摘要：针对搅拌桨标准中设计参数区间大,生物反应器搅拌桨设计时参数难以确定、剪切力及搅拌功率缺少参考依据的问题。基于正交法及CFD对200 L生物反应器搅拌桨进行优化,由极差分析得到三斜叶桨不同搅拌桨直径、桨叶宽度、搅拌桨中心离底距离和转速对桨叶剪切速率和搅拌功率的影响规律,并结合流场分析选择有利于细胞培养的设计方案。根据正交优化方案确定多目标优化变量区间,以剪切力和搅拌功率为优化目标,基于Kriging模型和多目标遗传算法提出了有利于细胞培养的三斜叶桨设计变量区间,并优化得到桨叶平均剪切力为0.789 Pa、搅拌功率为0.395 W的搅拌桨最优参数组合,为生物反应器不同实际需求下的设计、优化提供了方法及数据参考。

摘要：针对液化天然气用轴流式止回阀使用过程中可能发生的水锤问题,利用FLUENT动网格方法对两种不同型号(优化前、后)的阀门内部动态流场及阀瓣运动状态进行研究,分析优化前、后的阀门在相同工况下的动态特性。结果表明:止回阀关闭瞬间,优化后阀瓣受力相比优化前降低了70 N,优化后阀瓣运动速度相比优化前减小了0.674 m/s,这样阀瓣对阀座的冲击力相对更小,有利于保证阀座的使用寿命,同时有利于减小碰撞过程对管路系统的影响;FLUENT动网格方法能够预测止回阀关闭过程中“快关缓闭”的阀瓣运动特征,同时模拟得到的阀瓣运动状态以及止回阀内部动态流场特征,对轴流式止回阀的设计及选型具有重要的参考价值。

摘要：研究了具有从传感器到控制器和控制器到执行器存在双边时变时延的网络控制系统指数稳定性的问题.首先将时延变化范围划分为多个等分区间,然后采用增广矩阵的方法建立了参数不确定的离散时间切换闭环系统模型.同时基于平均驻留时间分析方法,给出了系统满足指数稳定的条件,接着进一步的建立了时延区间划分个数与系统状态指数衰减率的定量关系.该方法有效降低了系统设计的保守性,一定程度上减少了系统状态收敛的时间.最后通过数值仿真验证了所提方法的有效性.

摘要：含导水构造和岩溶裂隙水的探查是亟需研究和解决的关键问题。直流电阻率法以其对低阻体反映敏感、分辨率高等优点被引入到隧道掌子面前方含水构造的预报工作中。首先,推导出了无限全空间中球体含水构造直流电法超前探测的解析解公式,并在利用有限元数值方法进行正演分析的基础上,借助"比较法"将含隧道腔体的三维空间中超前探测视电阻率数据转换为无限全空间中的数据,并探讨了由MN电极附近电阻率不均匀所造成的干扰以及识别和去除这种干扰的方法。然后,设计了基于全空间球体含水构造超前探测解析公式的阻尼最小二乘反演方法,对隧道中多组球体含水构造模型进行了较为成功的反演。另外,探讨了其他形状的有限体积的含水构造超前探测异常规律,提出了"等效球体"的概念,亦在全空间球体含水构造超前探测解析公式的基础上设计了快速反演方法。最后,利用物理模型试验验证了有限元数值正演方法和阻尼最小二乘反演技术的可行性和有效性,为实际工程中含水构造的直流电法超前预报奠定了基础。

摘要：针对具有双边随机网络时延和丢包的网络控制系统,首先基于Markov的随机过程描述系统丢包的特性;然后利用系统增广矩阵的方法建立参数不确定的离散时间跳变系统模型,在考虑Markov链转移概率矩阵中部分元素未知甚至完全未知的条件下,采用Lyapunov稳定理论和随机理论的分析方法,设计依赖于丢包特性且满足系统均方稳定要求的时变控制器;最后通过数值算例仿真表明所提出方法的有效性.

摘要：针对一类带有从传感器到控制器和控制器到执行器的双边随机时延的网络控制系统,首先通过将最大可能的时延值划分为多个等分区间,然后根据时延在各个区间的跳变特性将其描述为一个基于有限状态Markov链的随机过程,并建立了网络控制系统的参数不确定性离散时间跳变模型;同时考虑了在Markov链转移概率矩阵中的部分元素未知的条件下,基于Lyapunov稳定性理论并采用随机理论的分析方法,设计了满足系统稳定性要求的时变控制器。最后通过数值算例仿真验证了该方法的有效性。

摘要：对直流电阻率法勘探而言,对其反演结果的精度和速度的要求越来越高,这就需要提出一套优化有限元数值正演速度和精度的计算方案。设计了系数矩阵的一维非零元素压缩存储模式,设置了索引数组以便按照行号和列号对元素进行索引,与变带宽存储模式相比,其内存占用量明显减小。为提高正演计算速度,利用预条件共轭梯度法(PCG)求解有限元中的大型稀疏线性方程组。在PCG法中,将雅可比迭代中的对角阵作为预处理矩阵,与其它预处理矩阵相比,其具有求逆方便、无需存储空间的特点,使得大型线性方程组的求解速度大大提高。另外,在直流电阻率三维正演中,采用了异常电位法,提高了电源点附近的解的精度。以二层地层的电阻率勘探为例,初步验证了计算方案的实用性。利用上述方案,重点对隧道含水断层的电阻率法超前探测进行了有限元数值正演,并进行了相应的物理模型试验。对比显示,数值正演结果与试验数据基本一致,且数值正演的速度和精度均显著提高。

摘要：本文针对双通道(传感器-控制器通道、控制器-执行器通道)受到已知周期性拒绝服务(DoS)攻击的网络控制系统,设计了一种基于观测器的具有弹性事件触发策略的控制器。使用切换系统的方法,将受到周期性DoS攻击的网络控制系统分为DoS攻击休眠子系统和DoS攻击活跃子系统,在周期性DoS攻击活跃期,采用保持输入补偿策略以避免DoS攻击对传输数据的影响。通过引入两个辅助函数得到闭环增广系统,基于系统全局指数稳定的充分条件,通过给定的周期性DoS攻击参数,设计系统的状态观测器和事件触发控制器。仿真结果表明,所设计的控制器在保证系统稳定的同时,还能减少不必要的数据传输。

摘要：在岩溶地区隧道施工过程中,涌水、涌泥(砂)已经成为隧道施工的第一大害。对岩溶水进行准确及时的超前地质预报,是当前岩溶地区隧道设计与施工中亟待研究与解决的关键问题。应用地质学、岩溶学理论对隧道进行地质分析,运用模糊数学模型对隧道不同段落进行突水风险评价,进行风险分级。根据各种物探方法的优缺点和对岩溶水预报的敏感性,结合综合超前地质预报方法、原则,优化了综合超前地质预报的预报方案和流程,提高了岩溶水位置探查的准确性,并在沪蓉西高速公路乌池坝隧道予以实施。施工过程中,严格实施综合超前地质预报技术:通过地质分析和模糊数学模型,把乌池坝隧道划分为具有不同地质灾害风险等级的地段,在不同风险等级地段,制定了不同的预报方案。通过实施该综合超前地质预报方案,成功预报了隧道掌子面前方的岩溶水,证实了该方案的科学性和可行性。

摘要：结合波纹膜片的压力敏感特性和光纤Bragg光栅(FBG)的应变传感特性,设计了一种新型的FBG渗压传感器。传感器通过拉杆式结构将波纹膜片在应力下的挠度变形转化为FBG的轴向应变,通过恒温条件下的压强标定试验,得出传感器的压强灵敏度约为20 nm/MPa,和普通光栅相比,其压强灵敏度提高了6 000多倍。对传感器探头内部的光栅进行了温度特性标定试验,通过温度补偿光栅消除外界温度对渗压测量结果的影响。将该传感器用于隧道涌水模型的开挖试验,测得模型注水过程中测点的渗压值不断增大并趋于稳定,隧道开挖过程中渗压值轻微波动,提升水位时渗压值急剧增大。