课程文献中心 更多>>

关键词： 图像去噪   高斯白噪声   欧拉弹性模型   自适应加权矩阵   算子分裂方法  

摘要： 随着信息社会的到来,数字图像处理无论是在理论上还是在实践中都发挥着重要的作用,人们对于数字图像处理技术的需求也与日俱增.由于在图像的获取和传输过程中往往会受到噪声污染,使得图像质量下降,影响对其有用信息的提取及分析,因此需要在不丢失图像边缘、拐角和其它锐利结构特征的情况下去除噪声.图像去噪常采用的传统方法是以变分模型作为研究对象,选取合适的正则化项则是建立此类数学模型的关键.最近的一些研究表明,在图像去噪的过程中,欧拉弹性变分模型能扩散光滑的图像区域,保留图像的边缘特征,但不能有效地与图像的局部特征耦合.而通过对梯度算子的各分量引入不同的权值,可以提高模型的各向异性扩散能力,能较好地恢复图像的局部特征.受这两种策略的启发,本论文提出一个新的图像去噪模型.主要做出以下工作: (1)基于欧拉弹性能量的变分模型,对其梯度算子引入一个自适应加权矩阵,提出一个新的加权型欧拉弹性模型.通过在欧拉弹性模型中引入自适应加权矩阵,使得梯度算子在各方向的权重尽可能达到最大,可以有效保留对图像局部区域的细节描述. (2)由于所提出的模型具有非凸非光滑性和高阶性,因此本论文在求解模型的过程中,将基于算子分裂的时间离散化方法与最优性系统相关的初值问题相结合,与其相关的子问题要么具有封闭解,要么可以由快速专用求解器处理. (3)本论文在经典测试图像上进行的实验表明,与其它去噪方法相比,本文提出的模型和算法在视觉效果和定量指标上均具有明显的优势,可以验证该模型和算法能更好地去除图像噪声,保留图像细节特征.

关键词： Achieve一致性分析   高考数学试题   数学课程标准   向心性   均衡性  

摘要： 随着21世纪课程改革的推进,教学、考试评价和课程标准之间的一致性问题置于提升教育质量的突出位置。自2017年以来,各省市执行新高考政策,天津市于2020年实施“文理不分科”政策,数学学科不再分设文理卷,因此研究天津高考数学与新课程标准的一致性势在必行。 研究主体共分为三个部分: 第一,梳理相关文献,比较韦伯一致性分析模型(Webb)、SEC一致性分析模型、成功(Achieve)一致性分析模型的优势和局限性;根据数学学科特点,决定采用Achieve一致性分析模型来研究天津高考数学试题与课程标准之间的一致性。 第二,选用近十年天津市高考数学真题以及近四年新高考Ⅰ卷试题(共十四套)作为研究对象;对《普通高中数学课程标准(2017年版2020年修订)》详细解读后,界定清晰标准的编码原则,阐述课程标准中所要求的学业内容的分析方法和结果,以及数学高考试卷知识内容和认知要求的分析方法等。 第三,高考数学试题与课程标准一致性水平的特征分析。从三个维度(向心性、挑战性、均衡性)六个指标(内容向心性、表现向心性、挑战层次、挑战来源、平衡、范围)分析天津卷和新高考Ⅰ卷;根据两类试卷的总体特征进行比较分析,并形成整体研究报告。 研究发现,天津卷试题所考查的知识主题内容覆盖新课程标准中知识主题,而新高考Ⅰ卷有未考查到的知识主题,但其试题的认知要求普遍超过了课程标准所描述的水平;另外新高考Ⅰ卷和天津卷试题编制科学合理,且新高考Ⅰ卷试题难度与天津卷相比略大,要求学生使用策略性、批判性的方式以及高级推理技能解决问题。最后两类试卷知识的覆盖程度大致相同,知识的重要性程度有所不同。新高考Ⅰ卷对知识的考查重点为函数和几何与代数两个模块,天津卷对知识的考查重点在预备知识和几何与代数两个模块。

关键词： 高超声速   蓄热式加热器   热应力场   蓄热体   数值模拟  

摘要： 在高超声速风洞中，采用蓄热式加热器是获得高焓纯净来流气体最具优势的方法之一。针对高超声速风洞蓄热式加热器在长时间运行过程中存在蓄热体开裂损坏问题，采用ANSYS workbench软件对该开裂现象进行了热应力场的数值模拟，并分析了裂纹的形成机理及其影响因素。模拟及分析结果表明，蓄热体裂纹产生的主要原因是蓄热体开孔布局不合理导致的局部高温热应力作用；蓄热体开裂是由于疲劳断裂产生的，在长时间运行过程中最大热应力值已超过其抗弯强度。通过对比分析，数值模拟结果与蓄热体实际损坏情况相一致，说明数值模拟的结果准确反映了蓄热式加热器中蓄热体产生裂纹的原因。此外，对蓄热体的改进优化及未来研究方向提出3点建议，可为高超声速蓄热式风洞加热器中的蓄热体工程设计与改进优化提供参考。

关键词： Richtmyer-Meshkov不稳定性   气层界面   反射激波   冻结  

摘要： 当激波冲击存在初始扰动的不同密度物质分界面时,界面上的扰动会随时间迅速增长并最终形成湍流混合的失稳过程被称为Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性。激波诱导的流体层界面RM不稳定性,广泛存在于惯性约束核聚变(ICF)、超燃冲压发动机和超新星爆发等工程应用与自然现象中。目前,对于多道波系作用下流体层界面不稳定性演化的认识仍然不充分。本文采用了激波管实验、理论分析和数值模拟等研究手段,重点探究反射激波作用下气层界面的演化机理。首先,实验和理论研究了反射激波作用下重气层界面的RM不稳定性演化过程;其次,实验和理论研究了反射激波作用下轻气层界面的RM不稳定性演化过程;最后,理论研究了完全透射条件下重气层扰动增长的冻结现象,并通过数值模拟对理论预测结果进行了验证。本文主要研究内容如下: 1.实验和理论研究了重气层界面在反射激波作用下的RM不稳定性演化过程,揭示了界面和波系的运动规律及不稳定性的演化机制。考虑了三种不同厚度的无扰动和有扰动重气层,研究了初始气层厚度对界面演化的影响。建立了描述反射激波条件下无扰动界面和波系相互作用的一维理论,并以此为基础进行了扰动情况下的不稳定性分析和理论建模。扰动气层结果表明,随着流体层厚度的减小,挤压效应对扰动增长的抑制作用逐渐强于稀疏波效应对扰动增长的促进作用。反射激波冲击后的整体混合宽度呈现出近似线性增长的特征。反射激波作用后混合宽度增长率对初始气层厚度的依赖性较弱,这与单次激波作用下的结论不同。反射激波冲击后第二界面振幅的线性增长受到界面耦合效应的促进,但仍然小于线性经验模型的预测结果。当挤压效应较弱时,修正的非线性模型可以很好地预测稀疏波加速阶段以及稀疏波离开界面后的扰动增长。 2.实验和理论研究了轻气层界面在反射激波作用下的RM不稳定性演化过程,揭示了波系和界面耦合作用对不稳定性演化的影响机制。首先,研究了无扰动气层在反射激波作用下的运动过程,建立了描述不同初始厚度的无扰动气层界面-波系运动的一维理论。其次,研究了反射激波冲击下双扰动气层的演化,发现初始同相位(反相位)工况在反射激波作用后产生尖钉-气泡碰撞(尖钉-尖钉碰撞)现象。总的来说,尖钉-尖钉碰撞比尖钉-气泡碰撞对界面振幅和混合宽度增长的抑制程度更强。对于初始较小气层厚度的反相位工况来说,第二界面在反射激波冲击后出现反常RM不稳定性现象,使得尖钉-尖钉碰撞对于两道界面振幅发展的抑制程度减小。最后,修正了已有的线性模型,对反射激波冲击后气层界面的线性增长率进行了预测。发展了非线性理论,对反射稀疏波和反射激波对扰动增长的影响进行了量化,成功预测了气层界面振幅的非线性增长率。 3.理论和数值研究了完全透射条件下重气层界面扰动增长的冻结现象。激波冲击重气层会在气层内部不断产生反射波。我们提出消除反射波来调控乃至“冻结”(即扰动增长停滞)重气层界面的扰动增长。在基于激波动力学理论确定的完全透射条件下,建立了分别预测第一和第二界面扰动增长冻结的模型。该模型量化了冻结所需的初始参数,包括第一和第二界面的初始振幅、界面耦合强度以及抑制第二界面反相的最大初始气层厚度。通过数值模拟在宽初始参数范围内验证了该模型在预测第一和第二界面扰动增长冻结时的有效性。依据该模型给出了冻结气层混合宽度增长所需的界面初始振幅的上限和下限。在此初始振幅范围内,发现当第二界面的初始振幅略高于第一界面的初始振幅时,气层混合宽度增长在第二界面反相之前可以得到有效抑制。

关键词： 复杂流场可视化   激波检测   VTK   机器学习  

摘要： 随着计算流体力学模拟出的数据规模的增大和精度的提升,科研人员对可视化的需求在不断增加,如何高效地实现流场可视化并进行激波检测是目前备受关注的研究热点。激波检测作为流场可视化中的重要技术,在特征识别中起着关键作用,目前常用的激波检测方法主要有正则马赫数法和密度梯度极大值法等方法。考虑到CFD流场数据规模较大,现有的方法在激波检测计算过程中需要耗费大量的时间,且针对非激波特征过滤需要人为确定阈值,如何高效精确地进行激波检测是目前亟待解决的难题。本文针对大型运输机标模构型(CHi Na-Transport,CHN-T2)的复杂流场数据,基于VTK(Visualization Toolkit,VTK)对复杂流场数据进行了可视化,在此基础上开展了机器学习在激波检测中的研究。主要研究内容分为以下两部分: 基于VTK的复杂流场可视化实现。针对目前可视化软件功能固定且无法扩展等问题,利用VTK可视化工具包实现了复杂流场可视化。首先,考虑到复杂流场数据规模较大,对流场可视化中的插值算法进行了设计,并对非结构化网格进行了网格优化以减少插值复杂度。其次,设计并实现了切割模型算法,实现了流场的核心特征提取。进一步通过颜色映射实现了属性半定量的显示,通过数据探测对局部数据进行提取分析,并结合等值线的绘制实现了对属性数据的定量分析。最后,在此基础上扩展了交互可视化功能,实现了对复杂流场数据的高效处理。 基于AGK模型的激波检测方法研究。针对目前常用的激波检测方法存在计算量大、过滤器阈值选择困难、自适应性差等问题,本文提出了基于AGK模型的复杂流场激波检测方法。基于VTK可视化方法将复杂流场数据可视化,通过传统方法以及压力、密度等属性对激波进行辨识。进一步通过交互可视化方法对激波位置进行标定,并直接对数据进行特征提取、标准化等处理,进而获取机器学习所需的样本数据。通过不同的机器学习方法构建了激波检测模型,采用不同迎角下的试验数据进行验证,并将检测结果可视化与传统方法进行对比,对比总结分析不同激波检测模型的优劣。构建了AGK激波检测模型,并与SVM、KNN、Ada Boost以及GBDT激波检测模型进行了对比分析评估,最终AGK模型进行激波检测的准确性可以达到90%以上,解决了传统激波检测方法需要过滤算法的问题,降低了计算成本,实现了更加高效的激波检测,验证了该方法的可靠性。

摘要： 一人分饰多个角色，只出现在影视剧里吗？咱们班的同学告诉你：当然不是！看，在我们的“戏精”班级里，大家纷纷“戏瘾”大发，演起来了。“嘟嘟——”开考的哨声响起，同学们立马奋笔疾书，监考老师如鹰般射出锐利的目光……我是试卷原本，我悠闲地躺在密封袋里。开考前十分钟，袋口被打开，一只手捏住我们往外一拉。

关键词： 宽速域   高超声速   气动布局   气动优化   乘波体  

摘要： 高超声速飞行器向着速域更宽、空域更广、更加实用化的方向发展，宽速域气动布局设计与优化是此类飞行器工程研制亟待突破的瓶颈问题之一。回顾了美国政府部门及其国内航空航天公司21世纪以来发布的代表性高超声速飞机及空天飞机概念方案，分析了高超声速飞行器气动布局演化规律及其设计理念的变化。从乘波体宽速域扩展设计、宽速域布局气动优化设计、宽速域变体布局设计三个方面综述了高超声速飞行器气动布局设计与优化领域的研究进展。分析了宽速域气动布局设计存在的技术难点与挑战，并对宽速域气动布局设计与优化后续研究方向进行了展望。