尾砂级配的混沌优化

采用分形理论研究分级尾砂的级配.计算国内外大量矿山尾砂材料的分形参数,研究尾砂的分形级配与其胶结强度的关系.采用神经网络建立尾砂胶结强度与水泥质量分数、料浆浓度、尾砂颗粒分维数、孔隙分雏数及分维数相关率的知识库模型.研究结果表明,尾砂胶结强度与其分形级配相关;随着尾砂颗粒间孔隙分雏数减小,充填体强度增高;尾砂分雏数相关率越大,充填体强度越大.用所建立的神经网络知识库模型,利用Logistic迭代方程的混沌遍历特性,采用混沌优化方法研究使充填体达到最佳强度的选矿尾砂最优分级.根据采场脱水工艺,应用该方法,获得安庆铜矿选矿尾砂的最佳级配参数.工程应用结果显示,该方法年增加尾砂用量2.87万t,胶结充填体强度提高8%,为矿山年节约充填成本55.8万元.     

含硫充填体膨胀裂隙发育特性与单轴抗压强度的关联分析

含硫胶结充填体随着养护龄期的延长会出现膨胀开裂现象,存在明显裂隙的充填体试件再进行单轴抗压强度测试其结果十分离散,已不能有效地获得充填体力学参数.在室内进行配比试验,采用数字图像处理技术对得到的充填体表面裂隙图像进行二值化、去噪等预处理,而后计算其分形维数并分析其演化规律,且将分形维数与单轴抗压强度关联分析.研究结果表明:充填体试件面表的裂隙存在自相似性,表面裂隙越发育,其分形维数越大;分形维数与单轴抗压强度存在负相关关系,分形维数越小,其单轴抗压强度越高;分形维数可判别含硫充填体试件的完整性,当充填体表面裂隙的分形维数小于某阈值时,强度试验的结果更为可靠.     

考虑表面粗糙度和几何曲率的两球体接触问题

为探讨曲面结合面的接触机理,研究了两球体的法向接触问题。计入结合面虚拟材料厚度,对两球体点高副接触时形成的圆形接触区域进行了受力分析,在分析过程中尝试联合MajumdarBhushan平面模型和经典赫兹理论;采用Hardy在任一点处处不可求导的条件,严格证明了二维Weierstrass-Mandelbrot分形函数中分形维数D的整个取值范围为1≤D2。数值模拟表明:球体广义接触面积比不大于1;内接触时的球体广义接触面积比大于外接触时的,增加压紧力或减小结合面虚拟材料厚度均会增大球体广义接触面积比;内接触时的真实接触面积大于外接触时的,真实接触面积随着分形粗糙度、材料硬度或结合面虚拟材料厚度的增加而减小;随着分形粗糙度的增加,产生指定真实接触面积所需要的压紧力增加;当分形粗糙度增加时,微凸体的法向变形量和压紧力增大;对于给定的压紧力,当分形维数从1.4增加至1.5时,狭义接触面积比随之增加,当分形维数从1.5增加至1.9时,狭义接触面积比逐渐减小;内接触时的赫兹应力小于外接触时的。此项研究可为深入研究滚动轴承中球轴承的接触强度计算提供基础,所建立的球体接触分形模型具备通用性与实用性,可望丰富机械设计中机械零件接触强度的理论。     

平行轴圆柱副接触分析

将古典赫兹理论与现代Majumdar-Bhushan模型相结合,建立了两圆柱分形接触模型。考虑结合部虚拟材料厚度,以及引入圆柱接触面积比,对两圆柱线高副矩形接触面进行了受力分析。数值仿真表明:圆柱接触面积比不大于1;外接触时圆柱接触面积比小于内接触时;增加总载荷或减小结合部虚拟材料厚度都将增大圆柱接触面积比;外接触时实际接触面积小于内接触时;实际接触面积随着分形粗糙度、材料硬度或结合部虚拟材料厚度的增加而减小;随着分形粗糙度的增加,产生特定实际接触面积所需要的总载荷增加,微凸体变形量增大;对于给定总载荷,当分形维数从1.4增加到1.5时,实际接触面积相应增大,但当分形维数从1.5增加到1.9时,实际接触面积转而减小;内接触时的赫兹应力小于外接触时的赫兹应力。该研究结果可为进一步研究圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算提供参考。     

基于分形几何理论的粘着磨损模型

在对Ｍ－Ｂ接触分形模型改进的基础上,根据阿查得粘着磨损理论导出了基于分形参数的粘着磨损模型。根据该模型可知,当分形维数在某一范围时,磨损率随分形维数的减小崦迅速增大;而在另一范围内,磨损率随分形维数的增大而增大;当分形维数等于１．５时,磨损率达到最小值。当分形维数一定时,磨损率随尺度系数、磨损概率增大而增大,随材料性能参数的减小而增大;当其余各影响参数保持一定值时,磨损率随接触面积的增大而增大。     

基于分形几何理论的粘着磨损模型

在对Ｍ－Ｂ接触分形模型改进的基础上,根据阿查得粘着磨损理论导出了基于分形参数的粘着磨损模型。根据该模型可知,当分形维数在某一范围时,磨损率随分形维数的减小而迅速增大;而在另一范围内,磨损率随分形维数的增大而增大;当分形维数等于１５时,磨损率达到最小值。当分形维数一定时,磨损率随尺度系数。磨损概率常数的增大而增大,随材料性能参数的减小而增大;当其余各影响参数保持一定值时,磨损率随接触面积的增大而增大。     

混凝土中孔结构的分形维数研究

建立了分形模型来模拟水泥浆体的空间结构,在此基础上推导出了孔体积分形维数D和孔隙率P、孔径分布的关系式;根据所得公式预测混凝土的孔体积分形维数D在0到3之间,并且D值随孔隙率减小和孔径分布范围变宽而增大.同时运用压汞法(M IP)测定普通硅酸盐混凝土的孔结构,进行孔体积分形维数计算,发现孔体积分形维数与强度之间有比较好的相关性.     

基于分形级配理论的油井水泥体系设计及评价

针对目前油井水泥混合料配比设计困难、缺乏合理颗粒级配模型的现状,基于分形几何理论建立了颗粒群分形连续级配模型.利用激光粒度测试仪分析了级配原材料的粒径分布状况,并将分形级配模型与Andreasen方程进行对比,得到实现最紧密堆积的分形维数范围.结合塔里木现场要求取分形维数为2.561,优化设计出浆体密度为1.40 g/cm3的三元体低密度水泥浆体系,并对体系性能进行了室内评价.结果表明,该体系水泥石抗压强度(24 h)大于18.4 Mpa,养护压力对强度影响很小,水泥浆失水量和游离液含量较低,稠化和流变性能满足要求,体系稳定性好,验证了体系粒径分布的合理性和分形级配模型的可行性.     

腐蚀砂浆锚固体形貌特征及分形维数

在砂浆锚固体腐蚀物理实验过程中所获得扫描电子显微镜(SEM)图像的基础上,通过图像处理技术提取了砂浆锚固体微观形貌特征,利用分形理论对形貌特征进行了定量描述,并建立了分形维数和砂浆锚固体的宏观粘结强度之间的关系,最后进行压汞试验,并与SEM图像处理的结果作对比分析。结果表明:随着腐蚀时间的增加,受力工况和未受力工况下锚固体的孔隙率均成线性增大,孔隙数量逐渐减少,孔隙的分形维数逐渐降低,分形维数和孔隙率成负线性关系;随着分形维数的减小,砂浆锚固体的粘结强度先增大后减小。压汞试验的测试结果与图像处理的结果对比,发现误差在5%~7%范围内。     

基于絮凝体分形控制的絮凝动力学指标研究

针对目前絮凝工艺的动力学控制指标和絮凝体形态学研究的不足,基于分形理论,应用分形维数描述絮凝体的形成和成长,进行了絮凝动力学指标的研究.利用数学分析方法,推求絮凝体的密度和强度的表达式,得出絮凝体的密度和强度是分形维数的函数,同时絮凝体的强度与水体的能耗成反比.通过量纲分析方法,得出絮凝体分形维数是能耗GT与剪切强度Fr的函数,进而确立絮凝动力学控制指标为G、GT和Fr,以期为工艺设计和运行提供了科学依据,为实际工程应用提供了合理的指导.通过形态学和动力学两方面的研究表明,高效的絮凝过程需要控制一定的G、GT和Fr的递减梯度,并保证絮凝体达到一定的分形维数Df.     

基于分形维数的锚杆无损检测BP神经网络模型

笔者将分形维数的分析方法引入锚固系统的无损检测中,指出分形维数的大小是反射波在该小波分解频段能量大小的量度．在研究锚固系统无损检测反射波小波分解分形维数特征向量的基础上,确定了以锚杆反射波的原波维数、原波平均波幅以及小波包分解维数的8个波形分形维数共10个数值作为输入参数,以锚杆注浆密实度为输出参数的非线性BP神经网络预测模型．对三峡工程右岸地下电站试验锚杆进行训练,验证了锚杆密实度BP神经网络预测模型的合理性和可靠性．     

基于岩石节理分形特性的岩体稳定性智能辨识

 调查国内大量矿山地质资料,分析其矿岩节理裂隙数据,采用分形理论揭示岩体节理间距和产状分布的分形特性.采用混沌算法优化神经网络,建立矿岩稳定性与其岩石单轴抗压强度、单轴抗拉强度、内摩擦角、内聚力、弹性模量、岩体节理间距分形维数和节理产状分形维数的智能辨识模型,寻求岩体判别新方法.研究表明,岩体节理间距分形维数和产状分布分形维数可反映岩体节理空间分布的整体信息;节理间距分形维数越小,岩体完整性越好;产状分布分形维数越低,节理分散程度越小;即二者分形维数越小,岩体稳定性越好.智能辨识模型可以根据矿岩力学参数、岩体节理分形特征,预测不同地质条件下的岩体质量,为工程支护设计及施工提供依据.     

不同加载速率下胶结充填体损伤特性与 能量耗散特征分析

针对矿体回采所导致的充填体破坏可近似看作不同加载速率下的加载过程,在实验室开展了5种加载速率下的胶结充填体单轴压缩试验,在得到充填体应力-应变曲线的基础上,根据能量耗散原理及损伤力学,计算了不同加载速率下的充填体能耗值并构建了相应的损伤演化方程,研究了不同加载速率下胶结充填体的能量耗散与轴向压缩时间、应变间的内在关系,探讨了胶结充填体受压破坏的能量损伤演化过程.研究结果表明,不同于高强度的岩石,胶结充填体存在临界加载速率现象,当加载速率超过临界值后,充填体强度随加载速率增加而降低;充填体的峰前能耗量、峰后能耗量、单位体积应变能及总能耗量与加载速率呈二次函数曲线关系;充填体的总能耗量随轴向压缩时间、轴向应变的增大呈现Logistic函数形式增长规律,但加载速率的不同使得能耗值增长速率及充填体达到相同轴向变形所需能耗量存在明显差异;不同加载速率下充填体的压缩破坏均属同一类损伤过程,充填体受压破坏的能量损伤演化过程可划分为初始损伤、损伤稳定发展、损伤加速及损伤破坏4个阶段.     

分形模糊神经网络诊断方法研究和应用

从分形理论和神经网络原理出发,基于信号分形计算维数定义,以采样周期和分形计算维数两个坐标对信号特征进行合理地模糊化处理,提出分形维数隶属度特征量概念·以多时间尺度采样所获得的分形维数隶属度作为网络输入,单位矩阵为网络输出的分形模糊神经网络,建立了时域精确诊断新方法,通过对典型齿轮系统故障进行精确诊断,结果表明分形模糊神经网络诊断方法的有效性·     

减水剂对尾砂膏体的和易性与充填体强度影响研究*

充填料浆的和易性和充填体强度关系到充填采矿安全、经济与可靠。针对金川镍矿尾砂膏体充填管道输送中存在堵管问题,开展了泵送减水剂对膏体的和易性与充填体强度影响的试验研究。首先分析了膏体物料的物化特性和颗粒级配;然后采用金川镍矿尾砂膏体充填系统工业生产的技术参数,开展了添加不同泵送减水剂的膏体和易性、充填体强度易性以及流变特性的试验研究。结果显示,添加1%~2%的泵送减水剂不仅改善膏体的和易性,而且还能够提高充填体强度。膏体的和易性随着泵送随减水剂添加量的增加而提高,并且膏体浓度越高提高的效果越显著。但当泵送减水剂添加量达到3%时,充填体28d强度显著降低。综合泵送减水剂对充填体强度和膏体和易性影响的综合分析,确定1.5%~1.8%的泵送减水剂为膏体的最佳添加量。该研究成果为金川镍矿膏体充填系统料浆制备提供依据,已应用于金川矿山工业化生产。     

基于分形和神经网络相结合的土体冻胀量预测

根据土体的粒度分布具备分形性质的特征,通过理论分析和计算获得了所研究土体的分形维数,从而实现了土体结构特征的量化,为采用神经网络对冻胀量的预测过程中考虑士体的结构特征奠定了基础。在研究了BP神经网络的基础上,建立了其拓扑结构,采用L-M优化算法进行了迭代求解,预测结果与试验结果具有良好的一致性和吻合度,反映了土体冻胀过程的非线性特征和局部特征,弥补了理论模型和数值分析中无法考虑土体内部结构的缺陷,以及在预测中考虑土体的结构特征是必要的。     

基于GA-SVM模型预测减水剂对充填体强度的影响

 改善充填料浆的工作性能、提高充填体的强度和密实性是矿山充填法的研究方向之一。充填配比实验表明, 在充填材料的制备过程中加入适量的高效减水剂可以提高充填体的抗压强度。为得到经济、高效的减水剂添加参数, 以萘系、氨基、木钙和脂肪族4 种减水剂结合新型充填胶凝材料, 应用某矿山的全尾砂进行配比实验, 建立GA-SVM 预测模型进行优化选择。在优选过程中, 以4 种减水剂的添加量作为输入因子, 以充填体28 d 龄期单轴抗压强度作为综合输出因子, 根据室内试验, 建立训练、验证样本集;建立支持向量机(SVM)回归预测模型, 通过遗传算法(GA)对SVM 模型参数进行优化选择, 当4 种减水剂组合添加的质量分数依次为0、0.35%、0.30%、0.60%, 抗压强度预测值为4.20 MPa。与实验对比, 该模型预测结果的相对误差能控制在1%以下, 精确度较高, 为减水剂添加参数的优选提供了一种新思路。     

基于Matlab和粒子群算法的磨矿技术效率预测模型

研究了磨矿时间、干矿质量分数和充填率对锡石多金属硫化矿磨矿技术效率的影响.结果表明,在最优的磨矿参数条件下,即磨矿时间为8min、干矿质量分数为65%、充填率为42%时,锡石和硫化矿二元结构所对应的磨矿技术效率最佳.通过Matlab的广义回归神经网络(GRNN)计算程序建立了一种磨矿技术效率预测模型,利用粒子群算法对模型参数进行优化,并通过试验验证了模型的适用性和可靠性.     

基于测井数据的砂岩型铀矿异常识别BP神经网络方法应用

为了快速有效的获取砂岩型铀矿矿集区铀矿异常分布信息,以砂岩型铀矿异常的测井响应特征为理论依据,利用BP神经网络强大的非线性映射和学习能力,以已知铀矿矿化层信息为学习样本,构建3层BP(back propagation)神经网络模型。对松辽盆地大庆长垣南端某铀矿矿集区铀矿钻孔测井数据进行异常层和矿化层的识别提取,并将模型识别结果与已知矿化层信息进行分析对比。结果表明:BP神经网络模型识别准确率达86.55%,效果较好,矿化层的识别结果同已知矿化层信息重合度高,同常规的铀矿异常识别方法相比更加接近铀矿异常分布的形态。此方法能快速有效的获取未知孔的异常信息、降低人为解释工作带来的误差,具有较高的准确性,优势明显。BP神经网络技术应用于铀矿勘察工作中具有良好的前景。