白光DSCM方法用于岩石变形观测的研究

本文分析了白光DSCM（数字散斑相关测量）方法用于岩石材料表面变形观测的可行性及优越性，并根据岩石材料变形的特点将普通DSCM方法进行改进。DSCM方法应用于岩石变形观测中，使观测过程得到简化，同时有助于解决岩石力学中一些难题。文中的实验结果证实了该方法的可行性和优越性。     

红砂岩单轴压缩条件下震源时空演化特征及破裂机制实验研究

为建立岩石工程灾害精准预测预报体系,本文进行了红砂岩试件震源时空演化特征及破裂机制实验研究.采用单轴加载方式,以声发射技术和数字散斑相关方法进行实验数据的采集,基于矩张量反演方法,分析岩石变形局部化带相对位移速率和震源体积参数、裂纹能量的对应关系,探讨岩石破裂机制及前兆特征.研究结果表明:(1)岩石承载力受变形局部化结...     

岩石变形破坏局部化的白光数字散斑相关方法研究

本文采用白光数字散斑相关方法研究了岩石的变形局部化,通过实验测定了煤岩变形局部化的开始时刻、演经过程及局部化带的宽度,本文的测试结果为研究岩石变形非均匀演化过程及岩石细观本构参数的测定打下了基础。     

岩石单轴压缩作用下变形局部化的梯度塑性解

采用梯度塑性理论研究单轴压缩作用下岩石变形局部化,得到了单轴压缩作用下岩石变形局部化带宽度的一维、二维解析解,为实验测定内部材料长度参数提供了理论依据.     

基于MEMS加速度传感器的步态识别

针对最小采集约束条件和经历长时间跨度下识别率低的问题,提出一种基于MEMS加速度传感器的步态识别算法。该算法以右髋部位置采集加速度信号构造多个高斯差分尺度空间,利用局部关键点生成稀疏表示的步态特征位置模板,并采用模板融合来有效转换稀疏性步态周期特征,最后利用最近邻算法和投票机制对步态特征进行识别。在公开的含175名测试者的步态加速度数据集上进行测试,实验结果显示识别率为98.67%和认证率为99.89%,并进一步研究了测试集和训练集样本数目对识别效果的影响,验证了特征提取的有效性和稳定性。     

冲击载荷下钨合金圆台试件绝热剪切变形局部化的数值模

采用有限元计算编码ABAQUS模拟了钨合金圆台试件在冲击载荷下的变形和剪切局部化行为。计算采用二维轴对称应变条件下的绝热模型。钨合金的本构方程采用热粘塑性形式的Johnson Cook模型。为了得到不同尺度的变形信息 ,计算中用了两种网格 ;先用粗糙网格分析试件变形局部化的概貌 ;接着 ,用细密网格 (在变形局部化区域 ,网格尺寸达到 10 m)分析绝热剪切带的形成和发展。有限元模拟得到的绝热剪切带位置和方向与实验一致。计算结果表明 ,绝热剪切带的形成和发展与试件的应力状态密切相关。     

冲击载荷下钨合金圆台试件绝热剪切变形局部化的数值模拟

采用有限元计算编码ABAQUS模拟了钨合金圆台试件在冲击载荷下的变形和剪切局部化行为.计算采用二维轴对称应变条件下的绝热模型.钨合金的本构方程采用热粘塑性形式的Johnson-Cook模型.为了得到不同尺度的变形信息,计算中用了两种网格;先用粗糙网格分析试件变形局部化的概貌;接着,用细密网格(在变形局部化区域,网格尺寸达到10μm)分析绝热剪切带的形成和发展.有限元模拟得到的绝热剪切带位置和方向与实验一致.计算结果表明,绝热剪切带的形成和发展与试件的应力状态密切相关.     

花岗岩Kong-Fang流体弹塑性损伤材料模型参数研究

岩石类材料的动态力学模型的建立及相应模型参数的确定,对岩石动态力学性能研究及相关仿真计算具有重要意义。以山东五莲地区花岗岩为例,基于Kong-Fang流体弹塑性损伤材料模型（KF模型）,通过准静态单轴压缩、劈裂、常规三轴实验及动态分离式霍普金森杆压缩（split Hopkinson pressure bar,SHPB）实验对模型中的强度参数进行了确定,并利用基于分离式霍普金森杆的巴西圆盘（split Hopkinson pressure bar-Brazilian disk,SHPB-BD）实验对应变率相关参数的有效性进行了验证;同时,根据平板撞击实验结果对模型中的状态方程参数进行了拟合。利用实验获得的材料参数值,采用KF模型对花岗岩侵彻实验进行数值模拟,计算得到的弹体侵彻深度及成坑尺寸与实际实验结果误差均小于15%,验证了材料模型及参数值的适用性。     

GA-BPSO混合优化中红外光谱特征波段筛选的润滑油添加剂种类识别技术

针对各种设备润滑油中微量多品种添加剂种类识别问题,提出二进制粒子群算法结合遗传算法(GA-BPSO)混合优化中红外光谱特征波段筛选方法. 首先建立K近邻算法(KNN)和随机森林算法(RF)的润滑油添加剂种类识别基础分类模型;然后通过GA-BPSO混合优化算法在光谱全波段范围内筛选特征波段区域,消除干扰及无效信息,压缩庞大光谱数据集,降低搜索空间维度;再以模型识别准确率作为评价标准,用优选出的特征波段在基础分类模型上构建高性能增强分类模型. 选取硫化异丁烯(T321)、烷基二苯胺(T534)和硫化磷酸胺盐(T307) 三种润滑油添加剂作为测试对象,以不同配比混合在基础油中,采集配制样品的中红外光谱数据,并划分为训练集与测试集,分别导入基础分类模型与增强分类模型进行训练及测试. 结果显示,GA-BPSO优化筛选特征波段,使KNN的有效波段长度削减至原来的16.4%,识别准确率从70%提高到89.58%;RF的有效波段长度削减至原来的15.8%,识别准确率从85%提升至97.5%. 对比研究发现,GA-BPSO混合特征波段优选方法明显优于GA和BPSO单独使用时的筛选结果,在极大地减轻运行负担的同时,有效提高了模型多种类同步识别的准确率和稳定性.      

岩石圆盘径向压缩破坏的Voronoi子块体单元DDA方法模拟

非连续变形分析(DDA)方法是计算离散可变形块体系统力学行为的数值计算方法，可通过子块体单元DDA方法模拟岩石的开裂破坏。考虑到Voronoi多边形颗粒与细观尺度下岩石矿物晶粒形态的相似性，提出一种基于随机圆的Voronoi颗粒单元模型生成方法；并通过完整及带预制裂纹岩石圆盘径向压缩破坏的模拟，验证岩石破裂问题Voronoi子块体单元DDA模拟方法的适用性。结果表明，当子块体单元数较小时，圆盘表现出更高的整体强度；随着子块体单元数的增大，起裂处位置更接近真实，开裂破坏路径更清晰；子块体单元数较大时不同倾角预制裂纹圆盘破坏的模拟结果与实验结果高度吻合，并能有效反映圆盘中心加工小孔对开裂破坏路径的影响。使用Voronoi子块体单元DDA方法能够有效模拟岩石的开裂破坏过程，为进一步开展基于Voronoi颗粒单元模型的岩石开裂破坏模拟创造了条件。     

岩石变形光纤光栅传感检测的应变传递分析

岩石变形过程可以通过光纤光栅的表面粘贴法进行检测。建立了考虑表面凹槽时的应变传递模型,经过力学分析得出了应变传递方程及传递系数的表达式;在MTS伺服机上进行了单轴压缩实验,借助光纤光栅对加载过程进行了测试。结果表明,传递方程与粘贴层厚度均匀分布时的方程形式相同,只是特征值k不同;换算后光栅的轴向应变与MTS位移计吻合很好,相对误差仅为3.2%;环向测试优于MTS的环向应变计,而两种方法都明显地优于应变片。实验验证了所建模型的正确性。经应变传递换算后,通过光纤光栅可以实现岩石变形过程中与MTS精度相当的高精确测试。     

基于机器学习软骨细胞的时间依赖性力学行为及本构参数反演

探究软骨细胞机械负载下的力学特性对于理解软骨细胞的正常和病理状态以及骨性关节炎的病因至关重要. 基于软骨细胞有限元计算模型的力学响应与其本构参数之间的高度复杂非线性, 本文提出了分别利用双向深度神经网络TW-Deepnets模型和随机森林RF模型并结合有限元方法来识别软骨细胞本构参数的两种反演方法. 首先, 建立了软骨细胞的无侧限压缩实验有限元模型, 收集MSnHS本构参数空间点与对应的有限元计算模型的压缩反作用力响应数据集. 其次, 结合贝叶斯超参数优化算法搭建了用于软骨细胞本构参数反求的TW-Deepnets模型和RF模型, 对有限元收集的数据进行训练, 并利用单个软骨细胞受到50%压缩程度下的实验数据对软骨细胞的MSnHS本构参数进行了反求. 最后, 通过与实验曲线的对比验证了所提出的反演方法的有效性, 并引入决定系数R2对两种模型的预测准确性进行了对比评估, 检验了模型对各本构参数的预测性能, 分析了MSnHS本构模型中各参数影响软骨细胞力学响应的重要性占比. 结果表明, 本研究提出的本构参数反演方法能够有效获取软骨细胞的本构参数值, 从而准确描述软骨细胞的时间依赖性力学特性, 该方法也可进一步推广到生物细胞在静态或动态负载条件下的复杂参数反演问题.      

基于多头自注意力机制和Bi-GRU的人体动作识别算法

目前基于惯性传感器的人体动作识别技术具有自主、可靠等优点,但现有人体动作识别算法结构复杂、参数量大、识别精度低。针对以上问题,提出了一种基于多头自注意力机制和双向门控循环单元（Bi-GRU）的人体动作识别算法。该算法首先通过多头自注意力机制无视时间间隔地计算数据之间关联特征,再将关联特征与原始数据拼接,输入到深度Bi-GRU网络中提取顺序特征,最终通过Softmax层识别人体动作。采用YESENSE公司开发的YIS360-V姿态仪搭建了人体动作识别算法验证平台,在此基础上建立训练-测试数据集并进行了实验验证。实验结果表明,所提算法较传统Bi-GRU算法,参数量由40695个减少到18337个,识别准确率由93.36%提升至95.26%。     

基于1范数正则化的模型修正方法在结构损伤识别中的应用

以基于灵敏度分析的有限元模型修正方法为基础,提出了一种基于1范数正则化过程的结构损伤识别方法。通过与以Tikhonov正则化为代表的二次型正则化过程相比较,本文的理论分析表明1范数正则化方法在迭代计算过程中能根据上一迭代步损伤识别结果自适应地调整正则化项中的损伤参数权系数,从而显著改善了Tikhonov正则化识别结果过度光滑的缺陷,更利于识别结构的局部损伤。为解决引入1范数造成的数值计算困难,文中还对基于1范数正则化的模型修正算法进行了改进。以二维框架模型为例的损伤识别数值模拟表明：1范数正则化方法与模型修正方法相结合可以有效抑制实测模态参数中噪声的影响,体现出较好的鲁棒性;在模态噪声水平达到10%的情况下,仍能有效抑制噪声干扰,凸显结构局部损伤位置,准确识别损伤程度。     

扫描电镜下的数字散斑相关方法及其应用

对数字散斑相关方法(digital speckle correlation method,DSCM)在扫描电镜(scanningelectron microscope,SEM)下的应用进行了研究。将DSCM与带电液伺服试验系统的SEM结合起来,对二者结合的过程进行了分析,实现了SEM下细微观变形场的测量,扩展了DSCM和SEM的应用范围。为了定量地把握SEM在扫描图像时放大倍数的不稳定性、非线性和内部噪声对DSCM的影响,还对SEM下的DSCM精度和误差进行了实验分析。统计结果表明,SEM下应用DSCM进行变形场的测量,其位移测量误差最大可达2像素,其精度可以满足一般变形场测量的需要。作为应用实例,对混凝土试件在SEM下的断裂行为进行了研究,得到了混凝土试件表面随着载荷的变化而变化的表面细观变形场。     

基于改进LSTM网络的无人机MEMS-IMU零偏在线标定方法

针对在卫星信号拒止、视觉系统退化场景中无人机MEMS-IMU零偏无法准确估计并补偿导致导航误差迅速发散的问题,提出一种基于改进长短时记忆（LSTM）网络的零偏在线标定方法。首先,为解决MEMS-IMU零偏数据非线性强、传统循环时间网络训练效果差的问题,设计序列到序列的LSTM神经网络结构,引入教师强迫机制,提高了网络特征学习能力。然后,在导航过程中使用训练后的网络对MEMS-IMU零偏在线标定,补偿后的IMU量测与视觉信息联合优化,保证了导航定位精度。实验结果表明,在纯惯性导航实验中,所提方法的绝对位置误差比传统LSTM方法减小了6.5%;在EUROC数据集下进行的视觉惯性组合导航实验中,所提方法的平均绝对位置误差比传统LSTM方法减小了15%。     

一种改进RANSAC校验的失效卫星位姿估计回环检测方法

为解决失效卫星位姿估计中视觉SLAM方法回环检测效果差的问题,结合空间特殊的应用环境,提出一种改进RANSAC校验的空间失效卫星位姿估计回环检测方法。首先利用深度学习提取图像的全局特征和局部特征;然后对全局特征进行快速检索,建立回环候选帧集合;最后,将图像网格化并提取优质特征点作为RANSAC算法的随机抽样点集,采用改进的RANSAC算法对回环候选帧集合进行图像匹配校验,挑选出匹配程度最高的作为回环检测结果。实验表明：在牛津数据集上,所提方法与无校验的方法对比,100%准确率下的最大召回率提升了30.6%,说明改进RANSAC校验在回环检测中的有效性;在失效卫星数据集上,所提方法无需预训练,对光照变化的空间场景具有高适应性,和基于词袋模型（BoW）算法相比,缩减时间24.1%。     

双相高强钢FeNiAlC的动态剪切行为及微结构机理

绝热剪切带是金属材料在高应变率载荷下常见的一种失效模式。利用霍普金森压杆装置,对双相钢Fe-24.86Ni-5.8Al-0.38C不同微结构的帽形样品施加冲击载荷,研究它的动态剪切变形行为及微结构机理。先通过对固熔处理得到的粗晶态样品进行大应变冷轧获得冷轧态样品,再使用透射电子显微镜和扫描电子显微镜表征两种样品冲击前后微结构的变化差异。结果表明,双相钢FeNiAlC拥有较优异的动态剪切性能,剪切强度达1.3 GPa,均匀剪切应变达1.5。变形前,材料由奥氏体相和马氏体相构成,马氏体体积分数约为20%。变形过程由位错滑移和孪生变形主导,但因应变速率较高致使马氏体相变被抑制。不同微结构样品内均形成绝热剪切带,带内发生动态再结晶,形成超细晶粒,平均晶粒尺寸约300 nm,且剪切带内不发生相变;冷轧态剪切带宽度的实验值（14.6 μm）与理论计算值(12.3 μm)较好吻合,而粗晶态剪切带宽度的实验值（14.6 μm）与理论计算值（30 μm）相差甚远,初步分析可能是因为粗晶态样品应变较大基本不满足完全绝热的理论条件。在变形过程中,粗晶态因塑性变形做功产生的绝热温升高达720 K,而冷轧态的只有190 K。通过实验结果与热塑模型分析,得出绝热温升不是形成绝热剪切带的唯一因素,而应考虑材料的微观结构和局部化变形等的共同影响。     

考虑初始缺陷与弹性模量的岩石变形破坏过程模拟方法

针对扰动作用下岩石存在初始缺陷的特点,通过探讨含初始缺陷岩石变形力学特征,根据含初始缺陷岩石弹性模量的变化情况,建立了初始损伤的确定方法。然后,引入几何损伤理论,通过分析三轴压缩条件下岩石损伤演化规律,建立了含初始缺陷岩石损伤模型,进而建立了考虑初始缺陷与弹性模量的岩石统计损伤本构模型,并给出了参数的确定方法。最后,通过砂岩三轴压缩试验资料分析得出:本文理论模型能够反映不同围压作用下含初始缺陷岩石的变形破坏全过程,与试验曲线较为接近;且常见损伤模型是本文理论模型的特例,表明本文模型和方法具有一定的合理性与可行性。     

新型各向异性核工业石墨断裂力学行为的实验研究和数值分析

本文分别采用激光和白光DSCM(数字散斑相关测量)方法对一种新型各向异性核工业石墨的裂纹尖端位移、应变场进行了实验研究，两种方法都取得了较好的结果。考虑核工业石墨制备过程形成的各向异性特点，本文构建了三维各向异性有限元模型，采用奇异单元，计算模拟石墨裂纹尖端的变形和应力场，通过对实验结果和有限元计算结果的比较可以发现两者具有相近的趋势。