力学的一个新天地--气功与特异功能中的力学

近年来,有不少力学工作者在探索力学的新园地,生物及医学中的力学问题引起了人们越来越多的注意.本文拟谈谈生物力学中的一个分支:气功与特异功能中的力学问题.这是一块尚未开发的处女地.一旦开发出来,将成为力学的一个新天地.可以把生物力学按下表划分为几个层次: ...     

气功研究的现状和未来

一、引子灯光明亮的体育场上,在数千观众的屏息注视下,一位武术家,运"气"于手,一掌砍去,一根约20×20mm的铸铁棒,断为两截;运"气"于顶,一头碰去,一根约30×30mm的铸铁棒,又应声而折。但是,这位武术家的头、手却安然无恙。人的骨肉居然比铁还坚硬。这是为什么?他的回答是:运了"气"。     

绝对重力测量异常值的局部异常因子检测算法

自主研发绝对重力仪的测量结果中出现的离群程度不同的异常值会直接影响测量结果的准确度和测量精度。目前一般采用的一元正态分布异常值检测算法漏检率高,容易造成测量结果的偏差和测量精度的下降。利用人工智能算法中的局部异常因子异常值检测算法,可以在线、快速、高效地完成自主研发绝对重力测量数据的异常值检测。首先,根据实测数据构建测试数据集,利用数值模拟确定局部异常因子算法邻域宽度参数的取值;然后,基于实测数据进行异常值检测并进行结果评估。评估结果表明,局部异常因子异常值检测算法对离群程度不同、连续出现异常值等情况检测效果明显优于一元正态分布异常值检测算法,组测量精度平均提高9.37μGal,可以作为自主研发绝对重力仪异常值检测的通用算法完成组测量结果的异常值检测。     

基于测试和仿真的卡车驾驶室异常振动分析与解决

针对某车型在特定车速下出现的驾驶室异常振动的问题,通过汽车道路试验,测试了不同车速下车桥、车架、驾驶室上各测点的振动信号。结果显示,车速约为50km/h时,驾驶室纵向出现明显的异常振动。本文建立了汽车结构的有限元模型,并对其进行了模态分析,获得了整车的固有振动特性。结合仿真分析与实验测试结果发现,引起驾驶室异常振动的原因是车轮的转频5.57Hz与整车一阶弯曲模态频率5.49Hz接近从而发生共振。在此基础上,对车架进行了优化设计和结构修改,并对改进后的样车进行了试验测试,结果表明异常振动振幅降低了90%,较好地解决了驾驶室异常振动问题。     

浅地表地下质量异常重力与磁探测数值模拟方法

提出一种重磁观测值数值模拟方法,用于地下空穴测量数据的解释和反演算法研究。采用更具结构灵活性的旋转椭球体作为地下空穴模型,在重力异常和重力梯度异常计算表达式的基础上,推导其磁异常计算表达式,实现空穴重磁异常信号的分析计算;借助扰动位的功率谱密度函数实现重力异常谱和重力梯度异常谱的计算,经傅立叶逆变换到空间域实现背景场统计学模拟;采用高斯白噪声模拟测量仪器或其它随机噪声信号。将三部分数据叠加并进行数值仿真,证明该方法合理有效。     

INS/GNSS/VO组合导航系统复合型异常检测与容错算法

INS/GNSS/VO导航系统的异常输出常由外部扰动引起,表现为幅值较小的突变信号或者增长速率较慢的斜坡信号。为了增强异常检测算法的检测能力,提高组合导航系统在外部干扰情况下的导航精度,提出一种INS/GNSS/VO组合导航系统复合型异常检测与容错算法。在非全局融合阶段使用状态卡方检测法对量测信息进行异常检测与隔离;在全局融合阶段,构建检测统计量的归一化阈值比,作为量测噪声方差阵的权重系数,对子滤波器进行加权量测更新。街道场景中的离线测试结果表明,所提算法的导航误差均值与标准差相对于其他的异常检测与容错算法分别减小了9.6%与2.7%,提高了组合导航系统的异常检测能力和容错性能。     

冲击破碎高能推进剂的燃烧异常

为研究高能推进剂的冲击损伤状态对其使用安全性的影响,以爆轰波为加载手段,对NEPE推进剂试样进行冲击损伤。经扫描电镜观察和密度测量,冲击试样的基体材料和固体颗粒破坏严重,密度降低。热分析实验表明,损伤有利于试样中硝酸酯热分解的进行。密闭爆发器实验显示,损伤使燃烧速度加快。     

区域重力异常辅助导航定位的统计分析

海洋区域的重力异常变化非常复杂,在利用重力异常数据进行水下载体的辅助导航的仿真中,有些航线我们可以得到较好的匹配结果,有些航线因为辅助区域的重力异常变化较小而不能提供较好辅助定位.利用区域内均匀分布的航线进行多航线的统计分析,可以给出比较客观的区域匹配结果.本文探讨了重力异常辅助惯性导航的相关技术,利用2'×2'的卫星测高重力异常数据,在纬度25°～130°,经度130°～135°的范围对SITAN算法的区域导航能力进行了统计分析.多条航线的统计结果表明,利用SITAN算法进行的重力异常辅助导航可以满足重力辅助导航要求.     

基于LSTM-GAN的无人机飞行数据异常检测算法

飞行数据的异常检测是保障无人机飞行安全的关键。为了提升异常检测的准确率,以更好地构建无人机飞行数据正常样本的数据模式,提出了一种基于长短时记忆网络（LSTM）和生成对抗网络（GAN）的异常检测算法。设计了由生成网络、判别网络和重构网络组成的循环学习网络,同时为了避免网络学习产生梯度爆炸的风险,设计了一种由两个判别损失函数与一个重构损失函数相结合的目标损失函数。实验结果表明,LSTM-GAN异常检测算法均优于K-means、单类支持向量机、LSTM和Auto-Encoder算法的异常检测性能。LSTM-GAN比LSTM异常检测的准确率提高2.2%。     

神经系统信息处理和异常功能的复杂动力学

神经系统通过电活动实现信息处理及生物功能,电活动的节律和时空行为是功能的动力学表征.神经电生理实验结合理论模型,借助于分岔揭示了外界激励、参数和噪声调控下的周期、混沌和随机等多样性的节律模式及其节律的复杂转迁规律,揭示了感觉神经对信息(如血压压力信号和痛觉信息)的节律编码机制,揭示了突触噪声扩大脑神经元的信息传递能力并对能力强弱进行了分类,结果可用于提高信息检测能力和指导镇痛;借助于单神经元节律的动力学——如分岔和簇放电节律的快慢动力学——解释了网络功能异常的时空行为,如药物调控脑皮层的螺旋波/癫痫和慢抑制耦合调控的运动网络的同步转迁/运动模式异常,结果给出了调控系统功能的途径;通过大数据分析获得自闭症患者的脑功能网络的时空行为特征——症状相关脑区的同步活动降低,给出了用于诊断的潜在指标.通过新实验发现、新建理论模型、新分析方法和新观点阐释,揭示了神经系统的复杂动力学,认识和解释了神经系统的信息处理机制和异常生物功能/疾病,具有重要科学意义和潜在应用价值.     

再访结构弹塑性动力响应的异常行为

以ＬｅｅＬＨＮ的有限变形弹－塑性连续体的最小加速度原理为基础,对理想弹－塑性材料的两端铰支梁受矩形脉冲载荷作用时的动力行为进行了数值计算和分析,结果得到了梁的动力响应的异常现象,通过详细分析整个响应过程各个阶段梁的轴力、     

重力异常对平台式惯性导航系统误差的影响分析

建立了重力异常导致平台式惯性导航系统误差的模型，导出了重力异常东向和北向分量对各个惯导误差量的传递函数，并运用Matlab工具进行了误差仿真，提出了在平台式惯导力学编排中修正重力异常的方案。     

药粒破碎对压力异常影响的实验研究

在大口径火炮的研制与使用过程中，火药破碎是引起膛炸的主要原因。采用高低压发射装置，研究多种火药的动态力学强度；通过火炮射击试验，分析火药破碎对膛内压力异常影响的定量关系；利用新设计的点火器，可有效抑制压力异常。     

全球/区域地形和重力异常间相干性分析

利用卫星测高重力场数据仅可恢复有限频段海底地形信息。为定量描述重力-地形间频谱特征,使用EGM2008/EIGEN-6C4全球重力场位系数模型和DTM2006/EARTH2012全球地形球谐系数模型,以及某3°×3°（12°N～15°N,112°E～115°E）真实海域海底地形数据和卫星测高重力异常数据,采用全球/区域地形-重力相干性分析方法,解算分析了全球/区域地形和重力异常表现强相干性频段参考范围。计算结果表明,全球范围地形-重力在120阶～1000阶左右表现强相干性,对应频段范围是25.45 km～210.61 km。同时,重力场元信噪比、非线性项海底地形和地壳均衡均会影响干扰区域地形-重力相干性结果。研究结果可为利用卫星测高重力数据恢复海底地形信息截止频段的确定提供参考与借鉴。     

接收机钟差估计的伪距异常值检测方法

针对接收机钟差辅助的RAIM检测方法无法适应接收机钟差周期性跳变的问题,根据伪距单点定位原理,提出了基于接收机钟差估计的伪距异常值检测方法。首先根据接收机钟差最大值、接收机速度以及两次定位时间差实时计算伪距异常值的核检门限,然后依次判断每颗卫星到接收机的伪距数据是否正常;为保证检测效果,提出了接收机采样周期门限和定位时间差门限的计算方法,理论计算表明,当接收机钟差最大值为12?s、速度达到第二宇宙速度时,接收机采样周期应小于0.32 s,定位时间差应小于3.2 s。采用GPS空间服务空域高动态目标实测数据分析,结果表明:该方法不受接收机钟差本地周期性修正的影响,在卫星数量减少至4颗或5颗时,依然可以识别出伪距异常的卫星,超出核检门限的伪距异常值识别率达100%,异常数据剔除后的伪距单点定位精度最大值达36 m。     

异常天气条件下潮位过程神经网络补遗预测方法的研究

以异常天气条件下的实测潮位过程为研究对象,根据其为非平稳时间序列的特点,以人工神经网络BP算法作为预测工具,对潮位时间序列中缺失的数据进行补遗建立:差分方法人工神经网络模型;同一海域邻近潮汐测站潮位过程对应预测的去平均值法人工神经网络模型;对增减水现象潮汐过程预测的气象资料数据库人工神经网络模型。以实测资料验证上述方法的可行性,并取得了很好的预测结果。     

鼻腔结构异常及其矫正术后气流场改变的数值分析

鼻腔结构的改变将伴随鼻腔空气动力学特性改变,进而促使下鼻甲等发生自适应性变化。选取鼻中隔偏曲患者并行鼻中隔偏曲矫正术,部分行下鼻甲骨折外移术,将术前和术后患者行鼻腔CT扫描,根据CT数据对鼻腔气道进行表面三维重建,运用计算流体动力学方法分析术前和术后鼻腔气道的空气动力学特征。通过研究发现,鼻腔结构矫正手术不是以双侧鼻腔气道容积对称为目的,而是应将整个鼻腔结构看作一个整体,尽可能地保护鼻腔的"绿化带",最终达到重塑鼻腔结构之目的,使鼻腔的生理功能恢复正常。     

一种重力异常对弹道导弹惯性导航精度影响的补偿方法

分析了弹道导弹飞行中受到的重力异常的作用，以及重力异常对弹道导弹的精度的影响，对导弹受到的重力异常进行了仿真，建立了导弹导航的速度位置和姿态误差方程，提出了一种利用卡尔曼滤波中的状态转移阵对重力异常引起的速度位置误差进行修正的方法。仿真结果表明，这种方法能够对重力异常产生的速度位置误差产生较好的估计校正作用，具有计算量小，易于工程实现，能适用于各种重力场模型的优点。     

基于发动机主轴轴承异常油膜噪声特征的模拟试验研究

由发动机主轴轴承油膜空穴造成的不规则打字机敲击噪声一直是汽车领域未解决的难题. 为了探究发动机主轴轴承动态载荷性能耦合作用下产生的异常空穴噪声,本文作者利用自行设计的平行板挤压油膜试验机进行模拟噪声试验并探究空穴噪声的特征. 该试验机可同时采集振动、位移、声压、力和空穴图像等五种信号,通过试验探究了不同激励信号、挤压振幅、挤压频率、润滑油黏度等因素对空穴噪声的影响,结果表明在方波、大振幅、使用高黏度润滑剂以及挤压频率为12 Hz的状况下容易产生空穴噪声.      

基于卡方检测和相关向量机的DVL异常信息处理机制

多普勒计程仪（DVL）工作在未知、复杂的水下环境中时,各个波束的有效性不是都能保证,偶尔会不可避免地产生异常信息,导致水下组合导航系统的定位精度下降。针对水下航行器长航时定位中可能出现的DVL野值和短时失效,提出一种用于SINS/DVL组合导航系统的DVL异常信息处理机制,一方面采用滑动窗卡方检测方法,消除野值对导航精度的影响;另一方面采用基于稀疏贝叶斯理论的相关向量机算法建立DVL速度回归预测模型,在DVL短时失效时输出速度信息避免SINS误差积累。基于长江试验的实测数据,对比了所提方法与DVL失效时仅隔离DVL、采用相关向量机模型预测但未处理野值以及采用支持向量机模型预测并处理野值三种方法,所提方法分别提升了68.8%、67.3%和22.6%的定位精度,可以更准确预测DVL速度输出并且避免野值导致的滤波精度下降问题,验证了该DVL异常信息处理机制的有效性和鲁棒性。