三角洲演化数值模拟
这是一篇关于三角洲,数值模拟,三维动态模拟系统,贝叶斯优化算法的论文, 主要内容为地表形态的演化主要来源于剥蚀区的剥蚀、物质的移动与沉积区或汇水盆地的沉积。作为自然的地理边界,流域与地球表层的“源—汇”系统息息相关,通常表现为流域内物源区(流域边界)的剥蚀移平、低洼处的沉积。作为流域系统中的主要沉积区域,三角洲在生态环境、资源分布等方面都具有重要意义,特别是浅水三角洲近些年来已成为国际油气藏勘探的重要目标。为了缩短模拟周期、得到更加量化的结果,面向三角洲演化问题的研究正逐渐趋向于采用数值模拟的方法。在三角洲演化数值模拟过程中,模型的构建、求解与其向计算机模型的转化是关键性问题,演化结果的存储、分析与可视化可有效推动三角洲演化数值模拟过程的科学化、规范化与流程化。因此,本文采用前后端web分离技术,以三角洲演化数值模拟算法为核心,构建了一个具备数据管理与分析、三角洲演化模拟、沉积模拟超参数贝叶斯优化、演化结果可视化、统计分析与云端存储功能的三角洲演化三维动态模拟云端平台。以鄱阳湖赣江中支三角洲为例,对该系统进行了测试与评价,主要结论如下:1、分析了三角洲演化的主要控制因素。地形、降雨、地层、构造运动、海(湖)平面与波浪为控制因素,控制因素彼此之间相互作用推动了三角洲的演化生长。充沛的降雨沿着最大坡降方向侵蚀着地层,携带着水沙在河道、入海(湖)口与低洼处沉积;构造抬升作用与地表侵蚀作用互相促进;海(湖)平面受构造运动与降雨影响,和波浪作用一起,影响着沉积空间分布。2、以水力作用下的侵蚀与沉积运动和重力作用下的扩散运动作为主要物质移动方式,基于Voronoi多边形对地表进行空间离散化,构建离散化方程f(地形、降雨、地层、构造运动、海(湖)平面、波浪)。结合时间步进策略得到不同时间下的离散化方程,采用有限体积法递推求解后得到三角洲演化模拟结果。3、构建了以Vue+Django+Hadoop为技术体系的三角洲演化三维动态模拟系统。主要分为数据管理与分析、三角洲演化模拟、沉积模拟超参数贝叶斯优化、演化结果可视化、统计分析与云端存储等六个功能模块,实现了三角洲演化数值模拟的全流程管理与分析。4、选取鄱阳湖赣江中支三角洲为研究区,基于三角洲演化数值模拟算法,以2000年地形数据(SRTM数据)作为初始地形,结合2000—2007年降雨数据与湖平面数据,以2007年地形数据(AW3D30数据)为验证数据,采用贝叶斯优化算法优化选择了水力作用下侵蚀与沉积运动的侵蚀性系数、重力作用下扩散运动的地表扩散系数等参数值。结合所求参数、SRTM数据、2000—2011年降雨数据与湖平面数据模拟了鄱阳湖赣江中支三角洲演化过程(2000—2011年),最终可得其空间分布形态与landsat遥感影像数据吻合较好,证实该算法是可行的。5、鄱阳湖赣江中支三角洲的沉积是一个缓慢的进程,以朵状或鸟足状为主,沉积区域主要位于河道附近与入湖口附近,并处于从河道向入湖口推移的趋势,在入湖口处已形成了几条明显的沙嘴向湖中央延伸。湖平面的升降对沉积区域范围有一定的影响,湖进则沉积区域更趋近于岸上;湖退则向湖中央延伸。降雨可在一定程度上影响着物质输移速度。
A356半固态金属浆料的制备及压铸工艺的数值模拟
这是一篇关于铝合金,半固态,浆料制备,流变成形,数值模拟,压铸工艺的论文, 主要内容为铝合金由于具有重量轻,比强度高,且可回收利用的优点,因此成为广泛使用的金属材料。但在压铸生产过程中产生的铸造缺陷使得铝合金件在性能上有所下降,近几十年不断发展的金属半固态成形技术为解决这一难题带来了希望。半固态成形零件组织致密、夹气少、性能优异,且半固态成形属于近终型成形,因此该技术在许多工业,尤其是在汽车工业具有广泛的应用前景。同时金属半固态成形技术又是一门跨传热学、流体力学,材料力学以及计算数学等多学科的材料加工制备的先进技术,因而具有较高的理论研究价值。 本文使用电磁搅拌技术制备了A356铝合金的半固态金属浆料,然后对用该浆料流变压铸制得的标准压铸试样进行了金相组织观察和分析;本文使用Flow 3D?对A356半固态浆料在压铸机压室内慢压射阶段的流动行为进行数值模拟,分析发生卷气与压室充满度和慢压射速度的关系。 实验结果表明:在搅拌电流35.3A、搅拌电压53V、搅拌频率32.5Hz、功率2.1kW条件下,自液相线温度以上对A356合金金属液开始连续电磁搅拌,至浆料温度为585℃时保温,14分钟后制得半固态浆料;压铸试样金相组织自外向芯部清晰的分为少量球状组织和共晶组织混合的外表层、共晶组织层和普通状态的半固态相。对压室内半固态流变金属慢压射流动行为的模拟结果表明:在不同压室充满度和不同压铸速度下,均存在卷气可能,但数量和倾向不同;根据模拟结果,最终绘制出卷气体积比与压室充满度和冲头速度的等势线关系图,用于制定半固态流变压铸工艺。 本论文的研究为A356铝合金制备流变半固态浆料提供了合适的工艺条件和参数,并为半固态流变的慢压射工艺的制定提供了有效参考和坚实的基础,从而缩短部分半固态流变成形工艺过程的试验周期,可以提高工作效率和产业竞争力。
智能型多通道水肥一体化设备关键技术研究
这是一篇关于水肥一体化,数值模拟,PSO-Fuzzy PID控制器,性能试验的论文, 主要内容为高效节水灌溉施肥是农业现代化建设的重要发展方向,水肥一体化设备是保障农业可持续发展、实现高效节水灌溉施肥的重要设备。针对目前我国水肥一体化设备仍存在水肥混合不均匀、配比精度较低等问题,本文着眼于精准农业的水肥混合生产过程,运用理论分析、数值模拟、试验等方法,对智能型多通道水肥一体化设备展开设计与研究分析。主要研究工作如下:(1)总体方案设计及整机结构确定。根据智能型多通道水肥一体化设备的设计原则、功能与性能需求,明确设备的工作流程,完成工作方案设计。对设备总体结构划分,完成吸肥结构和混肥结构的设计,从而确定整机模型,并运用SolidWoks软件对整机模型进行三维建模。(2)吸混肥系统的数值模拟。整机关键部件主要分为多通道文丘里管吸肥系统和混肥系统。先用三维软件分别建立模型,运用FloEFD软件仿真得到多通道文丘里管吸肥系统中的各通道吸肥量和水、肥入口端的压差呈正相关的工作特性,吸肥量数据为后续试验提供参考;运用Fluent软件对混肥系统进行多相流仿真,确定水肥在文丘里管初次混合,在混肥桶内再次混合,可以增加水肥的混合均匀性。(3)基于PSO优化的模糊PID控制器设计与仿真。建立水肥浓度控制过程的模型,利用Matlab对控制对象建立仿真模型。通过比较PID、Fuzzy PID的控制效果,设计了PSO-Fuzzy PID控制器,根据三种控制器的仿真对比实验,PSO Fuzzy-PID相比于PID,超调量降低21.36%,调节时间减少15s;相比于FuzzyPID,超调量降低了8.05%,调节时间减少了7.5s。PSO-Fuzzy PID控制器改善了被控系统动态变化适应性较弱的问题,控制性能更优越,有更强的抗干扰能力、适应性和鲁棒性。(4)样机研制与性能试验。根据整机结构设计及样机硬件选型,组装搭建样机并做性能试验。最大吸肥量试验,仿真数据与试验数据吻合度较高;控制器性能对比试验,PSO-Fuzzy PID控制系统在实际施肥灌溉中超调量小、调节时间段,具有较好的适应性和鲁棒性,能够满足实际灌溉施肥需求;不同单元素间的配比试验,设备可以迅速有效的实现水肥混合液的动态调节,实现不同单元素液肥之间的精确配比;稳定性试验,样机持续运行5小时,五个通道吸肥量基本保持稳定。本文研发的智能型多通道水肥一体化设备结构合理、水肥混合均匀性好、配肥精度高,能够满足贵州农业智能灌溉施肥的控制性能和精度要求,具有广阔的应用前景。
冷空气影响下黄东海海雾变化规律及预报方法研究
这是一篇关于冷空气,海雾,天气气候分析,数值模拟,客观预报的论文, 主要内容为首先,根据历史观测资料研究分析了我国黄海和东海沿海在冷空气影响下发生海雾的气候规律和海雾形成的海洋、气象条件,发现冷空气条件下的成雾主要发生在冬春季节,其中半数以上为浓雾过程,冷空气条件下成雾次数约占总雾次的15%左右,成雾时以弱冷空气过程为主,风向偏北,风速一般小于8 m/s,成雾的相对湿度条件有昼夜之分,夜间发生的雾大多数出现在空气处于或接近饱和状态之下,而白天发生雾时相对湿度条件限制要低一些。成雾时以气海温差在2.0℃以内时所占的比例最多,但当气温低于海温2.0℃以上时的海雾仍占13%的比例,它高于一般海雾发生时对应的海气温差值所占的百分比。东海海域的冷空气雾其近海面边界层大气普遍有逆温或近于等温情况,而黄海北部海域有逆温或等温的情况比较少。以冷空气影响下成雾最多的小洋山站为例,海雾维持时间大多小于2小时,约有19%的海雾维持时间长于4小时。当冷空气影响下海上出现雾时,临近陆地上的能见度一般都比较好,这与相邻沿海陆地区域一般并不形成有利的成雾条件有关。 其次,使用WRF中尺度大气模式对冷空气影响下的海雾过程进行了数值模拟,结果表明模式能在一定程度上再现海雾发生发展过程。但模拟的海雾区域范围与实际情况还存在一定的偏差,模拟的能见度数值与实况相比偏大一些。模式中的水平能见度的大小主要受云水混合比的影响,云水混合比大于等于0.1g/kg的分布范围与水平能见度小于等于0.5km的分布范围基本一致。 最后,建立了一套供实时业务使用的黄海和东海海域海雾短时客观预报系统。首先利用我国东部9个沿海和岛屿气象站的地面观测资料,对每次出现的雾按能见度进行分级,统计分析不同级别雾出现的气候特征,定量地研究分析了各海域成雾的海洋和气象条件,建立了海雾等级预报方程,在此基础上,应用大气环流模式预报输出产品,如海洋大气边界层中的气温、风速、风向、相对湿度气压、及海表温度等,进行雾的等级实时预报。结果表明,本海雾客观预报方法对大范围的雾区,包括冷空气条件下的海雾有较强的预报能力,在实际使用过程中取得了较好的预报和应用效果。本业务系统实现了从资料获取到计算和输出整个过程的全自动化,系统运行稳定,业务使用的实时性强。
基于数字孪生技术的冲击地压监测与预警研究
这是一篇关于冲击地压,数字孪生,数值模拟,冲击载荷,监测预警的论文, 主要内容为随着煤矿开采深度和强度的逐年增加,冲击地压矿井数目和冲击地压危险程度显著增加,传统应力监测方法对冲击地压灾害监测具有局限性,通过传统数值模拟方法研究冲击地压计算结果往往与监测数据不匹配。为解决此类问题,基于数字孪生实时交互的理念,提出一种基于数字孪生技术的冲击地压监测预警方法,具体研究如下:(1)基于动态压力传感器实测数据提出冲击地压发生时的载荷表达函数,并应用于数字孪生监测预警程序。基于冲击地压实测负载波形提取离散数据,采用傅里叶级数模型拟合冲击载荷,确定载荷函数级数项个数,分析冲击载荷频谱特征;基于载荷特征,提出冲击载荷表达函数;采用数值模拟方法,验证载荷函数实用性。研究表明,通过叠加正弦函数与衰减项的积提出的载荷函数能够良好表达冲击载荷;载荷函数中表征相同物理意义的参数线性相关,载荷波动周期与衰减速率线性相关。(2)通过ANSYS二次开发构建通用数值模拟过程。采用设计语言APDL对ANSYS二次开发,实现参数化构建工作面有限元模型,有限元模型考虑了地质构造、工作面、巷道等几何特征;确定D-P准则为非线性材料屈服准则;将计算冲击临界应力的冲击危险性评价方法应用于数字孪生监测预警程序;采用最小二乘法拟合冲击危险趋势曲线。研究表明,一阶多项式能较好的反应冲击危险性发展趋势。(3)运用Python语言构建数字孪生框架,结合ANSYS二次开发实现数字孪生。共编写十一个工作程序,将ANSYS二次开发成果与数字孪生框架相结合,实现数字孪生仿真模拟。具体提出了数字孪生框架构建逻辑、Python与ANSYS联合二次开发实现数字孪生计算方法、Python与ANSYS实现信息交互方法。研究表明,煤层顶底板模型可通过构建一次函数完成测点应力向应力边界条件反演。(4)将提出的数字孪生监测预警方法进行工程应用,验证方法可靠性,基于计算结果为冲击地压防治提供支持。依托某矿MZ21010工作面构建有限元模型,对比分析孪生计算与传统数值模拟计算结果,验证方法可靠性;应用数字孪生监测方法对井下应力状态进行持续监测,并分析误差;预测回采过程冲击是否显现、采区冲击危险性变化趋势;评价冲击载荷作用下工作面冲击危险性。研究表明,数字孪生计算方法较传统数值模拟计算方法计算精度更高;仰采过程工作面冲击危险性指数降低;支护刚度失效过程冲击危险性指数变化符合指数函数。该论文有图88幅,表12个,参考文献90篇。
轮胎模具脉冲激光清洗工艺及其数据库研究
这是一篇关于轮胎模具,激光清洗,数值模拟,数据库的论文, 主要内容为轮胎的生产避免不了硫化工序,而轮胎硫化工序会使模具表面附着一层主要成分为橡胶、硫化物、硅油和炭黑等污染物。当轮胎表面的花纹沉积这些污染物,就会使轮胎硫化后的质量有负面影响。因此,在轮胎制造业中轮胎模具清洗已成为十分关键的一道工序,它将直接影响轮胎成型后的质量水平。轮胎模具的激光清洗方法具有效率高、成本低、热负荷和机械负荷很小,对模具无损伤、绿色环保等优点,近几年国产高功率激光器的发展使激光器的购置成本大大降低,轮胎模具清洗工艺的工业化应用将对我国轮胎模具清洗工艺产生深远影响,也是对传统低效率高污染的清洗行业的革新。本文针对纳秒脉冲激光对铝合金轮胎模具表面污层的去除开展激光清洗实验研究,首先研究了激光工艺参数对清洗效果的影响。明确了各参数的显著程度,确定了清洗阈值为0.23J/cm2。发现了激光对于模具表面的晶粒结构没有影响,并且建立合适的标准对损伤阈值进行判定,损伤阈值为4.07J/cm2。激光清洗铝合金轮胎污层的工艺范围为1.3-4.1J/cm2,其清洗表面的粗糙度为0.77-0.87μm,最高的清洗效率为3.24m2/h。为了揭示激光去除铝合金轮胎模具表面污层的去除机理,通过高速摄像仪分析了激光清洗轮胎模具污层的物理现象,发现在100W,30KHz时会出现燃烧现象,同一功率下随着频率的增大飞溅物数量越多,等离子体羽辉的尺寸与单脉冲能量呈现正相关。为了解释物理现象变化的规律,利用COMSOL软件进行了轮胎模具脉冲激光清洗数值模拟,分析了温度场分布,研究了不同功率下脉冲频率对温度的影响,结合应力场的模拟结果,证明了激光去除轮胎模具污层的机理主要是烧蚀机理和和热振动机理,其中烧蚀机理起主要作用。最后,根据试验总结的规律,建立了一套评定铝合金轮胎模具激光清洗质量的标准,并依据质量评定标准为数据库的做了数据准备。通过ACCESS和Visual Basic语言建立了一套激光清洗的数据库架构,采用python对已有的数据库试验数据进行处理,为工艺参数智能推荐系统提供数据支撑,在数据库各功能完善后,完成对数据库的封装。
基于光物性及计算机视觉的猪里脊肉成熟及其智能识别研究
这是一篇关于成熟值原理,视觉成熟,动力学,光学参数,数值模拟,计算机视觉的论文, 主要内容为烹饪造就了人类,大多数食品原料必须加热后食用,而烹饪成熟是烹饪终止的指标,也是烹饪的主要目标,因此烹饪成熟是一个食品科学的底层问题。课题组前期研究中构建了成熟值理论并进一步提出了一个表征食品成熟程度的普适性的动力学指标——成熟值(M值),但引起人主观上对食品成熟判断的形成机理还尚不清楚。由于视觉是唯一能够连续感受食品烹饪成熟过程中的光物性刺激的感官,从视觉角度探究人类产生成熟判断的内在机理最具价值。视觉判断成熟时,通常是对食品的表面进行观测,然而在烹饪过程中,最后成熟的位点处于固体食材的几何中心,烹饪操作者无法直接看到,是否可以通过食品表面视觉变化判断中心成熟,有待研究。此外,前期研究中利用计算机视觉初步探索了智能识别猪里脊肉中心成熟的深度学习方法,但相关识别算法基于单一神经网络模型,且未对识别范围进行测试,研究内容不够完整。为完善这一智能识别方法,有必要对比多个神经网络模型,选择合适的模型开展识别范围测定。鉴于此,本文基于成熟值理论、食品光物性及计算机视觉技术等,对猪里脊肉这一典型中式烹饪食材,开展如下研究:(1)测定得到猪里脊肉主观视觉成熟的z E值为10.8℃;亮度值、红绿度值、白度值、取向度、激光光斑面积的客观反应动力学参数z值分别为35.6℃、23.8℃、36.4℃、14.9℃、11.3℃。结果显示,z E值与激光光斑面积z值差异仅为4%,在所测的光学参数中差异最小,激光光斑面积变化反应激光在肉样内部经过多次反射、折射、散射及吸收后返回样品表面的漫射光变化,漫反射改变所带来“发白”的视觉感受是引起人主观视觉成熟判断的客观刺激源。(2)以肉样尺寸、加热介质温度、表面换热系数为烹饪环境变量,测定猪里脊肉一系列中心成熟值(Mc值),同时借助数值模拟方法计算相应表面成熟值(Ms值),通过统计分析得到的猪里脊肉的Mc值与Ms值之间存在对数关系,且关系系数受温度及样品尺寸影响较大。(3)批量采集一系列Ms样品图像制作三类数据集(未成熟Ms:0～250 min、成熟Ms:250～550 min、过熟Ms:550～1000 min)共计194张图像,通过提取颜色、纹理、奇异值特征提取随机森林作为分类器识别分类判定表面成熟程度,其精确率分别为93.1%、90.8%、91.5%,根据(2)中得到的中心-表面成熟值之间的关系,判定中心成熟程度,由此构建了从表面识别中心成熟的方法。(4)基于前期建立的不同Mc值的猪里脊肉数据集(共计22708张图像),选用Inception-V3模型、Mobile Net-V2模型以及Efficient Net-B0模型经过迁移学习对数据集进行识别分类训练,三类模型分类准确率分别为99.4%、99.8%、99.8%,每轮迭代用时分别为3.22 s、2.13s、3.59 s,得到Mobile Net-V2模型分类效果最佳及耗时最短,最适用于猪里脊肉中心成熟智能识别分类。(5)建立不同曝光参数(EV值)及不同厚度样品的测试集验证三类模型的识别范围,三类模型均在EV值低于-2和高于2时三个模型平均准确率下降至65.75%和60.75%,厚度超过1 cm时三个模型平均准确率下降至80.09%,得到猪里脊肉成熟智能识别范围为:肉片厚度小于1 cm、拍摄条件曝光参数在-2至2之间,完善了成熟分类的智能识别研究方法,拓展了深度学习在烹饪核心问题中的应用。
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