应用数字散斑相关方法实验研究雁列断层变形破坏过程

以数字散斑相关方法（DSCM）为观测手段,对雁列断层结构的破坏过程进行了实验研究,观测和分析了变形破坏过程中模型表面的变形场演化过程.断层结构由一块含两条平行割缝的大理岩平板模拟,模型试件在双轴试验机上加载;DSCM观测系统在加载过程中记录试件表面的散斑图像,然后分析得到模型表面待测区域各记录时刻的位移场及应变场.全场连续的变形数据清晰地反映了雁列断层结构的变形破坏过程的各种细节.实验结果显示,变形最初集中在断层带周围,然后迁移到雁列区,最后雁列区贯通,结构发生滑动导致整个结构发生失稳破坏.对变形破坏过程中的变形场进行统计分析发现,一种描述变形局部化特征的统计指标—Cv值,可以作为一个雁列断层破坏的前兆指标.     

考虑超随机特性的人工地震动合成

文中根据自相关函数随机噪声部分的2个重要性质提出了自相关函数随机噪声部分的迭代生成算法,并给出了以确定性自相关函数为目标函数,考虑随机噪声部分影响的人工合成地震动方法.本文的研究结果表明地震动加速度的平方和（SS）比峰值加速度（PGA）更好地量度了地震地面运动强度.文中用蒙特卡罗方法分析了自相关函数噪声项对人工合成地震动幅值和反应谱的影响：由于自相关函数的随机噪声项对地震动总功率或平方和的贡献为0,因此随机噪声项对合成地震动幅值的影响不大,但由于自相关函数随机噪声项明显改变了地震动功率谱在频域上的分布特征,使原本光滑的平均反应谱出现了明显的波动,从而在一定程度上提高了平均反应谱的峰值,使自相关函数噪声部分对平均反应谱也有一些影响.     

基于能量方程的建筑结构半主动控制

基于地震作用下结构的能量响应方程,本文提出根据结构吸收能量、相对动能和变形能的变化(对时间的一次导数)进行结构的“开-关”半主动减震的控制律;在物理坐标系中对这3种控制律的动力特征和控制效果,以及作动器参数的选取进行了分析。本文针对建筑结构进行了数值仿真。计算结果表明,本文提出的控制律可以有效地减小了结构的位移响应,对随机不确定的地震波均具有良好的减震效果,适应性强,而且控制器参数合理。其中根据结构变形能推导的控制律的半主动控制效果优于其它2种控制律。     

缓坡方程的有限元解法及应用

利用有限元方法离散椭圆型缓坡方程,能适用于复杂区域,并很好地拟合不规则边界;采用改进共轭梯度法求解离散方程组,可以大大降低计算内存要求,提高计算效率。利用结合上述两种方法的模式对规划的日照港区水域进行了波浪数值计算,并将计算结果与物理模型试验值进行比较,结果表明:该模式能适用于较大区域的波浪场计算,并可以得到较好的计算结果。     

三棱柱形网格下自由表面流的三维数值模拟

为了模拟自由表面流动问题,建立了基于三棱柱形网格的三维Navier-Stokes方程的半隐式动压离散模型。出流边界采用在动量方程右端附加线性衰减项的海绵层处理方式来消减波能。引入k-ε双方程紊流模型求解涡黏性系数,使方程达到封闭。用规则周期波通过淹没障碍物的传播变形和复合明渠流动算例,验证了当遇到短波高频问题时,所述模型模拟结果与测量值吻合良好,体现了模型的精确性和有效性。     

具有复杂计算域和地形的潮汐流动数值模拟

采用无结构网格上的Roe型二阶精度迎风型FVM格式的有限体积方法对具有复杂计算域和地形的胜利油田海域的潮汐流动进行数值模拟。为保证Roe格式能够应用于复杂地形条件下的计算,采用Ropers格式来解决通量梯度项与源项的平衡问题,对摩擦力源项采用分步法求解以增加格式的稳定性。应用此方法对地形复杂的胜利油田海域进行了实际模拟,数值计算结果和实测结果吻合较好。     

鲁西北平原农田耗水规律与测定方法比较

利用中国科学院禹城综合试验站的大型蒸渗仪观测数据,分析了近20年来鲁西北平原典型农作物(冬小麦和夏玉米)的耗水规律。20年数据平均结果,冬小麦、夏玉米耗水量分别为457.6mm和411.7m,冬小麦平均日耗水量1.97mm,耗水量最大值6mm,夏玉米平均日耗水量3.18mm,最大耗水量4.8~6.0mm。夏玉米的耗水量有下降的趋势,可能为气候变化所致。同时,利用2年的同步观测数据对比了大型蒸渗仪与涡度相关法的测定结果,涡度相关法的优点是能较好地反映耗水量变化规律、数据的随机离散程度小、时间分辨率高,但其测定结果偏低,观测方法或异常数据的处理方法有待改进,订正后有望获得较好的结果。     

基于混合遗传算法估计van Genuchten方程参数

van Genuchten(VG)方程是最常用的土壤水分特征曲线方程,其参数取值的精度直接影响到土壤水分运动方程计算的精度.该文建立了VG方程参数的优化模型,构建遗传算法与Levenberg-Marquardt算法相结合的混合遗传算法对其进行求解,并进行了数值试验.结果表明采用混合遗传算法比普通遗传算法不但提高了收敛效率,而且收敛迭代次数也大大减少;采用混合遗传算法估计参数的精度比非线性单纯形法和阻尼最小二乘法要高一些,而且不需要给参数初值.因此,混合遗传算法可以作为估计VG方程参数的一种新方法.     

大规模地形实时绘制算法

该文提出一种适合大规模地形实时绘制的简单高效的LOD简化算法。该算法使用一种紧凑有效的规则网格表示方法,优化网格节点的数目,减少可视化过程中的计算量,降低额外内存开销。探讨该算法相关的数据组织、视域裁剪、LOD层次选择、裂缝消除、三角形化等关键问题。实验结果表明,该算法实现简单,内存开销较少,CPU耗费小,对图形卡要求低,能够在普通机器上实现大规模地形的实时漫游。