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求解边坡临界滑动面的分布估计算法

水文地质工程地质 2024年第3期51卷 149-157页

作者：吕秋玲吴剑平汪东林安徽建筑大学土木工程学院安徽合肥230601

在求解边坡临界滑动面问题的优化算法中,大多都存在结构复杂、参数取值困难或寻优效果差的缺点。为此,将基于高斯分布模型的分布估计算法与基于简化Bishop法的滑面安全系数计算模型相结合,建立具有简单生物协同和竞争思想的临界滑动面... 详细信息

在求解边坡临界滑动面问题的优化算法中,大多都存在结构复杂、参数取值困难或寻优效果差的缺点。为此,将基于高斯分布模型的分布估计算法与基于简化Bishop法的滑面安全系数计算模型相结合,建立具有简单生物协同和竞争思想的临界滑动面搜索新方法;然后,针对3自由度问题,设计了一种局部搜索方法,以弥补分布估计算法局部搜索性能差的劣势。将标准方法和改进方法分别应用于边坡断面复杂度依次递增的3道算例中,完成对标准方法正交试验结果的极差分析和多因素方差分析,并实现标准算法与改进算法计算结果的对比分析。结果表明:(1)标准分布估计算法可以计算出边坡的临界滑动面;(2)当算例简单时,各控制因素都不会对计算结果产生显著性差异;当算例复杂时,只有种群规模呈现出显著性;(3)改进算法比标准算法的计算结果更佳、搜索速度更快,且有效降低了种群规模大小对计算结果的影响。探索分布估计算法在边坡临界滑动面搜索问题中的应用,为解决该类问题开辟出了一条新的研究途径。初步校验表明,该模型鲁棒性更好,具有广阔的应用前景。

关键词：边坡临界滑动面简化Bishop法分布估计算法局部搜索正交试验

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基于无铰拱挠度影响线的上承式拱桥损伤识别研究

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应用基础与工程科学学报 2024年第1期32卷 178-192页

作者：周宇许成超狄生奎陈东吴德义安徽建筑大学建筑健康监测与灾害预防技术国家地方联合工程实验室安徽合肥230601 兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 安徽建筑大学安徽省BIM工程中心安徽合肥230601 清华大学合肥公共安全研究院安徽合肥230601 安徽建筑大学土木工程学院安徽合肥230601

通过弹性中心法简化悬链线无铰拱体系力法方程,利用近似曲线拟合简化拱轴曲线积分,推导无铰拱结构拱顶冗力影响线解析表达式,研究了移动荷载与测点、损伤点相对位置之间的规律,得到结构损伤前后任意点的挠度影响线解析表达式,进而求解... 详细信息

通过弹性中心法简化悬链线无铰拱体系力法方程,利用近似曲线拟合简化拱轴曲线积分,推导无铰拱结构拱顶冗力影响线解析表达式,研究了移动荷载与测点、损伤点相对位置之间的规律,得到结构损伤前后任意点的挠度影响线解析表达式,进而求解结构损伤前后挠度影响线差值曲率解析解.研究表明,当移动荷载作用于拱结构损伤区域内时,挠度影响线差值曲率曲线产生突变,从理论上证明了该指标可以用于无铰拱结构损伤识别,进而提出挠度影响线差值曲率损伤识别指标.以无铰拱桥主要受力构件拱肋为研究对象,通过构建不同损伤工况下挠度影响线差值曲率幅值曲线,拟合损伤程度—幅值关系公式,并反演损伤程度,实现损伤程度的精确定量,并结合某上承式箱型拱桥结构模型算例验证,表明所提损伤识别方法用于拱桥结构损伤识别效果良好,具有工程应用价值.

关键词：悬链线无铰拱挠度影响线差值曲率损伤检测准静态移动力快速测试

双平面镜双相机数字图像相关技术在三维重建中的应用

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光学学报 2024年第8期44卷 84-93页

作者：李桂华王紫威孙卫庆葛朋祥王浩宇张梅安徽大学电气工程与自动化学院安徽合肥230601 安徽建筑大学机械与电气工程学院安徽合肥230601

三维数字图像相关技术在获取工件表面信息方面有重要应用,针对单相机系统在全场测量中的局限性及多相机系统在全场测量中的复杂性,本文提出一种双平面镜辅助的双相机视觉测量方法,并应用在三维重建中。即:分析像素点到三维点的实际映射... 详细信息

三维数字图像相关技术在获取工件表面信息方面有重要应用,针对单相机系统在全场测量中的局限性及多相机系统在全场测量中的复杂性,本文提出一种双平面镜辅助的双相机视觉测量方法,并应用在三维重建中。即:分析像素点到三维点的实际映射关系,基于公垂线中点法进行目标点三维重构,确定棋盘格标定板角点的三维坐标;分析角点在镜面的虚实对应关系,标定镜面位置方程,得到反射变换矩阵;通过反射变换矩阵完成物面的虚实转换,最终实现三维全场测量。为验证该方法的可行性和可靠性,分别进行了静态实验和动态实验。结果表明:在游戏币静态实验中,其正反轮廓的三维重建效果良好;在五棱铝柱热变形动态实验中,铝柱外侧表面高度变化均值与Ansys软件的仿真结果基本一致,且优于在镜面上喷涂散斑的重建方法,具有较高的精度。

关键词：测量双相机数字图像相关全场测量热变形

可对角化矩阵特征值分解扰动问题的快速求解方法

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第7期51卷 119-126页

作者：胡志祥杨其东黄潇贺文宇合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009 安徽建筑大学土木工程学院安徽合肥230601

针对特征值扰动计算的传统方法收敛速度慢的问题,提出了一种求解特征值扰动问题的快速迭代算法.首先,通过矩阵变换将初始矩阵的特征值扰动问题转化为对角矩阵的特征值扰动问题.然后,提出了一种快速迭代算法求解扰动参数,同时对算法的收... 详细信息

针对特征值扰动计算的传统方法收敛速度慢的问题,提出了一种求解特征值扰动问题的快速迭代算法.首先,通过矩阵变换将初始矩阵的特征值扰动问题转化为对角矩阵的特征值扰动问题.然后,提出了一种快速迭代算法求解扰动参数,同时对算法的收敛性进行分析,并将其与基于摄动级数展开法导出的方法进行对比.再次,采用逐一求解特征值并进行矩阵降阶的策略,有效降低运算量.最后,通过2个算例分别展示算法的计算过程及其在结构模态参数追踪方面的应用效果.

关键词：特征值分解特征值扰动摄动级数展开法可对角化矩阵收敛性分析

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周期光照下液晶弹性体简支梁的振动响应研究

计算力学学报 2024年第2期41卷 283-289页

作者：赵俊华立夫李凯安徽建筑大学土木工程学院合肥230601

液晶弹性体(LCE)因其具有快速的光热响应和可逆变形等特性,在能量转换、软机器人和非接触控制等领域具有广泛的应用前景。本文利用液晶弹性体在外部光刺激下可与机械变形耦合的特性,建立了LCE简支梁的动态模型,研究了其在周期光照下的... 详细信息

液晶弹性体(LCE)因其具有快速的光热响应和可逆变形等特性,在能量转换、软机器人和非接触控制等领域具有广泛的应用前景。本文利用液晶弹性体在外部光刺激下可与机械变形耦合的特性,建立了LCE简支梁的动态模型,研究了其在周期光照下的弯曲振动现象。首先建立了LCE简支梁的光驱动控制方程,然后通过振型叠加法获得方程的半解析解,再用Matlab软件编程计算其变化规律。计算结果表明,周期光照可以使LCE简支梁发生周期性振动,梁跨中的振动幅值可以通过阻尼因子、热弛豫时间、光照强度、光照周期和光照时间率来调节,振动平衡位置可以通过光强与热弛豫时间来调节,振动反应时间可以通过热弛豫时间与阻尼来调节。本文结果对光驱动运动的控制和光机能量转换系统的设计具有一定的指导意义。

关键词：液晶弹性体可控振动周期性光照振型叠加法

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基于深度估计置信度的聚焦形貌恢复

计算机工程 2024年第3期50卷 233-241页

作者：史艳琼查昭张文亮戴尔愉陈中安徽建筑大学机械与电气工程学院安徽合肥230601

聚焦形貌恢复是非接触式三维重建领域中的重要技术手段。由于环境的影响和相机本身的限制,图像采集过程中会不可避免地产生噪声信息,影响重建精度。针对该问题,提出一种高精度、抗噪声的聚焦形貌恢复算法。使用聚焦评价函数对离焦序列... 详细信息

聚焦形貌恢复是非接触式三维重建领域中的重要技术手段。由于环境的影响和相机本身的限制,图像采集过程中会不可避免地产生噪声信息,影响重建精度。针对该问题,提出一种高精度、抗噪声的聚焦形貌恢复算法。使用聚焦评价函数对离焦序列图像进行评价,得到聚焦评价序列图像,并使用高斯拟合峰值法定位像素聚焦位置获得初始深度图。在此基础上,通过像素的聚焦评价曲线与灰度曲线之间的相似度衡量深度估计置信度,生成初始深度图的置信图,并将置信图作为引导图对初始深度图进行引导滤波,得到优化后的深度图。使用多组仿真离焦序列图像与真实显微离焦序列图像对所提方法进行性能验证,实验结果表明:所提方法在仿真与真实离焦序列中均能表现出优良的三维重建效果,在真实数据实验中,所提方法的所有指标均优于基于深度图优化的方法,与传统方法相比均方根误差分别降低64.8%和47.3%以上,相关系数分别提高2.18%和6.35%以上,具有更高的精度和更强的抗噪性,能有效提高聚焦形貌恢复精度。

关键词：聚焦形貌恢复三维重建相似度置信度深度图引导滤波

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蒸汽驱动下平面纸片的多模态自持续运动

固体力学学报 2024年

作者：赵俊孙晓蝶左伟安徽建筑大学土木工程学院

自持续运动在仿生学、软机器人以及工程学等多个学科领域都取得了显著的进展，其高效性、机敏性和灵活性使其成为解决复杂问题的强大工具。然而，针对不同的环境，单一模式的自持续运动通常只适用于特定类型的任务。鉴于其运动通常缺乏... 详细信息

自持续运动在仿生学、软机器人以及工程学等多个学科领域都取得了显著的进展，其高效性、机敏性和灵活性使其成为解决复杂问题的强大工具。然而，针对不同的环境，单一模式的自持续运动通常只适用于特定类型的任务。鉴于其运动通常缺乏对环境变化的适应能力，本文旨在发展多模式自持续系统。文章发现了热蒸汽可以驱动硅油纸产生自持续运动，构建了圆环硅油纸片多模式自持续运动的系统，实现了两种自持续运动模式：摇摆和翻滚，并对两种运动模式的机理进行分析。理论上建立了圆环硅油纸片自持续运动的几何模型，通过编程研究圆环硅油纸片的摇摆频率和振幅与热蒸汽温度、结构尺寸之间的关系。给出了运动模式转换的临界条件和相图，通过实验研究验证了理论预测的合理性。结果表明通过调整结构尺寸和蒸气温度，可以实现圆环硅油纸静止、自持续摇摆和自持续翻滚三种模式的自由转换。增大蒸汽温度、圆环的外径和内外径比值可以增大系统自持续运动的振幅和频率。文章构建的多模式自持续运动系统可以更好地适应多样化的任务和环境，同时降低成本和能源消耗。因此，在自主机器人、医疗设备、余热回收、热-机械转化等领域具备一定的应用潜力。

关键词：蒸汽驱动圆环纸片自持续运动多模态

柱面波叠加成平面波的传播规律与锚杆响应特征的数值试验研究

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煤炭学报 2024年

作者：杨自友杨本水贺杨刘俊杰安徽建筑大学土木工程学院

为了再现爆炸柱面波能够通过相互叠加而形成平面波的可视化过程及其传播规律，以室内模型试验结果为参考依据，借助非线性显式动力分析软件，开展了柱面波叠加成平面波并与锚固硐室围岩相互作用的数值试验研究。分析了平面波在岩体中传... 详细信息

为了再现爆炸柱面波能够通过相互叠加而形成平面波的可视化过程及其传播规律，以室内模型试验结果为参考依据，借助非线性显式动力分析软件，开展了柱面波叠加成平面波并与锚固硐室围岩相互作用的数值试验研究。分析了平面波在岩体中传播规律，比较了毛硐和锚固硐室围岩中动态裂纹的分布特征，探讨了锚杆对平面波的响应特征，并与相应模型试验结果进行了对比分析。结果表明，柱状装药爆炸后形成的柱面波能够通过相互叠加而在装药平面上、下方形成平面波，传播到模型上表面和硐室拱顶时都被反射产生了拉伸波，这两处都产生了拉伸裂纹；毛硐与锚固硐室附近围岩的裂纹分布形态基本相同，只是毛硐的拱脚部位裂纹分布宽度比锚固硐室的略大一些；锚杆中部应变峰值比其端部和根部的大，且其整体以受拉变形为主，这与锚杆即是为提高围岩抗拉强度的作用相符合；锚杆端部受围岩的约束作用较小而导致了其拉压比约为根部的3.2倍。将模拟得到的锚杆轴向应变波形曲线同模型试验的相应曲线进行了比较，发现两者在变化趋势方面的一致性较好，实测轴向应变波形曲线受压、受拉段的时长约是其相应模拟波形曲线的2倍，且实测轴向应变峰值也比与其相对应的模拟的大。由上述分析知，可以通过柱面波叠加的方式形成平面波，从而获得开展模型试验与数值试验所需要的平面波动荷载。

关键词：柱面波数值试验平面波传播锚杆响应特征

碗扣式钢管支撑架不同构造形式节点的转动刚度试验研究

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建筑钢结构进展 2024年第5期26卷 73-83页

作者：张金轮张阿祥王家伟安徽工程大学建筑工程学院安徽芜湖241000

为研究碗扣式钢管支撑架不同构造形式节点的转动刚度特性,提出测定支撑架体的角节点、边节点与中间节点转动刚度的试验方案,对应分别插入2根、3根和4根水平杆的节点转动刚度试验。在利用相应扣件式节点试验来验证本方案合理性的基础上,... 详细信息

为研究碗扣式钢管支撑架不同构造形式节点的转动刚度特性,提出测定支撑架体的角节点、边节点与中间节点转动刚度的试验方案,对应分别插入2根、3根和4根水平杆的节点转动刚度试验。在利用相应扣件式节点试验来验证本方案合理性的基础上,对当地市场随机采购的碗扣式钢管的弹性模量进行测定。采用三折线模型对碗扣式节点的M-θ曲线进行拟合,分析了不同水平杆数量对其转动刚度的影响及其破坏特点。研究结果表明:(1)碗扣式钢管支撑架角节点、边节点的转动刚度分别为中间节点转动刚度的77.93%、92.14%,且均高于规范给出的建议值25 kN·m·rad-1;角节点与边节点的转动刚度相对较弱,对架体整体稳定性的影响不可忽略;(2)当地市场随机采购的碗扣式钢管的弹性模量较新构件有不同程度的下降,最大降幅约为30%;(3)碗扣式节点的破坏先后顺序为水平杆、上碗扣、立杆和下碗扣;节点的破坏发生在水平杆接头处,应对此处加强质量监管。相关结论可为同类半刚性节点的转动刚度确定提供参考。

关键词：碗扣式支撑架钢管弹性模量节点转动刚度节点破坏特点