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基于复杂度追踪的模态参数识别方法对比研究

振动与冲击 2024年第15期43卷 22-31页

作者：胡志祥黄磊郅伦海胡峰合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230009

复杂度追踪(complexity pursuit, CP)是求解振动信号盲源分离(blind source separation, BSS)问题的一类经典方法。用复杂度追踪估计解混矩阵主要有基于源信号复杂度计算的梯度下降(complexity pursuit-gradient descent, CP-GD)算法和... 详细信息

复杂度追踪(complexity pursuit, CP)是求解振动信号盲源分离(blind source separation, BSS)问题的一类经典方法。用复杂度追踪估计解混矩阵主要有基于源信号复杂度计算的梯度下降(complexity pursuit-gradient descent, CP-GD)算法和基于时间可预测度的广义特征值分解(temporal predictability-generalized eigenvalue decomposition, TP-GED)算法。当前,这两种算法的关联性与算法性能尚缺乏研究,因此对这两种算法的等价性和计算性能进行了研究。首先,给出CP-GD和TP-GED两种算法的具体理论及算法流程;其次,利用二、三自由度振动系统直观地展示并对比解混向量对应的源信号复杂度及可预测度的变化规律;最后,通过对多工况下多自由度系统的模态参数识别算例,对比研究两种算法的精度及计算量。研究结果表明:在低阻尼比及高信噪比条件下,两种方法得到的解混矩阵是相同的;考虑到计算信号复杂度和梯度下降较为耗时,CP-GD算法计算代价要高于TP-GED算法。

关键词：盲源分离(BSS) 模态参数识别柯尔莫哥洛夫复杂度时间可预测度(TP) 梯度下降(GD) 广义特征值分解(GED)

基于异同移动平均线指标的氨氮厌氧工艺诊断研究

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安全与环境学报 2024年第3期24卷 1192-1199页

作者：董方王成王菁菁合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230009

合理的诊断方法和控制策略是实现厌氧处理工艺安全性和稳定性的必要手段。为了对氨氮厌氧工艺的处理过程进行准确的诊断与控制,基于在线监测系统对氨氮扰动冲击情境下上流式厌氧污泥床(Up-flow Anaerobic Sludge Blanket,UASB)反应器的... 详细信息

合理的诊断方法和控制策略是实现厌氧处理工艺安全性和稳定性的必要手段。为了对氨氮厌氧工艺的处理过程进行准确的诊断与控制,基于在线监测系统对氨氮扰动冲击情境下上流式厌氧污泥床(Up-flow Anaerobic Sludge Blanket,UASB)反应器的气液相参数进行实时监测,并根据指数平滑异同移动平均算法,建立各参数相对应的异同移动平均线指标。根据各参数的指标响应特征与反应器之间的状态关系,通过建立诊断规则,构建氨氮厌氧工艺诊断推理数据库。诊断推理数据库结果显示,气相参数指标整体上比液相参数指标响应快,适合作为识别氨氮扰动抑制发生的敏感性指标;综合气相和液相多参数异同移动平均线指标的响应特征,不仅能够对扰动抑制程度和厌氧生化系统的恢复情况做出准确、全面的诊断,还能够提供快速的预警和有效的控制策略。

关键词：环境工程学氨氮厌氧工艺异同移动平均线指标诊断推理数据库

基于声发射信号时频图深度学习的桥梁钢桁架焊接节点损伤程度识别

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振动与冲击 2024年第1期43卷 107-115,122页

作者：李丹沈鹏贺文宇向抒林合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230009 东南大学土木工程学院南京211189 合肥通用机械研究院有限公司合肥230031

针对桥梁钢桁架疲劳损伤识别难度大、精度低的现状,提出基于声发射信号时频分析与深度学习的钢桁架焊接节点损伤程度识别方法。对桁架节点在桥梁运营状态下产生的声发射信号进行小波变换,表征不同损伤程度信号的时频能量分布模式,然后... 详细信息

针对桥梁钢桁架疲劳损伤识别难度大、精度低的现状,提出基于声发射信号时频分析与深度学习的钢桁架焊接节点损伤程度识别方法。对桁架节点在桥梁运营状态下产生的声发射信号进行小波变换,表征不同损伤程度信号的时频能量分布模式,然后建立卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)模型对时频图进行损伤特征提取,并通过迁移学习思想提升模型的训练效率和学习能力,从而实现桁架焊接节点严重损伤、轻微损伤和噪声工况的准确识别。进一步对模型各卷积层激活区域进行可视化分析,解剖模型的损伤特征学习过程及分类逻辑。某悬索桥中央纵向腹板钢桁架焊接节点现场试验结果表明:相较于利用时域波形进行特征学习的一维卷积神经网络模型,时频图包含了更丰富的损伤信息,所建立的二维卷积神经网络模型对钢桁架焊接节点三种损伤程度的识别准确率超过94%,具有更强鲁棒性和实际应用价值。

关键词：钢桁架焊接节点损伤程度声发射(AE) 时频分析深度学习

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不同含水率下脏污道砟累积塑性变形预测

岩土力学 2024年第S1期45卷 715-722页

作者：杨家强朱玉龙奚邦禄张振华合肥工业大学土木与水利工程学院华北电力大学水利水电工程学院

为预测脏污状态下铁路有砟道床累积塑性变形，采用循环加载三轴试验和修正次加载面模型对循环荷载作用下脏污道砟的累积塑性变形发展规律开展了研究。试验结果表明，细粒含量及含水率协同影响道砟的水力和力学性能，特别是当道砟中细颗... 详细信息

为预测脏污状态下铁路有砟道床累积塑性变形，采用循环加载三轴试验和修正次加载面模型对循环荷载作用下脏污道砟的累积塑性变形发展规律开展了研究。试验结果表明，细粒含量及含水率协同影响道砟的水力和力学性能，特别是当道砟中细颗粒含量和含水率都增长时，道砟的力学性能显著下降，进而加剧了循环荷载下铁路道砟累积沉降的发展。此外，基于次加载面本构模型并借助有限元软件，二次开发编写了修正次加载面模型子程序，通过对比室内试验结果验证了该模型的适用性。数值模拟结果表明，修正次加载面模型可以较好地预测不同含水率和细粒含量影响下铁路道砟的累积塑性变形。因此，可在未来研究中借助修正次加载面模型建立实尺铁路道床分析模型，预测不同脏污条件下铁路有砟道床的累积沉降。

关键词：铁路道砟含水率细颗粒含量三轴试验修正次加载面模型

区域旱灾风险评估与诊断的动态差异度系数模糊数随机模拟方法

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灾害学 2024年第1期39卷 195-201页

作者：赵齐雅金菊良崔毅汪洁张诗琪周乐合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009 合肥工业大学水资源与环境系统工程研究所安徽合肥230009

为更准确、稳健地进行旱灾风险动态评估、关键障碍因子的定量识别,构建了差异度系数随评价指标样本值动态变化的三角模糊数与随机模拟耦合方法,并用于宿州市2007—2017年旱灾风险评估与诊断研究中,得到宿州市置信概率为95%的旱灾风险评... 详细信息

为更准确、稳健地进行旱灾风险动态评估、关键障碍因子的定量识别,构建了差异度系数随评价指标样本值动态变化的三角模糊数与随机模拟耦合方法,并用于宿州市2007—2017年旱灾风险评估与诊断研究中,得到宿州市置信概率为95%的旱灾风险评价值区间,结果表明:旱灾风险评价结果呈“先增加,后减小,最后趋于稳定”的变化趋势,旱灾风险综合评价结果为“轻险”;危险性、暴露性、抗旱能力三个子系统是影响研究区域旱灾风险综合评价结果趋势变化的主因;耕地率、水库调蓄率、农业人口比例评价指标被诊断为中阻碍型因子,是需要重点调控的对象;置信概率区间增加了风险评价结果的可靠性信息,可反映受多种不确定影响因素综合作用下的实际旱灾风险情况,充分体现了联系数所表征的“不确定性”这一信息。

关键词：区域旱灾风险评估与诊断动态差异度系数三角模糊数随机模拟安徽宿州

栓钉型弧形双钢板混凝土组合板的抗爆性能试验与数值分析

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高压物理学报 2024年第2期38卷 112-127页

作者：陈英杰罗成赵春风何凯城新疆农业大学水利与土木工程学院新疆乌鲁木齐830052 合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

弧形双钢板混凝土组合结构由钢板、混凝土与连接件协同作用,具有更优异的抗震和抗爆性能,被应用于超高层结构、海洋平台和核电设施中。利用试验和数值分析方法研究了栓钉型弧形双钢板混凝土组合结构的破坏模式和损伤机理,参数化分析了... 详细信息

弧形双钢板混凝土组合结构由钢板、混凝土与连接件协同作用,具有更优异的抗震和抗爆性能,被应用于超高层结构、海洋平台和核电设施中。利用试验和数值分析方法研究了栓钉型弧形双钢板混凝土组合结构的破坏模式和损伤机理,参数化分析了爆炸距离、钢板厚度、拱高和栓钉间距对其抗爆性能的影响。结果表明:在爆炸荷载下,栓钉型弧形双钢板混凝土组合板整体表现良好,仍具有较高的承载能力。增加爆炸距离和钢板厚度能有效减小混凝土的损伤和组合板的跨中挠度;减小拱高,混凝土损伤区域从以压缩破坏为主逐渐转换为以拉伸破坏为主,混凝土损伤更严重,组合板跨中挠度变大;减小栓钉间距会增大混凝土塑性损伤程度,但组合板的跨中挠度减小。研究结果可为弧形双钢板混凝土组合结构的设计提供参考。

关键词：爆炸荷载栓钉型弧形双钢板混凝土组合板抗爆性能参数分析

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碟簧螺栓连接柱脚节点滞回模型与性能研究

建筑钢结构进展 2024年

作者：冯玉龙李超男种迅蒋庆黄俊旗合肥工业大学土木与水利工程学院

框架结构在地震作用下易在柱脚形成塑性铰,构建损伤可控且具有复位能力的柱脚节点可有效提高框架结构的抗震性能和韧性。基于工程实用的螺栓和盖板连接,提出了碟簧螺栓和屈曲约束翼缘盖板,分别作为恢复和耗能元件,形成一种碟簧螺栓连接... 详细信息

框架结构在地震作用下易在柱脚形成塑性铰,构建损伤可控且具有复位能力的柱脚节点可有效提高框架结构的抗震性能和韧性。基于工程实用的螺栓和盖板连接,提出了碟簧螺栓和屈曲约束翼缘盖板,分别作为恢复和耗能元件,形成一种碟簧螺栓连接柱脚节点。推导了节点的理论滞回模型以及部分构件的内力计算公式,采用ABAQUS软件建立了节点有限元模型并进行了滞回分析。结果表明,提出的节点滞回曲线呈典型的旗帜型,损伤集中于屈曲约束翼缘盖板的核心板,碟簧螺栓有效地降低了节点残余变形;有限元模型与理论滞回模型相互验证,两种结果吻合较好。最后,依据理论滞回模型,通过改变核心板厚度tcp、钢柱轴压力N、碟簧螺栓预紧力P0和组合碟簧刚度Kds,分别研究了翼缘盖板-钢柱刚度比Rec、压比Ra、复位比Rr和碟簧螺栓-钢柱刚度比Rsr四种无量纲参数对节点滞回性能的影响。结果表明,Rec、Ra和Rr影响节点承载力、耗能能力和残余变形;当通过改变P0来增加Rr时,碟簧可能在推覆过程中被压平;Rsr对节点的承载力和耗能能力影响较小,但对组合碟簧的压缩变形能力影响较大。

关键词：碟簧螺栓钢柱脚节点滞回模型有限元模型参数化分析

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径向功能梯度材料切口应力强度因子计算

应用力学学报 2024年

作者：程长征章温乐王飞炀牛忠荣合肥工业大学土木与水利工程学院

径向功能梯度材料是指弹性常数等要素随径向变化的材料，它广泛应用在锂离子电池的柱状电极等领域。径向功能梯度材料切口尖端存在严重的应力集中现象，影响结构安全，文章旨在研究该类型材料切口应力强度因子的计算。首先将切口尖端附... 详细信息

径向功能梯度材料是指弹性常数等要素随径向变化的材料，它广泛应用在锂离子电池的柱状电极等领域。径向功能梯度材料切口尖端存在严重的应力集中现象，影响结构安全，文章旨在研究该类型材料切口应力强度因子的计算。首先将切口尖端附近位移场的渐近展开式引入弹性力学控制方程，推演出径向功能梯度材料切口的奇性特征方程，并利用插值矩阵法求解，得到切口的奇性指数以及特征角函数。再根据有限元法的位移较应力计算结果精度高的特点，利用稀疏有限元网格计算出径向功能梯度材料切口尖端附近的位移场，并将其代入切口尖端的位移渐近展开式形成非正定方程组，运用超定法求解获得渐近展开式的幅值系数，据此重构出切口尖端附近的奇异应力场，获得切口的应力强度因子。采用所提方法计算了弹性模量按幂指数函数变化的径向功能梯度材料切口的应力强度因子，研究了幂指数对切口应力奇异性以及应力强度因子的影响规律。

关键词：径向功能梯度材料切口应力强度因子超定法有限元法

基于LightGBM和遗传算法的二维层状声子晶体结构设计

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人工晶体学报 2024年第10期 1720-1728页

作者：楚凡赵春风合肥工业大学土木与水利工程学院

声子晶体具有周期性人工复合结构，以其带隙特性在波传播控制上的应用潜力而广受关注，为工程减振降噪提供了新的解决思路，这类材料的设计问题是当下研究的焦点。本研究以二维层状声子晶体结构为例，提出了一种利用LightGBM和改进遗传... 详细信息

声子晶体具有周期性人工复合结构，以其带隙特性在波传播控制上的应用潜力而广受关注，为工程减振降噪提供了新的解决思路，这类材料的设计问题是当下研究的焦点。本研究以二维层状声子晶体结构为例，提出了一种利用LightGBM和改进遗传算法设计的创新方法。首先在声子晶体的带隙预测上选用LightGBM算法，对结构的排列向量进行类别特征处理，并结合模拟退火算法进行超参数调优，在传统有限元法计算时间的1/3134内，达到了整体误差不超过2%的预测精度；其次在设计方法上集成了一种基于精英保留策略的遗传算法，以地铁运行造成的环境振动问题为例，确定以带隙宽度为优化的适应度函数，得到了对应结构带隙覆盖30～40 Hz频段的种群；最后，对优化结构进行有限元分析，其带隙特征与预期基本吻合。本研究为声子晶体结构高效优化设计提供了一种新的解决方案。

关键词：声子晶体遗传算法 LightGBM 结构设计减振特性带隙