水力-机械系统特性分析中管道水体弹性模型研究综述

综述国内外在水力-机械系统特性分析中常用的基于泰勒展开的多种形式压力管道内水体的弹性模型,以及近几年研究的最新进展。针对具体算例,结合压力管道内水体的精确模型分析其他各模型的特点和应用条件。分析表明,基于变分理论和Ritz-Galerkin近似法得到的压力管道内水体的弹性模型形式易于解耦、便于应用,能够直观地描述压力管道内水体的高阶水力特性。提出有待进一步研究和分析的主要问题。     

基于搜索空间缩减策略的供水管网抗震设计参数优化

供水管网抗震优化设计模型以用户节点的抗震安全能力为设计目标,包含管网拓扑布局及管段结构抗震能力两个设计参数,寻找最优设计参数是离散变量组合优化问题.提出了一种基于两阶段搜索空间缩减策略的管网抗震优化设计模型求解方法,第一阶段利用度约束连通图生成初始种群,缩小优化初始搜索空间;第二阶段采用违约个体修补策略转换优化进行过程中不满足约束条件个体所处的搜索空间,实现了优化过程中搜索空间的动态缩减,提高了优化搜索的效率.此方法在供水管网抗震优化设计中有较高的效率,也可为其他有约束离散变量优化问题提供参考.     

同时发生的颗粒凝并和沉积现象的Monte Carlo模拟

同时发生的颗粒凝并和沉积所导致的离散系统动力学演变过程数学上可由通用动力学方程描述. Monte Carlo算法是求解通用动力学方程的一类重要方法. 然而, 常体积法由于模拟颗粒数目的波动而存在着计算代价和计算精度无法协调的矛盾, 常数目法由于计算区域的不断收缩或扩展而难以工程实际应用和科学定量分析, 且这些Monte Carlo算法均依赖于子系统概念而大大限制了其扩展性和应用范围. 发展一种多重Monte Carlo算法求解同时考虑凝并和沉积的通用动力学方程. 该算法引入加权虚拟颗粒的概念, 基于时间驱动, 在颗粒尺度分布时间演变过程中同步保持恒定的虚拟颗粒数目和稳定的计算区域体积, 这使得MMC算法具有考虑边界条件、颗粒尺度分布空间扩散、甚至颗粒-流体动力学的可扩展性. 利用多重Monte Carlo算法对几种特殊工况进行数值模拟, 结果与理论分析解符合很好, 表明该算法具备较高且稳定的计算精度和较低的计算代价, 这是由于虚拟颗粒数目稳定且较少的缘故. 最后分析了该算法的误差源以及相对误差.     

基于Bayes-Monte Carlo的突发事件应急方案风险决策方法研究

为解决突发事件应急方案选择中信息不确定和随机性的问题,提出一种基于贝叶斯(Bayes)和蒙特卡洛(Monte Carlo)的风险决策方法。首先基于事发现场实际情况,应用贝叶斯决策理论,构建多元正态分布模型;然后针对权重随机性的特点,采用蒙特卡洛模拟算法进行模拟;通过计算各方案获得特定排名的可信度及整体排名可信度因子,得到方案排序,从而减小了不确定性信息对应急决策过程的影响。最后通过核电站事故应急决策的例子,验证了所提出方法模型的有效性和可行性。     

手舟骨的有限元建模及其损伤分析

目的 基于医学DICOM格式的图像,不经过二次转换并快速且准确的建立舟骨有限元模型,从而得到可以用于舟骨应力分析的有限元模型,并通过模拟手舟骨损伤来分析不同的受力特点. 方法 选择健康成年男性志愿者,进行高精度螺旋CT扫描,将得到的DICOM 3.0医学图像数据,导八MIMICS医学影像软件并生成实体模型,然后应用通用有限元分析软件ANSYS 11生成有限元模型.约束边界条件,模拟舟骨轴向压力进行加载,得出舟骨有限元模型上的应力分布与应变结果,并模拟舟骨不同损伤的力学改变. 结果 建立的舟骨三维有限元模型共有节点73588个,单元397344个.所建模型结构完整,空间结构准确,单位划分精细,轴向压力作用下加栽模拟形象、逼真,客观反映舟骨三维解剖形态结构和生物力学特点. 结论 应用高精度螺旋CT成像的DICOM 3.0数据,并与MIMICS和ANSYS相结合的方法快速建立舟骨的三维有限元模型是切实有效和可行的;有限元方法可较好的分析手舟骨及其损伤的生物力学特点.     

基于粒子滤波的部分对应点集刚体配准算法

为了解决部分对应点集之间的刚体配准问题,本文提出了一种基于粒子滤波的刚体配准算法.该方法将部分对应点集配准问题转化成相应的状态估计问题,通过采用基于配准误差驱动的运动模型及设计基于迭代最近点原理的观测模型,从而提出了基于粒子滤波的配准算法解决部分对应点集的刚体配准问题.实验结果验证了本文所提出算法的有效性.     

利用Hydrus-1D反推土壤水力参数方法分析

预测分析非饱和土壤水分运动特征必须首先获得土壤水力参数,而且土壤水力参数的准确性决定着与这些参数有关的土壤水分运动的数值模型的准确性。本文依据一维积水入渗试验的累积入渗量资料利用Hydrus-1D软件反推土壤水力特性参数,利用反推的土壤水力特性参数和Hydrus-1D软件对一维积水入渗过程的累积入渗量、入渗率、湿润深度、含水量分布进行模拟并与实测值进行对比,结果显示,土壤累积入渗量、入渗率、湿润锋、含水量分布的实测数据与模拟数据之间的平均相对误差均在2％～15％之间,软件模拟数据与试验实测教据基本吻合,这说明利用Hydrus-1D软件在反推土壤水力特性参数及模拟土壤水分运动方面是可行的。     

深层油气藏水力压裂裂缝扩展数值模拟

深层油气藏水力压裂过程中的岩石变形,不仅要考虑弹性变形还要考虑塑性变形的问题,以往的裂缝扩展数值模拟都没有考虑塑性变形.文章基于Drucker-Prager屈服准则和相关联的流动法则建立了弹塑性水力裂缝扩展的数学模型.模型使用润滑理论描述裂缝内流体流动,耦合岩体变形,采用内聚力模型对裂缝扩展过程进行描述.基于有限元方法编制了数值求解器,通过与经典模型计算结果比较,验证了数学模型和算法的正确性.研究结果表明:相比于弹性水力裂缝,在流体注入量相同时,弹塑性水力裂缝长度短,裂缝宽度大,扩展时需要更高的流体压力.由于塑性应变的存在,缝内流体返排后,弹塑性水力裂缝不会完全闭合.随着岩石摩擦角的增大,弹塑性水力裂缝的宽度减小,所需流体压力增大.相对于理想弹塑性,硬化岩石介质中的水力裂缝宽度较小,所需流体压力较大.     

多层电路板的深层充电研究

以欧空局的FLUMIC2模型为输入电子能谱,基于Monte Carlo方法和辐射诱导电导率模型进行多层电路板充电分析,可模拟地球同步轨道上有2 mm铝层屏蔽时的多层FR4印刷电路板的深层充电过程,得到电场和电势随介质深度的变化.研究发现与双面接地电路板相比较,电路板四层铺铜接地内部最大充电电场减少54%,有效地减小介质内部电场,降低深层放电风险.充电时间常数和电介质的物理特性有关而与电路板分层情况无关.分析各接地层的电流,两层电路板为90~150 p A m?2,四层电路板为10~100 p A m?2.     

面向流域系统的生态需水量整合研究

水库（群）的运行调度对坝址下游水文情势产生一定影响,维及到下游河流廊道及与河道存在水力联系的生态系统生态用水安全.为保障下游生态用水,需对水库（群）进行生态调度;而生态需水及其整合计算是其关键支撑.生态需水整合的核心是在对各类生态需水进行评价的基础上,以流域/区域水循环及其伴生水生态过程为主线,将各类生态需水整合成满足水资源配置或调度要求的水量过程.本文结合水库（群）生态调度实践需求,以各类生态系统的生态需水规律及水力联系为基础,整体提出流域生态需水的整合模式;在分布式水文模拟技术的支撑下,构建了生态需水整合模型;并就南水北调西线一期工程雅砻江流域的生态需水及其整合计算进行了研究.结果表明,上述整合模式有效结合了各类生态系统生态需水在时空上的水力联系,与基于集总式水平衡分析的生态需水整合模式相比,克服了多时空尺度上生态需水水源及生态供水难以得到有效保障的不足,可满足水库（群）生态调度的需求.     

受限空间内多孔介质材料对瓦斯爆炸特性的抑制作用

为研究多孔介质材料抑制瓦斯爆炸传播特性,基于瓦斯爆炸链式反应理论,采用47步反应机理,建立了填充有多孔介质材料的二维管道瓦斯爆炸数学模型。利用Fluent软件分别对充满体积浓度为9.5%甲烷-空气的空管道和铺设有多孔介质材料的管道模型进行数值模拟与对比分析,以研究瓦斯爆炸过程中火焰传播速度和爆炸压力波受到多孔介质材料的影响。结果表明:多孔介质材料的复杂孔隙增加了自由基与孔壁的碰撞几率,使能够参与反应的自由基减少,抑制火焰传播;一部分爆炸波被多孔介质材料吸收,且在微小孔洞中经过多次反射和散射,造成能量损失,使爆炸压力波降低。     

基于OPNET仿真平台的DSR协议性能研究

Ad Hoc网络的路由算法是在网络拓扑高度变化的情况下,无线自组网能否实现网络自组的关技术.本文介绍了AdHoc网络的基于源驱动的按需路由选择协议DSR,重点分析了基于OPNET的DSR模型的节点及其所支持的特性,并基于OPNET对全部采用固定节点的Ad Hoc网络,利用DSR作为其路由协议,分设场景进行仿真,对DSR协议随着节点数增多所表现出来的性能进行了比较和分析,最后总结了目前DSR协议存在的问题并提出了适当的改进建议.     

多视观测下雷达转台目标成像的关键参数估计

转台目标模型是逆合成孔径雷达等高分辨率雷达成像系统的基本模型,联合利用多视角观测数据可有效提高转台目标的成像分辨率.针对目标转速、多观测视角差等先验条件未知的转台目标观测情形,文中提出一种基于距离多普勒图像域散射中心位置提取的目标转速、等效旋转中心及各次观测视角差的顺序估计方法.进而,结合卷积逆投影(CBP)算法,形成雷达转台目标高分辨率融合成像的完整方案,取得了优于单视角观测的成像分辨率.同时,分析了参数估计方法的性能及影响性能的若干因素,并通过Monte Carlo仿真验证了性能分析结果.最后,数值实验结果进一步验证了所提供参数估计方法的有效性.     

基于多指标分析的路网单元抗震改造重要度评价

基于路网拓扑布局和桥梁结构属性,进行路段抗震提升重要度评价,可为公路交通系统震前加固改造、灾害应急准备等工作提供依据.本文采用4种不同特性的单元重要度评价指标:介数、连通概率灵敏度、路网震后通行时间和路网震前通行时间影响重要度,计算路段及其内部桥梁和道路单元的抗震提升重要度.为综合考虑多指标评价结果对单元重要度排序的影响,本文采用逼近理想排序法(TOPSIS)多属性决策方法评价路段的综合重要度.通过实例路网模型应用,分析了不同指标的特点,比较了单指标评价与多指标综合评价结果的差异.结果表明,不同指标的重要度评价结果存在明显差异,基于多指标分析的路段抗震改造重要度,综合考虑了网络拓扑结构、单元地震反应、单元通行能力、OD(起止点对)交通量的影响,为决策者提供了综合判别的依据.     

水生生物栖息地模拟方法及模型综述

水生生物栖息地模拟模型是用来描述某一环境对某一特定物种或群落栖息的适宜程度,通过结合物理生境因子时空分布模拟模型和栖息地适宜度评价指标体系,对主要影响特定物种或种群生存、繁殖的栖息环境进行综合影响评价.本文基于栖息地模型发展的历史,总结了水生生物栖息地模型的架构及构建步骤,系统梳理了国内外具有代表性的水生生物栖息地模拟方法及应用情况,并详细阐述了应用较多的几种生境适宜度评价方法,综合分析了栖息地模拟模型的优点和不足,并提出了水生生物栖息地模型未来的发展趋势.     

航天嵌入式软件可信性度量方法及应用研究

航天嵌入式软件的可信性是确保型号任务成功的重要因素.目前对航天嵌入式软件可信性评价均采用定性的方法,还没有针对航天嵌入式软件可信性的定量度量方法和模型.本文采用主观和客观相结合的方法,提出了一种面向航天型号软件的可信性度量模型及分级评价方法,通过航天软件的可信属性来研究软件的可信度和定量分析评价.基于该度量模型和方法对月地高速再入返回飞行器软件的可信性进行了度量评估,应用情况表明,航天嵌入式软件可信性度量模型及分级评价方法是合理的,科学的,能够有效评价软件的可信性并发现软件产品研制过程中需要加强的部分,对于航天型号软件研制水平的提高有重要的意义.     

基于模拟有限差分的嵌入式离散裂缝数学模型

嵌入式离散裂缝模型划分网格时不需要考虑油藏内的裂缝形态,只需对基岩系统进行简单的网格剖分,可以大大降低网格划分的复杂度,从而能够提高计算效率.并且该模型可以将现有成熟的油藏数值模拟技术和离散裂缝网络模型有机地结合起来,能精细地模拟流体在裂缝性油藏中的流动.本文模型求解采用模拟有限差分方法,该方法基于单个网格的节点和面信息构造数值计算格式,理论上适用于任何复杂网格系统,且具有良好的局部守恒性,将其推广到嵌入式离散裂缝模型后,克服了该模型基于有限差分方法求解时不能有效处理全张量形式的渗透率以及不适用于复杂边界形状裂缝性油藏的局限性.最后通过实际算例验证了本文方法的正确性和优越性.     

注塑成型模拟理论与数值算法发展综述

注塑成型数值模拟近20年取得了长足的发展,应用日益广泛,也面临模拟结果不准确、新方法与商业软件集成困难、微观机理考虑不足等问题与挑战.本文系统回顾注塑成型理论模型的发展历程和各阶段主要成果,简要介绍多尺度模拟方法,分析材料本构模型的特点及适用范围,阐明结晶对状态方程、本构模型的影响,评价求解注塑成型问题的数值方法的特点,指出黏性、黏弹性方法的差异,分析流动前沿追踪方法的优点与缺点,介绍一些特殊物理现象如喷泉流效应的模拟方法,以及充填流动的无网格法.基于现有理论、算法的分析与评价,结合塑料加工行业的实际需求,指出了注塑成型模拟的发展趋势和亟需解决的问题.     

基于复杂网络理论的水网节点重要性评价研究

复杂水网节点的重要性排序在工程应用中有重要实践意义,对于水网调度、安全管理有重要借鉴意义.为此,本文在复杂网络理论基础上,以山西大水网节点重要性排序问题为背景,对水网节点重要性评价进行研究.首先从整体角度出发,不考虑水网方向和干支斗毛级别差异,基于水网全局网络拓扑结构,从局部属性、全局属性、传播属性和网络位置四个方面定义了节点重要性评价指标.其次,分别根据这四个指标,对水网节点重要性进行排序分析,结合分析结果对网络位置指标进行了改进.然后,由于单指标评价结果不够全面且适用范围具有很大的局限性,给出了基于TOPSIS的多属性决策方法来综合评价节点的重要性.最后,考虑水网方向和级别差异,提出对水网进行干支斗毛级别划分,基于Page Rank算法对同一级别的有向赋权水网节点重要性评价进行研究.     

考虑压-弯-剪共同作用的退化桥墩抗震性能及地震易损性分析

服役中的桥梁往往处于氯离子侵蚀的恶劣环境,钢筋混凝土(RC)桥墩作为主要耗能构件,在受氯离子侵蚀后钢筋会发生锈蚀劣化,导致桥墩的抗侧向能力发生退化,进而使其抗震性能衰减.准确建立压-弯-剪共同作用(AFSI)的锈蚀RC桥墩数值模型,是实现桥梁全寿命抗震评估的前提.本文首先基于修正压力场理论(MCFT)和纤维截面模型以及锈蚀理论建立了考虑AFSI的退化桥墩模拟方法.然后,以AFSI数值模型为基础,对一座中等跨径RC桥梁的桥墩进行了全寿命周期的抗震能力分析.最后,建立了算例桥梁的有限元模型,进行地震易损性分析,并研究了剪切作用对桥墩损伤概率的影响.研究结果表明,本文提出的AFSI模拟方法可有效对锈蚀RC桥墩进行模拟;在桥梁全寿命周期内,桥墩的抗侧向能力和耗能能力发生退化;锈蚀作用提高了桥墩在地震作用下的损伤概率,不考虑剪切作用将高估桥墩的抗震性能,低估桥墩的损伤概率,该特征在强震和锈蚀程度较高的情况下越发显著.