• 2023年第6期文章目次
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    • >特约专题:动荷载作用下地下工程破坏机理及防护对策
    • 深埋防护工程静动耦合作用下安全层厚度计算理论与方法

      2023, 51(6):805-810. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23088

      摘要 (200) HTML (1471) PDF 645.94 K (317) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对外军钻地武器列装现状,通过地冲击能量耦合系数给出了等效封闭爆炸当量的计算方法。通过引入地冲击能量因子,提出了以能量因子为统一判据的破坏分区评判标准。利用经典弹塑性力学理论得到了围岩自承能力及围岩压力计算公式,揭示了围岩自承能力的本质是围岩剪切强度,且塑性区的扩展有利于自承能力提高。结合地冲击能量因子和动载作用下围岩压力,给出了地应力与地冲击耦合作用下深埋防护工程最小安全层厚度计算方法。计算结果表明,高地应力增大了地冲击的破坏效应,破坏区范围要大于不考虑地应力的情况。

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    • 钻地爆炸耦合地冲击等效计算理论与方法

      2023, 51(6):811-817. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23075

      摘要 (140) HTML (1186) PDF 852.24 K (342) 评论 (0) 收藏

      摘要:钻地爆炸地冲击对地下防护工程构成重大威胁,目前常用的试验手段难以建立普遍适用的制导钻地炸弹、超高速动能弹和钻地核弹耦合地冲击效应计算方法。为此,文中从理论上揭示了钻地爆炸破坏区体积与耦合地冲击能量的关系。依据地下爆炸压缩与破坏半径和爆炸当量的关系,给出了现有主要耦合系数之间的换算公式,提出了仅需接触爆压缩半径和封闭爆压缩半径两个初始参数的耦合系数计算方法。通过与国外已有地下核试验数据和数值模拟结果对比分析,从能量耦合系数和当量耦合系数两方面,验证了该方法的正确性。结合填塞系数计算,表明美国的钻地核爆地冲击耦合系数曲线具有较好的可靠性,且偏安全。从防护工程抗钻地爆炸地冲击效应角度,选用当量耦合系数和填塞系数计算地冲击较为适宜,并给出了便于工程运用的钻地核爆当量耦合系数和填塞系数的计算公式。

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    • 基于新型轴对称无网格方法的水下爆炸冲击波和气泡运动数值模拟

      2023, 51(6):818-826. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23073

      摘要 (186) HTML (1269) PDF 1.55 M (232) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用无网格光滑粒子流体动力学(smooth particle hydrodynamics, SPH)方法,结合粒子体积自适应技术(volume adaptive scheme, VAS)构建高精度、高效率的新型轴对称SPH模型,实现水下爆炸冲击波和气泡运动模拟。在冲击波传播阶段,通过与经验公式及文献理论值对比,验证了该轴对称SPH模型的精度。针对气泡脉动模拟,选取典型的双气泡耦合问题,分析气泡形态和压力载荷的力学特性,讨论了两气泡之间的距离参数对气泡相互作用过程的影响。结果表明,该新型轴对称SPH模型可实现水下爆炸过程压力载荷和气泡形态演化的精确预报。

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    • 爆炸地冲击扰动诱发含结构面围岩破坏模拟试验

      2023, 51(6):827-838. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23071

      摘要 (92) HTML (681) PDF 2.70 M (278) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究远区爆炸作用产生的地冲击扰动对深埋洞室破坏的影响机制,采用地冲击效应模拟试验装置开展了相似模拟试验研究。采用边长为1.3 m的立方体试件,实现了从地应力加载(1 000 m埋深)、洞室开挖到爆炸地冲击扰动加载全过程的模拟。试验过程中,将各类传感器放置在试件和洞室内部,监测试验过程中的应力、应变、位移变化,以及洞室内部的破坏情况。通过在试件顶部施加不同峰值的冲击扰动荷载,再现了碎屑崩出、裂隙连通导致块体崩出、块体滑移和断层激活等破坏现象,初步得到了深埋洞室的安全阈值。分析得到了含裂隙围岩、块系围岩和含断层围岩在不同地冲击扰动作用下的破坏机制。试验结果表明,较小的动力扰动即可诱发深埋洞室的破坏,并且随冲击扰动次数的增加和冲击荷载峰值的增大,洞室破坏程度会加剧;此外,在爆炸远区,地冲击扰动仍可诱发工程灾害。

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    • 深部工程围岩松动圈范围确定及变形破坏机理

      2023, 51(6):839-845. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23089

      摘要 (123) HTML (1170) PDF 662.95 K (294) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着埋深增加,深部工程围岩在开挖后应力重分布形成支撑压力区,破坏后将形成新的破裂面,稳定的支撑压力区即为围岩的松动圈。围岩松动圈范围的确定以及变形破坏机理的研究,关乎围岩变形稳定控制支护的方式方法。利用围岩的平衡方程和泰勒展开方法,得到松动圈的初始半径,并采用 Maxwell 方程来表征岩体中缺陷应力演化,推导了围岩松动圈发生劈裂破坏的条件。

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    • 侧爆作用下土中竖井结构弹塑性变形特征分析及计算

      2023, 51(6):846-857. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23072

      摘要 (78) HTML (1110) PDF 2.05 M (248) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对土中钢板?钢筋混凝土竖井结构在常规武器爆炸作用下塑性铰线形成前的动力响应问题,综合采用模型试验、有限元数值仿真方法,分析了竖井结构中远距离爆炸作用下的变形过程及特征,确定了以量纲一环向相对位移α1作为结构变形程度的判据。推导了土中竖井结构在常规武器爆炸作用下的动力响应理论解,分析了按照弹性理论计算的量纲一环向相对位移α1e和有限元计算得到的弹塑性量纲一环向相对位移α1p的关系及其比值α1p/α1e的影响因素,构建了基于弹性解的弹塑性量纲一环向相对位移α1p工程算法。提出了以量纲一环向相对位移α1作为结构变形程度的判据,并确定了结构闭环塑性铰线出现、破坏模式改变的阈值为α1=3%;对比了理论与数值模拟计算结果,验证了提出的理论计算方法可以较好地计算钢板?混凝土竖井组合结构在常规武器爆炸作用下弹性阶段的动力响应;结构长径比、结构缩尺比例、装药量大小对α1p/α1eα1e的变化规律的影响可以忽略;等效厚径比、钢板与混凝土厚度比较大及结构的相对高度较小时,计算得到的α1e偏小,α1p/α1e较大。混凝土强度较大时,α1e相同情况下结构塑性变形较小,α1p/α1e较小。

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    • 地下防护工程抗超高速长杆动能弹的若干问题

      2023, 51(6):858-863. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23074

      摘要 (79) HTML (663) PDF 742.29 K (210) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对超高速长杆动能弹侵彻成坑的尺寸相似问题、成坑与地冲击耦合能量问题以及等效爆炸当量计算方法问题,在前期研究的基础上,厘清了侵彻成坑相似规律,建立了地冲击能量与成坑范围关系,得到了地冲击能量效率与弹体动能、长径比及介质特性关系,提出了超高速动能弹地冲击等效接触爆炸当量及安全防护层厚度计算方法。结果表明,超高速动能弹撞击的破坏区体积存在尺度效应,与弹体半径的四次方成正比;其他条件不变时,地冲击能量效率随弹体质量增大而增大,随弹体长径比和密度增大而减小。

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    • 重大工程设施抗爆韧性设计的思考

      2023, 51(6):864-873. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23070

      摘要 (159) HTML (1237) PDF 1.55 M (323) 评论 (0) 收藏

      摘要:分析了工程设施抗爆韧性设计的必要性,提出了重大工程抗爆韧性的概念与设计目标。针对民用关键基础设施、军事防护工程,从提高鲁棒性、降低间接损失、迅速恢复等方面讨论了相应的韧性实现技术。结合韧性与经济性关系,建立了基于预期总损失与工程总价值之比的韧性指数计算模型,综合考虑韧性指数与建设、恢复成本,可用于韧性设计方案决策优化。最后提出发展建议,包括加强针对重大工程抗爆韧性的技术支撑体系研究;加快工程抗爆韧性定量评估方法研究;加快重大工程抗爆韧性数据决策平台建设;选择典型重大工程并开展抗爆韧性设计示范应用,推进相关标准规范制定。

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    • >土木工程与建筑学
    • 预应力混凝土箱梁爆炸损伤评估及公式拟合

      2023, 51(6):874-883. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21559

      摘要 (107) HTML (82) PDF 1.81 M (296) 评论 (0) 收藏

      摘要:对预应力混凝土箱梁进行爆炸损伤评估研究。首先,对矩形梁进行爆炸数值分析,结合现场试验结果验证了爆炸数值模型的准确性、可靠性。其次,基于箱梁剩余承载力,建立了箱梁爆后损伤评估准则。通过对预应力混凝土箱梁在不同爆炸工况下的爆后剩余承载力计算,建立箱梁各损伤程度下P?I(超压?冲量)曲线。研究发现,混凝土强度对箱梁超压和冲量临界值影响较大,钢筋屈服强度对超压和冲量临界值影响较小。随着结构损伤等级的增大,各参数对箱梁P?I曲线的影响幅度各不相同。最后,对不同混凝土强度箱梁中各损伤等级P?I曲线进行公式拟合,并对拟合参数β进行分析。

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    • 钢-钢纤维混凝土组合桥面板偏心受拉性能

      2023, 51(6):884-894. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21554

      摘要 (94) HTML (44) PDF 2.27 M (181) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究钢?钢纤维混凝土(SFRC)组合桥面板在主梁体系下的偏拉力学特征,分别设计制作了1个普通混凝土组合桥面板和1个SFRC组合桥面板试件进行偏拉试验,并引入材料塑性损伤模型进行有限元模拟,考察了偏拉荷载作用下SFRC对组合桥面板破坏形态、刚度折减、应变分布等力学性能的影响规律。试验及数值分析结果表明,相比普通混凝土,SFRC受拉裂缝数量多但宽度小;通过观测钢筋应变发展及分布可知,由于SFRC具有拉伸硬化特性,在开裂后仍能继续承担外部荷载;SFRC开裂后,其对组合板轴向抗拉刚度与侧向抗弯刚度贡献明显大于普通混凝土;当最大裂缝宽度分别为0.10和0.20 mm时,SFRC对组合板的轴向抗拉刚度贡献为36%和22%,普通混凝土仅为15%和11%;SFRC对组合板的侧向抗弯刚度贡献为41%和27%,普通混凝土仅为29%和17%,表明SFRC开裂后仍可考虑其对组合桥面板刚度贡献。此外,结合理论推导分析了组合板在钢结构全截面屈服时的承载力,结果表明,SFRC和普通混凝土对组合桥面板极限承载力贡献不显著。

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    • 基于弯剪梁模型和Von Karman风速谱的高层建筑风振系数实用算法

      2023, 51(6):895-905. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21563

      摘要 (110) HTML (43) PDF 1.23 M (216) 评论 (0) 收藏

      摘要:为使风振系数计算中采用的振型函数更符合高层建筑振型特点且易于计算,采用基于弯剪梁模型的高层建筑基本振型简化算式,同时采用Von Karman与高度有关的风速谱模型和Davenport与频率有关的空间相关性模型,建立高层建筑风振系数计算的实用算式,并通过算例与我国现行荷载规范中的风振系数算式进行比较。结果表明,该方法考虑了不同高层建筑振型的特点,既提高了计算精度,简单实用,又便于与国际主流荷载规范接轨。

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    • 分数阶黏弹性饱和地基与板的共同作用

      2023, 51(6):906-911. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21584

      摘要 (87) HTML (74) PDF 1006.98 K (156) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于层状分数阶黏弹性横观各向同性饱和地基的固结解答,采用边界元法与有限元法耦合的方法,探讨板与黏弹性饱和地基的共同作用。首先基于Mindlin中厚板理论,得到板的总刚度矩阵方程;随后引入分数阶黏弹性饱和地基的精细积分解答,获得地基柔度矩阵方程;最后利用板?土协调条件,得到黏弹性饱和地基与板共同作用的解答。与已有文献对比,验证了本文解的正确性,并讨论黏弹性饱和地基参数和地基加固深度等因素对筏板与地基共同作用的影响。

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    • >交通运输工程
    • 基于近场动力学的裂纹扩展及轨面剥离掉块成因机理

      2023, 51(6):912-922. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22045

      摘要 (122) HTML (67) PDF 3.77 M (231) 评论 (0) 收藏

      摘要:建立了态基近场动力学钢轨表面滚动接触疲劳裂纹扩展模型,研究钢轨疲劳裂纹的扩展以及由此引起的轨面剥离掉块形成过程。结果表明,轨面单裂纹或裂纹间距>1.5 mm情况下,随着通过总重的累积,裂纹扩展的路径逐渐转向钢轨内部,且扩展速率随着通过总重累积和裂纹长度的增加逐渐降低;轨面多裂纹情况下,通过总重增量低于8.8 Mt时,裂纹在荷载作用下主要发生沿长度方向扩展。通过总重增量超过8.8 Mt后,裂纹之间的次生损伤形成;而且,这种情况在轨面多条裂纹间距≤1.5 mm时较为显著,裂纹间距>1.5 mm时,裂纹间的相互影响减小;轨面多条裂纹同时存在且裂纹间距≤1.5 mm时,通过总重增量达到一定程度(>10.0 Mt),裂纹间的次生损伤形成剥离掉块,剥离掉块深度约为裂纹深度的1/2以上。

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    • 基于注意力-长短期记忆模型的偶发性交通流异常检测

      2023, 51(6):923-931. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22064

      摘要 (137) HTML (62) PDF 996.46 K (252) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了基于注意力(attention)机制的LSTM(long short-term memory)交通异常检测模型,并利用整体交通网格点数据对交通流量进行异常检测。模拟数据集的验证结果表明,Attention-LSTM预测模型具有较好的检测效果;SKAB(skoltech anomaly benchmark)公开数据集进一步检验了模型的检测能力。以上海市出租车GPS实时数据代表实时交通流状况,对交通流异常进行检测,并对检测结果进行了分析,验证了Attention-LSTM模型的有效性。

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    • >环境科学与工程
    • 高盐工业废水浓缩工艺中的换热器结垢机理和阻垢技术

      2023, 51(6):932-942. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21553

      摘要 (105) HTML (60) PDF 1.12 M (250) 评论 (0) 收藏

      摘要:高盐废水处理是环境保护领域的主要研究对象,其高含盐量和高硬度的特征提高了污水处理工艺难度。国家对污染物提出的“零排放”要求使得热蒸发成为了高盐废水处理的必经之路,随之带来的换热器结垢问题给蒸发浓缩工艺带来了巨大的阻垢难题。因此,针对高盐废水的有效阻垢技术成为了研究热点。介绍了高盐废水工业处理中的结垢机理和影响因素,并对现有的阻垢技术进行总结分析,为研究高盐废水换热器结垢、除垢、阻垢问题提供研究思路。

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    • >机械、车辆与能源工程
    • 串并联混合动力系统自适应模式切换优化控制

      2023, 51(6):943-953. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21566

      摘要 (109) HTML (46) PDF 1.92 M (249) 评论 (0) 收藏

      摘要:为改善某新型串并联插电式混合动力系统双电机纯电动至并联驱动模式切换品质,同时确保不同车辆行驶状态及驾驶员输入下模式切换策略的适应性能,提出了平顺性起机和动力性起机概念,设计了自适应模式切换优化控制策略。首先,建立该串并联混合动力系统动力学模型,并对其双电机纯电动至并联驱动模式切换过程进行分析,确定模式切换不同阶段控制目标及控制策略;其次,以车辆驾驶平顺性和发动机起动时间为优化指标,通过动态规划求解发动机最优拖转转速曲线,提出一种发动机起动模型预测优化控制策略,在线计算离合器滑摩转矩以拖转发动机跟踪目标最优转速曲线,并通过电机补偿输出端转矩波动。离线仿真及硬件在环台架试验结果表明,所开发的自适应模式切换控制策略能够满足不同的驾驶需求,并具有较好的驾驶平顺性。

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    • 基于模糊滑模直接横摆力矩的车辆横摆稳定性控制

      2023, 51(6):954-962. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21581

      摘要 (122) HTML (38) PDF 1.79 M (242) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了避免车辆发生横向失稳的风险,根据四轮独立驱动电动汽车四轮驱动/制动力矩独立可控的特点,提出了一种具有上层控制器和下层控制器两层结构的模糊滑模直接横摆力矩控制策略。上层控制器采用模糊滑模控制器计算车辆总的需求横摆力矩,并对4个车轮纵向力进行分配。下层控制器将轮胎纵向力转化为对轮胎滑动率的控制,并通过控制4个车轮的力矩使轮胎纵向力得到实现。仿真结果表明,该模糊滑模直接横摆力矩控制策略在不同的附着路面条件下都能保证车辆的横向稳定性,并能削弱传统滑模控制器造成的系统抖振。

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    • 考虑风光气电协同供能的冷热电联供系统多目标优化

      2023, 51(6):963-972. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21573

      摘要 (69) HTML (46) PDF 1.86 M (170) 评论 (0) 收藏

      摘要:建立以光伏发电、风电、燃气、网电多能源协同供能的冷热电联供系统。以独立供能冷热电联供系统为度量基准,构建由系统投资运行成本、一次能源利用、二氧化碳排放组成的多目标优化函数。针对全年冬季、夏季与过渡季的3种典型日的电热冷负荷需求,分析系统的容量配置以及“以电定热”“以热定电”的运行策略的协同优化。考虑优化问题的连续和组合优化的混合特性,模型求解采用多目标粒子群双层优化算法。采用正交试验分析关键因素对决策结果的影响作用。仿真结果表明,风光气电协同供能的冷热电联供系统相比独立供能系统,具有明显的经济、节能与环保的综合优势。

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