基于收缩理论的水下无人航行器轨迹跟踪控制

考虑水下无人航行器的轨迹跟踪控制,在水动力系数已知的条件下,基于收缩理论设计了全局指数收敛的理想控制器。首先,对收缩理论进行简要的介绍。与常用的李雅普诺夫方法不同,收缩理论在进行控制系统的设计和稳定性分析时,采用虚位移验证系统的稳定性,避免因无明确平衡点信息而带来的阻碍,从而更容易证明控制系统的稳定性。接着,介绍了水下无人航行器的运动学和动力学模型,基于收缩理论设计了理想控制器,并证明了控制器的稳定性。最后对水下无人航行器进行了轨迹跟踪控制仿真,仿真结果验证了本文控制算法的有效性。     

山区峡谷大跨度拱桥桥址区风参数数值模拟研究

为研究山区峡谷风参数受地形因素的影响,采用数值模拟的方法,对建设在中国西部山区的一座大跨度拱桥进行桥址区风场分析。首先,建立三维数值分析模型,以圆曲线+余弦曲线的形式对桥位区域进行边界拓展,并在边界上施加指数律风速边界条件;再利用FLUENT对流场进行求解。通过对各来流条件下数值计算结果进行对比分析,研究风速放大因子沿主梁及拱肋的分布规律,风偏角和风攻角受地形的影响以及风参数沿高度的变化规律,并讨论风场的峡谷效应以及折减效应。研究结果表明:多数工况下桥位处风速由于高陡山体的折减效应而减小,而在一定的来流条件下,桥位处风速因峡谷效应而放大;高陡山体以及深切峡谷会导致风偏角和风攻角的较大变化;风参数沿高度方向的分布规律受到高陡山体影响而改变;拱肋处在同一来流条件下的峡谷效应与折减效应与主梁基本一致。     

一种基于遗传混合算法的二维祸合颤振方法

摘要:对于传统的二维二自由度藕合颤振分步分析解法,创新性地将颤振分析转变为关于求解系统振动频率的非线性方程组问题.基于数值分析理论,引人如拟牛顿法等超线性收敛的数值迭代解法,研究了该类方法在数值迭代时的局部收敛性、初始值依赖性等问题.为规避上述风险发生在颤振分析中,将具有全局搜索优势的遗传算法应用于二维二自由度藕合颤振分析,结合最优算法L-M算法进行局部收敛修正,提出了基于遗传混合算法的分析方法.算例分析结果表明:在各个检测风速节点处,两种方法下的系统振动圆频率和系统牵连阻尼比计算误差都低于0. 1 %o,结果几乎一致;所建立的新分析方法思路清晰,求得颤振临界风速与传统方法完全一致,说明新的计算流程可行且计算结果准确;与传统方法相比,基于遗传混合算法的颤振方法每步求解过程无需初值的自选取,具有无条件收敛的优点.     

基于遗传混合算法的二维耦合颤振方法

对于传统的二维二自由度耦合颤振分步分析解法,创新性地将颤振分析转变为关于求解系统振动频率的非线性方程组问题.基于数值分析理论,引入如拟牛顿法等超线性收敛的数值迭代解法,研究了该类方法在数值迭代时的局部收敛性、初始值依赖性等问题.为规避上述风险发生在颤振分析中,将具有全局搜索优势的遗传算法应用于二维二自由度耦合颤振分析,结合最优算法L-M算法进行局部收敛修正,提出了基于遗传混合算法的分析方法.算例分析结果表明:在各个检测风速节点处,两种方法下的系统振动圆频率和系统牵连阻尼比计算误差都低于0.1‰,结果几乎一致;所建立的新分析方法思路清晰,求得颤振临界风速与传统方法完全一致,说明新的计算流程可行且计算结果准确;与传统方法相比,基于遗传混合算法的颤振方法每步求解过程无需初值的自选取,具有无条件收敛的优点.      

刚构体系独塔斜拉桥施工期抖振响应

为了更准确地计算桥梁抖振响应, 以采用刚构体系的某带大挑臂钢箱结合梁独塔斜拉桥最大双悬臂施工阶段为研究对象,首先在有限元建模中重点讨论因塔梁固结处节点刚性区建模方法不同而导致的桥梁结构动力特性差异;随后运用二维不可压非定常雷诺平均URANS数值模拟方法,识别大挑臂钢箱主梁断面静力三分力系数和气动导纳;最后基于Davenport准定常理论在ANSYS中开展桥梁抖振时域分析,所得结果与气弹模型风洞试验进行比较. 研究表明:施工阶段的独塔斜拉桥结构动力特性及抖振响应受塔梁结合处有限元建模方式影响十分显著,结构基频差异最大可达21.3%,进行此类桥梁动力分析时应予以足够重视;主梁断面的气动导纳识别结果表现出对来流风场参数的依赖性,抖振计算时应合理使用;主梁悬臂端抖振位移响应计算值大于风洞气弹模型试验测试值,该计算结果用于设计参考时是偏于保守的.      

基于人工蜂群算法的桥梁有限元模型局部刚度修正

在保持梁单元模型计算效率优势的前提下,为尽可能提高桥梁结构有限元模型的精度,提出一种基于人工蜂群算法的桥梁结构有限元模型局部刚度修正方法.以某刚构体系斜拉桥塔梁连接处的有限元模拟为例,对塔梁结合局部区域分别建立精细的实体元模型和宏观的梁单元模型.基于实体元模型的自振模态频率和静载响应转角构造目标函数,采用人工蜂群算法对宏观梁单元模型局部刚度参数进行优化和修正.研究结果表明:使用人工蜂群算法修正桥梁有限元模型局部刚度是可靠的,修正后桥梁宏观梁单元模型的静动力学性能更逼近实体元模型;算例中修正后的塔梁结合区域内梁单元刚度增强至修正前的1.09～2.93倍,且塔、梁单元刚度增幅不一.     

一种基于遗传混合算法的二维祸合颤振方法

摘要:对于传统的二维二自由度藕合颤振分步分析解法,创新性地将颤振分析转变为关于求解系统振动频率的非线性方程组问题.基于数值分析理论,引人如拟牛顿法等超线性收敛的数值迭代解法,研究了该类方法在数值迭代时的局部收敛性、初始值依赖性等问题.为规避上述风险发生在颤振分析中,将具有全局搜索优势的遗传算法应用于二维二自由度藕合颤振分析,结合最优算法L-M算法进行局部收敛修正,提出了基于遗传混合算法的分析方法.算例分析结果表明:在各个检测风速节点处,两种方法下的系统振动圆频率和系统牵连阻尼比计算误差都低于0. 1 %o,结果几乎一致;所建立的新分析方法思路清晰,求得颤振临界风速与传统方法完全一致,说明新的计算流程可行且计算结果准确;与传统方法相比,基于遗传混合算法的颤振方法每步求解过程无需初值的自选取,具有无条件收敛的优点.     

基于层次分析法的城市轨道交通旅客服务质量评价

城市轨道交通运量大、能耗低、时间可靠性强,是我国大中城市居民出行的首选方式。旅客服务质量是评价城市轨道交通运营水平的重要指标之一,亦可为政府的监管及政策制定提供依据。研究在构建旅客服务质量评价指标体系的基础上,针对传统服务质量难以定量地描述的问题,基于层次分析法确定各级指标权重。以上海轨道交通2号线和16号线为例,在相关数据调查的基础上,分车站的站厅、站台和列车三部分对各级评级指标及服务质量进行了分析。     

倒梯形桁架桥断面气动参数研究

采用计算流体力学(CFD)和风洞试验相结合的方法,对某倒梯形桁架主梁断面二维等效模型和气动导纳函数进行研究。首先依据外轮廓和实面积比不变的原则,建立斜腹杆位置不同的二维模型,识别其静力三分力系数并与风洞试验结果对比,得到二维等效模型。随后基于二维SST k-ω湍流模型和2D LES模拟,对二维等效模型分别进行气动导纳数值识别,识别结果与风洞试验对比研究。结果表明:无论是基于RANS的SST湍流模型还是2D LES模拟,二维等效模型气动导纳识别结果均与Sears函数较为接近,而SST k-ω模型气动仿真结果与风洞试验吻合良好;采用文章所用模型简化和数值识别方法,可对桁梁的气动参数进行有效识别。     

大跨度拱桥矩形拱肋静风阻力研究

针对拱桥矩形拱肋静风阻力传统计算方法的不足,给出更合理的拱肋阻力计算方法。采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法及流场显示技术,计算分析二维拱肋截面阻力系数与三维曲拱肋阻力系数,并对某实际大跨度拱桥的缩尺模型进行风洞试验,分节段测试其静风阻力。结果表明:高宽比对阻力系数影响不明显;阻力系数随拱肋间距比的增大存在跳跃现象,对二维拱肋截面该跳跃区间为3S/H4,对三维曲拱肋为1.5S/H2;按三维拱肋阻力系数计算的静风阻力最接近该桥试验结果,若按二维拱肋截面阻力系数计算将明显偏小,而按规范方法又过于保守。建议在工程设计中采用三维曲拱肋阻力系数进行静风计算。