最新刊期
2021年第53卷第3期
- “在川藏铁路沿线滑坡灾害研究领域，专家通过1∶10的振动台试验，系统研究了含软弱夹层堆积体高陡边坡的失稳破坏现象和动力响应规律，为滑坡灾害防治提供了重要参考。”摘要：针对川藏铁路沿线典型潜在滑坡灾害点，设计完成了几何相似比为1∶10的含软弱夹层堆积体高陡边坡振动台试验，从堆积体边坡失稳破坏现象与动力响应规律等方面开展了系统研究，得出以下结论：边坡滑塌是一个均衡渐进的过程，地震初期，在重力和地震力耦合作用下，滑体表面出现土体剥落；随着地震动持续，滑体顶部开裂，滑体表面裂缝增多并向前缘锁固段发展；最终，锁固段发生渐进性破坏，滑动面贯通，滑体从前缘剪出口滑出形成滑坡；以坡脚处的加速度峰值为基准，在不同烈度汶川卧龙地震波作用下，堆积体高陡边坡临空面方向、竖直方向上PGA沿着高程均有不同程度的放大，且边坡临空面方向上加速度放大性大于竖直方向上的。不论是边坡临空面方向还是竖直方向，随着输入地震动峰值的增大，加速度放大系数沿高程逐渐增大，在PGA为0.4g时达到峰值；滑床与滑体间运动的不一致性是诱发滑坡的一项主控影响因素，在堆积体滑塌前，堆积体内临空面的加速度峰值及其傅里叶幅值大于滑床，且两者的卓越频带基本一致；当堆积体开始滑塌时，堆积体内临空面的加速度峰值及其傅里叶幅值小于滑床，且卓越频带逐渐向低频转移，而滑床内的加速度傅里叶谱的主频和幅值基本不变。关键词：振动台;堆积体边坡;地震动响应;软弱夹层1708|985|5更新时间：2024-01-10
- “在地震学领域，专家通过新榆林断陷塘探槽组开挖，揭示了鲜水河断裂带古地震破裂特征与复发行为，为川藏铁路施工及运营中的大震监测预警提供重要参考。”摘要：（古）地震破裂行为是地震危险性评估与重大工程建设抗减震设计的基础资料。鲜水河断裂带是青藏高原东南缘一条强烈活动的左旋走滑断裂，平均30余年就有一次7级以上的地震发生。拟建川藏铁路必经的康定城区一带是鲜水河断裂带古地震研究相对较弱的段落。为获得更为翔实的破裂特征与复发行为，选取康定新城南侧的新榆林一处断陷塘进行探槽组开挖，探槽共计2个，垂直于断陷塘布设，相距约6 m，长度均为18 m，深约3 m。探槽组揭露出宽约5 m的破裂带与构造楔等古地震破裂遗迹。根据断陷塘沉积序列及断层与沉积层的关系，探槽共识别出6次破裂事件，结合探槽20个14C样品AMS测年结果与历史地震记录，事件年代限定为8714BC之前、8304—6316BC、6135—734BC、118BC—27AD、810—1230AD，以及1786年磨西7¾级地震事件。事件序列显示：新榆林一带，早期大震复发间隔较长，约3 000 a左右；自约公元元年以来，活动加剧，复发间隔缩短至700～1 000 a左右，与鲜水河断裂带北段的大震复发行为基本一致。对比和综合前人研究成果，鲜水河断裂带康定城区以南新榆林至二台子一带，大多事件都是同时破裂，但可能存在个别事件，只破裂了二台子一带。1893年以来，鲜水河断裂带再次进入显著的活跃期，鲜水河断裂带北段均发生过破坏性地震；康定以南段自1786年磨西地震后一直趋于平静，未来存在发生地表破裂型强震的可能，在川藏铁路施工及运营过程中，应重点加强大震监测预警。关键词：鲜水河断裂;古地震;磨西段;康定;地震危险性1719|918|2更新时间：2024-01-10
川藏铁路工程与环境
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沟谷灾害链演化模式与风险防控对策 AI导读
“在川藏铁路建设领域，专家提出了沟谷灾害链风险评估及防控对策，为灾害链全过程数值模拟评估方法提供新思路。”摘要：沟谷灾害链是近期才引起学界关注的灾害类型，也是川藏铁路交通廊道建设和运营中面临的巨大挑战。作者提出了沟谷灾害链的定义及组成要素，通过分析大量已发生沟谷灾害链事件，总结了沟谷灾害链的特性与类型，归纳出常见沟谷灾害链的演化模式，探讨了影响沟谷灾害链的关键物理过程，提出了沟谷灾害链的风险评估及防控对策思路，取得了以下结论：1）沟谷灾害链由潜在孕灾体、原生灾害、次生灾害（系列）和承灾体构成，具有时间相接、空间相连、因果关联、链式演进的典型特性；根据原生灾害类型可将沟谷灾害链分为滑坡灾害链、泥石流灾害链和冰湖灾害链3个大类和11个小类，这些演化模式可以通过3个关键过程（崩塌/滑坡–碎屑流/泥石流、滑坡/泥石流堵江–堰塞湖、堰塞湖/冰湖溃决）组合得到。2）沟谷灾害链的形成包含两种模式：一是，原生灾害体的物理力学性质在运动中发生改变而形成次生灾害；二是，原生灾害改变次生灾害体的形成条件进而诱发次生灾害。3) 沟谷灾害链的风险评估要同时关注原生灾害的起动机制和次生灾害的链生机制，要强化潜在灾害链物源的准确识别，加强对灾种转化过程的科学认识，量化灾种转化机制和临界条件，构建灾害链全过程数值模拟评估方法，开展未来情景下沟谷灾害链的演进过程和风险评估。4）沟谷灾害链的防控研究在目前仍处于起步阶段，应在提高对沟谷灾害链科学认识的基础上，建立完善的沟谷灾害链早期识别、监测预警、模拟评估、应急处置、工程治理、应急避险和风险管理综合治理体系。关键词：沟谷灾害链;演化模式;灾害链风险;堰塞湖;溃决洪水;川藏交通廊道2627|1189|25更新时间：2024-01-10 -
八宿巨型滑坡的发现及其意义 AI导读
“新发现的八宿巨型滑坡及其残留堆积体特征，初步分析了成因机制与演变过程，估算了滑坡方量。八宿滑坡是国内已经确认的方量最大的滑坡，为青藏高原地质环境认知和川藏铁路等工程建设提供了重要指导。”摘要：巨型滑坡全球不常见，但是破坏性极强，其识别对于加深区域构造背景的认识、防灾减灾和工程建设均有指导意义。基于遥感解译、无人机地形测绘和现场调查，报道了新发现的八宿巨型滑坡及其残留堆积体特征，初步分析了成因机制与演变过程，估算了滑坡方量。主要结论如下：1）八宿滑坡发育于怒江缝合带的夏里—八宿裂谷带内，岩性以古生界嘉玉桥岩群大理岩组和侏罗系马里组变质砂泥岩为主，上部岩层产状为陡倾顺坡向，下部岩层产状为陡倾逆坡向，岸坡结构总体上为上硬下软。2）滑坡区横跨冷曲的左右两岸，长约7 200 m，宽约4 800 m，面积约22.5 km2，估算方量约35×108 m3，目前残余方量约14×108 m3，是国内已经确认的方量最大的滑坡。3）滑坡极可能属于历史地震诱发的高速堵江滑坡，堰塞坝高度约185 m，堆积体碎裂化严重，且在冷曲右岸爬升超过600 m。滑坡形成后，堆积区历经了堰塞坝溃决、多拉寺次级滑坡、泥石流堆积与冲刷、表面流水冲刷等改造过程，但滑坡地貌特征整体保存良好。由于滑坡和泥石流堵江，冷曲在滑坡区先后两次改道。4）从滑坡与冷曲的演变过程来看，推测滑坡的发生时间应在晚更新世，即八宿滑坡为古滑坡。5）八宿巨型滑坡的发现说明迄今为止对青藏高原地质环境的认知仍然十分有限；川藏铁路等工程建设应加强基础地质与工程地质研究，以及地质灾害风险论证，确保施工与运行期安全。关键词：八宿巨型滑坡;堆积特征;成因与演变;方量估算;防灾意义1905|1248|5更新时间：2024-01-10
川藏铁路工程与环境 特约稿
- “在建筑结构领域，专家利用ANSYS软件研究钢管混凝土桁架焊接管节点的应力分布，发现摩擦系数对热点应力集中系数影响有限。”摘要：为研究不同钢–砼界面接触特征下钢管混凝土桁架焊接管节点局部应力分布及热点应力集中系数，以钢管混凝土桁架Y型焊接管节点（主管与支管夹角θ=60°）为研究对象，利用ANSYS有限元软件，选择其Solid45、Mass21、Targe170和Conta173单元建立管节点有限元模型，引入非线性面–面接触关系模拟局部变形导致的钢管与内填混凝土之间发生的相互挤压或脱离，计算得到钢管与内填混凝土接触间隙、侵入深度、法向接触应力和切向摩擦应力等局部接触变形及应力状态。分析了3种摩擦系数下(0、0.35、0.60)，主管及支管的热点应力集中系数（HSCF）分布。研究结果表明：主管焊趾处热点应力HSCF在冠跟处出现最小值，在鞍点和冠趾之间的中点出现最大值；与主管相比，支管HSCF总体较小，冠跟处出现最小值，鞍点和冠趾之间出现最大值。支管轴向拉力作用下，Y型管节点焊缝附近钢、砼相互脱开，冠点附近比鞍点附近脱空区域大，鞍点脱空区域外围是钢管和混凝土接触挤压最剧烈区域，接触法向压力最大，混凝土对钢管支撑作用最明显。摩擦系数对管节点热点应力集中系数分布趋势影响很小，对HSCF最大值有一定影响。关键词：钢管混凝土桁架;管节点;局部应力;热点应力集中系数;有限元分析1708|818|0更新时间：2024-01-10
- “在泥石流减灾领域取得新突破，专家提出“阶梯+消力墩”排导槽，通过水槽试验验证其调控效果，为解决大坡降沟道泥石流灾害治理难题提供新方案。”摘要：排导槽在泥石流减灾防灾中扮演着重要角色，但以往的排导槽难以解决近些年出现的大坡降沟道泥石流灾害治理难题。为此，提出了一种“阶梯+消力墩”排导槽以期解决这一难题。通过水槽试验，从泥石流流态、密度、颗粒粒径、泥深、速度和冲击力等方面评估3种消力墩体型（正方形、梯形和三角形）排导槽调控泥石流的效果。结果表明：泥石流在排导槽内呈现波状流态，消力墩把泥石流挑向空中，对泥深产生了放大效应，且正方形消力墩放大效果最明显，梯形消力墩放大效应最弱，可以显著降低泥石流流速；泥石流经过“阶梯+消力墩”结构的调控后，在出口处的密度有所降低，固相颗粒粒径减小，且梯形消力墩表现出最强的拦粗排细能力；梯形消力墩上承受的冲击压强大于三角形消力墩上的冲击压强，第1个消力墩上冲击压强最大的体型为正方形消力墩体型，第2、3个消力墩上冲击压强最大的体型为梯形消力墩体型。关键词：排导槽;泥石流;水槽试验;调控效果1634|849|1更新时间：2024-01-10
- “在地震工程领域，专家基于耐震时程分析法，研究了配筋措施对高拱坝抗震性能的影响，为高拱坝抗震设计提供了科学依据。”摘要：为了评价不同强度地震作用下，配筋措施对混凝土拱坝抗震性能增强的效果，基于耐震时程分析（ETA）法，研究了不同地震强度下，高拱坝是否采用配筋抗震措施对坝体损伤变形指标的影响。首先，介绍了ETA方法、坝体材料本构、横缝模型及地震动输入方法；然后，分别建立高拱坝采用配筋抗震措施和未采用配筋抗震措施拱坝的数值模型，并基于ETA方法生成不同地震强度的耐震时程。分析在不同地震强度下，高拱坝是否采用配筋抗震措施的损伤分布、横缝开度及变形等响应，提出高拱坝损伤体积比、平均横缝开度及拱冠梁变形等坝体损伤变形指标。通过对比高拱坝配筋和未配筋的情况下得出的动力响应指标，研究配筋措施对高拱坝响应及损伤变形指标趋势、相关性及离散性的影响。计算结果表明：在不同的地震动强度条件下，配筋措施对减小高拱坝的整体损伤是有效的，对横缝开度及位移影响有限，配筋措施可以减小地震随机性导致的损伤变形指标离散。同时，归一的损伤变形指标表明损伤变形指标有一定的相关性。关键词：耐震时程法;高拱坝;配筋抗震措施;损伤变形指标;相关性1724|778|4更新时间：2024-01-10
- “在黄河泥沙改良领域，研究团队利用微生物诱导碳酸盐沉积技术，成功提升了黄河泥沙颗粒级配，为黄河泥沙应用提供了新思路。”摘要：黄河中下游河床内大量沉积黄河泥沙，黄河泥沙存在细度模数小、颗粒级配不良、含泥量高等缺陷，限制了黄河泥沙应用。为改善黄河泥沙的质量和降低应用黄河泥沙带来的工程缺陷，基于泥沙特性和微生物诱导碳酸盐沉积（microbially induced carbonate precipitation，MICP）技术对黄河泥沙进行定量固化处理，通过筛分试验、扫描电镜（scanning electron microscope，SEM）、极差分析等方式，研究MICP技术改良黄河泥沙颗粒级配的效果。结果表明：经MICP技术处理后的沙样级配，在1至5 mm粒径区间的颗粒比重较第一次固化后的试样提高了45%，比初始沙样在同区间的颗粒比重提高70%，单位体积内的颗粒接触数变多，呈多颗粒簇拥形态；通过浸泡试验，试样中的粗颗粒及团聚体的分散程度仅为5%～10%；最优改良方案为1∶1的菌胶比、1.5 mol/L的胶结液浓度、2∶1的尿素和钙源比、钙源为CaCl2，其中胶结液浓度是改良颗粒级配的主要因素；矿化生成的CaCO3结晶多呈方解石晶相，大量CaCO3晶体叠合形成层理结构，沙粒间形成CaCO3桥架并通过胶结作用吸附细小颗粒，进而增大泥沙的直径，达到改良黄河泥沙的目的。因此，MICP技术可以有效改良黄河泥沙粒度组分及结构，研究结果为改良黄河泥沙提供了新思路。关键词：黄河泥沙;MICP;颗粒级配;细度模数1730|772|0更新时间：2024-01-10
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水资源承载力的集对势–偏联系数评价模型 AI导读
“在水资源领域，专家构建了融合信息演化的水资源承载力评价模型，为区域水资源系统可持续发展提供解决方案。”摘要：水资源承载力评价是区域水资源系统可持续发展战略的重要组成部分，然而，现行评价方法大多依赖于静态数据构建研究对象与等级标准之间的关联函数，而对信息的动态性考虑不足。针对这个问题，利用集对分析态势评价法和偏联系数方法探索不同等级之间的动态平衡机制，构建了一种融合信息演化的水资源承载力评价模型。首先，参照相关研究成果，获取水资源承载力评价指标体系及等级标准，计算各研究对象的三元评价联系数；其次，针对传统集对势与评价等级值不能在数值上对应的不足，研究提出了集对势特征值的概念，对系统所处的态势及等级进行统一量化表征；然后，分析三元联系数中相邻联系分量之间的演化规律，基于1阶偏联系数方法，利用各分量与相邻分量向该分量的1阶演化值之和刻画联系数对各等级的支持度，进而判定研究对象所处的等级，实现对研究对象的初步评价，挖掘同反分量之间的深度迁移，利用2阶偏联系数对模型进行拓展研究；最后，综合以上结果，对水资源承载力进行评价分析。将模型应用于合肥市2009—2018年水资源承载力评价，结果表明：合肥市水资源承载力一直处于临界状态，但总体上呈稳中有升的态势，与以往研究结果一致，验证了本模型的合理性与有效性。与置信度阈值判别法的对比研究结果表明，本文所构建的模型可以克服一定的主观性，且具有较好的可拓展性。关键词：集对分析;联系数;集对势特征值;偏联系数;水资源承载力1539|838|9更新时间：2024-01-10 -
抽降水引发的弱透水层非线性固结解析解 AI导读
“在地下水工程领域，专家通过分析非线性固结模型，成功获得弱透水层非线性固结的近似解析解，为实际工程沉降分析提供可靠方案。”摘要：抽降水会引发含水层下卧的弱透水层的固结沉降，同时，土体非线性压缩、渗透特性对固结变形的影响也较为明显。故抽降水引发的弱透水层的固结模型中有必要考虑土体的非线性固结特性，但考虑非线性固结特性后弱透水层固结模型的解析求解存在着困难。本文在分析现有非线性固结模型的基础上，获得了弱透水层非线性固结的近似解析解。具体过程为：引入描述土体的非线性压缩、渗透特性的经典非线性关系，在弱透水层初始有效应力为恒值的假定下，采用分离变量法推导了压缩指数Cc与渗透指数Ck比值不等于1时，潜水层大面积抽水引发的弱透水层1维非线性固结近似解析解。当Cc/Ck→1时，本文解可退化为相同条件下已有的Cc/Ck=1时1维非线性固结解，初步地验证了其解答的正确性。将本文解答应用于实际工程的沉降分析中，通过理论计算结果与实测结果的对比分析，进一步表明该弱透水层非线性固结解答应用于实际工程的可靠性。最后，以水位单级等速下降为例，利用本文解计算不同影响因素下弱透水层的固结曲线，分析其非线性固结性状。结果表明：Ck值不变时，Cc值越大（Cc/Ck越大），固结速率越缓慢，但相同时间因子下土层沉降量及最终沉降量均越大；Cc值不变时，Ck值越小（Cc/Ck越大），固结速率越慢，相同时间因子下土层沉降量越小，但其并不影响最终沉降量。水位下降速率越快，弱透水层固结速率越快，但最终沉降量相同。水位下降终值hc越大，沉降速率越快，此时Cc/Ck对固结速率的影响越明显。砂土层自然重度γ越大，相同时间因子下，土层沉降量越大，同时超静孔压消散速率越缓慢，但其并不影响土层内的最终超静孔压。关键词：水位下降;非线性固结;固结系数变化;解析解1467|775|2更新时间：2024-01-10 -
考虑温度和冻融循环的基桩水平承载特性研究 AI导读
“在冻土工程领域，专家建立了考虑温度变化和冻融循环作用的基桩p-y曲线模型，推导了水平荷载作用下基桩桩身内力与位移计算的有限差分解答，并通过试验验证了模型的可行性。研究发现，冻结温度和冻融循环次数对基桩受力与变形性状有显著影响，为冻土基桩设计提供了重要参考。”摘要：温度和冻融循环作用对冻土基桩水平承载机理的影响尚未明确，其受力与变形计算方法有待深入研究。基于已有试验研究，建立了考虑温度变化和冻融循环作用的基桩p−y曲线模型，推导了水平荷载作用下基桩桩身内力与位移计算的有限差分解答，并将其与试验结果进行对比，验证了理论模型及求解方法的可行性。通过影响因素分析发现：考虑温度变化和冻融循环作用的p−y曲线，更能反映基桩的实际受力与变形性状。冻结温度T越低，桩身水平位移及弯矩越小，当T >–5 ℃时，桩身内力与位移受冻结温度的影响较大；当冻结温度 T ≤–5 ℃时，基桩桩身内力与位移受冻结温度的影响越来越小。当冻融循环次数小于7时，基桩水平位移和桩身弯矩均随冻融循环次数增加呈非线性关系增大；当桩周土体经历7次冻融循环后，桩顶水平位移和桩身最大弯矩分别增加51.7%和16.1%；当冻融循环次数大于7时，桩身水平位移与弯矩受冻融循环次数的影响已不明显。关键词：桩基础;冻土;冻融循环;水平荷载;p–y曲线1610|962|2更新时间：2024-01-10 -
钢管混凝土组合柱受剪承载力分析模型 AI导读
“在钢管混凝土组合柱构件受剪承载力研究领域，专家通过试验与修正桁架–斜压场理论分析，验证了该理论的适用性，并与国际规范进行对比，为准确预估构件承载力提供了解决方案。”摘要：为分析钢管混凝土组合柱构件受剪承载力，通过组合柱受剪试验研究，探讨采用桁架–斜压场理论计算受剪承载力的适用性，并与中国规范T/CECS 188、美国规范AISC、欧洲规范EC4进行对比分析。其中，修正桁架–斜压场模型是基于管内外混凝土不同约束条件，以钢管为界划分构件截面区域，且考虑了轴压力作用下，钢管约束对管内混凝土强度的影响。 研究表明：修正桁架–斜压场理论分析方法的计算结果与36组试验数据吻合度高，不仅能够较好反映组合柱构件的受剪机理，且模型计算敏感性受剪跨比、体积配箍率、混凝土强度、轴压比、套箍指标和钢管径厚比等变化参数的影响不大，绝大部分试件的计算值与试验值比值介于0.85～1.15。采用中国规范T/CECS 188的计算值普遍低于试验值，未能准确预估构件的实际承载力；采用美国规范AISC、欧洲规范EC4的计算值的离散性较大。关键词：钢管混凝土;组合柱;受剪承载力;修正桁架–斜压场模型1561|1030|0更新时间：2024-01-10 - “在建筑抗震领域，研究人员通过低周反复加载试验，验证了新型钢板–纤维增强混凝土组合双连梁的优越抗震性能，为提高建筑结构的安全性和经济性提供了理论依据。”摘要：为改善小跨高比钢筋混凝土连梁的抗震性能，考虑基体材料与钢板的影响，提出新型钢板–纤维增强混凝土组合双连梁，并对普通混凝土双连梁、内置钢板–混凝土组合双连梁和钢板–纤维增强混凝土组合双连梁试件进行了低周反复加载试验，对双连梁的破坏过程、破坏形态、承载能力、变形能力和耗能能力等进行研究。结果表明：除了普通混凝土双连梁试件发生剪切破坏之外，内置钢板–混凝土组合双连梁试件发生弯剪破坏，钢板–纤维增强混凝土组合双连梁试件发生延性较好的弯曲破坏。加入钢板后的钢板–混凝土双连梁试件在峰值点处的承载力相对普通混凝土双连梁提高将近1.56倍，与钢板–纤维增强混凝土组合双连梁试件峰值点处承载力相差不大，表明钢板的内置可以改善双连梁开缝引起的内力损伤，纤维的加入对组合双连梁承载力提高影响不大。在破坏点处，钢板–纤维增强混凝土组合双连梁试件的累积耗能分别是普通混凝土双连梁、内置钢板–混凝土组合双连梁试件的5.26和2.20倍，表现出较好的承载能力、变形能力和耗能能力。直到试件到达最终破坏时，钢板–纤维增强混凝土组合双连梁表面混凝土仍然保持完整，减小甚至避免了混凝土开裂破坏，减少了震后修复费用，为组合双连梁的实际应用提供一定的理论基础。关键词：钢板–混凝土组合双连梁;纤维增强混凝土;抗震性能;耗能能力;承载能力1528|727|1更新时间：2024-01-10
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水光互补日内优化运行策略 AI导读
“在水光互补系统领域，专家建立了光伏出力特性指标体系，提出了日内协调优化运行策略，为提升梯级水库群库容利用率提供解决方案。”摘要：针对光伏发电功率不可控、随机性强等特征引起的水光互补系统中复杂梯级水电运行策略难以制定的问题，探讨了光伏出力的波动特性对水电运行方式的影响，并提出了一种以波动电量比为目标的水光互补日内协调优化运行策略。首先，建立了描述光伏出力局部特性和全局特性的指标体系，并基于该指标体系采用聚类方法对光伏出力场景进行缩减；其次，提出了计及发电量和出力波动双重目标的波动电量比指标，并以该指标为目标函数构建了优化模型；第三，结合光伏出力的固有变化特性，提出一种基于Sigmoid函数的PSO算法进行模型求解；最后，以四川省某流域串并联混合开发的梯级小水电站群及其周边光伏发电组成的互补系统为例进行了案例研究。优化结果显示：晴天、多云和阴雨3种天气场景下，水光互补后出力波动均在1 MW以内，波动电量比均在0.05%以内；与水电单独优化相比，光伏发电的接入提升了梯级水库群的库容利用率；表明所建模型科学合理，所提算法性能优良。在调节光伏后，梯级水电的日内优化运行策略是：在光伏出力尚小时先泄水发电，随着光伏出力的逐渐增大，水库群逐步蓄水，并在进入光伏不可发电时段前后开始泄水，以补足光伏的间歇性，直至到达日末水位。关键词：水电;光伏发电;互补;策略;聚类分析;粒子群算法1602|911|13更新时间：2024-01-10
水利与土木工程
- “在航天领域，研究人员开发了一种新型舱段对接系统，通过激光跟踪仪和并联机构实现自动对接，并通过模拟试验验证了其有效性，为空间站建设提供了技术支撑。”摘要：针对目前串联对接技术的不足，为实现舱段自动对接，研制了一套以激光跟踪仪为测量设备，并联机构为对接机构的舱段对接系统，提出了一种位姿测量及换算方法，旨在为并联机构实现舱段对接提供可靠的调姿运动参数。首先，以特征测量为基础，匹配移动舱段与激光跟踪仪之间的坐标系关系，将移动舱段坐标系作为中间坐标系，分别构造移动舱段与动平台及移动舱段与固定舱段的相对位姿关系方程；因相对位姿关系方程包含测量误差而难以取得解析解，根据相对位姿关系方程分别构造了自定义标量函数，使相对位姿求解问题转化为各标量函数的无约束优化问题，在合理选择初值的条件下，利用单纯型法求解出各标量函数取极小值时的相对位姿参数，并采用位姿传递转换法计算在实现舱段对接时并联机构动平台所需运动的目标位姿；最后，搭建了舱段对接模拟试验平台，并利用上述位姿计算结果成功实现了舱段对接。为了在一定程度上评价对接效果，对接完成时，在两舱段端面上分别选择并测量了3组特征点，特征点集在x方向的坐标绝对偏差均值为2.673 mm，与各销轴倒角略微插入销孔的结果较吻合；特征点集在y、z方向的坐标绝对偏差均值分别为0.120、0.163 mm，与两舱段端面对正，各销孔与销轴基本对齐的结果较吻合；在一定程度上表明了所提出位姿测量方法的有效性及计算结果的正确性。关键词：并联机构;舱段对接;相对位姿;位姿测量1688|1060|0更新时间：2024-01-10
- “在精密测量领域，专家提出了一种激光跟踪仪检测三坐标测量机几何误差的新方法，有效提高了检测效率和精度，为精密测量技术发展提供了新方向。”摘要：几何误差是三坐标测量机的重要误差来源，三坐标测量机几何误差检测方法存在效率低、测量精度不高的问题，严重影响三坐标测量机使用性能的进一步提升。为此，提出了一种应用激光跟踪仪的三坐标测量机几何误差检测与直接分离方法。首先，基于多体系统理论和齐次坐标变换方法，建立三坐标测量机几何误差模型；其次，建立激光跟踪仪测量几何误差的数学模型，以三坐标测量机几何误差特性为约束条件，结合Levenberg–Marquardt方法，实现了几何误差的直接分离。最终，应用该方法在某三坐标测量上进行了几何误差检测试验，并使用激光干涉仪进行了单项定位误差和空间位置误差的检测对比。试验结果表明：该三坐标测量机X、Y和Z轴定位误差分别为–27.06、43.75和36.76 μm，X、Y轴垂直度误差为–82.89 μrad，是其主要误差来源；预测最大空间误差为74.64 μm，位于测量空间的极限区域。辨识结果与激光干涉仪检测结果相比，X、Y和Z轴定位误差最大相差7.43 μm，体对角线预测定位误差最大相差10.51 μm；与其他跟踪测量方法相比，X和Y轴空间位置误差与激光干涉仪检测结果相差最小为5.3 μm，验证了该方法的有效性。该方法可在2 h内实现三坐标测量机17项几何误差的检测，具有快速和高精度的优点，在三坐标测量机和数控机床精度检测领域有较大的应用前景。关键词：几何误差;激光跟踪仪;约束条件;空间位置误差1692|1360|3更新时间：2024-01-10
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淬火高强板矫直过程的残余应力计算模型 AI导读
“最新研究揭示了高强板材在矫直过程中残余应力的变化规律，采用数值计算和实验相结合的方法，验证了辊式矫直工艺能有效降低板材残余应力，为提高产品质量提供了重要参考。”摘要：高强板材在生产淬火过程中产生的较大残余应力，会造成板型缺陷和产品性能的下降。为此，对Q960E高强钢的矫直过程，采用残余应力数值计算、实验和热力耦合仿真的方法，研究板材在矫直全过程中残余应力的变化。通过淬火热处理，高强板表面形成276.3 MPa左右的压应力，内部形成与之反向的拉应力，在矫直过程中，表面塑性变形最大，最终板材表面应力减少到100 MPa以下，与实验误差在15%以内；随着表面层到中心层塑性变形的递减，心部残余应力一直保持为200 MPa左右。结果表明：辊式矫直工艺能够有效降低板材残余应力，对表面残余应力影响较大，对心部残余应力影响较小；同时，也验证了该计算模型计算残余应力方法的正确性，为降低板材残余应力的矫直工艺提供了有效的计算方法。关键词：辊式矫直;残余应力;数值计算1861|831|2更新时间：2024-01-10 -
矿用双电机双轴驱动铰接车辆转矩协调控制 AI导读
“在煤矿无轨辅助运输领域，专家提出了基于门限的转矩分配策略，通过限制门限分配转矩，提高车辆侧向操纵稳定性和能耗经济性，为解决FRID铰接车辆驱动转矩分配问题提供有效方案。”摘要：双电机双轴驱动（front and rear axle independent drive，FRID）可以解决煤矿无轨辅助运输重型车辆排布困难和动力不足等问题，但该结构方式的驱动、制动性能的提升受到转矩分配策略的约束，如何实现双电机转矩协调控制是研究该类问题的重点和难点。针对矿用FRID铰接车辆的驱动转矩分配问题，为提高系统的能耗经济性，提出了一种基于门限的转矩分配策略，以车辆侧向操纵稳定性为约束条件，对门限分配转矩进行了限制，提高了车辆转弯时轮胎的侧偏刚度和侧向动力学性能；为确保车辆在低附着路面上获得最佳驱动力，以轮胎滑转率为控制目标对前后轴电机驱动转矩进行独立控制。在MATLAB/SIMULINK环境下分别建立了矿用双电机双轴驱动铰接车辆转矩分配控制器模型及车辆动力学模型，对不同路面条件下的控制效果进行了仿真分析。基于dSPACE 平台，搭建了硬件在环仿真测试系统，对转矩分配控制器的实时控制性能进行了验证。结果表明：硬件在环测试结果与软件仿真结果具有良好的一致性，门限型转矩分配策略是一种简洁有效的经济型转矩分配策略，给定工况下的循环能耗比动力型分配可降低3%～5%；以侧向操纵稳定性为约束条件对门限分配转矩进行限制，内侧车轮的最大滑转率控制在0.2附近，提高了转弯时轮胎的侧偏刚度，从而降低车辆不足转向量，改善了车辆的转向能力。关键词：前后轴独立驱动;转矩分配;能耗经济性;操纵稳定性;滑转率1587|998|1更新时间：2024-01-10
机械工程
- “在卫星通信安全领域，专家提出了针对多窃听场景的波束成形方案，通过优化问题求解，有效增强了系统的安全性，为通信安全研究提供了新方向。”摘要：由于卫星通信的广域覆盖特性和信道的广播特性，使得通信过程存在被窃听的风险。为增强多窃听场景下多波束卫星通信系统的安全性，在已知统计信道状态信息条件下，本文分别针对总发射功率最小化和安全速率最大化问题，提出了相应的波束成形（beamforming，BF）方案。首先，以安全速率为约束建立总发射功率最小化问题，通过拉格朗日乘数法推导出最优BF权矢量的解析表达式；然后，以安全速率最大化为准则，分别建立了以总发射功率受限和单波束发射功率受限的优化问题。针对总功率约束下的优化问题，根据广义瑞利熵方法求出最优BF权矢量的解析表达式；针对单波束发射功率约束下的优化问题，通过引用辅助变量将非凸优化问题转换为凸优化问题，进而提出了一种基于黄金分割法的BF算法以计算出最优BF权矢量。最后，通过计算机仿真验证了所提方案的有效性与正确性，并进一步分析了系统参数对安全性能的影响。与传统的BF方案相比，所提BF方案能更好地抑制窃听过程，从而获得更高的安全性能。关键词：多波束卫星系统;物理层安全;波束成形;统计信道状态信息1694|903|1更新时间：2024-01-10
信息工程
- “在机械密封领域，专家建立了摩擦热-力耦合模型，为机械密封设计提供新思路。”摘要：针对碳石墨与碳化钨配对机械密封在干摩擦时端面的接触特性进行研究，在考虑动、静环材料属性，端面微凸体之间的相互作用，摩擦运动方向及摩擦热流的基础上，建立了3维粗糙实体与理想光滑刚体的转动摩擦热–力耦合模型，采用ABAQUS有限元分析软件对其瞬时干摩擦过程进行数值模拟。研究结果表明：粗糙端面的真实接触面积随外载荷的增大近似线性增加；随着外载荷与滑动速度的增加，粗糙端面最大接触压力保持在415～432 MPa范围内，表现出“自限性”；粗糙端面温度分布不均匀，外载荷与速度增加会导致端面整体温度增加。端面最高温度的位置受到局部接触压力和局部滑动速度及局部热传递的共同影响；API682标准中提出抑制机械密封的介质压力≤0.07 MPa是有必要的，可以防止干摩擦时密封环温升过高。研究可为探索机械密封摩擦端面热损伤、摩擦磨损研究及机械密封设计提供借鉴。关键词：机械密封;干摩擦;接触特性;真实接触面积;接触压力;分形;回转模型1598|900|5更新时间：2024-01-10
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声场对气固流化床气泡动力学特性的影响 AI导读
“最新研究发现，通过声波能量促进颗粒运动和气泡破碎，可改善气固流化床的流化状态和传热传质效果。实验结果表明，声波对气泡行为和床层流体力学特性的影响与流化气速密切相关。”摘要：气泡行为对气固流化床的流体力学特性和热质传递特性起着决定性作用，气泡的动力学特性是气固鼓泡流化床反应器模拟计算及设计放大的重要参数。将声场引入传统流化床，利用声波能量促进颗粒运动和气泡破碎，以改变气泡的动力学行为，从而达到改善床层流化状态，强化传热传质的目的。因此，研究声波对气泡动力学特性的影响是把握声场流化床的关键。在内径为120 mm的半圆柱形有机玻璃流化床中，以平均粒径55 μm的玻璃珠作为实验物料，利用自主开发的光纤探针测定了不同流化气速下的局部气含率、气泡尺寸、频率和上升速度等动力学行为；并在此基础上引入声场，考察了声波对气固流化床气泡动力学特性的影响。结果表明：声波对气泡行为和床层流体力学特性的影响与流化气速相关。声波频率一定时，声压级增大，低流化气速下的气泡分率、气泡频率、气泡平均上升速度和平均弦长减小；高流化气速下，气泡分率和气泡频率随声压级的增加而增大，气泡平均弦长和平均上升速度随着声压级的增大而减小。声压级一定时，低流化气速下，气泡分率、气泡频率、气泡平均上升速度和平均弦长随声波频率的增加，先减小后增大，在80 Hz左右时达到最小值；在较高流化气速下，随频率增加，气泡分率和气泡频率先增大后减小，在80 Hz左右时达到最大值，气泡平均上升速度和平均弦长则先减小后增大，在80 Hz左右时达到最小值。关键词：声场流态化;气固两相流;光纤探针;气泡1569|772|1更新时间：2024-01-10 - “最新研究揭示了干气密封环磨合过程中的摩擦振动信号混沌特性，为监测和识别密封环端面磨合状态提供了新方法。”摘要：磨合对防止干气密封环端面发生咬合、延长密封环使用寿命等具有一定影响，因而研究干气密封环在磨合过程中的变化特征，识别磨合状态有着重要意义。利用集合经验模态分解法（EEMD）提取端面间的摩擦振动信号，通过相空间重构，得到了摩擦振动信号的相轨迹和混沌参数。利用主分量分析法（PCA）和最大Lyapunov指数判别法，验证摩擦振动信号时间序列的混沌特性；并研究了吸引子结构演化轨迹及其特征参数关联维数的变化规律。结果表明：当转速为500 r/min、载荷为150 N和450 N时，磨合到稳定的过程中，各个摩擦振动信号时间序列的最大Lyapunov指数全部大于0，主成分分量谱图基本呈一条斜率为负的直线，摩擦振动信号具有混沌特征；当密封环间的磨损状态由跑合阶段到稳定阶段变化时，其对应的摩擦振动吸引子变化趋势为更加“收敛—稳定”；混沌特征参数关联维数D值皆随着磨合过程的进行由小变大，当摩擦进行到正常磨损阶段后，D值都保持在较小范围浮动，达到平稳。因此，混沌吸引子及关联维数D皆可反映密封环端面间的磨合过程，可用于干气密封环端面间磨合状态的监测和识别。关键词：干气密封;摩擦振动;混沌1428|798|3更新时间：2024-01-10
化学工程与材料工程
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