正交-响应面法在PBM细观参数标定中的应用

数值模拟作为研究岩石力学特性、再现细观裂纹演化的主要途径,已受到大量关注。现有的数值模拟参数标定方法主要为试错法及正交试验法,但二者都未能充分考虑细观参数交互作用的影响,模拟精度欠佳且宏观破坏形态与室内试验存在较大差异。因此,采用正交-响应面法相结合的数值分析方法,首先通过正交试验筛选出具有显著影响的平行黏结模型(PBM)细观参数,其次应用响应面法(RSM)研究其交互作用对模型试样宏观参量的影响规律,最后结合岩石宏观破坏形态提出一套PBM参数标定流程。结果表明:有效模量E*与刚度比k n/k s对弹性模量E影响显著;k n/k s、接触摩擦系数μ、最小颗粒半径R_(min)对泊松比ν影响显著;黏聚力c与法向黏结强度σc及其交互作用对单轴抗压强度UCS影响显著,应用响应面法计算分析得出的细观参数的模拟值与试验值误差绝对值小于7%,且二者应力应变曲线力学特征相似,宏观破坏形态相同,证明所提出的PBM细观参数标定流程具备科学性和可靠性。

AR与Prony法的时变系统模态参数识别

研究AR和Prony法的线性时变振动系统的模态参数识别。提出可以处理非平稳信号的时变Prony法。采用递推最小二乘算法估计模型参数,并讨论基函数的选择,其中以时间多项式基、离散长球面基以及离散余弦基下所识别的效果较好。为验证方法的有效性,进行了数字仿真和附加质量随时间连续变化的悬臂梁的模态分析试验,试验结果和理论结果比较,表明了提出的线性时变系统的模态参数识别方法有效、可行。

小麦籽粒Ab-T10破碎模型参数标定

离散元法在粮食颗粒中的研究应用较为广泛,但是小麦颗粒在破碎仿真过程中数学模型参数的研究较为匮乏。为了寻找在破碎仿真过程中更适合小麦籽粒的破碎参数设定,以小麦籽粒为研究对象,搭建了冲击落锤破碎试验平台,通过试验得到了参数标定目标值,采用最陡爬坡试验和Box-Behnken响应面试验,根据回归方程与响应面分析得到适用于模拟仿真小麦籽粒快速破碎模型Ab-T10中关键参数的最优组合,并对标定参数进行多组交叉验证。研究结果表明:颗粒特性选择函数参数S为0.00146 kg/J;颗粒参考最小破碎比能E_(ref)为85.74 J/kg、筛下物占初始粒度中径10%的最大累计质量分数M_(t10)为4.97%;仿真试验与实际试验最大相对误差为2.4%,说明标定的参数可有效表征小麦籽粒冲击破碎过程。研究结果对后续小麦加工中的研磨破碎分析具有一定的参考价值。

基于Radon函数模型对CT系统参数标定及成像的分析

以典型二维CT系统为背景,用多元统计方法对相关数据进行处理;以Radon变换和逆变换为主要思想构造函数,根据标定模板的几何数据及其在CT系统中的成像数据,对探测器接收的各项信息进行分析.使用Radon变换与逆变换,构建Radon函数与Iradon函数获得投影数据后,进行滤波反投影重建得到Shepp-Logan模型的图像.利用MATLAB软件编程确定CT系统参数标定及其成像,得到CT系统旋转中心在以正方形托盘构建的直角坐标系中的位置坐标、CT系统的探测器单元之间的距离以及该CT系统使用的X射线的180个方向.

基于响应面法的诱导轮多参数水力优化

为提高预压泵的水力性能,通过响应面法对高速预压泵的诱导轮进行了多参数水力优化。选取叶片倾角、入口安放角、出口安放角、分流叶片轴向位置、入口轮毂直径和出口轮毂直径这6个结构参数作为影响因素,基于中心复合有界设计原理设计了78组诱导轮方案,并通过数值仿真获得78组诱导轮的扬程和效率。对计算结果进行极差分析,获得各影响因素对诱导轮扬程和效率的影响。结果表明:出口安放角和出口轮毂直径对诱导轮的扬程影响较大,分流叶片轴向位置和入口轮毂直径对扬程的影响较小;入口安放角对效率的影响最大,出口轮毂直径对效率的影响最小。通过线性回归分别得到扬程系数和效率的响应面模型,以效率大于60%作为约束条件,利用罚函数法对扬程进行寻优,使诱导轮扬程提升15.4%。

基于JKR模型的辣椒籽离散元参数标定

辣椒籽的物性参数是离散元仿真中重要的输入,为提高其数值模拟的可靠性与准确度,对辣椒籽的物性参数进行试验测量,主要包括三轴尺寸、密度、泊松比、摩擦系数、恢复系数等。结合EDEM中“Hertz-Mindlin with JKR”粘力模型,引入表面能参数,进行休止角试验。通过Plackett-Burman试验在各影响因子中筛选出最具显著性的3个影响参数(辣椒籽—籽滚动摩擦系数、辣椒籽表面能、辣椒籽—钢板滚动摩擦系数),建立3个显著影响参数与休止角的回归模型,研究显著因子在交互作用下对休止角的影响。将显著参数的区间按梯度平均分为5个水平进行爬坡试验得到最佳取值范围,运用响应面法(Box-Behnken)分析回归模型的二次多项式在休止角、相对误差和三个重要参数之间的方差,以相对误差最小值对模型进行优化,得到最优组合:辣椒籽间的滚动摩擦系数为0.75、JKR表面能为0.31 J/m^(2)、辣椒籽与钢板间滚动摩擦系数为0.60。用通过标定试验得到的最优参数组合进行模拟堆积试验,平均休止角为26.71°,相对误差为4.61%。

飞秒激光精修面齿轮工艺参数的多目标优化

基于面齿轮传统机械加工精度欠佳的局限性,最后工序采取飞秒激光对面齿轮进行精修加工,在满足面齿轮烧蚀深度和齿面粗糙度约束的前提下,建立了以飞秒激光精修效率和表面质量为目标函数的多目标优化数学模型。利用内点罚函数并行以gamultiobj函数为基础的改进遗传算法求解优化模型,得到两组较优的飞秒激光加工面齿轮参数方案,与参数优化后的激光实验结果相对比,最大相对误差均在合理范围内,证明了优化的合理性,提供一定的理论指导在实际生产领域对飞秒激光精修面齿轮的运用。

基于磷虾群-和声混合算法与响应面法的隧道围岩力学参数反演分析方法研究

为提高围岩力学参数反演分析效率,提出了一种基于磷虾群-和声混合算法与响应面法的反演分析方法。该方法将诱导权重与觅食权重自适应调整的磷虾群算法与微调带宽动态变化的和声搜索算法进行种群分化与融合,提出了磷虾群-和声混合算法以扩大搜索空间和提高收敛速度;利用响应面法构建了反演参数与有限元计算位移值之间的关系从而避免了大量的有限元计算以节省计算时间。将本文方法用于反演青岛地铁4号线大河东站折返线区间断面Z(Y)DK30+665.91的围岩参数,对比分析发现:磷虾群-和声混合算法较之磷虾群算法与和声搜索算法具有较高的搜索效率;其计算位移值与设定位移值基本吻合,平均相对误差为3.78%,验证了本文方法的有效性。

基于响应面法的米糠与碎米混合物间离散元参数标定

为确定米糠碎米分离装备仿真分析中混合物间的离散元仿真参数,对米糠与碎米间的接触参数进行标定。采用混合物堆积试验,结合MATLAB软件图像处理技术获取混合物休止角,通过最陡爬坡试验确定试验因素的水平编码和最优值区间,根据Box-Behnken试验结果建立休止角与影响因素的二阶回归模型,基于响应面优化得到混合物间最佳参数组合,并在最佳参数组合条件下开展验证试验。结果表明:米糠与碎米间碰撞恢复系数为0.18、静摩擦系数为0.42、滚动摩擦系数为0.28,混合物仿真休止角与台架试验休止角相对误差为0.19%。基于响应面法标定的米糠-碎米间接触参数可靠,可为米糠碎米分离装备混合物间的离散元仿真参数设置提供参考。

基于Bertalanffy时间函数的地表动态沉陷预测模型

常规地表沉陷预计是对工作面回采结束、地表沉陷稳定后最终的静态移动变形预计;当涉及建(构)筑物下保护性开采与地面建(构)筑物加固及动态纠偏治理时,需要掌握该地质采矿条件下的地表动态移动变形规律,同时能够解决区域性变采高条件下的地表动态沉陷预计问题。首先对常见Knothe,Logistic,Weibull、分段Knothe、幂函数-Knothe与双曲线等时间函数的曲线形态、各时间段的地表动态下沉、下沉速度与下沉加速度进行了优缺点和适用性分析;其次基于东坡煤矿地表移动变形实测数据,针对特厚煤层综放开采条件下地表移动变形的特殊性,引入Bertalanffy时间函数,并基于此函数改进Bertalanffy三参时间函数;分析了各参数对改进Bertalanffy三参时间函数的影响规律,研究了各参数的物理意义以及与地质采矿条件的内在联系规律;最后将该函数用于平朔井工一矿特厚煤层综放开采条件下的地表动态下沉预计,并进行了拟合优度分析和现场应用效果检验。结果表明:基于改进Bertalanffy三参时间函数的各参数物理意义与地质采矿条件具有内在联系;该地表动态沉陷预计模型可塑性强、有着较好地预测精度和应用广度,能够较好地应用于煤矿地表动态变形的预计工作中;提出基于改进Bertalanffy三参时间函数结合影响函数法,该方法可有效地解决特厚煤层区域性限厚开采,如特厚煤层只采不放、煤层厚度赋存不稳定等区域性变采高条件下的地表动态沉陷预计问题。

储集层裂缝预测分析的多参数判据法

利用优化反分析方法获得目标区地应力场分布，并考虑储集层岩石多轴应力状态，提出了储集层裂缝预测分析的多参数判据法。该方法采用基于多个岩石材料参数建立的破坏曲面作为边界条件，通过研究应力状态函数与破坏曲面间的相互关系预测分析储集层裂缝发育情况，并根据关键井处的实测裂缝参数计算得出储集层平面内各点处的裂缝密度。利用该方法对江苏油田某区块油藏进行计算分析，研究了储集层关键井点处裂缝密度与数值模拟得出的发育指数间的关系，结果表明储集层裂缝体密度与发育指数的常用对数问具有较好的线性关系。据此对该区块油藏裂缝发育程度及密度进行预测分析，计算结果表明该油藏目标层段储集层裂缝体密度主要分布在0．23-1．20m^2／m^3且受断层和构造部位影响显著。

地表动态沉陷变形规律与计算方法研究

为了全面揭示地表动态沉陷变形的全过程,通过分析相似材料模型实验结果和实测资料,针对地表动态沉陷变形的发展变化特点,将地表动态沉陷盆地发展变化的全过程划分为下沉发展、下沉充分和下沉衰减3个阶段.结果表明:3个阶段的走向主断面上地表下沉表达式可以用负指数函数表示;下沉发展阶段地表下沉表达式中W,L,a和b动态形位参数随推进距的变化分别为对数、线性和指数函数,下沉充分阶段地表下沉表达式中的W,L,a和b为常数值5 460 mm,440 m,5.57,5.1,下沉衰减阶段地表下沉表达式中4个动态形位参数随时间的变化符合对数函数;最大下沉速度的变化过程也分发展、充分和衰减3个阶段.

三角域上带形状参数的三次Bézier曲面

张量积Bézier曲面被成功地应用于商业CAD系统中,然而实际工程中的某些外形却无法依靠张量积形式实现.因此在CAGD中,三角Bézier曲面成为外部形状设计的主要工具之一.为了更加灵活地控制三角曲面的形状,构造了一组带形状参数的三次多项式基函数,它们是三角域上三次Bernstein基的扩展.利用该组基函数定义了三角域上带形状参数的多项式曲面.基函数和曲面分别具有Bernstein基和Bézier曲面的性质.在形状参数的取值范围内,三次Bézier三角曲面是它的特例.由于含有可调的形状参数,该曲面在形状修改与变形中具有更大的灵活性.形状参数具有明确的几何意义,参数越大曲面越逼近控制网格.实例表明,通过改变形状参数的取值可以调整曲面的形状,在CAGD中该方法是有效的.

基于响应面法的旋风分离器结构参数的优化

目前,旋风分离器的结构优化主要局限于控制变量法的单因素优化,不能准确反映综合因素条件下旋风分离器的分离效率,且结构间的细微变化及交互性难以操控,很难进一步提高其分离效率。为解决此问题,以催化裂化装置中的一级旋风分离器为研究对象,提出了基于响应面法的参数优化方法。以对分离效率影响显著的锥管段倾斜角度α、排气管插入深度s和排气管直径De为设计变量,以分离效率和压降为目标函数,优化了旋风分离器的结构参数。结果表明:利用响应面优化法将旋风分离器的分离效率由原来84.3%提升到90.4%,并对比分析了优化前后的速度、压降、分级分离效率等;响应面优化法可从全局角度智能的对结构参数进行优化组合,缩短CAD建模及网格划分时间,并可实现多参数条件下交互性的同时优化,有效提高工作效率;通过数值模拟与试验证明优化后的旋风分离器分离效率强于优化前,优化后的旋风分离器速度分布规律对称性好、速度差值大、分离效率高,同时能完成比优化前更小粒径(粒径=12μm)的完全分离任务。

敦煌辐射校正场地表反射率稳定性分析

辐照度基法确定卫星各波段的定标系数时，要求精确测量辐射定标场的地表反射率和漫射辐射度与总辐射度的比值。中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室分别于2013年6～8月及2014年8月期间，协同其他单位在敦煌校正场运用辐照度基法进行场地辐射定标，实测过程中使用ASD、SVC光谱辐射计，运用野外参考板反射率因子法确定敦煌校正场的地表反射率。详细阐述地表反射率测量方式及数据处理方法，根据实地观测数据，分析当前场区的地表反射率并与历史数据相互比对。结果显示，敦煌校正场地表反射率在时间和空间上均保持良好的稳定性。

基于可靠性的复合材料结构稳定性约束优化设计

基于结构的可靠性,研究了复合材料结构的稳定性约束优化设计方法。考虑材料及载荷的不确定性,通过结构可靠性分析的响应面法和有限元法的结合,对复合材料结构稳定性进行可靠性分析;利用优化软件iSIGHT集成可靠性分析程序,实现了以铺层层数及铺层角度为设计变量的复合材料结构稳定性约束问题的可靠性优化方法。对层合板及层合圆柱进行算例分析,验证了本文中可靠性优化方法的有效性,为工程实际中的复合材料结构稳定性约束优化设计问题提供借鉴。

基于广义可靠性的随机模糊杆系结构优化设计

研究了随机参数杆系结构的广义可靠性优化设计问题。导出了随机荷载作用下以模糊许用值为条件的结构广义可靠度计算公式;建立了以杆截面为设计变量、结构重量均值为目标函数、结构模糊位移和单元模糊强度广义可靠度为约束条件的优化数学模型;通过引入罚函数,将原广义可靠性约束优化问题转化为无约束优化问题,利用遗传算法求解。设计结果表明:文中提出的模型和计算公式是可行有效的。

GPS水准面拟合方法研究

研究用较多已测点的原始数据,分别采用GPS水准的六参数法、多面函数法、移动曲面拟合法、有限元法逼近GPS网中较少检核点的高程异常值;再用较少已测点的原始数据,逼近GPS水准网中较多检核点的高程异常值。通过对实测数据的计算分析可发现,具有分区拟合性质的移动曲面拟合法与有限元法较优,使用较少的拟合点时,实测三等水准联合GPS高程观测可取代四等水准测量。

带参数的二次三角样条曲线扩展

为获得精确的二次曲线和二次曲面,构造新的三角多项式基函数—带双参数的二次三角多项式样条基,并由此定义带双参数二次三角多项式样条曲线。该曲线继承均匀TC-B样条曲线的优点,具有与其相类似的性质,能精确表示圆弧和椭圆弧等二次曲线,可扩展应用于空间的旋转曲面。此外,形状控制参数的引入会使其在工业设计中具有更大的灵活性和更广的应用范围。

噪声地震学方法及其应用

基于背景噪声的地震方法发展迅速,已广泛应用于全球和区域地球内部结构研究、浅地表地质调查及油气田勘探开发.本文简要介绍了背景噪声的来源,回顾了噪声地震学的发展历程.给出了基于背景噪声的全波场和面波格林函数恢复的公式,较为详细综述了噪声源的分布和记录台站间距对格林函数恢复的影响.讨论了两台站互相关法和空间自相关法获取面波频散特性的区别与理论连接.对基于噪声的面波层析成像法、程函方程层析成像法、空间自相关法的原理进行了总结.介绍了噪声地震学方法在各领域特别是浅地表方面的应用现状.最后简要展望了噪声地震学的发展前景.