最新刊期
      2019 年 第 51 卷 1 期

        特约稿

      • 谢和平,杨仲康,邓建辉
        2019, 51(1): 1-8. DOI: 10.15961/j.jsuese.201900026
        摘要：粤港澳大湾区是中国参与全球竞争的重要空间载体，为平衡其区域经济发展对能源的需求与生态环境保护问题，大力开发地热资源是一种重要的途径。作者从大地构造、地层岩性和地温场特征分析入手，论证了大湾区赋存地热资源的可能性，综合考虑深部地温、岩石热物理性质和大地热流值等要素，通过建立网格单元对水热型和干热岩型地热资源量进行定量评价，并识别圈定地热资源高值区。初步研究结果表明：1）大湾区深、大断裂交汇发育，花岗岩广布，形成了有利于地热赋存和输送的地质环境，大地热流值也印证了该区域存在地热异常和良好热源。2）通过地温估算发现，当地层深度在1.3 km以下时，地温能达到70 ℃以上；当地层深度在5 km时，地温在168.81～233.61 ℃，干热岩具有较高的开采价值。3）大湾区5 km深度范围内，地热资源总量为5.83×1017 kJ，采收率取30%，预计可获取的地热能折合标准煤5.94×109 t，同时减少排放4.04×109 t的CO2。4）地热资源赋存相对高值区主要沿东北向深大断裂带分布，集中在佛山、中山、江门、深圳和香港局部地区，单位面积上的资源赋存量为5.19×105 t/km2标准煤，建议为地热勘察与开采的重点区域。  
        关键词：粤港澳大湾区;地热资源;地质环境;潜力评估;栅格单元   
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        发布时间：2024-01-05

        水利与土木工程

      • 邓建辉,高云建,余志球,谢和平
        2019, 51(1): 9-16. DOI: 10.15961/j.jsuese.201801438
        摘要：2018年10月10日和11月3日，西藏自治区江达县白格村金沙江右岸先后2次发生滑坡堵江事件，堰塞湖与溃坝洪水给金沙江上游沿岸居民及其生产和生活设施带来巨大灾害。滑坡发生后，作者先后2次赶赴现场，参与灾害调查与救灾工作。基于现场调查，结合相关资料，对滑坡的形成机制与过程进行系统分析。结果表明：1）白格“10·10”滑坡是一个高位、高剪出口、高速非完全楔形体基岩滑坡，方量约107 m3。2）滑坡地处金沙江缝合带，岩性为元古界熊松群片麻岩组，具有多期、多次变形与变质特点，糜棱岩化和蚀变很严重。3）滑坡按高程划分为3区，即前缘的阻滑区、中部的主滑区和后缘的牵引区，分割高程大致为3 500和3 000 m。主滑区为楔形体，系2组发育良好的结构面切割形成；阻滑区为四面体，由2组发育较差的结构面切割形成；牵引区为完全风化的岩土体夹团块状碎裂岩体。4）滑坡存在2个滑动方向，即主滑区的S80°E方向和阻滑区的N70°E方向，剪出口高程约2 950 m。5）主滑区楔形体重力是滑坡的主要动力来源，滑坡的孕育过程是相对完整的阻滑区岩体在主滑区重力驱动下的渐进破坏过程。6）滑坡过程如下：首先，主滑区和阻滑区启动；其次，失去支撑的牵引区再启动；随后，先启动的滑体高速撞击四川岸，逆坡爬高约95 m，并在两侧形成碎屑冲刷区；然后，先启动的滑体折返，并与后启动的滑体在河面上方相撞，冲击河水形成高速水砂射流，在两岸形成水砂射流冲刷区；而后，堰塞坝下游坡滑动，形成次级滑移区；最后，冲击产生的雨雾降落，完成滑坡坝表面冲刷。7）白格“11·3”滑坡是牵引区的部分岩土体在起阻滑作用的碎裂岩体渐进解体后下滑的结果，方量约3×106 m3。8）牵引区目前严重变形的方量约5.50×106 m3，存在再次滑坡与堵江的风险，需要采取合理的工程措施消除隐患。  
        关键词：金沙江;白格滑坡;高速滑坡;形成机制;形成过程;滑坡坝;堰塞湖   
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      • 徐存东,程昱,王荣荣,连海东,张宏洋,白卫峰
        2019, 51(1): 17-26. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800787
        摘要：为探明早期受冻后引起的带有初始损伤的混凝土材料在冻融循环与硫酸盐侵蚀耦合作用下力学性能的损伤演变规律，在制备混凝土试件养护期内，分别在7 d与14 d时实施冻融1次，使其产生不同程度的初始损伤，进而研究早期冻融造成的不同程度初始损伤对试件宏观性能与内部结构的影响作用。基于损伤力学理论，分别将混凝土试件的动弹性模量与抗压强度定义为损伤变量，对变量的损伤过程进行回归拟合分析，构建了由早期冻融造成的不同初始损伤试件在腐蚀受冻环境中的损伤演变方程。结果表明：两种带有不同初始损伤度的混凝土试件其各项力学性能的衰变过程受早期冻融影响均出现了“超前效应”，且该效应的出现幅度与初始损伤度有着极大联系；同时，通过对比分析混凝土超声脉冲传播速度与内部缺陷区的变化过程得知，早期冻融加速了空洞与裂缝的扩展速度，对混凝土综合性能的初始值与后期抗盐冻能力存在不利影响；动弹性模量与抗压强度损伤演变方程可作为相似损伤程度下混凝土力学性能衰减的通用公式，为相似环境下结构的服役状态评估和寿命预测提供理论依据，同时可以基于动弹性模量与抗压强度的损伤关系式对二者进行相互推导，降低了由于仪器不足等原因导致数据获取不足的局限性。  
        关键词：混凝土;冻融循环;硫酸盐侵蚀;早期冻融;初始损伤;损伤演变规律   
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      • 葛琪,熊峰,陈江
        2019, 51(1): 27-35. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800177
        摘要：随着城镇化的快速发展，大量密集的建筑群体在各大城市和小城镇中不断涌现。土与建筑群的动力相互作用不同于单个结构与土的动力相互作用，研究土与建筑群动力相互作用对上部结构响应的影响规律，使研究结果能够用于考虑群效应的上部结构抗震设计。提出土与建筑群动力相互作用的群效应概念，并在已完成的土与建筑群动力相互作用振动台试验基础上，采用有限元方法研究群效应对结构动力响应的影响规律。此有限元模型采用了Davidenkov地基模型模拟土体的动力非线性特性。采用试验数据验证此有限元模型，开展了土与建筑群动力相互作用的群效应分析，研究土体特性、建筑物净距和建筑物数量对群相互作用的影响。最后，针对位移的响应规律，进行了土与建筑群动力相互作用的群效应机理分析。全面总结了土与建筑群动力相互作用的群效应规律和参数影响，结果如下：在地震作用下，建筑群中结构位置不同反应不同，表现出动力相互作用的群效应。与单个结构相比，群相互作用使得结构的加速度减少，速度则有时增大、有时减小，与输入的地震波特性和结构位置相关。而中间建筑位移反应减少，沿振动方向结构的位移增大，建筑群中远离中间建筑的周边建筑位移反应最大。位移的群效应影响系数的绝对最大值达到770.794%。建筑群数量是影响群效应的最显著的因素。土–建筑群动力相互作用随着结构间距的增大，影响不断减弱，当建筑物净距大于建筑物基础平面尺寸的1.32倍时，群效应相对较弱。由以上结果可知，土与建筑群动力相互作用对上部结构动力响应影响较大，在上部结构抗震设计时，不能忽略土与建筑群动力相互作用的群效应。  
        关键词：群效应;土与建筑群相互作用;振动台试验;有限元方法;ANSYS;Davidenkov地基模型   
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      • 刘欢,杜军凯,贾仰文,刘佳嘉,牛存稳,甘永德
        2019, 51(1): 36-44. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800224
        摘要：子流域划分是构建流域/区域分布式水文模型的基础工作，关系到流域/区域水文模拟和预报精度的好坏。在针对大尺度区域进行子流域划分时，目前普遍使用基于地表径流漫流模型，通过单一集水面积阈值进行河网提取和子流域划分的方法在准确描述研究区的空间范围、确定流域出水口、提取内流区河网等方面存在一定不足。为此，作者对传统子流域划分方法进行改进，面向大尺度区域分布式水文建模提出一套基于流域出水口自动识别和多阈值虚拟河网融合技术的子流域划分方法，该方法包括4大部分，即流域出水口的识别，大、小集水面积阈值的确定，多阈值虚拟河网融合，子流域划分与编码。应用该方法对全国范围内进行了水系提取和子流域划分，共划分子流域25 174个，子流域平均面积381 km2，最大面积5 512 km2，最小面积4 km2，模拟范围与全国水系实际范围的吻合程度达到99.92%。进一步地，将研究结果与全国实测水系和现行流域区划成果进行对比分析，验证了该方法的适用性。该方法高效快速，在准确刻画大尺度区域范围的同时大幅降低了子流域个数，兼顾了模型模拟效率，较好地解决了传统子流域划分方法在大尺度区域分布式水文建模中面临的难题。相关研究可为大尺度区域分布式水文模型构建提供基础支撑，有助于更好地为大面积区尤其是国家宏观层面的水文水资源管理服务。  
        关键词：子流域划分;大尺度区域;流域出水口识别;多阈值虚拟河网融合   
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      • 雷明,余海逖,许泽星,王协康
        2019, 51(1): 45-51. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700981
        摘要：山区河床组成多为宽级配卵砾石颗粒、沿程河床比降陡缓相接，受泥沙补给及水流过程影响，不同河段冲淤变化复杂多变，溯源淤积引发山洪现象频繁发生。为探究泥沙补给条件的变化对于山区河流河床冲淤变形以及水位变化的影响，作者以变坡陡比降河道为研究对象，通过计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）与离散元（discrete element method，DEM）耦合的方法对不同来水来沙条件下典型山区河道中卵砾石的溯源淤积过程进行了数值模拟，并将计算结果与室内水槽试验结果进行了比对。计算结果表明：强输沙水流由陡比降河道进入缓比降河道后，泥沙一旦在下游发生淤积，便会迅速向上游传播，进而导致河床大范围淤积抬高。溯源淤积的起始位置，发展速度以及淤积床面的厚度与上游泥沙补给强度、水流速度、颗粒粒径等因素有关，来流流量越小、泥沙补给强度越大，溯源淤积的起始位置越靠近河道上游，淤积发展速度越快，淤积床面厚度越小。泥沙淤积会导致淤积段沿程水位显著升高，在淤积锋面处，水位变动最为剧烈，水位增加明显，随着溯源淤积的继续发展，该位置处的水位会稍加回落并且趋于稳定。由此可见，山区河流泥沙补给条件的改变对于河床变形以及水沙灾害具有重大的影响，为揭示山洪泥沙灾害的致灾机理提供了理论基础。  
        关键词：山区性河道;泥沙补给;泥沙淤积;河床变形;CFD−DEM耦合模型   
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      • 杨坪坪,张会兰,王云琦,王玉杰
        2019, 51(1): 52-59. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800008
        摘要：马蹄涡是水下柱体基部产生局部侵蚀的主要动力，目前对大雷诺数深水条件的马蹄涡特征研究广泛，而在低柱体雷诺数浅薄层水流条件下因技术条件限制，试验手段难以准确捕获马蹄涡。为准确掌握在该水流条件下马蹄涡的特征，本研究构建了高分辨率高频的粒子图像测速系统，系统测量了6组浅薄层水流条件下柱体前端的瞬时流场。通过分析平均流场特征提取出流动分离点，采用旋转强度的方法识别马蹄涡进而提取马蹄涡位置及强度，使用Oseen涡和纯剪切的控制方程叠加模拟马蹄涡进而计算出马蹄涡的半径。结果表明：在低柱体雷诺数水流条件下（ReD<5 000），随着柱体雷诺数的增加流动分离点急剧向下游移动，同时马蹄涡急剧向柱体端和床面靠近，其半径减小而旋转强度增加。在浅薄层水流条件下，当柱体直径一定时，随着水深的增加，流动分离点向上游运动，同时马蹄涡向远离柱体端和朝水面运动，马蹄涡的半径增加，且其各项参数显著大于明渠水流条件下的参数。随后，结合已有工作，归纳出分离点、马蹄涡特征随柱体雷诺数增加而经历的不同阶段：当5 000<ReD<8 000流动分离点仍向下游急剧移动，马蹄涡的各项特征保持稳定；当ReD>8 000，流动分离点向下游缓慢移动，马蹄涡的各项参数仍维持稳定。研究结果可为柱体基部科学布设防冲设施提供依据和参考。  
        关键词：柱体绕流;马蹄涡;粒子图像测速;薄层水流;低雷诺数   
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      • 袁 　喆,许继军,王永强,洪晓峰,周彦辰,陈进
        2019, 51(1): 60-67. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700835
        摘要：预估气候变化背景下流域地表径流的变化是水资源合理开发与利用的前提。以抚河流域为研究区，从地表径流形成的宏观机理出发，基于水热平衡构建可描述大尺度上气候要素、下垫面要素和地表径流3者之间定量关系的流域尺度水文模型。结合假定的气候变化情况和CMIP5气候变化预估成果，评估抚河流域对气候变化的敏感性，并预估2020—2050年期间抚河流域地表径流的变化。结果表明：1）所构建的抚河流域水热平衡模型对年尺度径流模拟效果较好，且模型参数少，计算简单。2）抚河流域对气候变化敏感性相对较低，气温每升高1.0 ℃，地表径流减少3.6%～6.3%；降水每增加1%，地表径流增加1.7%～1.9%。3）未来抚河流域表现出增温的特点，2020—2050年多年平均气温相对于1961—1990年增加1.1～2.6 ℃，多年平均降水量的变化存在较大不确定性。在不考虑与其他模式差别较大的GFDL-ESM2M条件下，未来地表径流将减少10%～11%。  
        关键词：气候变化;地表径流;水热平衡;抚河流域   
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      • 冯博,汪昕,吴智深
        2019, 51(1): 68-74. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800270
        摘要：研究了大跨斜拉桥用大吨位CFRP拉索的锚固问题和超长拉索带来的特殊安装问题。通过有限元分析方法建立了变刚度荷载传递材料（LTC）锚固系统和斜拉索安装系统的非线性模型。锚固性能方面，优化了荷载传递介质的弹性模量、长度、内锥角、受荷端厚度、界面摩擦系数，并进行了强度校核。拉索安装方面，研究了锚具修正角、拉索两端索力差值和拉索变形等关键参数，并对长度为1 085 m的钢拉索和CFRP拉索的安装参数进行了对比。结果表明：变刚度荷载传递材料减小了锚固区的应力集中。依据各部分材料性能要求，得到了拉力为15 000 kN CFRP拉索锚固系统的设计参数，包括钢套筒长度1 000 mm，直径424 mm，壁厚40 mm，内锥度为5°和采用45#高强度结构钢；荷载传递材料加载端半径40 mm,各区段弹性模量取值范围为1～2 GPa（LTC-1）、4～7 GPa（LTC-2）、15～25 GPa（LTC-3）、30～40 GPa（LTC-4）；各区段荷载传递材料选择为树脂与石英砂混合物（LTC-1和LTC-2）、聚合物砂浆或者高性能混凝土（LTC-3和LTC-4）。拉索安装方面，得到CFRP拉索的锚具修正角、拉索两端的索力差值、拉索变形。对于最长的拉索，主塔锚固点与主梁锚固点的锚固力差值，CFRP拉索是钢拉索的1/6；锚具修正角与拉索长度为正相关，并且CFRP拉索锚具修正角仅为钢拉索的1/4；与钢拉索相比，CFRP拉索的垂度小，锚具修正角减小1°，更利于拉索安装。  
        关键词：大吨位;CFRP拉索;数值分析;锚固系统;安装参数   
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        发布时间：2024-01-05
      • 王文圣,姚瑞虎,覃光华,梁淑琪,丁晶
        2019, 51(1): 75-82. DOI: 10.15961/j.jsuese.201701015
        摘要：管运洪水是水库工程运用管理时所考虑的一种洪水，事关工程防洪安全和经济效益。当前推求管运洪水的途径分为2类：第1类是以Copula函数为基础的途径，第2类是以全概率原理为基础的途径。作者探讨了第2类途径中的直接法。将洪水资料分为充足、相对充足和不足3种情况，充足情况为主汛期的年最大洪水样本容量为30年以上，而前汛期和后汛期的样本容量分别为20年以上；相对充足情况为主汛期的年最大洪水样本容量为30年以上，而前汛期和后汛期的样本容量之和为20年以上；不足3种情况为主汛期的年最大洪水样本容量为30年以上，而前汛期和后汛期的样本容量之和少于20年。基于3种资料情况，提出了管运洪水计算的全概率直接推求方法。资料充足情况下，根据全概率公式直接采用频率分析推求管运洪水，提出了直接利用数学期望公式计算经验频率的思路；资料相对充足情况下，采用前汛期和后汛期的样本合并手段基于全概率公式采用频率分析推求管运洪水；资料不足情况下，提出了反算手段，建立了基于全概率公式的管运洪水推求方法。以多个流域洪峰流量序列为例对不同资料情况的管运洪水进行了推求，给出了各流域管运洪水计算成果，并与Copula函数法计算成果进行了对比。研究表明，以全概率原理为基础的管运洪水直接推求途径思路清晰，结果合理，因此建议途径是可行的，具有优势。  
        关键词：洪水分期;管运洪水;全概率;Copula函数;洪水频率   
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      • 姚国文,刘宇森,陈雪松
        2019, 51(1): 83-88. DOI: 10.15961/j.jsuese.201701025
        摘要：粘贴钢板在钢筋混凝土结构加固领域得到了广泛的关注，但关于加固结构耐久性的研究较少涉及，尤其是荷载与湿热环境耦合作用下的耐久性研究。为探究粘钢加固RC梁在湿热环境与荷载耦合作用下的耐久性与损伤机理，开展了空载、静载和交变荷载与湿热环境耦合作用下7片粘贴钢板加固钢筋混凝土梁的15、30 d高温高湿老化试验，最后进行了加固梁的三点弯曲试验，获取了不同荷载与环境工况耦合作用下加固梁的破坏形态、挠度、钢板与钢筋应变等力学参数，进一步分析了荷载与湿热环境耦合作用对加固RC梁的力学性能及耐久性能的影响。结果表明：经过15、30 d的湿热老化后，粘贴钢板加固RC梁的力学性能有所退化，耦合静载作用的加固梁力学性能退化更加明显，耦合交变荷载作用的加固梁力学性能退化最为显著；交变荷载与湿热环境作用下加固梁的极限强度、弯曲性能、钢板极限应变较对比梁分别下降17.26%、17.21%、41.92%；荷载与湿热环境耦合作用对梁体受力性能影响较大，对破坏模式影响较小，加固梁在荷载与湿热环境耦合作用下的破坏模式分为混凝土开裂、裂缝发展、钢板剥离破坏3个阶段；湿热腐蚀介质渗透入钢筋混凝土梁及粘结界面，对加固结构耐久性造成了损伤，荷载耦合作用进一步加剧了损伤演化。  
        关键词：粘贴钢板加固;钢筋混凝土梁;荷载与湿热环境耦合作用;耐久性   
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      • 蒲黔辉,谢宏伟,樊书文,王文东,刘静文,勾红叶
        2019, 51(1): 89-95. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800043
        摘要：当栓钉长径比较小时，栓钉连接件容易发生拔出破坏，目前这种非材料破坏的失效形式的承载力主要通过试验确定。为了扩大有限元方法的应用，提出在有限元分析中以栓钉端头处的混凝土压应变为控制变量判断栓钉是否发生拔出破坏的分析方法，并确定其承载力。首先，采用ABAQUS软件建立标准推出试验的有限元模型，并将有限元计算值与文献实测值和规范计算值进行对比，其结果表明误差均在10%以内，验证了有限元模型的正确性。然后，结合提出的考虑栓钉拔出破坏的分析方法分析了栓钉的长度和直径对承载力的影响。最后，给出了栓钉拔出破坏的承载力计算公式。结果表明：栓钉与混凝土之间的绑定约束是面面接触方式的刚度的上限；混凝土强度越低越容易发生拔出破坏，规范中规定的栓钉长径比大于4以防止拔出破坏是偏于不安全的；由栓钉直径的增大而引起的连接件承载力的提高程度不受混凝土强度的影响，当栓钉直径在10～22 mm范围内以3 mm的增量增大时，承载力提高约42%、31%和35%；当栓钉直径大于16 mm时，《钢结构设计规范》计算的承载力值偏大，建议按Eurocode4规范进行设计；提出的栓钉拔出破坏的判断方法和承载力计算公式经规范计算值验证是合理可行的。  
        关键词：组合结构;剪力连接件;拔出破坏;承载力;有限元法   
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        发布时间：2024-01-05
      • 林颖典,熊杰,袁野平
        2019, 51(1): 96-103. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800041
        摘要：异重流在自然界和工程界非常普遍，对人类工业生产及生活具有重要的影响。利用两台高速摄相机从侧视及顶视记录开闸式异重流3维运动形态，通过重复性试验分析异重流头部位置、速度、高度及角度的不确定度（采用变异系数衡量），研究与异重流3维运动的关联性。由试验顶视图结果可知，异重流头部位置存在横向差异，异重流运动确实存在3维现象。异重流横向扩散不均匀和水槽边壁摩擦阻力的差异是造成异重流存在3维运动现象的根本原因，不确定度正是因为异重流3维运动而存在，这与试验观测到的异重流头部平面形态由波瓣和沟裂组成的现象一致。试验表明：在所研究时刻及盐度下，头部位置、速度、高度和角度均服从正态分布。当异重流处于加速阶段，头部位置和速度的变异系数随时间迅速递减，减速阶段则维持在定值附近，且变异系数均小于6%；头部高度和角度的变异系数在运动过程中始终维持在定值附近。由试验结果可知，异重流自身3维运动现象所导致的头部位置或速度的不确定度，约等于平均头部位置或速度的5%～6%，可作为日后进行单次异重流试验量测时不确定度的参考依据。  
        关键词：异重流;3维效应;重复性试验;不确定度   
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        发布时间：2024-01-05
      • 杨涛,连金明,张喜德
        2019, 51(1): 104-111. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700825
        摘要：制作了2个缩尺比例为1/3.5的单层1×2跨的RC板柱子结构试件，对其开展了边柱失效情况下的静力倒塌试验，研究其倒塌破坏模式和破坏机理等连续倒塌性能，探讨混凝土板底配置斜向构造钢筋对RC板柱结构连续倒塌性能的影响。试验结果表明：在失效柱节点区发生冲切破坏后，相邻角柱和边柱的节点区域先后发生弯剪破坏；加载过程中混凝土板顶面和底面分别形成了以失效柱为中心的弧形裂缝分布和放射型裂缝分布；由失效柱承担的荷载在剩余结构中主要沿楼盖板的短跨向相邻柱传递；与未配置板底斜向构造钢筋的试件相比，配置板底斜向构造钢筋试件的开裂荷载、第1个峰值荷载和极限抗倒塌承载力分别提高了78.3%、32.3%和50.7%；布置斜向板底构造钢筋的试件在倒塌过程中荷载动力增大系数（DIF）的最大值和波动幅度均明显减小。分析可知，拉膜效应是板柱结构中一种重要的抗倒塌工作机制；在对边柱失效情况下的板柱结构开展静力倒塌分析时荷载动力增大系数（DIF）的取值既不应小于1.16，也不应大于2.0；配置板底斜向构造钢筋可以作为提高RC板柱结构薄弱区域抗连续倒塌性能的一种有效构造措施。最后，基于试验提出了边柱失效情况下板柱结构的抗倒塌承载力计算模型，计算值与试验值的对比表明该计算模型可用于对边柱失效情况下板柱结构抗倒塌承载力的评估。  
        关键词：无梁楼盖;连续倒塌;破坏模式;工作机制;膜效应   
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        发布时间：2024-01-05
      • 韩培锋,樊晓一,田述军,张友谊
        2019, 51(1): 112-120. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800672
        摘要：地震、工程开挖及风化、侵蚀、搬运等地质作用形成大量的松散堆积体。堆积体中块石含量各异，在降雨诱发下失稳形成滑坡、泥石流等地质灾害，给当地居民生产生活和大型工程造成严重威胁。利用室内大型模型平台开展不同含石量和降雨强度的模型试验，分析含石量和降雨强度变化对松散堆积体变形失稳的影响。研究表明：降雨入渗过程中松散堆积体的体积含水率变化过程可分4个阶段。在Ⅰ阶段堆积体的含水率基本不变，Ⅱ阶段含水率快速增加，达到峰值后进入Ⅲ阶段，在此阶段中出现缓慢回落，降低到一定程度后进入Ⅳ阶段，此后体积含水率再次缓慢增大。含石量越大，相同降雨强度和时间时其体积含水率越小，后缘主张拉裂缝出现的时间越晚，对应的主张拉裂缝的宽度越小，坡体达到失稳破坏的时间越短。当降雨历时相同时，降雨强度越大，则体积含水率越大；降雨强度越大，松散堆积体失稳破坏时的体积含水率越高；不同降雨强度下，松散堆积体的体积含水率变化规律各不相同。降雨强度对松散堆积体的稳定性影响更加明显，降雨强度越大，松散堆积体的主张拉裂缝值越小，其主张拉裂缝出现时间、裂缝最大宽度、失稳时累积最大位移及失稳降雨历时降低越明显。研究结果为灾区松散堆积体降雨过程中失稳灾变的预测预报研究提供参考。  
        关键词：松散堆石体;含石量;降雨强度;失稳   
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        发布时间：2024-01-05
      • 于洋,晏志禹,徐长节,刘金泉,耿大新
        2019, 51(1): 121-128. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700812
        摘要：岩爆严重威胁着深部岩体隧洞的施工安全，并造成大量的人员伤亡及财产损失。在深部岩体隧洞岩爆灾害的孕育及发生过程经常伴随一系列的微震事件；通过针对微震事件发生的时间、空间位置、数量多少、能量大小及震源体积分布等特征参数进行分析，有助于认识岩体的破裂机制，进而为岩爆等动力地质灾害的研究与防治提供理论基础。采用理论分析与微震监测相结合的研究手段，基于锦屏Ⅱ级水电站深埋引水隧洞施工过程中大量不同类型（即时性应变–结构面滑移型岩爆、即时性应变型岩爆）、不同等级即时性岩爆的典型案例，针对岩爆孕育及发生的动态过程展开震源体积分布的自相似特征及分形行为研究。结果表明：深部岩体隧洞开挖即时性岩爆孕育过程中的微震源体积分布表现出良好的自相似性，其自相似系数均大于0.97；对于不同类型的即时性岩爆，其微震信息震源体积分形维数均随着岩爆孕育过程不断增加，岩爆发生时达到最大值的特征；应变–结构面滑移型岩爆过程中每天的震源体积分形维数分布在0.1～0.8范围内，应变型岩爆过程中每天的震源体积分形维数分布在0.4～1.3范围内，岩爆发生当天的分形维数均大于1.0。研究成果对高地应力条件下岩爆灾害动态预警体系的建立具有重要的指导意义，同时可为中国深部岩体隧洞开挖过程的安全设计提供必要的科学依据和支撑。  
        关键词：微震;自相似;分形;应变–结构面滑移型岩爆;应变型岩爆   
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        发布时间：2024-01-05
      • 杨鹏,曹亚鹏,朱彦鹏,王步翔
        2019, 51(1): 129-134. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800098
        摘要：为完善粗颗粒硫酸盐渍土盐胀理论，研究其盐–冻胀力的影响因素及变化机制，人工配制96组粗颗粒硫酸盐渍土试样，通过自主设计的试验装置，进行室内模型试验研究。结果表明：盐–冻胀力的敏感温度区间为−0.2～−1.0 ℃；含盐量不影响盐–冻胀力随温度的增长规律，与含水量共同决定最大盐–冻胀力的大小；对于相同孔隙比的试样，含水量的增加使其发生峰值盐–冻胀力所需的含盐量增加。当含盐量一定时，含水量的增加反而使其峰值盐–冻胀力减小；盐渍土试样在孔隙比为0.55和0.58时峰值盐–冻胀力分别出现极小值和极大值，这与盐分在土颗粒骨架间的结晶位置有关。基于试验结果，运用分层总和法给出工程适用的粗颗粒硫酸盐渍土地基盐–冻胀界限深度表达式，为粗颗粒硫酸盐渍土地基盐–冻胀变形的量化评价和设计提供重要参考依据。  
        关键词：粗颗粒;硫酸盐渍土;盐–冻胀力;界限深度   
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      • 李相辉,张庆松,张霄,蓝雄东,安祺祎
        2019, 51(1): 137-143. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800364
        摘要：黏聚力是黏性土的重要力学性能参数，土的密度、孔隙比是影响黏聚力的重要因素，但密度、孔隙比变化时土的黏聚力难以估算。作者依据固体颗粒分子吸引力理论，研究了均匀黏性土黏聚力随孔隙比及干密度的变化规律。以颗粒均匀的黏性土为研究对象，将土体简化为由土颗粒与粒间孔隙2个部分、依靠土颗粒间吸引力连接而成的整体，将黏聚力简化为单位面积上土颗粒间吸引力的合力；基于此，提出均匀黏性土孔隙结构模型，推导了土颗粒净距与土体孔隙比的函数关系，分析了土颗粒净距随孔隙比的变化规律。根据Lifshitz固体颗粒分子吸引力理论，建立了均匀黏性土黏聚力与干密度、孔隙比之间的函数关系，据此提出一种考虑密度、孔隙比变化的均匀黏性土黏聚力计算方法。通过均匀细粒土的直剪试验测得了不同含水量下的黏聚力，将理论计算结果与直剪试验结果相对比，验证了所提黏聚力计算方法的合理性。结果表明：均匀黏性土颗粒净距与孔隙比正相关，但随孔隙比增大，其对土颗粒净距的影响逐渐减小；黏聚力与干密度正相关，与孔隙比负相关，且随干密度的增大，其对黏聚力的影响更加显著。  
        关键词：黏聚力;孔隙比;土颗粒净距;分子吸引力;直剪试验   
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        发布时间：2024-01-05
      • 周昌林,朱哲明,朱爱军,王志红,邱豪
        2019, 51(1): 144-151. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700821
        摘要：为研究酸雨腐蚀环境下混凝土断裂性能的劣化情况而进行混凝土的实验室加速腐蚀实验，并通过三点弯曲试验及电测法获得了不同腐蚀程度混凝土的起裂荷载、最大荷载以及试件的弹性模量和断裂韧度的劣化情况，同时借助电镜扫描获取腐蚀混凝土裂尖的劣化样貌。在模拟酸雨环境下，混凝土裂纹尖端的腐蚀深度随着侵蚀时间的持续而逐渐增长，裂纹尖端混凝土将发生结构性的损伤，混凝土材料松弛并产生微裂隙，这将直接影响混凝土裂尖的抗裂能力。与水中浸泡试件相比，腐蚀试件的抗裂能力发生显著的退化；在不同pH值的模拟酸雨环境中，试件的起裂荷载与最大荷载都随着腐蚀时间的增加而呈现先增长而后降低的趋势；随着腐蚀程度的增加，起裂荷载则会加速劣化。混凝土断裂韧度随腐蚀时间先增大后减小；溶液pH值越低，断裂韧度的增长周期越短，最终的损失也越大。H+和SO42–使裂尖混凝土发生复杂的物理化学变化，直接弱化混凝土的抗裂能力。混凝土断裂韧度劣化率随裂尖腐蚀深度呈现出抛物线式的发展态势。  
        关键词：混凝土;三点弯曲;电测法;电镜扫描;断裂韧度;腐蚀深度   
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        发布时间：2024-01-05
      • 张绍培,杨阳,杨奉广,王协康,刘兴年
        2019, 51(1): 152-157. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700995
        摘要：粗颗粒床面普遍存在于山区河道中，在浅水条件下，水深与床面颗粒粒径的比值h/d较小，此时河道中水流垂线流速分布难以用传统的对数公式或对数补偿公式进行准确描述。在室内概化水槽中，利用玻璃珠及乒乓球模拟粗颗粒床沙，对不同h/d下的垂线流速分布规律进行了系统的试验研究。前人研究发现，不同淹没度（h/d）下的理论床面取值并不统一。考虑到工程应用方便，作者采用普通粗糙床面河道下的理论床面值，即y0为0.2d。将试验测得数据进行无量纲化处理后与对数补偿公式计算得到的理论值对比，并率定公式中的系数B与尾流系数Π到最佳。结果表明：当h/d较小时，系数B随着h/d的增大减小，尾流系数Π随着h/d的增大而增大；而当h/d较大时，B与Π都趋于一个常数。最后，建立了适用于山区粗颗粒卵砾石泥沙河道的垂线流速分布公式，并将其与众多前人试验数据进行拟合检验。检验结果表明，作者提出的垂线流速分布公式具有较高的计算精度，同时对于普通粗糙床面河道，该公式也具有很好的适应性。  
        关键词：卵石颗粒床面;低淹没度;流速分布;对数补偿公式   
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        发布时间：2024-01-05
      • 黄胜,刘超,刘兴年
        2019, 51(1): 158-164. DOI: 10.15961/j.jsuese.201701036
        摘要：滩地植被对河道水沙运动及河床演变具有重要的影响，尤其当洪水期水流漫滩时。为了弄清高密度植被对弯曲主河道水流特性的影响，作者采用模型试验，在弯曲复式河道滩地铺设模型草，模拟天然植被，通过改变上游来流量，研究了高密度植被对主槽二次流涡团高度及涡团中心位置的影响。结果表明，滩地植被对弯中断面附近的二次流涡团高度影响最大，二次流涡团高度在滩地无植被时等于主槽高度，而在滩地有植被后等于主槽高度加上滩地植被冠层高度，此时，滩地植被等效增大了主槽高度。进入弯段后，滩地植被对二次流涡团高度的影响逐渐减小，在弯顶断面可以忽略滩地植被的影响。根据试验结果，提出了不同断面二次流涡团中心位置的预测方法并用不同来源的数据进行检验，发现该方法可以准确预测弯曲主槽中不同断面的二次流涡团中心位置。最后，讨论了二次流相对强度与主槽过流率之间的关系，发现无论滩地是否有植被，最大主槽过流率总是出现在二次流相对强度较小的弯顶断面。在相同水深条件下，主槽过流率在有植被漫滩河道中比无植被河道大。随着主槽水深（相对水深）增大，有植被和无植被工况各断面的过流率差值减小。当主槽水深接近或小于滩地植被冠层高度和主槽高度之和时，弯曲主槽中的二次流涡团沿程变化特性将与非漫滩弯曲河道的二次流涡团沿程变化特性十分相似。  
        关键词：弯曲漫滩河道;植被;二次流;预测方法;主槽过流能力   
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        发布时间：2024-01-05
      • 李丹利,李龙国,贺宇欣,苟思,赵娜娜
        2019, 51(1): 165-172. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800085
        摘要：遥感NDVI（归一化植被指数）数据能较好地反映植被生长变化情况，已广泛应用于多尺度植被物候监测。基于MODIS卫星每16 d的NDVI遥感数据，通过时间序列滤波软件TIMESAT重建了若尔盖地区2001—2015年NDVI时间序列，提取出植被3个关键生育期信息—植被生育期起始时间、植被生育期长度和生育期内NDVI峰值；分析了影响植被生育期的关键气候因子。结果表明：1）2001—2015若尔盖地区植被平均生育期起始时间提前，生育期长度延长，NDVI峰值无明显变化。2）植被平均生育期在空间分布上无明显递变规律；随海拔梯度升高，植被生育期起始时间推迟，生育期长度缩短，NDVI峰值减小。3）温度是影响若尔盖地区植被生育期的主要气候因素，4、5月积温升高促进植被生育期起始时间提前（相关系数|R|=0.79）；9、10月积温升高有利于植被生育期结束时间推后，使得生植被育期长度延长（相关系数|R|=0.73）；从植被生育期起始至NDVI峰值出现时间段内积温的升高也使得植被NDVI峰值升高（相关系数|R|=0.68）。4）植被NDVI与SPI（标准化降水指数）相关性不高，若尔盖地区植被生长对降水变化不敏感。研究结果较为真实地反映了2001—2015年若尔盖区域植被的生育期特征及其对气候变化的响应，其方法可应用于遥感监测区域范围内植被变化特征。  
        关键词：遥感;归一化植被指数（NDVI）;生育期;积温;标准化降水指数（SPI）   
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        发布时间：2024-01-05

        信息工程

      • 朱敏,田伟,彭第,苏亚博,牛颢
        2019, 51(1): 173-180. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800128
        摘要：在线问答社区中大量问题等待回答时间过长、高质量回答数极少，对社区用户在具体问题上的专业程度进行度量具有现实需求。现有的基于链接分析和基于文本分析等方法多集中在社区和话题粒度的专业性度量，并未深入到问题粒度。针对上述问题，定义了问答社区中基于问题粒度的用户专业性概念，在此基础上提出了基于问题粒度的用户专业性预测方法，包括用户专业性度量方法和用户专业性预测模型。该预测方法先利用问答社区中社区用户对回答质量的评价机制，在问题粒度上为用户建立专业性度量；再基于矩阵分解，融合用户偏差、问题偏差以及用户已回答问题集的隐含反馈等信息，构建用户在问题粒度上的专业性预测模型，进而预测用户在待回答问题上的专业程度。利用知乎问答社区互联网话题下的问答数据集，设计了与前述两种主流方法的对比实验。实验结果表明，提出的用户专业性度量方法可以有效地度量用户在具体问题上的专业程度，基于此方法构建的用户专业性预测模型具有更高的预测精度。  
        关键词：在线问答社区;问题粒度;用户专业性;矩阵分解;预测模型   
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      • 朱敬华,李亚琼,王亚珂,杨艳
        2019, 51(1): 181-188. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700728
        摘要：针对随时间进化的动态社交网络展开影响最大化问题的研究，目标是基于线性阈值传播模型，挖掘影响力最大的k个种子用户，从种子用户发起传播，最大化影响传播范围。提出一种基于线性阈值模型的动态社交网络影响最大化算法（linear threshold dynamic influence maximization,LTDIM）。首先，给出动态社交网络影响最大化问题的形式化定义，提出利用活边路径获取初始种集的方法；然后，分析网络的各种拓扑变化，提出种集的增量式更新方法；最后，基于节点度和影响力增量提出DP（degree pruning）和IIP（influence increment pruning）剪枝策略进一步提高时间效率。实验使用4个真实的社交网络数据，考察在8个网络快照上算法的运行时间和影响传播范围。实验结果表明，本文算法的影响传播范围接近于静态启发式算法，运行时间大幅度减少，验证了算法的时间高效性和可扩展性。  
        关键词：动态社会网;影响最大化;线性阈值模型;剪枝策略   
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        发布时间：2024-01-05
      • 李征,段垒
        2019, 51(1): 189-196. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800528
        摘要：针对传统协同过滤推荐方法中的用户项目评分数据稀疏和推荐准确度不高的问题，提出了一种基于用户兴趣评分填充的改进混合推荐方法。首先，分析用户对项目类型的偏好，计算用户兴趣评分并进行矩阵填充；然后，考虑用户主观评分差异化及项目自身质量的影响，对传统皮尔逊相关系数进行改进，并基于已填充评分矩阵进行用户相似性及项目相似性计算；在此基础上分别基于用户和项目两个方面进行评分预测，并将两者的预测评分进行加权求和，进而进行混合推荐；最后，以Movielens100k为数据集进行实验，先分析了用户兴趣评分矩阵的填充效果，再将文中方法和传统协同过滤混合推荐方法以及文献中提出方法进行了对比分析。实验结果表明；提出的评分矩阵填充方法能有效缓解数据稀疏的影响，填充效果优于传统评分矩阵填充方法；提出的改进混合推荐方法（IHRIRF）比传统的混合协同过滤推荐方法HCFR及WPCC方法具有更好地推荐效果。  
        关键词：协同过滤;数据稀疏;评分差异化;混合推荐;皮尔逊相关系数   
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      • 宋歌,潘卫军,季玉龙
        2019, 51(1): 197-204. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800096
        摘要：针对飞行仿真中大地形数据量大、细节丰富导致的渲染负载重、帧率不稳定问题，提出一种基于细分着色的地形建模方法。该方法以几何裁剪图为框架构建视点相关的多分辨率地形结构。首先，在CPU中生成若干个细分控制点并存入顶点缓存。每层几何裁剪图根据顶点缓存中的细分控制点在索引缓存中生成能够表示几何裁剪图结构框架和状态的索引点，经CPU传至GPU。其次，在GPU读取索引点后通过细分着色器生成自适应三角形面片。在渲染循环的更新阶段，仅需对几何裁剪图的变化区域进行索引点替换，可完成几何裁剪图的状态切换。最后，按照自内向外的顺序，依次对每层（最内层除外）几何裁剪图的内侧边（与下一层的共享边）进行增加细分着色控制点的操作，从而增加内侧边三角形面片，使其与内层几何裁剪图相对应，消除几何裁剪图相邻层次间因分辨率不同引起的“裂缝”现象。实验证明，该方法能充分利用显卡硬件的最新特性，在实时渲染中减少CPU向GPU传输的顶点数量，使渲染负载相对平衡，提升渲染效率和地形实时漫游的帧率稳定性，并提供一种简单有效的“裂缝”消除方法，在保证大地形细节真实程度的同时，满足飞行仿真中对大地形绘制实时性与稳定性的要求。  
        关键词：飞行仿真;细分着色;几何裁剪图;图形处理器;地形建模   
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        发布时间：2024-01-05
      • 段美军,杨红雨,刘洪,陈俊逸,刘宇
        2019, 51(1): 205-212. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800273
        摘要：针对传统微分进化算法易发生早熟收敛问题，提出基于共享学习策略的微分进化算法（SLDE），引入共享个体和共享学习因子。共享个体覆盖整个种群，较优个体可引导算法朝希望方向进化，较差个体则能维持种群的多样性，向共享个体学习可避免丢失个体信息，实现整个种群间的信息交换，有助于算法跳出局部最优解，提高算法的局部开采和全局勘探能力。同时，算法充分利用个体的进化信息，根据个体适应值到最优适应值的距离自适应地调整共享学习因子，以弥补随机个体对进化带来的随机性和盲目性，增强算法的搜索能力。采用22个不同特性的Benchmark测试函数对算法进行性能测试，与7种改进DE算法进行性能对比，实验结果表明，SLDE具有较强的跳出局部最优解能力，能显著减少进化代数，大幅地提高算法的收敛精度、收敛速度和稳定性，SLDE的全局优化性能整体上远优于其他改进DE算法。  
        关键词：微分进化;共享学习;共享个体;共享学习因子;自适应   
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      • 杨凯,康瑞
        2019, 51(1): 213-221. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700654
        摘要：为了预估低能见度时航空器起降间隔变化，提高跑道使用效率，减少航班延误，提出机场Ⅱ类运行下航空器起降间隔模型。首先，分析Ⅱ类运行下航空器起降运行程序，细化航空器起飞、降落、进入跑道、脱离跑道过程。其次，基于Ⅱ类运行规定建立航空器起飞、降落模型。然后，定义元胞结构，引入避让减速规则和脱离跑道条件，定义航空器滑行元胞自动机模型。最后，将管制规则抽象为约束条件并量化航空器起降间隔。以乌鲁木齐机场为例进行仿真验证，计算机模拟得到机型比例、起降比例、临界区长度、脱离时间等参数对起降间隔、间隔标准差等值的影响。数值分析表明，Ⅱ类运行时起降间隔较大，峰值为228.6 s，降落、起飞容量仅为正常运行情况下的60%、90%，间隔标准差峰值为74 s，是正常运行情况下的1.64倍。脱离道位置对前机脱离时间影响较大，是连续降落间隔增加的主要因素。仿真结果表明，该模型能量化关键因素对起降间隔的影响，仿真结果与实际运行相符，能为提高机场Ⅱ类运行效率提供理论依据。  
        关键词：空中交通管理;元胞自动机;起降间隔;计算机数值模拟   
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        发布时间：2024-01-05

        机械工程

      • 殷国富,宋俨轩,殷鸣,谢罗峰,赵秀粉
        2019, 51(1): 222-228. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700872
        摘要：反向式行星滚柱丝杠是一种承载能力强，精度高、寿命长的直线传动机构。目前国内外对该机构的研究较少且不能综合分析不同承载条件下各结构参数对载荷分布及疲劳寿命的影响。因此，作者建立了其载荷分布、轴向变形和寿命的计算模型。在柱面坐标系中分别建立丝杠、滚柱和螺母的曲面方程；利用曲面啮合理论求出IPRS一个节距内滚柱分别与丝杠和螺母的啮合点；依据曲面方程和啮合点位置，利用赫兹接触理论建立啮合面接触变形的精确计算方式。根据赫兹变形、组件轴向变形及螺牙变形的几何关系建立载荷分布计算模型，并依据该模型得出特定参数下IPRS承载端的轴向变变形；依据求出的载荷分布、基于Lundberg–Palmgren方程建立寿命评估模型。将承载端轴向变形计算结果与实验数据对比，验证了该模型的准确性。针对关键参数于IPRS性能的影响进行分析，结果表明：载荷分布主要受螺牙数目、滚柱数目和螺旋角的影响，偏载率随着三者增加而增大；轴向刚度受滚柱数目、螺牙数目、螺旋角和螺母外径影响较大，其随滚柱数目和螺母外径的增大而增大，随螺牙数目和螺旋角的增大先增大后减小；接触疲劳寿命受滚柱数目、牙型半径、螺牙数目和接触角影响较大，其随着滚柱数目、牙型半径、螺牙数目的增大而增大，随着接触角的增大而减小。  
        关键词：反向式行星滚柱丝杠;载荷分布;轴向变形;刚度;接触疲劳寿命   
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        发布时间：2024-01-05
      • 陈东菊,韩继弘,高雪,范晋伟
        2019, 51(1): 229-235. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700974
        摘要：随着空气静压主轴在超精密加工过程中的广泛应用，对主轴的运动精度的要求不断提高，如何准确预测和提高主轴运动精度是十分必要的。基于空气静压轴承的非线性动态特性，研究空气静压主轴的振动特性和预测模型，探索非线性动态特性分析对主轴回转精度的影响。首先，对空气静压径向轴承的动态特性进行分析，建立气膜动态流动模型，采用扰动法求解模型得到轴承的非线性动刚度与动阻尼系数。将空气静压轴承内的气膜作为弹簧阻尼系统建立轴承–转子系统，并通过动力学分析建立了轴承–转子的动态振动模型。将轴承的非线性动态特性参数引入振动模型，结合MATLAB对模型进行求解，得出了空气静压主轴径向跳动误差曲线、偏转误差曲线和径向总振动误差曲线，并通过FFT数据处理对振动进行频域分析。通过对比分析得到非线性分析对空气静压主轴径向振动误差的影响。最后，搭建了空气静压主轴径向回转误差测量试验台，得到主轴实时回转误差信号，实现轴承–转子系统的振动动力学模型分析的实验验证。从空气静压径向轴承的动态分析可以看出，轴承的动刚度和动阻尼均呈非线性变化，随着偏心率的增加动刚度不断增加，而动阻尼不断减小。从轴承–转子系统的振动分析可以看出：1)非线性分析对主轴偏角振动误差有明显影响，而对径向跳动误差的影响不明显，说明非线性分析主要通过影响主轴的偏角误差从而影响径向总误差。2)定值分析时偏角误差的最大振幅基本稳定，而非线性分析时偏角误差的最大振幅存在一个增加过程并最终趋于稳定，并且非线性分析时最大振幅明显大于定值分析时的振幅。3)在供气开始一段时间内，非线性分析与定值分析下的径向总误差基本一致，但随着时间的增加，非线性分析下的最大振幅大于定值分析下的最大振幅，说明开始供气时非线性分析对径向跳动误差和偏角误差没有造成明显影响，当供气稳定时非线性的动刚度与动阻尼会对主轴转子振动幅度产生明显影响。4)从频域上看，非线性分析最大振幅处的共振频率为964 Hz，定值分析最大振幅处共振频率为986 Hz，非线性分析使最大振幅处的共振频率有所下降。5) 非线性分析和定值分析在频率高于1 500 Hz时，转子的振幅变化都很小，说明频率大于1 500 Hz之后，转子振动比较稳定，此时气膜的振动频率与固有频率不容易发生共振。空气静压主轴回转误差实验的结果表明，基于非线性分析所得的主轴径向回转误差的误差率比定值分析所得主轴径向回转误差的误差率降低了1.43%～6.54%。因此，将空气静压径向轴承内气膜作为弹簧阻尼系统施加于转子之上可以实现轴承–转子系统的耦合振动分析，轴承非线性动态特征参数的引入实现了轴承动态性能对主轴动态振动的影响，通过基于非线性动态特性的轴承–转子系统的振动分析可以更加准确地研究和预测空气静压主轴的径向振动误差。  
        关键词：空气静压径向轴承;轴承–转子系统;非线性分析;振动误差   
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      • 蒲伟,汪巨基,肖科,王家序,龙见炳,申曙光
        2019, 51(1): 236-240. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700896
        摘要：在工程实际中，准双曲面齿轮不可避免地因润滑剂供给不足导致乏油问题，鉴于此，综合考虑了啮合区接触几何、粗糙形貌、入口区供油量、啮合界面速度矢量任意性等因素，建立了乏油状态下准双曲面齿轮传动界面任意速度矢量润滑分析模型，开展了乏油分析模型结果与文献实验数据的对比研究，数值分析了不同入口区供油量条件下准双曲面齿轮传动界面啮入点、啮合中点和啮出点的油膜演变规律，探讨了转速对不同供油量条件下传动界面润滑性能的影响。结果表明：乏油分析模型结果与文献实验数据取得了良好的一致性；随着入口区供油量的减小，3个啮合点油膜厚度的差异逐渐减小，当供油量减小到某一值时，3个啮合位置的油膜厚度基本一致；在不同的供油量下，转速对润滑状态的影响较为显著，油膜厚度随着转速的增加而升高，但是，转速升高到某一值时，乏油条件下的油膜厚度值将趋于稳定，而充分供油条件下的油膜厚度值将会继续增大。  
        关键词：准双曲面齿轮;乏油;油膜   
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      • 费宇,谢超,李华,黄缤鸿,姚进
        2019, 51(1): 241-247. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800314
        摘要：推杆针轮活齿传动具有结构形式简单、加工方便且加工精度易于保证的优点，而推杆活齿齿形方程是齿形分析的基础和保证传动准确性和稳定性的关键因素。不同于传统使用包络方式推导方程和使用直线近似方程曲线，作者提出了一种新的方程推导和简化方法。应用活齿传动过程中的接触条件，推导了活齿的齿形方程。为简化在活齿齿形和啮合特性等研究过程中的数学计算，应用泰勒展式简化了活齿的齿形方程，并利用该方程推导了活齿传动不失真的参数判别式，以指导活齿传动结构的快速设计。在此基础上，利用简化方程推导了传动角的计算公式，分析了激波器偏心距、针轮回转半径等主要设计参数对最大传动角的影响，结果表明，最大传动角与激波器偏心距成正相关，与针轮回转半径成负相关。进一步, 对活齿齿形简化方程进行了误差分析，分析显示其横、纵坐标误差最大不超过±0.06 μm，因此简化方程可以替代准确方程进行活齿传动的研究。利用活齿简化方程曲线对活齿减速器进行建模，仿真得到其传动比平均误差约为0.007%，表明该机构可以实现定传动比传动。研究结果验证了活齿简化方程的实用性，以及采用活齿简化曲线构建活齿减速器的可行性，并为该机构的设计和应用提供了理论依据。  
        关键词：推杆针轮活齿传动;齿形简化建模;传动角分析;误差分析   
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      • 刘蕴,刘全兴,殷鸣,殷国富
        2019, 51(1): 248-255. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700926
        摘要：干气密封是轴类密封中重要的密封方式之一，尤其适用于对于密封可靠性要求较高的装置中。由于密封气膜与密封环的位置设计关系，浮动环的振动关系着密封气膜刚度值的变化，因此浮动环系统的动态特性影响着干气密封的可靠性。作者提出了一种基于粒子群优化（particle swarm optimization）与投影追踪分析（projection pursuit）相结合的动态特性优化方法；依据工况条件，建立浮动环系统预应力模态分析模型，对实验测试结果进行频谱分析验证模态分析的准确性；实验结果与分析结果证明，为提高干气密封可靠性，需对浮动环系统进行动态特性优化，选取浮动环系统中的轴向设计参数为优化参数，将响应面方法（response surface methodology）与Box–Behnken试验设计相结合分别获得优化目标和约束条件关于优化参数的完整2次多项式响应面模型，实现隐性关系显性化，采用粒子群优化算法以浮动环系统固有频率为优化目标函数，系统静变形为约束进行快速优化，在系统静变形量小于要求值的条件下，使得系统固有频率值增大到142 Hz，与原始固有频率值相比提高了20%，并获得了优化参数与固有频率的正反比关系，最后，通过投影追踪分析得到优化参数对系统固有频率的影响程度；基于粒子群优化算法与投影追踪分析相结合的优化方法将浮动环系统固有频率提高到高于所给工况最高转速8 000 r/min（133 Hz）并理论性获得结构参数对于系统动态特性的影响程度。  
        关键词：密封可靠性;粒子群优化;投影追踪分析;动态特性优化;参数设计   
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        发布时间：2024-01-05

        化学工程与材料工程

      • 肖泽仪,刘一才,李健峰,樊森清
        2019, 51(1): 256-262. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800254
        摘要：为了高效生产淡水，同时开发新型膜材料的应用前景，采用PTFE双向拉伸微孔膜搭建真空蒸馏系统，并对NaCl溶液的脱盐性能进行了研究。设计正交实验，过程中保持膜下游恒定的绝对压力9 kPa, 考察了盐浓度0～80 g/L的溶液在进料温度20～60 ℃、进料流量40～160 L/h条件下，该种膜的真空膜蒸馏脱盐性能。实验结果表明，温度变化对膜通量影响最为显著且脱盐率略有变化，随浓度升高膜通量逐渐下降但脱盐率上升，流量增加能一定程度上提高膜通量但对脱盐率没有影响，其中40 g/L的盐溶液在进料流量120 L/h条件下，当进料温度为60 ℃时，膜通量达到18.4 kg/(m2·h)。在各种不同操作条件下产水电导率均小于5 μs/cm，计算脱盐率均超过99.9%，脱盐效果稳定。对真空膜蒸馏脱盐传质过程进行了分析，通过实验结果拟合了该膜的传质系数，发现其随温度线性增加，得出温度是影响膜传质系数的决定性因素，也说明了温度对膜通量的决定性影响。进行极差分析，得到温度是该过程的主要影响因素。进行重复试验证明该膜在实验过程中保持运行稳定，对于浓度低于80 g/L的盐溶液能有效避免膜污染问题。  
        关键词：PTFE双向拉伸微孔膜;膜蒸馏;脱盐;膜传质系数   
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