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基于无量纲模型的空地导弹强化学习制导律

宇航学报 2024年第9期45卷 1445-1455页

作者：黄晓阳周军赵斌许新鹏沈昱恒西北工业大学精确制导与控制研究所西安710072 上海机电工程研究所上海201109

针对空地导弹对地打击的终端角度约束制导问题,提出了一种基于无量纲模型和终端奖励的强化学习末制导方法。首先,基于导弹飞行运动学方程建立了无量纲弹目相对运动模型,降低了强化学习环境状态空间和观测空间规模,有效提高了终端角度约... 详细信息

针对空地导弹对地打击的终端角度约束制导问题,提出了一种基于无量纲模型和终端奖励的强化学习末制导方法。首先,基于导弹飞行运动学方程建立了无量纲弹目相对运动模型,降低了强化学习环境状态空间和观测空间规模,有效提高了终端角度约束制导的强化学习网络训练效率;其次,综合考虑终端命中精度和终端攻击角度精度,不依赖过程奖励函数,构建了基于终端奖励的强化学习策略,避免了传统强化学习制导过程中存在的奖励稀疏问题;第三,采用深度确定性策略梯度算法,在典型场景下完成了考虑输入优化的末制导律训练。数学仿真实验表明,所述方法相比现有方法具有更高的命中精度和攻击角度精度,显著降低需用过载,能够有效克服现有强化学习制导方法中存在的计算资源占用高、学习效率低的问题,充分体现了其潜在的应用价值。

关键词：深度强化学习无量纲模型深度确定性策略梯度算法终端奖励函数攻击角度约束

竖向结构用于多层建筑复合通风与火灾排烟的无量纲模型研究

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竖向结构用于多层建筑复合通风与火灾排烟的无量纲模型研究

作者：李萍重庆大学

学位级别：硕士

在现代社会中,建筑的大型化使竖向结构较为常见,例如,中庭、楼梯以及烟囱等,这些结构会驱动空气流动以及烟气蔓延。竖向结构通过热压的积累可以提高建筑自身的通风能力,进而改善建筑室内空气质量,同时竖向结构的内部热压也提高了建筑火... 详细信息

在现代社会中,建筑的大型化使竖向结构较为常见,例如,中庭、楼梯以及烟囱等,这些结构会驱动空气流动以及烟气蔓延。竖向结构通过热压的积累可以提高建筑自身的通风能力,进而改善建筑室内空气质量,同时竖向结构的内部热压也提高了建筑火灾时的排烟能力。所以,竖向结构用于多层建筑通风与火灾排烟凭借其节能、经济、系统简单并具有一定兼容性的优点引起国内外学者的重视。目前国内外学者对竖向结构用于建筑通风做了大量研究,但大多是关于利用竖井纯热压通风模式或者是仅针对单层建筑的竖井热压通风模式。而在竖向结构用于多层建筑通风方面的研究较少,尤其是在多层建筑中,当竖井高度有限时,若所有楼层纯粹利用热压通风,上部楼层可能会出现被下部楼层污风回灌的现象,针对此现象的理论分析方法还不完善。除此之外,当高大建筑中发生火灾时,室内外温差较大,竖向结构内部可以形成烟囱效应。所以若将竖向结构用于建筑通风模式兼顾火灾排烟模式可以实现风机与竖井积累热压构成的复合动力排烟,提高建筑自身的排烟能力并减小风机所需静压力,而且不需要额外的动力设备,可以利用通风风机替代排烟风机。所以复合动力排烟相比于传统机械排烟模式更经济、简单、易操作。因此,本文基于能量守恒、质量守恒基本原理,对竖向结构用于多层建筑复合通风以及火灾排烟无量纲模型进行了深入研究。首先对多层建筑利用竖向结构复合通风无量纲模型进行理论分析,提出无量纲参数—需求通风性能指标 λ,然后基于通风基本理论,得到各层房间的开口大小、中性层高度、自然通风层数三个重要设计参数。同理,提出竖向结构用于多层建筑复合排烟无量纲模型的排烟性能指标 λ,并分析得到复合动力排烟模式下的理论设计参数。其次,基于需求通风性能指标 λ,分析得出本文所提复合通风模式、其他两种低能耗通风模式(置换通风和利用竖井纯热压通风)以及机械通风模式的适用范围,为目标建筑选择合理的通风模式提供了依据。在火灾工况下,同样基于建筑排烟性能指标 λ,提出室内高差形成的热压排烟、利用竖井纯热压排烟、复合动力排烟以及纯机械排烟模式的适用范围。分析得到的各通风模式与排烟模式适用范围,为多层建筑综合选定最优的建筑通风与排烟模式奠定了理论基础。最后,通过对全机械通风与复合通风的能耗比(COP)分析,将本文提出的通风方案的能耗节省率进行量化,从而找到建筑结构参数最优化设计方法。在火灾工况下,对竖向结构用于多层建筑复合动力排烟模式与传统机械排烟模式的所需风机功率进行了对比分析,发现复合动力排烟模式提高了建筑自身排烟能力,减小了风机所需静压力,从而可能节省排烟风机的初投资。本文中采用CFD软件,以及三种不同的湍流模型,模拟验证目标建筑计算域内的流场分布,并将竖井中垂线温度分布、房间出风口质量流量、竖井中垂线压力分布的模拟监测结果与理论模型分析值进行对比,得出本文所提复合通风模式具有较高的准确性与可靠性。最后在相似理论分析基础上,利用小尺寸的盐水实验验证本文所提出的复合通风与排烟工况下的流场分布,从而进一步验证理论分析的正确性以及本文所提模型的合理性。

关键词：复合通风火灾排烟无量纲模型数值模拟小尺寸实验

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煤层透气性系数新的测试计算方法

煤炭学报 2024年第2期49卷 833-844页

作者：秦跃平刘佳苏向云中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030000

煤层透气性系数是衡量煤层瓦斯流动难易程度的关键参数。现行的煤层透气性系数计算式中,将变压力非线性偏微分方程的系数假定为常数,理论推导结果存在较大缺陷,使得现场测定的透气性系数存在较大偏差。为解决煤层透气性系数测定失准的问... 详细信息

煤层透气性系数是衡量煤层瓦斯流动难易程度的关键参数。现行的煤层透气性系数计算式中,将变压力非线性偏微分方程的系数假定为常数,理论推导结果存在较大缺陷,使得现场测定的透气性系数存在较大偏差。为解决煤层透气性系数测定失准的问题,推导了钻孔径向流量法测试煤层透气性系数的过程,并在推导过程中指出该方法存在的问题。以朗格缪尔式瓦斯含量和达西定律为基础,建立无量纲模型,将模型解算结果进行反演拟合,得到新的煤层透气性系数计算式,并通过现场实测钻孔数据进行验证,修正了现行的煤层透气性系数测试方法,提出准确可靠的计算煤层透气性系数的新方法。结果表明:用抛物线式表示煤层瓦斯含量并将变量煤层瓦斯压力p^(1.5)视为常量推导而来的煤层透气性系数计算式,相当于将瓦斯含量拟合成与压力平方成正比关系,理论与实际测算均存在较大误差。采用朗格缪尔式无量纲模型计算出的无因次瓦斯涌出速度Y’进行反演拟合,可解决现行计算方法的缺陷;当吸附常数b与原始瓦斯压力p_(0)的乘积(无因次原始瓦斯压力)不同时,Y’与无因次时间Fo’的函数曲线明显不同,由此得到了含有无因次原始瓦斯压力的透气性系数计算式;当煤层和钻孔条件一定时,由不同时间测试的瓦斯涌出量计算得到的煤层透气性系数λ值具有良好的再现性。新的煤层透气性系数现场测定方法与现行方法完全相同,不增加额外工作量,但新方法的计算更加精确可靠。

关键词：煤层透气性系数无量纲模型反演方法朗格缪尔达西定律

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过冷流动沸腾汽泡浮升直径的理论研究

原子能科学技术 2017年第11期51卷 1949-1954页

作者：肖仁杰闫晓昝元锋中国核动力研究设计院中核核反应堆热工水力技术重点实验室四川成都610213

汽泡浮升直径模型已成为两相流领域理论分析与数值计算方法的重要子模型。为研究各力对汽泡浮升的影响规律,本文理论推导了过冷流动沸腾汽泡的受力方程,建立了预测汽泡浮升直径的无量纲模型,并与实验数据进行了对比验证,分析了汽泡浮升... 详细信息

汽泡浮升直径模型已成为两相流领域理论分析与数值计算方法的重要子模型。为研究各力对汽泡浮升的影响规律,本文理论推导了过冷流动沸腾汽泡的受力方程,建立了预测汽泡浮升直径的无量纲模型,并与实验数据进行了对比验证,分析了汽泡浮升直径随各无量纲数的变化规律。结果表明,无量纲模型能准确预测水与R113工质中汽泡的浮升直径;浮升直径随Ja的增加而升高,随Re、Ca、Pr与Ar的增加而降低;结合无量纲数的定义,可认为生长力与表面张力抑制了汽泡的浮升效应,导致浮升直径升高;剪切升力与浮升力促进了汽泡的浮升效应,导致浮升直径降低。

关键词：过冷流动沸腾汽泡浮升直径受力分析无量纲模型理论研究

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基于量纲分析的岩石相似材料配比研究

煤矿安全 2019年第3期50卷 44-48页

作者：许林峰张向阳王鸿儒安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001 城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124 北京工业大学建筑工程学院北京100124 河南理工大学深井瓦斯抽采与围岩控制技术国家地方联合工程实验室河南焦作454000

为了研究相似材料配比试验中单轴抗压强度的影响因素,通过π值法构建无量纲模型的方法,研究了单轴抗压强度与配比总量、砂量、石灰量、石膏量及养护天数之间的关系。结果表明:使用Matlab对以单轴抗压强度为控制因素的无量纲模型处理分析... 详细信息

为了研究相似材料配比试验中单轴抗压强度的影响因素,通过π值法构建无量纲模型的方法,研究了单轴抗压强度与配比总量、砂量、石灰量、石膏量及养护天数之间的关系。结果表明:使用Matlab对以单轴抗压强度为控制因素的无量纲模型处理分析,在剔除独立π项和协变量(养护天数)后,所得的对数函数模型可以较为准确的计算出单轴抗压强度,函数相关系数接近1,标准误差也控制在3%左右。经验证,模型预测结果和实测值有很好的一致性,无量纲模型在配比试验参数的研究方面具有其合理性。

关键词：相似模拟 π值法正交设计量纲分析无量纲模型岩石相似材料

活化断层带宽度对浅埋巷道结构应力分布及破坏机理影响研究

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活化断层带宽度对浅埋巷道结构应力分布及破坏机理影响研究

作者：许林峰安徽理工大学

学位级别：硕士

巷道等地下工程结构,铁路和高速公路的设计中,巷道穿过断层带是不可避免的。研究表明巷道衬砌结构在断层段是动力灾害突发区和重灾区。本论文采用资料调查、理论分析、相似模拟、数值模拟相结合的方法,通过试验相似材料研究,标定实验所... 详细信息

巷道等地下工程结构,铁路和高速公路的设计中,巷道穿过断层带是不可避免的。研究表明巷道衬砌结构在断层段是动力灾害突发区和重灾区。本论文采用资料调查、理论分析、相似模拟、数值模拟相结合的方法,通过试验相似材料研究,标定实验所需相似比;结合物理试验分析不同宽度断层活化错动对巷道围岩应力分布、破坏机理及围岩体、断层带、支护结构组合结构的能量转化关系;通过数值方法模拟当错动发生时,断层带的黏滑错动属于模糊的非线性作用对衬砌-围岩-断层在断层黏化错动时应力重新分布状况及能量转换机理等。本文主要做了以下研究:(1)研究了巷道断面围岩力学分布状况,在此基础上推导初期支护—二次衬砌相互作用的弹簧刚度理论值;通过引入断层错动的位移响应值,计算衬砌结构弹簧刚度值,求解错动载荷模糊的问题。(2)参考统计学思想,结合相似配比试验要求,基于正交试验理论的方法设计相似材料配比模型,通过直观分析法讨论了各因素的极差,运用极差分析法对各因素对材料物理力学性质的影响进行分析,其结果为相似模拟材料标定了强度区间;结合量纲分析法对相似材料强度影响因素进行研究,构建影响相似材料单轴抗压强度的无量纲模型,实现相似材料研究定量化。(3)基于上述相似材料的研究,开展相似模拟试验研究,研究实验过程中根据衬砌材料主要材料性质会表现应变软化的特征,修正了原型位错的换算值;采用多种处理分析系统,对试验过程进行实时、精确观测。得到了随着断层活化错动影响下,运动盘的动态变化过程并概化出破坏的力学简化模型,并研究了影响该过程的力学条件;得出巷道结构在跨断层段位置对围岩体表现出一定程度的“追随性”和“抑制性”,分析了巷道结构破坏的受力特征特征及分布规律。(4)通过数值模拟的方法,研究了模型整体位移过程中其能量交换系统的能量转化过程,并结合结合两盘—断层—衬砌结构内在关系,解释了应力集中与扩散的动态关系;总结并分析了不同宽度的活化断层错动影响下模型整体、巷道衬砌的位移场、应力场、破坏场的变化规律,以及沿着巷道结构轴线方向应力、破坏分布;得出了在错动过程中衬砌结构轴线方向的断面测点的极限应力集中位置、以断层带为中心的运动盘处应力梯度大的伪正态分布特征及衬砌结构塑性区分布。图 38 表 11 参 53

关键词：巷道衬砌断层错动无量纲模型力学模型能量转化

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能量回馈型磁流变阻尼器研究

能量回馈型磁流变阻尼器研究

作者：王伟伟浙江大学

学位级别：硕士

随着磁流变液技术的发展,磁流变阻尼器因其低能耗,输出力可控,工作温度范围广等优良特性在各行业得到了广泛的应用,因而,对于磁流变阻尼器的研究具有重要的现实意义。本文针对磁流变阻尼器工作时需要外接电源的特点,设计出一种能量回馈... 详细信息

随着磁流变液技术的发展,磁流变阻尼器因其低能耗,输出力可控,工作温度范围广等优良特性在各行业得到了广泛的应用,因而,对于磁流变阻尼器的研究具有重要的现实意义。本文针对磁流变阻尼器工作时需要外接电源的特点,设计出一种能量回馈型磁流变阻尼器,在输出力可控的同时可实现振动能量的回收再用。首先,在文献调研的基础上,分模块设计能量回馈型磁流变阻尼器结构,按工作原理对各模块进行结构耦合,得到结构紧凑、输出可控阻尼力、具有能量回收功能的能量回馈型磁流变阻尼器;其次,通过参数分层处理归类出系统的无量纲设计参数,分别使用有限元方法和理论分析方法建立阻尼器模块和能量回收模块的磁场机理模型,通过比较验证机理模型的正确性,同时,使用有限元方法分析两模块间的隔磁性。在此磁路模型基础上得到能量回馈型磁流变阻尼器的性能模型,通过无量纲设计参数变化对于性能的影响分析获得设计参数的敏感度关系,为后续的优化提供参照;再次,使用遗传算法和Globalsearch算法对模型进行全局优化设计,针对阻尼器模块建立以主动性能为优化目标,主被动输出力为约束条件的优化函数;针对能量回收模块,建立以能量回收功率系数为优化目标,发电线圈尺寸为约束的优化函数。通过在设定范围内求解获得能量回馈型磁流变阻尼器的最优设计曲线;最后,将此能量回馈型磁流变阻尼器用于实际悬挂系统的减振控制。设计能量处理转化电路,结合sky-hook控制器实现较小能耗的减振控制结果。通过对不同频率正弦基础干扰下此悬挂系统的运动情况分析,说明系统可有效回收振动能量并能用于阻尼器模块的部分或全部供能,从而获得能耗较小的有效减振效果,为后续控制器的设计提供参照。

关键词：磁流变阻尼器无量纲模型优化模型能量回馈

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3-UPS/S并联转台球铰链的优化研究

航天制造技术 2011年第3期 19-23,38页

作者：魏敏和韩先国张军北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

受球铰链最大转角的影响,并联机构的最大倾角通常在30°左右。3-UPS/S并联转台的大倾角要求,需要有大转角空间的球铰链。本文首先建立了转台球铰链的无量纲模型,运用二维空间搜索的方法得到了最优的球铰链法线和球铰链最大转角。然后研... 详细信息

受球铰链最大转角的影响,并联机构的最大倾角通常在30°左右。3-UPS/S并联转台的大倾角要求,需要有大转角空间的球铰链。本文首先建立了转台球铰链的无量纲模型,运用二维空间搜索的方法得到了最优的球铰链法线和球铰链最大转角。然后研究了转台参数对球铰链最大转角的影响,并选择了合适的转台初始角度。针对转台的大运动空间要求,对转台的参数和球铰链的参数进行了优化设计,最后对球铰链的转角和转台的运动空间进行了验证。为物理样机的设计制造提供了依据。

关键词： 3-UPS/S并联转台球铰链无量纲模型

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化学反应中酶的动态平衡系统模型

天津工业大学学报 2001年第4期20卷 44-46页

作者：边馥萍高韡天津大学理学院天津300072

建立了化学反应中酶的动态平衡系统模型和基质与酶在拟稳定状态下的无量纲模型 ,应用扰动理论分析了边界解。

关键词：化学反应酶基质无量纲模型动态平衡系统模型