最新刊期
      2017 年 第 49 卷 6 期

        水利与土木工程

      • 钟亮,王舒,潘云文,张建梅,许光祥,倪志辉
        2017, 49(6): 1-9. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700274
        摘要：中文摘要: 针对代表粒径法难以准确量化床面总体粗糙特性的问题，引入统计学理论研究卵砾石床面的粗糙特性，采用不同粒径组成的天然卵砾石颗粒人工铺制了多种散叠型床面，基于床面激光扫描试验资料并结合他人试验成果，探讨床面粗糙统计参数随颗粒组成的变化关系，分析剖面轮廓及粗糙床面的高程变异特征。结果表明：床面高程频率分布呈负偏态，形态较正态分布陡峭，为峰度Ku>3的高狭峰；高程标准差σz随中值粒径d50的增大而增大，偏度Sk随d50的增大而减小；在d50相同的情况下，人工铺制床面的σz和Sk值均小于清水冲刷粗化床面，而Ku值并无明显差异。剖面轮廓的1维结构函数满足变异函数球状模型，模型参数包括变程、块金值和基台值，变程随d50和σz均呈先减小后增大的趋势变化，块金值、基台值随d50和σz均呈单调递增变化，变化趋势可用2次多项式曲线拟合。床面2维结构函数的分布形态与抽样尺度hx、hy密切相关，hx、hy与d50相当时，2维结构函数分布形态接近圆形，床面粗糙具有各向同性，与清水冲刷粗化床面的结构函数分布规律一致；随着hx、hy的增大，2维结构函数分布形态复杂性明显增加，不同象限的结构函数值差异较大，且不再具有清水冲刷粗化床面结构函数的分布规律，床面粗糙出现各向异性。  
        关键词：卵砾石床面;粗糙特性;统计参数;结构函数   
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      • 李雨,许全喜
        2017, 49(6): 10-18. DOI: 10.15961/j.jsuese.201601202
        摘要：中文摘要: 三峡水库建成后，长江与鄱阳湖的关系变化一直是社会各界关注的热点问题。江水倒灌是长江与鄱阳湖关系的主要特征，其变化特性和发生条件目前仍存在一定争议。本文利用长江干流九江、八里江和大通站及鄱阳湖星子、都昌、康山、湖口站的实测资料，从江湖水位、流量关系及径流的年际、年内变化等方面，分析了三峡水库2003年建成运行后长江干流与鄱阳湖关系的变化。基于能量平衡的基本原理，研究了江水倒灌鄱阳湖的内在机理，提出江水倒灌条件的理论公式。结果表明：1）鄱阳湖具有洪水湖相、枯水河相的特性。都昌站水位在15 m以上时，湖区由河相向湖相过渡；康山站水位在17 m以上时，湖区呈现湖泊特性。2）江水倒灌主要发生在汛期7-9月，7、8、9月分别占倒灌总天数的41.6 %、24.8 %、28.8 %。三峡水库175 m试验性蓄水后，水库汛期拦蓄洪峰，在一定程度上削弱了倒灌强度。3）长江水位高于鄱阳湖水位，长江出现大的洪水过程且鄱阳湖5河总入流消退或过程平稳是倒灌形成的必要条件，而倒灌流量的大小和持续天数主要取决于长江洪水的持续时间和洪峰量级。提出的研究方法和结论可为深入认识江湖关系及影响机理提供参考，也可为鄱阳湖综合治理提供科学依据。  
        关键词：三峡水库;鄱阳湖;江湖关系;江水倒灌   
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      • 王超,张睿,张诚,陆梦恬
        2017, 49(6): 19-29. DOI: 10.15961/j.jsuese.201601294
        摘要：中文摘要: 随着梯级水电站的陆续建成投运，梯级水电站开展联合精细化调度的相关研究，如：模拟长系列径流资料提取调度规则、历史运行过程的优化调度水平精确评价等，对确定性径流情景下梯级水电站联合调度精细化模拟提出了新需求。然而，传统的梯级水电站精细化调度建模研究多集中在水电站水电能转换关系、梯级水电站间水力联系的精细化模拟等方面，关于模型时间尺度对模型准确度影响的研究较少。在确定性径流情景下，模型时间尺度也是影响调度模型准确度的关键因子之一，且其对模型准确度的影响受其他诸多因子的扰动，呈现复杂的关联关系。因此，从理论分析和实例分析2个方面，研究了确定性径流情景下时间尺度对梯级水电站发电调度建模准确度的影响。本文运用控制变量法及逐步逼近的思想分析并推导了影响不同时间尺度调度模型准确度的关键因子，确定了弃水量计算偏差、径流量大小、径流期内变化及初末水位差等关键因子，并定性分析了上述关键因子扰动下模型时间尺度对调度模型准确度的影响。在此基础上，针对金沙江下游梯级水电站实例，以理论分析成果为基础，运用工况设定-模拟计算-结果统计分析的方法，对金沙江下游梯级水电站不同调度期下不同时间尺度模型准确度进行了定性、定量分析，进而依据上述分析结果建立了金沙江下游梯级水电站多尺度发电调度模型。模拟结果一方面证明了理论分析结果的正确性；另一方面表明所构建的多尺度发电调度模型能够较为准确地反映水电站实际工况，且同时能有效减小调度问题的规模，为梯级水电站的调度规则提取、历史调度评价等提供切实可用的发电调度模型，同时，可为大规模梯级水电站群联合调度问题的降维求解提供新思路。  
        关键词：金沙江下游;多尺度;梯级电站调度模型;时间尺度;精度分析   
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        发布时间：2023-11-14
      • 王琳,冯镜洁,李然
        2017, 49(6): 30-37. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700327
        摘要：中文摘要: 随着梯级电站的建成运行，总溶解气体（total dissolved gas，TDG）过饱和对鱼类的不利影响受到广泛关注。TDG过饱和水流在库区内的释放速度十分缓慢，上游梯级泄水的不利影响通常会持续到下一梯级坝前。鱼道是恢复河流连通性的重要手段，也是鱼类可能集中分布的区域，TDG过饱和的库区水体作为补给来源可能对通过鱼道的鱼类造成不利影响。本文以自主设计的鱼道型式作为试验水槽，设计开展了不同流量条件下的过饱和TDG输移释放过程试验研究，并根据试验条件开展数值模拟计算，反算得到各条件下的释放系数。结果表明水深是影响过饱和TDG释放的重要因素，过饱和TDG的释放系数随着水深的增大而减小，释放系数与流速、紊动动能、紊动动能耗散率间单因子关系不显著。另外，鱼道复杂的挡板结构使水流流程增长，增加了过饱和TDG释放时间，与无挡板的顺直水槽相比，鱼道内过饱和TDG的释放速度显著提高。该研究为探讨过饱和TDG对过鱼通道内鱼类的不利影响的预测提供参考，同时复杂结构促进过饱和TDG释放的成果也为减缓TDG过饱和不利影响的措施研究提供新思路和参考。  
        关键词：过饱和;总溶解气体;释放系数;鱼道   
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      • 马淼,李国栋,宁健
        2017, 49(6): 38-46. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700298
        摘要：中文摘要: 在弯道水流中，几何参数宽深比对水流的3维运动特性具有重要影响。由于小宽深比（< 5）河道广泛存在于山区及人工河道中，采用声速多普勒流速仪（ADV）对固定宽度不同宽深比（B/H 分别为1.5，2.0，3.0）的U型弯道内水流流速进行了精细测量，并以水面横比降、横向环流、流速重分布、紊动强度与剪切力为研究内容，讨论与分析了该情况下的弯道水流结构。试验结果表明，在小宽深比条件下增加宽深比时：1）水流动力轴线开始向凹岸偏移的位置提前，因而小流速主流线沿着凸岸流动，直到出弯道才开始向凹岸偏移，大流速则更早地向凹岸偏移；2）横向流速在凹岸开始波动的位置依次靠近上游，3种工况中波动位置分别为120°断面、90°断面及60°断面；3）凹岸表层附近出现次生环流的位置依次提前，其位置分别为120°断面、60°断面及30°断面，并且次生环流强度及范围不断增大；4）床面剪切力不断增大。需要指出的是：3种工况的剪切力在弯道入口断面到弯顶断面之间较大，最大剪切力位置均出现在弯道的前半段，可以推断在动床中弯道泥沙在此段的冲刷比较严重；过弯顶断面后，凸岸床面剪切力大于凹岸。试验结果可以有效地反映不同小宽深比参数对弯道水流结构的影响，并为该条件下的弯道泥沙冲淤研究提供参考。  
        关键词：弯道水流;水面横比降;横向环流;流速重分布;紊动强度;床面剪切力   
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      • 李梦瑶,侯正猛
        2017, 49(6): 47-54. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700310
        摘要：中文摘要: 盐岩是国际公认的能源储存理想介质。中国盐岩呈层状分布并具有单层厚度薄、杂质含量高、含有众多不可溶夹层的特点，故地下能源储库更宜采用水平腔体形式。为保证水平盐腔的运营安全且实现整个候选场址能源储库总容积的最大化，提出双井水平盐腔恒定内压的储气库形式，即在水平腔体中对称均匀设置两口井，分别用于注采天然气和卤水，并保持运营过程中腔体内气压为恒定最大值。根据金坛盐岩实际地质构造及岩石力学参数，使用FLAC3D有限差分软件，建立双井水平盐腔恒定内压储气库模型进行数值模拟，从稳定性、密闭性、可使用性和井喷分析4个方面研究其长期运营的可行性和安全性；另设置对照组模拟传统腔体的工作状态，与其进行对比。结果表明：双井水平盐腔恒定内压储气库满足长期运营安全性等各方面的要求，且其性能明显优于传统储气库；此外，该储气库形式还具有经济、灵活、调峰能力强，能很好地应对井喷，相同容积造价低，能充分利用盐层密集建腔等诸多优点，是适合中国盐岩特点的储气库形式。  
        关键词：地下储气库;内压恒定的双井水平盐腔;层状盐岩;数值模拟   
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      • 吴丽丽,安丽佩,李佳蔚,孙广强
        2017, 49(6): 55-64. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700376
        摘要：中文摘要: 为了研究波形钢腹板支架结构在围岩压力作用下的平面内稳定性能，设计了马蹄形断面波形钢腹板支架的模型试验，分析了支架的稳定承载力、位移与应变发展规律。试验结果表明：支架的最终破坏形态为整体非对称失稳，支架两侧向外变形产生水平位移，右侧水平位移明显大于左侧水平位移；极限荷载时，仅拱顶翼缘和角部腹板进入了塑性阶段。支架的试验结果与有限元分析结果吻合良好，验证了有限元模型的正确性。在此基础上，对波形钢腹板支架的弹塑性屈曲性能进行了有限元参数分析，表明波形钢腹板支架对初始缺陷并不敏感，而腹板高度、腹板厚度及翼缘厚度是弹塑性稳定承载力的敏感参数，影响较大。长细比较小时，对称失稳和反对称失稳均可能发生；长细比较大时，支架会发展反对称失稳；支架的弹塑性屈曲荷载随长细比的增大而降低。有限元计算结果表明，相同边界条件和荷载情况下，波形钢腹板支架的极限稳定承载力是用钢量相同的矿用工字钢支架的2倍以上。  
        关键词：波形腹板;稳定承载力;马蹄形支架;模型试验;长细比   
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        发布时间：2023-11-14
      • 姜德义,李晓康,李晓军,陈结,刘伟,任松,易亮
        2017, 49(6): 65-72. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700220
        摘要：中文摘要: 为解决层状盐岩单井水溶造腔过程中建槽周期长，提管工艺复杂等问题，开展层状盐岩小井间距双井水溶造腔技术研究。拟采用选定物理法建立相似试验平台，探讨小井间距双井水溶造腔流场及浓度场特征，揭示双井水溶溶腔腔体扩展与流场的联系。结果表明：双井水溶造腔过程中腔体流场可以划分为4个区域：边界溶蚀区、浮羽流区、对流扩散区和底部饱和区，各个区域相互影响。浮羽流区是驱动流体运移的关键区域，根据浮羽流区流场特征建立相应的流场模型；根据宏观流动特征，对流扩散区分为强扩散区和弱扩散区；边界溶蚀区对双井水溶溶腔腔体扩展有显著影响；饱和区示踪特征不明显但浓度分层明显。通过对比分析双井造腔和单井造腔模型试验结果，发现双井水溶造腔工艺有利于盐穴建槽期，研究为小井间距双井水溶造腔技术的应用提供一定的理论基础，对盐穴储气库的优化建造具有重要意义。  
        关键词：层状盐岩;水溶溶腔;流场;小井间距;双井   
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      • 阙云,邓翔宇,陈嘉
        2017, 49(6): 73-83. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600767
        摘要：中文摘要: 为揭示短时冻区冰雪消融对残积土坡非平衡渗流与稳定性作用机理，分别基于非饱和渗流模型与非平衡流模型，分析福建省冰雪消融诱发某一边坡的失稳原因，并研究不同大孔隙直径、间距、弯曲率及长度对考虑非平衡流的边坡水分场与安全系数的影响规律。结果表明：非平衡渗流相比于非饱和渗流对于边坡稳定性的影响明显更大，采用非平衡流理论可合理解释冰雪消融条件诱发残积土边坡失稳机理；增大大孔隙直径可增大大孔隙域与周围基质域的水分交换量，减缓水流的优先传导作用并使孔隙水压力增长，从而使边坡稳定性降低；增加大孔隙长度，延长了水分的传导路径，削弱大孔隙域内水分的积累效果，对于边坡安全系数有一定影响；增加大孔隙弯曲率对于基质域含水率及边坡安全系数影响很小，可忽略不计。边坡安全系数与大孔隙间距之间存在安全系数最小的临界间距，间距过大导致大孔隙群的优先流效应无法发挥；间距过小导致大孔隙间非平衡流相互叠加与干扰，削弱大孔隙对于深处孔隙水压力的影响。因此，对于短时冻区冰雪消融诱发含大孔隙边坡的失稳问题，应考虑非平衡流的影响，尤其是大孔隙间距与长度的影响。  
        关键词：残积土坡;短时冻区;冰雪消融;非平衡流;稳定性   
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      • 王超圣,周宏伟,王子辉,裴浩,刘建锋
        2017, 49(6): 84-90. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700201
        摘要：中文摘要: 为研究不同应力状态下北山花岗岩岩爆倾向性，对北山花岗岩试件进行不同围压下的三轴试验，通过轴向压力和横向变形协调控制加载，获得不同围压下岩石全应力应变曲线，研究岩石破坏前能量聚集及破坏后能量释放特征。结果表明：破坏时弹性能、总能量随着围压增加而增大，且破坏后的总能量变化量及弹性能释放量也随着围压增加而增大。分析岩石储能系数和能量释放指数对岩石破坏的影响，发现岩石储能系数和能量释放指数随围压增加而增大；综合能量储存系数和能量释放指数建立新的岩爆倾向性评价指标，该指标不仅表述了岩石破坏前后各能量的综合变化特征，且能研究不同应力状态下岩石岩爆倾向性；使用该指标研究不同应力状态对北山花岗岩的岩爆倾向性，结果表明：北山花岗岩具有较强的岩爆倾向性，且随着围压增大，岩爆倾向性增加；当围压低于10 MPa时，围压对北山花岗岩岩爆倾向性影响较小，当围压超过10 MPa时，围压对岩爆倾向性的影响突然增加，但随着围压进一步增加，其对岩爆倾向性影响逐渐减弱。  
        关键词：北山花岗岩;应变能;Ⅱ型曲线;应力状态;岩爆倾向性   
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      • 梁超,练继建,马斌,梁帅
        2017, 49(6): 91-98. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700111
        摘要：中文摘要: 水垫塘护坡板块破坏的工程事故近年来时有发生，依托乌东德水弹性模型，考虑护坡板块处于排水失效且止水局部破坏的最不利工况，对护坡靠基岩一侧表面（背水面）和靠水垫塘一侧表面（迎水面）的时均及脉动压强差进行试验研究，结果表明板块背水面和迎水面的水位差导致的渗流压力与脉动压力不相关性所产生的瞬时脉压差共同构成了导致护坡破坏的上举力，渗流压力主要受水垫塘内波面高度的影响。因此，对水垫塘内波面高度的空间和概率分布进行试验研究。从空间分布上来说，不同工况下，普遍具有水舌落水点附近波面高度最大，与水舌落水点桩号相近的边坡处波面高度次之，随着桩号向坝下静水区和二道坝方向变化，则波面高度逐渐减小的特点。从概率分布上来说，借鉴海浪统计学的研究，采用Gram-Charlier级数型函数描述其概率分布，通过数据拟合发现，该函数相比正态分布能更好地符合渗流压力（波面高度）的实际概率分布。对于迎、背水面所受的脉动压力，认为其服从正态分布。因此，护坡板块的破坏是一列服从Gram-Charlier级数型分布的随机过程（渗流压力）和两列相互独立的服从正态分布的随机过程（迎、背水面脉动压力）共同作用的结果。考虑护坡板块的受力特点和破坏机理，分析了传统的水垫塘安全监控指标的适用性及可能产生的偏差。  
        关键词：护坡板块;破坏机理;水垫塘波面高度;Gram-Charlier级数分布;安全监控指标   
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      • 周亦良,姚令侃,赵海鑫,艾洪舟
        2017, 49(6): 99-106. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700251
        摘要：中文摘要: 地震作用下常常引发大量的崩塌滑坡，但目前对冰湖溃决风险评估中，一直忽视了地震及同震触发滑坡的综合作用。为研究地震及同震触发滑坡二者综合作用下的动水压力分布规律，首先分别进行地震和冰滑坡作用下的动水压力试验分析，然后设计了在振动台模拟地震过程中加入冰滑坡入水的试验，观察地震与冰滑坡综合作用下动水压力的分布特点。结果表明：地震动水压力沿水深分布表现为上小下大的特点，其结果与Westergaard简要解吻合良好；冰滑坡作用下动水压力沿水深服从上大下小的分布规律，并分析了滑块体积、入水速度及初始水深等因素对最大动水压力值变化的影响，采用试验数据拟合得到冰滑坡入水动水压力值的经验公式；地震和冰滑坡共同作用时动水压力分布曲线近似于两者单独作用下动水压力幅值的叠加，只是综合值小于叠加值；提出地震与同震冰滑坡综合作用下最大动水压力的估算方法。  
        关键词：地震;冰湖溃决;冰滑坡;振动台试验;综合动水压力值   
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        信息工程

      • 彭舰,由明阳,黄飞虎,仝博
        2017, 49(6): 107-113. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700042
        摘要：中文摘要: 人类出行具有规律性，对人类移动规律构建移动模型具有理论意义和现实需求。现有移动模型通常基于人类出行距离具有标度性这一假设，且未考虑出行次数和基础设施网络的影响。针对上述问题，利用民航旅客出行数据集进行统计分析发现旅客出行有以下特性：出行距离分布不具有标度性，出行次数具有各向异性，旅客扩散随出行次数不同具有不同的变化趋势。为了刻画民航旅客出行特性，提出了基于潜在出行意图的民航旅客移动模型（passenger mobility model based on potential trip purpose, PMMPTP）。首先，考虑旅客出行与目标城市经济因素有关，提出了旅客出行城市的选择概率计算方法。然后，考虑旅客出行具有探索和返回特性，给出了计算旅客探索新机场和返回历史机场的概率的方法。实验中，先利用PMMPTP模型模拟民航旅客的出行特性，再通过对机场吞吐量和航线吞吐量的预测检验其有效性。实验结果表明，该模型能较好地拟合真实数据，有效解决了大量低频出行旅客的出行建模。  
        关键词：民航旅客;出行次数分布;潜在出行意图;出行特性;移动模型   
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      • 刘怡光,赵洪田,吴鹏飞,徐振宇,都双丽,李杰
        2017, 49(6): 114-121. DOI: 10.15961/j.jsuese.201601411
        摘要：中文摘要: 由于图像集规模巨大、匹配信息丰富，快速精准多视图立体匹配受计算效率严重制约。针对该问题，提出一种基于GPU的快速半全局优化深度图计算方法。首先，在CPU上通过平面扫描方法计算单张图像初始匹配代价。然后，提出GPU半全局优化并行计算架构，对匹配代价进行聚合，其核心算法为：在全局进行各方向聚合任务流并行以提升众核处理器的利用率；在局部通过将各像素计算任务准确分配到各线程块内实现并行处理，且注重GPU上数据重用以避免带宽限制。再通过GPU滤波剔除突变点进行图像增强。最后，将3维空间点在各深度图像上的一致性作为异常值检测和优化的约束条件。在多组数据集上测试结果显示，该方法计算速度最高为多核CPU系统中开启2线程实现方法的22.41倍，为开启8线程实现方法的9.13倍，且与两者精度相当；与同类深度图计算方法比较结果表明， 该方法在重建过程中加速效果均为其他算法的5倍及以上；通过使用开源点云比较软件在标准测试数据集上与其他算法比较，验证了该方法能有效提高重建结果的精度和完整度。  
        关键词：3维重建;平面扫描;深度图;并行半全局优化;GPU;滤波   
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        发布时间：2023-11-14
      • 阔永红,陈国帅,陈健
        2017, 49(6): 122-128. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700023
        摘要：中文摘要: 针对能量收集无线传感器网络中传感器节点电池存在存储损耗和容量衰减特性的问题，建立了末梢节点电池存储损耗和容量衰减的通信模型，研究了无线传感器生命周期内吞吐量最大化的问题。将系统优化问题转化为凸优化问题，通过凸优化分析得到与当前能量收集水平、电池能量水平以及信道增益相关的信息传输功率控制策略；提出了适应电池存储损耗和容量衰减的双功率阈值算法，用于优化平均吞吐量；提出了最小化放电空间的电池充放电管理策略抑制电池容量的衰减速度，优化无线传感器的生命周期，并对无线传感器生命周期与电池放电空间进行理论估计。仿真结果表明，在不同电池存储效率、放电空间比例下，本文提出的双功率阈值算法相较于自适应定向注水算法能够通过减少电池的频繁充放电次数，降低收集能量的存储损失，优化了无线传感器的平均吞吐量和生命周期，使生命周期内的吞吐量最大化。  
        关键词：能量收集;无线传感器;存储损耗;容量衰减;瑞利衰落   
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        发布时间：2023-11-14
      • 张各各,徐珍,曾波,陈祥涛
        2017, 49(6): 129-134. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700072
        摘要：中文摘要: 回声状态网络（ESN）是一种重要的时间序列预测方法，但在训练数据存在噪声或野点情况下，ESN将会出现过拟合问题。针对该问题，提出基于平滑消边绝对偏离罚函数的回声状态网络（SCAD-ESN）模型。不同于在模型中加入岭回归、L1范数罚函数及小波降噪等常规方法，该模型利用SCAD罚函数对变量进行选择，将小变量置为零以满足变量稀疏性，将大变量直接置为常数，从而能够很好地解决ESN过拟合问题并满足近似无偏估计。对于SCAD罚函数的非凸函数优化问题，提出基于局部二次近似（LQA）的求解方法，将最小角回归（LQR）方法用于SCAD罚函数求解，避免了计算量巨大的问题。使用基于粒子群优化（PSO）的超参数选取方法快速确定平滑消边绝对偏离-回声状态网络模型的超参数，克服利用经验选取超参数时存在的盲目性较大且难以确定整体最优的超参数问题。混沌系统数值仿真和网络流量仿真结果表明，相对于常规模型，该模型能有效地降低测试误差，从而克服过拟合问题。  
        关键词：混沌时间序列预测;回声状态网络;平滑消边绝对偏离罚函数;粒子群算法   
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        发布时间：2023-11-14
      • 陈雷
        2017, 49(6): 135-141. DOI: 10.15961/j.jsuese.201601429
        摘要：中文摘要: 物理层安全技术是无线网络技术中一项重要的关键技术。在大量多播用户和窃听用户共存的场景中，针对传统物理层安全技术中在波束赋形下增加人工噪声时不能很好地应用于多播传输的问题，提出了一种基于多播用户分簇策略下的物理层增强安全多播算法。首先，具有相近信道矢量的多播用户被分为同一个多播簇，不同的多播簇分配不同的子载波传输多播数据；其次，基于多播用户分簇策略的结果，提出了通过采用联合功率分配和波束赋形设计算法，最大化整个多播系统的安全多播速率；最后，为了降低算法的计算复杂度，提出了新的搜索算法处理联合功率分配和波束赋形设计算法。仿真结果显示：与传统安全多播算法相比，基于多播用户分簇策略的物理层增强安全多播算法不但能够获得更高的多播安全传输速率，而且其计算复杂度也大大低于采用遍历搜索的传统安全多播算法。  
        关键词：物理层安全;多播;波束赋形;人工噪声   
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        发布时间：2023-11-14

        电气工程

      • 杨林涛,杨洪耕,刘亚磊
        2017, 49(6): 142-148. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700264
        摘要：中文摘要: 针对目前电网脆弱性评估方法对网间作用关系考虑不足的问题，提出基于联络线簇能量传输模式的互联区域电网脆弱性综合评估。首先，阐述当前区域互联电网固有的层次结构和运行特征，指出实际运行电网具有黑箱数据特性与运行外部区域依赖的性质，分析基于联络线簇能量传输模式的区域电网脆弱性评估的合理性。其次，修正了节点结构和支路负载率这两个脆弱性评估指标宏观特征弱的缺点，引入扰动抵御水平和极限负载率两个新指标，通过两个新引入的指标,对当前电网脆弱性评估中尚未考虑的能量冲击特性与能量外部交换特性进行重点分析，建立切合区域互联电网实际运行控制模式的综合评估指标体系。然后，应用变异系数法对基于联络线簇能量传输模式的互联区域电网脆弱性进行多指标综合评估。最后，采用IEEE57节点系统进行算例分析，验证了本文方法的有效性。  
        关键词：脆弱性;区域电网;联络线簇;传输模式   
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        发布时间：2023-11-14
      • 张小青,明正峰
        2017, 49(6): 149-156. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700197
        摘要：中文摘要: 针对永磁同步电动机中存在的不利于系统运行的混沌现象，利用Hamilton理论首先把永磁同步电动机模型转化为带扰动非线性项的严格耗散广义Hamilton系统模型，依据其模型特点进行了扰动补偿器及跟踪控制器的设计。针对广义Hamilton系统模型中非线性扰动项，设计了带有可调增益矩阵的扰动补偿器，并利用Lyapunov稳定定理证明了加入扰动补偿器后的系统是渐近稳定的。通过任意选取期望平衡点来修正Hamilton能量函数，并结合修正互联和阻尼控制的设计方法，设计了含待定系数矩阵的跟踪控制器，其中的待定系数矩阵为期望结构的修正矩阵。为了更好地增强系统的自适应能力，采用苍狼优化算法（GWO）寻求扰动补偿器中的最佳可调增益及跟踪控制器中的期望结构的修正矩阵的最佳系数，苍狼位置矢量由可调增益参数及修正矩阵的待定系数组成，苍狼捕猎的迭代过程实为有目的的待定参数寻优过程。为了验证以上控制方法的有效性，从系统期望输出、负载扰动输入及交直轴电压输入等3个方面出发，合理设计了相应的仿真比较实验。实验结果表明，被控后的系统混沌现象得到了抑制，系统能较好跟随期望输出，且具有一定的抗负载扰动及电压扰动的能力。同时也验证了苍狼优化算法协助设计控制器参数的有效性，克服了传统的依据经验设定参数的缺点，使参数依目标得到了较优的选择，一定程度上提高了系统自适应能力。  
        关键词：永磁同步电动机;混沌;Hamilton系统;苍狼优化算法;跟踪控制;扰动补偿   
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        发布时间：2023-11-14

        机械工程

      • 楚志兵,张铎,魏栋,双远华,黄庆学,刘人怀
        2017, 49(6): 163-170. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700373
        摘要：中文摘要: 皮尔格冷轧技术作为冷轧无缝金属管材最主要的技术手段，具有材料利用率高、截面累积变形量大及加工精度高等特点，以LG-60皮尔格冷轧管机轧制304不锈钢为研究对象建立数值仿真模型，分析不同轧制工艺参数对皮尔格冷轧成形的影响规律。结合轧制实验，截取管材不同的变形段利用金相显微镜、扫描电镜以及X射线衍射仪分析研究了皮尔格冷轧过程中钢管组织演变规律，结果表明：本文所使用工艺参数条件均可以满足管材的塑性变形要求，但在轧制过程中极有可能形成裂纹或其他缺陷。因此通过对皮尔格冷轧仿真过程中轧制力、管材等效应力、残余应力以及外径回弹量等关键参数分析，获得基于送进量、回转角和Q值最优工艺参数，同时，发现轧制过程中随着变形量的增大，试样内部产生了大量位错，晶粒发生了碎化，晶粒尺寸减小，轧制过程中有奥氏体γ相转变为α'-马氏体相。  
        关键词：冷轧;工艺参数;数值仿真;微观结构;演变   
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      • 韩振华,石万凯,徐浪,刘昶
        2017, 49(6): 171-183. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700402
        摘要：中文摘要: 针对摆线针轮少齿差行星传动的摆线针轮啮合角大、转臂轴承可靠性低与针齿均布位置精度要求高等问题，作者利用几何可控性较强的复合摆线构建少齿差行星内齿齿廓，提出一种新型高性能复合摆线内齿型少齿差行星齿轮副：基于传统摆线行星传动几何原理，提出复合摆线内齿齿廓曲线的几何设计方法，分析齿形调控参数c2对复合摆线内齿齿廓曲线几何形状与曲率变化的影响规律；基于齿轮啮合运动学共轭原理，建立复合摆线内齿齿廓方程、齿轮副共轭传动啮合方程、少齿差行星共轭齿廓方程与啮合线方程；利用参量转化法分析复合摆线内齿齿廓的啮合界限特性；根据共轭齿廓出现奇异点的几何原理，推导其不发生根切的判定方程；研究该新型齿轮副的啮合线、重合度、压力角、诱导法曲率与滑动率等啮合特性及其变化规律，提出诱导法曲率与滑动率的啮合区间敏感性分析方法。研究结果表明：复合摆线内齿齿廓存在啮合界限点，啮合界限特性与根切判定方程分别为新型齿轮副内齿齿根过渡曲线设计、共轭齿廓无根切设计提供了有效的理论方法；啮合线与重合度的分析表明该新型齿轮副具有多齿啮合特性；当新型齿轮副的齿数、偏心距、齿高和内齿分布圆半径确定后，c2是唯一影响压力角、诱导法曲率与滑动率的齿轮参数，行星轮压力角的最小值与平均值随c2减少而降低，在一个啮合周期内，c2对诱导法曲率与滑动率的影响存在着不敏感与敏感区间，可忽略c2对不敏感啮合区间诱导法曲率和滑动率的影响，敏感区间的诱导法曲率平均值、滑动率幅值与平均值均随着c2减少而降低。相对于同参数的传统摆线行星传动，新型齿轮副在压力角、诱导法曲率与滑动率等啮合特性方面具有传动优势，相应地，反应出其较好的多齿啮合特性、传力特性、润滑与承载特性及抗磨损特性，具有一定的工程应用价值。  
        关键词：少齿差行星传动;共轭原理;几何特性;啮合规律   
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        发布时间：2023-11-14
      • 吴靖,胡国才,刘湘一
        2017, 49(6): 184-188. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700361
        摘要：中文摘要: 针对现有带定压活门的液压阻尼器模型考虑因素不同、形式不统一等问题，通过分析油液含气和压缩性、阀口液动力、阀口流量系数和等效面积、串油管路阻力和管路部分油液压缩性等因素对液压阻尼器等效阻尼及阻尼力峰值的影响，建立了液压阻尼器定压活门内置与外接时统一的力学模型。将某型带定压活门的液压阻尼器在1、9、26 mm共3种不同激振幅值下等效阻尼及阻尼力峰值的计算结果与实验值进行对比，结果显示，等效阻尼误差分别为-9.994 5 %、0.672 4 %和-2.757 2 %，阻尼力峰值误差分别为-0.457 4 %、1.973 3 %和-4.074 9 %，该结果验证了所建力学模型的准确性。在进行影响因素分析时发现，油液体积弹性模量在低压时对含气量较为敏感，随着含气量的增加急速下降，弹性模量的改变对等效阻尼和阻尼力峰值均有较大影响，特别是在激振幅值较小的情况下表现更明显；阀口液动力对定压活门开启后的阻尼力峰值影响较大，而对等效阻尼的影响较小；阀口流量系数取常量且阀口等效面积简化成阀芯位移的一次函数后对等效阻尼及阻尼力峰值基本没有影响；定压活门外接时，串油管路阻力和管路部分油液压缩性对等效阻尼和阻尼力峰值的影响都不大。  
        关键词：液压阻尼器;定压活门;建模影响因素;等效阻尼;阻尼力峰值   
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        发布时间：2023-11-14
      • 黄智,李超,万从保,李凯,周振武
        2017, 49(6): 189-195. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700395
        摘要：中文摘要: 砂带磨削是提高自由曲面工件型面精度和表面质量的重要手段之一，针对目前自由曲面砂带磨削加工在效率和精度方面存在不足，基于砂带磨削加工的特性，提出了一种基于加工精度控制的自由曲面砂带磨削加工的轨迹规划方法。首先，对实现无曲率干涉的接触轮半径及满足加工允差的接触轮宽度进行了公式推导，结合轮与曲面上加工点主曲率关系，通过双倍体的遗传算法优选出满足自由曲面要求的加工允差，并获取无曲率干涉加工需求的接触轮尺寸参数。然后，基于加工点的主曲率方向实现加工轨迹的自适应宽行距规划，同时采用柔顺处理算法对其点导动规划过程中当曲面存在扭曲时的磨头潜在的大幅往复摆动运动进行了柔顺处理，获得了行距稳定且满足加工时接触轮在磨削点处始终与自由曲面达到最佳贴合效果的磨削轨迹。最后，应用该方法对某航空发动机叶片型面进行轨迹规划，并在数控砂带磨床上进行了加工验证。结果表明：规划的磨削加工轨迹能够使得叶片轮廓截面精度较好地满足加工要求，提高了叶片型面的表面质量和精度，证实了该方法的有效性和实用性。本文提出的轨迹规划方法可科学合理地控制曲面预期加工允差，解决了在自由曲面砂带磨削过程中因接触轮尺寸参数选择不当而引起的局部干涉的计算难题，能够有效提高砂带磨削加工的效率和精度。  
        关键词：自由曲面;宽行加工;自适应;轨迹规划;砂带磨削   
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        发布时间：2023-11-14
      • 魏永峭,马登秋,吴阳,罗岚,白青松,侯力
        2017, 49(6): 196-203. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700372
        摘要：中文摘要: 齿轮副共轭齿面间的曲率关系是表征齿轮传动质量好坏的重要参数，对齿面诱导法曲率、接触区形状、接触特性、润滑特性、磨损和齿面压应力都有直接的影响。作者基于变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的齿面方程对其曲率表达式进行推导并研究了其变化规律。首先根据大刀盘加工原理，利用坐标变换得到了变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的齿面方程。基于得到的齿面方程，利用微分几何和空间啮合原理对变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的主曲率、高斯曲率、平均曲率和诱导法曲率的数学表达式进行了推导。根据所推导的数学方程利用计算机软件得到变双曲圆弧齿线圆柱齿轮副的齿面数据点，并对该齿轮副的主曲率、高斯曲率、平均曲率和诱导法曲率进行了仿真分析，得到了在啮合过程中齿轮曲率的变化规律。通过仿真结果可知齿轮副的凹、凸齿面在齿线方向的主曲率变化趋势是一致的，但略有差异；在齿廓方向主曲率都在逐渐增大，但增加幅度恰好相反，并且主曲率的变化趋势与齿形的凹凸性是一致的。齿轮副的高斯曲率和平均曲率都很小，在啮合过程中变化幅度很小，没有发生突变，这就证明了该齿轮副的光滑程度很高，齿面连续。诱导法曲率在齿线方向的主值很小，基本接近于0，在齿廓方向的主值为负值，从而证明了该齿轮副在啮合过程中没有干涉现象发生。通过曲率研究证明了该齿轮传动性能很好、传动平稳，同时也为该齿轮后续的研究、开发和设计提供了一定的研究基础。  
        关键词：变双曲圆弧齿线圆柱齿轮;齿面方程;主曲率;高斯曲率;平均曲率;诱导法曲率   
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      • 徐显金,王云龙,刘成辉,陈浩达,方磊
        2017, 49(6): 204-210. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700301
        摘要：中文摘要: 针对架空高压直流输电线路轮臂式巡检机器人行走轮打滑及磨损问题，提出了一种基于高压直流磁场的磁力悬浮方法，利用通电线圈在高压直流磁场中所受的安培力使机器人悬浮。通过建立磁悬浮装置物理模型，分析了磁悬浮力与物理模型参数之间的关系；利用COMSOL软件对磁悬浮装置模型进行仿真，将磁悬浮力的仿真结果与理论模型计算值进行比较分析，结果表明模型在不同的系统参数下均能产生符合理论计算的悬浮力；进一步仿真分析防振锤对磁悬浮力的影响，结果表明，防震锤对磁悬浮力影响非常小。最后，根据提出的磁力悬浮模型搭建磁力悬浮最小系统并进行实验，实验结果表明，本文提出的磁力悬浮方法是可行的。  
        关键词：高压直流;巡检机器人;磁力悬浮;建模;仿真   
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        发布时间：2023-11-14

        化学工程与材料工程

      • 刘汉青,黄志勇,王清远
        2017, 49(6): 157-162. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700303
        摘要：中文摘要: 双相钢Q345多用于建筑或机械结构的承力构件，循环载荷的长期作用使得构件在低于其静强度的载荷条件下发生疲劳断裂，经济可靠的强度设计需要对材料的疲劳失效进行研究。作者利用电磁谐振高频疲劳试验机，在载荷频率140 Hz、应力比为-1条件下，得到不同失效概率时材料高周疲劳（104周次< 疲劳寿命< 107周次）应力-寿命（S-N）曲线。利用扫描电子显微镜观察材料受到循环载荷作用后的显微结构的变化和疲劳失效后试样的断面微观形貌，研究材料疲劳裂纹的萌生和扩展。同时，利用红外热像仪记录Q345试样表面的温度场随循环载荷作用周次的变化，研究材料在高频循环载荷作用下的固有耗散能。双相钢Q345在高频循环载荷作用下的疲劳失效主要是由于铁素体-珠光体双相结构在循环载荷作用下的微观强度差异使得微观裂纹首先萌生于相对薄弱的铁素体晶粒，且随循环载荷周次的增加而裂纹逐渐扩展。珠光体晶粒对疲劳裂纹的扩展起阻碍作用，使得疲劳裂纹沿铁素体或铁素体与珠光体之间的晶界向前扩展。当载荷幅值低于其高周疲劳极限时，试样表面温升不明显；有限寿命的载荷条件下，试样表面温度场的变化受到材料微观变形的影响，基于试样表面温度场的变化，能快速确定材料的高周疲劳强度极限。高频循环载荷作用下，单位体积材料的固有耗散能与载荷之间呈非线性关系，在热力学框架内建立了材料的固有耗散能表征模型。  
        关键词：Q345;高周疲劳;铁素体;裂纹萌生;固有耗散能   
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