随机激励下连续时间马尔科夫跳变非线性系统的平稳响应研究（英文）

目的:提出一种预测随机激励下连续时间马尔科夫跳变非线性系统的平稳响应的近似方法。创新点:1.得到了含有马尔科夫跳变参数的关于能量的平均It?方程;2.建立了含有马尔科夫跳变参数的平均It?方程相应的FPK方程。方法:1.将一个随机激励的马尔科夫跳变非线性系统由状态方程转化为等价的It?方程,并根据It?微分法则给出哈密顿量(系统总能量)的It?方程;2.通过随机平均法,得到关于系统能量的平均It?方程;3.推导并求解相应的FPK方程。结论:1.跳变规律对马尔科夫跳变非线性系统随机响应具有重要影响;2.理论结果与数字模拟结果吻合验证了理论方法的准确性。     

基于VMD和嵌入选择NPE的滚动轴承性能退化评估（英文）

为了提高滚动轴承性能退化评估中退化指标的早期故障敏感性和稳定性,提出了一种基于嵌入选择的邻域保持嵌入(ESNPE)方法.首先,采用变分模态分解(VMD)对获得的振动信号进行分解,提取各本征模态分量的奇异值和相对能量等组成高维故障特征集.然后,采用NPE流行学习方法提取特征空间内的嵌入特征.针对传统NPE存在有效嵌入信息容易被抑制的问题,构建了一种基于Spearman相关系数的嵌入选择策略.该策略通过相关系数的大小衡量嵌入特征的有效性,并通过一阶差分的方法在轴承退化的早期阶段确定并保留有效嵌入特征.最后,采用支持向量数据描述(SVDD)模型构建性能退化指标,实现轴承性能退化评估.使用轴承全寿命退化实验数据,并与传统的主成分分析(PCA)方法和NPE方法特征提取分析结果进行对比,验证了所提方法在提升退化指标早期故障敏感性和稳定性方面具有优越性.     

一种基于深度神经网络的结构优化求解算法（英文）

目的:提出一种新的优化方法以解决结构优化问题。创新点:不是通过灵敏度分析来解决优化问题,而是利用深度学习神经网络的优势来寻找优化函数的最优值。方法:1.采用基于拉格朗日对偶和深度神经网络的方法。2.将输入数据用于训练神经网络,直到输出值与预测值非常接近为止。3.通过深度学习插值求解拉格朗日min-max对偶问题,从而找到最小输入值。结论:1.该方法可以解决结构优化问题,但它限制了设计变量输入的数量。2.该方法的准确性取决于输入的区间大小;因此,下一步工作是发展新方法以减少输入数据集的数量。     

简谐力激励下结构的生长式拓扑优化方法（英文）

目的:振动在机械结构的工作中难以避免,且会显著降低机械结构的工作性能。因此,结构动力响应优化设计就显得尤为重要。本文旨在提出一种有效的简谐力激励下的结构拓扑优化方法,通过合理设计结构内加强筋的布局,减小结构特定位置处的位移响应幅值,提高结构的固有频率。概要:植物叶脉可以有效地支撑叶片以抵抗自然界中的风载。本文将植物叶脉分叉构型的最优性用于简谐力激励下结构的加强筋布局设计。首先对简谐力激励下结构的位移响应进行分析。在此基础上,构建以最小化结构特定位置处位移响应幅值为目标的生长式拓扑优化模型。然后,从数学优化的角度,分析加强筋的生长应遵循的规律,提出生长式拓扑优化的数值实现算法。最后通过数值算例证明了本文所提方法的有效性。     

基于多变量幂多项式展开的含随机参数结构可靠性分析（英文）

基于多变量幂多项式展开,提出了一种计算带有随机参数的结构失效概率的新方法,随机参数包括材料性能、结构几何特征和静力荷载.首先,将结构响应展开为一个系数未知的多变量幂多项式展开式,然后结合高阶摄动技术和伽辽金投影方法确定多变量幂多项式展开式的待定系数,从而最终获得结构的功能函数.由于得到的功能函数是一种显式表达,可通过蒙特卡洛模拟直接进行结构失效概率的多维积分计算,且只需少量的计算时间.2个数值算例证明了所提出方法的精确性和高效性.将该方法与被广泛应用的一次二阶矩可靠性方法(FORM)和二次二阶矩可靠性方法(SORM)进行了比较,结果表明该方法的计算结果最接近直接蒙特卡洛方法,且比直接蒙特卡洛方法耗时低很多.     

基于高温组件模型的火灾下钢框架结构连续倒塌分析（英文）

为探究火灾下钢框架结构的整体行为反应和连续倒塌机制,对一个1∶2缩尺钢框架结构开展了角部房间受火工况下的连续倒塌试验,获得了火灾发展全过程的空气温度-时间曲线、构件温度-时间曲线和框架位移-时间曲线,以及火灾下钢框架结构的连续倒塌破坏模式.基于组件法构建了栓焊节点的高温组件模型,推导了高温下栓焊节点弯矩-转角曲线的双折线数学模型.在此基础上,建立了包含栓焊节点高温组件模型的火灾下钢框架结构连续倒塌有限元分析模型,通过与连续倒塌试验结果进行对比,验证了有限元分析模型的准确性,并揭示了火灾下钢框架结构的连续倒塌机制.研究结果表明,钢框架结构在角部房间受火工况下,角柱虽然应力比最低,但由于受到的轴向约束远小于内柱和边柱,将率先丧失承载能力,并退出工作,引发钢框架结构连续倒塌破坏.     

港珠澳大桥主桥工程中的连续钢箱梁和钢筋混凝土结构（英文）

作为目前世界上最长的跨海公路桥梁工程,港珠澳大桥在设计和施工中遇到了诸多难题,但它们都被一一克服;在此积累的经验非常值得国内外同行借鉴。为此,针对港珠澳大桥主体桥梁工程中连续钢箱梁的施工全过程的温度效应控制、结构性能预测和施工状态控制及钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀对结构承载力的影响,本专辑邀请了直接参与到港珠澳大桥建设的科研人员和工程管理人员来分享他们的研究成果和观点,希望能帮助读者了解相关研究工作并促进研究人员开展讨论,以推进该领域的基础研究和技术创新。     

可靠旅行时间置信水平下随机网络均衡模型（英文）

为了让交通出行者能够准时到达目的地,对出行时间不确定性下的随机网络分配模型进行了研究.首先根据出行者出行行为,定义了可靠旅行时间置信水平(RTTCL),即出行者在可靠旅行时间(最短旅行时间加上可接受的旅行时间偏差)范围内到达目的地的概率;然后建立了基于可靠性的用户均衡(RUE)模型,即没有出行者可以通过单方面改变自己的出行路径来提高自己的RTTCL.由于传统的交通分配算法无法求解建立的RUE模型,因此设计了一种拟相继平均算法(QMSA).将建立的模型和算法分别在Nguyen-Dupuis和Sioux Falls网络上进行了测试,结果表明,算法能够很快收敛到较高精度,随机交通网络中人们的出行行为与建立的RUE模型一致.     

量化铁路车辆机械故障对轨道退化的影响（英文）

目的:了解和量化铁路车辆机械故障对铁路基础设施退化的影响有利于提高列车安全性,合理制定维护策略,以及优化轨道收费模型。本研究为欧洲Shift2Rail-Assets4rail项目的一部分(报告以非公开的形式被递交),旨在量化铁路车辆机械故障对轨道退化的影响,为调整现有的轨道收费模型提供合理的建议。创新点:1.分析一个常见的铁路车辆机械故障(擦伤)对四个用于轨道收费模型的量化指标的影响;2.引入金代理模型方法以减少仿真次数。方法:1.建立一个带有擦伤的机车多体动力学模型,并考虑车轮和轨道的柔性;2.引入金代理模型以量化车辆速度和擦伤尺寸对四种损坏机制(轨道沉降、轨道构件疲劳、钢轨磨耗和钢轨滚动接触疲劳)的影响。结论:1.轨道沉降、轨道构件疲劳和钢轨磨耗随着擦伤尺寸和车速的增加而急剧增加,并且这种增加趋势随着擦伤尺寸和车速的增加而变得更加尖锐。2.在低速时,滚动接触疲劳随着擦伤尺寸的增加而逐渐增加;在高速时,它首先急剧增加,然后逐渐减小。3.擦伤对轨道构件疲劳和钢轨磨耗的影响最为显著,其次是轨道沉降和滚动接触疲劳。     

基于随机森林算法的传感器融合航向角估计（英文）

为了提高磁干扰环境下的航向角计算精度,将磁力计和惯性测量单元进行融合计算.在构建磁力计误差模型和分析磁力计三轴输出与相邻两时刻磁场分布特征关系的基础上,推导出航向角观测值.同时,采用陀螺状态和角速度增量作为惯性测量单元计算依据,计算出航向角的预测值.随着航向角和环境干扰的变化,使用随机森林算法持续迭代计算权重,将基于磁力计的航向角观测值和基于惯性测量单元的航向角预测值进行融合计算.结果表明,在磁干扰环境下,相比于普通的传感器融合方法,基于随机森林的传感器融合方法的航向角精度可提高约60%.通过随机森林算法计算合适的磁力计和惯性测量单元的输出权重,可有效提高磁干扰环境下的航向角计算精度.     

剑麻纤维在不同pH值条件下的退化行为分析（英文）

采用X射线衍射和扫描电子显微镜,从质量损失、抗拉强度、结晶度和微观形貌等方面研究了剑麻纤维在pH=13.6,12.9,11.9的NaOH溶液中的退化行为,并提出了植物纤维在碱性环境中退化的三阶段模型.结果表明,在所有pH值下退化的剑麻纤维,前7 d均经历迅速的质量损失,这是表面木质素和半纤维素迅速溶解导致的.剑麻纤维在pH=13.6,12.9的NaOH溶液中退化1个月后,夹层中的木质素和半纤维素水解,导致微细纤维松散,抗拉强度由234 MPa分别下降至181和195 MPa;退化6个月后,微细纤维剥离,抗拉强度大幅降低.剑麻纤维在pH=11.9的NaOH溶液中退化6个月后,结构完整性与抗拉强度仍被保留,表明降低pH可有效延缓退化进程.     

基于联动机构的结构形态创构方法（英文）

目的:寻找以轴力为主要传递荷载方式的单层网壳结构的多种合理形态,改善结构的受力性能,为建筑设计提供多种合理的结构形状方案。创新点:1.建立控制单元组长度的移形方程,并在移形方程的基础上推导基于联动机构势能最小化的结构形态创构方法。2.将分组方式应用于网壳结构形态创构,并通过改变分组形式获得不同的合理结构形状;临时单元与临时力的引入拓展了方法的适用范围,也为形态创构提供了新的途径。方法:1.将机构的单元进行分组,以单元组总长度不变作为条件建立机构移形方程;根据机构势能下降最快的方向调整机构形状,使机构逐步达到势能最低。2.在同一初始模型中,通过改变临时单元、临时力以及单元组的设置来获得多种合理结构形状;通过多个数值算例说明该方法的特性。3.对该方法所生成的结构进行受力性能分析,验证所提方法的可行性和有效性。结论:提出了一种适用于网壳结构的形态创构方法。该方法简单、灵活,可以通过调整临时单元、临时力以及单元组的设置,得出多种以轴力为主要传递荷载方式的合理结构形状。可以为设计者在建筑方案设计阶段提供多种结构形状方案。     

高速冲击作用下压力管道力学行为的数值研究（英文）

目的:压力管道是海洋石油化工等领域的常用构件,但经常受到泄漏、爆炸和冲击等事件的威胁。本文旨在探讨压力管道在高速冲击作用下的力学响应及失效机理。创新点:1.开发考虑金属大变形和高应变率的非线性模型,通过基于表面的流体腔模型来模拟管道气体和管道的耦合作用,简化计算模型,提高计算效率;2.通过非线性有限元模型,对管道高速冲击响应的影响因素进行研究分析。方法:1.采用Johnson-Cook模型模拟金属的大应变及大应变率;2.采用基于表面的流体腔模拟管道与内部气体的耦合作用;3.与实验结果对比验证模型的准确性;4.分析影响管道抗冲击性能的参数。结论:1.管道壁厚显著影响管道的抗冲击性能;2.在相同冲量下,冲击头与管道的接触面积越小,管道越容易被穿透;3.在管道受到冲击时,管道内压越大,管道抗穿透能力越小;4.在管道未被破坏时,管道内压能够增加管道的弹性,减小管道受冲击后的凹陷深度。     

岩土材料的微观结构和微观力学（英文）

岩土材料（如黏土、砂土、岩石和混凝土等）在颗粒尺度上均具有独特且明显的微观结构（如组构、粒径、颗粒形状、矿物组成、接触模式和内部孔隙等）。这些颗粒尺度的微观结构较难直接观察,但对岩土材料的宏观物理力学行为（如剪切强度、压缩性和渗透性等）有着显著的影响。近年来,各种新型岩土工程材料（如纤维增强土和生物加固土）表现出更加复杂的微观结构。岩土材料微观结构对材料工程性质的影响促使人们采用更加先进的理论、实验和数值方法对其进行探索,从而大大加深了人们对宏微观力学的认识与理解。为分享岩土材料微观结构和微观力学的最新研究进展,本专辑收集了在该研究领域具有代表性的研究成果,涵盖了颗粒-颗粒和颗粒-流体相互作用、X射线计算机断层扫描观测技术及其应用、颗粒破碎和颗粒形状的影响、岩石裂隙扩展等方面。希望本专辑能加强读者对各个研究领域的理解,并进一步推动多场多尺度问题的应用和发展。     

松茸多糖的超声波提取优化、结构特性和抗氧化活性研究（英文）

目的:对超声提取松茸多糖(TMP)的工艺条件进行优化,对TMP进一步分离纯化,并对纯化多糖(TMP30、TMP60和TMP80)的结构和抗氧化活性进行评估。创新点:首次对超声辅助制备的TMP进行了乙醇分级,对其进行了结构和抗氧化活性评估,并筛选出了抗氧化活性最强的部位(TMP80)。方法:采用单因素试验和正交试验(L_9(3~3))对超声提取TMP的工艺条件进行了优化;采用不同的乙醇终浓度对TMP分离纯化为3种多糖TMP30、TMP60和TMP80;采用高效阴离子色谱(HPAEC-PAD)和傅里叶红外(FT-IR)等技术对3种多糖的理化性质进行了结构表征;利用还原力测定、二苯三硝基苯肼(DPPH)和羟自由基的清除作用对它们的抗氧化活性进行了评估。结论:正交试验结果表明,超声提取TMP的最优工艺条件为:超声温度40°C,超声时间50 min,水原料比例25 ml/g,超声波频率45 k Hz和超声波功率100 W(表1和表2)。在此条件下的TMP得率为8.06%。采用乙醇分级法对TMP进一步分离纯化,制备得到3种多糖TMP30、TMP60和TMP80。HPAEC-PAD和FT-IR的结果表明,TMP30、TMP60和TMP80均主要由岩藻糖(L-Fuc)、半乳糖(D-Gal)、葡萄糖(D-Glc)、木糖(D-Xyl)和甘露糖(D-Man)组成,它们具有相同的单糖组成,但含有不同的摩尔比,且均有β-构型(图2、图3和表3)。抗氧化活性结果表明,它们的能力高低顺序为:TMP80TMPTMP60TMP30(图4和表4),TMP80抗氧化活性最高,为松茸多糖的进一步开发利用提供重要的科学依据。     

含区间参数的不确定性结构直接可靠性设计优化（英文）

目的:为提高含区间参数不确定性结构的可靠性,提供一种基于区间模型的不确定性结构的高效可靠性设计优化方法。创新点:1.提出结构性能指标区间可靠度的统一计算公式;2.提出区间可靠度违反度的概念和基于区间可靠度违反度的优于关系准则;3.提出并实现区间可靠性优化模型的高效直接智能求解算法。方法:1.借鉴图表法并克服其局限,给出计算区间可靠度的统一公式(公式2);2.利用Kriging近似模型和内层遗传算法计算结构性能指标在不确定性参数影响下的变化区间,从而计算出区间可靠性优化模型中各结构性能指标的区间可靠度及其违反度;3.基于区间可靠度违反度的优于关系准则,通过外层遗传算法实现各结构设计矢量的直接优劣排序和区间可靠性优化模型的直接智能求解;4.通过典型算例(图3和4、表2)和工程应用实例(图8和9、表7)验证所提方法的有效性和相比间接求解方法的优越性。结论:1.考虑结构性能指标可靠性要求的不确定性结构区间可靠性设计优化模型能够有效反映实际工程中提高不确定结构可靠性的需求;2.引入区间可靠度违反度的概念和基于可靠度违反度的优于关系准则,利用嵌套遗传算法和Kriging近似模型可实现不确定性结构区间可靠性优化模型的直接高效智能求解;3.提出的区间可靠性优化模型直接求解方法能比间接方法获得更优的解。     

随机车流作用下的斜拉桥恒载索力的提取（英文）

为了提取斜拉桥监测数据中的恒载索力,使用不同统计方法逐级剔除各类因素的影响.以南京长江三桥健康监测系统采集的索力传感器信息为依托,采用线性拟合剔除温度的影响;采用小波基函数为DB8的5级小波降噪方法剔除噪声信号;采用极值Ⅲ型分布拟合检验,取拟合的位置参数作为恒载索力.结果表明:索力和温度呈线性关系,有时温度效应较显著;噪声影响量较小;2007年交通状况下,车辆荷载影响量是温度影响量的2倍.多根拉索的计算结果验证了所提方法的可靠性和正确性.     

物理学和调整能源结构（下）

五、太阳能利用的新发展——自适应光学的广泛应用 a）世界和中国太阳能产业发展现况 近10年来,世界太阳能产业发展极快。2006年世界光伏电池产量达2500MWp（注：MW指兆瓦,Wp的含义指中午12点阳光最强时垂直照向光电池表面所发出的电力,称为峰值（Peak）功率;由于大气层吸收,在早晨和傍晚阳光将低于峰值功率,如果阳光偏离90。     

电车距离约束条件下的广义巢式Logit随机用户平衡模型（英文）

为了更好地描述出行者的路径选择行为,路径选择建模过程中考虑了有限的驾驶范围和稀缺的充电站引起的范围焦虑问题,以及传统的多项式Logit模型具有的路径重叠问题.提出了多用户类和距离限制约束的广义巢式Logit随机用户平衡(GNL-SUE)模型,给出了相应的数学模型,并使用相继平均法(MSA)对其求解.证明了该数学模型等价于改进的GNL-SUE模型,以及模型解的唯一性.最后,测试了所提出的数学模型的性能,并将其与不含距离限制约束的GNL-SUE模型和含有距离限制约束的多项式Logit随机用户平衡(MNL-SUE)模型进行比较.结果表明,所提出的数学模型能够解决范围焦虑问题和路径重叠问题.     

分时电价和计件机器维护下电炉炼钢调度优化问题（英文）

研究了同时考虑生产和能源标准的电弧炉的炉次调度问题,以最小化完工时间和用电成本为目标,构建数学模型.证明了此问题是NP难问题,提出了有效求解算法——LPT-Gene算法,分析了不同加工能耗和电价对最优调度方案的影响,研究了不同权重值和高峰电价与低谷电价之间的差值变化对最优解的影响.算例结果表明:企业在生产中考虑能源消耗成本对最小完工时间影响不大;提出的LPT-Gene算法较GA更适用于所提的研究问题;避免高电价期间生产,减少机器加工能耗差可以有效减少能源消耗成本.研究结果可以为管理者提供在分时电价政策下节省能源消耗成本提高生产率的管理启示.