酚类化合物的生成。但对于H2O、CO、CO2、CH4的累积产量并未产生明显的影响。不同升温速率的试样中,芳环结构化合物、CO2、CH4的累积产量与升温速率和温度成正比,H2O、CO、苯酚类化合物则不同。通过2种Model free法对该试验数据进行拟合且效果较好,证明了该反应机理的复杂性。