非保守非线性刚-弹-液-控耦合分析动力学及其应用研究

非保守非线性刚-弹-液-控耦合分析动力学是与航天动力学和多体动力学相关的重要研究课题之一, 研究这一理论和应用课题具有重要理论意义和实际应用价值. 本研究建立了非保守非线性两类变量的刚-弹-液-控耦合分析动力学的Hamilton型拟变分原理, 并以该Hamilton型拟变分原理的泛函为依据, 分析了刚-弹-液-控耦合中的刚-弹耦合、刚-液耦合与弹-液耦合、控-刚耦合的特点. 借助于Lagrange-Hamilton体系, 从Hamilton型拟变分原理出发推导出非保守非线性刚-弹-液-控耦合系统的Lagrange方程, 并应用该Lagrange方程推导出系统的控制方程. 进一步以该控制方程为依据, 分析了刚-弹-液-控耦合中的刚-弹耦合、刚-液耦合与弹-液耦合、控-刚耦合的机理. 从两个方面概要地研究了非保守非线性刚-弹-液-控耦合系统的Lagrange方程的应用: 一方面, 应用该Lagrange方程建立了相应的有限元计算模型, 分析了这类计算模型的优越性; 另一方面, 应用系统的控制方程对实际问题进行解析的分析讨论, 说明了应用解析的分析讨论来研究问题与应用数值的、定量的分析方法来研究问题的互补特性. 最后, 讨论了几个相关的问题.      

土坡中的优势结构面分析

把岩体结构控制理论和优势结构面理论应用到土坡中 ,对土坡中的优势结构面进行了系统的研究。研究表明 ,土坡变形破坏主要是受其中优势结构面所控制的。     

基于互联网的转台远程控制监视系统

提出了一种以互联结构基础的远程控制监视系统，使工作人员能够在互联网的任何一个节点上对转台进行远程控制监视，完成调试与诊断任务。这套系统利用控制逻辑与控制表示逻辑分离的思想实现系统拓扑分布于互联网上的结构，并利用发送端自适应调整接收端驱动的流控管理方案，保证控制的实时性和对互联网通讯时延和阻塞的鲁棒性。     

优势面等级灰色聚类评价

在以往的优势面分级的基础上,本文利用灰色聚类方法对控制大型工程区域稳定性的优势面等级进行了评价,使优势面等级分类的定量化更为可靠和可信。与以往的评价方法相比,灰色聚类方法克服了严格数值界限的弊病,是一种有价值的评价方法。     

微流控器件中的多相流动

微流控技术及微流控器件是近年来发展迅速的多学科交叉研究领域,相比于传统方法,微流控技术能够实现对微量多相流体的精准操控,可应用于化学分析、先进材料合成、蛋白质结晶、单细胞培育及检测、信息处理等领域。该文回顾微流控器件中的多相流动现象,概述其所涉及的流体力学机理,阐述实现多相微流控的各种方法,并分析多相微流控技术的应用现状及面临的挑战,最后总结针对多相微流动问题的数值模拟方法和实验测量技术,展望多相微流控器件的研究方向及应用前景。     

南京石膏矿特大突水灾害机理研究

发生于2006年9月11日的南京石膏矿特大突水灾害不仅改变了矿区及外围的地下水流场, 并引发了矿区地面沉降变形, 对地表附属物产生了一定的破坏作用, 造成了包括矿山关闭在内的巨大财产损失。南京石膏矿涉及典型的深部矿山地质工程问题, 影响地下开采稳定、矿山灾害和环境问题的主要因素是矿体及围岩的岩性结构及岩体结构构造, 特别是断裂构造及其影响带裂隙发育情况、富水性、导水率。围岩的岩溶强烈富水带的存在是矿坑突水的直接水源; 矿体的软岩特性、矿山开采扰动使采场周围的应力场重新分布、开采对断裂构造及裂隙带等结构体的活化作用都加剧了突水灾害的发生。     

大型柔性航天器动力学与振动控制研究进展

随着航天重大工程的逐步实施,航天器正朝着超高速、超大尺度、多功能的方向发展,其面临的发射和运行环境也更加恶劣.航天器发射过程中的振动及其主/被动控制、在轨运行中大型柔性航天器动力学建模与动态响应分析、结构振动与飞行器姿态的混合控制等问题越来越复杂且难于处理;航天器结构的大型化和柔性化(如大阵面天线和太阳翼等)也对其地面试验和半实物仿真提出了挑战.本文着重介绍大型柔性航天器涉及到的动力学与振动控制问题,包括航天器发射过程中的整星隔振,大型柔性结构动力学建模与振动响应分析,大型柔性航天器的结构振动与姿轨控耦合动力学及其混合控制等.提炼出航天动力学与控制领域中亟待解决的若干基础科学问题,包括:多刚柔体系统动力学建模与模型降阶(涉及大变形柔性体动力学建模、多求解器合作仿真、模型降阶、组合结构动力学建模的解析方法等);复杂结构状态空间模型构建方法与能控性(涉及状态空间模型构建的理论与实验方法、复杂结构振动控制系统的能观性与能控性等);航天器姿态运动与大型柔性结构振动的混合控制律设计(涉及姿态机动与结构振动的鲁棒混合控制、执行机构与压电控制器的协同控制等).      

微流控器件中的多相流动

微流控技术及微流控器件是近年来发展迅速的多学科交叉研究领域.相比于传统方法, 微流控技术能够实现对微量多相流体的精准操控, 可应用于化学分析、先进材料合成、蛋白质结晶、单细胞培育及检测、信息处理等领域. 该文回顾微流控器件中的多相流动现象, 概述其所涉及的流体力学机理,阐述实现多相微流控的各种方法, 并分析多相微流控技术的应用现状及面临的挑战, 最后总结针对多相微流动问题的数值模拟方法和实验测量技术, 展望多相微流控器件的研究方向及应用前景.      

考虑蠕变效应的页岩气水平井控压生产增产机理研究

页岩储层具有基质渗透率低、天然裂缝发育复杂等特点,主要采用多段压裂水平井的方式进行开发.页岩气井的生产分为放压生产和控压生产两种方式,目前学者们普遍认为控压生产能够增加EUR,且应力敏感性是控压生产效果优于放压生产效果的主要原因.文章在考虑基质和裂缝应力敏感的基础上,进一步考虑基质岩石的蠕变效应,建立变压蠕变影响的嵌入式离散裂缝模型,通过数值模拟方法分析应力敏感和蠕变效应对不同生产方式生产效果的影响.结果表明,只考虑应力敏感时,放压生产优于控压生产,只有考虑蠕变效应时,控压生产效果才会优于放压生产,抑制页岩的蠕变效应是控压生产提高气井EUR的机理之一.随控压时长的增加,气井EUR呈现先增加后降低的趋势,控压生产存在一个最优值;基质蠕变参数越大、人工裂缝导流能力越高、基质渗透率越小、吸附体积越小、控压生产增产的效果越好.本研究从机理上解释了控压生产的增产机理,为页岩气井的生产制度优化奠定了基础.     

三山岛金矿矿区地应力场特性研究

三山岛金矿位于山东省莱州湾畔，矿区的工程地质条件及水文地质条件比较复杂，因此对于矿山地下开采存在某些特殊的地质工程问题。本文分别来用地质力学构造线分析方法，现场地应力量测及声发射凯萨尔效应实验方法，研究了矿区的地应力场特性。结果表明，矿区的地质构造应力为Ｎ４０°Ｅ左右，σＮＥ＝１１０ｂａｒ左右，σＮＥ：σＶ：σＮｗ＝１：０．９：０．６５。这为矿山地下开采的稳定性评价提供了基本的力学参数。     

多煤层开采覆岩破断过程的模型试验与数值模拟

首先分析了研究区煤矿山西组煤层剖面和水文地质特征,针对多煤层联合开采的特点和覆岩的工程地质特征,采用工程地质力学模型实验、数值模拟计算相结合的综合研究方法,分析了多煤层开采的采动影响及岩层动态断裂机理,得出了有关岩层移动参数和多层煤同采时应力分布状态,计算得到了多煤层开采垮落带与导水裂隙带的发育高度分别为32m和81.5m,导水裂隙带高度影响范围已经达到风化带,未形成切冒,局部穿透粘土层。     

红层与煤系复合结构覆岩采动破坏分析及其应用

许多矿区煤层采动影响范围内的覆岩层由红层和煤层共同构成。本文研究了山东省太平煤矿东区二叠系 3号煤层覆岩破坏和防水煤柱留设的问题 ,在对上覆第四系水文地质条件分析的基础上 ,对红层和煤系复合结构覆岩的工程地质特征和破坏状况进行了分析 ,确定了合理的防水煤岩柱高度 ,并经过开采验证 ,避免了水害发生.     

金川矿区深部高应力矿床开采关键技术研究与发展

金川矿区是我国唯一一座大型有色矿产资源生产基地。该矿体埋藏深、地应力高和围岩破碎所固有的不利条件,使得矿床在开采过程中面临极大困难。随着开采的延深,开采面积扩大,采场地压显现日趋剧烈,揭示和研究深埋、大面积采场的地压显现规律以及控制技术,是该类难采矿床安全、高效开采的关键。金川矿区自建矿30多年来,开展了大量的地压规律与控制技术的研究,积累了丰富的工程经验,解决了生产中的难题,使得矿山一期工程得以顺利实施。然而,随着二期工程的进展,尤其多中段开采水平矿柱日趋变薄的开采条件下,采场地压活动极为剧烈,巷道变形难以控制,并潜在着采场突变失稳的风险。本文在总结国内外难采矿床采场地压规律和控制技术研究的基础上,深入论述了金川1#矿体开采存在的问题、潜在的风险以及需要解决的关键技术难题。并明确了数值分析、现场监测与工程经验集于一体的动态反馈系统工程方法,是解决复杂采矿工程的必由之路。     

一种平行曲柄连杆扑翼机构的设计、优化与实现

提出了一种来自于昆虫结构启发的平 行曲柄连杆的扑翼机构. 该机构依靠两组平行布置的曲 柄连杆和连杆间的翼面控制机构实现, 既能够保证扑翼运动左右翼面的对称性, 又能够实现挥拍 攻角的调节和控制, 采用MATLAB的非线性优化工具对该扑翼机构进行了运动参数的 优化, 并设计制作了大比例的实物扑翼模型进行测力分析. 结果验证了这种扑 翼机构能够给出非定常高升力.     

论地质灾害防治工程的地质观与工程观

概括前人的经验, 结合作者个人的实践, 本文较详细地讨论了地质灾害防治工程的地质观念与工程观念。提出地质观的核心问题是地质灾害体的变形破坏力学机理分析, 工程观观与工程观运用的最佳耦合。文中还讨论了超前预测的作用, 监测反馈与工程效果检验的关系, 以及地质工程师与设计工程师的关系等, 最后以链子崖危岩体防治工程为例进行了说明。     

新型锚管构架在边坡加固中的应用

针对边坡病害治理工程往往存在工期紧、施工场地受限等特点,研究了一种用于边坡加固的新型结构,即锚管构架。介绍了锚管构架的组成和特点,基于Winkler理论,建立了锚管构架的力学计算模型,并编制了弹性杆系有限元计算程序。将锚管构架应用于西气东输管道沿线某填土边坡的病害治理中,结果表明,按照Winkler理论建立的计算模型较好的反映了锚管构架实际的受力和变形形态,输气管道的安全运营得到了保障。     

深部回采巷道围岩零应变交界圈现象的模型试验研究

以淮南矿区口孜东矿深部回采巷道为工程背景,采用真三轴模型试验装置模拟了从浅埋静水压力、深埋静水压力、初掘采动应力(K=1.5为1.5倍900m埋深静水压力,后同)到回采动压(K=2~3)等不同应力条件下,大、小两种尺寸的直墙拱形回采巷道围岩应变状态,获得了浅埋条件下巷道围岩浅部拉应变、深部零应变,以及深埋静水压力及初掘采动应力下,巷道围岩出现"零应变交界圈"现象及深埋回采高应力下非线性大应变的围岩应变特征。应变监测结果反映了深部回采巷道围岩变形破坏的动态演化过程,为巷道的稳定性控制提供了一定的思考。     

控制混沌振动的逆系统方法

本文研究了控制混沌振动的逆系统控制。建立了单自由度混沌振动的逆系统控制。以一个呈现混沌姿态运动的航天器动力学模型为例说明了该控制律的应用。最后将该控制律多自由度非线性动系统。     

不连续机械系统混沌运动的控制

首先指出：预紧弹性约束，干摩擦等不连续力学因素将导致系统Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射在控制目标附近不可微，故ＯＧＹ等控制策略无法胜任这类系统的混沌运动控制。为控制这类系统的混沌运动，提出了由实验数据区分所合Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射以及分区进行极点配置形成控制策略。对具有预紧弹性约束的受迫振子的仿真实验表明，这种控制策略是成功的。     

采动岩体的流变与控制技术

指出采矿工程中岩体的稳定性研究焦点是破裂岩体的流变与控制技术,这给固体流变学研究带来严峻挑战和发展良机,本文较为全面地 采矿工程中巷道围岩变形,采场覆岩运动,岩层移动与围岩突出中的流变现象,以及与之相应的传统理论与控制技术,并为岩石流变学研究指出了新的发展方向。