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第47卷,第7期
刊出日期:2019年7月
  • 联合支挡结构中抗滑桩设计参数分析与优化
    谢明星,郑俊杰,曹文昭,苗晨曦 p1-7
    提出了联合支挡结构支挡结构的稳定系数计算公式,并依托实际工程建立数值模型.通过与桩基托梁挡土墙和桩板墙进行对比,验证了联合支挡结构支挡高填方路基的优越性.分析了桩间距、桩身截面尺寸和锚固长度对抗滑桩弯矩和水平位移的影响,结果表明:抗滑桩的截面尺寸对桩身弯矩、位移和结构的稳定性均有较大影响;桩间距变化对桩身弯矩的影响较小,但对结构的稳定性影响较大;实际工程中应尽量减小平台与基岩交界面之间的顺坡倾角,并将挡土墙水平位移控制在适当的范围内.
  • 高速冲切诱发应变能瞬态释放动力效应
    严鹏,董凯,宁金华,刘军 p8-12
    建立了弹-靶冲切模型,通过数值模拟获得了应力瞬态卸荷条件下靶板能量的变化过程;提出了考虑时间效应的能量释放速率指标,建立了以能量释放速率为核心的能量破坏准则,揭示了应力瞬态卸荷条件下靶板的破坏机理;同时,分析了靶板损伤程度与卸荷速率的关系.研究表明:在高速冲切诱发的应力瞬态卸载条件下,靶板中的能量呈现出动态波动的特征,应变能先减小后增大最后趋于稳定,动态变化过程中产生动力峰值.能量快速释放是导致靶板破坏的重要机理之一,在40 MPa的应力水平下,能量瞬态释放可使靶板损伤区范围增大4.8%~11.9%.
  • 钢筋混凝土空腔墙滞回性能研究
    徐刚,张瑞君,李爱群 p13-18
    为研究空腔墙的滞回性能,开展了一个普通墙和三个空腔墙的拟静力试验,并提出了适用于空腔墙的数值建模方法.分析了不同墙体的塑性发展、破坏形态,以及特征点的荷载、变形和受力差异.研究结果表明:低矮剪力墙的破坏模式为剪切破坏,耗能能力低、延性差;在低矮剪力墙中设置空腔可有效地降低剪力墙的刚度和承载力,空腔越大,其刚度和承载能力降低越多;空腔的存在使得暗柱和空腔壁的裂缝发展和分布更加均匀细密,更有利于耗能,在剪力墙中通过合理设置空腔,可以实现刚度、承载力和延性的合理匹配;通过放松剪力墙底部的约束和设置多个空腔可以达到提高剪力墙延性和改善破坏模式的目的.提出的分层壳模型可以较准确地分析和预测空腔墙在侧向荷载作用下的内力和位移响应.
  • 集束式长短剪力钉抗剪性能参数影响研究
    刘沐宇,李苏,张强 p19-23
    为了明确剪力钉直径和间距变化对集束式长短剪力钉抗剪性能的影响,通过10组共计34个推出试验,分析了集束式长短剪力钉试件与标准推出试件之间抗剪承载力、抗剪刚度和破坏形态的变化规律,获得了集束式长短剪力钉的荷载-滑移关系,提出了考虑剪力钉顶杆直径和间距变化的集束式长短剪力钉的抗剪承载力计算公式,明确了集束式剪力钉布置下群钉的折减系数.试验结果表明:抗剪承载力和抗剪刚度随着剪力钉直径和纵向间距的增大而增大;群钉的抗剪承载力折减系数为0.71.
  • 桥上Ⅲ型板式无砟轨道纵向力计算模型简化
    张鹏飞,桂昊,雷晓燕 p24-28
    为简化大跨连续梁桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路纵向力计算模型,基于原有计算模型、连续梁桥受力特点及梁-板-轨相互作用原理提出简化的等截面计算模型,并将新的模型与原变截面模型分别在伸缩力、制动力及挠曲力工况下的计算结果进行对比分析.结果表明:简化模型与原模型在伸缩力和制动力工况下各结构纵向力与位移变化趋势基本一致,计算结果误差均不到1%,满足工程需要;简化模型与原模型挠曲力工况下计算结果相差很大,挠曲力工况下须根据连续梁实际截面参数进行建模计算;各轨道及桥梁结构挠曲受力与变形均很小且一般不作为设计检算指标.提出的简化模型其建模速度和计算效率可提高20%~40%.
  • 正常固结黏土边坡可靠度随机有限元分析
    朱德胜,高越,费康 p29-33
    基于概率和统计理论,对适用于正常固结黏土边坡的不排水强度随机场进行模拟,得到不排水强度均值从0开始随深度线性增长的非平稳随机场模型.基于生成的非平稳随机场模型,建立考虑参数空间变异特性的正常固结黏土边坡随机有限元分析方法,从而揭示不排水强度参数空间变异特性对正常固结黏土边坡可靠度及破坏机制的影响规律.通过对比分析发现:边坡的安全系数较小时,若采用正态分布假设不排水强度,则会低估边坡的失效概率,得到非保守的结果;此时,存在一个最危险相关距离,边坡的失效概率最大.当边坡不排水强度变异系数较大时,结合随机有限元分析得到破坏机制比确定性分析得到的最深滑动面更深.
  • 基于CFD的开式微藻反应器中混合器结构优化
    吴晶,刘佳薇,王静 p34-39
    针对跑道池中藻液的混合性能不足,将用于封闭管式微藻反应器的静态混合器引入敞开式跑道池中,基于计算流体力学(CFD)技术对混合器的结构进行设计优化,并引入平均光暗循环周期( )和单位功耗下光梯度方向上的速度( )来评价藻液的混合性能.首先通过添加混合器并改变其排列方式研究其对藻液的光梯度方向速度、功耗及光暗循环周期的影响,然后运用正交试验法综合分析了叶片的横纵向排列方式、叶片起始位置及蹼轮转速对两个性能指标的影响.优化后的试验方案:蹼轮转速为11 r/min,叶片组数为3,叶片列数为2,弯道距离为100 mm.在该方案下,藻液的混合性能最佳, 缩短了59.7%, 增大了35%.
  • Savonius后置导流板的数值仿真
    郭奋,宋保维,毛昭勇,田文龙 p40-44
    设计了一种自动对流装置,通过后置导流板在来流的作用下自动对准来流,使前置导流板能够处在最佳工作位置.这种系统不仅能够高效发电,而且制造成本低.基于这种设计,数值仿真研究了后置导流板对叶轮的影响.结果表明:叶轮长度越低、距离旋转中心越远,对叶轮的功率系数影响越小.由于发电装置稳定性和工程技术的限制,提出叶轮的最佳布放位置在距离旋转中心2.64D(D为叶轮直径)位置处,此处导流板对叶轮的功率系数影响小于2.6%.
  • 加压热解煤焦的气化反应动力学研究
    汪大千,赵创,吴阳,杨海平 p45-49
    利用常压和加压热重的方法研究了我国典型煤种加压热解焦的CO2气化反应特性和反应动力学,并引入分数维收缩核模型探讨反应级数与煤焦的表面结构特性的关系.实验结果表明:不同煤焦的CO2气化反应速率的大小关系为小龙潭褐煤>神府烟煤 坪寨无烟煤>合山贫煤.与常压热解煤焦的气化反应对比发现:加压热解降低了煤焦的反应性(高灰分的合山贫煤除外),加压热解煤焦的气化反应速率的峰位提前,同时起始气化反应速率减小.煤焦CO2气化反应级数、速率常数与煤焦的表面结构特性及灰分密切相关.理论分析和实验均证明:煤焦比表面积越大,对应的CO2气化反应级数也越大.
  • 低比转速离心叶轮的POD代理模型优化方法
    郭广强,张人会,陈学炳,李仁年 p50-55
    针对离心泵叶轮水力优化过程中须不断预估叶型控制参数扰动对内流场变化的敏感性、计算量随控制参数的维数呈指数倍增长等不足,提出了基于本征正交分解(POD)代理模型的低比转速离心叶轮优化方法.采用泰勒多项式对离心泵叶片型线进行参数化控制,由控制参数扰动得到叶片型线的初始样本集,由叶片型线参数及叶轮CFD内流场数据构建样本快照集.采用POD方法预测各控制参数扰动下的流场,由此预估目标函数对控制变量的敏感性,并沿梯度矢量方向不断优化更新叶片型线.分析结果表明:POD代理模型能够快速地对流场进行精确的预测,大大减少离心泵优化设计的计算量.
  • 自由活塞斯特林发动机相位特性
    牟健,林明嫱,池春云,洪国同 p56-61
    为了研究自由活塞斯特林发动机的振动位移相位特性,建立了耦合发动机热力学和动力学的计算模型.在模型中对压力波进行了线性化处理,得到了自由活塞斯特林发动机两个活塞振动位移之间相位的计算公式.分析了主要参数对发动机相位角的影响规律,发现:自由活塞斯特林发动机必须在一定的充气压力范围内才满足发动机启动的配气活塞位移领先动力活塞位移的相位关系;负载电阻的变化会使电磁阻尼系数发生改变,进而影响相位关系;动力活塞板簧刚度对相位角影响较小,而配气活塞板簧刚度对相位角影响较大.
  • 基于LBM的贯流式水轮机甩负荷特性研究
    李文锋,冯建军,罗兴锜,朱国俊 p62-67
    基于格子Boltzmann方法(LBM),采用壁面自适应局部涡黏模型,对原型贯流式水轮机甩额定负荷的瞬态过程进行了大涡模拟,获得了在活动导叶两段关闭方式下水轮机甩负荷过程中转轮转速、水力矩、轴向力等工作参数的变化规律,探讨了贯流式水轮机在甩负荷过程中导叶和转轮前后的水压变化.计算得到甩负荷过程中转轮最大转速上升率为36.7%,满足电站甩负荷调节的要求.较慢的导叶关闭速率可以降低水压力波动的幅度.对甩负荷过程中水轮机各过流部件内的瞬态流场进行了分析,结果表明:在水轮机甩负荷过程中,水流冲角的变化使得叶片表面产生低压区从而引起空化空蚀,在转轮和尾水管内部存在湍流涡及复杂的二次流动,影响系统的运行稳定性.
  • 基于神经网络的IGBT结温预测
    李国元,严伟,周斌,肖庆中 p68-72
    针对大电流下绝缘栅型双极晶体管(IGBT)饱和压降和集电极电流与结温之间的非线性关系带来的结温预测难题,搭建了大电流下IGBT饱和压降测试系统,获取了结温和集电极电流与饱和压降之间的非线性关系曲线,分析了关系曲线变化规律对应的物理机制.采用Matlab软件建立了误差反向传播(BP)神经网络模型和径向基函数(RBF)神经网络模型进行结温预测.与多项式数学模型预测结果对比表明:两种神经网络模型的预测相对误差和预测误差90%置信区间比多项式数学模型更小,结温预测精度更高;并且BP神经网络模型的预测精度高于RBF神经网络模型,结温预测模型选择时应优先考虑BP神经网络模型.
  • FBMC-OQAM中原型滤波器的快速设计
    蒋俊正,杨玉琳,穆亚起,周芳 p73-78
    针对传统基于滤波器组的多载波-偏移正交调制(FBMC-OQAM)系统设计自由度不高和整体性能不佳的问题,提出一种原型滤波器的快速设计算法.假定FBMC-OQAM系统同一子载波的发送端和接收端采用不同的原型滤波器.将两个原型滤波器的设计问题归结为一个无约束优化问题,其中目标函数为符号间干扰、载波间干扰和原型滤波器阻带能量的加权和.利用目标函数的梯度向量,通过双迭代机制求解原型滤波器.在每次迭代更新中,运用矩阵求逆的等效条件和托普利兹矩阵求逆的快速算法,极大地降低了计算复杂度.理论分析和仿真实验表明:新算法不仅具有低计算复杂度的优点,且设计所得的系统具备更好的整体性能,即原型滤波器阻带衰减更高、系统均方误差更低.
  • 采用轮廓片段空间关系实现遮挡目标识别
    宋建辉,宋鑫,于洋,尹哲 p79-83
    为了实现高比例遮挡情况下的目标识别,提出一种基于轮廓片段空间关系的目标识别算法.首先,在采用轮廓的形状上下文特征进行粗匹配的基础上,对模板图像和待识别图像分别进行图像骨架关键接合点的提取和轮廓形状质心的提取.然后,以图像像素中心点为原点建立坐标系,以图像骨架关键接合点和轮廓片段质心在各自图像建立的坐标系内的位置确定空间关系.最后,制定空间关系参数约束标准,筛选满足空间关系约束准则的目标库图像为最后识别结果.与现有遮挡目标匹配算法相比,该算法可以实现高比例遮挡情况下的目标识别,在目标遮挡比例为60%的情况下,识别率可达到78%.
  • 实矩阵降维的稀疏贝叶斯跳频信号DOA估计
    李红光,郭英,齐子森,眭萍 p84-89
    提出一种基于实数域矩阵降维的稀疏贝叶斯跳频信号到达角(DOA)估计算法.该算法通过酉矩阵变换将复数域信号稀疏表示转换至实数域,利用奇异值分解对实数域数据矩阵进行降维,降低了计算复杂度;通过改进稀疏贝叶斯算法中预设阈值的比较方式和噪声方差初始值的设置方法,减少算法迭代次数.仿真结果表明:在低信噪比或低快拍数条件下,该算法DOA估计精度优于传统的稀疏贝叶斯学习算法,所需计算时间更少,且不受跳频信源相干性影响.
  • 隧道环境的统计物理信道特征参数提取与计算
    周杰,陈珍,薛玉洁 p90-96
    针对隧道无线信道视距和非视距传输环境下的车对车(V2V)通信系统,提出了一种隧道空间物理信道模型,其移动发射机和移动接收机均处于移动状态,无限数量的散射体随机分布在隧道壁上.从隧道空间物理信道模型开始引入了一种随机参考模型,考虑电磁信号的单点散射传播路径,推导出三维空间域信道特征参数,即空-时-频互相关函数、二维时频互相关函数、时间自相关函数和频率相关函数.此外,根据参考模型设计出一种高效的顺式和(SOC)信道仿真模型,其时间自相关和频率相关函数都和参考模型相符合.在信道模型的基础上,分析了V2V系统中天线数量和信噪比与信道容量的关系.
  • 基于刀具齿廓修形的弧齿锥齿轮齿面设计
    牟彦铭,方宗德,张西金 p97-101
    为避免表面研磨弧齿锥齿轮在重载情况下发生边缘接触,改善齿面应力分布,用弧线刃刀具替换展成齿轮齿面的直线刃刀具.首先,基于刀具的几何结构建立新型刀具的数学模型,并建立了切削刃锥面;然后,基于非齐次坐标变换建立弧齿锥齿轮在数控机床上的加工方法并获得理想齿面;最后,以face-milled弧齿锥齿轮工作面为例,对基于直线刃刀具和新型弧线刃刀具加工所得的齿轮副进行几何齿接触分析(TCA)和有限元分析(FEA).研究结果表明,提出的刀具齿廓修形方法能够明显改善face-milled弧齿锥齿轮的啮合性能.
  • 拓扑修形斜齿轮齿面插齿修正
    蒋进科,方宗德,刘钊 p102-107
    为了提高插齿刀精度和寿命并实现拓扑修形齿轮的加工,提出锥面砂轮轴向冲程点接触刃磨插齿刀及拓扑修形斜齿轮齿面插齿修正方法.首先根据啮合原理和磨削过程中砂轮和刀具之间的运动关系,建立插齿刀切削刃方程;然后通过修正砂轮齿形角、轴向廓形及展成运动,使重磨深度内切削刃误差最小.此外为提高刃磨效率,通过等粗糙度磨齿法,确定砂轮每次冲程的齿面径向位置及冲程总次数.根据切削刃方程,建立2自由度插齿模型;结合插齿齿面误差和给定的目标法向修形面,推导工件的实际插齿目标拓扑修形面,建立基于插齿刀刃形修正参数(砂轮压力角、轴向廓形及展成运动)和插齿运动修正参数(工件转角及插齿中心距)的齿面误差敏感性分析修正模型.通过优化算法求解各参数,实现了拓扑修形齿面插齿修正.
  • 海洋钻井天车升沉补偿关键结构参数设计
    刘振东,张彦廷,陈帅,刘明宇 p108-112
    为研究海洋浮式钻井天车升沉补偿装置的关键结构参数,根据天车升沉补偿装置的工作原理建立了系统的数学模型,并进行动力学数值模拟,从系统动态特性和能耗角度设计了补偿缸固定铰接点安装位置、补偿缸缸径等重要参数,分析了气瓶体积和固定铰接点位置对系统性能的影响规律.结果表明:从系统动态性能与能耗角度分析,平衡位置时补偿缸倾斜18°效果最佳;增加气瓶体积及补偿缸初始长度可提高系统动态性能与节能效果,但受平台安装空间和成本的制约,综合考虑确定气瓶体积为20.5 m3,平衡位置补偿缸长度为13.2 m.
  • 变航态推进器设计及水动力性能分析
    胡健,张维鹏,赵大刚 p113-117
    为了改善变航态推进器的推进性能,设计了一种将前桨和后桨集成安装的水下变航态推进器.该变航态推进器采用了高速航态前桨和低速航态后桨相结合的方式,通过两个螺旋桨的转速匹配来提高推进性能.使用切割体网格划分方式对流场域进行网格划分,对推进器周围的流场进行网格加密,采用滑移网格实现螺旋桨的旋转.使用雷诺时均-斯托克斯(RANS)方法对变航态推进器的水动力特性进行了分析.从数值模拟结果可以看出:转速匹配有利于水动力性能的提升,但由于存在摩擦阻力,转速匹配不能完全抵消高速螺旋桨引入所带来的水动力性能下降;同时,旋转的前桨有助于降低后桨表面受到的不定常力.
  • 基于装配关系的船舶分段组立划分方法
    刘博,李瑞,黎胜,汪骥 p118-123
    为提升船舶分段装配的工艺设计效率与智能化水平,提出了一种基于装配关系的组立结构划分方法.通过分析船舶分段的焊接形式与装配工艺特点,考虑零部件间接关联关系对装配紧密度的影响,建立了分段装配强度关系矩阵.在此基础上,利用模糊聚类分析理论构建分段组立结构划分的数学模型,并针对聚类结果与划分粒度不唯一的问题,提出了以装配单元内部聚合度为评价指标的方案优选方法.最后,以两个具有代表性分段为例进行验证,结果表明该方法可以实现分段组立结构的自动合理划分,并且能够自主决策方案划分的粒度.
  • 基于激光雷达的无人车路面附着系数估计
    余卓平,曾德全,熊璐,张培志 p124-127
    为获取无人驾驶决策规划和运动控制所需的路面附着系数,基于不同路面材质的激光雷达反射强度差异,设计了一种路面附着系数概率估计模型.首先,通过3 ( 为标准差)准则进行地面激光点云的粗提取;然后,基于主成分分析法对粗提取的地面点云进行细提取;接着,利用期望最大法对地面点云的反射强度进行主成分提取,滤除噪声,获得地面点云的反射强度分布特征;最后,依据5种典型路面数据库,结合联合概率的思想,实现路面附着系数估计.
  • 基于内薄层法的船冰碰撞载荷机理探究
    胡嘉骏,南明宇,汪雪良,刘俊杰 p128-132
    应用内薄层法的基础理论,定量解释了船冰碰撞载荷的作用机理,给出了在考虑非线性项的条件下,涵盖速度项的显性解析表达式.提出了一种新的冰力计算公式,定量地描述了碰撞结束后冰力下降的卸载过程,并且得到了压力在接触区域上的分布形式.利用内外动力学耦合原理,以Fortran语言编写程序,利用船舶碰撞的滞后性对恢复系数进行迭代计算,求解出冰力时历曲线的同时,得到相应工况下的经验系数.在多种工况下对系数进行讨论,给出了该公式的适用范围及经验系数的推荐取值.

主管:教育部

主办:华中科技大学

主编:李元元

刊号:ISSN 1671-4512

   CN 42-1658/N

邮发:国内 38-9

   国外 M 487

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