西南交通大学学报

基于状态机的燃料电池混合动力系统控制策略

陈维荣, 燕雨, 李奇

2019, 54(4): 663-670. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170279

摘要(605)

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摘要:
针对由2套大功率氢燃料电池、超级电容和动力电池所构成的有轨电车用混合动力系统，提出能够满足运行工况需求的状态机控制能量管理策略. 首先，以状态机为基础构架，将有轨电车的运行划分为牵引、惰行、制动和故障4种状态；接着研究了4种运行状态下的能量管理策略，牵引状态采用基于自适应放电系数的均压算法，惰行状态采用改进的最大效率点跟随算法；然后基于4种状态，进行了整车实际运行；最后对比分析了功率跟随策略、状态机控制策略的能耗和电池堆效率. 研究结果表明：基于自适应放电系数的均压算法能够保证2套超级电容在牵引状态中均匀放电，避免了单套超级电容过度使用的情况；改进的最大效率点跟随算法使得燃料电池的平均效率提高了3.91%；此外，状态机控制策略与功率跟随策略的电堆效率分别为61.89%、57.98%，前者比后者节约了3.2%的氢气.

基于改进人工蜂群算法的轮毂电机多目标优化

张河山, 邓兆祥, 妥吉英, 张羽, 陶胜超

2019, 54(4): 671-678. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170094

摘要(629)

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摘要:
为了提高轮毂电机功率密度、降低其材料成本，提出一种改进的人工蜂群算法对轮毂电机性能进行优化设计. 首先利用磁路法建立外转子永磁式轮毂电机各项性能的表达式；其次通过引入个体极值、群体极值以及一对异步缩放因子来克服传统人工蜂群算法收敛速度较慢、探索与开发能力不平衡等缺点；以磁极对数、气隙长度、永磁体厚度等电磁参数为设计变量，将电机的有效质量、功率损耗和材料成本线性加权组成单目标函数，并采用障碍函数法将有约束的非线性目标函数转化为非约束的形式；最后利用遗传算法、传统人工蜂群算法和改进的人工蜂群算法对轮毂电机进行优化设计，并通过有限元法和样机实验验证了计算结果的正确性. 研究结果表明：相较于传统人工蜂群算法，改进的人工蜂群算法使目标函数收敛速度更快；相较于遗传算法和传统人工蜂群算法，改进后的算法使目标函数值最小；相较于原设计方案，优化后轮毂电机有效质量降低13.4%，材料成本降低34.4%，功率损耗降低44.2%，电机效率提高12.0%.

电极间隙对介质阻挡放电特性的影响

李春茂, 董磊, 彭开晟, 魏文赋, 高国强, 吴广宁

2019, 54(4): 679-685, 693. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170444

摘要(523)

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摘要:
为研究不同电极间隙下的表面介质阻挡放电特性，利用相机拍摄等离子实物图，分析电极间隙对等离子延伸的影响；测量其放电波形，分析消耗功率随电极间隙的变化趋势；通过红外热像仪拍摄介质板表面温度分布，探究温度分布特性随间隙的变化，同时测量不同间隙下诱导气流速度大小，分析电极间隙对诱导气流的影响；利用电子天平分析电极间隙对表面介质阻挡放电（SDBD）装置体积力的影响；最后，分别对不同间隙下4个放电参数变化趋势机理进行了讨论. 研究结果表明：等离子体延伸度、消耗功率、最高温度、诱导气流速度以及体积力均随电极间隙的增加呈先增后减的变化趋势；在固定激励电压下，存在一个最佳放电电极间隙. 该研究结果为表面介质阻挡放电装置实现更好的流动控制提供了一定的参考.

基于高光谱成像技术的绝缘子污秽度预测

李恒超, 谭蓓, 杨刚, 石超群, 张血琴, 吴广宁

2019, 54(4): 686-693. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180267

摘要(543)

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摘要:
高光谱成像技术能对绝缘子进行非接触式成像，且具有多波段、图谱合一等特点. 为此，本文提出一种基于高光谱成像技术的绝缘子污秽度预测方法. 首先，利用高光谱成像仪对绝缘子进行成像，得到400～1 000 nm波段范围内的高光谱图像数据，并进行黑白校正；然后，获取感兴趣区域（region of interest，ROI）的反射率光谱曲线，进行Savitzky-Golay平滑、对数或一阶导数变换的预处理. 最后，联合部分的真实样本标签数据分别建立基于支持向量机的绝缘子污秽度预测（support vector machines-insulator contamination degree prediction，SVM-ICDP）和基于偏最小二乘回归的绝缘子污秽度预测（partial least squares regression-insulator contamination degree prediction，PLSR-ICDP）模型. 从实验结果中可知，当预处理方法采用一阶导数变换时，所建立的绝缘子污秽度预测模型效果最佳，即SVM-ICDP模型准确率达到91.84%；PLSR-ICDP模型的均方根误差（root mean square error，RMSE）为0.024 1.

厚边U肋正交异性钢桥面的疲劳性能

郑凯锋, 衡俊霖, 何小军, 张宇

2019, 54(4): 694-700. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170555

摘要(582)

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摘要:
新型厚边U肋正交异性钢桥面的应用有望提高顶板与U肋连接焊缝的抗疲劳寿命. 为研究其实际疲劳性能和具体提升机理，对该类钢桥面中顶板与U肋连接焊缝开展了疲劳试验和数值分析. 通过足尺模型疲劳试验，采用名义应力法和热点应力法对常规等厚U肋钢桥面和新型厚边U肋钢桥面进行了对比；在疲劳试验的基础上，建立了精细化有限元模型并通过试验数据验证了其有效性；通过该模型对厚边U肋钢桥面顶板与U肋焊缝的疲劳性能提升机理进行了分析. 结果表明：厚边U肋的使用有效地提高了顶板与U肋连接焊缝的疲劳强度；在焊接负公差存在的情况下，厚边U肋试件对未熔透厚度的变化相对不敏感，从而保障了顶板与U肋连接焊缝疲劳性能的稳定性. 厚边U肋正交异性钢桥面在北京三元桥新桥和成都凤凰山高架桥等工程项目中的应用验证了其抗疲劳的有效性.

波形钢腹板组合梁弯曲变形的三角级数解

叶华文, 王力武, 张庆, 徐勋, 卫星

2019, 54(4): 701-708, 723. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170277

摘要(495)

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摘要:
为研究波形钢腹板剪切变形对波形钢腹板组合梁弯曲变形行为的影响，采用三角级数拟合简支波形钢腹板组合梁的变形曲线，各构件弯曲变形满足平截面假定，基于最小势能原理，推导了简支和悬臂波形钢腹板组合梁分别在均布荷载和集中荷载作用下的弯曲变形解析解和简化解；基于简化解推导出考虑剪切变形的波形钢腹板组合梁挠度增大系数，并给出对考虑剪切变形影响与否的高跨比界限；采用有限元方法验证了解析解和简化解的正确性和适用性. 研究结果表明：所提方法边界条件明确、推导过程简单、结果可靠、适用性强，可为波形钢腹板组合梁的设计和变形计算提供可靠的依据.

莫-喀高速铁路简支箱梁竖向下限基频研究

宋晓东, 邱晓为, 李小珍, 刘德军, 郭建勋

2019, 54(4): 709-714. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170306

摘要(434)

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摘要:
为研究莫-喀高速铁路简支箱梁竖向下限基频，通过理论公式计算预应力混凝土简支箱梁的竖向基频，建立有限元模型，根据设计荷载效应大于等于实际运营车辆荷载效应的原则，确定梁体容许动力系数；基于移动荷载模型进行动力仿真分析，得到列车作用下简支箱梁的实际动力系数；提出了设计速度250、300、350 km/h和400 km/h简支箱梁竖向自振基频的下限值. 研究表明：梁体动力响应幅值均在其一阶竖弯频率出现波峰；通过调节桥梁的竖向自振基频，避开列车对桥梁的竖向激振频率可以有效降低振动波峰；建议设计速度250、300、350 km/h和400 km/h跨度33.1 m预应力混凝土简支箱梁竖向自振基频分别为3.02、3.63、4.08 Hz和4.68 Hz.

桥梁截面形式对轨道交通高架噪声的影响

顾民杰, 励吾千, 李奇

2019, 54(4): 715-723. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180262

摘要(502)

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摘要:
城市轨道交通高架一般采用预应力混凝土简支梁，其截面形式不但直接影响桥梁振动及其结构声辐射，还间接影响轮轨噪声的传播. 为给低噪声轨道交通的高架桥梁截面选型提供依据，本文采用功率流方法计算轮轨滚动激励引起的轨、桥空间平均振动均方速度，结合声有限元-无限元方法分析钢轨噪声和桥梁结构噪声的产生与传播，对比研究了某U型梁、单箱单室梁及双箱双室梁的振动及其声辐射的差异. 结果表明：桥梁截面形式对钢轨振动影响很小，但明显影响钢轨噪声辐射；截面形式对桥梁振动及结构噪声的影响均很大. 就钢轨噪声而言，U型梁相比箱形梁小1～3 dB(A)；但在桥梁结构噪声方面，单箱单室梁较U型梁小2～10 dB(A)，双箱双室梁较单箱单室梁可再减小2～6 dB(A).

宽幅分体箱梁涡振性能及其抑振措施

马存明, 王俊鑫, 罗楠, 李泓玖, 廖海黎

2019, 54(4): 724-730. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20161029

摘要(545)

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摘要:
为研究宽幅分体箱梁桥梁涡激振动特性及其相应振动抑制方法，以某主梁总宽度为64.1 m的分体箱梁大跨悬索桥为工程背景，在均匀流场下对1∶70缩尺比节段模型进行了风洞试验. 首先研究了主梁成桥态在0°、± 3°和± 5°五种不同来流攻角下的涡激振动特性；其次，考察了单一气动措施（包括设置水平气动翼板、封闭中央开槽、隔涡网以及检修车轨道导流板），以及各种组合措施对主梁涡激振动的影响，检验了这些措施对主梁颤振性能的影响. 研究结果表明：宽幅分体式双箱梁在5个风攻角下均发生了竖向自由度涡激共振，其中最不利攻角为–3°，竖向振幅最大值为0.69 m，超过《公路桥梁抗风设计规范》限值的70%；设置隔涡网和采用组合气动措施后，较原始主梁，涡振振幅下降50.7%～98.6%；尽管抑振措施使主梁颤振临界风速降低6%～15%，但仍满足抗风设计要求.

脉冲型地震动对CFST拱桥抗震性能的影响分析

李晰, 何澜, 李倩, 潘毅

2019, 54(4): 731-740. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180855

摘要(544)

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PDF 1318KB(17)

摘要:
为了研究脉冲型地震作用下钢管混凝土拱桥的抗震性能，以一座钢管混凝土拱桥的实际工程为例，采用时程分析方法系统分析了其在非脉冲和脉冲型地震作用下的抗震性能. 首先，基于PEER地震衰减模型并采用谱兼容的方法选取了符合不同场地条件且具有不同脉冲周期的天然地震记录；其次，在综合考虑有无脉冲、脉冲周期以及地震动多维性的基础上，对钢管混凝土拱桥的抗震性能进行了对比分析. 研究结果表明：脉冲型地震动会对结构响应产生较为明显的影响，脉冲效应对结构响应的放大作用在0.96～19.88倍之间，桥梁修建处的场地条件越好放大作用越明显；脉冲周期的不同也会对结构响应产生不可忽略的影响，结构响应的改变率在10～133%之间，脉冲周期越小脉冲效应对结构响应的放大作用就越明显；与非脉冲型地震动相比，地震动多维性对脉冲型地震作用下的结构响应影响较小，但随着脉冲周期的减小，地震动多维性对结构响应的影响变大. 因此，在对断层附近的钢管混凝土拱桥进行抗震设计时不但要考虑有无脉冲的影响，还需要考虑脉冲周期、地震动多维性以及桥梁修建处场地条件的影响，以免错误地估计结构响应.

波浪荷载作用下各向异性海床瞬态液化研究

段伦良, 郑东生, 王少华, 张启博

2019, 54(4): 741-747. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170810

摘要(543)

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PDF 1243KB(18)

摘要:
为探究各向异性海床在波浪作用下的瞬态液化问题，采用有限元法求解RANS （reynolds averaged navier-stokes）方程及k-ε湍流模型进行数值造波，通过求解Biot多孔弹性方程获得海床瞬态响应，进而建立了波浪-各向异性海床耦合作用的二维数值仿真模型. 在完成对新建模型的验证后，基于此模型系统地研究了波浪及海床特性对各向异性海床瞬态液化的影响. 研究结果表明：海床瞬态液化深度随波高、周期增大而增大，随海床饱和度增大而减小；当海床垂向渗透系数在一定范围内时，海床最大液化深度随垂向渗透系数增大而减小，超出该范围时，海床垂向渗透系数对海床最大液化深度的影响不明显；海床瞬态液化深度对水平方向渗透系数的改变不敏感.

超高层建筑气动噪声场的大涡模拟

祝志文, 邓燕华

2019, 54(4): 748-756. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180066

摘要(512)

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PDF 1312KB(19)

摘要:
为揭示超高层建筑气动噪声产生的机理及空间分布特征，利用大涡模拟，在大气边界层内求解超高层建筑绕流场，结合FW-H （Ffowcs Williams-Hawkings）方程的声类比法进行了超高层建筑周围声压场的数值模拟. 研究发现：超高层建筑每个面均是偶极子声源，气动噪声是由建筑表面的偶极子声源产生，且受建筑表面风压主导，顺流向和横风向的脉动压力分别主导相应方向的声场辐射强度；气动噪声沿高度方向先增大后减小，在0.7倍建筑高度附近噪声达到最大值；在相同高度和离建筑表面相同距离的不同空间点，当空间点面对建筑迎风面时总声压级最大、背风面次之，侧风面最小；随着空间点与建筑距离的增大，空间点总声压级快速衰减，且横风向较顺风向衰减更快. 研究认为：大涡模拟和声类比相结合的方法能合理预测超高层建筑的气动噪声；优化气动外形，降低建筑表面风压是降噪的最有效途径.

昔格达地层隧道围岩的失稳特征及变形控制工法

王志杰, 周平, 杨建民, 曹晓川, 赵启超, 徐海岩, 许瑞宁

2019, 54(4): 757-768. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170257

摘要(483)

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PDF 1575KB(32)

摘要:
昔格达地层是一种分布于我国西南地区的河湖相沉积半成岩，具有水稳性差，遇水易泥化、崩解等特点，在隧道开挖中易出现坍塌、围岩大变形等灾害，对隧道安全施工产生不利影响. 基于此，依托攀西地区昔格达地层桐梓林、垭口以及盐边隧道工程，现场取样并进行围岩室内物理力学试验，同时建立不同含水率深浅埋昔格达地层隧道有限元模型，探究不同含水率下昔格达地层隧道围岩的失稳特征，并提出针对昔格达地层隧道施工变形控制工法. 研究结果表明：昔格达地层对水较为敏感，其中浅灰色页岩夹砂岩的物理力学性质受含水率影响最大；当围岩含水率在0～20%之间时，昔格达地层隧道围岩变形呈现递增，但变形较小，自稳性较好，当含水率在20%～25%时，隧道围岩变形增大明显，失稳潜力巨大；在大埋深、高含水率的条件下，隧道仰拱隆起累计变形和掌子面挤出累计变形急剧增大，在拱顶部位，掌子面挤出变形主要发生在上中台阶交界处；针对昔格达地层隧道围岩失稳变形特征，提出在无水和有水状态下的昔格达地层页岩夹砂岩、砂岩夹页岩隧道围岩施工工法.

不同变位模式黏土非极限被动土压力试验研究

夏军武, 窦国涛, 苏琼, 白维刚, 袁方

2019, 54(4): 769-777. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170343

摘要(517)

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PDF 1398KB(25)

摘要:
为了揭示墙体平动和转动模式下黏土非极限被动土压力分布规律，采用自制模型箱，进行了墙体平动和转动模式下黏土非极限土压力试验，研究了墙体变位模式以及墙体位移大小对侧土压力的影响规律细化方法，首先进行了室内试验，得到了黏土的基本物理参数，其次进行了模型箱和测试仪器的固定安装，最后进行了挡土墙平移模式（T模式）、绕墙顶转动模式（RT模式）以及绕墙底转动模式（RB模式）3种模式下的土压力试验. 试验结果表明：T模式下，非极限侧土压力沿墙体深度的增加总体趋势增大，局部会有减小趋势，总体接近线性分布，当土体达到极限破坏时，靠近加载墙体处土体表面形成阶梯状错层；RT模式下，侧土压力随墙体的深度总体接近凹曲线分布，上部侧土压力随深度增加较慢，下部侧土压力随深度增加较快，当土体达到极限破坏时，靠近加载墙体处土体表面产生裂纹，模型箱中部土体表面鼓起；RB模式下，侧土压力随墙体的深度的增加先增大后减小，总体接近凸曲线分布，当土体达到极限破坏时，靠近加载墙体处土体表面形成阶梯状错层，其阶梯状错层范围要小于平动模式工况；三者非极限侧土压力合力随着压缩位移的增大而增大，当压缩位移相同时，RT模式下土压力合力与T模式下土压力合力比值在0.53～0.97之间，RB模式下土压力合力与T模式下土压力合力比值在0.65～0.83之间. 结论中是否有可以量化的数据，参考附件模板修改.

粗颗粒含量对川西混合土抗剪强度的影响

崔凯, 苏磊

2019, 54(4): 778-785. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180826

摘要(492)

HTML全文 (272)

PDF 745KB(12)

摘要:
混合土在川西地区广泛分布，由其构成的山区公路路基的稳定性是实际工程中亟需关注与研究的问题. 针对混合土抗剪强度受粗颗粒含量变化影响较大的特征，选取川西山区路基填筑用的天然混合土，分别进行小型与大型直剪试验，系统研究了粗颗粒含量对混合土剪应力-位移曲线和内摩擦角的影响规律. 试验结果表明：粗颗粒含量差异导致混合土抗剪强度发生明显变化，且在不同的粗颗粒含量区间，抗剪强度会呈现不同的变化趋势；当粗颗粒含量从0增至30%时，内摩擦角增长速率较慢；在30%～60%之间递增时，内摩擦角增长速率变快；超过60%时，增长速率回缓，即有两个界限值；通过颗粒骨架理论解释了界限值产生原因，并从宏微观角度分析了抗剪强度在不同区间内的主要影响因素差异，可为混合土结构物稳定性评估提供取值与理论分析依据.

干湿循环对CA砂浆质量与变形的影响

周锡玲, 谢友均, 郑克仁, 曾晓辉

2019, 54(4): 786-792. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180261

摘要(396)

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PDF 808KB(19)

摘要:
CA砂浆（cement and emulsified asphalt mortar）服役环境湿度因气候、天气因素的影响产生显著变化，会引起其质量和体积的变化，进而对轨道结构的几何尺寸产生影响. 为了解服役环境中湿度变化对CA砂浆质量、尺寸的影响，设计了6种干湿循环制度，测试了不同干湿循环制度下CA砂浆质量、长度变化；并采用低场核磁共振（NMR）及综合热分析（TG-DSC）对其孔结构和物相组成进行了分析，以揭示其变化机理. 研究结果表明：随着循环次数的增加，CA砂浆湿质量迅速增加并达到最大值，随后下降，并在140 d左右趋于稳定，干质量的变化很小；而其长度随循环次数的增加先减小后增加. 干湿循环中，CA砂浆质量与长度的变化均小于持续干燥、水浸泡条件下的变化. 在短周期干湿循环中，在约140 d前，CA砂浆湿质量与变形呈二次函数关系，而在约140 d后，质量与变形呈线性关系；在长周期中，二者相关性不强. NMR与DSC的分析结果表明，CA砂浆质量与长度变化是干湿循环过程中毛细孔水分的迁移、水泥水化、碳化以及孔结构变化等因素共同作用的结果.

再生混凝土粗骨料的质量分级优选评价

李福海, 靳贺松, 余泳江, 胡志明, 王奕彬

2019, 54(4): 793-800, 815. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170786

摘要(488)

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PDF 682KB(16)

摘要:
为了克服再生骨料比选中主观、随意性等因素带来的误差，并确保对其质量作出科学合理选择，基于组合权重-可拓学理论，建立了混凝土再生粗骨料质量评价模型，根据《混凝土用再生骨料标准》确定评价指标体系和分类等级界限，利用层次分析法和熵权理论确定各指标的主、客观权重；依据可拓学理论求解不同等级下各个指标的样本关联度，然后结合组合权重法计算样本在不同等级下的关联函数值；按照数值越大越优原则进行质量等级评价，最后结合实例检验了评价方法的科学合理性. 研究结果表明：组合权重-可拓学理论综合评价法既能遵循规范单一因素法的评估步骤，还可以详细排序比较各项指标不同等级下的结果；通过实例计算出5组样本的质量等级分别为Ⅱ级、Ⅰ级、Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅰ级，这与前人模糊理论评估结果一致；3种权重方法不仅计算出7项再生粗骨料性能指标的具体权重值，而且也能体现出各指标的相对重要性. 通过对再生骨料的质量优选研究，可以为再生混凝土的工程应用提供理论参考.

基于CPTU状态参数的无黏性土最大剪切模量评价方法

段伟, 蔡国军, 刘松玉

2019, 54(4): 801-807. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170432

摘要(396)

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PDF 865KB(19)

摘要:
土体最大剪切模量是动力基础设计和地震场地响应分析的重要参数，目前该参数的确定主要来源于室内试验，但室内试验值难以反应现场土层的真实情况，因而采用原位测试技术确定土体最大剪切模量的方法备受关注. 以宿迁-新沂高速公路为工程背景，利用地震波孔压静力触探（SCPTU）对现场场地进行测试，在总结已有的最大剪切模量确定方法研究成果的基础上，以实测剪切波速计算得到的最大剪切模量作为参考值，研究了孔压静力触探（CPTU）测试参数与最大剪切模量之间的关系；基于临界状态土力学理论，研究了联合CPTU测试参数和状态参数与最大剪切模量的关系. 结果表明：最大剪切模量与CPTU测试参数存在良好的相关关系，可通过锥尖阻力和孔压参数来近似估计最大剪切模量值；将状态参数作为孔隙比或孔压参数比的有效代替参数，能够同时考虑围压应力与孔隙比双重因素，所估算的最大剪切模量与参考值基本一致. 因此，CPTU原位状态参数可作为一种新方法来初步评价无黏性土的最大剪切模量.

柔性防护系统环形拦截网分区等代模型

赵雅娜, 余志祥, 赵世春

2019, 54(4): 808-815. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170949

摘要(441)

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PDF 1917KB(22)

摘要:
环形网是被动柔性防护系统中的重要结构单元，其冲击变形具有明显的多柔体非线性动力学特征，其计算模型的构建是柔性防护结构理论研究的难点与关键点. 为了建立环形网的计算模型，首先通过柔性被动网整体结构足尺冲击试验，获取了环形拦截网的区域化变形特征以及网环的典型变形状态；其次通过网环拉伸试验与数值仿真计算的方式得到了各典型变形状态下，网环的荷载位移关系,建立了分区等代计算模型；最后通过与网片顶破试验、动力冲击试验展开对比计算的方式校验了模型的准确性. 研究结果表明：环形拦截网具有明显的分区域变形特征，网环（环形网的基本单元）具有3种典型变形状态，各变形状态的网环均具有两阶段受力特征；据此采用连接于圆心、初始长度为网环半径的“X”形4桁架单元模拟单个网环，将典型变形状态下网环的荷载位移关系等效为桁架单元应力应变关系，连接对应节点形成整片网的单元模型，根据网环所处的变形区域赋予桁架单元相应的应力应变关系，建立了整片环形网的高效率分区域等代模型；通过与静力试验及动力试验的对比，模型计算误差小于10%.

计算网格对列车空气动力学不确定性的影响

李田, 秦登, 安超, 张继业

2019, 54(4): 816-822. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180503

摘要(450)

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摘要:
为评价计算网格对明线列车空气动力学数值仿真计算结果的影响，基于计算流体力学，研究了计算网格对列车气动特性的不确定性. 首先根据3种不同尺寸的计算网格及其计算结果，提出了计算网格对列车气动力和表面压力不确定性的计算方法；其次以ICE2列车为研究对象，划分了3种不同尺寸的计算网格，数值仿真得到了列车气动力和典型截面的压力；最后研究了该列车头车气动力和典型截面压力的不确定性. 研究结果表明：数值仿真得到的气动侧力系数与试验数据的误差仅为0.31%；车身迎风侧表面压力的不确定性接近于0；车身表面压力不确定性较大的位置主要位于车体底部，其最大不确定度达到1.42；头车侧力系数的不确定度为0.002 6，而头车升力系数的不确定度为0.509 3.

基于区间数距离的铁路线路方案决策模型与方法

梁东, 李远富, 樊敏

2019, 54(4): 823-830. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180847

摘要(470)

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摘要:
为了研究铁路选线方案决策中定量指标与定性指标难以综合评价的系统量化问题，引入区间数理论，建立了基于区间数距离的铁路线路方案决策优化模型. 首先将选线方案中的定量和定性指标转化为区间数，得到区间数决策矩阵；然后对决策矩阵进行规范化处理得到规范化区间数决策矩阵；接着利用区间数距离法计算评价指标的权重，构造加权规范化决策矩阵；再基于加权规范化决策矩阵，利用区间数距离对决策方案排序择优，得出综合比选结果；最后结合工程比选实例验证了模型的作业程式. 结果研究表明：该模型在将含有不确定性信息的定性指标进行量化时，比传统的AHP方法可减少主观原因对决策结果的影响，尤其是指标权重的计算结果更可靠；在进行决策方案排序择优时比利用传统的投影法计算更为简便.

基于多节拍组合的城际铁路列车运行图优化

周文梁, 李鹏, 田俊丽, 邓连波

2019, 54(4): 831-839. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170153

摘要(452)

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摘要:
为了使得城际铁路列车车站到发时刻既能具有严格等时间间隔的周期性规律，又能灵活适应城际铁路客流需求的时间分布，首先提出了列车多节拍组合运行组织模式，并将其与单节拍、非节拍运行组织模式进行特征对比分析. 进而基于列车多节拍组合运行模式，以最小化所有节拍单元列车总旅行时间为优化目标，以同节拍单元列车等时间间隔运行、各类作业安全时间间隔要求等为约束，构建了城际铁路列车多节拍协同运行图优化模型. 在通过确定模型中复杂约束、引入拉格朗日乘子将其松弛的基础上，结合次梯度法设计基于拉格朗日松弛的优化算法求解模型. 以京津城际为背景的算例优化获得由4个节拍列车组合的列车运行图，其中各节拍列车分别以17、34、34、35 min等时间间隔周期性运行，该方案目标函数与其最优下界的相对差距仅为2.55%.

集装箱码头泊位-堆场-闸口的周期协同分配

韩笑乐, 鞠留红, 栾晨, 陆志强

2019, 54(4): 840-847. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170924

摘要(443)

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PDF 804KB(12)

摘要:
为提高集装箱进出口码头在周期性环境下的作业效率，对集装箱码头泊位-堆场-闸口的周期协同分配问题进行了研究. 首先考虑泊位、堆场、闸口3类资源对船分配过程中的可用量约束、相关性约束和周期性约束，以最小化船舶总在港时间为目标函数，建立集成调度的混合整数规划模型；在此基础上设计自适应遗传算法进行求解，其上层对船舶优先级构成的编码空间展开进化搜索，下层利用启发式将优先级解码为多资源协同分配计划，并将其评价值返回至上层迭代. 数值实验显示，协同考虑泊位、堆场和闸口3类资源的集成调度，相较于传统的两阶段调度，周期计划下的船舶总在港时间缩短约20%.

负重型外骨骼机器人液压阀块流道的流场分析及优化

王海波, 范曙远, 张龙

2019, 54(4): 848-854. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170879

摘要(404)

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摘要:
为了研究负重型外骨骼液压动力单元温升及噪声过大的问题，利用ANSYS Fluent软件对负重型外骨骼液压阀块内部流道主要组成部分Z型流道和交叉流道进行计算流体动力学仿真，分别设计了5组不同尺寸的仿真试验，分析不同流道尺寸下流体速度稳定性与压力损失变化情况. 仿真试验表明，对于流道直径为5 mm的外骨骼动力单元液压阀块交叉流道压力损失随着进出口流道偏心距的增大而增大，流体速度在偏心距为 1.25 mm时稳定性最好；Z型流道压力损失在进出口流道之间的距离为 17 mm时达到最小，流体速度随着该距离的增大其稳定性上升. 优化过后的样机试验表明，液压阀块最大温度下降了3.3 ℃，最大噪声下降了7.6 dB.

金属成形数值模拟算法及软件开发

周洋靖, 冯志强, 宁坡, 汪昌勇

2019, 54(4): 855-862. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170442

摘要(408)

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摘要:
以实现拥有部分算法特色的金属成形定制化CAE （computer-aided engineering）软件为目的，在自主开发的OmtDesk平台基础上，嵌入金属成形数值计算程序.首先，以双势理论为基础，运用Uzawa算法求解金属成形中的接触摩擦问题；其次，采用建立在更新拉格朗日框架上的返回映射算法，求解金属成形中材料非线性问题；最后，通过压缩回弹和挤压成形两个数值算例，验证了自主开发的金属成形定制化CAE软件FEM/Form的准确性与通用性，并将求解结果与ANSYS对比.在压缩回弹算例中，采用ANSYS得到10^–3 mm量级的穿透量，相同算例采用FEM/Form则能将穿透量控制在10^–7 mm量级,说明采用双势接触模块能更加精确地控制金属成形数值模拟中的穿透量，使金属成形过程更加准确.

基于深度学习的复合神经网络机场信号检测框架

侯进, 吕志良, 徐茂, 吴佩军, 刘雨灵, 张笑语, 陈曾

2019, 54(4): 863-869, 878. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180164

摘要(413)

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PDF 1203KB(25)

摘要:
针对信号调制识别对复杂通信环境缺乏适应性与精度不足的问题，提出一种基于深度学习的多特征复合神经网络框架. 该框架首先使用前端卷积神经网络检测信号载波特征，再对前端初筛选信号执行预处理将其转换为信号时频图，最后设计了后端轻量化卷积神经网络,检测信号时频特征. 基于TensorFlow平台的复合神经网络对机场真实信号检测精度达到99.23%，实验表明该方法可有效应用于实时机场信号检测.

基于刚分簇与鸡群优化的深井无线传感网络定位算法

余修武, 周利兴, 余齐豪, 胡沐芳, 张枫

2019, 54(4): 870-878. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180069

摘要(407)

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摘要:
针对矿井环境因素对无线传感器网络定位的制约，提出一种基于刚性分簇与鸡群优化的无线传感器网络定位算法(RCCSO). 首先，以传感网络中均匀分布的锚点为簇头，基于刚性图理论提出分簇算法对整个网络进行分簇并保证每个簇都是全局刚性的；其次，利用鸡群算法对簇内进行相对定位，求得簇内最优相对位置解集；再次，不同簇以锚点为旋转中心旋转不同角度，并利用鸡群算法求出旋转角度的最优解集，进而求得全局节点最优位置；最后，仿真结果显示，与多维标度MDS-MAP算法及自适应局部区域循环搜索DALSA相比，所提算法在精度上有较明显的提高.

促聚合与生物矿化改善轨道板用钠水玻璃性能

李茂红, 潘璋, 凌晨博, 姚宁, 李书娴, 王平

2019, 54(4): 879-884. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180599

摘要(381)

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摘要:
为改善高铁轨道板涂料用钠水玻璃力学强度和耐水性，通过添加Ca(H₂PO₄)₂，达到促进钠水玻璃生物矿化、提高硅氧聚合程度的目的. 首先在钠水玻璃中添加Ca(H₂PO₄)₂制作样品，以未添加Ca(H₂PO₄)₂的样品作空白对照；然后用万能材料试验机、耐水性试验检测样品性能，并用X-射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪、固体核磁共振仪测试其微观组成和结构. 研究结果表明：Ca(H₂PO₄)₂添加导致钠水玻璃力学强度提高160%，耐水性由浸水2 h完全溃散提高至浸水7 d无明显损坏；促使钠水玻璃仿生矿化形成力学强度高、耐水性好的人体骨主要无机成分Ca₈H₂(PO₄)₆•?H₂O-NaHCO₃-H₂O；增强钠水玻璃中硅氧的聚合，使之形成耐水性更好的硅氧聚合体. 可推断得，添加Ca(H₂PO₄)₂可明显提高钠水玻璃凝结硬化后力学强度和耐水性，具有应用于轨道板涂料的前景.

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2019年第54卷第4期

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