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煤岩三轴卸围压破坏声发射本征频谱特征试验研究

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采矿与安全工程学报 2019年第5期36卷 1002-1008页

作者：杨永杰马德鹏周岩山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590 山东农业大学水利土木工程学院山东泰安271018 山东科技大学资源与土木工程系山东泰安271019

对煤、砂岩在不同围压及不同卸围压速率下的三轴卸围压声发射试验中所采集到的波形信号进行小波包分析及FFT变换,探讨波形信号的能量、频谱特征及岩样卸荷破坏前兆。结果表明:煤、砂岩波形信号在0~625 kHz这一频带中的能量占总能量的比... 详细信息

对煤、砂岩在不同围压及不同卸围压速率下的三轴卸围压声发射试验中所采集到的波形信号进行小波包分析及FFT变换,探讨波形信号的能量、频谱特征及岩样卸荷破坏前兆。结果表明:煤、砂岩波形信号在0~625 kHz这一频带中的能量占总能量的比例分别为93.04%,90.07%,频率大于625 kHz的高频部分所占能量很少,表明煤、砂岩的声发射信号能量虽然在频域上分布范围较大,但主要集中在较低的频段区间;不同岩样声发射波形信号的最大主频值波动性较大,而最小主频值变化不大,说明岩样在试验过程中,其内部小裂纹的形成具有随机特点,而大尺度的破裂则具有一定的共性;在卸围压破裂前兆方面,声发射波形信号主频值在岩样宏观破裂之前会产生突变,出现极高(煤岩120 kHz、砂岩160 kHz)及极低(0 kHz)的频率值,主频出现突变,这一现象可作为岩样宏观破裂产生的前兆特征。

关键词：卸围压声发射频谱特征前兆特征小波包

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气流扰动下光电系统高精度稳像控制方法

红外与激光工程 2019年第10期48卷 189-196页

作者：张伟明史泽林马德鹏中国科学院沈阳自动化研究所辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110016 中国科学院光电信息处理重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院大学北京100049

气流随机冲击引起的姿态扰动是飞行器光电系统的主要扰动源,在系统自身转轴摩擦和质量不平衡等因素的作用下,严重影响了光电系统视轴稳定性。为了有效抑制扰动力矩的影响,建立了外俯仰、内方位两轴光电系统动力学模型,给出了扰动因素和... 详细信息

气流随机冲击引起的姿态扰动是飞行器光电系统的主要扰动源,在系统自身转轴摩擦和质量不平衡等因素的作用下,严重影响了光电系统视轴稳定性。为了有效抑制扰动力矩的影响,建立了外俯仰、内方位两轴光电系统动力学模型,给出了扰动因素和运动耦合综合作用下的扰动传递关系。根据系统动力学模型,提出了扩展卡尔曼滤波扰动力矩估计方法,并构建扰动力矩前馈控制回路,实现了对扰动力矩的实时补偿,大大提高了光电系统的稳像控制精度。利用飞行模拟转台对某两轴光电系统进行了半实物仿真实验,结果表明:在幅值为1°、频率为2 Hz的载体扰动条件下,采用前馈补偿方法系统俯仰和方位框架的视轴稳定精度均方根值分别达到0.026 4 mrad和0.029 0 mrad,相比扰动观测器控制方法分别提高了64.1%和69.6%。

关键词：视轴稳定光电稳像平台扩展卡尔曼滤波前馈补偿

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基于蠕变试验的石膏矿柱长期稳定性研究

岩石力学与工程学报 2015年第10期34卷 2106-2113页

作者：杨永杰邢鲁义张仰强马德鹏山东科技大学矿山灾害预防控制–省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039

石膏矿柱的长期稳定性是影响石膏矿山安全生产和地表环境的主要因素。针对鲁能泰山石膏矿开采中矿柱稳定性问题,采用室内试验、数值模拟及现场实测相结合的方法对矿柱的长期稳定性进行分析。蠕变试验结果分析表明,石膏的蠕变强度为瞬时... 详细信息

石膏矿柱的长期稳定性是影响石膏矿山安全生产和地表环境的主要因素。针对鲁能泰山石膏矿开采中矿柱稳定性问题,采用室内试验、数值模拟及现场实测相结合的方法对矿柱的长期稳定性进行分析。蠕变试验结果分析表明,石膏的蠕变强度为瞬时强度的72%~77%,采用改进的Burgers蠕变模型可以较好地描述石膏的蠕变特性。基于试验结果,对4301工作面矿柱的长期稳定性进行数值模拟计算分析,矿房顶底板及两帮围岩变形速度随时间增长而逐步递减;且顶底板的变形不同步,采后1 a底板即趋于稳定,两帮2 a后趋于稳定,而顶板采后3 a才趋于稳定;采后10 a,矿房顶底板及两帮移近量分别为155,68 mm。围岩变形监测结果表明,矿房采后100 d内围岩变形速度较大,而后呈逐渐递减趋势,但变形量仍处于缓慢增长中,并且矿房围岩趋于稳定的时间不同,采后400 d,两帮变形基本趋于稳定,而顶底板变形经过640 d后才趋于稳定。

关键词：采矿工程石膏矿柱蠕变试验模拟计算长期稳定性

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基于能量释放的深井巷道断面形状优化

中南大学学报（自然科学版） 2015年第9期46卷 3354-3360页

作者：马德鹏杨永杰曹吉胜邢鲁义山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590 中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙410083

选取矩形、直墙拱形、梯形、圆形和椭圆形共5种典型断面形状的巷道,基于UDEC程序分析巷道的围岩能量释放特征、应力及塑性区分布规律,并分析水平构造应力对它们的影响。研究结果表明:巷道围岩稳定性受断面形状影响显著,巷道边界线越光滑... 详细信息

选取矩形、直墙拱形、梯形、圆形和椭圆形共5种典型断面形状的巷道,基于UDEC程序分析巷道的围岩能量释放特征、应力及塑性区分布规律,并分析水平构造应力对它们的影响。研究结果表明:巷道围岩稳定性受断面形状影响显著,巷道边界线越光滑,能量释放量越低,主应力差不均匀区域及塑性区范围越小;深井巷道的最优断面形状为圆形及椭圆形。针对围岩的不同应力状态选择不同的断面形状,能够有效减少围岩塑性区及主应力差分布不均匀区域的范围,降低巷道的冲击危险性。

关键词：能量释放水平应力主应力差断面优化数值模拟

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基于U曲线法的半参数模型中正则化参数确定

中南大学学报（自然科学版） 2019年第7期50卷 1696-1703页

作者：周岩靳奉祥梁庆华马德鹏山东科技大学资源与土木工程系山东泰安271019 山东建筑大学测绘地理信息学院山东济南250101 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039 山东农业大学水利土木工程学院山东泰安271018

针对半参数模型补偿最小二乘估计中正则化参数合理确定的问题,研究一种正则化参数确定方法即U曲线法,基于该方法确定合适的正则化参数,能够有效地控制残差范数与信号范数之间的平衡,得到较准确的参数估值;通过仿真算例分析,将基于U曲线... 详细信息

针对半参数模型补偿最小二乘估计中正则化参数合理确定的问题,研究一种正则化参数确定方法即U曲线法,基于该方法确定合适的正则化参数,能够有效地控制残差范数与信号范数之间的平衡,得到较准确的参数估值;通过仿真算例分析,将基于U曲线法确定正则化参数的半参数模型的参数估计解和其他方法进行比较,研究结果表明:模拟的系统误差为周期性时,应用L曲线法、U曲线法确定的正则化参数进而求得的参数估值与其真值差值向量的范数分别为4.6324×10^-4和3.4970×10^-4;当模拟的系统误差呈线性周期性时,应用L曲线法和U曲线法确定的正则化参数进而求得的参数估值与其真值差值向量的范数分别为7×10^-4和4×10^-4,故采用U曲线法确定的正则化参数所求得的参数估值的精度比L曲线法的高,能较好地将观测值中的系统误差分离出来。

关键词：半参数模型正则化参数 L曲线法 U曲线法

考虑界面倾角及分形特性的组合煤岩体强度及破坏机制分析

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中南大学学报（自然科学版） 2018年第1期49卷 175-182页

作者：曹吉胜戴前伟周岩马德鹏中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙410083 中南大学有色金属成矿预测教育部重点实验室湖南长沙410083 中国煤炭科工集团重庆研究院有限公司重庆400037 山东科技大学测绘科学与工程学院山东青岛266590 山东农业大学水利土木工程学院山东泰安271018

为深入研究分界面对组合煤岩体力学行为的影响,设计25个不同界面分形维数及倾角的组合体试验模型,运用RFPA软件对其力学特征及破坏机制进行数值试验研究。计算结果分析表明:界面倾角及分形维数对组合体的破坏强度、破裂形式、弹性模量... 详细信息

为深入研究分界面对组合煤岩体力学行为的影响,设计25个不同界面分形维数及倾角的组合体试验模型,运用RFPA软件对其力学特征及破坏机制进行数值试验研究。计算结果分析表明:界面倾角及分形维数对组合体的破坏强度、破裂形式、弹性模量及损伤有明显的影响:随界面倾角增大,破坏强度逐渐降低,组合体的破坏形式由煤样内部剪切破坏逐渐转变为煤样分界面滑移破坏;随界面分形维数的增加,破坏强度与弹性模量均逐渐增大,并且界面倾角越大,界面分形特征对组合煤岩体弹性模量的影响程度越大;随着分形维数的增大,组合煤岩体的损伤值逐渐降低,两者呈上凸形二次曲线的函数关系,且分形维数越大,损伤值降幅也越大。

关键词：分形维数组合煤岩体倾角破坏机制损伤

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综采动压区沿空掘巷“时-空”关系分析

采矿与安全工程学报 2015年第3期32卷 465-470页

作者：马德鹏王同旭刘阳山东科技大学矿业与安全工程学院矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590

针对油页岩综采动压区沿空掘巷中面临的支护困难、围岩变形量大等问题,对掘进与回采的"时-空"关系、巷道支护加固方案及修复技术进行研究。基于理论及数值模拟分析,得到巷道围岩变形及应力分布规律,初步确定巷道掘进方案;结合掘进期间... 详细信息

针对油页岩综采动压区沿空掘巷中面临的支护困难、围岩变形量大等问题,对掘进与回采的"时-空"关系、巷道支护加固方案及修复技术进行研究。基于理论及数值模拟分析,得到巷道围岩变形及应力分布规律,初步确定巷道掘进方案;结合掘进期间的矿压观测结果,确定掘进与回采合理的时空关系。追尾掘进时,巷道合理的滞后距离为136 m,滞后天数不应小于36 d;对头掘进时,巷道进入停采线的距离应小于50 m。根据围岩变形观测情况,对不同地段巷道分别设计了加固及修复方案,加固维修后的巷道能够满足生产要求,对类似条件下巷道掘进具有指导意义。

关键词：油页岩沿空掘巷动压区时空关系数值模拟现场实测

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固体材料中裂纹扩展模拟研究

固体材料中裂纹扩展模拟研究

作者：马德鹏吉林大学

学位级别：硕士

断裂力学是最近半个世纪才发展起来的一门新兴科学,是对经典连续介质力学的一个重要贡献,但材料中裂纹扩展的微观机制及其规律仍需探索。本文的研究可以为抗裂纹设计提供参考。论文综述分析了裂纹扩展国内外研究进展与现状,针对裂纹扩... 详细信息

断裂力学是最近半个世纪才发展起来的一门新兴科学,是对经典连续介质力学的一个重要贡献,但材料中裂纹扩展的微观机制及其规律仍需探索。本文的研究可以为抗裂纹设计提供参考。论文综述分析了裂纹扩展国内外研究进展与现状,针对裂纹扩展的微观机制及其规律的问题,开展了以下研究;(1)研究了纳米Ag单晶体的单轴向拉伸条件下的力学性能;(2)研究了含中心预裂纹的纳米Ag单晶体拉伸条件下的力学性能及其表面效应、加载速率效应及尺寸效应;(3)研究了含复合型预裂纹的模型的裂纹扩展预测模拟。由上述工作得出纳米Ag单晶体的屈服强度(σs = 20.5GPa)和强度极限(σb = 21.35GPa);含中心预裂纹的纳米Ag单晶体裂纹扩展过程中的最大应力为σy = 13.9GPa,没有达到纳米Ag单晶体模型所计算出的屈服强度(σs = 20.5GPa),就发生破坏了,可见裂纹对结构强度影响很大。并与Al、Cu和Ni的纳米单晶体的模拟结果进行了对比分析。

关键词：裂纹扩展分子动力学有限元

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光电稳像平台扰动力矩估计与自适应补偿

信息与控制 2019年第5期48卷 589-594,602页

作者：张伟明史泽林马德鹏中国科学院沈阳自动化研究所辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 中国科学院光电信息处理重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院大学北京100049

针对飞行器光电稳像平台在强气流冲击下,质量不平衡等系统内在因素所引起的扰动力矩增大,导致系统视轴稳定(LOS)精度严重下降的问题,提出了一种典型两轴直角正交结构稳像平台的扰动力矩模型,此模型考虑了框架间运动耦合的影响.针对扰动... 详细信息

针对飞行器光电稳像平台在强气流冲击下,质量不平衡等系统内在因素所引起的扰动力矩增大,导致系统视轴稳定(LOS)精度严重下降的问题,提出了一种典型两轴直角正交结构稳像平台的扰动力矩模型,此模型考虑了框架间运动耦合的影响.针对扰动力矩信号重构过程中的多传感器噪声影响问题,提出了无迹卡尔曼滤波扰动力矩在线估计方法,并构建力矩前馈控制回路,实现了对扰动力矩的自适应补偿.半实物仿真实验结果表明,扰动力矩估计的收敛速度快,估计过程平稳.在0.5 Hz^4 Hz特征频点的载体扰动下,相比于带有摩擦力矩补偿的扰动观测器控制方法,系统视轴稳定精度提高了10.9%~29.3%.

关键词：航空光电视轴稳定无迹卡尔曼滤波自适应补偿