为了定量分析鱼雷出管后形成的瞬态射流噪声在总的发射噪声中的贡献程度,采用计算流体力学和计算声学相结合的混合模拟方法对两种速度下的定常射流噪声进行了预报和分析.射流噪声模拟时考虑艇体壁面限定影响，湍流涡捕捉采用大涡模拟方法,声传播计算采用边界元数值声学方法.结果表明:射流束集中穿过艇体壁面上的防波板出口,仅有少数流体在发射水舱内折转涌动;艇体壁面存在破坏了发射水舱内射流束与周围流体之间剪切层的形成,艇体壁面外湍流涡结构与射流混合区理论形状一致;射流噪声主要贡献频带位于100 Hz以内和300 Hz～1 kHz范围内,且以低频段为主;偏离射流轴向方向时,辐射噪声显著减小;电磁式鱼雷发射装置的声学优化空间显著.

为提高求解不对等短波网络频率指配问题的速度和效果,基于邻近短波通信频率区域覆盖近似的特点,采用互信息系数描述其近似程度,提出了互信息扩散蚁群算法.蚁群根据当前用频方案的覆盖效果对方案中台站频率组合释放信息素的同时,依据邻近频率的覆盖近似程度即互信息系数对未被选择的台站频率组合进行信息素扩散释放,其效果相当于增加蚂蚁数目以增大对最优解的搜索概率,从而用较短的时间获得更好的解.仿真实验表明:改进算法比常规ACS算法及GA算法在求解问题的效果和速度方面都有较大提高.

为了解决相对定向过程中匹配得到定向点的合理定权问题,提高解算的精度和可靠性,提出了结合赫尔默特方差分量估计和选权迭代粗差剔除的相对定向方法.在格鲁伯区域,通过SURF(快速鲁棒)特征匹配和RANSAC(随机抽取一致性)算法剔除误匹配,提取大量亚像素级精度的相对定向点,利用赫尔默特方差分量估计法估算6个格鲁伯区域对应6组观测值的单位权中误差,并给其定权,然后使用选权迭代法进行粗差剔除,最终得到相对方位元素.利用相对方位元素校正后,航空影像和无人机影像上下视差最大值分别由传统方法的1.045像素和2.093像素减小到0.376像素和0.766像素;利用半全局匹配方法生成的视差图,明显优于传统方法生成的视差图.

针对目前提出的大部分双向中继信道中干扰对齐算法得到的结果通常不是系统全局最优解的问题，通过用户协作和中继协作设计预编码矩阵实现干扰对齐算法，优化整个系统的总速率性能.此外，分别通过用户和中继协作功率控制将干扰当作噪声处理，实现双向中继信道中的干扰管理.仿真结果表明:用户协作和中继协作干扰管理算法的系统整体性能都较好，当中继节点发送功率较大时，用户协作模式系统的总速率性能优于中继协作模式的.

针对硬件木马检测问题,分析了功耗旁路信号的统计特性,建立了木马检测问题的物理模型.在此基础上,提出了一种基于功耗旁路信号的硬件木马检测方法,该方法利用最大间距准则(MMC)处理旁路信号,构建体现基准芯片与木马芯片旁路信号之间最大差异的投影子空间,通过比较投影之间的差异检测集成电路芯片中的硬件木马;采用物理实验对该方法进行了验证,通过在现场可编程门阵列(FPGA)芯片上实现的高级加密标准(AES)加密电路中植入不同规模的木马电路,分别采集功耗旁路信号(各1 000条样本),并利用MMC方法对样本信号进行处理.实验结果表明: MMC方法能有效分辨出基准芯片与木马芯片之间旁路信号的统计特征差异,实现了硬件木马的检测. 该方法与Karhunen-Loève(K-L)变换方法相比,有较好的检测效果.

为了提高DC-DC开关电源的瞬态响应速度,针对Buck转换器提出了一种V2预测无差拍控制算法. 基于V2预测无差拍控制的Buck转换器系统结构,根据输出电压纹波的特点提出了适用于V2控制Buck转换器的预测无差拍控制.进一步提出了改进的V2预测无差拍控制器,使该算法更易于数字实现. Simulink仿真验证结果表明:与传统电压模式控制相比, V2控制算法在输入电压变化2 V条件下,调整时间缩短60％;在负载变化2Ω条件下,调整时间缩短58.3％.

针对SIFT(尺度不变特征变换)算法在特征向量计算和特征点配对时计算量大的问题,基于SIFT算法进行了相应的改进.首先用相位相关法粗略定位图像的重叠区域,对重叠区域进行特征兴趣点的提取,对提取出的点构造泰森多边形;然后将图像切分为4行和4列,分别在每个小区域内根据构造的泰森多边形找到4对匹配点对,算出相应的图像变换矩阵,结合8个变换矩阵计算两幅图像的变换关系,最后采用渐入渐出算法对图像进行融合.在特定区域内寻找定量的点对使得须配对的点对数量变少,从而提升了图像拼接的效率.

为了解决自治水下机器人(AUV)的水平面轨迹跟踪控制问题,提出一种基于解耦模型的多控制器联合控制方法.建立AUV水平面三自由度运动模型并进行模型解耦,将每个自由度都只保留主变量，模型中的交叉耦合项和模型不确定性都当做外干扰项来考虑;对解耦后的AUV运动模型进行轨迹跟踪控制器的设计,针对AUV各个自由度的特点,为轴向和侧向运动设计自适应反演滑模控制器,为艏向运动设计带有干扰观测器的自适应终端滑模控制器;通过公式推导,利用李雅普诺夫理论证明了系统稳定性和误差的收敛性.仿真实验证明:所设计的轨迹跟踪控制器具有较强的鲁棒性能,系统能够实现对平面轨迹的精确跟踪且能够在规定的有效时间内实现对艏向角的精确跟踪.

针对现有卫星姿态鲁棒滤波器中计算量大、时变系统估计效果不理想的问题,将范数有界鲁棒滤波器应用于卫星姿态估计系统中.该方法将一部分系统模型误差视为系统的不确定度,降低了系统的建模难度.通过欧几里德范数确定状态的不确定度上界,对系统进行误差有界的鲁棒估计,保证了估计精度.仿真结果表明:在假设的不准确条件下,该鲁棒滤波器展现了良好的鲁棒性,其估计性能比传统扩展卡尔曼滤波(EKF)方法在三轴的估计精度(RMS)方面分别提高了11.21％,17.97％和38.13％.

为了加快CMODE(多目标与差分进化结合)算法的收敛速度,提出一种基于适应排序的分组选择方法将种群分为精英组与普通组,对精英组个体使用随机选择方式,对普通组个体使用适应排序选择方式,通过分组选择系数控制种群的选择压力.引入一种个体更新辅助策略对于淘汰个体给予一次机会与相似个体比较并保留优胜个体,提高优秀个体的生存几率并进一步加快收敛速度.改进后的算法在cec2006的测试函数上进行了测试,结果表明该算法使大多数函数的收敛速度明显提高.

针对传统多变量极值搜索算法达到稳定状态时存在输出颤振的问题,设计了一种利用梯度信息构造的激励信号幅值自适应调节律,该调节律使激励信号幅值随系统趋向于稳定状态时逐渐趋向于零.采用平均化方法构造了平均化系统,证明了幅值自适应调节的多变量极值搜索算法的稳定性,给出了控制器参数的选取条件.对比传统多变量极值搜索算法进行仿真,仿真结果证明:幅值自适应调节的多变量极值搜索算法可有效减弱稳定状态输出颤振,提高稳定性和准确性.

针对当前人体活动状态识别方法中存在传感器种类繁多、识别算法复杂、可实施性差、实时性差等问题,提出一种基于单三轴加速度传感器的人体活动识别算法.通过采集人体腰部的加速度数据,运用滑动时间窗方法进行时域特征的提取,采用基于阈值的分类方法对特征进行处理,识别出四种活动状态:长期剧烈活动状态,长期静止状态,跌倒状态,正常活动状态.该方法使用的传感器种类少,软硬件复杂度低,易于实施,便于携带.经过测试,该算法的平均响应时间小于1 s,平均准确率达到99.3％,证明了该算法的实时性与有效性.

为了精确高效地求解不同约束的输流管道固有频率问题,提出应用基于非均匀有理B样条(NURBS)的等几何配点法.利用NURBS基函数导数的连续性质,直接离散输流管道强形式的控制微分方程,得到与固有频率有关的特征值问题.通过与高阶模态截断的伽辽金法计算结果进行对比,验证了本文数值方法的正确性和有效性;不同边界条件组合下输流管道的固有频率均达到较高的计算精度,表明本方法能够有效地处理输流管道这类实际工程问题.

针对输电线路脱冰动力响应计算问题提出基于参数化有限元的分析方法.首先实现了结构的参数化建模和荷载的参数化模拟;然后基于ANSYS软件平台,以VC++为开发工具,编制交互界面软件以实现不同相数、不同档数和不同分裂数的输电线路脱冰参数化有限元分析,实例证明该软件具有较高的精度和实用性;最后利用该软件进行不同参数条件下脱冰工况计算,对传统的冰跳高度经验公式进行修正,使该公式能够较为精确地计算实际线路的脱冰跳跃高度,并能作为线路设计的参考依据.

以某高速公路高填方路堤中桩基挡墙支挡结构为对象,研究其极限状态及稳定性.基于现场试验监测结果,建立了三维有限差分数值模型.通过对比抗滑桩极限承载力、挡土墙极限位移和基座混凝土极限压应力所对应的路面荷载,提出了桩基挡墙极限状态的确定方法.分析了设计行车荷载下桩基挡墙的稳定性,探讨了填土重度、填土内摩擦角和抗滑桩桩间距等参数对桩基挡墙结构稳定性的影响.研究结果表明:随路面荷载不断增大,桩基挡墙结构首先出现抗滑桩剪切破坏,结构承载力极限状态由抗滑桩抗剪承载力确定;填土重度和内摩擦角对桩基挡墙结构稳定性影响较大,减小桩间距能一定程度上提高支挡结构稳定性.

为了缓解涵顶土压力集中、减少涵洞结构病害,改进了涵洞结构形式.提出一种新型减载式涵洞结构,利用数值模拟分析了减载式涵洞土压力和内力的分布规律.在此基础上建立理论分析模型,推得减载式涵洞涵顶土压力计算式,对比分析结果表明理论计算结果与数值模拟结果一致.此外,通过数值模拟分析了各因素对涵洞结构受力状态的影响.研究结果表明:与一般的减载措施相比,减载式涵洞可以明显降低涵顶垂直土压力,有效减小涵洞侧墙和顶板的最大弯矩,使涵洞结构受力更加合理.

为获取隧道内列车荷载的振动特性,对某地铁区间隧道进行了试车试验.分析了扣件类型、列车运行速度等因素对荷载特性的影响;基于隧道断面的实测结果分析了其振动传播规律.结果表明:当地铁列车以60 km／h通过时,实测振动源强均值为70.41 dB;沿隧道断面的振动幅值逐渐减小,且荷载的高频分量逐渐衰减,钢轨竖向加速度最大,且以100 Hz以上的高频分量为主;道床顶面和隧道基底的振动量值接近,且远大于隧道侧壁;随着车速增加,各测点的竖向分频振级逐渐增大,且低频段的振级增加更为显著,但车速的增加并未改变荷载的主频段,且随着车速增加,道床与隧道侧壁之间的振动传递损失增大;扣件类型对荷载的分频振级有较大影响.

为了深入了解型钢混凝土(SRC)梁的高周疲劳特性,在对其进行疲劳试验研究的基础上,从理论上分析了SRC梁疲劳发展的全过程,并基于疲劳破坏模式提出了表征SRC梁疲劳强度的参数,对疲劳强度进行了评估.研究表明:SRC梁首先在H型钢受拉翼缘处发生疲劳断裂,同时导致梁截面同侧的受拉纵筋屈服,随后受压区混凝土逐渐压酥剥落;通过对SRC梁截面承受的弯矩与其本身确定的几种弯矩的比较分析,阐释了SRC梁在疲劳发展全过程中的行为特征;以H型钢受拉翼缘应力幅作为表征SRC梁疲劳强度的参数,选用国内外钢结构疲劳设计S-N曲线对其疲劳强度进行了评估,建议可基于钢结构疲劳的设计方法来考虑SRC梁的疲劳设计.

为研究钢轨打磨对轮轨接触关系的影响,根据武广高铁历次打磨后轨检车检测的轨道不平顺质量指数,选取现场实际打磨后的轮轨廓形,建立“车轮钢轨”接触关系模型并进行有限元仿真计算,计算结果表明打磨后轮轨接触点会向钢轨踏面中心移动.通过对钢轨光带和廓形的跟踪调研发现：打磨后钢轨顶部形成20～30 mm的光带;打磨13个月后,通过总重约为3.979×107 t,钢轨光带有变宽和双点接触的轻微痕迹;打磨17个月后,通过总重为5.203×107 t,光带明显变宽,宽度约为35 mm.通过采集株洲和广州高铁工务段动检车的横向加速度报警量,发现钢轨打磨能有效减少动车横向加速度报警.通过分析长沙供电段供电量的变化,发现钢轨打磨能在一定程度上降低动车的耗电量.

针对增量-迭代技术背景下几何非线性分析耗时长、代价大的问题,通过颠倒U.L.(更新的拉格朗日)列式隐含的自然变形-刚性运动过程,建立了平面梁全新势能列式,由卡氏定理推导了显式增量割线刚度矩阵.与U.L.列式相比,割线刚度矩阵不仅使表达式得到简化且具有通过刚体运动检验、免于薄膜闭锁和保持对称性等特点.应用增量割线刚度作为几何非线性分析典型迭代步“预测”和“校正”算子,建立了基于柱面弧长约束方程的直接迭代算法,提出了非比例加载下荷载因子取舍算法.算例表明:增量割线刚度法追踪较陡路径能有效地避免路径回溯及迭代发散问题;与牛顿拉夫逊法相比,减少了增量步数和机时,提高了分析效率.

为了计算墙背倾斜粗糙、填土面倾斜且作用均布荷载条件下的挡土墙主动土压力,采用摩尔库仑屈服准则,建立三角形破坏机构,推导了挡土墙主动土压力上限解计算公式,使用粒子群算法搜索最危险滑裂面并获得主动土压力最优解.通过与经典朗肯土压力理论和模型试验结果对比分析可知:该计算方法包含了朗肯土压力理论并与模型试验实测结果比较符合.在此基础上分析了墙背倾角、填土面倾角、墙土外摩擦角和填土内摩擦角对滑裂面倾角和主动土压力系数的影响规律,相关计算数据可用于工程计算.

为了研究生态河道中的植被对河道水流产生的阻力问题,分析了糙率与平均流速、水深、植被密度之间的关系,总结出柔性淹没植被情况下的糙率公式,并通过数值计算求解一维圣维南方程,从流量、水位、流速三个方面来分析柔性植被对洪水波传播的影响.研究结果表明:植被的存在虽然会增大河床糙率,但当水位和流速增大时,植被对糙率的影响会降低;从糙率对洪水波影响来看,若糙率越大,则流量、流速越小,水位越高.

针对工程降水会给周边环境带来风险的问题,忽略降水工程的群井效应,基于裘布依假设求出基坑降水后地下水位的降落漏斗曲线方程.考虑到降水产生的附加应力在水平方向存在分量,采用分层总和法分别计算水位降落曲线上下疏干土与饱和土的地面沉降量,叠加后得到最终坑周地表的沉降量.结合数值计算及工程实例监测数据进行对比分析,表明改进算法比规范算法更接近实际,能够较准确地预测计算不同降深下由工程降水引发的周边不同距离的地表沉降量.

为了提高选择性催化还原(SCR)脱硝系统烟气流场和还原剂浓度在反应器内分布的均匀性,以300 MW四角切圆燃煤锅炉SCR系统为原型,基于更符合SCR工程实际的非均匀入口边界条件,采用数值模拟计算方法,分析不同氨喷射方法时还原剂的分布特性和标准偏差.结果表明:SCR入口NO通量偏差大,最大值为46.7％;弯道C布置4块导流板时,E-E截面速度偏差系数从18.13％降低到13.61％;SCR入口采用涡流板均匀喷氨时, E-E截面氨氮比标准偏差系数Ch为17.52％,调整为非均匀喷氨时, Ch为15.56％,不均匀性效果改善不明显;SCR入口采用喷氨格栅多喷嘴设置,且实行分区非均匀喷氨控制方法时, E-E截面的Ch降低至4.72％,对流场速度均匀性分布几乎没有影响,说明该方法是SCR系统还原剂有效控制方法.

采用介电泳微流控制技术,利用不同尺寸碳纳米管在流动介电液中受到的大小不等的介电泳力,从而产生不同运动轨迹实现分离.通过建立介电泳数学模型和微流控制通道几何模型,对不同尺寸碳纳米管的分离过程进行仿真研究.结果表明:电场强度、流体流速和碳纳米管受到的介电泳力在主通道内最大,不同尺寸碳纳米管的运动轨迹在主通道开始出现分离,最终从不同的出口流出;当交变电压从±5V到±30V逐渐增大时,入口1与入口2的流速和流速比也逐渐增大;相较于异丙醇,用去离子水做介电液,流体流速近似高一个数量级.