铜黄公路某滑坡安全监测及预测研究

铜黄公路全长93.9km,其中遇到的各种滑坡30余处。为了研究这些滑坡的治理效果,对其变形与稳定进行了检测。以川口滑坡检测为例,运用灰色理论建立铜黄滑坡安全监控的GM(2,1)模型,其中非等时距位移序列采用拉格朗日插值函数转变为等时距序列。采用非等时距GM(2,1)和GM(1,1)模型对铜黄公路川口滑坡观测点进行安全预测。非等时距GM(2,1)模型预测滑坡变形精度总体较GM(1,1)模型高。由预测结果可见,治理后该滑坡是稳定的,预测结果和实际吻合良好。     

基于最优加权组合模型及高斯－牛顿法的滑坡变形预测研究

在对最优加权组合理论和高斯－牛顿法优化非线性模型参数的方法研究的基础上,依托于洒勒山滑坡的实际变形监测资料,建立了该滑坡变形预测的3个非线性预测模型：指数模型、Verhulst模型和灰色GM（1,1）模型;利用最优加权组合理论建立了洒勒山滑坡的最优加权组合预测模型,并运用高斯－牛顿法对各单一模型和组合模型的参数进行了优化。通过对比分析得出：组合模型的预测精度高于任何单一模型的预测精度;参数优化后各单一模型的预测精度都有不同程度的提高;参数优化后的组合模型预测精度是最高的。因此,综合运用最优组合理论和高斯－牛顿法处理滑坡预测预报模型,是提高滑坡预测预报精度的行之有效的方法。     

RESEARCH OF STEPPING PRESSURE AND CONTROL OF NEAR FIELD ROOF OF TASHAN COAL MINE BASED ON NUMERICAL SIMULATION1)

煤层坚硬顶板采用水力压裂技术进行定向弱化可有效控制来压步距,降低事故风险。基于黏聚力模型,利用有限元二次开发建立了压裂前后煤层开采数值计算模型,模拟分析了顶板垮落规律及影响因素,优化裂缝间距设计。结果表明：来压跨距与顶板厚度、强度呈正相关性,与埋深呈负相关性。预制裂缝在拉应力集中区可促进起裂扩展,应全面勘测各岩层位地质参数,利用计算出的应力集中区位置设计裂缝间距,实现经济有效地控制来压步距。     

软土地区工程性地面沉降预测的非等时距GM(1,1)模型

大规模城市建设诱发的工程性地面沉降已成为上海软土地区地面沉降新的制约因素。本文针对上海地区工程性地面沉降特点,运用灰色理论建立了非等时距GM(1,1)预测模型,并用工程实测数据进行检验,得到令人满意的预测结果。研究结果对预测和控制软土地区由建筑物群引起的地面沉降具有重要意义。     

一种用于陀螺随机漂移预测的多尺度混合建模方法

针对陀螺随机漂移时间序列由于非平稳和非线性造成单一预测模型难以准确跟踪其变化趋势的问题,提出了一种基于集合经验模态分解(EEMD)和灰色极端学习机(GELM)的多尺度混合建模方法。首先,利用集合经验模态分解将随机漂移时间序列按照频率高低分解为多个本征模式分量和一个余量;然后针对不同类型时频特性分量选择合适激活函数和隐层神经元数目的GELM分别进行预测;最后,以等权相加的方式得到最终预测结果。将该方法用于某型激光陀螺随机漂移预测中,仿真结果表明:混合预测模型能够准确预测陀螺随机漂移,预测精度比残差GM(1,1)和GELM预测模型分别提高了33.43%和23.47%,可为激光陀螺的漂移补偿、故障预报和可靠性诊断提供依据。     

跨音速极限环型颤振的高效数值分析方法

事先建立一个低阶的非线性、非定常气动力模型是开展非线性流场中气动弹性问题研究的一个捷径. 基于CFD方法, 通过计算结构在流场中自激振动的响应来获得系统的训练数据. 采用带输出反馈的循环RBF神经网络, 建立时域非线性气动力降阶模型.耦合结构运动方程和非线性气动力降阶模型, 采用杂交的线性多步方法计算结构在不同速度(动压)下的响应历程, 从而获得模型极限环随速度(动压)变化的特性. 两个典型的跨音速极限环型颤振算例表明, 基于气动力降阶模型方法的计算结果与直接CFD仿真结果吻合很好, 与后者相比其将计算效率提高了1~2个数量级.      

非线性刚度不平衡转子径向碰摩动力学研究

以线性项和立方项之和来表示转轴材料的物理非线性因素,建立了考虑非线性油膜力和非线性刚度的轴转子系统的动力学模型,利用数值积分法对转子系统由于局部碰摩故障导致的非线性动力学行为进行了研究,发现此类非线性振动系统具有倍周期分岔、拟周期和混沌等复杂的动力学行为,为此类系统的安全运行和有效识别转子故障提供了理论参考。     

考虑围压效应的冻结砂土动态本构模型研究

为描述主动围压作用下冻结砂土的动态力学特性,通过在朱-王-唐模型的非线性体上串联塑性体,建立了能够考虑围压效应的冻结砂土动态损伤本构模型;分析了损伤参数对应力-应变曲线特征、屈服点、峰值应力和峰值应变的影响规律,基于冻结砂土动力学试验数据确定了模型参数;通过将模型和试验数据进行对比,并对不同试验条件下模型的预测误差进行分析,验证了模型的适用性和准确性。结果表明,损伤参数对应力-应变曲线弹性阶段和屈服点无明显影响,而对塑性阶段和破坏阶段的影响较为显著,本构模型预测的应力-应变曲线与试验结果具有较好的一致性。模型能够预测围压引起冻结砂土塑性阶段占比大和屈服点明显的特征,且能够描述围压对冻结砂土动态强度的增强效应;不同负温和主动围压条件下,模型对峰值应力和屈服强度的预测效果优于峰值应变和屈服应变。     

一种新的多轴高周疲劳寿命预测模型

分析和讨论3种典型载荷(单轴拉压、纯扭及90^\circ非比例)情况下的5组损伤控制参数,提出了一种以临界面上最大剪切应力幅和最大法向应力的非线性组合作为损伤控制参数的多轴高周疲劳寿命预测模型, 该模型考虑了平均应力对疲劳寿命的影响, 比现有的疲劳预测模型具有更宽的金属材料适用范围. 两种不同类型材料下的多轴非比例试验的预测结果表明,模型的预测结果与试验符合较好.      

基于ED-LSTM的智能汽车神经网络横向动力学建模与控制

车辆动力学建模过程中通常会进行简化和假设, 导致模型在某些工况下无法准确反映车辆的实际动态特性, 影响控制精度甚至安全性. 鉴于此, 该文提出了一种基于数据驱动的非线性建模与控制方法, 建立了新型神经网络车辆横向动力学多步预测模型, 实现了智能汽车对参考轨迹的跟踪控制. 首先, 在分析车辆单轨模型并考虑轮胎非线性和纵向负载转移的基础上, 基于编码器?解码器结构设计神经网络横向动力学模型. 其中, 使用串行排列来扩展微分方程描述不完全的动力学信息, 隐藏层神经元学习车辆的高度非线性和强耦合特性, 进而提高模型全局计算精度. 利用所构建的数据集进行模型训练和测试, 结果表明, 相比于物理模型, 所提出的模型在不同路面附着系数条件下均具有更高的建模精度, 具有隐式预测路面摩擦条件能力. 其次, 利用提出的模型设计轨迹跟踪控制算法, 根据车辆稳态转向假设, 计算所需的前轮转向角和稳态质心侧偏角, 将稳态质心侧偏角纳入基于路径误差的转向反馈中, 实现参考轨迹跟踪控制. 最后, 使用CarSim/Simulink联合仿真及HIL实验测试进行不同工况试验的对比分析, 对所提出的基于神经网络模型的控制算法进行评价, 结果表明, 该模型能够实现智能汽车在高速下精确的跟踪控制效果, 并具有良好的横向稳定性.      

支承压力显现的动态规律与来压预报方法

本文以DKJ-1型矿压计算机监测系统在两个矿的顶板来压监测和预报实际资料为依据，深入分析了8个月，13次来压的支承压力显现规律，并将显现形式分为“压缩反弹型”和“波动型”两种类型，总结了显现的特征参数及与来压的时间差和位置差。文章介绍了计算机监测系统识别来压前兆的方法及准确预报13次来压的良好效果。     

利用灰色模型预测巷道围岩变形

利用灰色系统理论，用少量的非等时的实测数据，建立非等时的灰色ＧＭ（１，１）模型，同时将实测数据经拉格朗日插值后形成等时时序，建立等时的灰色ＧＭ（１，１）模型，通过模型预测结果的比较，得到了在利用灰色模型进行巷道围岩变形预测时比较理想的模型。     

Usefulness of passive non-linear energy sinks in controlling galloping vibrations

The suppression of vibration amplitudes of an elastically-mounted square prism subjected to galloping oscillations by using a non-linear energy sink is investigated. The non-linear energy sink consists of a secondary system with linear damping and non-linear stiffness. A representative model that couples the transverse displacement of the square prism and the non-linear energy sink is constructed. A linear analysis is performed to determine the impacts of the non-linear energy sink parameters (mass, damping, and stiffness) on the coupled frequency and onset speed of galloping. It is demonstrated that increasing the damping of the non-linear energy sink can result in a significant increase in the onset speed of galloping. Then, the normal form of the Hopf bifurcation is derived to identify the type of instability and to determine the effects of the non-linear energy sink stiffness on the performance of the aeroelastic system near the bifurcation. The results show that the non-linear energy sink can be efficiently implemented to significantly reduce the galloping amplitude of the square prism. It is also shown that the multiple stable responses of the coupled aeroelastic system are obtained as well as the periodic responses, which are dependent on the considered non-linear energy sink parameters.     

非线性有限元分析的非协调模式及存在的问题

利用非协调模式提高非线性有限元分析广泛采用的低阶单元的精度和性能,是国际计算力学界研究的热点和难点.阐述了国际上在非线性有限元分析中已广泛采用的增广假设应变法方法(the enhanced assumed strain, EAS)的基本原理,详细讨论了非协调模式用于非线性有限元分析保证收敛、稳定的条件及增广假设应变场插值函数的构造方法.介绍了国内学者关于几何非线性非协调模式的研究方法和研究成果: (1)从Hellinger-Reissner广义变分原理出发,提出了几何非线性非协调模式的收敛条件,并采用非线性计算的若干简化措施建立几何非线性非协调元的简化模型;(2)一类放松单元间协调要求的非线性广义变分原理,对几何非线性问题可以选择事先无协调约束的非协调函数建立非协调元,收敛性可以保证,并根据此非线性广义变分原理可建立C$^1$或C$^0$类几何非线性广义杂交元,C$^1$或C$^0$类精化杂交元和精化直接刚度法.指出了EAS方法用于非线性有限元分析存在的问题,即本构关系和求解方法的限制,并对非协调元应用于非线性有限元分析提出了展望.      

滑坡预报模型的质量检验研究

 
滑坡预报模型主要用来预报滑坡发生的时间,但是如何检验效果是滑坡预报者和决策者面临的一个重要课题。本文通过提出滑坡拟合效果指标（包括后验差指标、模型拟合效率指数和均方根误差）和试预报效果指标（包括试报效果指标和相关系数指标）,初步建立了滑坡的预报质量检验模型。依据建立的检验模型,针对链子崖危岩体监测资料分别采用灰色GM（1, 1）数学模型、三次指数平滑模型和时间序列模型进行预报。预报结果表明：三种模型中,综合指标GM（1, 1）数值最高,建议该滑坡采用GM（1, 1）进行预报。通过模型的综合分析评判,不仅分析了模拟效果,而且直接比较了模型间的拟合效果,并为建立模拟效果好的模型提供了充分的依据,从而表明滑坡预报质量检验模型是一种有效、实用的方法。


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数量化理论Ⅲ在瓦斯突出预测敏感地质指标筛选中的应用

论述了数量化理论及数量化理论Ⅲ的基本原理,提出了反应标度的概念和计算方法,扩展了原来反应取值的适用范围和科学性。以中马村矿区为研究实例,研究了影响煤与瓦斯突出的地质因素,并采用统计单元划分结合数量化理论Ⅲ的方法,从11个地质因素中筛选出8个瓦斯突出预测敏感地质指标,并据此对中马村矿已采区进行了瓦斯地质区划。实践表明:将数量化理论Ⅲ应用于瓦斯地质学是可行的,为瓦斯突出预测敏感地质指标的筛选提供了新的思路。     

Semi-implicit two-level predictor–corrector methods for non-linearly coupled,hydrostatic, barotropic/baroclinic flows

The unsteady shallow-water equations for barotropic/baroclinic (free-surface/density-stratified) flows with non-linear coupling of density transport and momentum are solved using a family of two-time-level, semi-implicit predictor–corrector methods (PC2). The PC2 methods are a general family that includes the popular TRIM method for hydrostatic flows. PC2 is characterised by four ‘θ’ parameters controlling the time ‘n’ and ‘n + 1’ weighting of (1) free surface gradient, (2) predictor step, (3) baroclinic gradient and (4) density temporal interpolation. Stability of the non-linear coupling between momentum and density transport for PC2 is examined in the inviscid limit. Central difference and quadratic (QUICK) spatial interpolation for density are compared. Second-order temporal accuracy for both barotropic and baroclinic flows is simultaneously obtained with appropriate θ parameters, which has previously been shown to be impractical for TRIM. The 2nd-order PC2 method has near-neutral non-linear stability (slightly positive amplification factor) where linear theory predicts exactly neutral stability. QUICK is shown to be preferable to central difference spatial discretisation to reduce the amplification factor. Adjusting the baroclinic weighting or adding small artificial viscosities can stabilise the model for non-linear internal wave simulations.     

Dynamics of a linear oscillator connected to a small strongly non-linear hysteretic absorber

The present investigation deals with the dynamics of a two-degrees-of-freedom system which consists of a main linear oscillator and a strongly non-linear absorber with small mass. The non-linear oscillator has a softening hysteretic characteristic represented by a Bouc-Wen model. The periodic solutions of this system are studied and their calculation is performed through an averaging procedure. The study of non-linear modes and their stability shows, under specific conditions, the existence of localization which is responsible for a passive irreversible energy transfer from the linear oscillator to the non-linear one. The dissipative effect of the non-linearity appears to play an important role in the energy transfer phenomenon and some design criteria can be drawn regarding this parameter among others to optimize this energy transfer. The free transient response is investigated and it is shown that the energy transfer appears when the energy input is sufficient in accordance with the predictions from the non-linear modes. Finally, the steady-state forced response of the system is investigated. When the input of energy is sufficient, the resonant response (close to non-linear modes) experiences localization of the vibrations in the non-linear absorber and jump phenomena.