Fully coupled time-domain simulation of dynamic positioning semi-submersible platform using dynamic surface control

A fully coupled 6-degree-of-freedom nonlinear dynamic model is presented to analyze the dynamic response of a semi-submersible platform which is equipped with the dynamic positioning （DP） system. In the control force design, a dynamic model of reference linear drift frequency in the horizontal plane is introduced. The dynamic surface control （DSC） is used to design a control strategy for the DP. Compared with the traditional back-stepping methods, the dynamic surface control combined with radial basis function （RBF） neural networks （NNs） can avoid differentiating intermediate variables repeatedly in every design step due to the introduction of a first order filter. Low frequency motions obtained from total motions by a low pass filter are chosen to be the inputs for the RBF NNs which are used to approximate the low frequency wave force. Considering the propellers’ wear and tear, the effect of filtering frequencies for the control force is discussed. Based on power consumptions and positioning requirements, the NN cen-ters are determined. Moreover, the RBF NNs used to approximate the total wave force are built to monitor the disturbances. With the DP assistance, the results of fully coupled dynamic response simulations are given to illustrate the effectiveness of the proposed con-trol strategy.     

高度约束MHE算法在伪距单点定位中的应用

针对目前全球卫星导航系统(GNSS)中伪距单点定位(SPP)技术的定位精度已不能满足现代大多数应用场景的需求,提出了一种附加高度约束的滚动时域估计(MHE)算法,以此来改善SPP的定位性能. 附加高度约束的MHE算法是将接收机的位置高度作为非线性约束加入到SPP的估计参数中,并采用近似MHE算法来进一步提高定位精度的优化算法. 结果表明:高度约束的MHE滤波比传统最小二乘(LS)的滤波具有更好的平滑特性,同时随其视窗大小的增加,其定位精度得到了进一步改善. 验证了附加高度约束MHE方案的有效性、可行性,所得结果对SPP的实际应用具有重要的参考意义.      

高铁隧道GPR技术研究与应用

应用基于时间域有限差分法模拟软件GPRMax2D,对高铁隧道衬砌典型的不良情况,如厚度不足、空洞和钢筋布置不合理等进行了正演模拟,得到了隧道衬砌典型不良情况的正演模拟雷达图像。结合某高铁隧道工程实际检测得到的雷达图像,对两者图像作了对比分析,总结得到了隧道衬砌不良情况雷达图像的特征规律,完善了探地雷达图像资料特征解释库,提高了识别高铁隧道衬砌典型不良情况雷达图像的可信度,为高速铁路隧道的无损检测提供了有效的依据。     

建筑物高度对地闪回击电磁场影响的模拟

基于三维时域有限差分数值算法（3D-FDTD）建立了雷击高建筑物电磁场传播模型,研究了负地闪击中不同高度建筑物时回击垂直电场、角向磁场以及水平电场沿地表的传播规律。模拟结果表明:建筑物的高度对雷电电场峰值的影响显著,如当建筑物高度从100 m增加至600 m时,在距离d=100 m位置的垂直电场峰值减小了63%,水平电场正极性峰值的增加比例为84%、负极性峰值的绝对值增加比例高达130%;观测位置不变时,角向磁场峰值和水平电场正极性峰值均会随着建筑物高度的增加而增大;对于距离d=100 m,300 m时,垂直电场的峰值随着建筑物高度的增加而减小,而d=500 m时,垂直电场峰值随着建筑物高度的增加呈现出先增大后减小的趋势;此外,建筑物高度会影响垂直电场峰值对距离的敏感程度,建筑物越低（高）,相应的垂直电场峰值随着观测距离增大衰减越快（慢）。该文研究结果能够为现代化城市中高建筑物附近线缆、室外设备等的雷电防护方案设计提供参考。     

影响反射波法桩基检测效果的几个问题

本文着重从反射波法小应变桩基检测过程中对最终测试结果影响较大的几个方面进行分析。介绍了在应力波反射波测桩过程中,影响检测效果的几种因素与改进措施。     

垂荡板对半潜式风机基础拖航过程中水动力性能及运动响应的影响分析

垂荡板对半潜式风机基础水动力性能有极大的影响,从而影响基础拖航安装过程的安全。为了研究垂荡板对半潜式基础拖航过程中运动响应的影响,建立了拖缆—WindFloat浮式风机半潜式基础拖航系统模型。首先,基于三维势流理论,采用AQWA开展了拖航系统的频域水动力分析,分析了垂荡板的尺寸及形状对基础水动力性能的影响规律;进一步采用时域方法对拖航系统的运动响应进行分析,探究了垂荡板的尺寸及形状在不同浪向下对基础运动响应的影响规律。结果表明：垂荡板能有效抑制基础的垂荡RAO,但垂荡板形状对基础的水动力性能无明显影响;具有圆形垂荡板的半潜式基础在拖航过程中的运动性能略优于六边形垂荡板,在原设计基础上继续增大垂荡板尺寸对基础运动响应的抑制效果呈现先增大后减小的趋势,说明半潜式风机基础存在一个最优的垂荡板尺寸。     

时域卷积组合模型在桥梁沉降预测中的研究

针对桥梁所承受的动静荷载特性差异问题,该文通过小波分解将垂直位移监测数据分解成低频和高频信号,低频信号稳定性强,主要呈现了静荷载影响特点,而高频信号波动性较大,呈现了动荷载影响特点,因此将低频信号和高频信号分别进行小波重构,重构后的低频信号和高频信号分别使用时域卷积神经网络和BP神经网络进行预测,并进行叠加处理得到最终预测结果。以常泰大桥实际静力水准沉降监测项目为例,将该文模型预测结果分别与小波优化的BP神经网络模型和小波优化的自回归滑动平均模型(ARIMA)预测结果进行对比分析,已有的两种模型预测的平均绝对误差分别为0.61 mm和1.38 mm,而该文模型预测的平均绝对误差为0.46 mm,预测精度的提高,为桥梁的施工和维护提供参考。     

常Q滞弹性介质地震波动数值模拟——时域本构优化逼近

在地震波动模拟中计入常Q滞弹性阻尼,可有效降低模拟波形的误差.就时域有限差分和有限元模拟而言,常基于广义标准线性体建立阻尼介质的时域本构逼近.广义标准线性体由若干标准线性体并联得到,增加标准线性体个数能有效提高模拟精度,但计算量及计算存储将成倍增长.目前尚未有普适的标准线性体个数优化取值方案.本文基于广义标准线性体参数的非线性优化拟合方法,详细分析了时域本构逼近误差的影响因素,清楚揭示了逼近误差仅取决于频带宽度,与频带上下限取值无关这一特性,阐明了构建具有普适性标准线性体个数优化取值方案的可行性.论证了波形模拟精度主要取决于波传播距离与模拟波长的比值以及标准线性体的个数取值.综合考虑上述两个控制因素,结合在波动正反演问题中广为采纳的波形时频误差衡量准则,对不同Q值介质给出了标准线性体个数优化取值表.进一步,本文提出采用不同个数标准线性体以近似不同Q值的阻尼介质时域本构,解决了以往波动数值模拟中统一采用相同个数标准线性体而导致的计算量及计算存储浪费或模拟精度低下等问题,并基于数值实验验证了这一方法的精度.本文工作对推进滞弹性介质波动数值模拟及其在全波形反演问题中的应用具有理论价值和实践意义.     

基于卷积完全匹配层的非规则网格时域有限元探地雷达数值模拟

复频移完全匹配层(Complex Frequency-Shifted PML,CFS-PML)在长时间时域计算中对凋落波、倏失波具有好的吸收效果,并被广泛应用于时域有限差分模拟中.而本文采用卷积方法将CFS-PML应用于时域有限元求解GPR波动方程的数值模拟中.论文以TM波为例,推导了基于CPML(Convolutional PML)边界的时域有限元GPR波动方程求解公式,采用Newmark-β方法对时间导数进行离散,有效改善了时域有限元GPR数值计算程序的稳定性.并以狭长模型为例,开展了CPML边界中关键参数m、R和κ的选取实验,通过对比反射误差大小确定了综合最优参数组合.相同时刻UPML与CPML波场快照、3个检测点的反射误差比较,说明CPML较UPML具有更好的吸收效果.最后,采用非规则四边形网格对1个复杂GPR模型进行剖分,应用加载CPML边界条件的FETD程序对该模型进行了正演,得到了二维剖面法、宽角法正演GPR剖面图,说明非规则四边形对复杂模型的良好适应性,基于CPML边界条件的FETD可有效减少边界反射误差,能实现对任意复杂不规则模型的正演模拟.