船用惯性/地磁导航系统信息融合策略与性能

地磁异常场的强度在空间上变化丰富而在时间上很稳定。对地磁异常值与位置之间的非线性函数关系进行了随机线性化,将地磁异常测量值直接作为观测量,采用扩展卡尔曼滤波技术实现地磁异常测量信息与惯性导航信息的融合,估计并校正了惯性导航系统导航误差。仿真表明,组合导航系统具有如下良好性能:对地磁异常具有广泛的适用性;对初始位置误差、速度误差及姿态误差具有较好的鲁棒性;对地磁数据噪声敏感度较低;可实时更新组合导航信息。将观测量选为参考数据测量值的信息融合策略引入惯性/地磁组合导航。定量描述地磁异常辅助惯性导航系统的信息量,分析组合导航系统对地磁图的适用性。     

泛克里金插值法在地磁图中的应用

克里金插值法是一种无偏、最优的插值方法,但普通克里金插值法要求区域化变量满足二阶平稳假设或是固有假设,但实际应用中这一假设往往无法满足,即存在漂移现象,由于地磁场数据存在有区域异常问题,因此是非平稳的,从而限制了克里金插值方法的应用.通过分析,泛克里金插值法可较好地估计和拟合地磁区域异常,因此可较好地解决地磁数据的插值问题.对地磁数据进行了泛克里金变异函数选取,并完成了地磁区域异常的二次多项式拟合.将克里金插值法和泛克里金插值法应用于地磁图插值处理,并利用交叉证实法验证,结果表明泛克里金法比普通克里金法具有更好的插值效果,得到的地磁图精度有提高.泛克里金插值法避开了克里金插值法的二阶平稳假设,使插值得到的地磁图更加符合地磁场特征.     

钝圆柱头质量对简支梁的弹性次碰撞研究

该文采用赫兹碰撞理论、三维动力有限元方法和自行研制的次碰撞实验装置,研究了钝圆柱头质量一次坠落碰撞简支钢梁过程的次碰撞现象、次碰撞过程的持续时间和次碰撞发生的条件．实验测试和数值模拟均清楚地观察到了复杂的次碰撞现象．研究结果表明：（1）当梁初始处于静止状态时,将实验测试和数值模拟结果与理论分析结果对比后发现,首个次碰撞过程由局部接触变形主导,并可以采用 Hertz弹性碰撞理论来描述;（2）实验和数值模拟结果展现了与首个次碰撞过程特征迥异的后续次碰撞过程,后续次碰撞过程的持续时间出现大范围的随机变化;（3）进一步分析发现,后续次碰撞过程由局部接触变形和梁的整体变形运动共同主导,梁的整体变形运动使得碰撞力响应变得异常复杂;（4）通过数值计算结果发现,当出现次碰撞现象时,碰撞位移响应中的一阶模态幅值占比会突然降低,相位角发生明显的变化;（5）数值计算结果表明,次碰撞发生的条件与质量比、碰撞初速度、碰撞动量、碰撞位置、测试梁长度和厚度等有关;（6）次碰撞发生的条件若用质量比来度量,则发现存在一个质量比阀值．上述研究表明,局部接触变形和梁的整体变形运动相互作用,产生了复杂的耦合效应,使得次碰撞现象呈现了丰富的力学行为．因此,进一步通过理论、实验和数值仿真研究复杂的次碰撞现象,对于深入理解柔性结构的碰撞行为很有必要．     

基于干扰检测和CEEMD的地磁信号降噪方法

针对地磁导航磁通门传感器中存在来自环境和运载体的随机高振幅脉冲磁干扰问题,提出了一种基于多尺度干扰检测与完备集成经验模式分解(CEEMD)相结合的降噪方法。首先,根据地磁信号的强相关性,计算各本征模态分量(IMF)的自相关函数,并自适应地选择有效IMF;其次,使用排列熵对各个有效IMF进行多尺度分析,标记出IMF干扰信号时段;然后,对各干扰段进行二次分解,提取低频有效分量,滤除IMF中高幅值脉冲干扰信息,最后,将干扰抑制后的有效IMF叠加进行信号重构,得到滤波信号。实验结果表明,在测量信号信噪比低的情况下,基于干扰检测和CEEMD的地磁信号降噪方法能有效滤除磁干扰,信噪比提高了3倍。     

区域地磁测量实验及水下载体对周围磁场的影响分析

水下载体和磁力仪的匹配是水下地磁导航的关键技术之一.为了完成匹配实验,首先要选择地磁场平缓的局部区域,基于这一目的进行了局域地磁场的测量,并通过克里金插值法构建地磁图,给出基于克里金插值的局部二维和三维地磁图.从地磁图上可以找到磁异常区域和地磁平缓区域,并在地磁平缓区域进行有无水下载体的地磁空间测量.由于载体主要由铁磁物质组成,安装在载体上的传感器所测量的磁场除了地磁场以外,还有载体硬磁材料产生的固有磁场以及载体内机电设备产生的磁场.因此,如何从复杂的磁场环境中提取地磁场信息是实时测量的一大难题.基于载体的空间磁测,利用传感器测量值构建载体磁场的数学模型,分析了水下载体对周围磁场的影响,为水下载体与磁力仪的匹配和水下磁测提供了理论和实验依据.     

一种地磁矢量测量多源误差校正方法

地磁矢量测量中的误差来源众多,而传统误差校正算法多是对其中部分误差进行校正,导致校正后的磁场数据仍存在剩余误差,在对各项误差的特性进行分析的基础上,提出了一种地磁矢量测量多源误差综合校正方法.首先,基于椭球约束法对地磁总场误差进行校正,得到了正交坐标系下的地磁矢量;然后,将椭球约束法校正后剩余的分量误差与非对准误差合并...     

基于自适应卡尔曼滤波的简化地磁定轨

地磁定轨对追求低成本、高功能密度比的微小卫星具有较重要的价值,但是目前地磁定轨尚存在计算量大、易受各类误差影响导致精度过低等不足。在分析轨道动力学方程误差量级的基础上,建立了简化的状态转移矩阵,根据地磁模型分析了地磁强度随着阶次变高,梯度显著变小的特点,提出了高阶截断的简化地磁测量方程;将复杂的磁强计测量误差近似建模成随机游走形式,用多项式对磁强计误差估计值进行实时拟合去噪,并辨识出磁强计误差的变化特征作为自适应卡尔曼滤波器的调节依据,提高了弱可观测地磁定轨的性能。数学仿真证明了简化地磁定轨模型的有效性,自适应滤波器能够更精确地实现定轨计算,定位精度约为6 km,测速精度约为4 m/s。     

公路隧道特大塌方成因分析及综合处治方法研究

结合元磨高速公路大风垭口隧道工程在施工过程中下行线K255+283出现的特大塌方事故,论文综合分析认为该段位于断层突泥富水带且塌方发生前曾发生涌水、塌方,在此基础上提出地表与洞内处治相结合并加以洞内排水的综合处治措施,综合监测和评判结果表明,综合处治后,塌方断面附近初期支护及二次衬砌的受力及变形均未发生异常变化,有关应力和变形在经过一段时间的变化后最终趋于稳定,而且其相关变化值都在很大的允许范围内,证明处治措施不仅理论上可靠,而且现实中安全可行,对未来公路隧道施工塌方处治工作有所指导和借鉴作用。     

轮胎钢丝帘线拉伸力学性能的实验研究

对两种结构类型的钢丝帘线在单向拉伸和循环加载下的力学性能进行了实验研究。结果表明：帘线的结构形式对拉伸力学性能（包括摩擦能量损耗）有显著影响。不考虑载荷很小的情况时，普通结构帘线可近似为弹脆性材料，高伸长结构帘线却可以产生较大的塑性变形；循环载荷下，普通结构帘线几乎没有摩擦能量损耗，而高伸长结构帘线不仅有明显的摩擦能量损耗，而且随着循环应力幅值的增加，摩擦能量损耗呈加速增加的趋势；在循环应力幅值较大时高伸长结构帘线还出现了类似于高温下循环硬化金属材料的循环蠕变现象。文章还讨论了高伸长结构帘线由于塑性变形而引起循环蠕变现象的机理。     

小管径管道多层腐蚀力-磁耦合规律研究

利用有限元分析软件,研究了 20#小管径钢管道在地磁环境下的应力与磁信号规律.分析了多层缺陷模型中层数、深度,以及管道内压对的管道应力的影响,并探究了在应力集中处管道表面空气层中磁信号的分布规律.结果表明:管道应力在腐蚀缺陷处发生突变,产生了应力集中;在应力集中处会出现磁感应强度周向、径向分量过零点及轴向分量出现峰值的...     

Load-unload response ratio——An interplay between earthquake prediction and mechanics

地震预测是世界性科学难题,地震现象虽然复杂其物理实质倒是明确：地震就是地壳块体的快速剪切脆断,相应地,地震的孕育过程就是震源区介质的损伤、演化,并最终导致破坏的过程,这一过程主要是力学过程,抓住这一点就抓住了问题的物理本质,但是,在研究地震预测时遇到的力学问题和通常的（工程）力学问题有所不同,根据地震问题的特点,紧扣地震孕育过程的物理本质,提出了加卸载响应比这一地震预测新思路.
文中介绍了加卸载响应比理论的基本科学问题,包括如何对地壳加载/卸载,如何选择适当的地球物理参数作为响应量,以及怎样定义加卸载响应比,用实验研究、数值模拟和理论分析3 种基础研究手段,揭示了地震孕育过程中加卸载响应比共同的演化规律：孕震初期加卸载响应比在1 附近涨落,之后上升至峰值点,地震不在峰值点发生,而是在下降过程中发生,从峰值点到地震发生这段滞后时间称为T₂,T₂ 和震级有关,为了预测地震,必须在全国范围内作加卸载响应比的时空扫描,在时空扫描基础上,结合量纲分析,更多地考虑当地的地球物理条件,拟定了全面预测未来地震的时、空、强的思路,回顾了用这种思路进行地震预测实践的历程,     

冻结立井爆破近区井壁振动信号基线漂移校正和消噪方法

冻结立井爆破过程中,近区监测信号中含有的基线漂零及噪声成分对其局部特征精细化提取影响显著。在对近区井壁振动信号有效采集基础上,通过互补总体经验模态分解（complementary ensemble empirical mode decomposition, CEEMD）方法、稀疏化基线估计消噪（baseline estimation and de-noising with sparsity, BEADS）方法和隐马尔可夫模型消噪（hidden Markov model de-noising, HMMD）方法等,解决了信号中基线漂移和随机噪声消除难题,并采用交叉小波变换对校正和消噪效果进行了相关性评价。实例分析结果表明:信号中缓变的基线成分遍历信号各个模态分量的整个过程,且主要集中于低频分量中,而噪声则集中在高频分量。组合分析方法对低频基线漂零和高频噪声的处理效果好,是一种高效且相对保幅的信号分析方法,可用于批量信号数据的预处理过程。     

地磁场在导航定位系统中的应用

阐述了地磁匹配导航的基本原理及相关地磁场理论,介绍了国内外应用地磁导航的动向及发展现状,提出了地磁导航系统中三个方面的关键技术:一是导航区域地磁数据库的建立;二是载体上磁力仪的实时测量;三是地磁匹配算法。同时,结合有关地磁建模方法、地磁测量补偿算法及地磁匹配导航定位算法,分析了地磁导航存在的主要问题,指出了发展地磁导航应采取的必要措施,为下一步地磁导航的深入研究明确了方向。     

基于ABAQUS的超高层建筑动力弹塑性抗震分析Dynamic elasto-plastic seismic analysis for a super high-rise building based on ABAQUS

某国际金融中心超高层建筑共113层,结构高度423 m。首先,利用S A P2000软件建立结构的有限元模型,通过基于C＃语言开发的导航式接口程序TJU ．SAP2ABAQUS将SAP2000模型转换为 ABAQUS模型。然后,依据规范进行7°多遇、基本和罕遇地震作用下的弹塑性时程分析。最后,模拟了超大震作用下该超高层结构的破坏过程。结果表明,（1）不同强度地震作用下结构的层间位移角均能满足规范限值要求。（2）罕遇地震作用下,结构满足大震不倒的抗震设防要求且有较高的安全储备。（3）超大震作用下,结构竖向刚度变化位置是结构潜在的薄弱部位,在抗震设计时应给予重点关注。     

Structure of wake of a sharp-edged bluff body in a shallow channel flow

The flow field downstream of a bluff body in a typical open channel flow was explored by two-dimensional particle image velocimetry. Measurements are obtained in horizontal planes at the near-bed, mid-depth and near-surface locations downstream of the body up to a streamwise distance of 10D, where D is the width of the body. The dimensionless streamwise defect velocity profile of the wake flow matches well with the data of a previous investigation and does not reflect any dependency on the distance from the bed. However, the nature of development of the recirculation region is found to be different at the three vertical locations. The time-averaged streamline pattern indicates the existence of a unique nodal pattern close to the bed. The variation of the half-width is also found to be affected by the presence of the bed and the free surface. The bed friction arrests the transverse growth of the shear layer, and the free-surface helps to redistribute the turbulent kinetic energy in the streamwise and transverse directions. Swirling strength analysis is carried out to compare the behavior and statistics of the vortex population in the vertical direction. The prevailing magnitude of the swirling strength is found to be different at the three vertical locations. Bed friction assists to dissipate vorticity rapidly, and therefore reduces the probability of appearance of strong vortices close to the bed.     

5.12汶川大地震诱发大型崩滑灾害动力特征初探

对乙炔氧气混合气体中爆轰波与激波的正面对撞现象的实验研究是以高速摄影获 取两波对撞的x-t纹影图,以烟迹板记录对撞中的爆轰胞格图案,并基于激波 理论和经典CJ爆轰理论求解了两波对撞的稳态解并探寻其规律. 研究发现透射波系包括一道激波和爆轰波, 以及紧随爆轰波后的稀疏波区,这一结果对应于一维理论分析中的CJ解. 透射波系基本不受 初始压强影响;初始温度也只成比例地改变流场整体速度,温度越高,速度越快;对波系起 实质影响作用的是入射激波强度,激波越强,则整个透射流场呈现偏向激波的趋势;理论分 析还指出,稀疏波区的出现不可避免,当激波强度趋于声波稀疏波区趋于消失,激波越强则 疏波区趋于扩大. 两波对撞存在一个有限的转变阶段,透射爆轰首先减缓,接着迅速迸发为 过驱爆轰,然后再逐渐平衡为CJ爆轰. 对于强不稳定的燃气,对撞后爆轰波在空间上的发展 极不均衡,一些区域发生火焰面与诱导激波的严重脱离,随后的火焰面失稳发展为诱导激波 区内的爆轰波,实验观察到了这种爆轰在烟迹板上留下的极为精细的迹线.     

水下磁异常定位中两种矢量磁力仪配置方式的比较

在简述水下磁异常定位原理的基础上,提出了八单轴和十单轴两种矢量磁力仪配置方式,推导了两种配置方式下磁场大小及梯度的量测方程,对磁场大小及梯度的解算精度进行了比较分析。数值仿真了磁场大小及梯度、载体相对位置误差与测量基线长△X之间的变化关系,结果表明这些误差都随△X加大而增长。相比于八单轴磁力仪配置,十单轴磁力仪配置方式中磁场大小和梯度计算精确,定位误差很小,在水下磁定位实验中应选用十单轴磁力仪配置方式。     

考虑竖向地震作用的振动控制及其优化研究

目前,MRD结构的分析通常只考虑水平地震动而不考虑竖向地震动的影响,地面的水平运动和竖向运动具有相关性,从而影响控制效果．因此对双向地震耦合作用下MRD结构的理论进行研究,建立动力分析模型并得出运动微分方程．以8层MRD结构为例进行地震反应分析,研究表明,考虑和不考虑竖向地震作用,MRD对结构均有良好的控制作用,但是竖向地震作用的存在,使结构各层的层间位移峰值有不同程度的增加,其增量随着竖向地震作用的增加而增加,因此建议在高烈度地区的建筑物考虑竖向地震作用对结构的影响．建立MRD结构优化设计模型,采用IHGA程序对结构进行优化设计．结果表明, MRD结构在各种工况下的各项地震反应均得到更好的控制．     

Three-dimensional flow structure in highly buoyant jet by scanning stereo PIV combined with POD analysis

The flow characteristics and the structure of highly buoyant jet of low density fluid issuing into a stagnant surrounding of high density fluid is studied by scanning stereo PIV combined with proper orthogonal decomposition (POD) analysis. The experiment is carried out at Froude number of 0.3 and Reynolds number of 200, which satisfies the inflow condition due to the unstable density gradient near the nozzle exit. An increase in the maximum mean velocity occurs and the vertical velocity fluctuation is highly amplified near the nozzle exit, which suggests the influence of inflow due to the unstable density gradient. The POD analysis indicates that the vertical velocity fluctuation is the major source of fluctuating energy contributing to the development of the highly buoyant jet. The examination of the POD modes show that the longitudinal structure of the vertical velocity fluctuation is generated along the jet axis having the opposite sign of velocity fluctuation on both sides of the jet axis. The vertical scale of the POD mode decreases with increasing the mode number and results in the frequent appearance of cross-flow across the buoyant jet. The reconstruction flow from the POD modes indicates that the vortex structure is caused by the highly sheared layer between the upward and downward velocity and the inflow is induced by the vortex structure. The magnitude of the vortex structure seems to be weakened with an increase in the distance from the nozzle and the buoyant jet approaches to an asymptotic state in the further downstream.     

水下地磁辅助导航中地磁场延拓方法

水下地磁数据库的构建是实现地磁辅助导航的前提。利用水下航行器进行地磁测量从而建立水下地磁数据库,这种做法是不可行的,一种可行的解决方法是采用位场的延拓技术。采用位场的向下延拓技术,通过将海平面上航空测量得到的地磁数据进行向下延拓,得到水下地磁数据,以此来构建水下地磁数据库。将位场的向下延拓问题视为一类不适定问题,采用正则化方法中的Landweber迭代法来处理这类不适定问题,实现了地磁数据的向下延拓。仿真结果表明,该方法原理简单,抗噪声能力强,能够得到比较满意的延拓结果。