基于最大似然估计-Hilbert法的截齿侧向载荷特征识别

为探求镐型截齿旋转截割煤岩侧向载荷的统计规律及时频谱特性,实现其特征参量的定量提取与有效识别,利用多截齿参数可调式旋转截割实验台开展煤岩截割实验。采用最大似然估计法与希尔伯特变换Hilbert法,给出锐齿、棱齿和钝齿侧向载荷统计特征与时频谱特征的内在关联。结果表明:在截齿旋转角为零度、截槽对称的实验条件下,截齿侧向载荷概率密度函数曲线服从正态分布规律,截齿侧向载荷的方向具有明显的不确定性,绕y轴正、负半轴波动。其均值接近于零,不利于截齿的自回转运动。二维时频谱表明截割能量集中在5 Hz以内的低频区域,且可有效识别侧向载荷的时频特征。     

镐型截齿载荷谱定量特征的旋转截割实验与仿真

为验证截齿截割煤岩仿真实验的准确性与可行性,利用多截齿参数可调式旋转截割实验台研究镐型截齿的截割过程,得到镐型截齿在旋转截割过程中所受的轴向载荷、径向载荷和侧向载荷。采用ABAQUS软件仿真镐型截齿截割煤岩的动态过程,得到截齿截割过程的三向载荷谱。实验与仿真结果表明:在切削厚度为15~25 mm时,截齿的三向载荷波动具有一致性,截齿工作时所受的轴向载荷和径向载荷较大,且载荷波动程度基本相同,侧向载荷波动较为剧烈。仿真与实验的轴向载荷和径向载荷误差精度均在10%以内,二者具有较高的吻合度。该实验台能够真实地模拟截齿的实际工作状态。     

纵轴式掘进机截割头随机截割载荷识别方法研究

针对纵轴式掘进机截割头随机截割载荷难以准确测定的问题,根据随机过程理论,推导出截割头随机截割载荷的自功率谱表达式,并根据截割功率谱结合虚拟激励法确定截割头的虚拟激励;然后利用求得的响应结合精细积分算法反向推导识别截割头随机截割载荷的表达式,由此建立了精确的截割头时域随机截割载荷的反演数学模型;最后由最小二乘法计算出截割头随机截割载荷的时间历程,并通过正则化方法来减小噪声的干扰。实例验证结果表明,该方法能有效减小噪声干扰,准确地识别截割头的随机截割载荷。     

镐型截齿截割煤岩动力系统的混沌特征

采煤机截割工作机构与煤岩作用系统的复杂性、非线性、模糊性和耗散性,导致了截齿截割负载具有很强的不确定性。应用分形和混沌理论研究截割阻力曲线的定量描述及混沌特征,依据煤岩的应力与应变的关系曲线和煤岩的分形损伤刚度,给出煤岩跃进破碎的条件,从混沌分形的角度给出截割动力系统的截割性能评价指标和系统演变混沌状态的数学关系,同时建立截割动力系统的数学模型。通过模拟仿真,结果表明：截割动力系统在不同的分叉参数下,其相轨迹具有时间遍历性和混沌特征,实现了混沌模拟负载信号的仿真。截割动力系统特性研究对开发高效截割工作机构等有着重要的意义。     

不同性质煤岩下掘进机截割载荷研究

针对传统计算方法计算截割头复杂的截割过程中的截割载荷存在的缺陷,提出了有限元模拟方法,模拟动态截割过程.提取了多种不同的煤岩的坚固性系数,以分析不同性质的煤岩对截割载荷的影响,并推导了三向力与坚固性系数之间的关系.通过对比分析发现,对截割载荷的理论公式推导以及模拟分析两者的结果相吻合.然后基于此,针对整个截割头进行截割过程分析,结果表明:仿真分析不仅提供了可靠的截割头截割载荷的精确计算方法,提高了截割头截割试验的效率,而且也提供了针对不同地质条件的煤岩选择合适的截割头的参考依据.     

采煤机滚筒截齿排列的试验研究

根据采煤机破煤理论,研制煤岩截割试验台;根据不同的滚筒叶片截齿排列、螺旋叶片头数,研制4种不同的试验滚筒.以此为基础,在试验台上对4种不同截齿排列的滚筒进行截割性能试验,分析不同滚筒截割扭矩的最大值、最小值、均值、方差等参数;同时,对截落煤岩的块度进行分级处理,研究不同截齿排列滚筒截割块煤率.研究结果表明:对同一直径、不同叶片头数、不同截齿排列的滚筒,在截割时,随着螺旋叶片头数的增多,其载荷波动性减小;在2头螺旋叶片滚筒中,棋盘式滚筒的扭矩均值、方差等统计参数值均比顺序式的小,而棋盘式的块煤率比顺序式的大;具有3头螺旋叶片的畸变Ⅰ式和畸变Ⅱ式滚筒,在截割扭矩的统计参数值中除畸变Ⅰ式的方差小于畸变Ⅱ式的方差外,其余参数基本相等;并且,在4种滚筒中,畸变Ⅰ式截割时滚筒载荷的波动性最小,块煤率最大.     

镐型截齿不同截割速度对煤岩截割过程影响研究

采煤机工作过程中,镐型截齿直接截割煤岩,其截割速度影响其寿命,同时也对采煤机工作效率具有重要影响.本研究在分析镐型截齿截割过程中截割速度变化的基础上,利用颗粒流离散元软件(PFC)对不同截割速度对煤岩截割过程的影响开展研究.结果表明:煤岩截割过程中,镐型截齿截割速度总体呈非线性减小趋势,且随牵引速度、滚筒角速度的增大分...     

基于加速度反演频域动载荷的一种正则化途径

基于加速度频响函数矩阵反演频域动载荷是病态逆问题,反求的结果精度差,对数据的小扰动敏感,基于Tikhonov正则化方法,提出一种反演途径,将测点响应与待求激励进行归一化变换,在此基础上引入变换后的频响函数矩阵和正则化泛函进行求解,应用广义交叉验证准则选取最优正则化参数.考虑简支矩形薄板上的4个动载荷的识别问题,分析激励点和响应测点的不同位置以及动载荷大小之间相差程度不同的4个算例,将本文方法与不采用归一化变换的正则化求解结果进行2种相对误差的均方根比较.结果表明,利用归一化变换可提高动载荷反演精度,增强正则化方法的抗噪能力,当测点之间的响应以及各动载荷大小相差较大时,明显改善了识别精度.     

截煤工况下镐型截齿的自旋转力学机理

针对镐型截齿截割煤岩过程中截齿自旋转的可能性,以及磨偏磨损等问题,分析不同截割状态下镐型截齿自旋转的原理,考虑截齿与煤岩体接触的不同工况,探讨截槽两侧不对称、非同时V形崩落的自旋转机理。通过建立截齿的结构参数、安装参数和煤岩性质与截齿受力等参数的自旋转模型,给出其自旋转的定量描述方法。截齿发生自旋转的影响因素和理论条件的仿真结果表明:影响截齿自转的最主要因素是煤岩性质和截齿齿尖作用半径,截齿自旋转的边界条件为截齿齿尖半角32°~40°、楔入角38.9°~50°、截齿齿尖作用半径8.5~10.0mm和摩擦系数0.60~0.84。所阐述的截齿自旋转的可靠性、建立的力学模型及研究方法,可以为复杂工况下截齿自旋转条件的研究提供参考。     

多小波包频带能量的煤岩界面识别方法

针对通过对伽马射线进行监测煤岩识别易受煤中夹杂物干扰和地质条件的限制的缺点,提出利用滚筒截割力响应来进行煤岩识别,但滚筒截割力响应受到煤炭破裂形式及其工作环境的影响而表现出多种形态,基于单一小波基的小波包分析难于处理这样的多态问题.引入了具有多个小波基函数的多小波来匹配煤岩响应特征信号,采用多小波频带能量提取煤岩特征建立特征库,通过相似物理模拟试验,表明多小波频带能量在煤岩特征提取总体上要优于传统的小波包分析,最后利用支持向量机实现煤岩特征的识别.     

Analysis of finite-element-based methods for reducing the ill-posedness in the reconstruction of fluorescence molecular tomography

The major issue in reconstruction of optical imaging might be the ill-posedness of the problem. In this paper, four different algorithms, including singular value decomposition (SVD), the truncated SVD, Tikhonov regularization and adaptive regularization, are analyzed and applied for solving the matrix equation generated from diffuse equation based on finite-element method in fluorescence molecular tomography. Results illustrate the need for either imposition of regularization term or elimination of too small singular values in reducing the ill-posedness. The results also suggest that the adaptive-regularization method offers superior performance in the reconstruction among the four methods in most cases even if the initially selected regularization parameter is not optimal, thus providing the convenience for the reconstruction.     

未确知期望在煤层围岩稳定性分析中的应用

针对煤岩稳定性计算中存在的多种不确定因素影响计算结果准确度等问题,应用未确知信息理论,对煤层围岩力学参数进行未确知有理化,求解煤层围岩的未确知期望值,并对煤层围岩的稳定性进行分析和计算,结果表明:运用求解未确知期望的方法,来解决受不确定因素影响的地下工程中的未确知问题,较传统方法更精确、更简洁、更有效.未确知期望法在处理地下工程中的大系统优化问题时,值得进一步探讨和应用.     

基于Newmark-β的ICAA正则化参数选取方法

传统的L曲线法在使用的时候常常不容易获得准确的正则化参数,基于此,提出了一种基于Newmark-β的反算-对比-调整-逼近(inverse computation-contrast-adjustment-approach, ICAA)正则化参数选取方法.该算法相比传统的L曲线法使用起来更加直观、简便,并且计算耗费的时间更短、效率更高.通过一个四自由度系统的仿真算例和一个悬臂梁的实验验证了本算法的有效性,并把本算法的载荷识别结果与L曲线法的载荷识别结果进行了对比.结果表明:该算法相比L曲线法不仅在计算效率方面有显著优势,而且利用前者的正则化参数进行载荷识别,计算精度更高.     

基于微平面模型和正则化的脆性岩石损伤破裂模拟方法

为解决有限元计算在模拟脆性岩石损伤过程方面的网格依赖性问题,本文基于微平面模型和正则化方法建立了改进的微平面损伤模型,将单轴压缩条件下的岩石实验结果与数值模型进行了对比.引入不同非均质系数对三点弯曲岩石试样的损伤发展进行模拟,结果表明非均质系数越高损伤区域越集中.此外,通过引入高阶梯度正则化方法对不同特征长度的三点弯曲实验进行数值模拟.特征长度为1mm时,在不同网格尺寸下的正则化微平面模型的损伤演化结果基本相同,而没有采用正则化方法的微平面损伤模型在不同网格尺寸下出现明显的网格依赖性.最后,通过对比普通模型和正则化模型的载荷-位移曲线,发现网格密度对采用高阶梯度正则化后的微平面损伤模型损伤演化影响较低.     

基于空间自适应正则化的超分辨率重建算法

针对模糊图像的复原问题,从正则化技术克服问题病态性的思想出发,研究了一种有效的超分辨率重建算法。该算法充分考虑了图像的局部特性,引入了空间自适应加权矩阵,采用全局正则化参数与局部正则化参数矩阵相结合的方法,弥补了传统正则化方法所带来的正则化误差以及噪声放大误差。实验结果表明,该算法能够有效地减少重建误差,保护图像的细节信息。     

高压水射流破岩应力波效应的数值模拟

高压水射流破岩是一个涉及诸多因素的复杂的非线形动力学问题,利用非线形有限元法,采用动态接触模拟高压水射流对岩石冲击作用.结果显示岩石内部最初受到冲击时的不稳定性由强变弱,反映了岩石的动态响应特性;模拟了在不同冲击速度下应力波在岩石中的传播和衰减过程,结果表明应力波的传播速度与冲击速度成正比,射流速度越大,应力波衰减越快;同时还模拟了以相同的速度分别冲击砂岩和煤时的应力波效应,计算表明在相同的冲击速度下,射流冲击煤的局部性效应比冲击砂岩时更为显著,应力波在砂岩中的传播范围要广泛一些.     

电阻抗成像正则化参数的优化方法

为改善电阻抗成像逆问题的不适定性,通常采用Tikhonov正则化算法来求得适当的解。正则化参数对重建图像的质量和计算速度影响较大。笔者提出了一种基于残差范数和解范数乘积的优化方法(PRS)求取电阻抗成像的正则化参数。为验证该方法的有效性,笔者针对不同的目标大小、目标位置、目标电导率、目标数目以及不同程度的噪声分别进行了重建图像的仿真实验和水槽实验。结果表明：这种优化方法可以快速找到相对最优的正则化参数,且具有良好的抗噪性能。与传统的L曲线方法相比,提高了图像重建质量。     

液压支架随机载荷历程及MonteCarlo法的应用

为较准确地预测液压支架的使用寿命,利用支架与围岩的相互作用关系,通过围岩的运动规律,分析出了液压支架外载荷的来源及特征.应用MonteCarlo法进行随机抽样获取载荷谱,统计得到其载荷幅值服从形状参数为131,尺度参数为21696的威布尔分布,而载荷均值服从均值为1200N·m,标准差为5196N·m的正态分布,进而模拟出了液压支架在井下真实的载荷历程.为进一步研究和编制程序载荷谱,进行实验室模拟试验和疲劳寿命预测做好准备.     

大地电磁反演中改进的自适应正则化因子选取研究

通过建立大地电磁(MT)层状地电模型,利用共轭梯度法求解反问题,在给定不同初始模型的条件下对多种正则化因子选取方法进行了计算比较,分析了各种方法的特点和使用条件.结果表明,自适应正则化算法的效果与传统的定值方法如L曲线法相近,但反演过程远比传统方法便捷.为了解决反演依赖于初始模型的局限并增强解的稳定性,基于多种自适应正则化方案的对比分析,提出了改进的自适应正则化方案,选取数据拟合泛函与模型稳定泛函较大的比值为正则化因子的初始值,并提出相应的调整方案自动控制正则化因子衰减.模型试验表明,该方法对初始模型的依赖性低于其他几种自适应的算法,反演结果的稳定性较强,可以进一步提高正则化反演的效率.