矩阵方程AX=B的自反解与反自反解及最佳逼近

给定两个广义反射矩阵P,Q,通常对于矩阵方程AX=B关于P,Q的自反解和反自反解的研究大多是通过矩阵分解或广义奇异值分解来进行的。采用广义逆,建立该方程存在自反解和反自反解的充要条件以及解的一般表达式,并研究与之相关的矩阵最佳逼近问题。     

岩溶隧道瞬变电磁三维超前探测技术研究

针对岩溶发育地区隧道开挖时现有地质预报技术对岩溶突水较难做出准确预测的问题,设计出大断面三维多匝小回线瞬变电磁探测技术。依据岩溶发育特点,采用数值模拟方法对隧道掌子面前方25 m和50 m处不同体积富水溶洞进行模拟,研究掌子面前方不同距离和规模的低阻异常体瞬变电磁响应特征。基于数值模拟结果,在张吉怀铁路古丈隧道岩溶发育段进行探测验证,结果表明： 1）溶洞模型在二维视电阻率等值线断面图上25 m和50 m处形成闭合、视电阻值小于60 Ω·m的低阻区,低阻区与设计的模拟体的位置和范围一致; 2）大断面三维多匝小回线瞬变电磁探测三维显示结果与现场实际揭露情况基本吻合,采用该技术能够准确预报掌子面前方17~30 m、隧道两侧20 m到隧道中轴线的充泥含水溶洞。     

定量化交通网络效率评价方法比较

比较了既有定量化交通网络效率评价方法, 考虑了网络结构、交通需求、出行选择和出行成本等因素, 分别从解析计算、固定网络结构下交通需求对网络效率的影响规律和固定交通需求下网络结构对网络效率的影响规律方面, 研究了3种评价方法的评价结果合理性, 总结了不同方法的优缺点和适用范围。比较结果表明: 赋权网络运行效率计算方法(方法1) 未考虑交通网络拥挤效应, 计算的网络效率是交通需求的单调函数, 不能用于交通拥挤网络; 交通拥挤网络效率计算方法(方法2) 能适用于拥挤网络的效率评价, 但在需求不变的前提下, 计算的效率是OD间连通路径数的单调递增函数, 不能反映网络结构对交通网络效率的影响规律; 交通网络效率计算方法(方法3) 能更加真实地反映交通网络结构、交通需求、出行成本与出行选择对网络效率的综合影响效应, 而且采用该方法计算的网络效率能够与交通网络中的“Braess”诡异现象进行相互解释, 证明了该方法在评价交通网络的实际运行绩效方面具有相对更好的合理性; 在固定结构的交通网络中, 总存在一个交通需求量, 使采用方法3计算的网络效率最大; 在固定需求的交通网络中, 总存在一个网络结构, 使采用方法3计算的网络效率最大。     

基于线性矩阵不等式的船舶动力定位滑模控制

为了解决具有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统的控制问题, 提出了一种基于线性矩阵不等式的滑模控制算法; 将跟踪误差设计为滑模函数, 设计线性矩阵不等式, 求解状态反馈增益; 基于二次型Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性; 设计切换函数, 使系统对不确定性和外加干扰具有较强的鲁棒性, 避免出现抖振现象; 对基于线性矩阵不等式的滑模控制器进行仿真, 计算出动力定位船舶在无扰动的匀速运动和有外界环境扰动的变速运动2种不同情况下的前进速度、横荡速度、艏向角速度、前进加速度、横荡加速度、艏向角加速度、前进控制力、横荡控制力和艏向控制力矩等; 分析了状态反馈增益线性矩阵、边界层、切换项增益等参数对控制性能的影响。研究结果表明: 采用基本滑模控制使前进速度达到期望值所需的上升时间为29s, 而新算法为15s, 节约了48.28%;采用基本滑模控制使横荡速度达到期望值所需的上升时间为24s, 而新算法为14s, 节约了41.67%;采用基本滑模控制使艏向角速度达到期望值所需的上升时间为13s, 而新算法为10s, 节约了23.08%。可见, 设计的控制器对有非线性和环境干扰的船舶动力定位系统都具有较强的鲁棒性, 具有控制输入连续、控制抖振小、不存在过高增益等特点。     

基于阻燃抑烟的纳米黏土改性沥青综述

分析了沥青材料的热解燃烧特性,总结了沥青材料阻燃抑烟性能测试方法,归纳了国内外常用的沥青阻燃剂类型及其优缺点;论述了隧道沥青材料常用的阻燃技术,评析了纳米改性沥青阻燃抑烟机理;探讨了纳米黏土对沥青材料高低温性能、水稳定性及老化性能等路用性能的影响,展望了未来隧道阻燃抑烟沥青材料的研究方向。研究结果表明: 用于隧道沥青材料阻燃剂应具有良好的协同阻燃抑烟效应,而金属氢氧化物和纳米材料具有较大的应用潜力;沥青材料的阻燃抑烟性能测试主要参考聚合物阻燃测试方法,这些试验方法与沥青路面真实燃烧状态明显不符,亟需补充和完善沥青材料阻燃抑烟性能测试方法和标准;以纳米黏土为代表的纳米改性材料对热沥青的烟气释放具有显著的抑制作用,但目前研究主要集中于纳米材料和聚合物复合材料的阻燃机理方面,针对纳米改性沥青的阻燃抑烟机理缺乏系统性研究;纳米黏土可显著改善沥青的高温、水稳及老化性能,对低温性能的影响方面,国内外研究存在较大争议;应将热拌沥青混合料烟气控制技术、金属氢氧化物和纳米黏土协同阻燃技术及沥青材料阻燃性能测试方法等方面作为隧道阻燃抑烟沥青材料未来的重点研究方向。     

开阔水域多物标动态自适应智能航行方法

考虑船舶操纵特性、《1972年国际海上避碰规则》和良好船艺要求,提出了动态自适应目标船不协调避碰行动的开阔水域智能航行方法;将物标分类、建模并构建数字孪生交通环境,结合航向控制方法、操纵运动和复航模型构建了自动航行模型,推演了船舶非线性操纵运动;基于自动航行模型量化解析了《规则》要求,探究动态避碰机理,建立了可行航向求取方法;在多目标环境中,提出了目标船机动判别方法,研究了《规则》约束下构成自主航行方案的改向时机、幅度和复航时机等要素求取方法。仿真结果表明：依靠信息秒级更新的滚动计算,提出的智能航行方法可自适应剩余误差和目标船随机运动;提出的智能航行方法能将可行航向区间和改向幅度精确到1°;将程序运行和复航时机计算步长设置为1、10 s,设置多类静态物标和6艘保向保速目标船,在640、1 053、2 561和3 489 s,本船进行右转9°、复航、保向保速和复航等操纵可让请所有目标并自主航行至终点;设置目标船在300 s采取不协调转向避让行动,本船在980、2 790、3 622、5 470 s时进行右转9°、左转12°、右转17°和复航等操纵可让请所有目标并自主航行至终点。可见,任意初始状态下的船舶均可沿计划航线自动航行至终点,提出的方法能满足多个、多类动静态物标共存的真实开阔水域环境中的智能航行需要。     

基于网络交通分配方法族谱的交通分配 一体化技术与工程应用

为满足交通规划、建设与管理等应用场景对交通分配多样化的需求,结合目前交通分配方 法族谱中的众多模型与方法,本文构建能够满足族谱中所有交通分配特征的一体化交通分配技 术框架,提出交通网络交通分配一体化技术体系,并将该体系嵌入交通分析平台软件“交运之星- TranStar”中。该技术体系包括：“模型关键参数”“交通阻抗函数”“交通网络交通分配基础模型与 快速算法”3部分模块组合的分析模型一体化;面向步行、自行车、机动车及公共交通等多模式交 通网络的分析对象一体化;针对城市土地开发,交通网络建设,交通管理控制,公共交通系统,以 及交通政策制定等应用场景一体化。选取南京市道路网络和公交网络进行实证分析。结果表 明,本文提出的交通分配一体化技术具有处理超万节点多模式交通网络的能力,对各类交通模 式、典型业务场景的分析结果可为城市交通系统规划、建设与管理提供决策支持。     

车轮踏面缺陷引起的轮轨动态响应综述

从滚动接触理论、试验与数值模拟三方面概述了轮轨关系研究现状,强调了轮轨滚动接触行为中轮轨材料动态力学性能的影响;总结了轮轨材料静动态力学性能与本构关系的相关成果;介绍了由车轮扁疤、踏面剥离/剥落、车轮多边形等典型踏面缺陷引起的轮轨动态响应研究,分析了车轮踏面缺陷对轮轨滚动接触行为和列车系统动力学性能的影响,以及车轮踏面缺陷的形成原因、影响规律与演变机理,重点关注了轮轨动态效应对高速轮轨滚动接触行为的影响;概括了车轮踏面缺陷的检测技术与减缓和防治措施。研究结果表明：车轮踏面缺陷致使轮轨冲击力显著增大,导致轮轨部件损伤和车体异常振动,严重影响车辆-轨道系统部件的使用寿命和列车动力学性能,甚至威胁列车运行安全;车轮踏面缺陷的成因与机理仍需进一步探究,车辆异常制动、轮轨低黏着状态均会导致车轮扁疤的产生,轮轨材料特性、轮轨间接触载荷、轮对共振、列车制动系统性能与线路运行条件/环境等均是导致车轮踏面发生剥离的主要影响因素,轮轴共振、轮轨摩擦振动、车轮制造镟修工艺等均与车轮多边形的形成有密切联系;改善轮轨材料的性能,控制轨道系统的支撑刚度/阻尼及轮轨间摩擦因数等均是抑制车轮踏面缺陷产生的有效途径。     

激光扫描盾构隧道断面变形快速检测

针对人工检测效率低、变形检测车定位不准、噪点剔除困难、数据处理滞后等技术难题,基于盾构隧道管片环缝灰度图像数学形态特征,通过图像滑窗方式,利用直方图均衡化、缩放、阈值判定等方法快速自动识别环缝,并依据环缝已知位置反向修正隧道里程; 基于距离最小二乘法椭圆曲线拟合,建立了盾构隧道激光扫描噪点三次迭代自动剔除方法; 通过对管片环上各单环激光扫描数据拟合椭圆进行均值处理,并与隧道设计参数或上次检测结果比对,确定了隧道断面变形; 以轨检小车为载体,集成断面三维激光扫描仪、倾角仪、编码器、测距轮和计算机等设备,研制了盾构隧道断面变形快速检测车,开发了配套的数据采集和处理软件,并进行了工程试验和实际应用。研究结果表明：检测时速为5 km·h^-1时,检测车系统隧道内水平和垂直方向直径复测差值绝对值小于2 mm的占比分别为98.41%和96.21%,小于1 mm的占比分别为82.36%和71.92%,系统复测精度为2 mm,多数可达到1 mm,说明环缝识别、噪点剔除、整环收敛变形算法和检测系统具有较高的稳定性和重现性; 检测车可自动采集和处理数据,检测作业后24 h可输出检测分析报告,结果准确可靠,可为盾构隧道结构健康评定和养护提供参考。     

扣件胶垫黏弹性对铁路箱梁振动与结构噪声的影响

以高速铁路WJ-7B型扣件胶垫为研究对象,通过动态力学性能试验测试了扣件胶垫在不同温度下的动力性能;结合温频等效原理、Williams-Landel-Ferry方程和高阶分数导数FVMP模型表征了扣件胶垫的黏弹性力学特性;将该模型代入建立的桥梁振动与结构噪声预测有限元-边界元模型,并与Kelvin-Vogit模型对比来分析扣件胶垫黏弹性对箱梁振动和结构噪声的影响。研究结果表明：扣件胶垫黏弹性表现为动参数的温频变特性,刚度与频率正相关,与温度负相关,阻尼与频率和温度均负相关,阻尼在1~100 Hz内变化明显,在100 Hz以上变化较小;扣件动参数测试值与高阶分数导数FVMP模型拟合值吻合良好,采用高阶分数导数FVMP模型可以准确描述扣件在宽温宽频下的动态黏弹性力学行为;仅考虑扣件胶垫频变特性时,桥梁在25~63 Hz振动加剧,在80~200 Hz振动减弱,在峰值频率63 Hz处顶板、腹板和底板的加速度振级分别增大5.62、0.91和2.94 dB,桥梁横桥向各板垂向近场点和梁底下方靠近地面处声辐射明显增大;同时考虑扣件胶垫温变与频变特性时,随着温度的降低,桥梁在31.5~50.0 Hz振动不断减小,在63~200 Hz振动不断增大,桥梁横桥向在顶板斜上方、腹板和底板垂向近场点和梁底下方靠近地面处声辐射减小,温度从20 ℃降到-20 ℃时,总体声压级最大降低了2 dB左右;忽略扣件胶垫黏弹性会导致桥梁振动和结构噪声预测产生偏差,仿真分析时应考虑扣件胶垫的黏弹性,以提高预测的准确性。