混合智能結(jié)構(gòu)非線性行為和動力特性建模與分析

充分考慮復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)拉彎耦合效應(yīng)和彎剪耦合效應(yīng)引起的各向異性性質(zhì), 以及橫向剪切變形的影響, 初始幾何缺陷的影響; 對于功能梯度復(fù)合材料同時考慮熱傳導(dǎo)和材料熱物參數(shù)對位置和溫度變化的依賴性, 研究帶壓電層混合智能板殼結(jié)構(gòu)在復(fù)雜環(huán)境和復(fù)雜荷載作用下的非線性彎曲、后屈曲和動力特性。發(fā)展一套有效的分析方法和計算程序用于混合智能板殼結(jié)構(gòu)的非線性和動力分析。為解決航天航空關(guān)鍵性技術(shù)問題提供理論基礎(chǔ)。 2100433B

污泥膨脹是污水處理過程中經(jīng)常發(fā)生的一種現(xiàn)象，已成為制約活性污泥工藝發(fā)展的重大難題之一。由于受進水水質(zhì)、環(huán)境狀況、運行條件等因素的影響，污泥膨脹動力學特性非常復(fù)雜，建模十分困難。本課題在深入分析活性污泥沉降過程動力學特性的基礎(chǔ)上，剖析污泥膨脹的致因機理，研究污泥沉降過程變量與污泥膨脹之間的相關(guān)性，獲取污泥膨脹的特征變量；對于不能在線測量的特征變量，結(jié)合主元分析等方法從相關(guān)的可測參量集中找出主元參量，建立其軟測量模型。同時研究自組織遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，獲取能夠反映污泥沉降比(SV)、污泥體積指數(shù)(SVI)等變量的自組織特征模型，并分析自組織特征模型的精確度和穩(wěn)定性。最后形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的污泥膨脹智能特征模型，解決污泥膨脹識別與預(yù)測問題。研究工作對于污水處理廠的優(yōu)化設(shè)計，污水處理過程的實時控制，都具有非常重要的支撐作用。因此，本課題的研究具有較高的理論研究價值，成果具有廣闊的應(yīng)用前景。

污泥膨脹是污水處理過程中經(jīng)常發(fā)生的一種現(xiàn)象，已成為制約活性污泥工藝發(fā)展的重大難題之一。由于受進水水質(zhì)、環(huán)境狀況、運行條件等因素的影響，污泥膨脹動力學特性非常復(fù)雜，建模十分困難。本課題從智能信息處理的角度出發(fā)，通過理論分析、仿真計算、實驗反復(fù)交互作用，不斷完善研究內(nèi)容，最終獲得結(jié)構(gòu)簡單，易于工程實現(xiàn)的污泥膨脹智能特征模型。具體為：首先，獲得了一組污泥膨脹的特征變量，在深入分析活性污泥沉降過程動力學特性的基礎(chǔ)上，剖析污泥膨脹的致因機理，研究污泥沉降過程變量與污泥膨脹之間的相關(guān)性，基于污水處理系統(tǒng)實際運行數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘的方法獲取污泥膨脹的特征變量；其次，建立了污泥膨脹特征變量的軟測量模型，對于不能在線測量的特征變量，結(jié)合主元分析等方法從相關(guān)的可測參量集中找出主元參量，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立主元參量軟測量模型。最后，為了提高模型的精度，研究自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，獲取能夠反映污泥沉降比(SV)、污泥體積指數(shù)(SVI)等變量的自組織特征模型，并分析自組織特征模型的精確度和穩(wěn)定性；形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的污泥膨脹智能特征模型，解決污泥膨脹識別與預(yù)測問題。相關(guān)研究成果在IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems，IEEE Transactions on Industrial Electronics，Journal of Process Control等刊物上發(fā)表學術(shù)論文39篇，其中SCI收錄16篇，被他人引用百余次；撰寫專著1部；申請國家發(fā)明專利15項，其中獲得授權(quán)國家發(fā)明專利8項，授權(quán)實用新型專利2項，授權(quán)軟件著作權(quán)4項；研究工作對于污水處理廠的優(yōu)化設(shè)計，污水處理過程的實時控制，具有非常重要的支撐作用?？傮w看來，課題研究成果具有較高的理論和實際應(yīng)用價值。 2100433B

1）針對鉆柱的變截面、變剛度旋轉(zhuǎn)長軸和雙重非線性特征，考慮鉆柱與井壁的非線性碰摩特性，本研究基于哈密頓原理建立了深井、超深井鉆柱動力學模型，并重點分析了非線性項對鉆柱動態(tài)特性的影響。2）提出了運用直梁和空間曲梁單元混合求解動力學模型的新型有限元節(jié)點迭代方法，避免了大型矩陣的處理，使得利用普通計算機求解分析大型結(jié)構(gòu)和非線性力學問題成為可能，從而實現(xiàn)了超深井鉆柱的動力學特性求解，得到了超深井鉆柱不同位置的渦動軌跡、渦動速度、渦動加速度。3）針對節(jié)點迭代法計算費時難題，考慮鉆柱與井壁碰摩的具體特征，提出采用彈塑性邊界的接觸問題處理方法，對迭代過程進行了優(yōu)化，使計算時間得到了大幅度縮短（7000m鉆柱動力學特性的模擬由原來的14小時縮短到3小時）。4）提出了一種考慮鉆柱動態(tài)應(yīng)力和碰撞應(yīng)力的深井、超深井鉆柱動態(tài)安全因子計算方法，并提出了一套基于鉆柱動力學動態(tài)安全性的實用評價技術(shù)。結(jié)合塔里木油田生產(chǎn)實際，分析了塔里木油田3套井身結(jié)構(gòu)鉆柱的動力學特性，初步明確了不同井身結(jié)構(gòu)條件下鉆柱動力學特性的具體特征，相關(guān)研究成果已在塔里木油田的鉆井設(shè)計中加以應(yīng)用。同時，研究了鉆柱結(jié)構(gòu)參數(shù)和施工參數(shù)對鉆柱動力學特性的影響，形成了以鉆柱動態(tài)安全性為依據(jù)的參數(shù)優(yōu)化方法。5）結(jié)合超深井鉆柱在復(fù)雜載荷作用下的空間構(gòu)形特征，探討了這種雙重非線性問題的固有頻率計算方法，分析了載荷激勵下鉆柱的模態(tài)響應(yīng)。6）結(jié)合氣體鉆井特征，分析了氣體鉆井過程中的鉆柱動力學特性，并與泥漿鉆井進行了對比，研究了鉆井液性能對鉆柱動力學特性的耦合效應(yīng)。結(jié)果表明，氣體鉆井的渦動頻率和渦動速度明顯高于泥漿鉆井，氣體鉆井時鉆柱與井壁的碰撞更為頻繁且沖擊應(yīng)力遠大于泥漿鉆井。7）利用井下實測工具，測量了塔里木油田超深井鉆柱的井下振動特性，獲得了井下鉆柱的渦動、粘滑、軸向振動等有用信息。利用FFT和STFT信號處理分析，得出了振動的主要頻率。8）利用彈塑性模型對復(fù)雜載荷作用下鉆具接頭絲扣的三維力學特性進行了研究，得到了鉆具接頭絲扣的受力特征，研發(fā)了鉆柱接頭的極限工作扭矩圖板；9）為了使鉆柱動態(tài)安全性評估和動力學特性仿真平臺更能具有實際應(yīng)用價值，研發(fā)了一套鉆柱動態(tài)安全性仿真平臺，并在塔里木油田得到較好的應(yīng)用。 2100433B