• 2023年第0卷第6期文章目次
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    • >TN电子技术、通信技术
    • 无线通信在结构健康监测系统的应用研究综述

      2023, 23(6):2229-2241. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02229

      摘要 (396) HTML (0) PDF 10.67 M (4411) 评论 (0) 收藏

      摘要:高速率、强稳定性的通信技术是保障结构健康监测系统数据传输有效和可靠的基础,近些年无线通信技术凭借组网灵活、成本低廉、运维简单的优势广泛应用于结构健康监测系统中。本文在对结构健康监测系统组成和功能分析的基础上,结合常见的无线通信技术的原理技术特点,着重分析了ZigBee、WiFi、4G/5G、LoRa和NB-IoT五种典型无线通信技术在结构健康监测系统中的应用,并探讨了目前无线通信技术在应用中面临的挑战和未来的研究方向,为无线通信技术在结构监测中的推广应用提供了一定的技术参考。

    • >U交通运输
    • 钢桥板疲劳裂纹修复进展及合金贴片法研究

      2023, 23(6):2242-2251. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02242

      摘要 (335) HTML (0) PDF 11.36 M (613) 评论 (0) 收藏

      摘要:为加深对正交异性钢桥面板疲劳开裂问题以及疲劳裂纹修复技术研究的认识,首先对钢桥面板的疲劳开裂特征进行阐述,通过文献调研梳理了钻孔止裂法、加补强板法、热修复法、机械修复法以及组合桥面铺装改进法的相关应用与研究,并探讨各种修复方法的修复机理及适用性。最后展望了智能材料形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)在未来钢桥面板疲劳裂纹修复中的应用前景。研究结果表明:钢桥面板疲劳开裂修复受重载交通量大、焊缝数量众多及操作空间狭小等特殊现场环境制约,需根据不同裂纹特征开展针对性修复工作。提出的形状记忆合金修复法在钢桥面板疲劳裂纹修复工作具有前瞻性。其中SMA-CFRP组合贴片利用SMA丝材产生的预应力和CFRP提供的刚度相结合,进一步强化对裂纹开展的抑制效果,而粘贴铁基SMA板在具备以上优点的同时还兼具易施工和低成本的优势。因此采用SMA贴片法可为钢桥面板疲劳裂纹修复提供新思路,有望延长钢桥面板的使用寿命。

    • >X环境科学、安全科学
    • 全程自养生物脱氮工艺机理及影响因素分析

      2023, 23(6):2252-2259. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02252

      摘要 (134) HTML (0) PDF 2.88 M (270) 评论 (0) 收藏

      摘要:全程自养生物脱氮工艺具备有机碳源投加少、能耗低、占地面积小、操作简单等优点,成为污水处理领域的重要研究对象。因此本文综述了全程自养生物脱氮工艺的机理、影响因素,分析了温度、pH、溶解氧(DO)、基质浓度等因素对脱氮效果的影响,为全程自养生物脱氮工艺优化提供参考。

    • 重金属污染土修复技术研究综述

      2023, 23(6):2260-2267. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02260

      摘要 (123) HTML (0) PDF 2.38 M (327) 评论 (0) 收藏

      摘要:我国土壤重金属污染情况严重,威胁着人们的身体健康,造成了巨大的经济损失。常用的重金属污染土修复技术基于物理、化学、生物的方法以及它们之间结合的修复技术。本论文介绍了土壤中重金属的形态、来源以及常用修复技术的机理、影响因素和所存在的优势和缺陷,并且从修复成本、修复时间以及长期效果三个方面对常用的修复技术的适用性作了比较,为该领域学者的研究和实际的工程应用中制定重金属污染土壤的修复方案提供一定的参考。

    • >O3力学
    • 考虑温度梯度的氧化锆整体叶盘振动特性分析

      2023, 23(6):2268-2273. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02268

      摘要 (140) HTML (0) PDF 5.91 M (176) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究温度场对TBC整体叶盘振动特性的影响,考虑温度梯度在叶片厚度方向的非线性分布,并建立TBC整体叶盘有限元模型。基于热-固耦合原理和稳态热传导理论,采用有限元方法分析了TBC整体叶盘模态特性,绘制坎贝尔图研究频率转向,并在频率转向区进行响应分析。结果表明:非线性温度分布的温度场会降低TBC整体叶盘的模态频率;其模态频率转向区的转向间隙因温升而逐渐降低;在激振力作用下,受迫响应曲线因温升而出现左倾趋势且响应峰值逐渐增大,影响范围在10%以内。可见温升对TBC整体叶盘振动特性影响显著。

    • >P天文学、地球科学
    • 无人机与三维激光扫描融合的拱桥三维重建

      2023, 23(6):2274-2281. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02274

      摘要 (134) HTML (0) PDF 25.91 M (925) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对单一无人机影像在复杂拱桥建模精度和完整度方面的不足,提出一种将三维激光扫描数据与无人机航空影像融合的拱桥精细化建模方法。首先以无人机低空区域环绕航摄及近景摄影获取拱桥主体及细部高质量纹理数据;然后通过增加连接影像将无人机主体及细部影像数据融合并生成高精度拱桥主体上部点云数据;最后将三维激光扫描仪采集所得拱桥桥体下部多站点云数据经坐标转换、配准实现与拱桥上部高精度点云融合从而生成拱桥完整的精细化实景三维模型。通过与单一无人机影像建模结果进行精度对比分析和纹理完整性评价以此验证本文建模方法的有效性。结果表明:该方法可重建几何精度高、完整性好、纹理真实的拱桥实景三维模型,并为类似底部脱空建筑的数据采集方法提供参考,具有较好的工程应用价值。

    • 中国大地形对冻雨天气云微物理过程的影响

      2023, 23(6):2282-2290. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02282

      摘要 (94) HTML (0) PDF 18.88 M (332) 评论 (0) 收藏

      摘要:摘要 云贵高原的冻雨是我国南方冬季最严重的气象灾害。利用天气研究和预报模式(Weather Research and Forecasting model; WRF),对云贵高原大地形进行了敏感性实验,模拟了不同地形高度对大气环流、云微物理参量及冻雨分布的影响,结果显示:1)随着云贵高原大地形的抬升,准静止锋的锋线一直维持在24°N附近,但锋面越来越陡,表明高原大地形是形成云贵准静止锋的主要因素,准静止锋长时间滞留在贵州中东部和湖南西部,是该区冻雨高发的原因。2)随着高原的抬升,从全境的云滴碰并增长逐渐在高原东部出现冰晶融化过程,高原主体上的冻雨以过冷暖雨机制为主,而低海拔的东部地区以融化机制为主。3)随着高原抬升,高空逆温层及冻雨区均从贵州西北向贵州中部及东部地区移动,逆温层的存在及其冷-暖-冷的垂直结构是冻雨形成非常重要的因子。当云贵高原降至原地形的一半时,冻雨量最大,其后随着高原抬升,冻雨量开始减少。该研究有助于更深入了解云贵高原大地形对冻雨形成、范围和强度的影响机制。

    • 大厂凹陷MIS3阶段以来沉积物地球化学特征分析

      2023, 23(6):2291-2299. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02291

      摘要 (94) HTML (0) PDF 12.53 M (255) 评论 (0) 收藏

      摘要:深海氧同位素3-1阶段是指深海沉积物有孔虫氧同位素记录的第四纪末次冰期至冰后期的一个时期,期间气候表现为间冰阶、极端寒冷、多次千年尺度气候事件至最后转暖多个变化特征,相关气候变化沉积响应及影响因素等科学问题一直以来备受关注。然而,该时期相关千年尺度气候事件的记录及讨论在华北平原地区仍有争议,为探讨华北平原西北地区在该阶段的气候特征,本研究在大厂凹陷区天然剖面进行高密度碳14断代样品测试,并开展常量和微量元素地球化学含量分析,获得地球化学数据变化趋势特征,结果表明,该剖面年代从32.5ka至8.2 ka,处于深海氧同位素3阶段末期至深海氧同位素1阶段早期。在该时段,主量元素氧化物TFe2O3、Al2O3、SiO2、MgO、CaO、Na2O与K2O与微量元素Sr、V、Ni、Co、Ga、Cu、Ba、Cr和Zn均呈现一致的变化趋势;在MIS2末次冰盛期和MIS1早期中的B?lling-Aller?d暖期和新仙女木冷期,K/Na、Al/Na、化学蚀变指数 、化学风化指数 和古温度等指标与东亚季风区气候呈现一致的变化,同时与全球尺度的事件具有同步性,因此认为晚更新世晚期华北平原的气候变化可归因于全球气候系统下东亚季风区的演化。

    • 永登县苦水镇大路村滑坡发育特征及稳定性评价

      2023, 23(6):2300-2307. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02300

      摘要 (111) HTML (0) PDF 18.39 M (277) 评论 (0) 收藏

      摘要:黄土滑坡在我国西北地区广泛发育,隐蔽性深、影响范围广、破坏性强是其典型的特点,不仅威胁着人民群众的生命财产安全,而且制约着当地经济的高质量发展。因此,正确认识黄土滑坡的发育特征与形成机理,开展滑坡稳定性评价对于黄土脆弱区地质灾害的预防预警、防灾减灾规划以及重大工程建设尤为重要。以苦水镇大路村1社滑坡为研究对象,通过地面调查、钻探、浅井勘探等多种手段,查明滑坡的形态、发育、变形等基本特征及岩土体物理力学性质,最后采用定性和定量计算相结合的方法评价稳定性状态,并圈定其危险区域。结果显示,大路村1社滑坡存在基本稳定和不稳定两种状态,其中在自重工况下处于基本稳定,但当在自重和地震叠加、自重和暴雨饱和叠加工况下均处于不稳定状态,易产生失稳下滑。滑坡一旦失稳,其覆盖范围将介于0.004~0.007 km2之间,这可能造成大量财产损失和人员伤亡,危害程度较大。该研究丰富了新时期黄土滑坡灾害形成机理,为永登县在实现乡村振兴战略过程中地质灾害的治理工作提供科学依据。

    • 永善县城古滑坡复活变形特征及稳定性分析

      2023, 23(6):2308-2316. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02308

      摘要 (98) HTML (0) PDF 16.85 M (260) 评论 (0) 收藏

      摘要:永善县城所处单斜斜坡整个为一古滑坡堆积体,位于金沙江南部。自1979年开始至今,古滑坡东部H1、H2滑坡分别发生复活变形,严重威胁复活滑坡上部永善县城3.5万余人生命财产安全。本次研究采用地面调查、地表与地下位移监测以及数值模拟等方法,分析了永善县城东部滑坡的复活变形特征与不同工况下复活滑坡稳定性的变化特征。结果表明:永善县城古滑坡深层特大型滑坡,现阶段复活的H1滑坡变形迹象明显,其中以北东侧变形最为剧烈,平均水平位移速率达0.63mm/d,H1整体处于加速变形阶段;H2滑坡处于蠕动变形阶段,后缘局部发育小型拉张裂缝。复活滑坡存在三个滑动面:H1滑坡第一剪出口、H1滑坡第二剪出口、H2滑坡,通过极限平衡法中的M-P法与Spencer法对不同工况下滑坡的稳定性进行分析与评价,得出数值模拟的稳定性特征与监测变形特征基本一致,暴雨对滑坡复活变形的影响最大、地震次之,因此后期治理需要充分考虑分区域治理与截排水的问题。

    • 库水位循环下岸坡-桥梁桩基相互作用致损机理

      2023, 23(6):2317-2325. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02317

      摘要 (90) HTML (0) PDF 15.76 M (202) 评论 (0) 收藏

      摘要:库水位循环作用下,库岸边坡岩土体物理力学性质劣化,引起岸坡变形、滑移,将对桥梁基础、桥墩及上部结构产生不同程度损伤,甚至会导致桥梁上部结构落梁、垮塌。针对三峡库区某长江大桥库岸边坡失稳致灾问题,采用FEM-SPH转换耦合算法建立了岸坡-桥梁三维有限元模型,结合桥位处地质勘测数据模拟了变动水位条件下岸坡变形、滑移、失稳全过程,揭示了岸坡滑移与桥梁桩基相互作用机理,研究了桥墩偏位规律及下部结构失效模式。结果表明:以滑动带有限元网格悉数转换为SPH粒子作为岸坡失稳判据,FEM-SPH转换耦合算法能够更直观、准确地模拟库岸边坡从变形、滑移至失稳全过程;桥位处岸坡将在第16、20次水位升降循环过程中发生失稳破坏;随着岸坡变形、滑移、失稳演化,桥墩偏位呈“缓增-激增”的变化趋势;岸坡发生第2次失稳时,桩基础在土-岩交界面上部发生剪切破坏,破坏面与水平面夹角约为60°。

    • 基于斜坡单元鄂西山区典型集镇地质灾害风险评价

      2023, 23(6):2326-2338. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02326

      摘要 (113) HTML (0) PDF 36.07 M (440) 评论 (0) 收藏

      摘要:鄂西山区处于全省地质灾害高易发区,灾害频发,风险呈现加剧之势。本文以恩施州巴东县野三关集镇为研究区,通过开展地质灾害调查工作,归纳了孕灾地质条件,并构建了斜坡地质灾害风险评价体系:首先基于斜坡单元进行评价单元划分;然后采用层次分析法,选取斜坡坡度、斜坡高差、剖面曲率、工程地质岩组、地质构造、斜坡结构、水系密度、植被覆盖率等8个评价因子,对区内斜坡地质灾害易发性进行评价研究;综合考虑人类工程活动和降雨的诱发影响,进行不同降雨重现期工况下危险性区划;根据研究区人口、建筑、道路、土地等承灾体分布,分别进行人口易损性和经济易损性分区评价;最后根据危险性和易损性评价结果,进行地质灾害风险评价,为野三关集镇发展规划、地质灾害风险管控提供了地质依据。结果表明:随着降雨量的增加,高风险区和极高风险区的面积逐渐增加,主要集中分布在研究区东北片区,针对极高、高风险区地质灾害隐患点和有变形迹象的斜坡应采取工程治理或专业监测措施,制定应急预案。

    • >Q生物科学
    • miR-18a对于成肌细胞胶原蛋白表达的影响

      2023, 23(6):2339-2346. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02339

      摘要 (111) HTML (0) PDF 4.90 M (1268) 评论 (0) 收藏

      摘要:细胞外基质是骨骼肌微环境的重要组成,基质中胶原蛋白的过量表达,会导致骨骼肌纤维化,因此研究miR-18a对于成肌细胞胶原蛋白表达的影响具有重要意义。本研究利用实时荧光定量PCR、细胞划痕、组织切片HE染色等方法检测了肌肉损伤修复模型中miR-18a及胶原蛋白基因的表达变化以及在成肌细胞C2C12中过表达miR-18a模拟物后对胶原蛋白基因表达、细胞迁移和成肌细胞转分化的影响。结果表明,miR-18a及胶原蛋白的表达量会响应骨骼肌的损伤修复过程。在成肌细胞中,miR-18a的过表达会抑制胶原蛋白相关基因的表达。但miR-18a的过表达并不影响成肌细胞的迁移和向骨的转分化。因此miR-18a对于细胞外基质相关基因的研究,可以为骨骼肌损伤修复的治疗提供理论依据。

    • >TB一般工业技术
    • 大型光机装置隔振地基的地脉动响应分析方法

      2023, 23(6):2347-2352. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02347

      摘要 (90) HTML (0) PDF 7.29 M (153) 评论 (0) 收藏

      摘要:大型光机装置隔振地基上的地脉动响应对装置的稳定性有重要影响。为了获得大型光机装置隔振地基的地脉动响应,采用人工边界层方法模拟无限地基边界的影响,建立了某光机装置隔振地基结构的有限元模型,并根据试验结果确定模型中岩土的材料参数及模型地脉动载荷输入。再通过模态叠加法在频域空间进行功率谱密度(PSD)分析,获得装置隔振地基上加速度PSD响应。最后将地基上的加速度响应计算结果与试验结果比较,计算PSD曲线与试验结果吻合良好,且均方根计算结果与试验结果的最大差别小于5%。计算与试验结果比较验证了本文方法的正确性,相关方法为类似大型精密电子/光学装置厂房结构的隔振地基地脉动响应计算提供了理论基础。

    • >TD-TF-TG矿冶工程
    • 基于组合赋权的煤矿透水应急救援能力评价

      2023, 23(6):2353-2361. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02353

      摘要 (113) HTML (0) PDF 3.75 M (173) 评论 (0) 收藏

      摘要:煤矿透水事故应急救援能力对于煤矿透水事故发生后的应急救援具有重要意义。煤矿透水应急救援能力的影响因素较多,并且各因素具有一定的模糊性和不确定性,导致在安全评价时无法得到合适的指标权重。据此给出了一种组合赋权的方法,通过引入拉格朗日函数,建立决策模型;引入欧氏距离函数,建立主客观权重和偏好系数关系;通过层次分析法与熵权法获得更加合理的组合权重,并运用到模糊综合评价中。运用提出的组合赋权-模糊综合评价模型对黑龙江某煤矿透水应急救援能力进行评价,评价结果为“优”,符合工程实际。结果表明:组合赋权能够获得合理的煤矿透水事故应急救援能力指标权重,可了解应急救援中真实存在的问题,从而有针对性地提升应急救援能力指标;基于组合赋权的模糊综合评价模型具有较好的科学性和准确性,在工程应用上有良好的实用价值。

    • >TE石油、天然气工业
    • 考虑润湿反转效应的相对渗透率动态计算方法

      2023, 23(6):2372-2380. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02372

      摘要 (126) HTML (0) PDF 7.34 M (228) 评论 (0) 收藏

      摘要:润湿反转剂是化学驱提高采收率常用试剂之一,润湿反转剂驱后将改变原始储层岩石性质,对开发中后期油水渗流能力产生较大影响。针对润湿反转过程中相对渗透率曲线难以确定的问题,本文综合考虑润湿反转剂导致的界面张力降低及润湿性变化特征,建立了相对渗透率及毛管压力曲线动态计算方法,并分析了润湿反转过程中相对渗透率及毛管压力变化规律。研究表明:油水两相相渗曲线变化同时受到毛管数和润湿性的影响,低毛管数条件下,相渗曲线形态主要受到润湿性的影响,随着毛管数逐渐增大,润湿性的影响减小,最终可以忽略不计。同时,润湿反转剂使得界面张力和毛管力减小,将对渗吸过程产生显著影响,因此,在渗吸驱油过程中,需要对润湿反转剂进行优选,以实现对驱油速度和采收率目标的相对最优。该研究明确了润湿反转提高采收率过程中相对渗透率及毛管压力的变化规律,为研究润湿反转提高采收率的计算及油藏数值模拟提供了理论基础。

    • 缝面位移控制压裂裂缝同步扩展数值模拟

      2023, 23(6):2381-2389. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02381

      摘要 (71) HTML (0) PDF 9.29 M (174) 评论 (0) 收藏

      摘要:分段多簇压裂是非常规油气藏有效动用的重要工艺,压裂裂缝的复杂程度是提高单井产量和控制储量的基础,储层裂缝的扩展形态受地层物性,压裂工艺参数影响较为复杂。因此,为探索压裂裂缝同步扩展的形态特征及影响因素,建立了分段压裂缝面位移参数控制裂缝扩展数学模型,通过典型井取心岩心力学实验和数值模拟,结果表明:(1)分段压裂簇裂缝的同步扩展形态与井斜角密切相关。井斜角在90°减小至0°时,裂缝扩展形态特征由双翼对称向双翼非对称转变,90°时簇裂缝向外侧发生偏转,且在裂缝尖端和应力阴影区,最大、最小主应力方向均发生转向,更利于复杂缝网的形成;小于90°时,裂缝向内侧发生偏转。(2)分段压裂簇间的应力干扰作用强度与压裂排量值正相关、与簇间距离值负相关。压裂排量大小对提高裂缝的缝长和缝宽的扩展距离作用明显,能有效提高单井控制储量范围,但缝宽的扩展存在上限;簇间距10 m时,每孔排量不低于0.12 m3/min才能有效形成簇间应力干扰;排量0.18 m3/min,簇间距离小于20 m时,裂缝间的应力干扰显著,最大与最小主应力方向均发生转向,更好形成复杂缝网,簇间距离大于20 m时,不利于复杂缝网的形成。(3)微地震裂缝检测证实,数值模拟结果与邻井微地震检测的裂缝扩展距离相符合,分段压裂在通过增大井斜角、提高压裂排量和缩小簇间距的方式,能有效提高非常规油气藏的缝网的复杂程度,进而提高非常规资源单井的产量和控制储量。

    • 稠油火驱过程焦炭的化学性质与微观形貌特征分析

      2023, 23(6):2390-2395. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02390

      摘要 (77) HTML (0) PDF 9.67 M (191) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了认清稠油火驱过程中焦炭的化学性质与微观形貌特征,利用室内高温高压反应釜开展了焦炭的生成实验,并对生成的颗粒状的焦炭的样品开展了有机元素、傅里叶变换红外光谱、岩石热解、扫描电镜(SEM)、CT扫描三维重建等方面的研究。研究表明:稠油火驱过程中生成的焦炭中氧元素含量增加近3倍,与原油相比具有富氧贫碳的特点,焦炭中存在含氧的官能团主要以以醛、酮、羧酸、酯、醇等大分子化合物的形式存在;焦炭的有机质成分以可裂解的S2为主,可以为稠油火驱的持续燃烧提供燃料,存在的残碳(RC)是稠油在高温高压条件下裂解缩聚生成的大分子极性化合物,在高温含氧的条件下也可以作为火驱的燃料;SEM与CT观察发现,焦炭的孔隙空间是由一系列大小不一的有机质孔洞组合而成,小孔洞与大孔洞相互连通组成一个系统的孔隙空间网络,有利于火驱过程中与氧气的充分接触。该研究将有利于认识火驱高温氧化过程中生成的焦炭的化学性质与微观形貌特征,为火驱开发的机理深化与开发方案的调整提供有力支撑。

    • 页岩气压裂三通管汇冲蚀磨损分析

      2023, 23(6):2396-2402. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02396

      摘要 (97) HTML (0) PDF 6.02 M (163) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探索在页岩气水力压裂作业中,压裂液对四种夹角三通管汇的冲蚀与磨损规律,基于固液两相流模型、颗粒轨迹模型和冲蚀速率模型,在Fluent中对30°、45°、60°和90°四种角度的三通管汇构建了冲蚀磨损模型。并根据不同的流体速度、颗粒质量流量、直径和压裂液黏度进行数值模拟仿真,总结三通管汇在各因素综合下的冲蚀磨损规律。结果表明:管汇的最大冲蚀率随流速的增大呈幂函数增长;管汇冲蚀率与质量流量的增大近似呈线性增长;在颗粒直径大于临界值时,管汇冲蚀率显著变大;管汇冲蚀率随着压裂液黏度的增加而缓慢减小,并随着其继续增大而趋于平缓。因此为减小管汇冲蚀磨损量,可以适当减小质量流量,选用0.0 015 Pa·s黏度左右的压裂液、450 μm左右颗粒直径的支撑剂和30°夹角的三通管汇。结果可为三通管汇的选型、断裂以及失效提供一定的参考依据。

    • >TH机械、仪表工业
    • 基于六自由度机械臂的艾灸机器人手法控制算法

      2023, 23(6):2403-2410. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02403

      摘要 (158) HTML (0) PDF 9.43 M (247) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统的艾灸治疗中医学消耗较大,医师负担较重,而当前可代替医生进行艾灸治疗的机器人或机械装置结构简单,自由度及智能化程度低,仅能实现简单的定点操作,难以模拟复杂、多角度变换的艾灸手法。针对以上问题,本文基于六自由度机械臂,提出模拟艾灸治疗手法的艾灸机器人轨迹规划算法。该机器人通过采集人体不同方向上的穴位点,建立机械臂的运动控制坐标系,然后针对不同艾灸手法的轨迹,解算机械臂艾灸的轨迹关键点,从而真实再现复杂多变的艾灸手法,实现治疗过程中对于多种艾灸手法的精确控制和智能变换。同时,该机器人引入温度监测与反馈系统,确保艾灸过程中人机交互的安全性和友好性。最后经过实验测试验证了该艾灸机器人在实现真实艾灸治疗手法方面的可行性、准确性和智能性,证明该研究不仅有望替代医生进行艾灸治疗,也可用于家庭自助理疗,具有广阔的市场和应用前景。

    • >TK能源与动力工程
    • 风冷式热泵机组结构优化设计及散热性能研究

      2023, 23(6):2411-2418. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02411

      摘要 (64) HTML (0) PDF 6.65 M (208) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于ANSYS ICEM软件对风冷式热泵机组进行物理建模和网格划分,在常规工况下利用Fluent软件对运行机组进行温度场及速度场仿真模拟,分析其散热过程。针对夏季高温,风冷式热泵机组散热效率低下的问题,设计一种辅助散热系统并进行结构优化,通过水帘预冷与雾化喷淋装置强化换热过程,提高散热效率、减少散热死区,并通过实验测试不同辅助装置对机组散热性能的影响。研究结果表明,增加辅助散热系统可有效提高机组散热效率。相同的室外空气状态下,在机组的散热性能和蒸发效率方面,雾化喷淋装置相比水帘预冷装置更具优势。

    • 海上风电机组DeepCWind平台系泊缆布置及断裂仿真分析

      2023, 23(6):2419-2427. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02419

      摘要 (136) HTML (0) PDF 9.66 M (239) 评论 (0) 收藏

      摘要:以NREL 5 MW风电机组和OC4-DeepCWind半潜式浮式平台为研究对象,运用ANSYS/AQWA水动力分析软件和OPENFAST仿真分析软件进行风电机组气动、水动和系泊系统的时域耦合运动分析,研究不同系泊缆数量、角度布置形式及系泊缆断裂等因素对浮式风电机组动态响应和系泊缆张力的影响。结果表明:增大系泊缆的布置角度可提高浮式风电机组平台的稳定性,但同时增大了系泊缆张力,导致安全系数降低;迎浪侧系泊缆断裂瞬态情况下,浮式平台产生明显的运动响应波动,系泊缆布置角度的增大使浮式平台的稳定性急剧降低。

    • >TM电工技术
    • 基于二次分解NGO-VMD残差项与长短时记忆神经网络的超短期风功率预测

      2023, 23(6):2428-2437. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02428

      摘要 (191) HTML (0) PDF 8.12 M (252) 评论 (0) 收藏

      摘要:鉴于目前使用变分模态分解(VMD)搭建的单次或二次分解风功率组合预测模型中,大多均直接忽略了风功率经VMD分解后残差项所包含的丰富信息,使得超短期风功率预测精度受限。本文提出了一种基于二次分解NGO-VMD残差项、K均值聚类算法与LSTM的组合预测模型。首先,使用北方苍鹰优化算法(northern goshawk optimization,NGO)对VMD的参数进行寻优,以选出最佳VMD参数组合;其次,采用NGO-VMD模型对VMD残差项进行二次分解,深度挖掘VMD残差项所包含的丰富信息;再次,利用K均值聚类算法解决VMD分解模态分量个数多,计算量繁冗的问题;最后,创建LSTM模型对各子模态分量分别进行预测并叠加各子模态分量的预测值得到超短期风功率预测结果。结果表明:该二次分解NGO-VMD残差项、K均值聚类算法和LSTM组合预测模型可充分挖掘VMD残差项的重要信息,有效提高了超短期风功率预测的精度。

    • 基于GA-SA算法的无人机巡检输电铁塔三维航迹优化

      2023, 23(6):2438-2446. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02438

      摘要 (89) HTML (0) PDF 7.52 M (229) 评论 (0) 收藏

      摘要:无人机巡检输电铁塔本体和金具、绝缘子等附属部件的航迹优化属于典型的旅行商问题。由于巡检对象的结构复杂、巡检部件多,采用单一的启发式算法会造成航迹重叠、容易陷入局部最优解等问题。为此,考虑无人机航迹三维空间结构的特点,引入了全局搜索能力强的遗传算法(Genetic Algorithm, GA)与局部收敛速度快的模拟退火算法(Simulated Annealing, SA)相结合的无人机三维航迹混合GA-SA寻优算法。以无人机巡检500 kV超高压交流双回鼓型塔为例,根据三维有限元仿真得到的无人机电磁防护安全距离为2 m,结合巡检对象及常见缺陷出现的位置确定了61个高空安全悬停点,分别采用GA、SA和混合GA-SA算法对无人机遍历高空安全悬停点的航迹进行优化。结果表明:混合GA-SA算法的迭代收敛次数相比GA和SA分别减小了45.6%与55.2%,最优航迹距离分别缩短了8.1%与8.9%,验证了所提方法的有效性。

    • 故障分量虚拟电压差夹角余弦母线保护方法

      2023, 23(6):2447-2460. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02447

      摘要 (50) HTML (0) PDF 10.41 M (187) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对母线比率差动保护在区内故障有汲出电流情况下,由于元件灵敏度下降导致保护整组动作速度减慢或拒动问题,采用故障分量虚拟电压差夹角余弦的母线保护新方法。该方法通过平移故障分量电压信号的位置,计算平移得到的两个故障分量虚拟电压差的夹角余弦来判别区内和区外故障。在区内故障时,故障分量虚拟电压差方向相反,夹角余弦值为负值;在区外故障时,故障分量虚拟电压差方向相同,夹角余弦值为正值。最后通过理论分析和EMTP搭建拉西瓦水电站模型验证了新方法不受母线内部故障汲出电流的影响,且其动作裕度至少为比率差动保护的5.97倍;通过平行四边形定则分析并仿真验证了新方法不受母线区内故障高阻抗接地影响;且方法具有较强的抗电流互感器饱和能力。

    • 基于图形相似度的分布式能源接入配电网差动保护方案

      2023, 23(6):2461-2468. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02461

      摘要 (73) HTML (0) PDF 5.43 M (138) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统配电网其拓扑结构和故障特性由于分布式新能源的接入,发生了一定改变,对配电网的继电保护带来了新的挑战,提出一种依据线路两端电流波形相似度的自适应差动保护方案。该方案通过分析线路两端的电流波形特征,利用Hausdorff距离算法计算电流的相似度,在此基础上构建电流差动保护的制动系数,对故障区域进行自适应判别。在PSCAD/EMTDC软件中搭建基于分布式电源的配电网模型,对所提保护方案进行仿真验证,仿真结果表明该方案能准确判别故障区域,抗过渡电阻能力强,且不需要电压信息和增加额外保护装置,具有同时兼容低成本与高可靠性,抗同步误差能力强等优点。

    • >TN电子技术、通信技术
    • 基于线段投影的ADMM-LP译码算法硬件实现

      2023, 23(6):2469-2476. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02469

      摘要 (82) HTML (0) PDF 4.44 M (154) 评论 (0) 收藏

      摘要:奇偶校验多胞体投影是交替方向乘子法(ADMM)译码算法中最为复杂的部分,复杂的投影计算使得ADMM译码算法复杂度较高且无高效的硬件实现方案。使用线段投影算法(LSA)计算校验多胞体投影可以省去复杂的排序和迭代操作,仅需进行简单的加减与比较运算,十分适合硬件实现。本文首先针对硬件实现对线段投影算法进行简化,并设计了完整的ADMM译码硬件实现方案,在FPGA中搭建了完整译码平台进行实验。实验表明:相较于已有的译码器,本文实现的ADMM-LSA译码器误码率性能基本一致,译码速度提高了30.6%,且在硬件资源消耗上有大幅减少,其中LUT资源使用量减少了40.3%,FF资源减少67.6%,DSP资源减少54.5%。

    • >TP自动化技术、计算机技术
    • 近20年中国智能机器人领域研究热点——基于CiteSpace的文献计量分析

      2023, 23(6):2477-2484. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02477

      摘要 (109) HTML (0) PDF 14.12 M (297) 评论 (0) 收藏

      摘要:在当今科技革命和产业变革发展背景下,智能机器人技术已然成为推动国家经济、社会发展的关键驱动力。本文以近20年中国知网CNKI数据库收录的2258篇相关中文期刊文献为数据源,使用CiteSpace软件开展可视化分析,旨在总结分析我国智能机器人技术领域的研究现状、研究热点及其研究发展趋势。研究内容包括:从年度发文量、期刊发文分布、研究机构发文分布等3个方面开展统计分析;从关键词共现、研究机构共现、关键词聚类、关键词突现及时间线等5个方面开展可视化分析。结果表明:我国智能机器人领域的年度发文量呈现出稳定发展且近5年呈现出快速增长的趋势,国内研究机构合作集群展现出跨域合作,高校、研究院与企业协同研究的特点,研究热点主要包括智能机器人、工业机器人、服务机器人、人工智能、传感器、机器视觉、路径规划、智能控制以及人机交互等,主要涉及智能机器人应用和关键核心技术与部件等两个层面。

    • 欠驱动两自由度机械臂LQG/LTR控制

      2023, 23(6):2485-2491. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02485

      摘要 (139) HTML (0) PDF 5.18 M (167) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对欠驱动机械臂系统的快速稳定控制中存在着的系统过程噪声和传感器观测噪声的干扰问题,设计了具有回路传输恢复的线性二次高斯(The Linear Quadratic Gaussian Control with Loop Transfer Recovery, LQG/LTR)控制器。该控制器由卡尔曼滤波器和最优状态反馈增益调节器两部分组成,并进一步使用了回路传输恢复技术提高了控制系统稳定裕度。仿真试验表明:LQG/LTR控制方法相比于线性二次型调节器控制方法具有更加出色的动态品质,能很好的抑制噪声造成的系统不稳定问题,使得机械臂快速稳定在期望位置,具备良好的稳定性和鲁棒性。

    • 一种管道蛇形机器人的裂缝视频检测系统

      2023, 23(6):2492-2498. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02492

      摘要 (162) HTML (0) PDF 8.85 M (198) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现蛇形机器人在管道内部快速准确的识别管道内壁裂缝,基于一种改进YOLOv3算法为管道蛇形机器人设计了快速检测管道裂缝的系统。系统搭载了500万像素相机以及用于辅助标定的两个激光发生器。此系统通过摄像机采集管道内部视频信息,使用改进YOLOv3算法对视频进行检测,若识别出裂缝则输出当前图像。之后结合激光标定和边缘检测算法得到当前裂缝的物理信息。改进YOLOv3算法使用k-means++算法对裂缝数据集进行聚类,得到最佳先验框,并使用距离交并比代替交并比作为损失函数,以提高精度和速度。实验表明,改进YOLOv3算法平均精度为87.23%,与原始YOLOv3算法相比提高了5.88%;同时基于激光标定算法的图像处理得到的裂缝物理信息与实际信息误差在5%以内,可以用于实际工程。

    • 采用双支路和Transformer的视杯视盘分割方法

      2023, 23(6):2499-2508. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02499

      摘要 (105) HTML (0) PDF 13.12 M (195) 评论 (0) 收藏

      摘要:视网膜血管复杂且背景与视杯视盘区域相似,是造成视杯视盘分割精度不高的原因。为了更加准确地分割视杯视盘,本文设计了一种具有双支路特征融合的分割网络。网络主支使用Transformer对特征进行提取,弥补了卷积运算在建立远程关系方面存在的不足。采用多个模块来融合浅层空间特征与高级语义特征:SCA-FFM(尺度感知-特征融合模块)用于从高层次特征中收集视盘和视杯的语义和位置信息;IM(识别模块)利用注意力机制减少低层次特征中存在的错误信息和噪声,增强空间细节特征的提取;使用GCD-FFM(图卷积域-特征融合模块)将高级语义特征和低级特征进行融合,使特征图同时具有全局和局部信息。对比实验表明,本文方法表现出更好的分割效果,且具备良好的泛化能力。

    • 改进YOLOv4的复杂交通场景目标检测方法

      2023, 23(6):2509-2517. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02509

      摘要 (178) HTML (0) PDF 13.51 M (400) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对复杂交通场景下密集小目标居多、目标尺寸差异大、目标间遮挡严重的问题,提出一种基于YOLOv4框架的复杂交通场景下的目标检测算法。首先,构造多尺度特征融合提取模块作为主干网络特征提取模块,充分提取不同尺度目标特征信息,同时引入轻量化Ghost模块对主干网络特征进行维度调整;其次,将卷积模块与自注意力机制融合,构造倒残差自注意力模块应用到主干网络深层,深层网络在充分提取局部特征信息基础上获得了全局感知;然后,构造轻量级混合注意力模块,抑制背景噪声,增强密集小目标检测能力;最后,在Udacity数据集上进行实验,检测精度达到了84.41%,相比较YOLOv4, mAP(mean average precision)提高了3.07%,对1920×1200分辨率图像的检测FPS(frames per second)可达到49,提高了22.5%,精度提升的前提下实现了较好的实时性,更适用于复杂交通场景下的目标检测任务。

    • 疫情期间应急物资车辆路径优化方法

      2023, 23(6):2518-2525. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02518

      摘要 (140) HTML (0) PDF 16.92 M (2112) 评论 (0) 收藏

      摘要:在新冠肺炎疫情期间,全力保障应急物资流通,是保持生产生活平稳有序运行的先行条件。本文建立基于智慧物流系统的应急物资车辆运输系统架构,实现物流信息透明化。并基于百度地图实时监测道路拥堵情况,结合头脑风暴算法内核,根据实况路网模型求解带时间窗的应急物资车辆调度模型,使用Matlab工具结合隔离点实际地理坐标经纬度对其路径规划方案进行仿真,实现应急物资流通过程的数据交互和车辆调度方案的实时调整。该方法改善了疫情期间应急物资的运输效率。

    • >TU建筑科学
    • 乡村住宅耐久性的敏感性分析方法

      2023, 23(6):2526-2534. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02526

      摘要 (99) HTML (0) PDF 6.59 M (181) 评论 (0) 收藏

      摘要:为满足乡村住宅向生态宜居长寿化的方向发展,乡村住宅的耐久性需要给予足够的重视。针对指标参数对乡村住宅耐久性的影响分析,基于可拓学提出了乡村住宅耐久性的评价模型与敏感性分析方法。该方法以关联度计算得到的乡村住宅耐久性评价级别和级别变量特征值为依据,分析单体乡村住宅和区域乡村住宅耐久性的敏感性指标。该方法可以依据敏感性分析对象和内容,选择不同的指标体系,且适用于单体和群体住宅耐久性的敏感性分析。最后将该敏感性分析方法应用于乡村住宅耐久性评价,阐明了该敏感性分析方法的分析过程,并给出了我国乡村住宅耐久性分布的初步规律。

    • 流态固化土的电化学特性及其施工与力学性能

      2023, 23(6):2535-2541. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02535

      摘要 (115) HTML (0) PDF 5.59 M (143) 评论 (0) 收藏

      摘要:流态固化土是一种新型填筑工程材料,是对传统稳定土(灰土等)的变革和发展。本研究采用单纯形重心法设计固化剂组成,对不同配比固化剂的流态固化土的坍落度、凝结时间、抗压强度和电化学阻抗谱进行测试。基于7个实验点的结果,采用三个分量的三阶重心多项式模型建立流态固化土坍落度、凝结时间以及抗压强度预测方程。试验结果表明,当流动性满足要求,且凝结时间适宜时,水泥-矿粉-粉煤灰三元体系质量比为6:2:2时,流态固化土抗压强度较高,固化效果及经济性良好;电化学阻抗谱法Nyquist图的容抗弧半径和Bode图的阻抗模值与固化体试样的强度呈正相关,是评价预固化剂固化效果的一种有效途径。

    • 基于可靠度理论的嵌岩桩自平衡转化系数研究

      2023, 23(6):2542-2548. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02542

      摘要 (66) HTML (0) PDF 3.41 M (132) 评论 (0) 收藏

      摘要:嵌岩桩作为桩基础的重要分支,在基础工程领域已得到广泛使用,其竖向承载力通常认为由桩侧摩阻力和桩端阻力两部分组成。本文统计了五个实际工程中合计62组分别采用传统静载法和自平衡法的嵌岩桩竖向极限承载力对比测试数据。对测试数据进行了归一化处理之后,采用贝叶斯优化计算了服从对数正态分布的模型因子统计参数。挑选了合适的可靠度指标求解方法计算了不同自平衡转换系数对应的嵌岩桩竖向承载力的可靠度指标,分别探讨了活载效应与恒载效应比值、安全系数以及荷载效应统计参数等因素对可靠度指标的影响。结合各行业规范并考虑最不利原理确定了嵌岩桩竖向承载力合适的目标可靠度,给出了该目标可靠度对应的自平衡转换系数推荐值。

    • 土岩组合深基坑围护结构受力与变形特性分析——以青岛海天中心深基坑为例

      2023, 23(6):2549-2557. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02549

      摘要 (103) HTML (0) PDF 11.17 M (362) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究土岩组合二元地层超基坑受力、变形和邻近建筑沉降随基坑开挖的演化规律,依托于青岛海天中心城市综合体桩锚支护结构体系超深基坑工程,对预应力锚索轴力、基坑水平和竖向位移以及周边建筑物沉降进行了实时监测。结果表明,基坑开挖期间内,预应力锚索轴力随时间的变化规律主要分快速下降、稳定变化和基本稳定3个阶段,锚索轴力平均损失率约为15.08%;基坑最大水平位移为12.30 mm,最大竖向位移为11.01 mm,基坑临近建筑物最大沉降量为1.2 mm,远小于设计和现行《建筑基坑工程监测技术标准》的容许变形值,说明桩锚支护结构体系可以有效控制基坑变形,确保毗邻建筑物安全;同时表明该基坑的支护设计方案有较大的优化空间,从而节约工程成本。研究成果对相似地质条件的超深基坑围护结构设计具有重要参考价值。

    • 钢渣-矿渣-脱硫石膏复合胶凝材料的制备及水化机理

      2023, 23(6):2558-2566. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02558

      摘要 (130) HTML (0) PDF 15.37 M (402) 评论 (0) 收藏

      摘要:加速钢渣水化过程、胶凝活性激发对钢渣综合利用率的提高有重要意义。以矿渣和脱硫石膏为复合激发剂,基于交叉试验的设计方法,对复合胶凝材料的组成进行了优化,分析了复合胶凝材料的综合性能,采用XRD、SEM、FT-IR等测试方法表征了复合胶凝材料的组成及结构,并以此揭示复合胶凝材料协同优化的机理。复合胶凝材料配合比的交叉试验结果表明:钢渣30%、矿渣60%、脱硫石膏10%,水灰比为0.5,28 d抗压强度为40.4 MPa,其它各项性能指标满足GB/T1346-2011要求。通过多项测试手段可以判断出,矿渣在脱硫石膏的激发作用下不断水解,缩短了水化诱导前期和延长了诱导期,提升早期水化反应程度,释放大量热量,生成了AFt和C-S-H凝胶。而浆体的pH值上升,促进钢渣水化反应,加速了浆体由液相反应转为固相反应,证明了各原料之间存在协同反应。

    • 早龄期受硫酸盐侵蚀下的混凝土分层腐蚀模型

      2023, 23(6):2567-2572. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02567

      摘要 (96) HTML (0) PDF 5.15 M (147) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究早龄期受硫酸盐侵蚀下混凝土的损伤劣化规律,本文采用压汞法(MIP)测定了清水环境和硫酸盐环境下不同腐蚀龄期混凝土试样的孔隙率,利用分光光度法测定了混凝土中硫酸根离子的分布,并测试了不同腐蚀龄期混凝土的超声波声速值。结果表明:清水组中混凝土的孔隙率先降低后逐渐趋于一个定值,硫酸钠溶液中混凝土的孔隙率则先降低后增加;混凝土超声波声速值的变化规律与孔隙率的变化规律呈负相关性。最后,结合硫酸根离子的分布规律和Fick第二定律,建立了腐蚀混凝土分层理论计算模型,并利用混凝土密实速率系数评估了混凝土的损伤劣化进程。

    • 太阳能供暖用新型流体制备及导热性能测试

      2023, 23(6):2573-2578. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02573

      摘要 (102) HTML (0) PDF 4.48 M (202) 评论 (0) 收藏

      摘要:严寒、寒冷地区液体型集热器应用时需考虑防冻性能,工程常使用乙二醇型防冻液作为循环工质。但其导热系数仅为水的60%,集热循环过程中防冻液与太阳能集热器基板传热不充分导致基板过热和集热热损过大。为解决上述问题,通过乙二醇型防冻液及相变材料配制不同浓度的HTHSF(Heat Transfer and Heat Storage Fluid,传热蓄热流体),在考虑防冻的基础上,以增加HTHSF综合导热系数为目的,通过瞬态热线法实验研究HTHSF相变过程中导热系数的变化规律。结果表明:当温度升高或浓度减小时载流体导热系数增大。配制的HTHSF呈水基溶液的特性,在单一相时导热系数与温度成正比关系,相变使得导热系数有所减小。寒地太阳能供暖用新型HTHSF10V%、冰点-20 ℃时性能较好,此外拟合公式与实测数据误差在0.5%以内。

    • 软土浅埋超大直径盾构始发端头加固范围研究

      2023, 23(6):2579-2586. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02579

      摘要 (97) HTML (0) PDF 8.69 M (183) 评论 (0) 收藏

      摘要:为确定软土地层浅埋超大直径盾构始发端头加固的合理范围,本文以珠海杧州隧道为工程背景,采用有限元建模分析,研究端头加固范围对素混凝土墙破除以及盾构始发掘进过程地层变形的影响。基于数值分析结果,以端头中心点水平位移为控制目标,得出横、竖向合理加固厚度约为0.28倍隧道开挖面直径,略大于理论计算值和工程经验值。盾构掘进模拟结果表明,当纵向加固长度超过盾构机长度后,横断面受剪区域未与地表形成“塑性贯通”,端头盾构掘进对地表扰动程度较低;如以地表最大沉降为控制值,软土地层合理加固长度为1.14倍盾构机长度,该结果与理论计算值接近,而略小于工程经验值。

    • >U交通运输
    • 低掺量水泥改善级配碎石力学和收缩规律分析

      2023, 23(6):2587-2594. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02587

      摘要 (75) HTML (0) PDF 3.82 M (154) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究低掺量水泥改善级配碎石力学和收缩性能规律,提高对低水泥掺量基层结构的认识,通过不同龄期与水泥掺量下的无侧限抗压强度、劈裂强度、加州承载比、抗压回弹模量和干燥收缩等试验,揭示了力学和收缩变化的规律,建立了强度和模量等四个力学参数随龄期和水泥掺量变化的对数增长预测模型,以及上述参数对应龄期之间的相互转化关系模型。研究结果表明龄期和水泥掺量对混合料力学和收缩性能影响显著,推荐水泥掺量在2.0%~2.5%范围内较为合适。

    • 不同胶粉掺量下橡胶沥青混合料路用性能分析

      2023, 23(6):2595-2605. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02595

      摘要 (79) HTML (0) PDF 22.15 M (3972) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究不同胶粉掺量下橡胶沥青混合料的路用性能,本文通过在70#A级基质沥青中掺加不同质量胶粉,利用沥青激光回弹试验、沥青接触角试验分析了沥青PG等级以及沥青胶结料与集料之间的粘附特征,确定了橡胶沥青路面结构上、中、下面层的最佳胶粉掺量(即上面层SMA-13添加30%,中面层AC-20添加40%,下面层AC-25添加50%);通过对不同胶粉掺量橡胶沥青混合料的汉堡车辙试验、低温弯曲抗裂试验及直接剪切试验等力学性能研究得到了:胶粉的掺入可增强沥青胶结料与集料间的内聚力,使沥青混合料的塑性变形能力变强,有效改善了橡胶沥青混合料不同结构层的水稳定性和高温抗车辙能力,提高了橡胶沥青混合料的抗裂性能和抗疲劳性能。结合工程实例,借用三维雷达检测系统,评价了现场橡胶混合料沥青路面结构层摊铺的整体性和材料厚的均匀性等道路内部状况;通过现场路面取芯后CT扫描,获取了现场路面结构的集料-空隙三维空间分布情况,得到了胶粉的加入能促进沥青胶结料与集料间的分子运动,有效改善沥青混合料的孔隙分布情况,使路面内部材料更加均匀分布,充分发挥橡胶沥青路面优良的路用性能。

    • 中承式空间Y形钢拱桥力学分析

      2023, 23(6):2606-2611. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02606

      摘要 (87) HTML (0) PDF 4.01 M (243) 评论 (0) 收藏

      摘要:异形拱桥作为景观桥可以很好满足人们的景观需求,但同时它的受力形式也复杂多样,为了研究某空间Y型拱桥在施工阶段以及成桥阶段的受力特点,采用有限元分析软件建立全桥的数值模型。在考虑结构所受强风荷载的基础上,主要研究该结构在各个施工阶段以及成桥阶段关键部位的内力和应力,然后对结构进行动力和稳定性分析。结果表明: 该桥所受风荷载较为显著,双拱侧拱脚因为倾角的原因弯矩值较大,结构的受力均满足规范要求。通过对该拱桥的相关力学行为分析,研究结论可以给未来类似结构的设计和施工提供参考。

    • 基于改进烦恼率模型的人行桥振动舒适度研究

      2023, 23(6):2612-2620. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02612

      摘要 (80) HTML (0) PDF 10.63 M (193) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现行人行桥设计规范舒适性评价结果过于保守的问题,首先,基于随机步行荷载模型,经过时程分析得到结构的峰值加速度及行人实感的最大响应分布,通过研究二者之间的相关关系,定义了振动响应折减系数,并建议采用行人实感最大响应作为人行桥舒适度指标;其次,建立了基于改进隶属度函数的烦恼率模型,给出了不同使用环境下的烦恼率曲线;最后,提出考虑行人实感和改进烦恼率模型的人行桥振动舒适度评价方法,以荆州市某人行天桥为例,进行振动舒适度评价。研究表明:峰值加速度与行人实感响应具有显著的相关性,根据振动响应折减系数可建立对应关系;烦恼率拟合曲线与计算结果曲线的最大误差不超过3%,且变异系数取值不同带来的的影响不超过1%;与峰值加速度相比,考虑行人实感的烦恼率计算值与实测值更接近;该类结果对人行桥振动舒适度定量计算具有参考借鉴意义。

    • 黄土沟谷地区格构式高墩偏位及受力性能分析

      2023, 23(6):2621-2627. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02621

      摘要 (50) HTML (0) PDF 5.17 M (124) 评论 (0) 收藏

      摘要:黄土沟谷地区格构式高墩在施工以及使用过程中,由于受到不同因素的影响,其墩身可能会产生一定的偏位。为研究其偏位对墩身受力以及损伤性能的影响,本文以河沟大桥4#高墩为研究对象,利用有限元软件Midas Civil和ABAQUS研究分析了高墩在最不利荷载状态下墩顶的最大偏位值以及偏位后的墩身的受力性能和损伤性能。研究结果表明:最不利荷载作用下墩顶最大偏位为35 cm;当墩顶偏位最大时,墩顶水平推力小于混凝土破坏时的水平推力临界值,此时,墩身受压侧混凝土压应力之比与墩体受拉侧钢筋拉应力之比均小于规范允许上限值,墩身混凝土未发生完全破坏;在墩顶最大偏位位移下,墩身受拉损伤因子相比墩身受压损伤因子较大,墩身受拉损伤比较严重。可见黄土沟谷地区格构式高墩施工应控制墩顶偏位,降低对墩体承载力的消弱。

    • 拼装式矩形隧道环向接头抗弯性能试验

      2023, 23(6):2628-2636. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02628

      摘要 (35) HTML (0) PDF 17.14 M (166) 评论 (0) 收藏

      摘要:矩形隧道因空间利用率高、覆土浅和施工成本相对低廉等特点,成为最为较合适的断面形式,而环向接头性能对矩形隧道的抗弯承载力有重要影响。本文对一种矩形隧道的环向卯榫接头开展了大尺寸模型抗弯试验,探讨了拼装式隧道环向接头的结构变形和损伤模式。研究结果表明,卯榫接头在承受极限破坏前,接头的混凝土和钢筋应变均低于极限应变;螺杆接头的变形量比较小,主要原因是螺杆的锚固和止裂机制,使接头闭合和开裂阶段的最大张开宽度和压缩量都处于规范范围内;螺杆接头受力后表现出压缩弯曲破坏模式,其主要特征是前期承压,中期塑性变形与小扩张,后期压缩扩张,并导致接头破坏;卯榫接头受力变形稳定、承载能力高、控制裂隙能力强、塑性好而不发生脆性破坏,所以螺杆接头适合作为装配式框架隧道的接头方案。

    • 基于可跟随式有害气体抽排装置的烟尘运移规律研究——以鸡鸣隧道为例

      2023, 23(6):2637-2648. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02637

      摘要 (73) HTML (0) PDF 19.94 M (563) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了降低隧道爆破产生的粉尘及CO对施工人员的危害,本文提出了一种在隧道中加入可跟随式有害气体抽排装置的辅助通风方式。为确定可跟随式有害气体抽排装置的有效性,本文依托鸡鸣隧道工程基于Fluent数值模拟软件对该装置的应用场景及应用效果进行了模拟,得到了压入式通风和加入抽排装置后的隧道流场以及粉尘、CO的运移规律,以及装置对流场的影响并验证了装置加速粉尘及CO排出的效果,并对加入装置后距离掌子面的5个测点的CO浓度随时间的变化规律进行线性拟合。结果表明:加入可跟随式有害气体抽排装置能够有效加速掌子面工作区域内粉尘及CO排出,通风120s内,相同时间点下加入装置后的相同位置处粉尘及CO浓度远低于压入式通风条件下,加入装置后仅通风110-130s掌子面前5m内粉尘及CO浓度均能够达到安全浓度以下,同时该装置的加入一定程度上会增加隧道流场的紊乱程度,加入抽排装置后的掌子面前5个测点处通风30min内的CO浓度变化满足单指数函数。对比加入可跟随式有害气体抽排装置前后粉尘及CO浓度变化情况,验证了该装置的有效性。

    • >V航空、航天
    • 离心式作动器及驱动系统研究与实现

      2023, 23(6):2649-2655. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02649

      摘要 (74) HTML (0) PDF 7.14 M (187) 评论 (0) 收藏

      摘要:作动器系统作为直升机结构响应主动控制系统(ACSR)执行元件的重要核心部件,其控制性能 直接关系到振动的抑制效果。本文研制了一套基于永磁无刷直流电机驱动的离心式作动器原理样机,详细 阐述了系统组成及工作原理,论述了作动器输出力频率、幅值和相位的调节方式。依据离心式作动器的原 理建立了偏心块的输出力方程,选取了 MAXON 公司生产的 EC60 flat 411678 无刷电机作为驱动源。设计 了作动器伺服控制系统,针对功率驱动中的隔离 DC/DC、自举二极管、自举电容、电流驱动能力及母线支 撑电容等关键参数进行了详细设计。通过实验验证,电机转速误差最终被控制为 1%以内,位置响应时间 小于 50mS,振动抑制在 0.0015g 以下,取得了较好的控制性能,为离心式作动器系统在直升机平台的应用 奠定了基础。

    • 玻璃纤维平纹编织层合板面内剪切渐进失效分析

      2023, 23(6):2656-2663. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02656

      摘要 (87) HTML (0) PDF 7.66 M (7320) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究玻璃纤维平纹编织层合板面内剪切性能,建立其面内剪切渐进失效分析模型。基于Ramberg-Osgood方程建立考虑面内剪切的非线性本构模型,编写VUMAT子程序,设置Hashin失效准则和刚度退化准则,采用ABAQUS/Explicit求解器对玻璃纤维平纹编织层合板的面内剪切过程进行模拟。研究表明:建立的非线性模型能够很好的描述面内剪切非线性;面内剪切过程中,首先发生纤维-基体的剪切失效,然后是经纬向纤维的拉伸失效,最后是经纬向纤维的压缩失效;预测得到的面内剪切强度、初始剪切模量、位移载荷曲线和失效模式与试验结果吻合,证明所建立模型的有效性。

    • >X环境科学、安全科学
    • 高压脉冲气液相放电对双酚A降解的研究

      2023, 23(6):2664-2670. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02664

      摘要 (52) HTML (0) PDF 5.64 M (142) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文运用高压脉冲放电等离子体技术研究对BPA溶液的降解效果,搭建反应器并研究了电场参数对降解去除率的影响,并使用最优电场参数结合环境因子变量研究去除效果。结果表明:电压高于30 kV、极间距1.5~2.5 cm有利于提高电场强度提高BPA去除效率;而提高放电频率可增加单位时长内的电场强度从而在反应前期BPA降解速率更高。溶液中BPA初始浓度和电解质的增加并不影响反应的进行;BPA放电降解较优的pH范围在7.0~9.0,而溶液初始pH值较低和较高时都将降低反应速率。可见在适当的理化条件下,高压脉冲放电对BPA有较好的去除效果。

    • 建筑物荷载对地铁隧道安全性影响的有限元分析

      2023, 23(6):2671-2682. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.06.02671

      摘要 (102) HTML (0) PDF 22.55 M (340) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对多种外力因素对临近地铁产生隧道变形的问题,分析建筑物荷载对临近地铁隧道的影响。以沈阳新建沈北万达广场工程为研究背景,通过Midas GTS NX有限元仿真软件,采用修正-莫尔库伦本构关系模拟土层,建立三维地层结构模型。对建筑物荷载施加前后区间隧道结构应力状态、水平和竖向位移的变化规律及特征面进行仿真分析。结果表明:建筑物荷载施加对隧道结构受力和变形均产生了影响,模拟计算了建筑物荷载施加前后应力状态参数和变形参数的增值和增幅,还得到了隧道最大沉降截面处的变形规律;构建了最大拉应力“W”型、最大压应力“M”型和最大沉降“O”型变化趋势模型,以期为建筑物荷载施加对地铁隧道的安全分析提供理论参考。

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