含分叉结构输水管道泄漏瞬态特性数值模拟

在输水工程中,由于地形、地质等因素的限制,分叉型结构管道得以广泛推广和应用,分叉结构输水管道泄漏是国内外学者非常关注的一个重要问题,而瞬变流法是目前高效、精确且快速的泄漏检测方法之一。基于此,本研究构建了含分叉结构输水管道的瞬变流模型,探究了影响阀门末端压力变化的因素。结果表明,压力曲线的差异性随分叉管长度的增加而增大;压力曲线的衰减速率随阀门关闭时间的增加而变慢;泄漏量对压力曲线变化周期影响不大,但随着泄漏量增大,压力曲线的面积积分变小;泄漏位置不同,压力曲线在幅值处的形状不同,当泄漏位置位于管道上半段时,曲线在幅值处会凸起,当位于管道下半段时,曲线在幅值处会出现凹陷的趋势。     

基于水力瞬变与扩展卡尔曼滤波的管道流体监测与泄漏定位

引入一种长输管道流体监测与泄漏定位的新方法,将管道流动的瞬变流模型转化为状态空间模型的描述,以管线沿程流量、压强水头为状态变量,管道进口流量和出口压力视做非线性动态系统的控制输入,出口流量和进口压力观测序列构成系统的测量向量。基于小信号原理首先线性化处理非线性模型,然后用扩展的卡尔曼滤波器结合传统的双曲方程特征线解法估计泄漏尺寸与位置,并实时模拟出管道流体的压力流量过程及其沿管道的分布。试验和仿真算例表明此法模拟的管道流动状态能较快收敛到稳定状态,并且泄漏尺寸估计与定位的结果与给定值比较吻合。因此引入扩展的卡尔曼滤波能够提高瞬变流模拟管道非定常流动的准确性和跟踪能力。     

一种新的长输管道泄漏点定位方法

将压力梯度法与逆瞬态法结合,提出了适合长输管道的泄漏点定位方法. 该方法将泄漏点前后的摩阻系数以及泄漏流量系数看作优化控制变量、水击方程的数值计算结果与测量值之差的绝对值作为控制目标,利用遗传算法优选泄漏点前后的摩阻系数,与压力梯度法结合不断迭代求解泄漏点的位置. 通过输水管道的泄漏实验得到该方法漏点定位的平均误差为4%左右.      

基于GPU加速的三阶有限体积格式管道瞬变流求解模型

为高效和高精度求解长距离输水系统瞬变流变化过程,应用三阶ENO有限体积格式求解一维管道非恒定流方程组,基于Lax-Friedrichs通量裂分法重构界面通量,上下游界面采用虚拟网格技术并结合交叉管网边界条件建立了一套高效和高精度求解管道瞬变流水锤波的数值模型。引入GPU加速技术,实现对大型输水系统的高效计算。通过特征线法、一阶及二阶Godunov有限体积格式对模型进行验证,结果表明,三阶ENO格式在极低的Courant数时也能保持较好的间断捕捉性能且无非物理振荡。同时,对Courant数的高度不敏感性,使得模型划分网格时具有高度的灵活性并能显著提高计算速度。应用GPU加速技术,发现模型在较多网格数时有明显的加速效果,且加速效果随网格数增多而显著。本文模型可为长距离输水系统非恒定瞬变过程的高效精准快速模拟预测提供理论支撑。     

基于遗传算法和层叠模型的软土流变模型辨识

利用层叠模型编程方便的优点,采用层叠模型来考虑软土的粘弹塑性,研制了基于层叠模型的软土流变计算程序OMFEM;在此基础上,采用遗传算法来全局搜索软土流变参数,将软土流变层叠模型的计算程序OMFEM和遗传算法有机结合,编制了基于遗传算法和层叠模型的软土流变模型的辨识程序GAIOM,并最终实现了对软土流变模型和模型参数的辨识。工程实例证实了采用遗传算法和层叠模型来辨识软土流变模型的有效性。     

激光热弹激励流-固泄漏Lamb波的有限元模拟

根据变分原理,得到热弹体运动方程和热传导方程相对应的有限元方程. 通过数值积分方法求解有限元方程,得到脉冲激光线源在水/铝、空气/铝这两种流-固界面上热弹激励的泄漏Lamb波瞬态波形. 计算结果表明,泄漏Lamb波不但存在于液-固界面,而且存在于气-固界面;和Lamb波相反,泄漏Lamb波的S_0模态是反对称的,而A_0模态是对称的;但由于这两种流-固界面的性质差异导致泄漏Lamb波的波形和幅度不同.      

基于CMDLAC指标和遗传算法的结构损伤定位研究

提出了基于综合多损伤定位保证准则(CMDLAC)指标和遗传算法(GA)的结构损伤定位方法。基于结构损伤标量模型,结合灵敏度分析提出了基于频率和振型变化的CMDLAC指标,将损伤识别问题转化为约束优化问题,最后以CMDLAC指标为优化目标函数应用遗传算法求解实现了结构的损伤定位。在考虑测试自由度不完备和测量噪声等因素影响的情况下,对桁架结构损伤的数值模拟分析表明了方法的有效性,验证了CMDLAC指标定位损伤和抵抗噪声的能力,同时指出其具有较强的实际可操作性。     

扩展有限元与遗传算法相结合的结构缺陷反演分析

建立扩展有限元法与遗传算法相结合的结构缺陷反演分析模型.扩展有限元法通过引入不连续位移模式使得网格剖分无需依赖结构内部的不连续界面.通过改变水平集函数表征结构缺陷（夹杂）的位置和大小,遗传算法在每次迭代过程中具有全局和局部搜索能力,通过评估响应测点的响应量适应度值决定是否进一步迭代.对带有单个圆形缺陷（夹杂）和多个缺陷（夹杂）的结构进行了反演分析,并就响应测点的布置进行了讨论.结果表明,建立的反演分析模型能准确地探测结构存在的单个甚至多个缺陷（夹杂）.     

基于遗传算法的设计地震反应谱标定方法

基于自然进化原理的遗传算法是一种解决复杂非线性规划问题十分有前景的方法。对遗传算法中一些有代表性的算法作了简要分析和评价。介绍了用地面峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)和峰值位移(PGD)三个参数标定设计地震反应谱的模型。针对此分段非线性函数规划问题,运用MATLAB编写遗传算法程序进行了计算。计算表明遗传算法在全局优化、非线性优化、多参数优化等方面表现出了传统算法无法比拟的优势。     

基于神经网络和遗传算法的光塑性图像处理

本文论述了神经网络、遗传算法结合起来在光塑性图像处理中的应用 ,以楔横轧工序的光塑性图像处理为例 ,三次投射时光塑性图像中各点都有对应的等差线条纹级数和等倾线角度 ,首先利用神经网络建立起图像参数与等效应变之间关系的数学模型 ,然后用遗传算法对图像参数进行优化 ,优化结果与实际情况吻合良好。由此证明神经网络、遗传算法完全可以较好地优化光塑性图像参数 ,并应用于光塑性图像处理领域     

基于遗传算法的水轮机振动参数识别

通过对水轮机现场测试数据的频域分析，建立了测点位移响应的参数正模型。并基于遗传算法，建立了在时域内识别结构振动参数的数值方法，采用该方法对水轮机位移响应正模型的待定参数识别进行了研究。计算结果表明，所建立的基于遗传算法的参数识别方法具有良好的稳定性、抗观测噪声能力和较高的识别精度，能够反演出比较符合实际情况的位移响应振动模型。这就为荷载识别、结构优化和预报减震效果等后续工作提供了可靠的实施前提。     

遗传算法改进及其在岩土参数反分析中的应用

本文的主要目的是开发基于实数编码的杂交遗传算法来识别土体的本构参数。该杂交遗传算法在经典遗传算法框架下开发,融合两个新开发的交叉算子,形成了一个新的杂交策略。为了保持种群的多样性,在算法中采用了一个动态随机变异算子。另外,为了提高算法收敛性,采用了一个基于混沌的局部搜索技术。分别基于室内试验和现场试验,通过识别土的本构参数来测试新算法的搜索能力和搜索效率。为了测试新开发算法的突出表现,特选用5种经典的随机类算法（遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法、差分算法和蜂巢算法）,分析同样的案例进行比较。结果表明,在收敛速度和最优解的准确度方面,新改进的算法可以很好地处理岩土工程的参数反演。     

Flux vector splitting solutions for coupling hydraulic transient of gas-liquid-solid three-phase flow in pipelines

The gas-liquid-solid three-phase mixed flow is the most general in multiphase mixed transportation. It is significant to exactly solve the coupling hydraulic transient problems of this type of multiphase mixed flow in pipelines. Presently, the method of characteristics is widely used to solve classical hydraulic transient problems. However, when it is used to solve coupling hydraulic transient problems, excessive interpolation errors may be introduced into the results due to unavoidable multiwave interpolated calculations. To deal with the problem, a finite difference scheme based on the Steger-Warming flux vector splitting is proposed. A flux vector splitting scheme is established for the coupling hydraulic transient model of gas-liquid-solid three-phase mixed flow in the pipelines. The flux subvectors are then discretized by the Lax-Wendroff central difference scheme and the Warming-Beam upwind difference scheme with second-order precision in both time and space. Under the Rankine-Hugoniot conditions and the corresponding boundary conditions, an effective solution to those points located at the boundaries is developed, which can avoid the problem beyond the calculation region directly induced by the second-order discrete technique. Numerical and experimental verifications indicate that the proposed scheme has several desirable advantages including high calculation precision, excellent shock wave capture capability without false numerical oscillation, low sensitivity to the Courant number, and good stability.     

Theoretical analysis on hydraulic transient resulted by sudden increase of inlet pressure for laminar pipeline flow

Hydraulic transient, which is resulted from sudden increase of inlet pressure for laminar pipeline flow, is studied. The partial differential equation, initial and boundary conditions for transient pressure were constructed, and the theoretical solution was obtained by variable-separation method. The partial differential equation, initial and boundary conditions for flow rate were obtained in accordance with the constraint correlation between flow rate and pressure while the transient flow rate distribution was also solved by variable-separation method. The theoretical solution conforms to numerical solution obtained by method of characteristics (MOC) very well.     

An adaptive algorithm of precise integration for transient analysis

This paper presents an improved precise integration algorithm for transient analysis of heat transfer and some other problems. The original precise integration method is improved by means of the inverse accuracy analysis so that the parameterN, which has been taken as a constant and an independent parameter without consideration of the problems in the original method, can be generated automatically by the algorithm itself. Thus, the improved algorithm is adaptive and the accuracy of the algorithm is not dependent on the length of the time step in the integration process. It is shown that the numerical results obtained by the method proposed are more accurate than those obtained by the conventional time integration methods such as the difference method and others. Four examples are given to demonstrate the validity, accuracy and efficiency of the new method. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 19872016, 19872017), the National Key Basic Research Special Foundation (G1999032805) and the Foundation for University Key Teachers by the Ministry of Education of China.     

基于遗传算法的加速度计免转台标定方法

针对现有的加速度计标定方法依赖于昂贵的仪器设备,导致标定成本高,提出一种低成本、操作简单的加速度计免转台标定方法。该方法通过对原始数据进行预处理,将标定问题转化为优化问题,采用遗传算法进行最优化求解得到补偿参数。通过对比试验得到:两种方法的标定相对误差在0.5%(标度因素)、3%(零偏);两种方法标定后通过加计姿态角提取的水平角误差在0.2°左右。结果表明,加速度计通过该方法经过补偿后,能够得到与传统转台标定方法相同数量级的测量精度,该方法可以有效替代传统标定方法,简化标定步骤,降低标定成本,具有重要的理论及使用价值。     

基于自适应遗传算法的三轴磁强计校准

针对MEMS磁强计的精度无法满足姿态测量系统的航向角测量要求,对磁强计的误差来源进行了模型化分析,设计了一种基于自适应遗传算法的空间椭球磁强计校准方法.首先,采取自适应遗传算法,对磁强计测量的原始数据进行空间椭球的拟合,用估计的参数进行刻度系数、软磁干扰、硬磁干扰与零位偏置的综合误差补偿.其次,利用最小二乘法求解出非正交轴的方向余弦,进行非正交误差和安装误差的补偿.最后,将该方法应用到某姿态测量系统中,分别用未补偿和补偿后的数据进行姿态测量实验,实验结果表明该方法准确计算出磁强计的误差参数,使补偿后的航向角精度提高了6.8倍.     

基于遗传算法的飞机气动优化设计

建立了一种以实数编码技术为基础的遗传算法模型，并把它与通过工程估算的气动分析方法相结合，进行飞机气动形的单点和多点优化设计。 优化设计中，设计变量取机为机翼、机身和尾翼的外形及三者之间的相对位置，优化目标是使飞机在跨音速和超音速飞行状态下获得配平状态下最大的升阻比。设计结果表明该优化设计方法是十分有效的，可以用来具有正常布局形式的飞机进行气动外形的优化设计。