2023, 23(27):11477-11485. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11477
摘要:物理疗法是干预睡眠,提高人群睡眠质量的重要手段。本文对物理因子中光、声、温度、振动、电磁场、压力刺激手段来改善睡眠的办法进行了综述:总结了各物理因子手段改善睡眠的效应和机制,介绍了基于物理因子治疗睡眠疾病的国内外研究进展和相关物理治疗仪器、设备,为制定科学合理的睡眠障碍物理疗治方案提供理论依据。
2023, 23(27):11486-11495. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11486
摘要:压电技术是一种新兴的绿色能源技术,在各领域都有着广泛的应用,特别是随着智能道路的发展,压电技术在公路中的应用日渐成熟。本主对于压电技术在智能道路中的应用进行介绍,主要包括压电能量收集系统和混凝土结构健康监测及交通监测技术,着重分析了如何通过压电技术进行能量收集储存为周边设施提供所需电能以及监测交通流量和混凝土内部结构是否有损伤等数据,从而降低交通事故发生频率,增加道路使用时间。对压电技术目前存在的问题进行了剖析并给出了适当的建议,使压电技术能够更全面、更高效地应用在道路中。
2023, 23(27):11496-11504. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11496
摘要:加筋土结构因其具有因地制宜、性能优越和节能减碳等优点而在全球广泛应用。但在季节性冻土地区建造的加筋土结构在全生命周期内会经历多次冻融循环,而冻融循环对加筋土结构性能影响的研究尚不充分。基于已有研究,总结了冻融循环对加筋材料、回填土及加筋土单元体的影响,从室内试验、现场监测以及数值模拟三个方面并结合实际案例总结了加筋土结构在冻融循环作用下性能变化规律,指出了现有研究在冻融循环对加筋土结构的作用机理和评价指标等方面的不足,并展望了在冻融循环影响加筋土结构研究领域未来的发展方向,为加筋土结构的设计及长期稳定性分析提供支撑。
2023, 23(27):11505-11512. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11505
摘要:探地雷达(GPR)是一种可用于道路内部异常目标识别的无损检测方法。GPR工作时往往产生海量的扫描数据,而数据解释是技术要求高、任务繁重的工作,通常需要人工完成。此外,道路内部的复杂性和异常目标的多样性增加了图像异常检测的难度。近年来,人工智能(AI)技术的快速发展为基于AI的探地雷达B-scan图像自动解释提供了可行的技术思路,常用的深度学习算法有RCNN和YOLO。虽然YOLOv3在目标检测方面已经有了一定的成效,但基于其改进的YOLOv4算法可以进一步提高检测能力。本文结合YOLOv3算法,对比研究分析YOLOv4目标检测算法的改进对于目标检测任务的影响,以及YOLOv4算法对探地雷达图像异常目标检测效率的提升能力。结果表明,经过网络框架和算法改进的YOLOv4更适用于探地雷达异常目标的自动检测,经过训练后的YOLOv4网络模型满足探地雷达道路内部异常目标智能化检测需求,具有较强的实用价值。
2023, 23(27):11513-11521. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11513
摘要:遥感影像超分辨率重建有助于丰富地物细节,从而更全面地反映地物目标信息。为了解决目前基于深度学习的超分辨率重建方法难以同时兼顾影像高、低频信息的问题,本文提出了一种并联式遥感影像超分辨率重建方法。该方法并联了密集深层反投影网络和浅层多尺度网络,利用密集深层反投影网络精确预测遥感影像的高频内容;同时利用浅层多尺度网络来增加目标可分辨能力,并保留影像的低频部分来提升影像的质量。这个方法在在GF-1和GF-2数据集上进行了实验,并在Landsat 8和ASTER异源遥感影像数据集上进行了泛化验证,研究结果表明,相较于增强深度残差网络(enhanced deep residual networks for single image super-resolution,EDSR)、深层和浅层端到端卷积网络(end-to-end image super resolution via deep and shallow convolutional network,EEDS)和密集深层反投影网络(deep back-projection networks for super-resolution,DBPN),峰值信噪比(peak signal to noise ratio,PSNR)指标分别提升了2.30 dB、2.23 dB、0.25 dB,结构相似度(structural similarity,SSIM)性能指标分别提升了 0.1 316、0.1 085、0.0 096。本文方法有助于从数据端改善遥感影像目标识别、地物分类等应用的精度,进一步提高遥感数据在资源调查、环境监测、灾害预报等领域的应用效能。
2023, 23(27):11522-11529. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11522
摘要:响水溪岩溶大泉位于雅安市天全县响水溪村,为研究该地区地下水循环模式与泉水成因,2022年2月在现场进采集水样12组,通过Piper图示、离子比例分析对该地区的水化学特征进行分析。基于研究区的水文地质条件、地下水补径排规律利用水均衡法、同位素特征分析对响水溪泉成因进行了验证。结果表明,响水溪地区的地下水水化学类型普遍为HCO3--Ca·Mg型,其离子组分主要受到白云岩、灰岩的风化溶解。响水溪岩溶大泉最直接的补给含水层为灯影组(Z2?1d)岩溶含水层。除此之外,受构造作用其补给同时也受到北侧二叠系阳新组(P2y)、泥盆系(D2-3)碳酸盐岩裂隙溶洞水影响。
2023, 23(27):11530-11539. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11530
摘要:随着极端天气的增多,极端强降雨诱发滑坡对人民生命财产安全造成重大威胁。本文以典型强烈风化花岗岩地区青岛崂山的7.23返岭前滑坡为实例,基于相似准则,采用大型滑坡模型试验箱,开展了3组不同极端降雨条件下的室内模型试验,分析了不同降雨强度条件下边坡对降雨入渗的响应规律、边坡变形过程与破坏模式,总结了强烈风化地区极端降雨诱发花岗岩类滑坡的诱发机理与降雨成灾过程。结果表明:(1)降雨诱发全风化花岗岩滑坡经历了浸润侵蚀、表层变形、破坏加深和整体失稳4个阶段,坡体呈现“片状溜滑”特征。(2)降雨强度越大,降雨入渗速率越高,土压力、孔隙水压力和含水率变化越快,滞后效应越弱。(3)坡体变形破坏与降雨入渗具有一定的空间分布规律,研究成果可为强烈风化花岗岩地区的滑坡预警与治理提供参考。
周文龙,BOTTAZZI Jean,况光显,王德远,罗书文,高占冬,江波,莫贵芬
2023, 23(27):11540-11549. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11540
摘要:双河洞是世界上最长的白云岩洞系,它构成了绥阳双河洞国家地质公园的主体。随着探测长度的持续增长,现行园区边界已不能满足保护与管理的需求。笔者以双河洞空间分布为参考,运用ArcGIS水文与空间分析工具对池武溪流域及周边数字高程模型(digital elevation model,DEM)数据进行数字河网提取、地表流域分割,并综合考虑自然与人文因素,得到如下认识:(1)认为园区1:5万DEM精度下设定1 000 m2的汇流累积量阈值模拟出的数字水系与真实水系一致性高;(2)双河洞系统跨越池武溪地表分水岭,直观反映了地表-地下分水岭不重合的现象;(3)双河洞系统自2018年就已超越现行地质公园边界以及县级行政区界线,核心地质遗迹保护与管理存在真空地带,园区边界优化调整迫在眉睫;(4)园区边界应结合双河洞系统发育界限预判为考量适时进行动态调整,并提出了初步的优化定界方案;(5)未来应加强双河洞区域的示踪试验,更加明确地下分水岭范围,以期更加科学、完整地划定园区边界。
2023, 23(27):11550-11561. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11550
摘要:基于数据挖掘川贝母治疗肺系疾病的核心中药和基于网络药理学探讨“川贝母-人参”治疗肺系疾病之支气管哮喘的作用机制。通过数据处理软件,利用统计学方法对所收集的含贝母的肺系疾病中药组方进行频数统计、关联规则分析和聚类分析。并利用网络药理学知识对核心药对治疗肺系典型疾病支气管哮喘进行靶点收集筛选、生物功能富集( biological function enrichment, GO)分析和京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)富集分析,最后利用分子对接验证。共筛选出含贝母处方420个,涉及中药463味;高频药物有甘草、杏仁等;聚类分析可得8类;高频核心二联药物组合有“川贝母-阿胶”“川贝母-人参”等,三联药物组合包括“川贝母-天冬-麦冬”“川贝母-天冬-甘草”等,四联药物组合“川贝母-桑白皮-桔梗-甘草”、“川贝母-桑白皮-杏仁-甘草”等;由于阿胶为动物药材,则分析“川贝母-人参”药对治疗作为治疗支气管哮喘这一典型肺系疾病的核心药对,其中Hub靶点包括“AKT1”、“PTGS2”等;核心活性成分包括“beta-sitosterol”、“kaempferol”等;预测跟脂质和动脉粥样硬化、流体剪切应力和动脉粥样硬化、弓形虫病、糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路有关,在分子对接中高频活性药物成分Fumarine与疾病靶点的PTGS2最为紧密。基于统计学方法和网络药理学技术,川贝母常与人参等配伍使用治疗肺系疾病,且药物的活性成分会利用相关AKT1等靶点和脂质和动脉粥样硬化等通路起到治疗作用;本研究揭示了含川贝母治疗肺系疾病方剂潜在的一些规律,为进一步开放川贝母组方药物提供了思路。
2023, 23(27):11562-11569. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11562
摘要:马铃薯育种领域积累有大量尚未结构化处理的育种文献文本,人工整理文献内的种质资源数据费时费力。为了快速、准确地从育种文献中提取种植资源数据,使用基于词性标注规则和预设词的方法抽取文献数据。文献格式为PDF文档,对于不能直接获取文档文本的情况,使用游程平滑算法和光学字符识别(Optical Character Recognition, OCR)获取文本内容。采用用户可灵活建立的关键词库保存抽取项,通过正则表达式获取关键词所在语句,并利用自然语言处理工具对语句进行分词与词性标注,根据规则抽取目标词,同时采用基于关键词与预设词距离的信息抽取方法,实现将育种文献从自由文本转化为结构化数据。对115篇文献的1490个抽取项进行信息抽取,实验表明,该方法的准确率为82.97%,召回率为99.72%,F值为90.58%,能以较高的准确率和召回率对马铃薯育种文献种质资源进行抽取,可为构建马铃薯遗传育种数据库提供数据基础。
2023, 23(27):11570-11583. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11570
摘要:川西南段大邑地区所处的区域,其深层处于勘探的空白区,深入探讨该区海相油气成藏条件,不但能更新该区构造地质认识,也能为川西深层下一步油气勘探提供理论。基于研究区及周边钻井岩心、岩屑及地震等资料,对川西南段大邑地区深层油气地质条件进行综合分析。研究结果表明:①川西南段地层剥蚀至下寒武统筇竹寺组黑色泥页岩,该套烃源层广泛分布,为成藏提供了物质基础;②大邑深层发育多套储层,包括灯影组白云岩、栖霞组和茅口组白云岩、峨眉山玄武岩组玄武岩、嘉陵江组与雷口坡组白云岩,露头和探井都显示具有良好的储集条件;③纵向上发育中-下三叠统膏盐岩和巨厚的陆相碎屑岩盖层,具有很好的封挡条件。野外露头及钻井岩心中普遍可见储层大量沥青,说明形成过古油藏;④桐湾运动和加里东运动形成的不整合面在研究区叠加形成优质输导体系,加之大邑背斜带形成的有利纵向沟源断裂输导体系。大邑构造带古圈闭保持完整,与油气运移相匹配,有利于天然气的保藏,是未来深层天然气有利的潜在勘探区。
2023, 23(27):11584-11592. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11584
摘要:明确裂缝分布的主控因素对于油田井网部署及调整具有重要意义。但粒度和孔隙度对构造缝发育的影响机理的研究中仍旧存在一些问题。随着岩石粒度增大,不同学者对岩石是否更容易发育裂缝存在争议。随着孔隙度增大,岩石强度降低,对于岩石更难以发育裂缝的矛盾现象尚缺少合理的解释。基于实验数据的应力场分析表明岩石是否易于发育裂缝取决于岩石强度和岩石刚度两种因素的相对变化,两种因素符合幂律指数关系"E=a" 〖〖"×R" 〗_"t" 〗^"b" ,b的值决定了岩石是否更容易发育裂缝。随着粒度的增大,岩石弹性模量减小速度比岩石强度的减小速度可能更大(b>1),即岩石更难发育裂缝,亦可能更小(b<1),即岩石更易发育裂缝。随着孔隙度的增大,岩石弹性模量减小速度大于岩石强度减小速度,岩石更难以发育裂缝(b>1)。基于本次提出的岩石强度和岩石弹性模量双重因素控缝理论不仅可成功解释成岩作用对裂缝发育的影响,对于进一步深化对裂缝形成机理认识也具有重要指导意义。
2023, 23(27):11593-11604. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11593
摘要:宁武盆地石炭-二叠系太原组-山西组地层广泛发育,但其煤系页岩气勘探程度尚低。本文基于宁武南区块多口钻井页岩样品的扫描电镜观测、有机碳含量测试、岩石热解测试及系列测井数据探讨了宁武南区块煤系页岩展布特征、有机质微观赋存特征和有机质丰度预测方法。结果表明:宁武南区块太原组-山西组煤系页岩连续泥岩厚度达到30m以上,有机质丰度平均达到2.6%,有机质类型以Ⅲ型干酪根为主,显微组分以惰质体与镜质体为主,有机质孔隙主要发育于固体沥青,镜质体与惰质体中零星可见。构建了基于改进ΔlogR法、多元线性回归和神经网络的有机碳含量预测模型,对比预测精度认为反向传播(back propogation, BP)神经网络模型更适用于研究区煤系页岩有机碳含量预测。利用构建的BP神经网络模型对宁武南区块太原组和山西组总有机碳(total organic carbon, TOC)进行预测,指出研究区东北部煤系页岩有机质丰度高(TOC > 3%),具有较好的勘探前景。
2023, 23(27):11605-11614. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11605
摘要:为了探索页岩储层有效注水方式,采用鄂尔多斯盆地长7页岩露头分别制作长度近100cm、直径近10cm长岩心12个,通过室内实验研究了长岩心连续注水、脉冲注水、不稳定注水、周期注水、水平井注水吞吐及常规井注水吞吐的采出情况。结果表明,在相同的采出程度下,连续驱替含水率最高,间注间采的周期注水方式含水率最低;最终采出程度间注间采的周期注水方式最高,为35.24%,连续注水最低,为28.35%。在相同轮次下,注入压力越高,注水吞吐采出程度越高,最高值为5.08%;在一定吞吐压力下,第一轮次采出程度最高,随着轮次增加,单轮次采出程度大幅下降,第三轮次降幅可达82.61%;水平井注水吞吐效果优于常规井注水吞吐。较高的注水压力,有利于获得较高的采出程度;压力变化幅度大有利于启动微小孔隙中的原油,提高原油采收率。注水吞吐由于缺乏能量连续补充,采出程度比周期注水低约30%。
2023, 23(27):11615-11621. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11615
摘要:PDC刀具的结构是影响钻头性能的重要因素,锯齿形PDC刀具性能较好但研究较少,缺乏相关理论支撑。因此,本文基于弹塑性力学及Drucker-Prager准则构建了刀具与岩石的有限元模型,对锯齿形PDC及常规PDC刀具的破岩和温度场进行对比研究。结果表明,锯齿形PDC通过剪切和犁碎的方式破岩,有效且明显提升了破岩效率。锯齿形PDC较常规PDC切削力均值减小约20%,波动明显更小。后倾角变大,其切削力增加,破岩比能先增加减小后又增加,存在最佳后倾角10°-15°;切削深度增大,切削力变大,破岩比能先减小后增加,存在临界切深1.5 mm-2 mm;锯齿数增加,刀具的切削力与破岩比能先增加后减小,3个锯齿为最佳。温度场研究结果表明,锯齿形PDC比常规PDC刀具散热面积大,热稳定性更好;其温度随着后倾角增加而降低,随着切削深度的增加而变大,随着锯齿数增加先增大后减小。研究深度揭示了锯齿形PDC刀具的破岩特性以及温度场,对PDC刀具优化及高性能钻头布齿具有较为重要的指导意义。
2023, 23(27):11622-11631. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11622
摘要:针对传统激光熔覆送粉器存在结构复杂、易堵塞且送粉不均匀不稳定等问题,基于机械力学和气体动力学原理,设计了一款转盘式双筒激光熔覆送粉器的结构。通过对送粉器的结构以及传动原理的分析,利用绘图软件进行气路设计和机械结构设计。气路设计是送粉装置中气体输送管道大小的确定和管道位置的安排。机械结构设计是零部件的设计,主要包括转盘、料筒、进出料口、进气口、腔体、传动系统、搅拌系统等。结果表明,此次设计的送粉器在粉末运输过程中具有连续、均匀、稳定、易于控制等方面的优良性能,在激光熔覆作业过程中,利用此送粉装置可获得质量较高的熔覆层。
2023, 23(27):11632-11638. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11632
摘要:液冷板体积小,散热效果明显,被广泛应用于密集电子器件的散热。为研究液冷板内部的流动与传热过程,实现高效散热,利用计算流体力学(CFD)方法对液冷板进行热固耦合三维数值模拟,对比分析了水、乙二醇、酒精及甘油4种常见的不同类型冷却液在冷板内的流动规律与换热特性,研究了冷却液入口流速对综合散热性能的影响,并通过理论计算的方法加以验证。结果表明:设计的液冷板具有较好的流动和换热性能,4种冷却介质的综合散热效果均随入口流速增加而得到不同程度改善,最佳入口工况流速为2.5 m/s。以发光二极管芯片结温为散热性能指标,发现水的散热效果最佳,基板表面温度分布较为均匀。
2023, 23(27):11639-11645. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11639
摘要:汽轮发电机组甩负荷试验目的为测取甩负荷后最高飞升转速变化曲线,通过对调节系统的动态特性分析考核汽机DEH调速系统在甩负荷时的控制性能,本文通过对国内首台套超临界双抽背压式汽轮机组甩100%负荷试验结果进行分析,提出了在甩100%负荷过程中关键的控制点,尤其是甩负荷过程中的旁路控制、燃料控制、主蒸汽压力控制、给水控制、转速控制等方面进行充分分析研究,并进行了100%甩负荷试验,最终实现了在甩全负荷工况下的供热,各参数均良好,对热网产生的波动很小,有效的提高了事故工况下的保障供热能力。本机组甩负荷后,转速飞升最大值3113r/min,动态超调量3.77%,实现了超临界再热型双抽背压机组100%甩负荷试验一次成功,也为超临界双抽背压机组供热稳定性提高了良好的技术支撑。
2023, 23(27):11646-11654. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11646
摘要:电力系统在国家工业基础设施中起着举足轻重的作用,维持系统负荷高精度预测是保障电力系统高效供应的关键。针对负荷数据的非平稳性、随机性与非线性,负荷预测误差较大的问题,结合变分模态分解(Variational Mode Decomposition, VMD)、经验小波变换(Empirical Wavelet Transform, EWT)、改进的空洞卷积金字塔模块(Improved Atros Spatial Pyramid Pooling, IASSP)、集成双向长短时记忆模块(Ensemble BiLSTM,EBiLSTM),提出了一种短期电力负荷预测模型。为解决负荷数据的非平稳性引起的模型预测波动问题,通过变分模态分解方法与经验小波变换的结合分解为若干子序列,显著降低了原始负荷序列的复杂性;为提高模型预测精度,将分解的负荷子序列利用过零率指标划分高低频序列,在低频序列中构建一种时序依赖捕获模块EBiLSTM提取长期负荷特征,高频序列中构建特征提取模块IASSP提取局部负荷特征,最后累加各子序列的预测结果,实现电力系统负荷的短期预测。选取行业通用客观评价指标:平均绝对误差、均方根误差,在宁夏某地电站的实测数据上对比前沿算法进行仿真实验验证。结果表明,该算法MAE误差降低了37%~75%左右,具有较高的准确性与可靠性。
2023, 23(27):11655-11663. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11655
摘要:针对大型风机在高风速区由风剪切效应引起的输出功率波动和叶轮不平衡载荷,从功率和载荷两个维度出发,以NREL公司的5MW陆基风机为对象,提出一种基于权系数法的功率和载荷双目标协同的独立变桨控制策略。首先,以遗传算法优化的PID作为主控制器,通过风轮转速反馈得到统一变桨距角;其次,根据方位角反馈得到各桨叶的动态权系数,以此调整各桨叶的桨距角;最后,将叶根挥舞力矩反馈给模糊PID控制器得到载荷影响下的桨距角微调量,并对桨距角进行修正。通过FAST和Matlab/Simulink平台联合仿真,将所提控制策略与统一变桨距控制和独立变桨PI控制对比分析。结果表明,所提控制策略能有效地将输出功率稳定在额定功率附近,并且对于降低风轮不平衡载荷具有显著效果。
2023, 23(27):11664-11672. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11664
摘要:随着太阳能使用率的不断提高,太阳能资源的易变性使电网管理出现了困难。为了提高太阳能发电功率的预测精度,在安全稳定运行中保障工业电力系统的正常使用,提出一种结合改进的自适应噪声互补集成经验模态分解(improved complementary ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise ,ICEEMEDAN)与差分自回归移动平均(autoregressive integrated moving average ,ARIMA)的长短期记忆(long-term and short-term memory ,LSTM)神经网络模型,使用该复合模型对光伏发电功率进行预测,通过对影响光伏功率的不同变量进行评估,获取特征重要性并作为模型的输入,在时间尺度上利用改进后的LSTM模型进行建模,以R2等相关指标评判模型性能的优劣,从而实现完整的光伏功率预测。实验采用澳大利亚(DKASC)光伏数据集群中一光伏电站2016年实测数据进行验证,两组实验中修正预测模型较单一LSTM神经网络光伏功率预测模型的精确度分别提高了2.82%、0.02%。
杨攀烁,贾文阁,刘森,李吉生,张平,李旭,李彬,安国庆,安琪,韩晓慧
2023, 23(27):11673-11680. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11673
摘要:为了能够充分利用局部放电(Partial Discharge, PD)信号中包含的特征信息,提高变压器内部局部放电类型的识别率,文中提出了一种基于小波变换(Wavelet Transform)和灰度-梯度共生矩阵(Gray-GradientCo-occurrence Matrix,GGCM)算法的局部放电类型识别方法。结合变压器内部结构特点,设计四种局部放电缺陷类型,在实验室搭建变压器局部放电实验检测平台,通过脉冲电流法采集局部放电高频电流信号。运用小波变换对非平稳信号处理时的灵活性对局部放电信号脉冲构建时频谱图;然后结合GGCM算法提取时频谱图的15维纹理特征组成特征向量;将特征向量输入到支持向量机(Support Vector Machine,SVM)分类器进行模式识别。结果表明,小波变换和GGCM算法结合的识别方法能够有效地对不同局部放电缺陷类型进行识别。
何柏娜,孟凡涛,董彦辰,林莘,刘洋,吴硕,代维汉,尉元龙,王硕,张东进
2023, 23(27):11681-11687. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11681
摘要:混合串联补偿对输电线路暂态特性的影响亟待研究。为研究串联补偿混合复用对TRV暂态特性的影响,本文以500kV超高压示范工程线路为研究背景,利用PSCAD/EMTDC建立可控串补与固定串补的电磁暂态仿真平台,分析系统发生单相接地故障时瞬态恢复电压变化规律,得到恢复电压上升率与短路电流变化曲线;采用对比分析方法,针对可控串补与固定串补不同配置方式,研究不同串补度对TRV特性的影响,并得出最佳串补配比。仿真表明:相比FSC双平台分段布置,系统采用TCSC与FSC混合复用时,TRV超标工况大幅增加;合理配置TCSC+FSC线路串补度,能够有效降低TRV与断路器短路电流,且能够满足断路器正常开断的国家标准。
2023, 23(27):11688-11697. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11688
摘要:为实现短期风电功率的高精度预测,综合考虑风电功率数据波动性以及多维气象数据对风电功率预测的影响,提出了一种基于改进熵权法和SECEEMD的短期风电功率组合预测方法。首先,提出了一种综合相关性分析模型,结合多种特征选择方法对多维气象特征实现综合评价,准确筛选与风电功率相关性较高的气象特征,提高预测精度。其次,针对CEEMD(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition,互补集合经验模型模态分解)存在的分解分量过多,模态混叠程度加剧的问题,提出了SECEEMD分解算法,在降低分量数量,降低模态混叠程度的同时,提高模型的训练速度。然后,分别建立NWP-LSTM和SECEEMD-BP预测模型,并通过贝叶斯优化算法优化长短期记忆神经网络和BP神经网络结构;最后,通过改进熵权法寻找到最优权重组合进行加权组合。实验以内蒙古某风电场的风电功率数据和气象数据为实验数据,经验证,本文所提预测模型,能较大程度提高预测精度,相较于一般预测模型,R2-Score分别提高了4%和0.6%,MAE分别降低了44%和1.1%,证明本文所提风电功率预测方法具有更高的预测精度和更快的训练速度,更加适合进行风电功率预测。
2023, 23(27):11698-11705. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11698
摘要:针对传统分类模型在实际应用中对提取到的不平衡数据特征进行分类时分类结果精度低的问题,提出使用蜉蝣算法(Mayfly Algorithm, MA)优化的BP神经网络分类模型。同时为了提升算法前期全局搜索能力和后期局部搜索能力,引入阻尼比系数和非线性惯性权重因子,构建出改进蜉蝣算法(Improved Mayfly Algorithm, IMA)优化的BP神经网络(IMA-BP)分类器。根据该分类器分类具有随机的特点,引入集成学习中的投票(Voting)机制,将IMA-BP作为弱分类器,将各弱分类器的分类结果通过软投票方法融合,构成了一个Voting机制的IMA-BP分类模型。为验证分类模型的性能,使用UCI 数据库中的数据集将该模型与其他的模型进行比较,结果表明Voting机制的IMA-BP分类模型对4个数据集的分类准确率分别为88.67%、96.67%、91.25%、93.52%,都要高于其他模型,说明该分类模型具有较好准确性和可行性,对一些分类任务具有较强的指导作用和应用价值。
2023, 23(27):11706-11712. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11706
摘要:针对脑卒中传统评价的方法存在指标单一、对康复效果变化不敏感等问题,提出了一种以层次分析法与熵值法相结合的综合评价方法。首先,利用肌骨建模软件AnyBody对康复运动进行逆向动力学仿真;其次,从难度、执行度、平顺性等7个指标分析受试者的运动特征,通过计算获得:人体康复训练的执行能力不但与运动的难易程度有关,还与生理结构有关,执行能力在中间位置处最大(4.9269±0.2713);随着熟练程度的增加,运动时间减小,执行能力从不熟练(4.7518±0.0832)到很熟练(5.5503±0.0692)显著提升。进一步地建立了层次分析法与熵值法的综合评价模型,通过将训练过程中各项评价参数输入到综合评价模型中,实时计算得分,来获得患者的康复情况。实验结果表明:脑卒中患者在3种状态(不熟练、较熟练和很熟练)下的综合评分变化显著,验证了这种定量化评价方法的有效性,对治疗师最佳康复训练计划的制定具有一定的参考价值。
2023, 23(27):11713-11721. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11713
摘要:为了提高数字图像加密的速度和算法的安全性,提出了基于Fridrich框架的加密算法。通过Fisher-Yates变换置乱原始图像打破像素间的强相关性,再利用滤波器在RGB平面上进行滤波得到密文。Logistic-Sine-Cosine复合混沌系统具有良好的混沌特性,且时间复杂度低。密钥由输入参数和明文的SHA-512值共同决定,对明文高度敏感。二维滤波器扩散效果良好,其滤波器模板由明文和密钥决定并引入了伪随机像素值,在提升扩散效果的同时增强了系统抗差分攻击的能力。仿真结果表明,密文图像像素分布近似均匀、像素关联性弱、密钥空间足够大、密钥敏感性高,能够有效抵抗暴力、裁剪、差分等常见攻击,具有较高的安全性,且算法时间复杂度较低。
2023, 23(27):11722-11729. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11722
摘要:武器—目标分配(Weapon Target Assignment, WTA)问题是根据武器对来袭目标毁伤概率的不同,合理确定待打击目标的武器分配方案,以达到尽可能少的武器对来袭目标毁伤程度最大化的目的,是作战指挥决策领域的重要研究内容。在构建WTA问题模型的基础上,针对传统灰狼优化(Grey Wolf Optimization, GWO)算法局部开发能力不足等问题,采取了一种精英保留及免疫变异局部搜索策略。改进灰狼优化算法(Improved Grey Wolf Optimization, IGWO)首先在灰狼种群中选择部分优质精英个体,然后通过随机点变异和受体编辑两种免疫局部搜索策略对精英个体进一步寻优,从而改善传统GWO算法过早收敛和易陷入局部最优的缺点。针对3种不同规模的武器—目标分配问题,将IGWO与交叉熵算法、传统GWO算法进行了对比,计算结果显示IGWO算法所求适应度值的分位数均明显高于对比算法,进而验证了IGWO算法的有效性。
2023, 23(27):11730-11738. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11730
摘要:针对密集场景下行人检测的目标重叠和尺寸偏小等问题,提出了基于改进YOLOv5的拥挤行人检测算法。在主干网络中嵌入坐标注意力机制,提高模型对目标的精准定位能力;在原算法三尺度检测的基础上增加浅层检测尺度,增强小尺寸目标的检测效果;将部分普通卷积替换为深度可分离卷积,在不影响模型精度的前提下减少模型的计算量和参数量;优化边界框回归损失函数,提升模型精度和加快收敛速度。实验结果表明,与原始的YOLOv5算法相比,改进后YOLOv5算法的平均精度均值提升了7.4个百分点,检测速度达到了56.1帧/s,可以满足密集场景下拥挤行人的实时检测需求。
2023, 23(27):11739-11746. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11739
摘要:EVOH聚合是伴随放热的固-液两相湍流的复杂反应过程,在工程聚合中容易产生固体颗粒增大、颗粒间粘连和颗粒沉淀等影响颗粒聚合的理想悬浮状态,并且过程控制难以实现。为掌握EVOH聚合釜内的复杂运动规律,确定最佳聚合反应工艺参数,本文利用MRF多重参考系模拟非标新型大叶片EVOH搅拌聚合运动、欧拉模型模拟固-液两相流、湍流状态以标准k-ε湍流模拟和wen-yu模型的颗粒间作用,模拟仿真了颗粒直径为0.1~0.3mm、转速为100~300 r·min-1区间范围的聚合反应过程。结果表明:新型大叶片搅拌下釜内漩涡区域明显增多、湍流程度加剧;叶片斜边处与底部的交接处,流速最大,湍流程度增加,减轻了颗粒沉积;固相体积分数随着颗粒直径增大逐步减小。在转速为100 r·min-1和颗粒直径0.1 mm时,聚合釜内各处固相体积分数接近原比例,有利于颗粒悬浮。
2023, 23(27):11747-11752. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11747
摘要:面对现代辐射防护提出的轻量化和无铅化要求,聚合物基屏蔽材料愈发受到重视。本文将改性后的纳米氧化钐(nanoSm2O3)和纳米氧化铋(nanoBi2O3)作为屏蔽填料,通过原位聚合法制备了改性纳米钐/铋/乙烯基酯辐射屏蔽复合材料(M-nanoSm2O3/M-nanoBi2O3/vinyl ester, SBV)。采用红外光谱和X射线衍射对改性前后的纳米填料进行了表征,通过热重分析、力学性能测试、断面扫描及伽马射线和热中子屏蔽性能测试研究了填料含量对复合材料性能的影响。结果表明,添加改性纳米填料能够显著增强复合材料的热稳定性能和屏蔽性能,但过量添加会严重破坏复合材料的力学性能。综合考虑,掺杂量为30 wt%时,复合材料综合性能最佳,兼并无铅、低比重和高屏蔽性能的特点,有望成为应用于混合辐射场中的屏蔽材料。
2023, 23(27):11753-11758. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11753
摘要:在大跨度结构非均匀温度场的监测数据处理中常常需要处理温度数据,但是传统的温度识别处理方法在处理非均匀温度场数据时过于粗糙,无法较好的保留温度场的数据细节。因此本文通过BOLL通道法巧妙引入第三方数据与原始数据构建上下轨线,求取偏离值得到改进BOLL通道法完成对相关的非均匀温度场异常温度识别处理。同时对比了移动平均线法和三西格玛准则在数据识别处理的优劣。研究结果表明:改进型BOLL通道法在识别处理非均匀温度场方面具有独特的区域自适应性,在识别异常温度值的同时较好保留了非均匀温度场研究的突变温度细节,并且处理漂移温度数据和跳点温度数据的效果优于移动平均线法和三西格玛准则。
2023, 23(27):11759-11767. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11759
摘要:为了提高抱杆设计的安全性和经济性,提出一种基于改进天鹰优化器的抱杆结构优化方法。根据抱杆工程实例,建立轻量化设计模型。将角钢杆件的截面尺寸作为优化变量,采用罚函数法处理许用应力,位移和屈曲系数三种约束条件。为了解决天鹰优化器局部搜索能力不足的问题,使用混沌映射进行种群初始化,使首代种群在搜索空间内分布更加均匀,并引入新的平衡方式使算法在迭代后期仍具有全局搜索能力,同时加入非线性参数增强局部搜索能力,引入反向学习策略增强算法摆脱局部最优的能力。十杆平面桁架结构尺寸优化算例结果验证了改进算法具有更好的寻优能力。抱杆结构轻量化设计结果表明,改进的天鹰优化器提供的设计方案更佳,抱杆质量减轻了16.55%。改进天鹰优化器能够有效处理平面桁架和空间杆系结构的优化设计问题。
2023, 23(27):11768-11777. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11768
摘要:高放核废料处置库在开挖和使用过中围岩不断承受周期荷载,进而影响了高放核废料处置库的安全稳定。基于此,本文使用数值模拟方法研究了高温作用后花岗岩循环加卸载力学行为,在得到一组可以反映高温作用后花岗岩三轴压缩力学行为细观参数的基础上,分析了温度及围压对循环加卸载应力-应变曲线、弹性模量和破裂过程的影响。研究结果表明,常温下循环加卸载应力-应变曲线与单调加载吻合较好,循环加卸载造成宏观裂纹两侧晶粒脱落;600°C高温处理后,单轴循环加、卸载过程都会对应微裂纹增加,导致应力-应变曲线偏离较多。而高围压限制了卸载过程微裂纹数目增加及Felicity效应,循环加卸载峰值强度与单调加载差距明显减小,但循环加卸载会造成宏观裂纹两侧出现晶粒压碎现象。弹性模量随循环次数变化主要分为峰前阶段、峰后破裂阶段及残余强度阶段。600°C处理后试样内存在大量热裂纹,弹性模量峰前阶段会存在明显上升阶段,且对围压更加敏感。
2023, 23(27):11778-11785. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11778
摘要:干热岩开采等实际工程中高温-水冷循环和强扰动加剧了岩体力学性能的劣化,极易影响工程安全性和经济性。为研究高温-水冷循环作用对花岗岩冲击压缩力学性能的影响,对400℃下经历不同次数(0、2、4、6次)高温-水冷循环后的色季拉山花岗岩进行物理性质试验,采用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)进行冲击压缩试验,通过破碎形态和分形维数分析花岗岩试件破碎规律。结果表明:随着循环次数的增加,花岗岩外观颜色变暗、变黄,表面裂纹增多,粗糙程度增大;花岗岩密度、P波波速、动态抗压强度与循环次数均呈负相关,P波波速和动态抗压强度在前2次循环期间分别急剧下降42.53%和4.57%~10.80%;在相同循环次数下,花岗岩动态抗压强度随加载速率的增大而显著增加,表现出明显的应变率强化效应;在相同加载速率下,花岗岩破碎程度随循环次数的增加而加剧,在相同循环次数下,花岗岩主要破坏形式随加载速率的增加由劈裂破坏变为块状、粉碎破坏;花岗岩分形维数变化规律与破碎形态变化规律一致,经历6次高温-水冷循环,分形维数增幅为3.44%~11.52%。
2023, 23(27):11786-11794. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11786
摘要:本文基于隧道开挖引发的深部土层沉降槽曲线特点,首先利用反分析法研究其开挖对条形基础效应的影响,利用微元体力的平衡条件建立隧道开挖与条形基础与地基协同工作的微分方程,然后采取概念明确的初参数法求解相应的齐次方程,之后根据平截面假定,结合材料力学基本理论,考虑双曲线三角函数的微分特点,并借助matlabmathmatica软件得出隧道穿越条形基础效应的理论计算表达式,最后结合工程算例分析研究隧道与基础相对位置变化以及主要参数变化对基础效应的影响。结果表明:隧道对基础的影响范畴为[-0.5~1.5]倍的基础长度,且当隧道中心位于基础端部时沉降最大;隧道参数中土体损失率、隧道开挖断面及埋深对基础效应的影响很大,而基础自身参数变化对其变形影响较小,但基础高度的参数变化对其内力影响较大,基础的高度主要是由基础抗冲切与剪切来确定。
2023, 23(27):11795-11802. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11795
摘要:图式语言是直观刻画村域生态规划中生态、生产、生活网络空间嵌套组合特征的新视点和新方法,目前在寒地乡村还未构建出系统的景观生态图式体系,本文在归结前人景观图式语言相关理论研究的基础上,筛选出东北地区典型生态空间网络的原型遥感影像图片,提取整理图像信息,得出组成寒地乡村生态空间的基本图式“字”层面5类43种,“词”层面3类26种;组合图式“词组”层面4类21种。在此基础上以黑龙江省五常市二河乡新发村乡村生态旅游规划为例,以“有机稻乡,生态田园”为规划目标,选取寒地乡村生态空间的图式语言体系中符合基地实际功能情况的进行实践应用,展示了完整的图式语汇规划设计过程,以期在规划实践层面,为寒地地域特色性乡村旅游建设提供参考,进一步推动景观图式语言在寒地的探索和拓展。
2023, 23(27):11803-11809. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11803
摘要:为验证HYDRUS-1D模拟生物滞留设施水文调控效应的可靠性,通过物模试验,采用修正Morris法对模型主要参数的敏感性进行分析筛选,结合模拟值和实测值对筛选后的参数进行率定验证。结果表明:径流总量、径流峰值及其各削减率输出结果的敏感参数不尽相同,其中降雨量(q)均为高敏感参数;利用变异系数法,判断参数的综合敏感程度,其主要敏感参数包括降雨量(q),蓄水层高(H),种植土层和填料层的饱和含水率(θs)、饱和导水率(Ks)和孔径分布参数(n);验证期内模型模拟和物模实测结果的RMSE最高为0.131、RE均低于6.92%、NSE和R2均为0.9以上,匹配度高,模拟结果可靠,为利用HYDRUS-1D改进生物滞留设施规划设计方法提供理论支撑。
2023, 23(27):11810-11815. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11810
摘要:基于有限元-无限元理论,建立某型车辆的有限元模型,并对车辆近场监测点、远程监测面及无限元边界面进行设置,利用直接频响方法对头车、中间车及尾车的关键区域在不同频率下的声场特性进行分析。计算结果表面:头车和尾车区域在低频区段时车体顶部平滑区域的声辐射较小,在车体鼻尖及其下方的转向架区域的声压级较大,其中尾车后方区域内的相比头车的声压级水平和声辐射范围偏大,存在明显的流场影响,但在高频区段时其整体声压级均匀且水平较低。中间车区域在低频区段时受电弓区域的声压级水平很高,尤其在碳滑板和底架处尤为明显,其次在转向架区域的声辐射能力也较大,随着频率的提升,其能量也有显著的衰减。研究结果对高速列车的气动声学设计具有一定的参考价值。
2023, 23(27):11816-11827. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11816
摘要:为研究可再分散乳胶粉对水泥稳定碎石材料性能的影响,开展水泥胶砂试验及无侧限抗压强度、抗折强度、干缩、温缩路用性能试验,并通过XCT、SEM微观试验分析胶粉的作用机理。试验结果表明:胶粉应用于低剂量水泥基材料时,对强度和抗裂性具有显著的提升效果。考虑水泥稳定碎石的抗压强度、抗折强度及韧性,5%胶粉用量最优。5%胶粉水泥稳定碎石7 d无侧限抗压强度提高9.8%、抗折强度提高9.6%、弯曲韧性提升21.0%。掺入胶粉后,水泥稳定碎石的7 d、28 d干缩系数分别降低41.5%、34.0%,温缩系数降低17.1%,收缩性能得到显著改善。XCT图像分析显示,加入胶粉改变了水泥胶砂的孔隙特征,减少了大孔的数量,孔隙率和平均孔径是影响胶砂强度的主要因素。SEM结果显示胶粉可以增强水泥稳定碎石的界面粘结,优化其孔隙结构,并且与水泥水化产物联结形成弹性空间网络结构,是水泥稳定碎石韧性和收缩性能提升的主要原因。
2023, 23(27):11828-11834. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11828
摘要:科学的导梁落梁方案,对于确保钢桥安全顶推施工具有重要意义。响堂铺2号大桥采用步履式顶推施工法,下侧临时支架为非对称式布置。为确保主梁跨线施工的安全性,采用MIDAS/Civil有限元软件建立钢桥的顶推模型,通过前一施工阶段监测数据验证数值模型,在此基础上以顶推过程中主梁应力分布为参照标准,对比两种施工落梁方案,确定最优的导梁落梁方案。研究结果表明,三跨钢桥顶推施工中,导梁落梁应分阶段落梁,第一阶段一次性落梁,第二阶段分布式落梁;非对称式支架落梁时,各阶段中结构峰值应力多集中于导梁根部桁架处,导梁应有加固处理与实时监测等预防措施。
2023, 23(27):11835-11840. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11835
摘要:岩爆是深埋隧道施工过程中开挖时形成临空面,引起能量突然释放的现象,轻则岩片剥落,重则造成人员伤亡和财产损失,其危害程度取决于岩爆烈度等级,因此岩爆烈度等级预测是急需解决的难题之一。本文针对单一指标预测法预测效果不理想的问题,首先设计并实现了综合指标法和针对多分类问题的分类器,其次提出并建立了基于梯度下降(Gradient Descent)算法优化深度神经网络(Deep Neural Network)的GD-DNN岩爆烈度等级预测模型。实验结果表明:GD-DNN模型预测的准确率达到95.8%,相比机器学习算法K最近邻(K-nearest neighbor,KNN)、支持向量机(support vector machine,SVM)和深度学习算法DNN分别提高了45.8%、38.7%和8.3%,同时在精确率、召回率和??1值三项指标上均优于其他模型。最后在秦岭隧道、大相岭隧道、通渝隧道和马路坪矿井4个实际工程中检验模型的预测效果,检验结果证明GD-DNN模型能够精准预测岩爆烈度等级,研究成果可应用于深埋隧道工程中。
2023, 23(27):11841-11853. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11841
摘要:在长期的水土荷载和侵蚀性物质联合作用下,盾构隧道钢筋混凝土衬砌结构会经历腐蚀-损伤-劣化过程而逐渐失效,导致服役性能大幅降低。本文引入内聚力模型(CZM)及混凝土塑性损伤模型(CDP),建立考虑钢筋混凝土间粘结滑移的盾构隧道衬砌锈蚀三维数值模型。综合考虑钢筋锈蚀引起的自身力学劣化、混凝土有效截面损失及钢筋混凝土粘结性能退化等因素,分析了围岩水土荷载和钢筋锈蚀耦合作用下衬砌结构形变、损伤演变规律和整体结构劣化特征。研究表明:1)锈蚀作用导致衬砌结构刚度降低,大大加深了衬砌结构的变形程度。锈蚀造成衬砌结构不同部位的刚度损失不同,反映了锈蚀作用下衬砌结构损伤的差异性。2)衬砌结构的围岩侧与临空侧损伤差异较大。相同锈蚀率下,衬砌受压侧受到挤压作用,限制裂缝的发展,导致受压侧损伤很小。3)在锈蚀过程中隧道衬砌结构拱顶弯矩不断减小,拱顶损伤不断加深,损伤区域逐渐扩展,截面刚度损伤最显著。4)衬砌结构自身性能不断劣化,出现内力重分布。衬砌结构的裂缝多出现在围岩侧。研究成果可为隧道衬砌结构服役性能的评估提供参考。
2023, 23(27):11854-11861. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11854
摘要:开展微观仿真模型参数标定是科学应用微观仿真技术的前提,也是开展快速路交织区仿真模拟,继而挖掘交通流运行规律的必要步骤。参数敏感性分析是筛选标定参数种类的核心步骤。研究开展了针对交织区不同流量状态下不同指标的参数敏感性问题。根据基本道路通行能力设定交织区仿真中低、中、高三种流量条件,在不同的流量条件下开展交织区的参数敏感性分析工作。同时考虑交织区交通运行特点,分别从速度、流量和延误几个层面选取六个校核指标作为微观驾驶行为参数敏感性的分析对象。以VISSIM为平台设计并开展微观仿真实验,实践全样本空间下机器学习方法开展参数敏感性分析的有效性。对比不同参数敏感性分析方法并综合实验结果从车辆运行特征角度解释不同流量状态、不同指标的参数敏感性结果,证明以延误为校核指标、以交通流近饱和状态为标定场景,可以获得更全面的标定结果。
2023, 23(27):11862-11869. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11862
摘要:高速公路收费站的通行能力是一个重要的交通特征指标,可以为评估收费站拥堵程度和服务水平提供理论支撑,但是收费站站前广场是几何形状不规则的畸变区域,难以直接得到通行能力的显式值。元胞传输模型可以很好地简化站前广场形状,将站前广场划分为规则形状的元胞,基于元胞传输建立了站前广场通行能力模型,通过收费站监控视频采集大量数据标定模型参数,在不同站前广场长度和收费车道配置的情况下,对站前广场的理论通行能力进行了计算。为验证多场景下模型的准确性,利用VISSIM软件进行仿真,仿真参数采用相关的实测数据,为避免仿真随机性,进行多次实验取平均值,最后得出了站前广场通行能力的仿真值,通过对仿真值与计算值进行对比,验证结果误差为5.19%,误差在可接受范围内,说明了模型具有可行性。利用模型计算得到的理论通行能力与实际通行能力相互比较,作为判定收费站站前广场拥堵程度的标准,进一步为疏散拥堵提供解决方案。
2023, 23(27):11870-11877. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11870
摘要:本文对基于气动声学基础理论的涡桨飞机气动噪声预估方法进行了研究,发展了一种增升装置、起落架等机体部件噪声模型,建立了考虑迎角、机翼诱导干扰的螺旋桨噪声源模型,并结合等效噪声源法(ESM)方法考虑机体对螺旋桨噪声的散射,形成涡桨飞机气动噪声预估程序。采用某型涡桨飞机的噪声飞行试验数据进行了对比验证,预估结果相对于飞行结果在适航噪声测量点处的误差不超过2dB,表明了该噪声计算程序具备较高的预测精准度。
2023, 23(27):11878-11885. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11878
摘要:目前,全球有200多项在研电推进飞机项目,包含传统固定翼飞机改造、新构型设计、全电推进系统和混合电推进等。近年来,电推进飞机的发展方向可分为纯电动固定翼、电动垂直起降和混合电推进3类。本文针对某小型无人机燃料电池和锂电池组成的混合动力系统,建立了由质子交换膜燃料电池混合动力系统、6自由度飞行器模型和基于神经网络控制器组成的整个系统仿真模型。为了满足无人机不同飞行阶段的电力需求,控制器控制电池电流和充放电速率。在燃料电池作为无人机主要动力源的情况下,对混合动力系统的性能进行验证和评估。对人工神经网络控制器和模糊逻辑控制器性能进行了比较,结果表明,人工神经网络控制器的性能明显提高,增强了无人机混合动力系统的整体稳定性。人工神经网络控制器在效率和油耗方面比模糊逻辑控制器略有提高,约为1%。这说明在这类系统中,所设计的神经网络控制器比经典控制器具有更强的鲁棒性,更好的响应能力、可靠性,可满足无人机燃料电池混合动力系统运行在最优水平和最优效率上。
2023, 23(27):11886-11891. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11886
摘要:机场航班量不断增长,必然会带来机场高峰时段延误水平的增加。因此机场延误水平的科学预测对确保机场运行效率具有重要意义。论文首先根据航空器运行特性建立机场排队网络模型;然后利用Lempel-Ziv算法计算不同时间尺度的航班时间序列复杂度,确定刻画航班延误的小时间尺度,由此确定排队网络模型参数,并用实例进行验证;最后运用AirTop仿真软件以全天平均延误、高峰小时平均延误作为关键指标,仿真得出机场延误水平变化趋势。通过将仿真数据与计算结果进行对比分析发现,机场排队网络模型能够较好的反应真实情况下的机场延误水平;而选用小时间尺度15 min进行机场排队网络模型参数计算,结果更贴近真实机场延误水平。
2023, 23(27):11892-11899. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11892
摘要:针对现有滑出时间预测研究成果未考虑天气因素影响的问题,基于航空例行天气报告(meteorological terminal aviation routine weather report,METAR),构建了考虑天气因素的离港航班滑出时间预测模型。首先,通过分析航空器场面运行态势,厘清了进离港航班滑行过程的时空交叠关系,重新定义了滑出时间的影响因素,并分别阐述了航班运行数据和气象数据的分析流程。基于相关性分析结果构建了滑出时间的反向传播(back propagation,BP)神经网络预测模型,并采用蝗虫优化算法(grasshopper optimization algorithm,GOA)对模型进行优化。以深圳宝安机场2周的实际运行数据对模型进行了验证,结果表明:(1)天气因素是滑出时间的主要影响因素之一,引入量化后的天气因素可显著提升滑出时间预测结果。(2)重新定义的同时段推出及滑行的进离港航班数量、进离港队列的概念和数据样本更加精准,相关性分析结果更加客观。(3)基于GOA-BP的滑出时间预测结果精度有明显提升,MAE和RMSE分别减少了11.40 s、12.62 s,MAPE提升了0.37%;±3 min和±5 min的准确率分别高达81%和94%。
2023, 23(27):11900-11907. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11900
摘要:针对目前氢损伤失效机理无法量化到失效概率中的问题,更加准确、全面的分析加氢母站设备可靠性,修正RBI理论进行加氢母站设备的可靠性分析,结合双参数韦伯分布、极大似然估计统计分析设备同类失效概率,针对加氢母站设备特有失效机理,创新性地提出氢损伤修正因子与其定量分析方法,整体探讨了加氢母站设备可靠性。结果表明:修正RBI理论的泄漏孔径分类、结合双参数韦伯分布与极大似然估计计算同类失效概率更符合实际工况;结合氢损伤修正因子可得出氢设备失效概率值,氢损伤修正因子敏感性分析表明,氢损伤修正因子对设备失效概率呈正相关,建议对氢设备应采取一些具体措施进行预防性维护,对加氢母站设备安全运营管理与预防决策有重要意义。
2023, 23(27):11908-11917. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2023.23.27.11908
摘要:地震荷载下的坝体稳定性及溃坝风险始终是岩土工程界的研究重点之一。本文引入弱化系数考虑地震对尾矿坝筑坝材料的弱化效应,采用极限平衡拟静力法与光滑粒子流体动力学方法结合进行尾矿坝地震可靠度分析及风险评价。利用极限平衡拟静力法与蒙特卡罗方法寻求可能的失效样本,进而采用自主研发的SPH程序模拟失效样本下尾矿坝失稳过程以及最终堆积状态,引入临界位移值确定滑动面积以评估尾矿坝的失效后果。应用本文方法对云南某一加高扩容尾矿坝的稳定性及风险进行了评价,算例分析表明:随尾矿坝扩容高度的上升,旧坝的稳定性基本保持不变,而新坝的稳定性持续降低,扩容高度完成后,尾矿坝最小安全系数与规范要求值接近,需要重点关注其稳定性。可靠度分析结果表明:当尾矿坝筑坝材料变异系数为0.1时,其相应的失效概率为1%,该失效概率值的变异系数约为0.3。不考虑地震作用对筑坝材料的弱化效应,扩容尾矿坝的失稳风险为309.17m2,考虑弱化效应后,随弱化系数减小,扩容尾矿坝的失稳风险增大。随着弱化系数的减小,临界位移值对失稳风险的影响逐渐减弱,弱化系数大于0.5时,临界位移值对扩容尾矿坝的失稳风险影响显著。