基于局部密度方差理论的高性能混凝土骨料均匀度定量评价

为科学高效地评价高性能混凝土(HPC)骨料均匀度,针对骨料均匀度评价定量化难的问题,提出一种基于局部密度方差理论结合计算机数字图像处理技术的方法,对骨料均匀度进行定量评价。先对采集的高清图像进行滤波去噪处理,采用边缘提取获得骨料形态,进行腐蚀、膨胀操作、开闭运算处理获取骨料分布图,再利用提出的局部密度方差计算公式对随机选取的2个测区进行均匀度计算。研究结果表明:通过MATLAB编程可以实现图像去噪和骨料外形特征提取,骨料所处的位置被加粗加黑,骨料与过渡界面处被锐化处理,骨料间噪点被去除,为均匀度计算分析提供支撑;基于局部密度方差计算公式,提出的3种局部密度计算指标(由标准局部边长l0得出的均匀度U1、U2和所有局部边长l取平均值得出的均匀度U3)可对测区骨料分布均匀度进行数值计算,避免了人为主观因素的影响;对测区图像进行0°~90°旋转模拟拍摄角度差异,对比分析两测区旋转后图像和原图均匀度评价指标U1、U2、U3标准差约为1%,波动性较小,表明选用的3种指标评价的唯一性较好;U3在测区1和测区2的评价中方差仅为0.55%和0.48%,波动性较U1、U2小;随所取不同角度图像样本数量增加,3种均匀度指标趋于平稳,方差进一步降低,3种指标既可以单独评价,也可以综合评价HPC骨料的均匀性。     

图像特征点分布均匀性的评价方法

基于特征点的局部数字水印算法是数字水印研究领域的热点,而特征点的性能(稳定性和分布均匀性)是有效抵抗同步攻击和常规信号处理的根本保证。在现有的特征点检测方法中,哪一个更适合局部水印算法?这就需要特征点的稳定性和分布均匀性的客观评价标准。目前,采用重复率评价特征点的稳定性,而特征点的分布是否均匀主要依靠主观视觉判断,缺少客观评价标准。在这里,提出了特征点分布均匀性的客观评价标准——分布均匀度,并给出了一种基于区域统计信息计算分布均匀度的方法。实验结果表明,分布均匀度反映的特征点在图像中分布情况与人眼主观视觉判断相一致。     

光强均匀的高效分色聚焦衍射光学元件设计

基于模拟退火算法,通过改变算法过程中判断误差值的定义,包括光强差、光强平整值和线性相关系数,设计出一种输出光强分布均匀并且衍射聚焦效率高的光学元件,使其能够对多频率入射光同时实现分色和聚焦的功能.利用标量衍射理论,对所设计的衍射光学元件的分色聚焦性能进行定量表征,具体表征内容为聚焦效率以及光强均匀性.这种分色聚焦衍射光学元件为提高输出面光斑的衍射效率和光强均匀度提供了一种有效的方法,有利于高效太阳能电池系统的实际应用.     

水泥土搅拌桩搅拌均匀性的电阻率评价方法

采用电阻率测试方法,以常规水泥土搅拌桩和双向水泥土搅拌桩为例,对水泥土搅拌桩芯样电阻率进行测试.通过对其电阻率及其表征水泥土微观结构的结构因子、形状因子和各向异性指数的定量分析,阐述了水泥土搅拌桩在水平方向和沿桩身方向的均匀性;通过与搅拌桩桩身标贯击数和无侧限抗压强度等宏观力学指标对比,验证了利用电阻指标评价水泥土搅拌桩搅拌均匀性的科学性与可行性.结论表明:常规水泥土搅拌桩搅拌不够均匀,桩身水泥土的微观结构、物理力学性质随深度增加变差,表现出方向上的差异性.双向水泥土搅拌桩搅拌均匀,桩身水泥土的微观结构、物理力学性质沿桩身分布均匀.取芯和标贯试验论证了上述结果.     

基于区域失衡子空间的领先NSGAII算法

针对传统进化算法求解多目标优化问题时存在计算量大、难以平衡收敛速度和种群分布均匀性的问题,本文提出了一种基于区域失衡子空间的领先NSGAII算法(NSGAII-URS).首先,基于NSGAII算法,结合局部搜索算法,在每次遗传过程中添加种群领先解解集,引导种群快速收敛;然后,将非支配解所在的目标空间均匀划分,提出稀疏子空间和空闲子空间的概念,通过基于稀疏度的局部搜索策略对失衡子空间优化,进一步提升种群分布的均匀性.我们将本文方法与其他5种先进的多目标进化算法比较,通过基准测试函数进行验证,并采用反世代距离(IGD)和超体积(HV)两个通用指标进行性能评价.实验结果表明,该算法在解的分布性和收敛性方面明显优于对比的其他多目标优化算法.     

回归分析在提高糖香料均匀性中的应用

为探索解决烟用糖香料的均匀性问题,提出一种新的反映糖香料均匀性的概念（均匀度）和检测计量方法,用回归分析的方法对糖香料均匀性的影响因素进行了分析,获得了影响糖香料均匀性各因素的回归模型,并对回归模型的有效性进行了测量验证。结果表明：(1)糖香料半成品的熬制时间、熬制温度和成品的配制搅拌时间对糖香料的均匀性有显著影响;(2)采用回归模型分析得出提高糖香料均匀度的最佳条件。该种检测计量方法及分析方法均可扩展到卷烟加工的其他相关工艺过程的研究中,具有很强的可推广性。     

基于XCT扫描图像的混凝土粗骨料二维细观形态

混凝土中粗骨料的微细观形态特征对混凝土宏观力学性能具有重要影响.基于边长为20 mm的混凝土立方体试件的XCT(X-ray computed tomography)扫描图像,通过构建的规则程度指标、凹凸程度指标对骨料二维形态特征进行了研究.结果表明:可选择长宽比、椭圆相似度、棱角度三个参数来有效表征粗骨料二维形态特征;通过对大量骨料二维投影进行形态指标统计分析,发现长宽比、椭圆相似度、棱角度的数值分别主要集中在区间(1,3)、(0.8,1)、(1,1.1)内,且三者之间满足二次多项式分布.研究结果可为混凝土粗骨料三维形态表征研究提供基础参考.     

混凝土细观破裂过程的三维数值模拟及CT验证

应用 "被占领区域剔除"的思想,对原有的混凝土骨料三维随机分布的数值模型进行改进,提出了一种新的混凝土骨料三维随机分布数值模型建立的方法,并基于弹性损伤本构关系,采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化,用弹性模量的折减程度来反映混凝土试件在加载过程中的损伤程度.对混凝土圆柱体试件进行了数值模拟计算,并依据混凝土破坏过程图比较了数值模拟的破坏过程与CT试验结果,发现试件破坏时裂纹的萌生、扩展过程与CT观测到的过程具有相似性,表明该模型较好地模拟了混凝土的不均匀性与各向异性,证明建立该模型的方法是可行的.     

混凝土损伤断裂的三维细观数值模拟

提出一种在细观层次建立混凝土三维随机骨料随机力学参数模型的方法.将损伤力学与计算力学相结合,基于ANSYS软件平台进行二次开发,建立2组混凝土立方体湿筛试件的数值模犁:第1组模型模拟3种不同的骨料随机分布;第2组模型模拟混凝土各相材料主要力学参数的随机性,分别假定其参数符合对数正态分布和Weibull分布.通过对这2组模型的轴压进行模拟,揭示混凝土在轴向压力作用下单元的渐进损伤和裂缝的萌生与扩展过程.研究结果表明:数值模拟得到的混凝土立方体抗压强度与试验测得的抗压强度较接近;骨料的随机分布会影响试件裂缝产生的位置和扩展路径,但其对试件承载力的影响不大;混凝土各组成相材料参数的非均匀性降低了试件的极限承载力,采用Weibull分布能较好地表征材料参数非均匀性的影响.     

基于多物理场计算的微波加热均匀性研究

针对微波加热液体过程中存在温度分布不均匀的问题,提出利用锚式搅拌桨对被加热液体进行搅拌的办法。通过多物理场耦合计算对微波加热静止的去离子水和加热过程中用锚式搅拌桨以不同转速搅拌去离子水的过程进行仿真,研究了搅拌对去离子水温度分布和变异系数的影响,并通过实验验证。结果表明,与去离子水处于静止状态的加热效果相比,锚式搅拌桨的引入可以减小去离子水内部温差且随着搅拌桨转速提升其对加热均匀性改善效果更加明显。     

车用微小通道蒸发器制冷剂流量分配特性

以整体平行流微小通道蒸发器模型为基础,从进口管相对集管位置、出口管相对集管位置、扁管与集管相对组合高度三方面对四流程蒸发器流量分配问题进行研究,并引入分别表示这三种相对位置关系的量纲一参数P′in、P′out及H.计算结果显示当P′in=0.591,P′out=0.402,H=0.239时,制冷剂流量分配均匀性最好.综合考虑这三种结构参数的影响,得到一种优化结构,使得流量分配的均匀性大大提高,不均匀度S比初始结构减小20%.     

滚筒干燥器中杆状颗粒混合特性的三维数值模拟

为研究杆状颗粒在滚筒干燥器中的混合运动,建立了杆状颗粒运动特性的三维数值实验平台.采用离散元法直接跟踪滚筒中的每一个颗粒,对杆状颗粒在滚筒干燥器中碰撞、摩擦的混合运动过程进行数值模拟,并把杆状颗粒和球形颗粒在滚筒中的混合特性进行对比.结果表明:随着转速的增加,颗粒混合均匀的速度加快;滚筒内杆状颗粒和球形颗粒均在近壁区域混合程度好;杆状颗粒混合达到均匀的速度较球形颗粒快;杆状颗粒整体混合均匀程度优于球形颗粒.模拟结果还表明,杆状颗粒的混合特性与球状颗粒的混合特性存在很大区别,在以往数值模拟中将杆状颗粒假设成球形颗粒存在较大误差,对杆状颗粒所建立的模型能更好地符合杆状颗粒的运动规律.     

基于近似计算方法处理物理实验数据

在用静力称衡法测密度、用混合量热法进行量热和用落球法测液体粘度的实验中,分别采用微分近似计算、积分近似计算和微分方程近似解的方法,针对系统温差对密度测量值的影响、曲线区域面积对系统和外界交换的热量相互补偿和速度均匀度对液体粘度测量值的影响进行了实验数据处理和分析,阐述了近似计算的数学方法、应用场景、适用条件和近似度.在物理实验过程中,近似计算方法对于数据处理是必不可少的,掌握其能培养学生的思考和分析能力,同时也能为物理实验教学提供较强的理论依据.     

霰弹弹着点分布均匀性评价方法研究

针对霰弹定型试验中提出的弹着点分布均匀性战术技术指标评价方法问题,将弹着点的二维圆内均匀性分布分解为一维径向均匀性分布和周向均匀性分布分别评价。应用MATLAB实现了一维均匀分布相容检验临界值的计算方法,该方法计算得到的不同的置信水平下各样本容量的相容性检验临界值。对一维均匀分布相容检验临界值的样本容量进行了扩展,以满足某些霰弹的弹丸数较多的实际要求。     

基于互补式布浆的混合室内浆料流动特性

为了研究互补式布浆方式下混合室内的流动特性,分析了互补式布浆方法及混合室的结构设计,采用计算流体动力学(CFD)的方法,研究了混合室内浆料流动特性,分析了支管束横排和纵排支管间的混合效应,并对经混合室混合后的布浆效果进行了实验验证。结果表明,进入混合室的平行排管射流是一种相同直径不同流量的射流流动,从支管束横排来看,各支管射流间产生了较强的卷吸和干涉作用,使射流向中间位置偏转和集中,导致在混合室中间位置处流量较大,两边流量略小。上下对应支管间射流在混合室内也形成了强烈的卷吸、干涉,使两股不等量的射流在混合室内完成互补混合和平均。实验结果与计算结果相吻合,最大偏差仅为0.538%,优于采用单侧进浆的浆料分布,表明互补式布浆方法依靠混合室的掺混作用能够很好地实现浆料均布。     

回转窑内二元颗粒物料的径向混合

研究了颗粒尺寸差异和密度差异对二元物料在回转窑内混合的影响. 采用离散单元法建立颗粒物料的运动模型,模拟滚落运动模式下二元物料在回转窑内的径向混合过程;通过颗粒接触数定义混合程度评价指数,结合Hong的渗流与凝聚竞争理论分析颗粒体积比σ和密度比η对二元物料混合程度的影响. 结果表明:增大体积比σ会增强渗流作用,增大密度比η会增强凝聚作用,无论渗流或凝聚占据主导作用,均会导致物料在混合过程中产生径向分离,使混合程度降低;对σ与η进行配置后,可以使渗流与凝聚两种机理彼此平衡,达到物料混合均匀的目的;物料的渗流-凝聚平衡曲线中,σ与η呈幂函数关系.     

车用发动机进气过程和进气均匀性的数值计算

利用所建立的换气模型和特征线方法对车用发动机的进气过程和进气均匀性进行了数值计算和分析，研究结果表明，所采用的计算方法和计算程序具有较高的实用价值．研究方法为改善车用发动机缸内燃烧过程的均匀性提供了有效的研究手段．     

基于稳定浆骨比的粉煤灰混凝土配合比设计

为了解决当前粉煤灰混凝土配合比设计方法会明显增大浆骨比以及对粉煤灰的胶凝材料作用重视不够的问题,直接以稳定的浆骨比为出发点,利用水胶比与混凝土强度的关系,采用绝对体积法推导了粉煤灰混凝土配合比计算公式.结果表明:浆骨比对混凝土拌合物硬化前后性能有重要影响,按基于稳定浆骨比方法设计的配合比所拌制的粉煤灰混凝土,可使构件成型后具有良好的最终质量,在获得较高强度的同时,还有较好的耐久性能.该成果对有效提高粉煤灰混凝土的性能质量具有一定的参考价值和指导意义.     

均匀度解释混沌及生态现象的数学依据

定义了任意分布函数的均匀度,在此基础上提出了“均匀度的独立性”公理和“均匀分布最均匀”的命题,阐明了均匀度与熵的相似性,从而揭示了均匀度解释混沌的内在机理.根据独立性公理,k步期望均匀度是存在的,可以用k步平均均匀度估计.由于任意分布函数F可以看作是F^-1对均匀分布的变换,数值计算表明,分布函数的非线性程度是导致k步平均均匀度降低的原因.熵是描述分布的不确定性程度的量,也描述样本的分散程度,样本分散程度意味着样本均匀程度,反之亦然,分布的确定性程度意味着样本的集中程度,样本的集中程度意味着样本的不均匀程度,反之亦然,这是熵与均匀度的共同点.生态学中,大多数格局是集聚格局是由存在于自然界中的非线性变换所致.     

大气颗粒物PM2.5的消光特性研究

基于Mie散射理论,对大气颗粒物PM2.5的消光特性进行了研究,建立了混合颗粒系统消光系数的理论及等效计算方法.计算表明,不像大颗粒,PM2.5单颗粒的消光效率因子强烈地依赖于折射率和粒径;多颗粒的消光系数随粒度增加而增大,在强吸收时,也随分布宽度增加而增大;其随波长的变化与折射率、分布有关,往往是非单调的,而对混合的颗粒系统,还与混合比有关.分析表明,我们提出的消光系数的理论及等效计算方法也为实际大气颗粒物的光学特性研究提供了一个新的研究手段.