西南交通大学学报

基于自回归条件异方差转换指标的非线性损伤识别

郭惠勇, 王志华, 李正良

2020, 55(3): 459-466, 517. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180316

摘要(552)

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摘要:
为了解决时域非线性损伤的识别问题，基于自回归条件异方差（ARCH）模型的基本理论给出了ARCH模型建模的定阶方法及模型参数估计的极大似然估计法；分析了结构非线性损伤的特性，提出了基于ARCH模型的非线性损伤识别原理；考虑到基于自由度的损伤指标难于判断损伤位置，故提出了一种自回归条件异方差转换指标；在测量误差和模型误差的影响下，使用3层框架结构的非线性损伤试验来验证该损伤指标的有效性. 试验结果表明：非线性间隙距离为0.05 mm和0.10 mm时，损伤位置第3层的自回归条件异方差转换指标值比传统的倒谱测距转化指标值高21.7%以上；当非线性间隙距离为0.20 mm时，第3层的自回归条件异方差转换指标值比倒谱测距转化指标值高3.7%.

滑坡灾情数据多层级语义检索方法

朱庆, 李茂粟, 丁雨淋, 冯斌, 张骏骁, 曹振宇, 仇林遥, 殷浩

2020, 55(3): 467-475. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180695

摘要(645)

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摘要:
如何在海量多源多模态的滑坡灾害时空大数据中快速精准地发现满足灾情评估任务需求的优势信息，是综合减灾救灾的关键. 传统灾害数据检索多以“人工经验+关键字”的被动检索方式为主，难以兼顾任务的精确性与时效性，为此，提出了一种面向评估任务的滑坡灾情数据多层级语义检索方法. 通过建立滑坡灾情评估任务对数据特征需求的显式语义描述及任务需求与数据特征之间的高级语义映射，并据此设计多层级语义匹配的数据检索算法，面向灾情评估任务实现优势数据汇聚. 以四川茂县滑坡灾害评估为例进行实验分析，本文检索方法查询效率具有明显优势，900 km²、90 d范围内的灾情数据精准检索效率达到秒级，且推荐优势数据集的准确性高，60 d时间差距阈值下推荐结果平均贴近度达到90%以上. 结果表明本方法可根据任务需求准确可靠地快速自动获取灾害数据，从而显著提高减灾应急响应能力.

框架结构箱型构件的通用齐次广义屈服函数

杨绿峰, 宋沙沙, 解威威, 张伟

2020, 55(3): 476-484. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180754

摘要(629)

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摘要:
为了克服传统广义屈服函数的局限性，建立了适用于平面和空间框架结构，且对截面几何尺寸不敏感的箱型构件通用齐次广义屈服函数，提出了箱型框架极限承载力分析的高效线弹性迭代方法. 首先，通过对比分析遴选出对截面几何参数不敏感的箱型截面广义屈服函数作为基准；然后，根据全面试验法确定了拟合配点，并通过回归分析建立了考虑轴力和双向弯矩联合作用的箱型截面通用齐次广义屈服函数；最后，结合弹性模量缩减策略，提出了箱型截面框架结构极限承载力分析的高效线弹性迭代方法. 研究结果表明：建立的箱型截面通用齐次广义屈服函数不仅克服了普通广义屈服函数计算结果不稳定的缺陷，而且克服了现存齐次广义屈服函数存在的对截面几何尺寸敏感且不适用于空间结构等问题；建立的结构极限承载力分析的方法较传统的弹塑性增量分析法相对误差不超过3%，且计算时间不足传统分析法的10%，均表明本文建立方法的精确性和适用性.

垮塌区隐患资源爆破开挖变形响应的DDA法

徐海, 罗周全, 文磊, 秦亚光

2020, 55(3): 485-494. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190033

摘要(706)

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摘要:
针对地下金属矿山垮塌区隐患资源开采的安全问题，应用非连续变形分析法（DDA）研究垮塌区隐患资源在爆破动荷载作用下的变形响应. 通过势能极小化原理和平面应变假设探讨DDA法的计算过程，在DDA模型中引入自由场边界和设置边界单元体的法向与切向自由阻尼器来模拟垮塌区边缘采场的爆破开挖，讨论了注浆加固后的垮塌区滑移面附近区域在爆破动荷载作用下的变形特征. 研究结果表明：DDA模型中的输入波表现出明显的滞后性，根据输入波的滞后性计算波的传播速度与现场实测结果非常接近；爆破开挖后垮塌区滑移线下部区域的变形明显小于上部区域，与实际开挖后现场的监测结果相符合；距离爆源越远的监测点，速度放大系数越大，在DDA法中引入自由场边界和边界单元的自由阻尼器来研究垮塌区边缘采场在爆破动荷载作用下的变形响应是可靠的.

考虑行人同步率的随机行走人群模型

操礼林, 曹栋, 于国军, 李爱群

2020, 55(3): 495-501. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180656

摘要(643)

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摘要:
为了研究行走人群协同性对结构人致振动的影响，基于考虑行人同步率的随机行走人群模型，对人群行走下人行天桥的竖向振动问题就行了分析. 首先通过行走人群随机性分析，提出了考虑行人同步率的随机行走人群集中模型和离散模型；其次在两类模型下考虑人-结构竖向耦合作用，建立了随机行走人群作用下结构竖向振动响应分析方法；最后对比分析了人行天桥在不同随机行走人群模型下的竖向加速度响应和动力特性参数的变化规律. 研究结果表明：两类模型行人行走下，人行天桥的1 s均方根加速度响应随人群密度的提高先增大后减小；人群密度超过0.2人/m²后，随机行走人群离散模型下的人行天桥1 s均方根加速度大于集中模型，且增大集中模型同步区行人间距有利于减小结构振动响应；随着人群密度的增大，人行天桥瞬时频率不断减小，瞬时阻尼比则先增大后减小，集中模型和离散模型下人行天桥瞬时阻尼比分别最大提高到6倍和7倍；考虑行人同步率的随机行走人群模型能准确反映人行天桥实际所受到的人群行走荷载作用，可为人行天桥人致振动响应分析与评估提供参考.

功能梯度输流管在弹性基体中的热弹性振动分析

仝国军, 刘永寿, 王颖超

2020, 55(3): 502-508. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180287

摘要(598)

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摘要:
为了研究嵌入弹性基体功能梯度输流管的流固耦合振动问题，首先根据欧拉梁模型理论推导得到功能梯度输流管道的振动控制方程，然后采用微分求积法对振动控制方程进行求解，最后根据计算结果详细讨论了材料组分的体积分数、温度、长细比及弹性基体的弹性系数对系统的固有频率及临界流速的影响. 研究结果表明：（1）内部材料组分的体积分数增大会使系统的无量纲固有频率增大，临界流速减小（指数n由0增大到10，流速为0时的固有频率增大约13%，临界流速减小约6%）；（2）随着温度的升高，系统的固有频率和其临界流速都会降低（长径比为100时，温度升高30 K，流速为0时的固有频率减小约4%，临界流速减小约14%），减小长径比会使得系统的固有频率明显下降（长径比为100、50和20时，系统的固有频率分别为160、41.1和11.87.）；（3）系统的固有频率随着管道外径的增大而降低，管壁越薄变化越快，管壁越厚变化越慢（外径由0.1 m增大到0.11 m时，其固有频率的下降幅度约为外径由0.19 m增大到0.2 m时的100倍）；（4）弹性基体弹性系数k增大会提高系统的固有频率（k增大3倍，系统的固有频率提高了约74%）.

基于透明土技术的桩后土拱效应特征分析

陈强, 董桂城, 王超, 朱宝龙, 赵晓彦

2020, 55(3): 509-517. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190744

摘要(664)

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摘要:
为研究圆桩后土拱效应的特征及演化过程，从细观角度开展了基于透明土技术的桩土相互作用试验研究. 首先开展了透明土配比试验，获取物理力学性质适宜的土体；其次设计了试验系统并得到透明土与桩相互作用的散斑场图像；最后通过particle image velocimetry （PIV）技术分析得到位移矢量图，进一步分析得到透明土位移变化规律. 研究结果表明：通过位移矢量图可以得到圆桩作用下土体运动趋势及土颗粒的位移特征，并可进一步解译得到位移等值线构成的拱形结构，即桩后土拱结构，呈现出抛物线形，其范围与桩径、桩间距及深度有相关性；桩径越大，土拱区域越大，桩径30 mm时，土拱高达100 mm，桩土相互作用的影响范围越大；桩间距越大拱高最大值越大，桩间距80 mm时，土拱高也达100 mm；不同深度下土拱拱高在变化趋势上有较大的相似性，深度越深，土拱的最大拱高越小，深度50 mm时，拱高60 mm；通过拟合公式得到，土拱最大拱高沿桩身方向从桩顶至桩底呈逐渐减小趋势，同时随土体位移增加，表现出先增大，后趋于一稳定值的特征，其稳定值的大小与桩径呈正相关、桩间距呈正相关及深度呈负相关.

基于多特征检验的三维沥青路面裂缝检测

邱延峻, 王国龙, 阳恩慧, 余孝丽, 王郴平

2020, 55(3): 518-524. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180270

摘要(771)

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摘要:
针对由裂缝对比度低、路面纹理复杂多变等因素引起的沥青路面三维图像的裂缝检测精度低的问题，对原始三维裂缝图像进行尺寸降维、灰度校正、高斯滤波等预处理；然后以图像截面为研究对象，分别对4个方向的截面依次进行特别设计的倾斜度、高斯分布、边缘梯度3种特征检验，从而获得裂缝截面；接着对各个方向的裂缝截面进行融合和去噪，获得完整的裂缝二值图像；最后，根据路面粗糙度的高低，变化高斯分布特征检验中的相关参数，实现裂缝的高精度检测. 研究结果表明：提出的算法能达到89.19%的准确率、93.69%的召回率及91.06%的 F 值，优于基于三维光影、种子识别的典型三维图像裂缝检测方法.

可调高度式支座的性能及应用

汪洋, 王梁坤, 施卫星, 刘成清

2020, 55(3): 525-530. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180391

摘要(941)

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摘要:
为克服现有工程中钢支座难以调节高度的缺陷，提出了可在一定范围内调节自身高度的可调高度式支座，以适应现场施工条件的复杂性和多变性，确保工程结构构件的精准支承并提高工作效率，该支座的调高系统分为粗调和精调. 调节高度前，在支座和支撑结构之间设置千斤顶，对千斤顶施压后顶起上部结构，然后通过增减垫板的数量进行粗调，再通过旋钮调高螺栓调整锲块的位置（精调）. 以该支座在某人行天桥项目中的应用进行分析，详细介绍了支座的布置位置、施工流程及所使用的位移、应力应变健康监测系统，以支座合力作为不同施工阶段中支座调高的依据. 研究结果表明：该支座可实时监测支座反力并调节支座高度，能够使支座间的压力数值差距显著减小，同时可以消除拉力项，如东南桥台，最大压力差由调节前的2 266.8 kN减小为调节后的39.4 kN；使各个桥台的支座合力值相近，各桥墩及基础受力趋向均匀，能够提高桥墩及基础的安全性及耐久性.

变坡条件下浅埋偏压隧道围岩压力解析法

严涛, 李坤杰, 牟智恒, 张佳鑫, 于丽, 李琦, 李国庆, 彭涛

2020, 55(3): 531-536. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180825

摘要(1037)

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摘要:
目前浅埋偏压隧道围岩压力主要采用隧规计算方法，而对于左右洞隧道洞门不在同一里程，一侧需要开挖路基边坡，使隧道从自然放坡状态转为邻路基变坡状态的工况，隧规不适用于计算其围岩压力. 依托安徽某高速公路，运用极限平衡原理推导了邻路基变坡条件下浅埋偏压隧道围岩压力解析解. 计算结果表明：由于变坡的存在，深埋侧修正算法计算竖向围岩压力小于规范法，相对误差为15.98%，水平围岩压力保持不变；浅埋侧修正算法计算竖向围岩压力及水平压力均小于规范法，其竖向压力相对误差为24.93%，水平压力相对误差为5.50%，变坡的存在对浅埋侧影响较大；对比围岩竖向及水平偏压率，有变坡围岩偏压率更大；围岩位移、应力及等效应力，有变坡约为无变坡的1～5倍，围岩及结构更加偏于不安全.

基于LES的跨海桥梁施工期围堰波流力数值模拟

康啊真, 殷瑞涛, 祝兵, 李鑫, 张家玮

2020, 55(3): 537-544, 587. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180222

摘要(635)

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摘要:
跨海大桥基础施工可能面临水深、浪大和流急等恶劣海况，波流力甚至可能成为围堰施工的主要控制荷载. 为研究跨海桥梁施工期围堰波流力，采用垂向多层σ坐标变换模型追踪三维波流自由液面，添加浸没边界法（IBM）处理不规则结构物界面，建立了基于LES的三维波流与结构物相互作用的数值模型，利用所建立并验证的三维数值模型模拟不同长宽比的矩形围堰与斜向波流的相互作用. 分析结果表明：所建立的三维数值模型能够较好地模拟矩形结构波流力；长宽比为1.0时，由于结构的对称性，波流入射角对围堰总波流力影响很小，增幅均在5%以内；随着长宽比的增加，波流入射角对围堰总波流力的影响增大；如长宽比为2.0时，波流沿纵桥向入射时（90°）结构的总波流力约为沿横桥向入射时（0°）总波流力的2.48倍. 与纯波情况相比，矩形围堰波流力普遍比纯波力偏大，但入射角对结构纯波力或波流力的影响系数较为接近.

无接触网供电车辆电磁-热场耦合计算

王艳琴, 张秋敏, 林飞宏, 董亮

2020, 55(3): 545-551. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191123

摘要(525)

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PDF 1324KB(18)

摘要:
无接触网供电技术在城市轨道交通中的应用受到越来越广泛的关注，大功率无接触电能传输的实际应用还有许多问题需要论证，其中电磁感应导致的涡流发热问题引起人们的普遍重视. 依据电磁感应原理和传热学，建立无接触网供电车辆感应加热模型，采用有限元法计算无接触网供电车辆热场分布，对不同载荷工况下的车辆的发热情况进行数值仿真，并对采用散热器和风冷两种散热方式的接收线圈的散热性能进行对比研究. 研究结果表明：接收线圈和转向架温度升高明显；随着发射线圈电流增加以及气隙距离的减小，车辆各个部位的温度都有上升趋势；装有散热器的接收线圈最高温度比不含散热器时降低了126.0 ℃，通过改变散热器的传热系数能进一步提高散热器的散热性能；采用风冷散热方式接收线圈温度降低了131.2 ℃，与散热器相比，风冷的散热性能略好，且随着风速增加风冷效果更加突出.

不同水分含量油浸纸板沿面放电发展过程及特性

吴广宁, 周芃, 高波, 于瑞, 胡广才

2020, 55(3): 552-560. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190210

摘要(609)

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PDF 1733KB(16)

摘要:
电力变压器内部水分增加将严重影响油纸绝缘性能，导致绝缘纸板表面更容易出现沿面放电故障. 为了研究交流电压下不同水分含量绝缘纸板的沿面放电特性，建立了典型的针板沿面放电模型. 基于脉冲电流法实时测量沿面放电模型的放电特征图谱，同时采用高速相机记录绝缘纸板上白斑形成和发展过程. 分析了不同水分含量纸板起始放电电压和闪络电压的变化趋势，以及沿面放电特征参数变化趋势. 分析结果表明：纸板含水量的增加导致起始放电电压显著降低；不同水分含量纸板的沿面放电和白斑形成发展过程均可划分为4个阶段，沿面放电过程和白斑形成发展的4个阶段存在一一对应关系；通过观察分析绝缘纸板微观结构，发现试验后的纸板纤维严重断裂，且纸板中水分含量越高，纸板表面受损害越严重，纸板含水量从小于0.5%增加到3.8%时，起始放电电压下降了61.3%.

高压输电塔主材的角钢并联加固轴压承载力

姚瑶, 王凌旭, 张有佳

2020, 55(3): 561-569. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190370

摘要(580)

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PDF 1206KB(15)

摘要:
提高输电杆塔主材局部稳定性的承载力，可有效地避免输电塔倒塌事故的发生. 为此，通过6个轴心受压角钢并联加固试验、1个单角钢轴心受压试验和分析13个有限元模型，得到了试件的荷载-位移曲线和荷载-应变曲线以及构件的Mises应力云图，确定了试件的受力规律和应变规律以及设计参数对构件承载力的影响规律. 分析表明：试件原角钢的局部屈曲失稳为试件主要破坏形式；加固角钢的单元最大强度达到223.1 MPa；填板夹具的单元最大强度达到83.7 MPa；试件整体应变以竖向应变为主，填板夹具以剪切应变为主；均匀受压板理论的屈曲公式可以较好地计算出该加固试件的极限承载力；角钢并联加固法可以提高单角钢40%承载能力.

含特殊负荷的配电网分层故障定位方法

高锋阳, 李昭君, 袁成, 李晓峰, 齐晓东

2020, 55(3): 570-578. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190414

摘要(535)

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PDF 783KB(11)

摘要:
特殊负荷接入配电网，增强了电源、负荷与电网之间的互动性，对故障定位提出了更高的要求，为此，提出了一种快速定位故障点的分层定位方法. 首先分析基于遗传算法的单层含特殊负荷配电网故障定位的不完备性；其次在单层模型的理论基础上，提出改进量子免疫算法的区域定位方法和隐枚举法的区段定位方法；最后对所提模型和基于单一智能算法的单层模型进行了对比仿真实验. 结果表明：与遗传算法、免疫算法和改进量子免疫算法构建的单层定位模型相比，所提分层定位方法大大简化了故障辨识模型的复杂度，在提高定位效率的同时保证了定位的容错性和稳定性，可将故障搜索维度降低69%，故障定位耗时在1 s以内，故障辨识率达到100%.

层次极限学习机用于高光谱图像预测绝缘子污秽度

杨刚, 李恒超, 谭蓓, 石超群, 张血琴, 郭裕钧, 吴广宁

2020, 55(3): 579-587. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190093

摘要(612)

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PDF 1031KB(15)

摘要:
高光谱图像具有图谱合一、光谱范围广及分辨率高等优势，能精细化地反映物质微观特性. 为此，引入高光谱成像技术以非接触式预测绝缘子污秽度. 考虑到极限学习机具有学习效率高和泛化能力强等优点，提出基于正则化约束极限学习机的绝缘子污秽度预测（extreme learning machine-insulator pollution degree prediction，ELM-IPDP）模型. 此外，为进一步提升预测性能，引入层次极限学习机从复杂的高光谱图像中学习出有效、抽象、判决性特征表示，继而建立基于层次极限学习机的绝缘子污秽度预测（hierarchical ELM-IPDP，HELM-IPDP）模型. 在不同的训练集与测试集比例和不同隐含层神经元个数的情况下分别进行实验，从实验结果可知：ELM-IPDP模型和HELM-IPDP模型的预测性能基本上随着隐含层神经元个数和训练样本的增加而不断提高；当训练集与测试集比例为9∶1时，ELM-IPDP模型的均方根误差和相关系数分别为0.040 3和0.944 7，而HELM-IPDP模型的均方根误差和相关系数分别提升到0.022 3和0.972 0.

一阶逻辑中的扩展子句消去原则

宁欣然, 徐扬, 何星星

2020, 55(3): 588-595. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180974

摘要(542)

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摘要:
对于一阶逻辑定理证明器，子句集化简一直是必不可少的步骤，这将有助于提高后续一阶逻辑定理证明器的证明效率. 针对子句冗余性的判断，提出了一种评估子句冗余性的原则：集合蕴涵模归结原则. 并且证明了该原则在不带等词一阶逻辑上的可靠性，根据该原则删除子句，不会影响原始子句集的不可满足性或者可满足性. 此外，依据该原则提出了两种新型的一阶逻辑预处理方法：集合归结包含消去（set resolution subsumption, SRSE）方法和集合归结不对称恒真消去（set resolution asymmetric tautology elimination, SRATE）方法，并证明了这两种子句消去方法在不带等词一阶逻辑子句集上的可靠性. 最后在理论上比较了SRSE方法和归结包含消去（sesolution subsumption elimination, RSE）方法以及SRATE方法和归结不对称恒真（sesolution asymmetric tautology elimination, RATE）方法之间的有效性，结果表明SRSE方法和SRATE方法分别比RSE方法和RATE方法更为有效.

铁路信号安全关键软件的组合测试序列集约简

饶畅, 李楠, 张亚东, 郭进, 李耀

2020, 55(3): 596-603. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190157

摘要(636)

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PDF 781KB(10)

摘要:
针对现有铁路信号系统安全关键软件t-路组合测试序列生成方法在处理大规模输入时产生冗余测试序列，导致测试执行成本较高的问题，提出了一种基于贪婪-粒子群混合优化算法的t-路组合测试序列集约简方法，用于降低序列集的执行成本. 首先，以执行成本最低为约简目标，建立针对t-路组合测试序列集约简的优化模型；然后，在保证测试序列集逻辑覆盖特性的基础上，采用贪婪-粒子群混合优化算法求解模型，计算约简后的测试序列集；最后，以ZPW-2000轨道电路接收器软件作为研究对象，以其生成的2-路组合测试序列集为例开展约简验证. 结果表明，所提方法在保证2-路组合覆盖和逻辑覆盖的前提下，对单个序列集的执行成本约简幅度最高达到98.33%，对序列集总的执行成本约简幅度达到36.10%，验证了所提方法的可行性和有效性.

有轨电车燃料电池混合动力多目标匹配优化

付稳超, 齐洪峰, 戴朝华, 李密, 刘正杰, 陈维荣

2020, 55(3): 604-611. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180370

摘要(670)

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PDF 1425KB(19)

摘要:
有轨电车燃料电池混合动力系统配置对整车动力性能、系统效率及经济效益具有重要影响，但是目前缺乏有效的优化匹配方法. 基于有轨电车沿线动态工况下的牵引功率计算，提出了面向服役周期成本最低的燃料电池有轨电车混合动力系统匹配优化方法. 以混合动力系统整车服役周期成本最低、体积/重量最小为目标函数，以动力性能、直流母线电压、电源输出功率、功率/能量实时平衡、储能系统充放电倍率及其充放电深度和SOC （state of charge）为约束条件，建立了多目标多约束配置优化模型. 采用多目标优化方法获取Pareto前沿，同时给出了体积/重量可接受、经济性最优的推荐方案确定方法. 仿真结果表明，多目标匹配优化方法配置的有轨电车燃料电池混合动力系统满足了所有设计指标，混合动力系统全寿命周期成本从7 000万元降为1 500万元.

多式联运网络中的托盘共用调度方法

任建伟, 孟祥冬, 陈春花, 张锦, 章雪岩

2020, 55(3): 612-619. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190340

摘要(489)

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PDF 882KB(15)

摘要:
为解决多式联运网络中的托盘共用调度决策难题，采用非线性规划、混合整数规划和改进粒子群算法（particle swarm optimization，PSO）等方法优化了托盘共用系统，研究了在管理者可以选择水路、公路和铁路3种运输模式运输托盘时，管理者应采取的调度方法. 首先分析了多式联运网络中的托盘共用调度流程；其次构建了多式联运网络中的托盘共用调度混合整数非线性规划模型，模型中考虑了转运时间、转运成本、作业批量、托盘毁坏率、时间约束等因素；然后设计了带惯性因子的粒子群算法（PSO with inertia weigh，IPSO）和带压缩因子的粒子群算法（PSO with constriction factor，CPSO）；最后通过实验分析验证了模型和算法的有效性. 研究结果表明：较单一的公路运输，采用多式联运网络中的托盘共用调度模型总成本降低了69.1%；与CPSO相比，IPSO得到的调度总成本降低了1.82%；客户的期望满足时间越宽松时，采用多式联运的方式调度托盘越能节约调度成本；多式联运所耗费的转运时间和转运成本直接影响托盘共用调度决策.

基于静动态抗滑特性的路面构造深度测量算法

冯兴乐, 张海鸥, 李伟, 刘亚敏, 张绍阳

2020, 55(3): 620-627. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180282

摘要(661)

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摘要:
路面湿滑是诱发交通事故的重要因素，为了解决构造深度和摩擦系数分别从路面静态纹理和动态摩擦运动角度方面反映路面抗滑性时存在的不一致问题，基于激光视觉测量方法得到沥青路面点云数据，提出一种有效构造深度测量算法；首先利用B样条对点云数据进行断点插值，在研究轮胎和路面接触摩擦的几何结构和抗滑机理的基础上，修正路表凹陷点数据；采用断面法估算构造深度，并和摩擦系数测试仪所得的数据进行相关性分析. 研究结果表明：本算法得到的横向和纵向平均构造深度与摩擦系数的相关系数分别为0.896和0.887，优于铺砂法的0.504；该方法能通过静态的构造深度隐性地反映动态的摩擦系数，兼具激光视觉测量方法的高效率和摩擦系数刻画抗滑性能的客观性，达到效率和精度的统一.

模拟深海环境砂土地层的材料配比试验研究

沈翔, 袁大军, 曹宇陶, 高振峰

2020, 55(3): 628-634. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180285

摘要(438)

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摘要:
为了研究可近似模拟琼州海峡深海环境下砂土地层的相似材料，基于正交试验法，以重晶石粉/标准砂、黏结剂浓度、凡硅比和石膏含量作为4个控制因素，对不同配比相似材料的物理力学参数的变化规律进行了分析. 首先确定标准砂、重晶石粉作为骨料，凡士林和硅油作为黏结剂，石膏粉作为调节剂，其次基于正交试验原理设计25组相似材料配比，分别进行密度试验、直剪试验、压缩试验以及渗流试验，得到了重度、内摩擦角、黏聚力、压缩模量以及渗透系数等物理力学指标，通过极差和显著性分析，研究了各个控制因素对材料参数的影响规律，并对25组试验结果进行了去异常点的多元线性回归分析. 研究结果表明：相似材料重度受重晶石粉/标准砂比值的影响最大，石膏的比例是控制压缩模量的主要因素，内摩擦角和黏聚力无主要控制因素，重晶石粉的比重主要控制着渗透系数的大小；适用于深海环境砂土地层条件下的相似材料配比为重晶石粉/标准砂0.4，黏结剂浓度4.5%，凡硅比3∶1，石膏含量3%.

UV/PS降解阿特拉津机理及动力学分析

陆一新, 何悦, 张建强, 符琛琛, 陈佼

2020, 55(3): 635-642, 680. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180523

摘要(557)

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摘要:
为了解决阿特拉津（atrazine，ATZ）对水体污染问题，采用紫外/过二硫酸盐（ultraviolet/peroxodisulfate，UV/PS）降解水体中的ATZ，考察了不同pH值、UV强度、PS浓度、温度条件下UV/PS对ATZ的降解效果，同时对其降解机理、降解动力学及降解路径进行了探讨. 机理分析表明，UV可使ATZ发生光解，UV/PS能快速降解水体中ATZ，中性偏碱性条件下UV/PS体系中同时存在SO₄⁻• 和 •OH. 动力学分析表明，不同温度、pH值、PS浓度、UV强度条件下UV/PS降解ATZ动力学符合准一级反应动力学. 降解路径分析表明，ATZ主要通过脱氯、加羟基、脱乙基、脱异丙基等方式被降解，几种降解方式并不孤立，但三嗪环并未开环降解. 试验结果表明，反应体系温度为25 ℃，PS浓度为70 μmol/L，UV强度为50 mW/cm²，反应体系初始pH为5.8，反应时间为20 min时，UV/PS体系对2.5 μmol/L ATZ的降解率可达91.03%.

BFRP网格改良藏式毛石墙体受力性能试验研究

黄辉, 杨丹, 陈科, 贾彬

2020, 55(3): 643-649. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180455

摘要(570)

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摘要:
为研究玄武岩纤维复材（basalt fiber reinforced polymer，BFRP）网格改良藏式毛石墙体（简称毛石墙体）的受力性能，分别进行了4片毛石墙体的受压试验及低周水平往复加载试验. 重点研究竖向及水平往复荷载作用下BFRP网格改良毛石墙体的受力行为、破坏形态、承载能力、耗能性能、刚度退化规律等. 试验结果表明：竖向荷载下BFRP网格改良毛石墙体墙身裂缝发展较未改良毛石墙体缓慢，其平均极限抗压承载力是未改良毛石墙体的2.72倍，改良毛石墙体的最终破坏形态为BFRP网格受拉断裂后墙体面外失稳破坏；低周水平往复荷载作用下BFRP网格改良毛石墙体的耗能性能和抗剪承载力较未改良毛石墙体有显著提高，其平均峰值抗剪承载力提高幅度达74.3%；BFRP网格改良毛石墙体的最终破坏形态为斜向贯通裂缝处BFRP网格受拉断裂后墙体的剪切破坏.

地铁先锋扣件地段钢轨波磨成因

吴波文, 陈光雄, 赵晓男, 朱琪, 康熙

2020, 55(3): 650-657. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180371

摘要(622)

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摘要:
为了研究先锋扣件地段钢轨波磨的成因并给出应对措施，基于摩擦自激振动引起钢轨波磨的理论，建立了包括导向轮对、轨道系统的自激振动有限元模型，使用复特征值法研究了轮对-轨道系统的动态稳定性；通过参数敏感性分析寻找影响钢轨波磨的主导因素，提出抑制乃至消除钢轨波磨的措施. 研究结果表明：轮轨间饱和的蠕滑力引起的轮对-轨道系统频率为319 Hz的自激振动是导致内侧钢轨严重的波磨的主要原因，模型预测的波磨波长为51.4 mm，与实测数据非常接近；参数敏感性分析表明，先锋扣件中的橡胶支承块的弹性模量和阻尼系数越大，钢轨波磨发生的可能性越低；采用弹性模量和阻尼系数有利于抑制乃至消除钢轨波磨，将阻尼系数提高到0.000 1可显著抑制钢轨波磨.

外物损伤对25CrMo4合金车轴钢疲劳性能的影响

吴圣川, 徐忠伟, 康国政, 何卫锋, 戴光泽

2020, 55(3): 658-663. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180308

摘要(625)

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摘要:
为研究外物损伤（FOD）与25CrMo4钢疲劳性能的关联，采用空气炮装置开展高铁车轴钢试样的FOD模拟试验. 首先于试样表面预制FOD缺陷；其次，通过旋转弯曲疲劳试验获得光滑试样和含FOD试样的应力-疲劳寿命（S-N）曲线；同时，基于有限元方法估算不同缺陷试样的应力集中系数，结合Peterson公式预测疲劳缺口系数（FNC）和疲劳极限. 研究结果表明：FOD车轴钢试样的疲劳性能明显低于光滑试样，冲击速度越高，疲劳性能越低；其中边缺陷的疲劳缺口系数最大为1.52，面缺陷最小，约为1.14，但疲劳寿命分散性较大；与试验结果相比，仿真模拟和理论计算可获得更低（偏于保守）的疲劳强度估算值.

仿粒突箱鲀的起重机箱梁风荷载减载设计方法

王玉璞, 程文明, 杜润, 王书标, 邓勇

2020, 55(3): 664-671. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190085

摘要(589)

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摘要:
风荷载是起重机大车运行时的重要载荷，主梁作为起重机的主要挡风构件，针对主梁的减载设计可以有效地降低起重机运行能耗，本文以粒突箱鲀的结构为启发，探究起重机箱梁风荷载的仿生减载设计方法. 首先运用灰度转换、二值图像转换及边缘检测方法提取箱鲀鱼嘴特征廓线，获得以箱梁特征高度为设计变量的仿生设计模型，然后通过箱梁迎风面附着轻质材料的方式实现传统起重机箱梁的仿生设计，并运用计算流体力学软件（FLUENT）对仿生设计进行评估. 研究结果表明：以某40 t集装箱起重机箱梁为例，采用聚苯乙烯泡沫作为轻质贴附材料的仿生箱梁较传统箱梁结构风阻减小65.77%，而仿生贴附结构仅使箱梁增重2.28%；仿生箱梁的流线外型减轻了由迎风面处边界层分离带来的流场扰动，降低了结构的气动力脉动值，提高了起重机在风场中运行的平稳性.

变微分模态分解罚参量选择方法与时变系统识别

靳行, 林建辉, 陈谢祺

2020, 55(3): 672-680. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190357

摘要(584)

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摘要:
针对变微分模态分解（variational mode decomposition，VMD）罚参量会对分解结果产生影响的问题，提出一种基于数据驱动的VMD罚参量选择方法.该方法首先通过傅里叶变换的主频峰值确定罚参量；然后调整层数参量，获得有限个固有模式分量，通过对比不同层数参量时所得固有模式分量的固有频率与阻尼比变化，剔除伪分量；最后对真实固有模式分量进行希尔伯特变换，用于识别时变系统的瞬时频率. 为证明所提方法对时变系统识别的有效性和准确性，分别对具有时变刚度的结构系统和柴油发动机的时变做功过程进行研究，将所提方法结果与经验模态分解方法结果进行比较. 比较结果表明，当罚参数取值是信号最大幅值的1.5～16.0倍时VMD分解结果最优，所提方法可以更准确地识别瞬时频率，在工程应用中的能够更有效地对系统瞬时频率进行识别.

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2020年第55卷第3期

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