• ISSN 0258-2724
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2017年  第30卷  第3期

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论文
14.4 kW PEMFC电堆单体电压均衡性实验研究
陈维荣, 刘嘉蔚, 郭爱, 李岩, 刘志祥, 张雪霞
2017, 30(3): 429-438. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.001
摘要(719)
摘要:
质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell，PEMFC）电堆由多个单电池串联叠加而成，材料、工艺和流场分布等因素可能引起单电池性能衰减，电堆运行寿命取决于电压最低的单体电池，电堆中单体电池电压均衡性是影响燃料电池寿命的重要因素.为了解决现有单体电压均衡性评价方法不能全面准确地反映燃料电池电压一致性的问题，探究电堆电流、流场分布和空间位置对单体电压波动率的影响，以14.4 kW PEMFC电堆测试平台为基础进行了单体电压均衡性实验研究.实验分别测试稳态时电堆电流以10 A为步长、从10 A加载到180 A和暂态时从47 A动态加载到112 A的单体电压波动率，加载策略采用恒频恒幅加载控制策略，负载加载的时间间隔为20 ms，电流加载幅值为2 A.首先，运用统计学掐头去尾的原则处理电堆稳态电流从10 A加载到180 A的数据，剔除端部单电池前（后）单体电压波动率与电流，分别得到Fourier 3项式和Gaussian 2项式函数关系.然后，针对单体电压波动率无法分析电堆电压幅差和故障的缺点，提出将单体电压波动幅值、异众比率、最小距和电压平均差相结合的改进电压均衡性评价方法.该方法以单体电压波动幅值推断电堆电压波动范围，并通过异众比率判断较大电压偏差电池占所有单电池数目的比例，使用最小距表示电压最低的单体电池偏移电堆平均电压的程度，利用电压平均差评价电堆整体波动大小.最后，以电堆从47 A动态加载到112 A时的75片单体电压分布为算例，对传统单体电压波动率与改进的电压均衡性评价方法做对比实验.研究结果表明：虽然传统的单体电压均衡性评价方法测得的波动率为0.77，但很难从电压波动率上反映出电堆各单体电池电压波动程度；改进的电压均衡性评价方法可从电堆单体电压波动幅值、异众比率、最小距和电压平均差多方面综合评价电压的均衡性，其对比实验值分别为40.00、0.04、14.33 mV和2.60 mV，电堆电压幅差较大；电压波动较大的单电池的数量很少，电压最低的单体电池偏移电堆平均电压的程度较小，电堆电压整体波动较小，电堆整体均衡性较好.
基于电流极性和相对熵的广域继电保护新算法
吴浩, 李群湛, 刘炜
2017, 30(3): 439-449. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.002
摘要(483)
摘要:
为了提高广域继电保护的容错性和灵敏度，结合母线采样值保护和线路故障分量差动保护原理，提出一种基于电流极性和能量相对熵的广域继电保护新算法.首先，对线路IED保护关联域进行划分，针对不同关联域，提取正序工频故障分量电流，并给出关联域边界电流、综合计算电流和综合虚拟电流概念；其次，定义综合电流采样值能量相对熵，量化综合电流的差异程度，同时，通过求取关联域边界电流之间的夹角大小来表征边界电流的极性关系，并利用电流采样值能量相对熵和极性关系识别关联域内外故障；最后，利用PSCAD/EMTDC软件搭建IEEE-3机9节点系统模型，分别在不同故障点设置不同故障类型进行仿真检验算法性能.研究结果表明：在关联域区内故障时，综合电流几乎一样，相对熵值很小，接近为0；边界电流间夹角小于/2，极性近似相同；区外故障时，综合电流波形及采样值能量差异显著，相对熵值大于1；边界电流间夹角接近于，极性近似相反，二者差异明显；域内单相接地故障时，在800 的高阻条件下，相对熵最大为0.428，夹角最大为0.388，仍能可靠满足判据，具有较高的灵敏度.实验结果验证了本文算法性能基本不受过渡电阻的影响，能较好克服TA饱和、数据畸变等不利因素的影响.
滑板磨耗对受电弓系统服役性能的影响研究
宋冬利, 江亚男, 张卫华
2017, 30(3): 450-457. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.003
摘要(580)
摘要:
为了实现滑板磨耗形面的描述和它对受电弓服役性能影响的评估，研究了滑板磨耗对弓网系统动力学性能、受电弓抗疲劳性能的影响.首先，通过对比分析大量受电弓滑板实测形面数据，提出以二次函数描述滑板磨耗形面，给出形面形状参数和磨耗深度参数两个特征量，并获得了特征量随运行时间的变化规律；其次，采用模态叠加法建立了考虑滑板形面的弓网耦合动力学模型，探讨滑板磨耗对弓网动态受流性能的影响；最后，根据滑板磨耗形面具有明显的时变性的特点，建立了考虑参数时变的受电弓疲劳寿命预测模型，实现滑板磨耗形面对受电弓抗疲劳性能的影响分析.研究结果表明：滑板形面磨耗增强了弓网系统的跨距周期性，导致该特征主频的幅值增加，且滑板形面的形状参数绝对值越大，弓网动态性能越差；考虑滑板形面磨耗后，受电弓框架部件的预测疲劳寿命缩短，缩短量约为30%~40%，且越处于上端的结构影响越大.
П型断面主梁软颤振特性及抑制措施研究
郑史雄, 郭俊峰, 朱进波, 唐煜
2017, 30(3): 458-465. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.004
摘要(563)
摘要:
П型断面主梁为气动钝体结构，在非线性自激力作用下，极易发生软颤振现象.以某П型断面叠合梁斜拉桥为研究对象，通过节段模型风洞试验，研究了各种气动措施对П型断面主梁软颤振性能的影响.研究结果表明：П型断面主梁软颤振表现为弯扭自由度耦合的单频振动特征，且随着风速的增加，竖向振动参与度系数先减小后增大；安装风嘴可以增大系数，其振幅服从正态分布，振幅波动范围随风速及攻角变化而变化；风攻角为负时，П型断面主梁最易发生软颤振；设置桥面附属设施会提高软颤振的临界风速、减小软颤振的扭转振幅及振幅增长速率；设置风嘴会显著降低软颤振的振动响应，采用尖风嘴可以改善主梁的软颤振性能，且随着风嘴变尖，软颤振的临界风速有提高的趋势，软颤振扭转振幅有下降的趋势；П型断面主梁底部设置中央稳定板对其软颤振性能的影响不明显.
海洋桥梁施工围堰的波浪压力实测与数值模拟
遆子龙, 李永乐, 秦顺全, 梅大鹏
2017, 30(3): 466-473,531. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.005
摘要(579)
摘要:
为研究海洋桥梁施工围堰在波浪作用下波浪压力的分布规律，通过现场实测及数值模拟的方法，对海洋桥梁施工过程中使用的大尺度钢围堰表面波浪压力进行了研究.基于三维绕射理论，使用代表波法，对实测有效波高进行规则波模拟，确定了波压力峰值沿围堰表面的分布规律以及随水深的变化规律，并对围堰表面的波浪动压力峰值进行了分析，并与实测值进行了对比.结果表明：三维绕射理论能合理地模拟围堰表面波压力分布；在绕射效应的影响下，波浪总压力、波浪动压力均呈现出迎浪侧大、背浪侧小的特点，波浪动压最大增幅可达125%；实测总压力随水深增加而增加，波浪动压力峰值随水深增加而减小.
变曲率曲线梁的单元刚度矩阵分析
董长军, 刘世忠, 李爱军
2017, 30(3): 474-481. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.006
摘要(607)
摘要:
针对单元刚度矩阵多为隐函数，不便于直接应用的问题，在极坐标系下，假定变曲率曲线梁剪心和形心重合，根据卡氏第二定理，推导了一种显式变曲率曲线梁单元悬臂端柔度矩阵的解析解公式.该公式先将其柔度矩阵退化到经典的形式；再通过求逆运算得到变曲率曲线梁单元悬臂端刚度矩阵；最后根据静力平衡条件与结点位移的任意性获得曲线梁的单元刚度矩阵.以两端固定曲线梁为例，利用MATLAB编程与ANSYS有限元计算结果进行了对比，结果表明：竖向位移和扭转角相差都在5%以内，两者的误差较小，验证了单元刚度矩阵对变曲率曲线梁计算的有效性；矩阵中的元素可用带参数的显函数表达，且所有参数都可直接引用，说明了它的正确性.
不同网孔形状格栅加筋土界面特性试验研究
郑俊杰, 周燕君, 曹文昭, 赖汉江, 杨友彬
2017, 30(3): 482-488. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.007
摘要(570)
摘要:
为探讨土工格栅网孔形状对筋土界面特性的影响，选取网孔尺寸和力学特性相近的三角形网孔土工格栅和矩形网孔土工格栅进行了拉伸试验.基于拉拔阻力、筋土界面抗剪强度、界面表观摩擦系数及格栅肋条变形等参数的变化规律，对不同法向压力及拉拔方向工况下格栅网孔形状对筋土界面特性的影响进行对比分析，结果表明：三角形网孔土工格栅对砂土颗粒侧向位移的限制大于矩形网孔土工格栅；对于三角形网孔土工格栅，工况TX_0和工况TX_90的峰值摩擦角分别为48.2和38.2，矩形网孔土工格栅工况SS20的峰值摩擦角仅为35.9；拉拔过程中，三角形网孔土工格栅的横向肋条和对角线肋条出现了不同程度的挠曲变形，矩形网孔土工格栅的肋条主要为纵肋拉伸变形.
坡面锚索与坡脚抗滑桩联合加固边坡设计方法
赵晓彦, 黄金河, 周一文, 李玉龙, 蒋楚生, 岳宗玉
2017, 30(3): 489-495. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.008
摘要(611)
摘要:
路堑高陡边坡的加固中，二级及以上边坡坡面锚索与一级边坡坡脚抗滑桩的组合结构应用广泛，但其设计方法尚不成熟，为此，提出该组合结构的优化设计方法.首先，研究坡面单束锚索预应力对滑体各条块的作用效果；继而，通过预应力锚固后的边坡稳定性计算，获得设桩处的剩余下滑力、确定抗滑桩上的荷载，实现锚索预应力和抗滑桩被动力的协调作用；最后，以广（通）大（理）铁路某实际边坡为例，论证所提方法的设计过程.论证结果表明：该组合结构的设计可以锚索预应力占总下滑力的40%进行初算，并以抗滑桩中心间距5.0~8.0 m、桩截面宽度1.0~3.0 m、截面高度1.5~4.0 m、嵌固段长度为总桩长的1/3~1/2为控制条件.
复合加筋路堤边坡振动台模型试验
李丽华, 任增乐, 李广信, 肖衡林, 杨智勇, 杨超, 崔飞龙
2017, 30(3): 496-504. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.009
摘要(536)
摘要:
废旧轮胎、三向土工格栅等新型筋材用于岩土工程加筋，经济环保且力学性能优良.采用振动台模型试验，分别对未加筋边坡、三向土工格栅边坡、废旧轮胎串与三向土工格栅复合加筋边坡、轮胎串与轮胎碎片复合加筋边坡模型在地震作用下的动力响应性能进行了研究，探讨了边坡结构在不同地震波形输入、不同加速度峰值和不同加筋方式下，未加筋边坡与复合加筋边坡的加速度分布规律.试验结果表明：加筋方式对加筋抗震效果影响比较显著，同种加筋方式的加速度响应效果在不同地震波作用下规律相近；三向格栅、三向格栅与轮胎串复合加筋、轮胎串与轮胎碎片复合加筋在汶川波激励下，其加速度放大倍数较未加筋边坡相比，最大减小幅度分别为37.5%、30.0%、21.0%，前者加速度放大倍数减小幅度分别是后两者的1.4倍和2倍；不同加筋方式下，边坡的加速度放大倍数随地震激励水平的提高呈非线性增加，但与未加筋边坡相比，随输入加速度峰值增大而呈现明显的增幅递减趋势；各种加筋土边坡与未加筋边坡加速度放大倍数均沿坡面约1/3高程处随高度增加而逐渐增大，并在靠近边坡顶部位置达到最大值.迁安波产生的加速度响应明显强于其他3种地震波的激励.
落石冲击下单压式拱形明洞的力学响应
王玉锁, 周良, 李正辉, 何俊男, 王涛
2017, 30(3): 505-515. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.010
摘要(504)
摘要:
为进一步了解结构受力情况，为明洞结构设计提供依据，采用动力有限元方法，对客运专线双线单压式拱形明洞落石冲击下结构力学响应进行了研究.首先，以竖直下落冲击为基本工况，从落石与洞顶回填土的相互作用及运动轨迹入手，分析了结构的应力、应变、应变率、位移、速度、加速度等作用效应响应；其次，根据落石、回填土及结构间能量的转化与传递规律，结合结构及基底应力响应，阐述了回填土和混凝土填充材料对落石冲击的缓冲和对结构的保护作用机理，以及边墙形式对基底及仰拱受力的影响；最后进行了45斜向冲击响应分析并与基本工况进行了对比.研究结果表明：所设计的明洞结构可以承受竖向700 kJ的落石冲击能量，拱顶、拱肩及墙身内侧和耳墙墙址等部位是相对受力不利位置，回填方式和直墙式拱墙形式有待进一步研究优化；冲击引起的结构应变率响应介于110-3~110-2 s-1，与地震引起的响应范围相同；在本研究工况下，45斜向冲击作用效应总体上小于竖直冲击.
长屿硐天钟形采空硐室结构特点及工程意义
杨丹, 胡卸文, 宋大各, 章璇
2017, 30(3): 516-523. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.011
摘要(541)
摘要:
硐室形状及围岩结构是影响硐室稳定的重要因素.以浙江温岭长屿废弃矿山钟形采空、无支护硐室为研究对象，在勘明采空硐室形状其围岩结构类型和岩石强度的基础上，采用FLAC有限差分方法对不同形状、不同跨高比、不同硐壁倾角的硐室围岩进行了稳定性计算与分析，结果表明：钟形硐室优于矩形、圆形和直墙拱硐室结构，其围岩受拉区面积最小，更能发挥岩体抗压能力强的优点；跨高比越小，围岩受拉区面积越小，硐室越稳定，跨高比1.33时，硐室顶部围岩不出现受拉区，对围岩稳定性比较有利；硐壁倾角对围岩受拉区面积的影响呈先减小后增大的规律，当侧墙倾角70~80之间时，硐室围岩受拉区面积较小，对硐室稳定性最为有利；实际勘查中发现，75%的硐室跨高比小于1.33，60%的侧墙倾角集中在70~80之间.
有机聚合物剪力键的破坏机理及承载能力研究
占玉林, 李贵峰, 赵人达, 邹赵勇, 薛登宇
2017, 30(3): 524-531. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.012
摘要(476)
摘要:
为了解决金属剪力键存在初始裂缝、焊接残余应力、剪应力传递不均匀等缺陷，进行了有机聚合物非金属剪力键代替传统金属剪力键的研究.采用推出试验方法，设计、制作并测试了8组试件（共24个试件），在考虑有机聚合物剪力键的粘结厚度、弹性模量及界面处理工艺等影响参数的基础上，研究了这类剪力键的破坏机理和极限承载能力，同时，提出了预测界面极限抗剪承载能力的计算公式.研究结果表明：有机聚合物与混凝土共同被剪坏是主要的破坏形式；非金属剪力键界面极限剪应力分布在1.10~2.47 MPa之间，非金属剪力键与金属剪力键具有同等能力的界面抗剪水平.
空心砖填充墙RC框架抗震性能足尺试验研究
苏启旺, 张言, 许子宜, 蔡宏儒
2017, 30(3): 532-539. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.013
摘要(586)
摘要:
为了研究空心砖填充墙钢筋混凝土框架结构的抗震行为，进行了1榀足尺空心砖完全填充、1榀足尺带洞口的单层单跨空心砖填充RC框架结构模型的水平低周循环荷载加载试验，研究了空心砖填充RC框架结构的破坏形式、滞回特性及位移延性等试验指标.在此基础上，结合国内外大量单层单跨填充墙RC框架模型的试验数据，分析了洞口对填充墙RC框架极限抗侧承载力和初始刚度的影响，给出了相应的折减系数计算式.研究结果表明：与带洞口的RC框架相比，完全填充的RC框架的水平峰值荷载在早期加载阶段最少可增加70%；随着填充墙破坏程度的加大，当层间位移角达到1%时，两者水平峰值荷载基本相等；洞口降低了填充墙RC框架的抗侧承载力，但结构的变形能力得到了改善，填充墙的开裂及破坏明显减轻.
钢管复合桩粘结-滑移性能研究
张敏, 马建林, 张挣鑫, 都璨
2017, 30(3): 540-545,553. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.014
摘要(499)
摘要:
为研究内置剪力环、泥皮和防腐涂层的钢管复合桩的粘结-滑移性能，假定钢管复合桩粘结应力沿界面呈指数变化规律，提出了一种新的钢管复合桩粘结-滑移本构理论分析模型.依托港珠澳大桥建设，开展了5组钢管复合桩推出试验（其中2组试件设有剪力环），验证了本文模型的正确性. 试验结果表明：在外荷载作用下，钢管与混凝土粘结滑移和钢管应力理论计算结果与实验结果基本吻合；粘结破坏时钢管于核心混凝土相对滑移量均小于0.2 mm，泥皮和防腐涂层降低了钢管与核心混凝土之间的粘结；在剪力环间距为1D（D为桩径）的条件下，剪力环使钢管复合桩的粘结强度提高约50%，泥皮和防腐涂层对钢管复合桩的弱化效应可不计.钢管复合桩粘结应力沿界面基本呈指数规律变化.
高速铁路加筋土挡墙动响应规律现场试验
吴连海, 杨广庆, 张青波, 孙宏伟, 张利国, 焦瑞玲, 苏谦
2017, 30(3): 546-553. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.015
摘要(571)
摘要:
为研究土工格栅加筋土挡墙在高速列车荷载作用下的动态响应规律并分析其作用机理，设计并进行了现场激振试验，研究了加筋土挡墙内加速度、动土压力等动态响应的分布规律，并进行了不同墙面形式挡墙动态响应规律的对比分析.研究结果表明：加筋土的竖向加速度随加载次数的增加基本没有变化；靠近墙面处水平动土压力沿墙高呈单峰值分布，峰值位于2/3墙高处；随加载次数的增加，垂直动土压力增长很小；在顶部不到1/3墙高的范围内，竖向加速度衰减了87%~91%，垂直动土压力衰减了86%；模块式加筋土挡墙具有刚度大、变形小、整体性好等优点.
岩质斜坡中缓倾裂隙分布与成因工程地质分析
朱雷, 严明, 黄润秋, 高峰
2017, 30(3): 554-562. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.016
摘要(529)
摘要:
针对岩质斜坡中缓倾角结构面不均匀分布这一地质现象，以云南怒江马吉水电站斜坡为例，在现场调查的基础上，运用地质过程机制分析和数值计算等方法，对岩质斜坡中缓倾角结构面的发育密度和河谷的演化史进行了分析研究，揭示了岩质斜坡中缓倾角结构面发育规律和成因.结果表明：在斜坡的表生改造段，中缓倾角结构面的发育表现出明显间隔性分布特征，即中缓倾角结构面密集段、稀疏段相间出现，存在 3~4 个相对密集的结构面发育带，密集段结构面的面密度为10~18条/10 m2，稀疏段结构面的面密度为5~8条/10 m2；中缓倾角裂隙的形成具有明显的阶段性，根据其几何及滑移特征，中缓倾角裂隙的形成是从雁列式微裂隙开始，随着裂隙的扩展、搭接，最终形成成具有工程地质意义的结构面；斜坡中缓倾角裂隙间隔性分布是由于挽近地质时期河谷演化过程中河谷的间歇性下切而导致的.
轮载作用下典型沥青路面结构力学行为分析
吴玉, 蒋鑫, 梁雪娇, 冯文青
2017, 30(3): 563-570. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.017
摘要(651)
摘要:
为分析比较半刚性基层、倒装式和组合式3种典型沥青路面结构受轮载作用的力学行为，依托成德南高速公路沥青路面工程试验段，在与贝克曼梁路表静态弯沉测试值对比的基础上，开展了基于弹性层状体系理论的静力学分析.现场选取3个断面，通过预埋沥青应变计测试了不同轴重、不同车速条件下的车辆移动轮载动力响应.研究结果表明：沥青路面更易出现横向疲劳开裂；倒装式沥青路面面层层底行车方向及横断面方向拉应变峰值分别对应为组合式沥青路面的1.24倍和1.30倍，为半刚性基层沥青路面的2.37倍和2.67倍；路面结构厚度相同的情况下，半刚性基层沥青路面在减少沥青面层本身的疲劳开裂和永久变形方面优势较强，组合式沥青路面与半刚性基层沥青路面受力情况接近，可部分替代半刚性基层沥青路面；倒装式沥青路面轴重敏感度为3种路面结构中最小，但宜适当增加沥青面层或沥青稳定碎石基层厚度以改善其受力状况，并应严格控制沥青稳定碎石基层拉应力，以减少倒装式沥青路面和组合式沥青路面疲劳破坏.
G318林芝波密段斜坡地震动力响应及失稳机理
武小菲, 王鹰, 叶唐进, 杨忠, 江宇
2017, 30(3): 571-577. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.018
摘要(536)
摘要:
斜坡地层结构及地震动力响应是斜坡失稳破坏的重要因素.为进一步研究斜坡地震动力响应的差异性及地震动力响应规律，以G318林芝波密段典型斜坡中的四类地层结构斜坡为原型，利用FLAC3D建立斜坡数值分析模型，通过在坡面及坡体设置监测点，输入Kobe地震波，对监测点的应变、水平位移及加速度等动力响应进行分析研究.结果表明：土层-岩层斜坡的坡面PGA（peak ground acceleration，PGA）放大系数随高度增加而增大，且在一定高度存在极值；坡体PGA放大系数与坡高呈线性增加，且千枚岩斜坡PGA放大系数更大，最大可达10.7；岩土接触带两侧，土层与岩层的水平位移差异明显，两者至少相差一个数量级，导致岩土接触带两侧介质变形不协调，这是土层-岩层斜坡在岩土接触带发生滑动的主要原因；不同土层斜坡的水平位移及PGA放大系数也有很大不同，且土层-岩层地层结构斜坡的失稳破坏程度主要受土层类型的控制.
热传导结构概率-非概率混合可靠性拓扑优化设计
尤芳, 陈建军, 林峰, 曹鸿钧
2017, 30(3): 578-583,599. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.019
摘要(555)
摘要:
研究热传导结构在区间变量和随机变量共存时的拓扑优化设计问题.首先，考虑热传导结构材料物理参数和热载荷同时为区间变量和随机变量两种不同类型的变量，基于概率可靠性及非概率可靠性来衡量结构可靠性；其次，构建了以单元相对导热系数为设计变量，导热材料体积极小化为目标函数，满足散热弱度混合可靠性为约束条件的优化数学模型；最后，采用渐进结构优化法进行了求解.在两个算例中，最优拓扑结构的混合可靠度概率值分别为0.94476、0.94476，均大于各自给定混合可靠度概率值0.928650、0.933129，验证了所建模型的合理性及求解策略的有效性.
基于高斯牛顿法的DEM匹配算法
张同刚, 王昆仑, 金国清
2017, 30(3): 584-592. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.020
摘要(634)
摘要:
为提升DEM（digital elevation model）匹配效率，建立了一种基于高斯牛顿法的快速DEM匹配算法.该算法采用高斯牛顿法替代最小二乘法来进行DEM匹配模型的目标方程求解，加速了目标方程求解的迭代过程.新算法匹配过程中，匹配参数沿梯度最大方向逼近目标值，迭代次数大幅度减少，具有更稳定的迭代收敛性，显著提高了算法的执行效率.通过多组模拟试验对新算法进行了测试，并与具有代表性的最近点迭代算法进行了比较.结果表明：新算法对匹配参数的收敛速率平均提高了42.1%，完成匹配所需的总时间平均减少了74.9%.
基于自然选择粒子群的时钟同步算法
蒋伊琳, 张芳园
2017, 30(3): 593-599. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.021
摘要(521)
摘要:
为了提高无线传感器网络的时钟同步精度，避免因不可靠数据和网络拓扑结构变化在同步过程中产生的同步误差，建立了基于自然选择粒子群融合算法仿真模型.首先，采用卡尔曼滤波算法，将多个传感器的测量数据进行局部滤波处理，去除测量数据中最底层的冗余信息，提高测量数据的准确性；其次，采用自然选择粒子群算法建立数据融合模型，计算网络的最优融合估计；最后，对自然选择粒子群融合算法模型进行仿真，结果表明：该算法的融合模型不仅能够对网络中的5个节点时钟进行有效融合，而且可以提高节点晶振的时偏和频偏的融合精度，形成一个具有较高稳定度的虚拟时钟，其时偏和频偏的融合精度主要集中范围分别为10-5和10-7，与传统自适应融合算法相比较，它的时偏和频偏融合精度提高了1个数量级.
轨道车辆轮对状态与线路特征的估计
孙效杰, 杨俊起
2017, 30(3): 600-606. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.022
摘要(495)
摘要:
为了方便、经济地获取轨道车辆轮对主动控制系统的轮对状态和线路特征信息，提出基于状态观测器的信息估计技术方案，实现了轮对状态和未知线路特征信息的共同估计.该技术方案使用惯性传感器（加速度计和陀螺仪）测得轮对摇头速度和横向加速度信号.应用该技术方案对典型的单个独立旋转车轮模型进行仿真验证.结果表明：由降维观测器和高阶滑模观测器组成的估计系统，估计效果优，不受轨道不平顺的影响，轮对状态估计误差小于0.10%；在理想线路上，线路曲率和超高信息的估计偏差在圆曲线上分别不超过0.26%和13.40%；有轨道不平顺输入的实际线路，曲率估计偏差不超过9.10%；在实际应用该技术方案时需去除滤波器波动误差.
摆动活齿传动的热弹耦合变形
梁尚明, 黎磊
2017, 30(3): 607-611. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.023
摘要(478)
摘要:
为了提高摆动活齿的传动性能，根据摆动活齿传动的啮合原理，分析了在摆动活齿传动中，活齿与内齿轮的接触传热过程；探讨了活齿与内齿轮啮合副产生的摩擦热流的计算方法；利用有限元分析方法建立了内齿轮的有限元分析模型；提出了摆动活齿传动轮齿本体温度分布、接触弹性变形和热弹耦合变形的分析计算方法.研究结果表明：内齿轮的最高温度出现在工作齿廓曲线的拐点附近，内齿轮的热变形增大了齿厚，对轮齿的弹性变形有一定的补偿作用，应用本文方法计算得到的内齿轮热弹变形符合实际工况，轮齿最大的热弹耦合变形量为0.045 mm.
超声磨削表面残余应力工艺实验与回归分析
何玉辉, 周剑杰, 周群, 唐楚, 万荣桥, 唐进元
2017, 30(3): 612-617. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.024
摘要(475)
摘要:
为了探索超声磨削的工艺特性，研制了轴向超声磨削加工实验装置，对45钢进行实验研究，采用iXRD便携式高速残余应力分析仪测量磨削表面残余应力，从实验角度分析磨削工艺参数对残余应力的影响，建立了残余应力关于磨削深度、超声振幅和砂轮线速度的回归方程，并用该方程预测表面残余应力.研究结果表明：普通磨削和超声磨削均在试件表面产生残余压应力，且轴向方向的残余压应力显著大于磨削方向的残余压应力；磨削深度和超声振幅能够增大残余压应力，砂轮线速度的增加会降低残余压应力；预测值与实验值的最大相对误差不超过5%，验证了该模型能有效预测超声磨削加工表面残余应力.
基于LS_SVM的伺服姿态调整平台反步控制
黄晓蓉, 高宏力, 毛润, 李世超, 文娟
2017, 30(3): 618-625. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.025
摘要(509)
摘要:
为提高具有复合干扰问题的高精度伺服系统的控制性能，采用两个最小二乘支持向量机（least squares support vector machine，LS_SVM）在线逼近高精度伺服系统中的复合干扰，应用粒子群算法离线优化了LS_SVM的核函数参数和正则化参数；根据反步控制理论，依次递推选择Lyapunov函数，设计了基于LS_SVM的自适应反步控制器；通过Lyapunov稳定性证明了系统的稳定性.仿真结果表明：LS_SVM能对系统复合干扰部分进行有效的补偿；反步自适应控制器与经典三环PID控制器相比，在未考虑复合干扰时，系统响应时间减少了20%；考虑复合干扰时，系统稳态精度提高了34.09%，系统响应时间减少了25%；其能有效抑制系统参数变化对系统性能的影响，说明LS_SVM的自适应反步控制器具有较强的鲁棒性.
基于PNNPID的车辆加速度控制器设计
梁军, 赵彤阳, 熊晓夏, 张婉婉, 陈龙, 朱宁
2017, 30(3): 626-632. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.026
摘要(525)
摘要:
针对传统的自适应巡航（adaptive cruise control，ACC）加速度控制算法对系统变化辨识速度慢、动态性能差、调整缓慢的问题，提出了一种基于PNNPID（parallel neural network proportion integration differentiation）的加速度控制算法.通过分析传统SNNPID（serial neural network proportion integration differentiation）对误差直接反馈的不足，应用神经网络自学习功能，开发了基于并行控制原理的车辆加速度控制器；考虑车辆平顺性，设计了符合驾驶行为的滤波限幅方案.实验结果表明，相比基于SNNPID的加速度控制器，基于PNNPID的加速度控制器最大偏差控制在0.25 m/s2以内，并具有平均误差小、调整时间短和瞬态特性良好的特点，滤波限幅方案有效提高了驾驶的舒适性.
高效率制备超导涂层导体SmBiO3缓冲层
朱晓垒, 蒲明华, 张红, 赵勇
2017, 30(3): 633-638. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.027
摘要(450)
摘要:
为了缩短高温超导涂层导体缓冲层薄膜制备周期，采用自开发的前驱溶液，以乳酸为溶剂，硝酸钐和硝酸铋为溶质，在应由表面氧化外延法所得的衬底（NiO（l00）/NiW）上，用化学溶液沉积快速制备了SmBiO3缓冲层薄膜，研究成相温度对SmBiO3薄膜的影响；在SmBiO3薄膜上沉积YBa2Cu3O7-超导层，检验其效用. 研究结果表明：在798.5 ℃下制备的SmBiO3缓冲层薄膜平整致密，并且高度织构，缓冲层薄膜制备周期缩短到2 h以内；在SmBiO3上所沉积的超导层薄膜超导转变温度为89 K，超导临界电流密度为1.46 MA/cm2（77 K、0 T），达到了某些电力应用要求；该SmBiO3薄膜制备方法可用于高温超导涂层导体的快速制备.
考虑换乘次数阈值的城轨乘客路径选择行为分析
姚恩建, 金方磊, 胡倩雯, 张永生, 杨扬
2017, 30(3): 639-645. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.03.028
摘要(569)
摘要:
为分析通勤与非通勤乘客通常因不同的到达时间约束而表现出不同的路径选择行为差异，基于非集计理论构建了路径选择模型.该模型首先提出了换乘次数阈值概念，用以分析不同换乘次数条件下，换乘时间对乘客感知效用的影响；其次，在利用广州地铁实际路网数据生成有效路径集合的基础上，利用乘客实际路径选择数据确定乘客的换乘次数阈值；最后，基于改进PSL（path sized logit）模型的标定结果，对乘客路径选择行为进行对比分析.研究结果表明，通勤和非通勤乘客在高次数与低次数换乘条件下的换乘时间系数的比值分别为1.114 5、1.037 9，说明通勤者对高换乘次数的换乘时间更加敏感.

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