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Application of machine learning in predicting the rate-dependent compressive strength of rocks

Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2022年第5期14卷 1356-1365页

作者： mingdong wei Wenzhao Meng Feng Dai wei Wu School of Civil and Environmental Engineering Nanyang Technological UniversitySingapore State Key Laboratory of Hydraulics and Mountain River Engineering College of Water Resource and HydropowerSichuan UniversityChengdu610065China

Accurate prediction of compressive strength of rocks relies on the rate-dependent behaviors of rocks, and correlation among the geometrical, physical, and mechanical properties of rocks. However, these properties may not be easy to control in laboratory experiments, particularly in dynamic compression experiments. By training three machine learning models based on the support vector machine(SVM), backpropagation neural network(BPNN), and random forest(RF) algorithms, we isolated different input parameters, such as static compressive strength, P-wave velocity, specimen dimension, grain size, bulk density, and strain rate, to identify their importance in the strength prediction. Our results demonstrated that the RF algorithm shows a better performance than the other two algorithms. The strain rate is a key input parameter influencing the performance of these models, while the others(e.g. static compressive strength and P-wave velocity) are less important as their roles can be compensated by alternative parameters. The results also revealed that the effect of specimen dimension on the rock strength can be overshadowed at high strain rates, while the effect on the dynamic increase factor(i.e. the ratio of dynamic to static compressive strength) becomes significant. The dynamic increase factors for different specimen dimensions bifurcate when the strain rate reaches a relatively high value, a clue to improve our understanding of the transitional behaviors of rocks from low to high strain rates.

关键词： Machine learning Rock dynamics Compressive strength Strain rate

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A fracture model for assessing tensile mode crack growth resistance of rocks

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Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2023年第2期15卷 395-411页

作者： mingdong wei Feng Dai Yi Liu Ruochen Jiang State Key Laboratory of Hydraulics and Mountain River Engineering College of Water Resources and HydropowerSichuan UniversityChengdu610065China

Evaluating the fracture resistance of rocks is essential for predicting and preventing catastrophic failure of cracked structures in rock *** investigation developed a brittle fracture model to predict tensile mode(mode I)failure loads of cracked *** basic principle of the model is to estimate the reference crack corresponding to the fracture process zone(FPZ)based on the maximum normal strain(MNSN)ahead of the crack tip,and then use the effective crack to calculate the fracture *** emphasize that the non-singular stress/strain terms should be considered in the description of the *** this way,the FPZ,non-singular terms and the biaxial stress state at the crack tip are simul-taneously *** principle of the model is explicit and easy to *** verify the proposed model,laboratory experiments were performed on a rock material using six groups of *** model predicted the specimen geometry dependence of the measured fracture toughness ***-over,the potential of the model in analyzing the size effect of apparent fracture toughness was discussed and validated through experimental data reported in the *** model was demonstrated su-perior to some commonly used fracture models and is an excellent tool for the safety assessment of cracked rock structures.

关键词： Brittle fracture model Fracture toughness Maximum normal strain(MNSN) Fracture process zone(FPZ) Size effect

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Dynamic fracture properties and criterion of cyclic freeze-thaw treated granite subjected to mixed-mode loading

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JOURNAL OF ROCK MECHANICS AND GEOTECHNICAL ENGINEERING 2024年第12期16卷 4971-4989页

作者： Cui, Zhihui Dai, Feng Liu, Yi Zhang, Biao wei, mingdong Zhang, Qi Sichuan Univ Coll Water Resource & Hydropower State Key Lab Hydraul & Mt River Engn Chengdu 610065 Peoples R China China Railway 23RD Bur Grp Corp Ltd Chengdu 610072 Peoples R China

Rock masses in high-elevation or cold regions are vulnerable to the combined effects of freeze-thaw (F-T) weathering and dynamic mixed-mode loading, posing a serious threaten to the safety and stability of geotechnical engineering. In this study, a series of dynamic fracture tests were conducted on notched semi-circular bend (NSCB) granite specimens subjected to different mixed-mode loading and F-T cycles using a split Hopkinson pressure bar (SHPB) test system. The effects of F-T treatment and dynamic mixed-mode loading on the fracture properties of granite, including effective fracture toughness, progressive fracture process, and macroscopic morphology of fracture surface, were comprehensively revealed. The experimental results suggest that the dynamic effective fracture toughness of NSCB specimens is dependent on the loading rate, particularly when the mode I loading is dominant. Additionally, the fracture toughness decreases as the number of F-T cycles increases, with an inflection point at 30 F-T cycles. All granite specimens subjected to mixed-mode loading exhibit a curved fracture path, with faster crack propagation speed and more fine cracks in specimens exposed to higher F-T cycles. Macroscopic morphology of fracture surface obtained using three-dimensional (3D) scanning indicates that the fractal dimension of the fracture surface increases with increasing F-T cycles, and the increment is more pronounced for specimens subjected to a higher mode II loading component. Moreover, this study compared the fracture resistance of F-T treated granite subjected to dynamic mixed loading using the maximum tangential stress (MTS) criterion and the generalized maximum tangential stress-based semi-analytical (SA-GMTS) criterion. Compared with the MTS criterion, the SA-GMTS criterion shows a more reasonable consistency with the experimental results, with a root mean square error within f7%. (c) 2024 Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences. Publishe

关键词： Freeze-thaw (F-T) cycles Dynamic fracture Mixed-mode I/II fracture Notched semi-circular bend (NSCB) specimen Fracture criterion

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基于能量优化的无线传感器网络动态分簇目标跟踪

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计算机应用 2017年第6期37卷 1539-1544页

作者：魏明东何小敏许亮广东工业大学自动化学院广州510006

针对无线传感器网络动态分簇目标跟踪中的数据碰撞与簇首选择过程导致能耗过高问题,提出一种基于能量优化的无线传感器网络动态分簇方法。首先,构建时分竞选传输模型,主动避免动态簇内数据碰撞,降低节点能耗;然后,基于能量信息与跟踪质... 详细信息

针对无线传感器网络动态分簇目标跟踪中的数据碰撞与簇首选择过程导致能耗过高问题,提出一种基于能量优化的无线传感器网络动态分簇方法。首先,构建时分竞选传输模型,主动避免动态簇内数据碰撞,降低节点能耗;然后,基于能量信息与跟踪质量,提出能量均衡的最远节点调度策略,优化簇头节点调度;最后,根据加权质心定位算法,完成目标跟踪任务。实验结果表明:在节点随机部署的环境下,所提方法对于非线性运动目标的平均跟踪精度为0.65 m,与多目标跟踪动态簇员选择方法(DCMS)相当,比分布式事件定位动态分簇目标跟踪算法(DELTA)提高了45.8%;能量消耗方面,与DCMS和DELTA相比,所提方法的动态跟踪簇能量消耗有效降低了61.1%,延长了网络寿命。

关键词：无线传感器网络目标跟踪能量优化动态分簇时分竞选传输模型

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中速辊式磨煤机运行参数测量与优化

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现代工业经济和信息化 2022年第5期12卷 268-270页

作者：魏明东湖北华电襄阳发电有限公司湖北襄阳441000

随着“30·60”碳达峰、碳中和目标的提出,传统的火力发电厂面临着较大的碳排放压力。将以改造磨煤机的方式对整个制粉系统进行改造,并在改造后通过数值模拟和实验两种方法来验证本次磨煤机改造方案的有效性,提升磨煤机出力,降低能耗指标。

关键词：中速辊式磨煤机改造优化

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静水压环境下岩石动态压剪耦合力学响应与本构模型

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工程科学与技术 2024年第2期56卷 186-195页

作者：杜洪波王鑫婷魏明东阿比尔的王浩然重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心重庆400074 重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室重庆400074 四川大学山区河流保护与治理全国重点实验室四川成都610065

静水压环境是深部岩石的典型应力赋存状态,并且岩石内存在多尺度的结构面,易遭受压剪耦合的复杂动力扰动。因此,探究静水压环境下岩石动态压剪耦合力学响应及损伤本构模型对于深部岩石结构安全评估和动力灾害防控极为重要。本文应用霍... 详细信息

静水压环境是深部岩石的典型应力赋存状态,并且岩石内存在多尺度的结构面,易遭受压剪耦合的复杂动力扰动。因此,探究静水压环境下岩石动态压剪耦合力学响应及损伤本构模型对于深部岩石结构安全评估和动力灾害防控极为重要。本文应用霍普金森压杆试验装置,对倾斜砂岩试样进行动态压剪耦合试验,揭示静水围压、动态荷载压剪耦合比及加载率对岩石力学特性的影响规律;基于Drucker–Prager准则和weibull分布,建立静水压环境下深部岩石动态压剪耦合损伤本构模型。结果表明:1)岩石动态强度及变形模量随着加载率及静水围压的增大呈增加趋势,强度的围压效应及加载率效应明显,动态荷载中的剪切分量能削减岩石承载能力并提升岩石的变形能力。2)随着动态荷载剪压比和静水围压的增加,岩石冲击破坏模式由拉伸主导的内部锥形破裂面及表面劈裂转变为剪切主导的单一平面破坏;动态荷载中的剪切分量对静水围压作用下岩石的动态破碎存在明显的限制作用。3)采用极值解析法推导了模型分布参数F0和m的解析表达式,探究了模型分布参数F0、m和损伤修正系数q的物理意义及其对本构模型的影响规律;同时,对比不同工况下试验和理论应力应变曲线,验证了该模型的合理性。本文揭示的静水压环境下岩石动态压剪耦合动力响应与建立的损伤本构模型,可为复杂动力扰动下深部岩石工程安全建设与灾害防护提供理论支撑。

关键词：深部岩石静水围压霍普金森压杆动态压剪耦合动力响应损伤本构模型

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改进BP网络在水电规划方案优选中的应用

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人民黄河 2016年第6期38卷 124-128页

作者：李瑶黄川友殷彤朱国宇魏明东四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065

水电开发易受经济、社会、环境等诸多不确定性因素影响,其规划本质是一类多元非线性决策问题,至今还没有统一的评价模型。采用BP神经网络的改进算法,以MATLAB7.0为平台建立人工神经网络水电规划评价模型。以庆大河水电规划为例,从社会... 详细信息

水电开发易受经济、社会、环境等诸多不确定性因素影响,其规划本质是一类多元非线性决策问题,至今还没有统一的评价模型。采用BP神经网络的改进算法,以MATLAB7.0为平台建立人工神经网络水电规划评价模型。以庆大河水电规划为例,从社会经济效益和生态环境影响等方面综合考虑,构建水电梯级规划方案决策指标体系,运用BP神经网络建立决策模型,量化评估各方案的综合效益,依此决策最优方案。决策结果与工程实际抉择一致,表明BP神经网络用于水电规划方案优选具有实用性。

关键词：水电梯级规划最优决策 BP神经网络指标体系

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涡轴发动机涡轮叶片三维瞬态热分析研究

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航空科学技术 2018年第3期29卷 35-39页

作者：赵明东李维赵尊盛周志翔中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002

本文研究了瞬态热边界条件的处理方法,以ANSYS CFX软件为平台,提出了一种自定义权系数的方法,并利用软件自带的step函数构建权系数的表达式,用于描述全时段内某一边界区域的瞬态换热边界数据,最终应用该方法对某涡轴发动机涡轮叶片成功... 详细信息

本文研究了瞬态热边界条件的处理方法,以ANSYS CFX软件为平台,提出了一种自定义权系数的方法,并利用软件自带的step函数构建权系数的表达式,用于描述全时段内某一边界区域的瞬态换热边界数据,最终应用该方法对某涡轴发动机涡轮叶片成功加载了边界条件,完成了瞬态热分析,为今后发动机零件的三维瞬态热分析提供了参考。

关键词：涡轮叶片瞬态热分析

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A Secure-Efficient Data Collection Algorithm Based on Self-Adaptive Sensing Model in Mobile Internet of Vehicles

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China Communications 2016年第2期13卷 121-129页

作者： LIANG wei RUAN Zhiqiang TANG mingdong LI Peng Department of Software Engineering Xiamen University of TechnologyXiamenFujian361024China Department of Computer Science Minjiang UniversityFuzhouFujian 350108China School of Computer Science and Engineering Hunan University of Science and TechnologyXiangtan 411201China

Existing research on data collection using wireless mobile vehicle network emphasizes the reliable delivery of ***,other performance requirements such as life cycle of nodes,stability and security are not set as primary design *** makes data collection ability of vehicular nodes in real application environment *** considering the features of nodes in wireless IoV,such as large scales of deployment,volatility and low time delay,an efficient data collection algorithm is proposed for mobile vehicle network *** adaptive sensing model is designed to establish vehicular data collection *** protocol adopts group management in model *** vehicular sensing node in group can adjust network sensing chain according to sensing distance threshold with surrounding *** will dynamically choose a combination of network sensing chains on basis of remaining energy and location characteristics of surrounding *** addition,secure data collection between sensing nodes is undertaken as *** simulation and experiments show that the vehicular node can realize secure and real-time data ***,the proposed algorithm is superior in vehicular network life cycle,power consumption and reliability of data collection by comparing to other algorithms.

关键词： wireless vehicle network datacollection protocol network sensing chain self'-adaptive sensing sensing distance threshold.

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不同视觉条件平衡训练对慢性踝关节不稳患者本体感觉的影响

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中国组织工程研究 2025年第5期29卷 1050-1057页

作者：吴一晗刘中强魏乔叶刘明冬陈科奕李志刚西南医科大学体育学院四川省泸州市646000 重庆市武隆区人民医院康复医学科重庆市408500 四川省射洪市中医院康复治疗中心四川省射洪市629200

背景:频闪视觉训练可以迫使感觉重新加权,通过增强对于本体感觉信息的敏感性而使其重新恢复原有权重,这可能是改善本体感觉的有效方法。目的:确定低频、高频和正常视觉条件下的平衡训练对慢性踝关节不稳患者踝关节本体感觉的影响。方法... 详细信息

背景:频闪视觉训练可以迫使感觉重新加权,通过增强对于本体感觉信息的敏感性而使其重新恢复原有权重,这可能是改善本体感觉的有效方法。目的:确定低频、高频和正常视觉条件下的平衡训练对慢性踝关节不稳患者踝关节本体感觉的影响。方法:在西南医科大学学生中招募36例慢性踝关节不稳患者,随机分为低频视觉训练组(n=12)、高频视觉训练组(n=12)和正常视觉训练组(n=12),均进行渐进跳跃稳定平衡训练,其中低频视觉训练组、高频视觉训练组在训练过程中佩戴频闪眼镜,频闪频率分别为1.75,5 Hz,每周训练3次,连续训练4周。训练前及训练完成后1周内,评估所有受试者的踝关节本体感觉、动态姿势稳定性和踝关节稳定性自我评价。结果与结论:①踝关节本体感觉具有显著的时间主效应(P<0.05);与训练前相比,低频视觉训练组和高频视觉训练组受试者训练4周后的踝关节本体感觉有明显改善(P<0.05);训练4周后,低频视觉训练组受试者的踝关节本体感觉较正常视觉训练组有明显改善(P<0.05);②踝关节稳定性自我评价具有显著的时间主效应、组别×时间因素主效应(P<0.05);与训练前比较,3组训练4周后的踝关节稳定性自我评价均提高(P<0.05);训练4周后,高频视觉训练组受试者的踝关节稳定性自我评价高于正常视觉训练组(P<0.05);③与训练前相比,低频视觉训练组、高频视觉训练组受试者训练4周后的前向动态姿势稳定性、后内侧动态姿势稳定性、后外侧动态姿势稳定性均有明显改善(P<0.05),正常视觉训练组受试者训练4周后的前向动态姿势稳定性、后外侧动态姿势稳定性均有明显改善(P≤0.05);④结果表明,无论频率如何,在频闪视觉条件下进行平衡训练均可以改善慢性踝关节不稳患者的本体感觉、踝关节稳定性自我评价及动态姿势稳定性。

关键词：慢性踝关节不稳频闪视觉平衡训练感觉重新加权本体感觉动态姿势稳定性

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