基于人工神经网络的颗粒材料本构关系及边值问题研究

颗粒材料被广泛运用于工程实践中,通过数值模拟解决颗粒材料有关的边值问题,对于指导工程实践具有重要意义.通过应用人工神经网络算法,将基于离散颗粒模型的离散单元法与基于连续介质模型的有限单元法有机结合以求解颗粒材料边值问题,形成了一套新的、完整的模型及解决方案,即细观模型离线计算的细-宏观两尺度模型及求解系统.具体为：先基于离散单元法获取颗粒材料的主应力、主应变以及对应的应力-应变矩阵等数据;再将获取的数据利用人工神经网络算法构建在主空间上描述颗粒材料本构关系的人工神经网络模型;最后,通过用户自定义材料子程序UMAT将人工神经网络模型导入ABAQUS中求解颗粒材料边值问题.通过平板受压以及边坡稳定性数值试验,并与经典弹塑性模型求解结果进行对比,表明了训练后的人工神经网络模型能够有效地反映颗粒材料的本构关系,并能够运用于实践求解边值问题,验证了该求解方案的可行性.     

泥质盐岩单轴蠕变寿命研究

岩石流变力学的研究中，蠕变寿命是一个重要问题.由于长期蠕变试验资料的缺乏，难以估计蠕变破坏时间.该文进行了泥质盐岩单轴全应力 应变压缩试验，并采用陈氏加载法进行了单轴蠕变试验.对蠕变曲线进行了处理，获得了不同应力水平下的蠕变曲线簇，进而得到了等时应力-应变曲线簇.通过拟合分析，建立了等时应力-应变曲线割线模量随时间变化关系模型和等时应力 应变曲线的数学模型.对等时应力 应变曲线与全应力-应变曲线之间的关系进行了分析，获得了蠕变破坏强度和破坏应变分别与蠕变寿命之间的数学表达式.该文研究成果可以估计泥质盐岩的蠕变寿命、长期强度、长期模量、蠕变破坏线和蠕变终止线，对相关岩石流变寿命的估计具有借鉴意义.     

单轴拉伸条件下细观非均匀性岩石损伤局部化和应力应变关系分析

岩石在拉应力状态下的力学特性不同于压应力状态下的力学特性．利用细观力学理论研究了细观非均匀性岩石拉伸应力应变关系包括:线弹性阶段、非线性强化阶段、应力降阶段、应变软化阶段.模型考虑了微裂纹方位角为Weibull分布和微裂纹长度的分布密度函数为Rayleigh函数时对损伤局部化和应力应变关系的影响,分析了产生应力降和应变软化的主要原因是损伤和变形局部化.通过和实验成果对比分析验证了模型的正确性和有效性．     

高体积百分比颗粒增强聚合物材料的有效粘弹性性质

聚合物材料通常表现为粘弹性性质．为了改进聚合物材料的力学性能,通常将某种无机材料以颗粒或纤维的形式填充到聚合物中,从而得到增强、增韧的聚合物基复合材料．提出了一个新的细观力学模型,用于预测颗粒增强聚合物复合材料的有效粘弹性性质,尤其针对高体积百分比的颗粒夹杂复合材料,该方法基于Laplace变换和双夹杂相互作用的弹性模型．计算了玻璃微珠/ED-6复合材料的有效松弛模量以及恒应变率下的应力应变关系．计算结果表明在高体积百分比下该文方法比基于Mori Tanaka方法预测的粘弹性效应明显减弱．     

基于NARX神经网络方法的汽轮机转子关键部位应力预测

汽轮机启动过程中,对转子进行应力预测具有重要意义.为满足在线预测国产某350 MW超临界汽轮机转子关键部位应力的需要,提出了一种基于具有外部输入的非线性自回归(NARX)神经网络的应力预测方法.根据转子实际尺寸建立二维轴对称有限元模型,确定了相应的边界条件,并对有限元计算结果进行验证,得到了转子在冷启动工况下的温度场和应力场,确定了转子的危险点.再根据冷启动规则,构建了288个典型启动工况,并对每个启动工况分别进行有限元计算,获取了每个工况下机组运行参数以及转子危险点处应力的时间历程数据,进而建立了神经网络训练样本库,并使用NARX神经网络对危险点处应力进行预测.此基于NARX神经网络的预测方法可以准确预测出汽轮机转子危险点处的应力变化趋势,其预测值与有限元仿真结果吻合良好,可以满足转子应力在线预测的需求.     

压应力状态下细观非均匀性岩石的损伤局部化和应力应变关系分析

利用摩擦弯折裂纹模型研究了受压条件下细观非均匀性岩石的损伤局部化问题和全过程应力应变关系．模型考虑了裂纹相互作用对损伤局部化和全过程应力应变关系的影响,确定了损伤局部化发生的条件,分析了产生损伤局部化的原因．研究表明全过程应力应变关系包括线弹性阶段、非线性强化阶段、应力降和应变软化阶段．通过和实验对比分析验证了模型的正确性和有效性．     

基于智能化信息处理的建筑工程造价短期预测

提出了一种新的基于智能化信息处理的建筑工程造价短期预测模型.该模型首次利用数据的高阶统计信息,提出了改进独立分量分析技术.通过构建适用于建筑工程造价的属性重构空间,挖掘出表征能力更强的造价独立属性,用于神经网络的学习和训练,从而建立了全新的建筑工程造价短期预测智能模型.该模型通过发挥独立分量分析强大的信号分离能力,增强了神经网络的学习效率,提高了预测精度.实例数据验证了文中所建模型的有效性.     

有限变形下的等效应力和等效应变问题

重点讨论了在有限变形条件下，弹塑性理论中的等效应力、等效应变是否仍然成立．选择了平面应力和平面应变下的单向压缩应力状态，对这一问题进行了探讨．在这两种应力状态下，在众多的应力应变描述中，对数应变与旋转Kirchhoff应力得到的应力应变曲线与实验数据符合良好．     

图神经网络

近年来,随着海量数据的涌现,可以表示对象之间复杂关系的图结构数据越来越受到重视并给已有的算法带来了极大的挑战.图神经网络作为可以揭示深层拓扑信息的模型,已开始广泛应用于诸多领域,如通信、生命科学和经济金融等.本文对近几年来提出的图神经网络模型和应用进行综述,主要分为以下几类:基于空间方法的图神经网络模型、基于谱方法的图神经网络模型和基于生成方法的图神经网络模型等,并提出可供未来进一步研究的问题.     

基于知识的模糊神经网络的旋转机械故障诊断

提出了一种基于知识的模糊神经网络并用于故障诊断．首先基于粗糙集对样本数据进行初步规则获取,并计算规则的依赖度和条件覆盖度,然后根据规则数目进行模糊神经网络结构部分设计,规则的依赖度和条件覆盖度用于设定网络初始权重,而用遗产算法对神经网络输出参数进行优化．这样的模糊神经网络称为基于知识的模糊神经网络．使用该网络对旋转机械常见故障进行诊断,结果表明,和一般模糊神经网络相比,该网络具有训练时间短而诊断率高的特点．     

基于特征正交分解的材料微结构参数化表征模型及等效性能优化设计

随着计算能力的不断发展,近年来基于材料微结构图像的材料等效性能数值模拟越来越受到学者们的重视.在此背景下,提出了一种针对材料微结构图像的高效参数化表征模型.通过特征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)对已有材料微结构图像数据进行特征分析,得到近似描述该类材料微结构的特征缩减基.应用移动最小二乘(moving least squares,MLS)法建立特征缩减基映射系数的响应面模型,拟合得到任意给定参量相应的缩减基映射系数.利用拟合缩减基系数可获得任意给定参量对应的微结构图像矩阵.该参数化表征模型被用于表征含椭球夹杂的两相材料(2-phase composite)的二维情形, 并进一步应用于这类复合材料宏观等效力学性能的优化设计.     

混凝土轴拉加卸载随机损伤模型的建立与试验验证

为了分析及深入探讨混凝土在受拉加载及卸载情况下的力学特性,基于随机损伤本构关系提出了一种混凝土轴拉加卸载模型,推导出了混凝土加卸载的应力 应变关系表达式.为了印证理论表达式,进行了混凝土轴向拉伸及加卸载的试验研究,测得了混凝土的材料参数及其相应的轴拉加卸载应力-应变曲线.结合模型的计算结果,对混凝土的轴拉加卸载试验结果进行了对比分析,结果表明:混凝土轴拉加卸载模型能够预测混凝土的极限强度,同时能描述混凝土的强度软化、加载过程中的弹模折减及卸载后的塑性变形.     

Effect of cellular structure on the mechanical properties of plastic foams

A generalized equation for the compressive stress-strain diagrams of plastic foams is derived on the basis of a 14-faced model of the cell. The results obtained make it possible to predict the polymer base and type of cellular structure required to obtain a foam with predetermined mechanical properties in compression. The calculated values are shown to be in satisfactory agreement with the experimental data.Vladimir Scientific-Research Institute of Synthetic Resins. Translated from Mekhanika Polimerov, No. 4, pp. 594–602, July–August, 1970.     

改进的卷积神经网络源代码相似性度量方法

源代码相似性是指不同代码段功能上的相似程度,是软件工程领域一项重要的研究问题.现有的方法主要从文本、结构两方面,利用代码的统计学特征计算相似性,其最大缺点就是无法表达代码的语义特征.为解决此类问题,提出了一种融合统计信息的卷积神经网络（statistics information for code embedding convolutional neural networks, SICE-CNN）源代码相似性检测方法.该方法首先通过词嵌入对源代码进行信息表示,获取代码的词嵌入向量信息;其次,构建CNN训练模型学习源代码文档的嵌入表示;最后,计算源代码对的余弦相似值.实验表明,该方法和一般词嵌入方法相比提高了一定的性能,能较好地检测源代码的语义相似性.     

Linear feature-weighted support vector machine

The existing support vector machines (SVMs) are all assumed that all the features of training samples have equal contributions to construct the optimal separating hyperplane. However, for a certain real-world data set, some features of it may possess more relevances to the classification information, while others may have less relevances. In this paper, the linear feature-weighted support vector machine (LFWSVM) is proposed to deal with the problem. Two phases are employed to construct the proposed model. First, the mutual information (MI) based approach is used to assign appropriate weights for each feature of the whole given data set. Second, the proposed model is trained by the samples with their features weighted by the obtained feature weight vector. Meanwhile, the feature weights are embedded in the quadratic programming through detailed theoretical deduction to obtain the dual solution to the original optimization problem. Although the calculation of feature weights may add an extra computational cost, the proposed model generally exhibits better generalization performance over the traditional support vector machine (SVM) with linear kernel function. Experimental results upon one synthetic data set and several benchmark data sets confirm the benefits in using the proposed method. Moreover, it is also shown in experiments that the proposed MI based approach to determining feature weights is superior to the other two mostly used methods.     

水合物沉积物的力学本构模型及参数离散元计算

为有效描述水合物沉积物在不同水合物饱和度与围压情况下的力学行为,该文基于广义Hooke(胡克)定律建立了水合物沉积物的应力 应变关系方程和弹性模量弱化方程;基于三轴压缩试验确定了水合物沉积物的软化系数和软化指数,基于颗粒流程序（PFC3D）开发了水合物沉积物初始弹性模量的离散元算法（DEM）.利用建立的应力 应变关系方程、弹性模量弱化方程和初始弹性模量DEM,数值模拟了水合物沉积物在6种不同水合物饱和度与围压情况下的力学行为.数值模拟结果与三轴压缩试验结果的对比表明,建立的应力 应变关系方程、弹性模量弱化方程和初始弹性模量DEM,能有效预测水合物沉积物的力学行为,可为水合物井筒设计与安全开采提供理论基础和计算方法.     

Application of optimization methods for finding equilibrium states of two-dimensional crystals

A two-dimensional model of a multilayer material and a procedure for simulating its properties based on global optimization methods are proposed. This model is applied for the case of a two-dimensional crystal. Global minima of the interaction energy of the material’s atoms are found, and geometric characteristics of its corresponding equilibrium states are described. The resulting lattices, in particular graphene’s lattices, agree with experimental data, which confirms the validity of the proposed approach. This approach can be extended to a wider class of layered structures, and it can be used for determining the mechanical properties of materials.     

Rolling element bearing diagnosis based on probability box theory

Feature extraction leads to the loss of statistical information of raw data and ignores the sampling uncertainty and the fluctuations in the signal over time in mechanical fault diagnosis. In this paper, novel modeling methods for mechanical signals based on probability box theory were proposed to solve the above problem. First, the type of random distribution of the bearing signals were analyzed. Then, a Dempster-Shafer structure was obtained to establish a probability box model. To address the identification difficulty of the type of random distribution for the bearing signals, a second probability box model was established based on a vector consisting of features from the bearing signals. If the data are not found to follow a random distribution, a third modeling method based on the definition of probability boxes was proposed. The effectiveness and applicability of the three proposed models were compared with experimental data from rolling element bearings. The combination of probability box theory and mechanical fault diagnosis theory can open up a new research direction for mechanical fault diagnosis.     

六关节机械臂运动路径设计

就关节式机械臂指尖在任意两点间移动、沿固定曲线移动、机械臂绕开障碍物执行任务以及参数优化等问题展开研究.首先确定了自由度组合到指尖空间位置的映射,建立了求解上述问题的最小二乘模型、泛函条件极值模型,并给出了数值解法.最后,结合图像处理等技术,对各参数的优化设计提出了改进措施.