不确定度在船舶实验流体动力学中的应用分析

虽然不确定度在测量领域已获得广泛应用，然而由于实验流体动力学原理和方法的复杂性，其应用还不成熟。当前的不确定度评定方法，是以国际不确定度评定指南GUM(Guide to the Expression of Uncertainty in Measure)为标准，然而，指南“GUM”只是给出了评定与表述不确定度的一般规则，并不是详尽的技术规范和说明，而且并不讨论所评定的不确定度如何运用于某种目的。因此，根据“指南GUM”制定某些专业标准是必要的。然而如何把“指南GUM”和实验流体动力学有机的结合，给出合理评定试验结果的不确定度是当前困难所在。本文以现有的研究为基础，详细分析了当前不确定度评定方法和实验流体动力学的特点，给出二者结合的方法，以期为建立在实验流体动力学中的不确定度评定标准提供参考。     

基于频率特性的传感器动态测量不确定度评估

文章以《测量不确定度表达指南（GUM）》中的B类评定方法为基础,根据传感器的频率特性,以幅频特性计算动态测量的相对误差,评估测量值区间半宽和置信因子,然后进一步结合相频特性,评定传感器动态测量不确定度,从而提出了一种基于传感器频率响应特性的测量不确定度评估的通用方法。最后以一种加速度传感器的振动实验为例,验证了上述方法。     

船体基线直线度及甲板平面度误差的数据处理

船体（基线）直线度及（甲板）平面度误差等形状误差的测量及数据处理技术在船体建造过程中有着重要的作用。本文从造船几何量测量技术入手，对上述形状误差的评定方法等数据处理基本技术展开讨论，并举例说明。     

FFT算法截断不确定度评估

截断不确定度是快速傅里叶算法(Fast Fourier Transform,FFT)不确定度评估中的一个重要来源。将截断不确定度分解为：频谱泄露不确定度、加窗和栅栏效应不确定度进行分析。将采样周期个数分解为整部部分和小数部分,确定小数部分引起的频谱泄露误差区间,以此为基础给出频谱泄露不确定度的评估方法;将加窗和栅栏效应引入的不确定度作为一个整体分析, 避开分量之间的相关性,以三角窗为例给出了一个通用的评估方法。之后利用GUM(Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement)中的B类方法对其进行评定,评定时假设舍入测量不确定度为反正弦分布,并通过对频谱泄露不确定度、加窗和栅栏效应不确定度进行合成,得到最终的截断不确定度,在此基础上建立了FFT截断不确定度的通用评估方法。     

等精度直接观测平差的不确定度评定

测量不确定度是测量结果带有的一个参数，用以表征合理地赋予测量结果的分散性。不确定度是说明测量水平的主要指标，是表示测量质量的重要依据。本文旨在利用测量不确定度评定方法引入航海船位误差理论中，通过采用不同的不确定度评定方法进行比较，使船位误差理论更趋丰富。     

船舶操纵性计算预报中的不确定度评定

不确定度分析是以定量的形式给出数据结果的品质和可信度,是数据分析中必要的一个组成部分。为了适应国际海事组织(IMO)正式通过的 MSC.137(76)船舶操纵性标准(IMO,2002b)决议,就要求在船舶设计阶段通过数值计算方法预报的操纵性能更加精确。因此,文章依照 GUM 不确定度评定方法,基于船舶操纵性预报整体型数学模型,结合操纵性水动力试验结果及其导数分析,对船舶操纵性预报结果进行了不确定度评定。     

分光光度计测量结果的不确定度评定

测量不确定度是对测量结果而言,表达这个结果分散性程度的参数,是计量学中的一个重要内容。本文对分光光度计校准过程的透射比示值误差测量结果的不确定度和波长示值误差测量结果的不确定度进行了评定,给出了评定方法、步骤及结果,并对测量不确定度进行了讨论。     

扭矩扳子扭矩值测量结果的不确定度分析

对扭矩扳子的扭矩值测量结果的不确定度分析,建立不确定度评定的数学模型,分析测量误差的不确定度来源,并量化不确定度的分量,从而导出合成不确定度和扩展不确定度。根据各分量的相对不确定度分析出力臂误差引入的不确定度分量影响较大,可以通过优化力臂参数的准确度等途径来减小。     

闸门开度示值误差测量结果的不确定度评定

介绍了闸门开度计闸门开度示值误差测量结果的不确定度评定方法。按照测量不确定度的传播规律建立数学模型,通过对各分量标准不确定度分析计算,实现对不确定分量的汇总,求出合成不确定度和扩展不确定度。结果表明,闸门开度示值为1.0m时,扩展不确定度为4.02m。     

一种激光雷达与双目相机外参数标定方法

针对异质传感器坐标系融合的准确性问题，提出一种利用圆柱面标定物以离线方式计算激光雷达与双目相机的外参数标定方法。通过分析圆柱面点云的三维几何特性，二维化圆柱面点集，并拟合多个平面椭圆实现圆柱面的检测，识别圆柱面图像的棋盘格角点并进行角点三维重建，利用基于邻域法向量的拟合算法拟合圆柱面，并根据最小化投影距离约束条件对激光雷达与双目相机的位姿关系进行计算。仿真与试验结果表明：激光雷达识别圆柱面的半径误差最大为8mm，双目相机识别圆柱面的半径误差最大为40 mm；且根据外参数标定结果，圆柱面圆度值符合误差特性，这验证了圆柱面标定物应用于激光雷达与双目相机外参数标定的有效性与准确性。     

硅钼蓝分光光度法测定铸铁中硅量的不确定度评定

对硅钼蓝光度法测定铸铁中硅量不确定度的产生原因进行了分析，并对一个铸铁中硅含量测定结果的不确定度进行了评定。     

二维平底结构砰击载荷数值计算的不确定度分析

依照ITTC推荐规程,针对二维平底结构入水砰击最大压力系数的数值模拟结果,进行了CFD中的不确定度分析。数值计算中选取中间尺度的时间步长,验证不同粗细三套网格。然后进行了验证分析及确认分析,评估了对比误差和确认不确定度,确认过程全部完成。     

结构型式对双层壳声辐射特性影响研究

基于有限元及边界元法，运用有限元计算软件ANSYS和声学软件SYSNOISE，通过对圆柱壳体结构形式（耐压壳板的厚度、肋骨的布置）的改变，分析了结构形式对水下结构辐射噪声的影响，找到了结构型式改变对其结构辐射噪声的影响规律。同时研究了圆柱壳不圆度对结构振动和声辐射的影响，结果表明圆柱壳不圆度的存在，一定程度上加强了水下结构的振动，且壳体截面的不圆度越大，结构的辐射声功率越大。这对降低水下航行体的噪声具有重要研究价值。     

5kNm立式参考式扭矩标准装置研究

本文介绍了5kNm立式参考式扭矩标准装置的结构形式和组成，并详细描述了有关参考式装置的结构设计及有限元分析、扭矩加载系统以及装置的超限保护机构的研究过程和研究成果。通过不确定度评定，装置的扩展不确定度Urel=0.05%（包含因子k=2）。参考式扭矩标准装置以其高性价比和快速校准的特点，满足了广大计量机构扭矩传感器校准的需求。     

基础设计中的可靠度评估

阐述基于可靠度理论的基础设计的评估。首先总结具有结构抗力和荷载效应2个基础变量的结构可靠度基本理论。结构抗力的不确定性可以由统计学上的平均值和变异系数（cov或）Ω来描述。变异系数指变量的标准差和平均值的比值。敏感度分析的结果显示结构抗力的变异系数（ΩR）在其应用范围之内时,在分析结构可靠度方面扮演着相当重要的角色。基于这些阐述,在预先指定的风险水平（pf）上ΩR一定有其上限。当结构抗力呈正态分布的时候,这个极限ΩR独立于荷载效应随机性,和安全指数β成反比。安全指数可以定义为在标准正态分布区间极限状态到原点之间的最小距离。在这个极限ΩR之下,结构可以在预定风险水平之下安全工作。中心安全系数（FS）可以由结构抗力和荷载效应的变异系数根据平方关系求得。然而,一些情况下结构抗力为非正态分布的情况并不少见。因此,等效正态分布的概念可以用来得到非正态分布结构抗力的ΩR极限。地质方面的随机变量可能是正态分布,也可能是非正态分布,结构抗力中基本变量之间的关系可能是线性也可能是非线性,或者非常复杂以致于结构抗力只能通过有限元分析才能得到。在此情况下,随机数可以通过蒙特卡洛模拟技术获得。拟合的结构抗力的分布可以在随机试验的基础上通过配合度检验确定。现实中,土壤的力学特性不是各向同性的,同样也不能认为是单一材料的,它们的不确定性是不可以被忽略的。简便的设计方式认为不确定参数是常数,并且通过使用定值的安全系数来确定结构截面,设计原则没有将土壤参数对安全系数的影响考虑进去。参考计算出来的失效概率表明,确定值的安全系数法无法保证足够的安全。因此,在某种情况下,安全系数大于等于3,对于结构容许承受能力,并不能认为太保守。     

KCS标模直航拖曳试验不确定度分析

根据江苏科技大学水池、拖曳系统和测量设备参数，开展缩尺比为1∶70的KCS基准船模直航拖曳试验。按照国际拖曳水池会议（ITTC）试验不确定度分析规程，对KCS设计航速下复合航次的阻力测量以及船体表面波形测量进行不确定度分析。结果表明：在95%置信水平下（k=2），船模试验总阻力的相对不确定度在1%以下，B类总的不确定度对总阻力的影响最大；对于船体表面波形测量不确定度，刻度标注偏差的不确定度所占比重最大。     

半径样板半径值的测量结果不确定度分析

本文根据ISO、IEC、OIML和BIPM等4个国际组织在1993年正式颁布的《测量不确定度表示导则》（Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement lst Edition 1993）这一权威性文件，对半径样板半径值的测量结果作了不确定度的分析。     

多波束声呐声学参数校准系统设计

依据水声计量测试原理与方法,设计了一套多波束声呐声学关键参数的计量校准系统。利用多维运行控制装置,在消声水池中对多波束声呐进行了声源级、工作频率、波束宽度、脉冲宽度等声学指标的校准。阐述了校准系统的主要组成、计量器具控制和校准方法。实现了在等效自由场、远场中对水下声呐换能器位置的精确控制、声信号采集与分析等功能。通过不确定度评定,给出了该校准系统工作频率、波束宽度测量结果的扩展不确定度。通过参考值与标称值比对,求得被检多波束声呐声源级误差小于0.7 dB,工作频率误差小于0.03%,脉宽误差小于2%,波束宽度误差小于10%。     

螺旋桨敞水曲线与流场的CFD不确定度分析

为分析计算流体力学方法预测螺旋桨水动力性能的可信度,针对螺旋桨敞水曲线与流场的数值模拟结果进行了CFD不确定度分析。数值计算采用5套网格,网格加细比为槡2。通过求解RANS方程计算的螺旋桨敞水曲线、叶切面压力与试验值吻合较好。在此基础上,对计算结果进行了验证与确认分析,设计工况敞水曲线与叶切面大部分区域压力系数的对比误差介于确认不确定区间内,结果得到确认。湍流模式对螺旋桨非设计工况与导边、随边流动的适应能力是局部参数没有得到确认的主要原因。     

基于动态BP算法的非线性系统预测控制

以包含滞后环节的非线性系统为对象,提出一种增加动态特性的动态BP（Back Propagation）学习算法。该算法以传统BP算法为基础,在多层感知机网络的第1隐层和输出层分别引入可调节的自适应延迟参数,并通过误差梯度对其进行修正,实现了对滞后系统的建模和延迟时间的辨识。进而将该算法与神经网络自适应控制器相结合,提出了一种基于神经网络模型的预测控制结构。仿真结果证明了方法的有效性。