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第47卷,第12期
刊出日期:2019年12月
  • 低雷诺数下翼型气动特性和涡脱落模态分析
    王威,王军,尹国庆,彭勇 p1-6
    基于多弛豫格子玻尔兹曼方法对低雷诺数下的二维翼型气动特性和尾流涡脱落特性进行了分析.为了提高计算准确性,采用分块网格细化算法对流场变化剧烈区域进行加密,采用格插值反弹格式处理曲线边界和动量交换方法计算升阻力.通过对Re=1 000时不同格点数目NACA0012绕流的数值模拟,验证了网格的无关性和算法的有效性.在低雷诺数下,流动呈现明显的非定常特性,引起前、后缘分离与再附以及涡脱落现象.研究发现涡的脱落频率和模态随攻角的变化而变化,存在3种典型的涡脱落模态,即二单(2S)、二双(2P)和双+单(P+S)模态.
  • 交叉线圈式磁致伸缩导波传感器结构参数优化
    徐江,李勇,刘志伟 p7-11
    为了使交叉线圈式磁致伸缩扭转导波传感器中高饱和磁致伸缩带的振动通过耦合剂和环形线圈传递到待测构件,优化其结构参数以提高传感器的耦合效率,基于交叉线圈式磁致伸缩扭转导波传感器的传感原理,针对环形线圈线径和覆盖率这两个结构参数,从振动耦合机制出发分析了环形线圈结构参数对能量耦合的影响,提出了一种用于环形线圈结构参数设计的优化方法,最后通过实验验证了该优化方法的可行性. 将通过该方法优化后的最佳线圈线径和最佳覆盖率运用到传感器中,传感器换能效率提高了28%.
  • 欠驱动AUV自适应神经网络反步滑模跟踪控制
    王金强,王聪,魏英杰,张成举 p12-17
    针对存在参数不确定性和外界未知干扰的欠驱动自主水下航行器(AUV)三维路径跟踪问题,提出一种基于神经网络的反步滑模控制策略.首先,利用虚拟向导的方法建立了欠驱动AUV三维路径跟踪误差模型;其次,基于李雅普诺夫稳定性理论,利用反步法和滑模控制方法设计一种自适应鲁棒控制器,并设计一种在线调节增益切换函数以降低系统抖振,同时采用径向基函数(RBF)神经网络控制技术对AUV系统中不确定参数以及外界非线性干扰进行自适应补偿估计,而后利用李雅普诺夫稳定性理论证明了整个闭环系统的稳定性;最后,针对一种新型飞翼式欠驱动AUV进行数值仿真实验,结果表明所设计控制器可以实现对三维路径的精确跟踪,并对外界非线性干扰具有良好的鲁棒性.
  • 仿生机器鱼自主游动的数值计算方法与机理
    冯亿坤,苏玉民,宿原原,刘焕兴 p18-24
    基于计算流体力学(CFD)方法建立了鱼体-流体耦合的三自由度(3-DoF)自主游动计算模型,对仿生金枪鱼模型从静止开始到稳定巡游的过程进行了模拟.计算结果表明:在巡游阶段前进速度的周期平均值非零,而侧向速度和艏摇角速度的周期平均值为零.鱼体前部始终产生阻力,鱼体后部在巡游阶段能够产生少量的推力,而尾鳍始终产生较大的推力.鱼体表面压力分布表明在尾鳍前缘的左右两侧,周期性地交替出现高压和低压区是尾鳍产生较大推力的原因.在加速阶段尾鳍的脱落涡强度大,一个周期脱落的两个涡相互挤压在一起;在巡游阶段鱼体产生的涡和尾鳍产生的涡融合在一起脱落到尾流中,形成反卡门涡街,使得尾鳍有效地吸收鱼体产生的涡中的能量,减少功率消耗.
  • 液力缓速器动态制动过程特性预测方法
    魏巍,孔令兴,李一非,闫清东 p25-29
    为解决传统单纯设定已知缓速器动轮转速的仿真方法不能预测在瞬态制动过程中的转速变化及其相应流动特性问题,通过将整车惯量施加到动轮上,根据当前时刻流场压力分布积分所得的转矩计算角加速度,从而确定下一时刻的转速,将其作为流场仿真的转速输入.利用这种流场-转速耦合特性预测方法,对缓速器整个动态减速制动过程的内部流动行为进行动态仿真预测.仿真结果与试验数据对比表明:该方法对于模拟转速被动变化的动态制动过程具有较好的准确性,能够预测缓速器在自身流场和整车惯量的共同相互作用下,动轮的转速及制动转矩的变化规律.
  • 具摩擦-碰撞的复杂边界动力学系统算法研究
    巫世晶,李巧全,赵灯,李小勇 p30-36
    结合含摩擦的二维动力学系统的非线性响应解析解,通过引入状态变量转换不同运动状态的求解算法,提出了一种适用复杂边界的具摩擦碰撞的系统响应算法,并利用曲线边界和混合边界进行了精度和稳定性验证.结果表明:与传统算法相比,该算法能以更高的精度和稳定性计算系统的滑移、黏滞、黏/滑转换和碰撞响应,并克服误差累积现象;趋于复杂的边界会导致系统通向稳态响应的时间增大,并改变系统的稳态周期.
  • 压水室布置凹槽对离心泵内部流动特性的影响
    申正精,楚武利 p37-42
    以离心泵为研究对象,基于被动控制技术对压水室结构进行改型,在试验验证的基础上采用数值计算方法对离心泵内流场进行了计算,分析不同工况下凹槽结构对离心泵性能及流场流动结构的影响.结果表明:凹槽结构的布置可以改善离心泵大流量工况下的性能,扩大离心泵的稳定工作范围;在设计工况下,凹槽结构的压水室可减少叶轮和压水室内的低压区和低速区面积,并不同程度提高叶片不同展向位置的压力值,特别是在70%~100%叶高范围内,凹槽结构对叶片压力面进口附近的压力提升更为明显,对改善离心泵抗汽蚀性能有积极效果;在 0.8Qd~1.4Qd(设计流量)工况下,凹槽结构压水室隔舌处压力脉动幅值有明显降低,特别是在0.8Qd下,压力脉动周期性更好,脉动峰值降幅可达74.14%,凹槽的布置起到了吸收流体冲击能量和稳定压水室内部流动的作用.
  • 带分流叶片水泵水轮机特殊工况内部流场特性
    张金凤,瞿晔飞,贾静,蔡海坤 p43-47
    基于国内某抽水蓄能电站建立的水力模型并结合该模型试验报告,采用SST k-ω模型计算带分流叶片水泵水轮机7.5°导叶开度下零流量工况附近的制动工况和反水泵工况,进行定常和非定常数值模拟,研究其内部流场压力分布、速度流线分布及径向力分布规律.结果表明:计算流体动力学数值计算可以很好地模拟分析带分流叶片水泵水轮机的内部流场特性;制动工况下的流态很差,涡结构充满整个流道引起水流拥堵且成不对称分布;反水泵工况导叶和转轮出现了严重的流动分离,水流在叶片中上游发生冲击;分流叶片的存在减小了负压区域,降低了汽蚀现象发生的可能性,有助于水轮机内部水流流动更加平稳;带分流叶片水泵水轮机的径向力在一个周期内的变化规律与转轮叶片数强关联,峰谷值个数与叶片数相对应.
  • 含间隙3-CPaR&R1R2混联机构动力学分析
    曹毅,刘俊辰,翟明浩,王保兴 p48-54
    为研究关节间隙对混联机构动态特性及混沌现象的影响,以3-CPaR&R1R2混联机构为研究对象,考虑转动副关节间隙并基于弗洛雷斯(Flores)接触力模型和修正的库伦(Coulomb)摩擦模型,分别建立了含间隙关节元素间的法向接触力和切向接触力模型,进而基于拉格朗日方程建立了含关节间隙混联机构动力学方程.通过数值仿真分析了不同驱动速度和间隙尺寸对机构动力学特性及混沌现象的影响,同时探讨了机构稳定性与关节元素碰撞的关系.研究结果表明:增加驱动速度与减小间隙尺寸可使机构混沌现象减弱,改善机构动态特性;机构稳定性与碰撞过程中关节元素间的冲击现象相关,且随着冲击现象的加剧机构稳定性降低.
  • 空投型水下滑翔机的展翼方法研究
    曹淑华,杨志奇,魏亚博 p55-60
    为降低入水冲击中机翼所承受的水动力,提出利用水溶性材料使水下滑翔机的机翼在入水前收紧、入水后展开.针对选定的水溶性材料,进行干燥状态和浸水状态的拉伸试验.在干燥状态下,分析材料带宽度及层数对材料带力学特性的影响.在浸水状态下,测试不同宽度和层数水溶性材料带在给定负载作用下的溶水断裂时间.试验结果表明:材料的拉伸极限载荷随材料厚度的增大而增大,变化规律为线性;当采用相同的材料带宽度和层数时,水溶膜的抗拉能力最强,无纺布的抗拉能力最弱;在给定负载作用下,无纺布的溶水断裂最快.综合考虑材料的力学性能和水溶性能,选定无纺布作为机翼的绑扎材料;展翼模型试验验证了提出的展翼方法的可行性.
  • 新型碲化铋基温差发电系统数值及试验研究
    汪若尘,周润泽 p61-66
    采用新型碲化铋基合金热电材料,建立温差发电系统数学模型,基于类均温与热流体两类热源,进行有限元仿真分析,在Matlab/Simulink中建立包含最大功率跟踪控制的温差发电系统模型并进行电路仿真分析.通过仿真和试验分析了均温与热流两种热源下,基于新型碲化铋基合金材料的温差发电系统热电转化性能,结果表明:所建立的数学模型精度达到98.3%,提出的混合最大功率跟踪算法精度达到92.8%;在550 K恒温热源条件下,最高发电功率可达6.94 W;在热流温度550 K和质量流量40 g/s流体热源条件下,最高发电功率可达6.14 W.
  • 基于RBF-BSA的锂离子电池SOC混合估算算法
    李占英,时应虎,张海传,孙静雯 p67-72
    为提高锂离子电池荷电状态(SOC)预测精度,提出利用回溯搜索算法(BSA)优化径向基函数(RBF)神经网络的输出权值与阈值的混合算法.通过对锂电池模型中的目标函数进行优化求解,并寻找最佳的目标权值和阈值降低预测误差,提高了RBF网络模型的预测精度.为验证算法的有效性,搭建锂离子电池的充放电实验平台获取数据并对网络进行验证,实验结果表明:混合算法相比标准RBF网络算法具有更好的SOC预测精度,并将网络输出预测误差降低到2%以内,符合锂电池荷电状态估算要求.
  • 玄武岩纤维加筋微生物固化砂力学特性试验
    郑俊杰,宋杨,吴超传,崔明娟 p73-78
    针对微生物固化土体抗变形能力差、韧性低的特点,将离散的玄武岩纤维掺入到砂土中进行微生物固化处理,结合无侧限抗压强度试验和显微镜下观测,从宏细观角度研究不同纤维长度和掺量条件下玄武岩纤维对微生物固化砂土强度和韧性的影响.结果表明:玄武岩纤维加筋能够改善微生物固化砂土的强度和韧性;纤维长度的影响与纤维掺量密切相关,当纤维掺量较低时,试样的强度和韧性随着纤维长度的增加而增强;当纤维掺量较高时,试样的强度和韧性随着纤维长度的增加先增强后减弱;随着纤维掺量的增加,试样的强度和韧性均先增强后减弱,最优纤维掺量为0.3%~0.5%;研究范围内玄武岩纤维加筋最优条件为0.3%纤维掺量和20 mm纤维长度.
  • 配箍率对PP-ECC实心墩抗震性能的影响
    贾毅,赵人达,王永宝,李福海 p78-84
    为研究箍筋含量对聚丙烯纤维水泥基复合材料(PP-ECC)实心墩抗震性能的影响,设计并制作了3个含箍率不同的PP-ECC实心墩,并用1个普通混凝土实心墩作为对比试件,对4个试件进行了低周往复荷载作用下的拟静力试验.获得了PP-ECC及普通混凝土实心墩的破坏过程和破坏特征,基于试件实测的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线等试验结果,探讨了箍筋含量对PP-ECC桥墩的承载能力、变形性能及耗能能力的影响规律,并与普通混凝土桥墩的抗震性能指标进行了对比分析.结果表明:与普通混凝土桥墩相比,墩底塑性铰采用PP-ECC可以改善桥墩的破坏形态和损伤程度,显著提高其位移延性和耗能能力,但对试件的承载能力影响较小;PP-ECC基体中的纤维在一定程度上具有箍筋的作用,在配箍率较低情况下,PP-ECC桥墩仍具有良好的抗震性能;塑性铰区配箍率越高,PP-ECC桥墩的滞回曲线越饱满,试件的位移延性系数和黏滞阻尼系数越大,抗震性能越好.
  • 特征参数对高速铁路桥墩抗剪性能的影响研究
    曾聪,江辉,李辰,黄磊 p85-91
    为了研究特征参数对高铁桥墩抗剪性能的影响特征及规律,以PEER数据库中墩柱为原型,基于OpenSEES平台分别建立了考虑弯剪耦合效应和弹性剪切效应的精细化墩柱模型.经对比验证发现:对于可能发生脆性破坏的墩柱,墩柱的弯剪耦合效应对模拟结果有决定性影响.以京沪高铁某连续梁桥桥墩为对象,建立考虑弯剪耦合效应的精细化分析模型,分析了特征参数对高铁桥墩抗剪性能的影响,结果表明:纵筋率对高铁桥墩抗剪承载力的影响最大,剪跨比次之,轴压比的影响最小;纵筋率的增大使桥墩抗剪承载力最大增加了292%,延性水平降低;随着轴压比的提高,桥墩抗剪承载力有所增大,最高增幅为50%;增大剪跨比可显著提高桥墩延性,但会使抗剪承载力显著降低.
  • 严寒地区CRTSⅢ型板式无砟轨道变形与损伤
    蔡小培,罗必成,常文浩,梁延科 p92-97
    为探明严寒地区外界荷载对无砟轨道非线性损伤及服役性能的影响,从细观损伤力学角度入手,建立了考虑混凝土塑性和结构配筋的CRTSⅢ型板式无砟轨道-路基精细化模型,分析了不同路基冻胀下轨道结构变形和底座板损伤规律,并探讨了温度及列车荷载组合作用对结构的影响.结果表明:无砟轨道会因下部冻胀变形产生层间离缝,与冻胀量相比,冻胀波长是离缝产生与发展的主要因素;当冻胀发生在轨道板中部时离缝最大,在底座板凹槽位置时,其上表面混凝土最易出现拉裂损伤;整体降温会加剧底座板损伤,当负温度梯度与冻胀组合作用时,底座板与路基间离缝可达20.8 mm;列车荷载会加剧底座板损伤和减小其作用下方的结构层间离缝,由于“杠杆作用”,荷载关于冻胀波峰对称位置处复合板层间离缝峰值比单一冻胀增加了55.5%.
  • 非浸没式刚性植被群分布对弯道水流的影响
    杨彧,林颖典 p98-103
    为分析不同刚性非浸没式植被群分布对弯道水动力特性的影响,采用180° U形折叠往返式水槽模拟天然弯道河流,运用声学多普勒流速仪(ADV)进行测量,通过测量数据计算弯道水流水位、纵向流速分布、湍流动能(TKE)、环流强度以及弥散系数等.结果表明:植被存在情况下水位增高,在植被的“阻滞”作用下,植被区的流速远小于非植被区的流速,但在植被区域和非植被区域之间产生大的流速梯度;植被和弯道都会加剧水流紊动效应,植被区和非植被区交界处的湍流动能最大,且沿弯道出现湍流动能的重分布现象;由于植被对于弯道环流有阻碍作用,使得弯道环流在非植被区很强,而在植被区很弱;植被对横向弥散系数影响较小,非均匀植被对纵向弥散系数影响较大.
  • 基于PDEM的TTR参数振动响应分析策略
    周小宇,李红霞,黄一,董磊磊 p104-109
    提出了一种基于概率密度演化方法(PDEM)的结构动力可靠性分析策略,以一个特定的顶张紧式立管(TTR)为算例,计算了其随机参数激励振动响应的平均超越率,进而较为准确地评估了立管的动力可靠性.同时,还分析了立管发生参数共振时其响应概率的重尾分布特性.最后,分析了立管振动系统中的阻尼、参数激励强度和参数激励频率对立管振动响应的影响.结果表明:增大阻尼和减小参数激励强度可以起到减弱参数共振的效果,但是在设计阶段,最为有效的避免参数共振的方法是调整结构的各阶固有频率,使其远离参数激励谱峰值频率的一半;当各阶固有频率与谱峰值频率的比例不在46%~67%范围内时,参数共振效应很弱,可以忽略不计.
  • 基于长短时记忆网络的结构智能控制算法研究
    涂建维,高经纬,李召,张家瑞 p110-115
    为提高建筑结构智能控制的控制精度及稳定性,在长短时记忆(LSTM)网络理论基础上,提出一种基于深度学习的智能控制算法.通过构建深度学习框架,设计LSTM智能控制器,并将其性能测试结果与反向传播(BP)和径向基函数(RBF)神经网络控制器进行对比.以Benchmark模型为对象,分析了不同外部激励工况下LSTM智能控制器的泛化能力,并提出了基于结构响应的H2范数评价指标.结果表明:BP和RBF神经网络框架的预测结果相比LSTM框架可能发生局部最优现象,且收敛精度较低;原输入工况下,LSTM控制器的误差为3.30×10-4,控制效果最高达65.0%;变激励工况下,LSTM控制器的响应峰值及H2范数评价指标均优于BP和RBF神经网络控制器,说明LSTM智能控制器具有良好的控制和泛化性能.
  • 非均质材料热传导问题的扩展无单元伽辽金法
    王峰,林皋,李洋波,吕从聪 p116-120
    采用滑动克里金(Kriging)插值法构造单位分解函数,并对扩展无单元伽辽金(Galerkin)方法进行了改进.与移动最小二乘法对比,其形函数具备克罗内克(Kronecker)δ函数插值特性,克服了移动最小二乘逼近难以直接准确施加本质边界条件的不足.进一步将该方法应用于非均质材料稳态热传导问题的求解,单夹杂和多夹杂数值结果可以看出:改进的扩展无单元伽辽金法易于施加本质边界条件,只需考虑夹杂几何界面进行节点增强,求解更为方便.
  • CR-NOMA双向中继自干扰能量回收传输方法
    鲍慧,佘蕊,石梦倩,骆亚菲 p121-126
    针对单向中继自干扰能量收集的认知无线电系统中,窃听用户的接入概率增加,从而影响次用户物理层安全性能的问题,在认知无线电非正交多址接入系统中通过双向中继辅助次用户传输,同时在中继能量捕获受限等约束条件下,最大化弱用户物理层安全速率.由于优化问题为复杂的非凸问题,因此根据半定松弛理论将其转化为凸问题,并通过迭代算法对信号协方差矩阵、中继发送和接收的功率分配因子进行联合优化,进而得到弱用户物理层安全速率的全局最优解.仿真结果表明:与单向中继自干扰能量收集相比,在保证中继节点收集能量和强用户安全传输条件下,弱用户物理层安全速率提高了15.4%.
  • 基于机器学习的区分可用性抗灾难保护策略
    熊余,周彬,贺进有,杨坤融 p127-132
    针对灾难下空分复用弹性光网络中业务的保护成功率低、保护开销以及芯间串扰高的问题,提出一种基于机器学习的区分可用性抗灾难保护策略.首先,使用基于线性判别式分析的支持向量机感知业务可用性需求;然后,在此基础上采用动态竞争优先级分配,在确保业务可用性需求的前提下,为多链路故障提供最大化保护频谱的共享;最后,为了降低芯间串扰,设计了交替式频谱纤芯选择方案.仿真结果表明:该保护策略在提高业务保护成功率的同时,可以取得较低的频谱冗余率和芯间串扰.

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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