基于动态响应参数的点阵桁架夹芯板脱焊损伤检测数值方法研究

点阵桁架夹芯板作为一种特殊的超轻多孔材料,具有广阔应用前景。针对其加工和服役过程中经常发生的脱焊损伤,本文提出一种基于结构振动特性进行金字塔型点阵桁架夹芯板无损评价的方法。首先,基于有限元理论对夹芯板在不同损伤状态(损伤个数、位置)下的振动特性进行数值模拟;然后基于计算所得振动特性参数,运用切比雪夫多项式逼近法计算相应均布载荷曲面的曲率,进而通过此参数与原始未损伤模型参数作差进行损伤识别;最后运用曲面拟合算法解决该检测方法对原始未损伤模型参数的依赖性问题。数值计算结果表明:四周简支金字塔型点阵桁架夹芯板中存在损伤时,损伤前后结构损伤位置处的均布载荷曲面的曲率差值比较明显,基于此差分方法可精确识别各种损伤状况下夹芯板脱焊损伤的位置和数量;利用曲面拟合算法可以消除损伤结构参数中因损伤造成的尖点,从而不需以原始未损伤模型参数为依据即可精确识别损伤。     

炭黑填充天然橡胶Mullins效应的仿真与计算分析

通过有限元分析软件Abaqus、Matlab数据拟合工具及单轴拉伸试验,研究了Yeoh本构模型、Ogden本构模型及伪弹性理论模型对炭黑填充天然橡胶的Mullins效应仿真效果及规律。结果表明,(1)对单轴拉伸主加载曲线的拟合,Ogden模型精度更高,而Yeoh模型随着炭黑含量的增加在小变形处的拟合效果变差;(2)提出了伪弹性参数与伸长比之间的关系,找到了一种快速计算伪弹性参数的方法,且精度良好,极大地提高了计算效率。     

基于k_w-θ_w关系的非饱和土水力梯度模型

水力梯度计算是研究渗流问题的重要一环,对于非饱和土而言,含水率的变化使得渗透系数不再是常数,水力梯度计算更加困难.本文基于一维稳态流下连续性方程,结合具体的kw-θw关系,分别获得了基于Gardner模型、Davidson模型和Compbell模型的水力梯度模型.最后通过算例对不同的水力梯度模型进行对比分析.研究结果表明:基于Gardner模型的水力梯度模型为具有双拟合参数的幂函数,基于Davidson模型的水力梯度模型为具有单拟合参数的指数函数,基于Compbell模型的水力梯度模型为具有单拟合参数的幂函数.通过对Lakeland细砂水力梯度与含水量关系模拟计算表明,基于Gardner模型的水力梯度模型在计算细砂水力梯度上效果最佳,基于Davidson模型和Compbell模型的水力梯度模型由于均引入了饱和渗透系数和饱和体积含水率而具有更明确的物理意义.     

描述鱼鳍材料松弛特性的分数Zener模型

鱼鳍在游动中起到了推进和控制的作用, 研究鱼鳍的力学性质对研究鱼类游动中高效率的来源具有重要意义. 本文对鲫鱼尾鳍鳍条进行了松弛实验, 松弛时间为300\,s,力随时间表现出较明显的衰减, 表明鱼鳍具有黏弹性性质. 采用分数Zener模型拟合实验数据, 并将拟合结果与3参数和5参数线性模型拟合结果比较, 发现3参数线性模型拟合效果较差, 分数Zener模型和5参数线性模型都较好地拟合了松弛曲线, 但分数Zener模型具有使用参数更少的优点.      

一个基于塑性的损伤本构模型的参数辨识

研究了一个用于混凝土的基于塑性的损伤模型本构参数辨识问题。把从实验获得的应力-应变曲线与数值计算中获得的应力-应变曲线的差别,作为局部水平上最小二乘法的目标函数。为了求解这个反问题,局部水平上求解损伤弹塑性正问题的子程序被嵌入到本文的反问题的迭代格式之中。灵敏度系数矩阵是通过有限差分方法近似计算得到的。给出的数值计算例子计算了单轴压缩试验结果的参数辨识问题。采用反分析得到的模型参数值,对单向拉伸及三种不同侧压作用下的压缩试验进行了数值模拟。数值结果表明:本文采用的应力反分析计算格式稳定,且具有合理的准确性,数值计算得到的应力-应变结果可以较准确地拟合实验曲线。     

110甲基乙烯基硅橡胶材料参数的确定

应用INSTRON5544对110甲基乙烯基硅橡胶材料进行了单轴大变形压缩的力学特性测试。本文根据已有的Mooney-Rivilin模型和Yeoh模型的本构关系,采用泰勒级数展开的办法获得了基于小变形的本构关系表达式。利用本文所得本构关系,将实验数据进行了非线性拟合处理,得到了相应的Mooney-Rivilin模型和Yeoh模型的材料参数。拟合所得的名义应力-应变曲线与实测的名义应力-应变曲线吻合较好。利用非线性拟合所得的Mooney-Rivilin模型和Yeoh模型的材料参数,应用ABAQUS软件进行有限元分析计算。通过有限元的分析计算,验证了Mooney-Rivilin模型和Yeoh模型材料参数的正确性与可行性。     

非嵌入式多项式混沌法在爆轰产物JWL参数评估中的应用

介绍了非嵌入多项式混沌法的数学模型,给出了非嵌入式多项式混沌法进行不确定度量化的主要步骤。采用此方法研究了平面、散心爆轰问题数值模拟中, JWL模型参数R₁、R₂服从均匀分布的随机变量时所引起的爆轰过程计算结果的不确度性,着重分析了爆轰传播过程中压力与密度的统计特性。研究结果表明,非嵌入式多项式混沌法可以为模型输入参数不确定性的传播对输出结果响应量的影响建立一种有效不确定度评估方法,为使用JWL模型时选取参数提供参考。     

高压气体驱动二级轻气炮发射过程的数值模拟方法及应用

二级轻气炮是一种常见的超高速发射装置,多年来其数值研究大多采用简化一维模型,鲜有三维有限元模型。以14 mm口径高压气体驱动二级轻气炮为研究对象,采用耦合欧拉-拉格朗日（coupled Eulerian-Lagrangian, CEL）算法,根据膜片破裂与否,将二级轻气炮模型解耦为2个分级三维数值模型。为确定实验难以测得的参数（材料摩擦因数和膜片破膜压力）,设计正交试验,拟合确定活塞与泵管间摩擦因数为0.82,弹丸与发射管摩擦因数为0.30和膜片破膜压力为11.73 MPa。正交结果表明,摩擦因数对计算结果影响较大,在高压气体驱动二级轻气炮的计算中不应忽略。通过上述方法建立数字化高压气体驱动二级轻气炮,完整复现气炮发射过程,计算的弹丸终速与实验结果吻合度高。选取验证工况详细分析了气炮发射过程内流场变化,并呈现关键时刻的压力云图。该气炮简化方法、分级思想和关键参数确认方法可推广应用于固体发射药驱动、爆轰驱动等其他驱动形式的二级/多级轻气炮。     

基于落震试验的油—气式起落架气体压缩多变指数变化规律研究

气体压缩多变指数是油气式起落架缓冲性能计算中的重要参数。通过对某型飞机油气式起落架落震试验中气腔压力数据的监测,对不同落震投放高度下气体压缩多变指数进行识别。利用最小二乘法,对多变指数变化曲线进行三次拟合,得出活塞杆压缩过程中气体多变指数的变化规律。本文建立了某型飞机起落架落震试验仿真分析模型,将拟合曲线引入仿真计算模型,对比了定常多变指数计算模型和非定常多变指数计算模型仿真结果。相对于定常多变指数模型,非定常多变指数计算模型仿真结果和试验对比误差小于定常多变指数计算模型,提高了仿真分析精度。     

城市快速路交通流速密关系模型优化研究

从实测得到的210920中国城市快速路“车速-车头间距”数据中, 选取包含26773条数据的3个样本作为不同类型交通流的代表, 对多个交通流“速-密关系”模型 进行参数优化和拟合优度比较研究, 给出优化模型参数的定性和定量规律. 修正形式的 Kerner-Konhauser平衡函数和Payne平衡函数通过参数优化, 分别在畅通和拥挤条件下具有 优度相对最高的拟合结果, Greenshields模型(等价地, m=3时的一维管流模型)则对介于 两种条件之间的实测数据具有优度相对最高的拟合结果.     

Empirical correlation study of dryout heat transfer at high pressure using high order neural network and feed forward neural network

A hybrid high order neural network (HHONN) and a feed forward neural network (FNN) are developed and applied to find an optimized empirical correlation for prediction of dryout (DO) heat transfer. The values predicted by the HHONN and FNN models are compared with each other and also with the previous values of empirical correlation. HONN successfully provides an efficient open-box model of nonlinear input–output mapping which provides easier understanding of data mining. By removing the hidden layers, HONN structures become simpler than FNNs and initialization of learning parameters (weights) will not be catastrophic. The RMS results show that the HHONN model has superior fitting specification for prediction of DO heat transfer problem compared to the other prediction methods.     

基于Labview实现二频机抖激光陀螺角随机游走系数的计算

国军标法和Allan方差法是目前用于计算二频机抖激光陀螺角随机游走系数最常用的两种方法,基于Labview对两种方法分别编程并予以实现,计算结果表明两种方法计算出来的结果几乎相等,具有等价性;但在数据处理的过程中发现用国军标法得到的拟合系数有时为负,针对这一现象通过理论分析发现目前数据处理方法的不完善是导致国军标法拟合系数有时为负的根本原因,对现有方法提出改进并基于Labview编程实现,实验结果表明：改进后的数据处理方法不仅解决了国军标法拟合系数有时为负这一问题,而且拟合误差降低了近一个数量级。     

Using a piecewise linear bottom to fit the bed variation in a laterally averaged,z‐co‐ordinate hydrodynamic model

In developing a 3D or laterally averaged 2D model for free‐surface flows using the finite difference method, the water depth is generally discretized either with the z‐co‐ordinate (z‐levels) or a transformed co‐ordinate (e.g. the so‐called σ‐co‐ordinate or σ‐levels). In a z‐level model, the water depth is discretized without any transformation, while in a σ‐level model, the water depth is discretized after a so‐called σ‐transformation that converts the water column to a unit, so that the free surface will be 0 (or 1) and the bottom will be ‐1 (or 0) in the stretched co‐ordinate system. Both discretization methods have their own advantages and drawbacks. It is generally not conclusive that one discretization method always works better than the other. The biggest problem for the z‐level model normally stems from the fact that it cannot fit the topography properly, while a σ‐level model does not have this kind of a topography‐fitting problem. To solve the topography‐fitting problem in a laterally averaged, 2D model using z‐levels, a piecewise linear bottom is proposed in this paper. Since the resulting computational cells are not necessarily rectangular looking at the x–z plane, flux‐based finite difference equations are used in the model to solve the governing equations. In addition to the piecewise linear bottom, the model can also be run with full cells or partial cells (both full cell and partial cell options yield a staircase bottom that does not fit the real bottom topography). Two frictionless wave cases were chosen to evaluate the responses of the model to different treatments of the topography. One wave case is a boundary value problem, while the other is an initial value problem. To verify that the piecewise linear bottom does not cause increased diffusions for areas with steep bottom slopes, a barotropic case in a symmetric triangular basin was tested. The model was also applied to a real estuary using various topography treatments. The model results demonstrate that fitting the topography is important for the initial value problem. For the boundary value problem, topography‐fitting may not be very critical if the vertical spacing is appropriate. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

树木在风中摇曳的流固耦合数值模拟方法探索

树木在风中摇曳是一个流固耦合问题,但树的结构复杂,无法直接用已有的流固耦合数值方法来模拟.本文提出一种基于虚拟耦合面的流固耦合方法,该方法用一个虚拟的连续曲面把树冠包裹起来,在这个曲面上建立流固耦合关系,并将虚拟曲面上计算得到的风荷载作为树木结构的外力进行加载.虚拟耦合面本身不妨碍树木枝条的运动,且能避免在每个枝条、树...     

Fitting of simple approximation functions using nonlinear least-squares methods

Least-squares methods are described for fitting of approximation functions which contain two unknown constants. The functions are linear with respect to one of the constants and nonlinear with respect to the other. Linearization is compared to a nonlinear least-squares, algorithm. Advantages of the latter method are discussed and both methods are applied to an example problem.     

优化方法用于模型校核

在工程实际中，常常会遇到需要选择本构模型和校准参数的模型校核问题。文中采用优化方法实现了复杂模型校核的自动化。文中，首先将各种本构模型映射为整数编号，并根据这些编号来激活相应的本构模型和本构模型参数，解决了本构模型的参数化问题；另外，根据模型校核问题的特点选择了试验结果和计算结果相对误差的平方和作为目标函数。通过这些步骤，用实现了优化方法模型校核自动化。     

Parameter identification for a damage phase field model using a physics-informed neural network

This work applies concepts of artificial neural networks to identify the parameters of a mathematical model based on phase fields for damage and fracture. Damage mechanics is the part of the continuum mechanics that models the effects of micro-defect formation using state variables at the macroscopic level. The equations that define the model are derived from fundamental laws of physics and provide important relationships among state variables. Simulations using the model considered in this work produce good qualitative and quantitative results, but many parameters must be adjusted to reproduce certain material behavior. The identification of model parameters is considered by solving an inverse problem that uses pseudo-experimental data to find the best values that fit the data. We apply physics informed neural network and combine some classical estimation methods to identify the material parameters that appear in the damage equation of the model. Our strategy consists of a neural network that acts as an approximating function of the damage evolution with output regularized using the residue of the differential equation. Three stages of optimization seek the best possible values for the neural network and the material parameters. The training alternates between the fitting of only the pseudo-experimental data or the total loss that includes the regularizing terms. We test the robustness of the method to noisy data and its generalization capabilities using a simple physical case for the damage model. This procedure deals better with noisy data in comparison with a more standard PDE-constrained optimization method, and it also provides good approximations of the material parameters and the evolution of damage.     

基于贝叶斯信息融合的岸桥有限元模型修正研究

为建立精确的岸桥有限元模型,研究了基于贝叶斯信息融合的模型修正方法．通过方差分析,确定待修正参数,利用中心复合试验设计获取样本点,根据有限元计算结果与实测的结果残差为目标函数获得响应样本．拟合样本点和响应样本值构建二阶多项式响应面模型,并检验响应面模型的精度．基于贝叶斯理论更新融合系数来优化响应面参数,从而获得修正模型．以宁波大榭3号岸桥为工程背景,对比修正后的模态频率和实测频率,最大频率相对误差不超过5%,进而验证了基于贝叶斯信息融合的动力学有限元模型修正方法的有效性．修正后的有限元模型可进一步应用于岸桥的健康监测和安全评估．     

基于响应面方法的桁架截面敏度分析和优化

把响应面方法引入桁架截面优化中,将应力和位移约束近似表达为桁架截面倒变量的线性函数。为拟合响应面,基于中心复合和单纯形试验设计方法开发了中心对称和拟单纯形试验设计两种方法,既可保证约束近似精度,又降低了结构分析计算量。对于桁架结构重量目标函数,直接推出倒变量的二阶形式,以桁架重量最小为目标的优化问题构造为标准的二次规划模型。将响应面方法计算的位移对设计变量的敏度与莫尔积分方法的近似显式进行了对比。以MSC.Patran为平台的数值算例表明:结合响应面方法,应用序列二次规划对问题进行寻优,其收敛精度及稳定性都可获得保障。