• 2022年第11期文章目次
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    • >特约专题:智能结构与材料
    • 基于C1型Bell三角形单元的挠曲电效应分析

      2022, 50(11):1531-1538. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22286

      摘要 (740) HTML (9) PDF 1.83 M (20) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用C1连续性Bell三角形单元,进行了挠曲电效应的机理研究,求解了厚壁筒的平面应变边值问题,并利用挠曲电结构的非对称性产生压电效应。通过算例分析,验证了Bell单元的准确性和收敛性,研究了梯度弹性理论中内禀尺度对挠曲电结构变形的影响,分析了挠曲电的尺寸效应。该工作为挠曲电效应分析和结构设计提供了基础和依据。

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    • 声子晶体梁边界态的强化学习设计方案与本征模式分析

      2022, 50(11):1539-1547. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22285

      摘要 (412) HTML (3) PDF 1.80 M (12) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究周期性阶梯截面声子晶体梁,在理论推导的基础上通过建立强化学习模型框架实现了预期带隙的结构设计功能,提出了从本征模式的角度确定边界态频率的方法,并分别通过对整体结构和半结构的透反射分析验证该方法的准确性。在此基础上,检验了所设计的边界态对弹性波的鲁棒传输特性。提出的强化学习设计方案和本征模式分析边界态的方法使声子晶体梁边界态的设计分析简单易行,有助于推动设计边界态以实现弹性波精准调控的研究。

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    • 弯曲波-纵波彩虹捕获效应及其模式转换

      2022, 50(11):1548-1556. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22289

      摘要 (538) HTML (5) PDF 2.08 M (7) 评论 (0) 收藏

      摘要:弹性波彩虹捕获效应是指不同频率成分的弹性波在结构的不同位置停止向前传播并发生能量聚集的现象,而弹性波模式转换是指弹性波在传播的过程中其极化方向发生改变的现象。利用彩虹捕获效应实现弹性波模式转换是弹性波操控领域一个新的方向。为了实现弯曲波和纵波之间的双向模式转换,提出了一种梯度结构梁。通过传递矩阵法解析求解了子胞的能带结构,利用有限元法验证了其正确性。根据子胞的能带结构,从波数演化角度解释了弯曲波-纵波彩虹捕获效应及其模式转换的产生机理。通过有限元仿真,验证了弯曲波-纵波彩虹捕获效应以及彩虹捕获效应发生时弯曲波和纵波的双向模式转换。

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    • 基于力电耦合超材料的圆柱壳结构低频减振方法研究

      2022, 50(11):1557-1566. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22291

      摘要 (698) HTML (3) PDF 1.72 M (20) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于力电耦合超材料发展了一种针对圆柱壳结构的低频减振方法。利用模态综合法,提出了力电耦合系统的减缩方法,并对减缩模型进行了修正。研究了有限长度力电耦合超材料圆柱壳中的禁带阻波特性,并分析了电感电阻参数对禁带特性的调节规律。面向低频减振应用,提出了两种电路参数的优化设计方法。最后,以双层环肋圆柱壳为研究对象,针对其前三阶共振进行了优化设计,数值仿真结果表明前三阶共振峰均实现了25 dB以上的振动抑制效果,充分验证了所提出的低频减振方法能有效地抑制圆柱壳结构的低频振动。

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    • 基于半解析有限元法的多层复合环面周向导波计算

      2022, 50(11):1567-1577. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22290

      摘要 (400) HTML (3) PDF 1.96 M (12) 评论 (0) 收藏

      摘要:周向超声导波在多层复合圆管的快速缺陷检测与定量材料表征方面具有优秀的应用潜力,结合传感器网络技术,可构建智能材料与结构。精确计算周向导波的频散特性是实现上述目标的关键。传统的频散曲线求解方法大多只适用于各向同性介质且单层环面的情形,而对于工程结构中多层复合圆管则难以甚至无法求解。从弹性波动理论出发,结合COMSOL Multiphysics商用分析平台,发展了半解析有限元(SAFE)方法的计算框架,实现了对周向导波频散关系的精确求解,并在两种典型工业复合圆管结构中得到应用验证。研究表明,所提出的方法可以计算任意材料属性、任意层数以及任意环向截面形状的复合圆管中周向导波的频散曲线,具有重要的工程应用价值。

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    • 含预埋元件热塑性复合材料共固化智能结构失效行为

      2022, 50(11):1578-1587. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22293

      摘要 (674) HTML (5) PDF 2.28 M (14) 评论 (0) 收藏

      摘要:预埋金属连接件并与碳纤维增强热塑性复合材料共固化是实现航空航天、汽车等重要工程领域结构高性能轻量化和智能化设计的有效手段之一,能够有效避免复合材料钻孔带来的力学性能损失以及纤维不连续引起的局部应力集中。该研究将金属连接件预埋入碳纤维/PA6预浸料,采用热压成型工艺制备共固化复合材料结构,考察预埋元件周围纤维连续与不连续结构形式对复合材料结构力学行为的影响,结合超声检测技术,分析智能连接结构损伤破坏模式,并建立相对应的有限元模型,探究因局部纤维结构形式不同所带来的复合材料力学性能和失效行为的差异。结果表明:预埋金属件周围的局部纤维结构形式对碳纤维增强热塑性复合材料的力学性能影响不大,但会带来不同的复合材料失效模式。

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    • >土木工程与建筑学
    • 火灾下高强钢栓焊连接节点力学性能数值研究

      2022, 50(11):1588-1598. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21358

      摘要 (8) HTML (2) PDF 2.05 M (7) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用ABAQUS对高强钢栓焊连接节点火灾下的力学性能进行模拟,通过经验证的模型对高强钢栓焊连接节点进行参数分析。结果表明:温度升高,节点的极限抗弯承载力Mmax、节点塑性抗弯承载力My和节点的初始刚度Kini均降低;强度较低钢材的节点匹配较厚的梁柱翼缘和腹板比强度较高钢材的节点匹配较薄的梁柱翼缘和腹板,可获得相近的节点塑性抗弯承载力以及相近或更高的节点转动能力,从而实现节点优化设计。

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    • 基于改进的基本效应法的网壳结构构件重要性分析方法

      2022, 50(11):1599-1609. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21361

      摘要 (10) HTML (2) PDF 1.75 M (8) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有的网壳结构构件重要性计算方法仅考虑单根构件损伤或失效对结构的影响,未考虑构件间的相互作用和损伤的随机性。为解决这一问题,首先将基本效应法应用于构件的重要性判定中,定义了适用于网壳结构的基本效应;其次,将构件分为重要构件和一般构件两类,提出试算与正式计算结合的双阶段判定方法,以提高确定重要构件的计算效率;提出基于优劣解距离法的重要性排序方法,以确定重要构件内部的相对重要性排序;由此,进一步提出了基于改进的基本效应法的网壳结构构件重要性分析方法。此外,为减小改进的基本效应法的计算量,提出适用于该方法的修正径向抽样方法。凯威特型球面网壳数值算例分析结果表明:与现有方法相比,采用该方法确定的重要构件进行抽样检测鉴定时,评定网壳极限承载力的估计误差显著降低。

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    • 再生骨料碳化改性及其减碳贡献分析

      2022, 50(11):1610-1619. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21366

      摘要 (10) HTML (2) PDF 1.61 M (8) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用再生骨料与二氧化碳的碳化反应,可以提升再生骨料的性能,同时固定二氧化碳。阐明了水泥基材料固碳对于碳中和的重要性,总结了再生骨料碳化改性原理。基于菲克定律建立了混凝土服役、拆除后生产再生骨料贮存、再生骨料再利用三阶段固碳模型,并进行了案例分析。基于再生骨料不同的碳化处理方式建立了再生骨料碳化减碳贡献模型,并针对2020~2060年内我国预计产生的再生骨料量,核算了不同固碳方式的减碳效果,结果表明加速碳化方法可释放再生骨料巨大的减碳潜能,是实现再生骨料快速减碳,助力碳中和的重要举措。

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    • 水泥基复合固化剂对镉和锌混合污染土的固化试验研究

      2022, 50(11):1620-1627. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21373

      摘要 (8) HTML (3) PDF 1.39 M (6) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究水泥基复合固化剂对重金属混合污染土的固化稳定效果及其与单一重金属污染土的固化效果差别,探究锌和镉离子之间是否有协同或拮抗作用,采用水泥、石灰、粉煤灰和蒙脱石等作为复合固化剂,通过开展无侧限抗压强度试验、毒性浸出试验、X射线衍射分析(XRD)以及电镜扫描分析(SEM),研究锌镉混合污染土在不同固化剂掺量下的强度特性与浸出毒性、pH值与浸出毒性间的关系、重金属混合污染土与单一重金属污染土的固化效果差异,并通过XRD和SEM分别对固化产物的成分和形貌进行微观分析,进而分析固化机理。试验结果表明:用生石灰、粉煤灰、海泡石、蒙脱土替代等量水泥可使固化产物的强度提高;Zn2+与Cd2+之间不存在拮抗作用,Cd2+的存在还会有助于Zn2+的固定;重金属离子的浸出浓度随浸出液pH值的增大而明显降低;固化效果好的样品相较于固化效果差的样品有更多的针状、网状等较为致密的结构。

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    • 面向健康安全高密度城市治理的社区生活圈体检评估

      2022, 50(11):1628-1636. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21444

      摘要 (11) HTML (1) PDF 1.23 M (7) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于多元城市大数据,提出一套15 min社区生活圈定量化体检评估体系,从生活服务和健康安全两大方面对生活圈进行精细化测度,并以北京、上海、深圳及武汉4座高密度特大城市为案例,进行实证分析。结果表明:综合来看4座城市中上海社区生活圈建设水平最高,4座城市在公共服务设施建设上体现出不同方面的侧重。针对4座城市生活圈存在的问题,提出全面提升设施覆盖率水平、探索差异化发展路径、建立安全连续交通网络、构建社区防控设施嵌套体系等优化建议,为下一步进行规划整合及公共服务质量提升提供重要支撑。

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    • >交通运输工程
    • 高速公路桥梁路段交通安全风险评价及影响要素挖掘

      2022, 50(11):1637-1646. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21511

      摘要 (13) HTML (3) PDF 1.27 M (14) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了深入探究影响高速公路桥梁路段风险的显著因素,论文应用交通秩序指数综合评估交通安全风险,并以此为因变量,研究桥梁路段交通流、道路属性及外部环境等要素和交通安全风险间的关系。在构建安全风险识别模型的基础上,通过个体条件期望图挖掘影响高速公路桥梁路段的安全风险关联因素。结果表明:相较于梯度提升决策树模型,随机森林模型对于交通安全风险识别的准确性更高;此外,在影响因素中,拥堵是影响桥梁路段安全风险的重要交通流因素;在能见度较低及不良天气情况下,交通风险较高;并且,跨河桥上、下游过渡段是高速公路桥梁路段中交通安全风险最高的区域。研究结果为高速公路桥梁路段的交通安全风险识别及影响要素挖掘提供了新的思路和方法,有助于交通管理部门精准实施靶向治理。

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    • 基于微观换道的高速公路双车道出口辅助车道长度研究

      2022, 50(11):1647-1657. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21575

      摘要 (10) HTML (2) PDF 1.71 M (8) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究辅助车道长度确定的基本原理和合理长度,采用无人机航拍视频及YOLOv3目标检测算法提取双车道出口辅助车道路段车辆的原始轨迹数据,通过卡尔曼滤波和Frenet坐标系转换,得到了车辆微观换道特性和速度分布特征。以修正双曲正切函数换道模型拟合换道轨迹,左、右换道拟合优度分别为97.48 %、97.62 %。根据路段车辆运行和微观换道特性,建立了双车道出口辅助车道长度计算模型,将辅助车道划分为右换道段、反应段、等待段和左换道段4个组成部分。研究表明:出口辅助车道长度中最主要的影响因素是换道长度,其与行驶速度正相关,和《路线规范》相比,明确了辅助车道最小长度的计算原理,界定了辅助车道的范围,为设计中灵活运用提供了参考。

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    • >机械、车辆与能源工程
    • 订单可分解多柔性作业车间协同鲁棒调度

      2022, 50(11):1658-1666. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21327

      摘要 (12) HTML (2) PDF 1.11 M (9) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对企业多车间协同生产需求,对多柔性作业车间协同调度问题展开研究,提出了一种订单可分解多柔性作业车间协同鲁棒调度方法。给出多车间协同调度的求解方案,设计了两级决策树生产订单分配模型,其中,第一级决策树进行分配策略选择,第二级决策树进行生产订单拆分。在第一级决策树中设计了基于遗传算法的拖期检测方法,提高车间产能评估的准确性,同时,将新订单加入视为动态调度过程,通过染色体的层次选择增强调度的鲁棒性。在第二级决策树中基于线性规划提出了生产订单分解的上下界准则。最后,通过一个基准案例以及部分生产实例对订单可分解多柔性作业车间协同鲁棒调度方法进行测试。测试结果表明,该方法具备可行有效性,可供企业实际应用参考。

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    • 考虑主、轮缸液压力差异的制动增强控制

      2022, 50(11):1667-1675. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21323

      摘要 (11) HTML (6) PDF 1.69 M (8) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有电子液压制动系统(EHB)在常规制动工况下均是以主缸液压力传感器为反馈进行液压力控制,而忽略了主、轮缸液压力的差异性对制动控制带来的影响。针对此,首先通过电磁阀测试台架测试了液压控制单元(HCU)增压阀在全开工况下的正、反向的压差流量特性。之后,通过制动测试台架测试了轮缸压力体积(PV)特性,建立了非极限工况下的主、轮缸液压力的动态模型,并通过试验数据验证了模型的准确性。将由上述模型估计的轮缸液压力作为反馈,替换原始的主缸液压力传感器信号,引入到EHB的液压力控制算法中,而并不改变原控制算法。基于经典控制理论,分析了该新控制系统的快速性和稳定性。最后进行了液压力控制的实车试验,结果表明,在相同的目标阶跃工况下,相比于主缸液压力反馈控制,所提出的新控制系统可将轮缸液压力及制动减速度的响应速度提高12 %左右,从而缩短紧急制动工况下的制动距离。此外,由于估算的轮缸液压力比主缸液压力更加平稳且没有超调,新控制系统在快速建压过程中运行更加平稳,显著提升噪声、振动与声振粗糙度(NVH)性能。最后,多工况下的实车试验表明新控制系统是稳定的。

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    • >测绘科学与技术
    • 基于移动激光扫描点云数据栅格化的交通标线分割算法

      2022, 50(11):1676-1684. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21427

      摘要 (11) HTML (6) PDF 1.96 M (7) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前交通标线提取研究对于语义信息丰富的标线精细化分割研究不足的现状, 通过移动激光扫描数据提出了一种精细化交通标线的语义分割算法。该算法先从道路点云中提取出路面,并根据点云的强度信息将其转变为栅格图像并对其优化,通过二值化处理提取出路面标线;在此基础上根据矩形度筛选将所有标线对象粗分为两类,并采用不同的语义分割策略进行识别,最后获得了10种符号标线以及非符号标线对象的精细化语义信息。实验选取了上海8组不同区域的城市道路点云数据进行验证,结果表明该算法具有96.04 %的精度与96.92 %的召回率,综合评价指标F达到96.48 %,为高精地图提供了更加丰富的交通标线语义信息。

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    • 核相关神经网络点云自动配准算法

      2022, 50(11):1685-1692. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21319

      摘要 (3) HTML (2) PDF 1.67 M (5) 评论 (0) 收藏

      摘要:点云配准是点云数据智能处理的重要问题,也是将点云应用于智慧城市、自动驾驶和智能三维重建等方面的关键。针对现有点云配准方法效率低、鲁棒性差的问题,提出了一种基于核相关神经网络的点云自动配准算法。首先构建点云核用于计算点云中每个点的核相关度,然后通过多层感知机对点云进行特征编码,基于编码特征向量估计点间对应关系并求解变换参数,最后以迭代方式来使待配准点云不断逼近目标点云,完成点云配准。使用斯坦福大学3D扫描模型库中的Bunny、Dragon、Happy、Elephant、Horse点云数据,对该算法以及迭代最近邻点算法(ICP)等多个算法进行对比实验。实验结果表明,所提算法能够对不同物体点云实现精确配准,精度和效率均优于所对比算法,且在点云数据存在噪声和密度不一致的情况下仍具有良好的稳定性和精度。

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