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科学技术与工程 2016年第18期杂志 文档列表

科学技术与工程杂志论文

海口湾波浪漫滩区及其邻近水域悬沙观测特征初步分析1-7

摘要：波浪漫滩是海滩上水陆分界线随波峰向岸推进,随波谷向海回退的现象,它是近年来海岸水沙运动研究的前沿科学问题,其水沙运动观测分析更是需要优先研究的课题。选择海口湾假日海滩,在2013年11月下旬进行了波浪漫滩区及其邻近水域悬沙观测,观测结果表明：1在进行漫滩流速分析时,分别对上爬和回退的平均速度进行统计,两个坡度下上爬速度大于回退速度分别占80%和65%,说明波浪漫滩过程上爬速度通常要大于回退速度;2波浪漫滩区比邻近水域的平均含沙量高1 000倍左右;3波浪漫滩区内从海向岸的悬沙浓度逐渐降低,下界（靠海侧）、中间位置、上界（靠岸侧）的平均悬沙浓度分别为67 059.6mg/L、50 290.9 mg/L、15 762.0 mg/L;4波浪漫滩区悬沙浓度变化随机性强,对其测量和特征分析提出了更高的要求。

功率超声珩磨谐振系统电匹配技术研究8-11

摘要：针对功率超声珩磨谐振系统阻抗匹配性差的问题,提出了在超声珩磨谐振系统中接入由串联电感和并联电容构成的匹配电路。采用Matlab仿真平台得到了不同参数匹配系统阻抗特性曲线,分析了串联电感、并联电容对系统阻抗、谐振频率的影响规律。在此基础上,采用PV70A阻抗分析仪进行了试验研究。结果表明：仿真结果与试验结果基本吻合,匹配元件参数的合适选择使超声珩磨谐振系统获得了最大效率、最小输出阻抗,接入匹配电路后的超声珩磨谐振系统基本避免了因匹配差引起的加工不稳定甚至无法加工的现象。

模袋性能的试验研究与模袋法尾矿坝稳定性分析12-19

摘要：采用与施工现场一样的土工布和尾砂,对固结不同天数的模袋体进行了摩擦性能和受压性能的试验研究。在摩擦性能试验中,先是通过一种简单的室内斜坡滑移试验研究了不同固结天数的模袋体之间的摩擦性能。之后,为研究模袋体在受载作用下的摩擦性能,又对模袋体进行了直剪试验。摩擦性能试验结果表明：固结天数越长,含水率越少,模袋体之间的摩擦系数越大;对于相同固结天数的模袋体,两种试验方法测得的摩擦系数相差不大。在模袋的受压性能试验中,对单个模袋体进行单轴压缩试验,主要研究了不同含水率的单个模袋体的极限承载力。试验结果表明：在缓慢加载的条件下,虽然模袋固结度不同,但最后其极限承载力相差不大。最后,依据极限平衡理论讨论,提出了一种适合分析模袋法尾矿坝整体稳定性的计算方法;并对模袋法尾矿坝整体稳定性的相关问题进行了讨论。分析结果表明,对于容易发生浅层滑动的坝体而言,模袋法尾矿坝较常规尾矿坝有更好的稳定性。

推靠式旋转导向井眼轨迹预测与控制方法20-24

摘要：旋转导向钻井系统是现代导向钻井技术的发展方向。通过导向机构调节导向参数来预测和控制井眼轨迹,是旋转导向钻井系统的关键技术之一。为解决推靠式旋转导向钻具的导向力和工具面角对井眼轨道的控制问题,对导向力分别在井斜平面和方位平面进行解耦;并应用了纵横弯曲理论建立了底部钻具组合三维力学分析模型,得出了导向参数与钻头侧向力和转角的定量关系。在考虑钻头和地层的各向异性因素的影响下,利用在UPC模型基础上提出的有效钻力的概念,通过计算钻头有效钻力来预测实钻过程中的钻进趋势。在此理论基础上,计算了按设计的井眼轨道钻进所需要的导向参数,并讨论了井眼轨迹参数、钻压、钻头各向异性参数和地层参数对钻具导向性能的影响;分析了其中的规律,并得出只有综合考虑上述各项因素,才能准确计算出导向参数,确保钻头沿设计轨迹钻进,也为旋转导向井眼轨迹控制提供了理论依据。

泥页岩地层钻进封堵抑制型钻井液体系的研究25-29

摘要：针对泥页岩地层钻进过程中的吸水膨胀引起的孔壁稳定问题,提出了采用超细惰性材料封堵泥页岩微细孔喉、降低渗透率,从而减缓水分侵入的思路。通过实验研究与微观分析相结合的方法开展了含超细惰性材料的封堵抑制型钻井液体系的研制。首先,结合常规实验与电子扫描电镜实验,探讨了超细惰性材料对基浆及聚合物钻井液体系流变性能及失水性能的影响,从微观角度分析了含超细惰性材料钻井液体系泥皮的微观形貌特征。在此基础上,通过不同配方钻井液体系的浸泡实验,研究了超细惰性材料对泥页岩吸水膨胀的封堵抑制性能。研究成果对于保障泥页岩地层的快速钻进具有重要意义,同时,在解决类似吸水膨胀地层的快速钻进方面也具有一定参考价值。

致密砂岩气藏水锁伤害及对产能的影响30-35

摘要：为了评价致密砂岩气藏水锁伤害对储层的影响程度,设计了适于测定致密砂岩水锁伤害的试验方法,开展了室内试验研究,并分析了水锁伤害对气藏产能的影响。研究表明：致密砂岩束缚水饱和度较高,平均为47.67%,水锁伤害率平均为76.49%,水锁伤害严重。渗透率越低的岩心,水锁伤害越严重。水锁伤害主要发生在含水上升的初期阶段,水锁伤害率随含水饱和度的增加而增加的幅度越来越小;水锁伤害对产能的影响较为显著。水锁发生后,气体产能下降幅度超过了60%;水锁伤害半径越大,对产能的影响也越大,影响程度达到17.78%。致密砂岩储层水锁伤害要以预防为主,因此,油气田现场要适时地采取措施防止水锁伤害的发生,并建立合理的气井生产制度。

混合气浓度对缸内直喷汽油机微粒生成过程影响研究36-43

摘要：通过对某475GDI发动机进行数学建模和仿真计算,分析不同混合气浓度对微粒生成过程的影响规律。结果表明随着过量空气系数的逐渐增大,也就是混合气逐渐变稀,微粒质量分数和数量浓度逐渐降低,缸内燃烧温度逐渐降低,缸内平均压力呈现先增加后减小的趋势,并且缸内的燃烧过程迟后。无论混合气浓度如何变化,高浓度混合气区域主要集中在燃烧室左右两侧靠近壁面的位置,也正是燃烧室形状最复杂、缸内气体流动状态最差的区域,易于产生微粒。

基于Walsh函数的电阻抗成像激励信号分析44-48

摘要：电阻抗断层成像（electrical impedance tomography,EIT）技术是一种利用生物组织与器官的电特性,提取与人体生理和病理状况相关信息的医学检测技术。研究了一种基于Walsh函数的同时多频激励信号,分析了该激励信号的数学原理、优势和合成方法。通过能量分析验证了该信号用于EIT系统的可行性。采用Verilog HDL硬件描述语言,在Quartus II平台对以f（5,t）和f（7,t）为例的两个不同信号进行了仿真,结果和理论计算值一致。经过理论计算和实验仿真得出结论：基于Walsh函数的同时多频信号主谐波分量能量占信号总能量的大部分,符合EIT频率要求,是一种可以用于EIT系统的有效激励信号。

星载激光测高仪海面回波的仿真与分析49-54

摘要：星载激光测高仪发射的1 064 nm波长激光被波动海洋表面反射,系统接收的时间波形与瞬时海面波浪分布相关。而海面波浪又直接受海面风速影响,因此可以通过观测激光测高仪回波变化监测不同风速下海态变化。本文依据激光雷达方程,利用蒙特卡洛法模拟不同风速下的海面波浪分布,通过光线追击建立海面回波波形仿真器;以地球科学激光测高系统（geo-science laser altimeter system,GLAS）参数为输入,仿真得到不同风速下的海面回波：发现当海面风速在3~10 m/s之间时,回波呈单峰高斯波形,与GLAS的实际回波相符;且回波脉宽,以及有效能量反射率（即有效回波能量与发射能量之比）与实测参数误差小于10%。进一步分析可知,回波特征参数与海面风速之间存在显著关联,为利用激光测高仪大规模精确反演海洋表面风速奠定了基础。

水下气体射流技术的柱形与环形结构仿真分析55-60

摘要：为了探究不同形态射流的关联异同,以N-S方程为控制方程,选用Standard K-epsilon湍流模型,采用有限体积法与多相流界面捕捉方法 VOF模型,在二维矩形计算域内,对速度为100 m/s的柱形与环形水下气体射流进行数值模拟研究,探究两种不同形态的射流的发展和关联。研究结果表明：选用模型正确,成功模拟出射流初期气泡的演化过程;柱形与环形水下气体射流虽然在形态发展历程与物理规律上基本一致,但在射流初始形态、轴向发展速度等方面存在差异;同时发现在射流过程中存在卷吸作用。数值模拟结果给出了实验中无法测量的压力场变化、流体流动方向等流场结构,为该技术的实验开展以及在工程领域的广泛应用起到了很好的帮助作用。

基于QoS量化评估的电子商务认证协议优化61-65

摘要：通过对电子商务的认证协议进行优化设计,可以提高电子商务商家的服务质量（Qo S）。当前方法多采用多地址差错控制协议对电子商务进行认证,随着服务对象数量的增加和数据链路规模的扩大,准确度会大幅下降。提出基于最小竞争窗口树形层状拓扑的电子商务认证协议,实现对商家的Qo S量化评估。构建电子商务认证协议的网络结构模型和数据传输模型,对商家的服务质量Qo S信息进行信息模型构建和预测算法描述,引入最小竞争窗口树形层状拓扑改进对电子商务认证协议进行优化。实验结果表明,采用该方法进行商家的Qo S量化评估,具有较好的服务质量预测能力,可以准确指导商家改善服务质量,提高线上交易的安全性和可靠性,展示了较好的应用价值。

基于SURF和顾及维数的高光谱影像端元提取新算法66-71

摘要：端元提取,丰度反演是高光谱遥感技术的重要内容,其中端元提取是关键的步骤。首次将特征提取算法speed-up robust features（SURF）引入到高光谱影像端元提取中。兼顾高光谱影像丰富的光谱信息改进了SURF算法,提出了在多维尺度空间内寻找极值点作为端元的高光谱影像端元提取新算法,即多维SURF（multi-dimensional speed-up robust features,MDSURF）算法;将其应用于美国EO—1卫星获取的云南中甸普朗地区的Hyperion高光谱影像,并成功提取了影像端元。为了进一步验证结果的可靠性,设计两组对比实验,分别利用N-FINDR和连续最大角凸锥（sequential maximum angle convex cone,SMACC）算法在同等条件下提取实验影像的端元,然后对三种方法的结果进行综合评价和分析,得出MD-SURF算法提取端元的观感效果较好、精度最高、质量最好。提出了一种新的高光谱影像端元提取算法,实验结果表明新方法具有精度高、鲁棒性好等特点,证明了基于新物理机理的MD-SURF算法是一种可行的高光谱端元提取算法。

基于修正西原模型与Lade-Duncan准则的隧道围岩蠕变效应研究72-77

摘要：为探究软岩隧道围岩变形的蠕变时效性,采用非定常黏滞体对西原模型进行修正。基于Lade-Duncan准则,分析了围岩黏弹性和塑性阶段隧道围岩变形过程,推导得到了隧道围岩黏弹塑性解。以某高速公路隧道为工程研究对象,计算了蠕变时效过程的围岩位移值;并通过现场拱顶沉降监测的方法,实测了隧道围岩的蠕变变形,通过对比理论计算值与现场实测值,验证了理论计算的准确性。理论计算显示,当t=0时,隧道围岩将发生蠕变现象,此时围岩位移值为17.890 mm;当t为常数时,围岩位移随着时间的变化逐渐增大;当t=∞时围岩发生充分蠕变,围岩位移达到极值为26.451 mm。现场监测结果显示,围岩变形第一次稳定拱顶累计变形为19.1 mm,此后进入蠕变阶段,达到第二次稳定拱顶累计变形为29.3 mm。初始蠕变变形的理论计算与实际监测结果之间的误差为6.76%,最终蠕变变形的理论计算与实际监测结果之间的误差为10.77%,两者误差较小,反映了理论计算具有较高的准确度。在理论层面,考虑蠕变效应后围岩变形增加了47.85%;在实际层面,考虑蠕变效应后围岩变形增加了53.4%,皆反映了蠕变效应举足轻重的作用。由此可见,对于软岩隧道在进行支护设计时,必须考虑蠕变效应,避免因后期围岩蠕变效应导致初支失效进而影响隧道的整体稳定性。

南阳膨胀土土水特征曲线试验研究78-82

摘要：为研究南阳膨胀土土水特征曲线,采用美国Soil moisture公司生产的陶土板进气值为15 bar的压力板仪对原状样和重塑样进行了研究;其中原状样进行了不同高度或面积系列下的研究,重塑样进行了不同干密度或含水率系列下的研究;并采用控制变量法来得出结论。研究结果表明：1面积增加对原状试样的持水特性没有影响,但是高度对土水特征曲线的影响很大,高度增加使得在相同吸力下土样含水率增加,脱水难度增大;2对于重塑样,在相同干密度条件下,低吸力条件土样含水率随初始含水率的增加而增加,随着吸力的增加,从某一吸力值开始,含水率随吸力的增加而降低,初始含水率越高,这个值越低;3在相同的初始含水率条件下,低吸力条件干密度越低含水率越高,随着吸力增加,干密度越低,土样的含水率下降的越快,各试样的含水率开始接近,最后低干密度试样的含水率趋于一致;4考虑体积变化的影响对土水特征曲线进行修正并进行模型拟合,最后表明VG模型能够较好地模拟原状膨胀土的土水特征曲线。

广清高速改扩建工程桩基溶洞顶板稳定性研究83-88

摘要：针对广清高速公路改扩建工程,选取两个典型桥梁桩基存在下伏溶洞工点,构建溶洞地质概化模型。采用理论分析和数值模拟方法研究桩基溶洞顶板的稳定性,以便为岩溶区桩基设计、施工提供依据。通过规范方法确定桩底作用在溶洞顶板上的荷载,通过成层地基和地应力计算方法计算上覆岩土层作用在顶板上的自重应力。对溶洞顶板分别进行抗冲切、抗剪切、抗弯验算,分别求出稳定系数和桩底竖向极限荷载。运用ANSYS数值模拟方法,对顶板位移、第一主应力和塑性应变进行分析,计算得出桩底竖向极限荷载。理论分析与数值模拟结果对比表明桩基溶洞顶板处于稳定状态,抗剪切、抗弯验算是桩基下溶洞顶板稳定性分析的主要验算指标。

山东省沿岸海域海洋垃圾分布、组成和变化特征89-94

摘要：海洋垃圾主要包括海面漂浮垃圾、海滩垃圾和海底垃圾。根据2011-2015年的调查资料,分析了山东省8处典型近岸海域海洋垃圾的分布、组成和变化特征。结果显示：山东省海滩垃圾数量密度为87 557个/km^2,质量密度为1 255.52 kg/km^2;大块/特大块漂浮垃圾数量密度为58个/km^2;中块/小块漂浮垃圾数量密度为4 515个/km^2,质量密度为51.25 kg/km^2;海底垃圾平均数量密度为800个/km^2,质量密度为220.56 kg/km^2。海洋垃圾数量以塑料类最多,约占总量的54.16%。海洋垃圾来源以人类海岸活动的海洋垃圾数量最多,约占77.09%。山东省沿岸海域海洋垃圾除海滩垃圾质量密度外,其余各监测项目均高于中国东部沿海海域（ECS）监测数据水平。

科学技术与工程杂志研究简报

动载荷作用下无限长FGM梁在分数阶黏弹性地基上的精确解95-100

摘要：基于分数阶微分Zener型黏弹性地基模型,建立动载荷作用下无限长FGM梁在分数阶黏弹性地基上的运动控制微分方程。利用傅里叶和拉普拉斯变换将控制微分方程简化为代数方程。首先在频率域内得到解答,然后利用傅里叶和拉普拉斯逆变换以及卷积定理将解答再转换回时间域内,得到黏弹性地基上FGM梁的挠度、速度、加速度、弯矩和剪力响应的精确解。最后,计算了冲击荷载作用下弹性地基FGM梁的动态响应,给出了x=0处梁的垂直速度和弯矩的响应曲线,其形状特征和均匀材料梁相同,且材料梯度指标p对结果的影响较小。

基于任意多面体网格的Navier-Stokes方程并行求解器101-105

摘要：发展了一种基于任意多面体网格的Navier-Stokes（NS）方程并行求解器,基于积分守恒形式NS方程组,发展了支持任意多面体网格的中心有限体积方法。采用基于面的连接关系,对不同拓扑类型的网格[如结构网格、非结构混合网格、多面体网格及剪切六面体（TRIMMER）网格]进行统一处理。对于无黏通量空间离散格式采用HLLEW（Harten-Lax-Van Leer-Einfeldt-Wada）格式,湍流模型采用k-ω两方程模型,时间推进采用适合并行计算的DP-LUR（data-parallel lower-upper relaxation）格式的隐式算法。对RAE2822翼型和ONERA M6机翼的结构网格、混合网格、多面体网格及TRIMMER网格进行了对比验证,结果表明发展的求解器具有较好的网格普适性,在不同拓扑类型的网格上均能求得较为接近实验值的结果;对多面体网格测试了加速比和并行效率,并行计算大大提高了计算效率。证明了求解器具有宽广的网格适应性,能够较为稳定、快速、准确地模拟定常绕流问题。