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最新刊期
2025年第57卷第5期
本期电子书
封面故事
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装配式乡村住宅
基于BO‒XGBoost算法的气凝胶混凝土力学和保温性能预测方法
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
“
在气凝胶混凝土性能预测领域,专家利用BO‒XGBoost模型建立了预测模型,为提高预测精度和泛化能力提供解决方案。
”
熊峰, 陈腾盛, 邓楚兵, 李云飞, 曾一
2025, 57(5): 1-13. DOI: 10.12454/j.jsuese.202401032
摘要:气凝胶混凝土是制备保温承重一体化墙板的优质材料,其抗压强度和导热系数是重要的研究参数。为了获取最优的抗压强度和导热系数,需要在实验室多次重复进行配合比设计及性能测定,需要大量的人力和时间。采用公式分析方法或统计方法可获得最佳性能,但因为气凝胶混凝土的抗压强度和导热系数与各影响因素存在高度的非线性关系,由此得到的经验公式精度低,对自身实验有很强的依赖性,无法推广和泛化。而利用机器学习方法可以有效地通过数据库建立输入与输出特征之间的映射关系。本文利用贝叶斯优化的极端梯度提升算法(BO‒XGBoost)建立了一个气凝胶混凝土性能预测模型,并基于335组数据,进行模型训练与测试。为了验证采用带可解释特征作为输入特征的方案的有效性,采用两个模型分别预测抗压强度和导热系数的优势,设置两个对比方案进行性能比较。此外,为了分析BO‒XGBoost模型在气凝胶混凝土性能预测上的优势,使用随机森林、人工神经网络等多个模型与之进行比较,并采用全新数据探究模型的泛化能力。结果表明,BO‒XGBoost模型效果很好,抗压强度和导热系数预测模型的测试集的决定系数R
2
均在0.97以上,预测能力优于其他模型,且具有较好的泛化能力。此外,采用SHAP模型进行可解释分析,结果表明,影响气凝胶混凝土性能的最主要因素是气凝胶掺量和水胶比。
关键词:气凝胶混凝土;性能预测;贝叶斯优化;XGBoost算法;SHAP可解释分析
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更新时间:2025-09-22
侧向冲击下新型分层装配式格构柱动态响应试验
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
“
在建筑结构领域,专家通过侧向冲击试验,研究了新型装配式格构柱的抗冲击性能和破坏机理,为提高结构安全提供数据支持。
”
褚云朋, 李勤, 古松, 张春涛, 张海川
2025, 57(5): 14-23. DOI: 10.12454/j.jsuese.202500097
摘要:为研究新型装配式格构柱在低速大质量体撞击下的抗冲击性能和破坏机理,考虑不同冲击质量、冲击高度、冲击点位等因素,对两组共计9个试件开展侧向冲击试验,得到试件的冲击力、应变和损伤变形的时程曲线。试验结果表明:1) 冲击能量达5 000 J时,格构柱腹杆的螺栓会因抗剪强度不足而发生剪断,冲击点位远离固支端时抗冲击能力更弱;2) 冲击点位远离固支端时格构柱冲击力平台值更离散,冲击质量和冲击速度分别对冲击持续时间和冲击力峰值影响明显;3) 相同冲击能量下,冲击点位离固支端近损伤变形小,但侧向位移峰值更大;4) 残余变形量与冲击能量间呈线性关系,通过线性回归得到格构柱的残余变形量与冲击量间的拟合方程,经验证,拟合误差小于6.00%。
关键词:装配式格构柱;侧向冲击;试验研究;损伤变形;动力响应
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更新时间:2025-09-22
轻型装配式重组竹墙板抗震性能试验和数值研究
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
“
在建筑领域,研究者开发了轻型装配式重组竹墙板,通过实验分析了其抗震性能,为绿色低碳建筑提供新方案。
”
刘烨, 王家康, 赵仕兴, 熊峰, 余弦, 杨姝姮, 周巧玲, 郑万林
2025, 57(5): 24-37. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400864
摘要:本文提出一种轻型装配式重组竹墙板,该墙板不仅能充分发挥出重组竹材料轻质高强的特性,还兼具绿色低碳低能耗的优点,连接方式便捷可靠使其适用于装配式建筑。共设计制作6组装配式重组竹墙板,对其抗震性能进行研究,分析重组竹墙板竖向接缝形式、竖缝螺栓连接数量、开洞与否和覆面板厚度等变量对重组竹墙板破坏形态、抗剪强度、极限位移、屈服荷载、屈服位移和耗能等结果的影响。试验结果表明:1)重组竹墙板竖缝采用两颗螺栓相比于竖缝采用4颗螺栓的单位抗剪强度提降低10%,增加螺栓数量可更有效地限制墙板之间的相对滑移,减少局部应力集中,从而提高整体结构的刚度和抗剪能力,增强连接的承载能力;2)重组竹墙板采用20 mm厚覆面板的单位能耗比采用10 mm厚覆面板的试件提升了18.80%,20 mm厚的覆面板具有更好的塑性变形能力,能够在不发生破坏的情况下,通过材料的塑性变形吸收更多能量,同时避免自攻螺钉过早失效,从而提高墙板的耗能能力。其次,试验结合数字图像相关性(DIC)技术,对轻型装配式重组竹墙板中的覆面板损伤演化进行研究,给出覆面板损伤的发展规律,发现增加覆面板厚度能够显著提高结构的耐损伤能力,限制损伤的扩展,从而增强整体结构的稳定性和安全性。最后,通过ABAQUS软件对墙板进行参数化分析,扩展研究边缘钉间距及横撑数量对墙板抗震性能的影响规律;有限元分析结果表明,边缘钉间距对模型承载力的影响较为显著,横撑数量对模型位移的影响也较为显著。
关键词:重组竹墙板;抗震性能;DIC;有限元分析
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更新时间:2025-09-22
全装配混凝土模块结构水平缝螺栓连接节点受拉性能试验
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
“
在建筑工业化领域,全装配混凝土模块结构连接节点研究取得新进展,专家提出了节点受冲切破坏承载力计算公式,为提高建筑性能提供解决方案。
”
冉明明, 寇广贇, 熊峰, 张懂懂, 李薇
2025, 57(5): 38-51. DOI: 10.12454/j.jsuese.202401046
摘要:混凝土模块建筑具有整体性能好、居住舒适度高、建造与维护成本低等优点,且作为装配率最高的一类建筑形式,是建筑工业化发展的重要趋势,逐渐受到广泛关注。本文以全装配混凝土模块结构(FAMC‒RC)的连接节点为研究对象,对由高强螺栓、钢垫片和螺纹套筒组成的新型水平螺栓连接节点进行试验研究,以获得节点的承载力和变形能力。对13组不同变量的试件进行拉伸试验,结果表明:1)在拉伸荷载作用下,水平缝连接节点可能出现螺杆滑丝、混凝土冲切破坏、混凝土先被压溃后发生冲切破坏、净截面受拉破坏等破坏模式,破坏过程主要经历了预应力损失、弹性加载、带裂缝工作、脆性破坏4个阶段;2)节点的力学性能与边距宽度B、暗梁高度H、螺孔直径D和螺孔形状等因素有关,在一定范围内增大B和H可以有效提高峰值承载力和初始刚度,超过范围后继续增加B和H对承载力和刚度提升效果不明显;3)较大的螺栓孔直径和较小的垫片尺寸会导致垫片与混凝土之间的接触面积减小,从而降低峰值承载力和初始刚度;4)圆柱形螺栓孔峰值承载力和初始刚度最大,其次是圆柱‒圆台形和圆台形螺栓孔。基于上述试验结果,工程建议:边距B不少于300 mm,暗梁高度H不低于250 mm,螺栓孔直径D不大于32 mm,当承载力要求不高于180 kN时,可采用圆柱‒圆台形螺孔,以降低安装难度。本文基于冲切破坏模式提出节点受冲切破坏承载力计算公式,公式安全储备高,计算方法基本合理。
关键词:混凝土模块结构;螺栓连接;水平连接节点;受拉性能;试验研究
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更新时间:2025-09-22
套筒灌浆缺陷对装配式剪力墙抗震性能的影响
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
“
在建筑领域,研究者通过拟静力试验,分析了套筒灌浆缺陷对装配式混凝土剪力墙抗震性能的影响,为提高建筑抗震性能提供参考。
”
郑巍, 张士前, 马明磊, 阴光华, 陈少军
2025, 57(5): 52-63. DOI: 10.12454/j.jsuese.202500050
摘要:为研究套筒灌浆缺陷对装配式混凝土剪力墙抗震性能的影响,以灌浆缺陷套筒数量、上侧钢筋灌浆缺陷长度为变化参数,设计7个钢筋套筒灌浆连接的装配式混凝土剪力墙(6个灌浆缺陷试件和1个灌浆饱满对比试件),完成拟静力试验,观察试件受力破坏过程和最终破坏形态,获取荷载‒位移滞回曲线,分析试件滞回性能、骨架曲线、承载力、变形、刚度退化、延性和耗能能力等抗震性能指标。结果表明:套筒灌浆缺陷装配式混凝土剪力墙与灌浆饱满试件的破坏形态相似,最终破坏形态表现为边缘构件最外侧竖向钢筋受拉屈服甚至因套筒倾斜而拉断,且墙角套筒外侧混凝土保护层压碎脱落;灌浆缺陷试件的荷载‒位移滞回曲线呈弓形或反“S”形;与灌浆饱满试件相比,套筒灌浆缺陷试件的承载力、变形和耗能能力减小,而灌浆缺陷对试件初始刚度影响不明显,但对后期刚度的影响逐渐变大;试件承载力、峰值位移和耗能能力随着灌浆缺陷套筒数量增加而减小,试件刚度随着灌浆缺陷套筒数量和套筒内灌浆缺陷长度增加而减小。
关键词:装配式剪力墙;套筒灌浆连接;灌浆缺陷;抗震性能;拟静力试验
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更新时间:2025-09-22
“装配式乡村住宅”专栏征稿启事
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
“
在人工智能领域,专家建立了深度学习体系,为智能技术发展提供新方向。
”
2025, 57(5): 64-65.
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更新时间:2025-09-22
碳中和与绿色能源
热流固耦合作用下干热岩地热井套管‒水泥环胶结面应力场分析
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
“
在干热岩开发领域,专家建立了热流固耦合模型,探索了套管-胶结面破裂机理,为保护井筒完整性提供指导。
”
赵新波, 秦翊玮, 吕健, 梁凯, 何晓红, 赵世军, 张立松
2025, 57(5): 66-78. DOI: 10.12454/j.jsuese.202301059
摘要:干热岩是一种新型清洁能源,对其开发利用,能够有效减少碳排放和缓解化石能源短缺问题。在所有井筒系统结构中,套管‒水泥环胶结面是较为薄弱的结构,在热流固耦合作用下,套管‒水泥环胶结面破裂机理尚不清楚。本文考虑套地层孔隙水压力、套管内注入水与地层之间温差所引起的热载荷、孔隙流体的热渗效应(T‒O),建立干热岩地热井套管‒胶结面‒水泥环‒地层组合体热流固耦合模型。通过拉普拉斯变换和逆变换,对模型进行求解,并与已公开发表的温度场数据和径向应力场数据进行比对验证。以青海共和盆地恰卜恰地区干热岩井为工程背景,得到了井筒系统内各界面随时间发展的温度曲线和径向应力曲线,发现套管‒水泥环胶结面处的温度在2.3 d左右降低到套管内壁温度,而径向应力开始有短暂的降低后增加,径向应力最小值为6.31 MPa。进一步分析胶结面的热流固耦合参数对干热岩地热井套管‒胶结面界面径向应力的影响规律,结果表明:当胶结面的弹性模量、泊松比、T‒O系数与水泥环的相应属性相近时,或者较低的地层温度和较小的胶结面孔隙率,均能减小套管‒胶结面界面处的径向应力,因而更有利于套管‒胶结面‒水泥环‒地层组合体的完整性。该结论对干热岩地热井保护井筒的完整性具有重要的指导意义。
关键词:干热岩地热井;热流固耦合;套管‒水泥环胶结面;应力场;理论解
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更新时间:2025-09-22
机器学习解析直接空气捕集用固体胺吸附剂的构效关系
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
“
在负碳技术领域,专家运用随机森林算法建立吸附剂特征与CO2吸附容量预测模型,为DAC技术产业化提供关键参数。
”
周志斌, 张智渊, 邱雨晴, 董越, 赵国江, 曾垌皓, 吴晓宇, 郭本帅, 戴一阳, 周利, 刘冲, 代忠德, 吉旭
2025, 57(5): 79-90. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400007
摘要:当前,直接空气捕集(DAC)技术蓬勃发展,已成为高效的负碳技术,也是实现二氧化碳净零排放的关键路径。高性能的吸附剂材料是保障DAC技术产业化部署的核心要素,其中固体胺吸附剂因性能优异备受关注。通过对全球固体胺吸附剂的CO
2
吸附实验数据进行系统性挖掘和整合,本文运用随机森林(RF)机器学习算法建立了吸附剂的24个特征描述符(涉及基底组分、孔隙性质、有机胺属性及实验条件等)与其CO
2
吸附容量之间的预测模型,获得了训练集决定系数R
2
=0.964、测试集R
2
=0.823的性能。单变量分析结果表明,固体胺吸附剂的CO
2
吸附容量受到多重因素影响,24个特征描述符与CO
2
吸附容量之间表现出明显的非线性关系。因此,本文进一步运用SHAP分析方法定量解析了机器学习模型的预测结果,揭示了决定固体胺吸附剂CO
2
吸附容量的关键参数。其中,有机胺负载量对吸附剂CO
2
吸附量的正向贡献度最高,可达0.46 mmol/g,其他重要的特征描述符还包括:测试所用CO
2
浓度、实验温度、吸附剂的BET表面积和孔隙率、基底的元素组成(如O、C、F)等。针对新型 DAC 固体胺吸附剂的开发,本文建议选择具有高孔隙率的杂化材料作为基底,并采用低聚合度的有机胺且实现其高负载量;同时,对吸附工艺也提出了一些建议,如采用更低的操作温度等。本研究聚焦新型DAC固体胺吸附剂的开发,有利于加快DAC负碳技术的开发与部署,助力“双碳”目标的顺利实现。
关键词:二氧化碳;直接空气捕集;固体胺吸附剂;机器学习;碳捕集
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更新时间:2025-09-22
CO
2
注入引起的流固耦合作用对井筒损伤研究
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
“
在CO2地质封存领域,专家建立了两相渗流流固耦合模型,分析了CO2注入对井筒完整性的影响,为降低井筒失效风险提供解决方案。
”
张瑶, 李霞颖, 李琦, 马纪元, 钟屹岩, 陈博文
2025, 57(5): 91-100. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400110
摘要:在CO
2
地质封存过程中,井筒周围受到多场耦合作用,易产生不同程度的损伤,进而成为潜在的CO
2
泄漏通道。为了研究CO
2
注入对井筒完整性的影响,建立了两相渗流流固耦合模型,分析了储层岩石初始孔隙度、渗透率、弹性模量,以及应力比和注入速率对CO
2
运移和井筒、储层岩石的损伤影响。结果表明:初始孔渗大小和注入速率对储层岩石和水泥环损伤影响显著;较低的初始孔渗和较大的注入速率更容易造成井筒损伤。采用库仑失效准则评估储层岩石和水泥环的损伤演变。分析发现:储层岩石在与水泥环界面处容易损伤,而水泥环在与套管界面处更易发生损伤而失效,损伤可能由最初的点损伤演变为面损伤;对于现场注入CO
2
,如果维持较高的注入速率,则需要改善低渗透性储层的孔渗条件,降低井筒失效风险。
关键词:流固耦合;两相渗流;井筒损伤;CO
2
注入;水泥环失效;非均质性
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更新时间:2025-09-22
考虑流量波动的绿氨反应器随机规划优化设计
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
“
在绿氨生产领域,专家提出了基于动力学和热力学原理的随机规划建模框架,设计了间接冷却反应器,提升了反应单程转化率,降低了能耗,为绿氨生产提供解决方案。
”
刘婷婷, 刘冬妹, 张欣, 熊敏, 吉旭, 周利
2025, 57(5): 101-113. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300890
摘要:利用风、光等可再生能源电解水制氢合成绿氨不仅可以减少弃风、弃光等能源浪费,也可以减少传统合成氨生产过程产生的碳排放。然而,由于风、光等可再生能源具有不稳定性,其电解产生的H
2
流量会有波动,从而引起绿氨反应器进料流量不稳定,可能造成合成氨反应热平衡和动力学平衡失稳,使得反应无法在最佳工况下进行。传统氨合成反应器难以适配绿氨生产过程对平稳运行的要求,针对此,本文提出了一种基于动力学和热力学原理的随机规划建模框架,对合成氨反应器进行设计研究,以提高合成氨反应器在变负荷工况下的适应能力。该框架耦合了电解水制氢、合成氨反应和氨冷分离等关键工序,从全流程角度系统分析了进料流量波动对绿氨生产过程的影响机制,比较了绝热式冷激反应器和间接冷却反应器,并对间接冷却反应器的拓扑结构进行了设计,确定了反应器各床层体积和换热面积。结果表明:所设计的间接冷却反应器具备在多工况下稳定运行的能力,同时能够提升反应单程转化率;NH
3
产量比优化前增加了18%,每年增加约8 000 t;在年度成本增加不大的条件下,每吨NH
3
的成本降低了4.5%,并且每吨NH
3
的能耗降低了76 MJ,对年产50 000 t的绿氨生产过程,全年可节约3.8×10
6
MJ能量。
关键词:随机规划;化学反应器;优化设计;绿氨;再生能源;过程系统
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更新时间:2025-09-22
新型电力系统
应对虚假数据注入攻击的新型电力系统移动目标防御研究现状与展望
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
“
在能源网络与信息网络深度耦合背景下,移动目标防御技术在电力系统安全防护中的应用潜力被深入探讨,为提升电力系统安全性提供新思路。
”
臧天磊, 龚亚辉, 李创芝, 王世俊, 刘云飞, 周步祥
2025, 57(5): 114-133. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400920
摘要:随着能源网络与信息网络的深度耦合,能源系统对自身的感知和控制能力显著提升。然而,这一耦合也使信息层面的攻击能够蔓延至物理层,增加了电力系统面临的安全威胁。虚假数据注入攻击(FDIA)是其中常见且具有破坏性的攻击形式,针对FDIA的防御策略已成为研究的焦点。面向电力系统的安全防护,移动目标防御(MTD)通过主动动态改变电力系统状态,使攻击者掌握的系统信息部分或完全失效,进而增强FDIA的检测能力。因此,本文探讨MTD作为主动防御策略在新型电力系统中的应用。首先,介绍电力信息物理系统主动防御技术的发展趋势、MTD的概念及起源、电力系统MTD的基本原理。随后,系统梳理现有电力系统领域的MTD研究,总结MTD实施的完备性分析、一般策略和特殊策略;分析其具体实施策略,包括线路电抗扰动、传感器增益扰动等。现有研究集中于传统输电网络,难以适应新型电力系统发展。针对这一现状,本文重点分析MTD在新型电力系统中的应用潜力;进而,基于新型电力系统发、输、配、用各环节的特点,详细探讨MTD的具体实施策略。最后,结合新型电力系统的复杂性及现有技术的局限性,总结新型电力系统MTD技术所面临的挑战。本研究强调MTD在提升电力系统安全性方面的重要作用及其在新型电力系统中的广阔应用前景,为未来智能电网和多能互联场景下的MTD技术发展提供了参考框架。
关键词:新型电力系统;虚假数据注入攻击;移动目标防御;信息物理系统;多能互联
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更新时间:2025-09-22
基于彩色V-I轨迹特征和边缘机器学习非侵入式负荷识别方法
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
“
在非侵入式负荷识别领域,研究人员提出了基于彩色V-I轨迹特征和轻量级孪生网络的新方法,有效提高了负荷识别准确率,并实现了模型的动态实时在线更新。
”
陆玲霞, 孟繁举, 于淼, 任沁源, 包哲静
2025, 57(5): 134-141. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400042
摘要:非侵入式负荷识别方法作为分析用户用电行为的主要途径,对开展能耗监测、实现用电安全评估具有重要意义。针对传统基于V-I轨迹特征的非侵入式负荷识别方法存在特征重叠和无法识别未知负荷的问题,提出一种基于彩色V-I轨迹特征和轻量级孪生网络的非侵入式负荷识别方法。首先,通过负荷电压电流数据构建具有方向信息的彩色V-I轨迹图像。然后,利用孪生网络计算待识别负荷的V-I轨迹图像和负荷特征库中V-I轨迹图像之间的相似度,以完成初步识别。随后,计算电流谐波特征之间的余弦距离,与阈值对比完成最终负荷识别。在以STM32MP1微处理器为核心的嵌入式Linux系统上,使用实验室电器负荷进行了实物验证。结果表明:彩色V-I轨迹能更详细地反映负荷特征,提高负荷识别准确率,并且由于改进的人工智能模型比较轻量化,对计算量需求大大减小,可以在嵌入式设备端对负荷特征库进行动态实时在线更新,轻松完成模型再训练。与依赖服务器的传统算法相比,无需返回PC或服务器重新训练模型并重新移植模型到嵌入式设备端。该方法仅依赖嵌入式终端便可准确识别未知负荷,避免在出现较多未知负荷后识别准确率下降,保证了负荷识别效果。系统运算一次负荷识别时间为0.2 s左右,可以满足实时性要求,具有重要的研究价值和实用性。
关键词:非侵入式负荷识别;边缘机器学习;孪生网络;嵌入式Linux系统
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更新时间:2025-09-22
计及新能源接入不确定性的配电网‒云储能系统双层优化运行
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
“
新能源接入和储能技术进步推动云储能模式成为用户侧储能管理新方式,专家提出配电网-云储能系统双层优化运行方法,有效降低运行成本,实现互利共赢。
”
南璐, 梁迅行, 何川, 王腾鑫, 张敏
2025, 57(5): 142-155. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400053
摘要:随着新能源接入配网比例的增高及储能技术的进步,云储能模式未来或将成为用户侧储能管理的一种新方式。配电网用户侧存在大量闲置率高、管理难度大的分散储能资源,若能对其进行合理利用,不仅能够促进新能源的消纳,降低配电网的运行成本,还能够提高闲置分散储能资源的利用率。为此,提出计及新能源接入不确定性的配电网‒云储能系统双层优化运行方法。首先,提出含云储能系统的配电网多主体交互结构,深入分析配电网用户侧分散储能资源的特性。其次,提出考虑风光不确定性的配电网‒云储能系统双层优化运行模型。上层模型以配电网运行成本最低为目标,求解得到各电源最优出力计划及云储能系统的总充放电功率;下层模型以云储能系统收益最大为目标函数,结合配电网运行约束,制定各云储能用户的充放电计划。考虑风光不确定性,针对不同运行场景进行算例仿真。算例结果表明,本文所提云储能运行模式能够有效降低配电网的运行成本,减小负荷峰谷差,使配电网、云储能运营商、云储能用户三者实现互利共赢。此外,通过充分利用云储能系统的灵活调控能力,可保证配电网在风光出力波动下稳定运行。
关键词:云储能;新能源消纳;日前调度;双层优化模型;不确定性
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更新时间:2025-09-22
一种兼具频率及幅值补偿功能的孤岛微电网无功均分控制策略
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
“
在孤岛微电网领域,专家提出了一种无功均分控制策略,实现了自适应无功均分和母线电压质量改善。
”
赖辉, 苗虹, 吴雪峰, 杨效, 曾成碧, 李林
2025, 57(5): 156-166. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300983
摘要:孤岛模式的微电网中,本地负荷投切或线路阻抗变化等因素会引起系统等效阻抗差异,导致采用下垂控制的并联逆变器难以实现无功均分。为此,提出一种兼具频率及幅值补偿功能的孤岛微电网无功均分控制策略。首先,分析了基于下垂控制的并联逆变器功率传输特性。在双环控制中引入虚拟阻抗,使系统等效阻抗呈感性,实现低压微电网有功/无功解耦控制。其次,在无功控制环中引入积分修正项,以无功功率偏差为驱动,调节逆变器输出电压,实现自适应无功均分。此外,为抑制因大规模负荷投切造成的母线电压频率和幅值偏移,分别在有功和无功控制环中引入频率和幅值补偿项,并从功率控制环动态响应的角度分析了频率及幅值补偿系数的选取原则。同时,在有功控制环中引入有功修正项,其功率传输特性表明引入有功修正能消除因频率补偿造成的有功偏差。将所提策略与传统下垂控制和基于虚拟阻抗的下垂控制进行仿真比较,仿真结果表明:在系统等效阻抗变化场景下,所提控制能实现自适应无功均分,无功均分精度不受系统等效阻抗变化影响;在逆变器即插即用场景下,所提策略能根据逆变器投切情况合理分配功率;在两种场景下,所提策略均能在实现有功及无功均分的前提下降低母线电压幅值和频率偏差,改善母线电压质量。
关键词:孤岛微电网;下垂控制;无功功率均分;频率补偿;幅值补偿
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更新时间:2025-09-22
土木工程
西北干旱区遗址夯土崩解特征与基质吸力关联性研究
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封底论文
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“
西北干旱地区夯土遗址消亡研究取得新进展,揭示了遗址夯土崩解特征与基质吸力的关联性,为遗址保护提供科学依据。
”
崔凯, 王冠众, 裴强强, 黄井镜, 高晓甜
2025, 57(5): 167-178. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300986
摘要:夯土降水流失是西北干旱地区夯土遗址缓慢消亡的主要形式之一,然而,与夯土水土流失相关的研究工作尚未得到有效开展。本文通过15处遗址夯土(包含3种气候区域和5个朝代)的精细化崩解过程试验和土水特征试验,开展时空序列下遗址夯土崩解特征与基质吸力关联性研究。结果表明:基质势的梯度变化和吸力‒时间变化率是决定遗址夯土崩解特征呈现显著分类性和时空性规律的主要原因。其中,相比崩解过程仅包含吸湿软化阶段和稳定阶段的难崩解型夯土,11处易崩解型夯土时空性规律更为显著。易崩解型夯土吸湿软化阶段的吸湿速率排序为极端干旱区>干旱区>半干旱区,崩解阶段的崩解速率排序为半干旱区>极端干旱区>干旱区和明代>汉代>清代>唐代>宋代;各崩解特征指标与吸力‒时间变化率之间存在较好的指数型增函数量化关系,相关系数均大于0.8;吸湿软化阶段的吸力‒时间变化率2 000 kPa/s可作为判别崩解类型的阈值条件。
关键词:夯土;崩解特征;分类性;时空性;基质吸力;基质势;吸力‒时间变化率
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更新时间:2025-09-22
点振型埋地超材料带隙机理及地震波衰减性能研究
封面论文
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“
在建筑结构减隔震技术领域,研究者提出了新型点振型埋地超材料,通过局域共振效应产生宽低频带隙,为设计地震超材料结构提供参考。
”
赵春风, 高志伟, 王胤植
2025, 57(5): 179-191. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300822
摘要:超材料隔震屏障作为一种新型的建筑结构减隔震技术,近年来得到了广泛的关注和研究,但是已有的研究普遍存在体积大和带隙较窄的问题。论文提出了一种内部结构由钢块和橡胶柱交替排列而成,外部由钢板围成的点振型埋地超材料。首先,通过理论推导和有限元计算得到超材料的能带结构和频响关系,并结合其振型分析了带隙的形成机理;其次,研究了屏障层数和正斜入射波对超材料滤波特性的影响规律,参数化分析了填土层数、橡胶密度及弹性模量对超材料带隙的影响,并进一步计算了超材料在考虑分层土时的滤波特性;最后,采用主频率分别为0.7、5.0、8.0 Hz的人工波和El‒Centro等地震波对超材料屏障进行时程分析。结果表明:点振型埋地超材料由于局域共振效应可以产生较宽的低频带隙且与频率响应的衰减范围相对应;多层屏障并不能显著提高滤波效果,超材料对正斜入射波都具有很好的衰减作用,较少的填土层数、密度较大和弹性模量较小的橡胶有利于拓宽低频带隙,分层土相比均匀土带隙拓宽了5.04 Hz;超材料对处于带隙内的人工波和地震波的衰减率均超过60%,且不会对频率带隙外的地震波产生放大作用。研究结果可为设计低频宽带隙的地震超材料结构提供一定的借鉴和参考。
关键词:地震波;超材料;带隙;局域共振
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更新时间:2025-09-22
冻结钙质黏土三轴剪切分数阶双曲线模型参数确定及验证
封面论文
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“
在工程地质领域,专家建立了冻结钙质黏土剪切模型,为解决冻结法施工难题提供解决方案。
”
姚兆明, 汤海东, 赖龙辉
2025, 57(5): 192-200. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300847
摘要:钙质黏土地层具有结冰温度低、冻结后膨胀性大、遇水易崩解、强度低等工程地质问题,一直是冻结法施工的重难点。建立形式较为简洁的剪切模型是设计钙质黏土冻结壁的关键。以淮南地区深部原状钙质黏土为研究对象,开展不同温度和围压下的三轴剪切试验,得到了温度、围压对应力‒应变的影响规律,建立了剪切强度与冻结温度、围压间的关系。针对冻结钙质黏土三轴剪切应力‒应变性质介于理想弹性与理想塑性之间的特性,将分数阶微积分引入到双曲线模型,建立能同时考虑温度和围压影响的冻结钙质黏土分数阶双曲线模型。对应变进行分数阶变化,得到分数阶应变与应力间的线性关系,进而分别建立温度、围压影响下的方程组。通过求解线性方程组,得到分数阶双曲线模型参数。对比分数阶双曲线模型计算的应力值、邓肯‒张模型计算的应力值和冻结钙质黏土的试验值可知,所建立的冻结钙质黏土分数阶双曲线模型能够很好地描述钙质黏土的应力‒应变规律,拟合精度更高。所建立的模型概念清晰,参数少、易于确定且物理意义明确,便于工程运用。
关键词:钙质黏土;双曲线模型;应力‒应变曲线;分数阶微积分
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更新时间:2025-09-22
多晶冰的二元介质本构模型
封面论文
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“
在非饱和土力学领域,专家建立了超固结非饱和黏性土三剪次加载面硬化模型,验证了模型在模拟超固结土应力应变特性方面的适用性,为非饱和土力学研究开辟了新方向。
”
康建, 刘恩龙, 苏雨
2025, 57(5): 214-224. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300923
摘要:自然界中冰川广布,在外界环境的扰动下,冰川冰会发生变形,诱导冰川灾害的发生。因此,研究多晶冰的力学特性和本构模型对于理解冰川灾害的发生具有重要的理论价值。本文基于多晶冰试样在不同温度和围压试验条件下的三轴试验数据及连续介质力学等理论框架建立了多晶冰的二元介质本构模型。在所建立的本构模型中,多晶冰试样由胶结元和摩擦元共同构成,其中,胶结元表现为线弹性力学特性,摩擦元表现为弹塑性力学特性。在外荷载作用下,胶结元逐渐破损转变为摩擦元,两者共同承担外部荷载。为了描述胶结元和摩擦元在代表性单元体中的关系,借助均匀化理论并引入破损率和应变集中系数,以描述试样在受荷载过程中内部结构的演化和应变分布的不均匀性。试验结果表明,多晶冰试样的应力‒应变曲线呈应变软化,体积应变曲线随着围压的增加从先体缩后体胀转变为完全的体缩趋势。通过试错法等方法给出在-2 ℃条件下各参数与围压的关系及在-6 ℃部分试验条件下的参数取值,并对比了试验和模拟曲线,验证了本文模型的合理性。对部分结构参数进行敏感性分析,表明了模型的通用性。
关键词:多晶冰;二元介质;破损率;应变集中系数
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更新时间:2025-09-22
多晶冰的二元介质本构模型
封面论文
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“
在冰川力学特性研究领域,专家基于多晶冰试样三轴试验数据,建立了二元介质本构模型,为理解冰川灾害发生提供理论价值。
”
康建, 刘恩龙, 苏雨
2025, 57(5): 214-224. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300923
摘要:自然界中冰川广布,在外界环境的扰动下,冰川冰会发生变形,诱导冰川灾害的发生。因此,研究多晶冰的力学特性和本构模型对于理解冰川灾害的发生具有重要的理论价值。本文基于多晶冰试样在不同温度和围压试验条件下的三轴试验数据及连续介质力学等理论框架建立了多晶冰的二元介质本构模型。在所建立的本构模型中,多晶冰试样由胶结元和摩擦元共同构成,其中,胶结元表现为线弹性力学特性,摩擦元表现为弹塑性力学特性。在外荷载作用下,胶结元逐渐破损转变为摩擦元,两者共同承担外部荷载。为了描述胶结元和摩擦元在代表性单元体中的关系,借助均匀化理论并引入破损率和应变集中系数,以描述试样在受荷载过程中内部结构的演化和应变分布的不均匀性。试验结果表明,多晶冰试样的应力‒应变曲线呈应变软化,体积应变曲线随着围压的增加从先体缩后体胀转变为完全的体缩趋势。通过试错法等方法给出在-2 ℃条件下各参数与围压的关系及在-6 ℃部分试验条件下的参数取值,并对比了试验和模拟曲线,验证了本文模型的合理性。对部分结构参数进行敏感性分析,表明了模型的通用性。
关键词:多晶冰;二元介质;破损率;应变集中系数
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更新时间:2025-09-22
风积沙粉体对风积沙混凝土微观力学性能的影响及提升机理分析
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“
在混凝土领域,研究者采用风积沙粉替代水泥,显著提升了风积沙混凝土的微观力学性能,为固废材料在混凝土中的大掺量使用提供了新思路。
”
李越, 王海龙, 维利思, 郭皓隆, 马扩, 云振军
2025, 57(5): 225-236. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300902
摘要:针对风积沙在大掺量替代河砂的情况下会导致混凝土力学性能下降的问题,本文采取“以废治废”的思路,将风积沙磨细制备风积沙粉,并以10%、20%、30%的比例替代风积沙混凝土中的水泥,通过纳米压痕试验与压汞试验(MIP)探究风积沙粉对风积沙混凝土微观力学性能的影响及提升机理。结果表明:在掺入风积沙粉后,风积沙混凝土的微观力学性能得到较大提升;20%的风积沙粉掺量相比其他掺量,对风积沙混凝土界面过渡区(ITZ)的压痕模量与硬度提升最为明显,使二者平均值分别提升了19.9%与25.9%;且从水化物相的压痕模量、硬度及体积分数来看,20%的风积沙粉掺量使风积沙混凝土ITZ的水化物相的模量及硬度均得到较大提升,低密度水化硅酸钙凝胶(LDC‒S‒H)及孔隙含量减少,高密度水化硅酸钙凝胶(HDC‒S‒H)与氢氧化钙含量上升,进而促使风积沙混凝土内部>100 nm的孔隙体积分数减少,<100 nm的孔隙体积分数增多,优化了低碳混凝土的孔隙结构,使界面过渡区产生缩进现象,厚度减小10 μm,提升了微观力学性能。该研究为固废材料在混凝土中大掺量的使用提供了新思路、新见解。
关键词:风积沙;风积沙粉;微观力学性能;界面过渡区
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更新时间:2025-09-22
地震作用下液化场地大直径变截面单桩基础动力响应特性
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“
厦门第二东通道翔安大桥振动台试验揭示,不同地震波下大直径变截面单桩动力响应特性差异显著。
”
冯忠居, 李德, 张聪, 徐博熙, 赵瑞欣, 赖德金
2025, 57(5): 237-247. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300832
摘要:为研究不同类型地震波作用下液化场地大直径变截面单桩的动力响应,依托厦门第二东通道翔安大桥,通过振动台试验,选取强度为0.15g的5010波、1004波、Kobe波和El‒Centro波,分析饱和砂土层的孔压比响应及大直径变截面单桩的桩身加速度、桩顶水平位移、桩身弯矩等动力响应特性。结果表明:饱和砂土层液化后对地震波具有放大效应,且桩顶加速度响应相对于变截面处和桩底出现明显的滞后现象;在4种类型地震波作用下,桩顶均产生永久侧向位移;桩身弯矩由桩底至桩顶呈先增后减的趋势,在变截面位置处弯矩出现陡增现象;1004波作用下的桩身加速度、桩身弯矩峰值达到最大,Kobe波作用下的桩顶水平位移峰值最大,表明大直径变截面桩基动力响应特性对不同类型地震波的敏感程度存在较大差异。因此,在进行大直径变截面桩基的抗震设计时,可选取不同类型地震波对桩基动力响应特性进行验算。
关键词:液化场地;大直径变截面桩;饱和砂土;动力响应;抗震设计
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更新时间:2025-09-22
砂卵石土柱锤冲扩桩单桩成桩机理模型和数值试验研究
封面论文
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“
在建筑工程领域,柱锤冲扩桩地基处理技术因其高效经济被广泛应用。专家通过模型试验和数值模拟,揭示了成桩机理,为现场施工提供理论支持和实用指导。
”
袁胜洋, 李城栋, 练小莲, 陆仁芳, 邓开元, 刘先峰
2025, 57(5): 248-260. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300876
摘要:近年来,随着建筑工程技术的飞速发展,地基处理技术成为工程领域的研究热点。其中,柱锤冲扩桩地基处理技术因其高效、经济的特点逐渐被广泛应用。但在细观层面还缺乏对桩体成桩机理的研究,以优化现场设计及施工。本文以室内模型试验为基础,采用Flac3D‒PFC耦合数值模拟,从宏细观角度分析成桩过程中土体动应力响应,包括加速度响应、土体变形及砂卵石填料骨架中力链的发展规律。结果表明:柱锤在冲击过程中夯实、挤压孔下土体,土体发生变形的过程可分为增大、回弹、稳定3个阶段;冲击在土体中产生的能量以应力波的形式从孔中心向外迅速衰减,能量使土体逐渐挤密压实、地基加固,当能量传递至孔下3d(d为柱锤直径)时,动应力响应较小,土体受柱锤冲击作用影响不大;冲击使得砂卵石填料力链骨架结构发生断链重构,在该过程中,颗粒空隙不断减小,力链数量增加,作用力不断增强,填料不断置换土体,两者形成密实的整体以实现加固;冲击完成后,以初始孔底平面为基准面,自平面向上0.5d至平面向下3.0d与径向1.5d形成加固影响区域,该区域范围内的土体在冲击过程中应力响应较大,消耗大部分冲击能量,并在冲击完成后发生较大位移,使土体更加密实,地基实现加固。通过数值模拟补充模型试验,完善了柱锤冲扩桩单桩成桩机理,为现场施工提供重要的理论支持和实用指导。
关键词:柱锤冲扩桩;加固机理;土体位移;动力响应;骨架力链
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更新时间:2025-09-22
锈蚀钢筋与纤维增强混凝土黏结性能试验研究
封面论文
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“
最新研究揭示了锈蚀钢筋与玄武岩-聚丙烯纤维增强混凝土黏结滑移机理,为BF-PF增强混凝土性能评估提供数据支持。
”
刘延春, 陈本晟, 刘才玮, 闫良泰, 刘新宇, 苗吉军
2025, 57(5): 261-273. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400871
摘要:为研究锈蚀钢筋与玄武岩‒聚丙烯纤维增强混凝土(BPFRC)的黏结滑移机理,本文应用电化学加速锈蚀方法制备了48个不同锈蚀率(0、2%、5.0%和10.0%)下的棱柱体偏心拉拔试件,通过基本力学性能试验探究纤维掺入对混凝土基体影响;开展拉拔试验观察纤维增强混凝土(FRC)黏结性能变化规律,记录试件表面变化与破坏模式;采用电镜扫描对破坏后黏结界面进行微观测试。试验结果表明:1)纤维的桥接有效抑制裂缝发展并分散荷载作用,FRC的劈裂抗拉强度和抗折强度分别提高了12.43%~18.65%和5.36%~9.64%;2)在黏结性能方面,锈蚀影响下混凝土约束和界面摩擦大幅降低,钢筋锈蚀率6%~7%时,普通混凝土黏结强度平均降低18.1%,BPFRC与普通混凝土割线黏结刚度分别下降43.3%和39.0%,而初始黏结刚度受锈蚀影响较小,降低了5.0%~11.8%;3)锈蚀损伤条件下FRC在黏结强度、黏结刚度、残余强度等方面表现出一定优势,不同锈蚀率下FRC的黏结强度比普通混凝土提高11.1%~27.6%,BPFRC较玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)/聚丙烯纤维增强混凝土(PFRC)提高了5.2%~11.8%,两种纤维混合时体现出正协同效应。在试验结果基础上,本文结合锈蚀损伤系数建立不同纤维掺入的半经验半理论黏结强度预测公式与三段式黏结‒滑移本构关系。研究结果可为BF‒PF增强混凝土的性能评估提供数据支持。
关键词:纤维增强混凝土;锈蚀;力学性能;黏结‒滑移;本构模型
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更新时间:2025-09-22
钢框架平齐端板节点力学性能试验研究与参数分析
封面论文
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“
在钢框架平齐端板节点力学性能研究中,专家通过试验和有限元分析,揭示了端板厚度、柱翼缘厚度和螺栓直径对节点性能的影响,为提高结构安全性提供依据。
”
刘卫然, 周晋普, 方斌, 于海丰, 马康
2025, 57(5): 274-286. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300816
摘要:为研究端板厚度小于规范构造要求的钢框架平齐端板节点力学性能,设计制作6个钢框架平齐端板节点试件并进行拟静力试验,对节点的破坏模式、极限抗弯承载力、滞回性能、耗能能力、延性系数和中和轴位置进行分析。结果表明:1)节点的主要破坏模式为端板翘曲、柱翼缘屈曲和螺栓破坏;2)极限抗弯承载力和延性系数均随端板厚度、柱翼缘厚度和螺栓直径的增加而增加;3)滞回曲线均表现出显著的捏缩现象;4)通过合理布置,采用6个高强螺栓(M14或M16)的节点,其耗能能力大于采用4个M20高强螺栓的节点;5)节点端板中和轴位置靠近受压梁翼缘与规范具有一定差异。通过有限元分析进一步研究端板厚度、柱翼缘厚度和螺栓直径对节点极限抗弯承载力和延性系数的影响,结果表明:端板厚度小于构造要求时,其厚度每增加2 mm,节点极限抗弯承载力提高3.71%;螺栓直径小于24 mm时,其直径每增加2 mm,节点延性系数提高36.66%,并在直径为24 mm时达到最大值。
关键词:平齐端板节点;力学性能;拟静力试验;有限元分析;端板厚度
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更新时间:2025-09-22
复刻FBG型七芯光纤多参量同步监测系统
封面论文
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“
在结构健康监测领域,专家提出了复刻FBG型七芯光纤多参量同步监测系统,实现了多种参量同步采集,为多芯光纤应用提供新思路。
”
张作才, 高桂林, 冯谦
2025, 57(5): 287-297. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400640
摘要:针对单芯光纤难以实现多参量同步采集问题,提出复刻FBG型七芯光纤多参量同步监测系统。该系统有效集成光纤光栅(FBG)、拉曼光时域反射(ROTDR)和布里渊光时域分析(BOTDA)于一根光纤,利用七芯光纤中的4根纤芯采集结构的应变、温度和自振频率。首先,分析七芯光纤空分复用机制,经过刻制FBG串、二次涂敷等工艺流程,得到复刻FBG型七芯光纤。然后,通过有限元分析、理论分析和试验等手段,探究温度波动和应变传递层剪变滞后效应对BOTDA和FBG测得应变的影响,建立应变修正公式。最后,通过足尺钢梁多参量同步监测试验,对复刻FBG型七芯光纤的多参同步感知性能和应变修正公式的有效性和准确性进行试验。试验结果表明:温度波动1 ℃引起BOTDA和FBG的应变测量误差分别为23×10
-6
、16×10
-6
,剪变滞后效应导致应变减小11%;复刻FBG型七芯光纤多参量同步监测系统的监测值与传统传感器测量值一致,ROTDR和FBG的测温误差分别为0.36、-0.04 ℃;BOTDA和FBG的应变测量误差分别为-15×10
-6
、-0.4×10
-6
,与应变修正前相比,准确度分别提升12%、98%;FBG测得的自振频率为2.18 Hz,与加速度计的频率测量值2.19 Hz一致。复刻FBG型七芯光纤多参量同步监测系统实现了多种参量同步采集,融合了点式应变、分布式应变与温度补偿的优势,且不影响各传感器的性能,应变修正公式能够有效提高应变测量准确度,为多芯光纤在结构健康监测中的应用提供了新思路。
关键词:多芯光纤;光纤光栅;温度补偿;应变传递;空分复用
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更新时间:2025-09-22
机械工程
面向无序分拣场景的工件6D位姿检测方法
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
“
在机器人自主抓取领域,研究人员提出了一种新的6D位姿检测方法,有效提高了识别效率和精度,为机器人精准抓取提供了有力保障。
”
曹学鹏, 李鑫, 冯艳丽, 石瑞, 葛天烨, 张新荣, 赵睿英
2025, 57(5): 298-308. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400426
摘要:目标6D位姿检测是实现机器人自主抓取的关键。为克服传统点对识别(PPF)方法检测性能差、耗时及难以检测到多平面特征工件的6D位姿等不足,提出面向无序分拣场景的工件6D位姿检测方法。首先,基于模型平面点分布筛选多平面特征工件,提取其边界特征进行6D位姿检测,并在多视点下提取模型点对以去除冗余点对,提高算法识别速度。其次,匹配场景与模型间的点对特征,利用快速投票方案获取无序场景中目标的位姿假设集合。接下来,通过位姿验证筛选方法,剔除重复和误匹配位姿,实现目标多实例位姿的粗略估计,并借助迭代最近点(ICP)算法完成目标位姿的精确估计。实验结果表明:在无序仿真场景中,单次识别时间小于等于1.15 s,平均平移偏差小于等于0.95 mm,平均旋转误差小于等于1.56°;在实际场景中,平均识别成功率为95.82%,平均单次识别时间为1.11 s。综上,该6D位姿检测方法在保证识别效率的同时兼顾了位姿估计精度,并在识别精度和速度上均优于同类算法,为机器人的精准抓取的实现提供了有力的保障。
关键词:无序场景;6D位姿检测;点对特征;位姿估计精度;识别率
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更新时间:2025-09-22
空间曲柄摇杆机构极限位置综合的几何方法
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
“
在机械设计领域,专家利用几何综合方法,建立了空间曲柄摇杆机构极限位置综合的几何流程,为解决机构尺度确定问题提供解决方案。
”
王瀚超, 郭颖颖, 林松, 江竞宇
2025, 57(5): 309-319. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300906
摘要:为了解决由空间曲柄摇杆(revolute-sphere-sphere-sevolute,RSSR)机构的极位夹角及极限位置确定机构尺度的问题,进一步提高综合过程的直观性及透明度,本文利用几何综合方法,从直线二位置的空间运动几何学规律出发,提取出直线二位置变化的几何特征,实现了运动学问题向几何学问题的转化。利用二平面投影系统,建立了直线二位置的线导引模型,实现了运动几何学问题由空间向平面的转化,并为RSSR机构的极限位置综合过程奠定了理论基础。进一步对RSSR机构极限位置的几何特性展开研究,确定出摇杆在极限位置时曲柄与连杆的几何位置关系,利用圆心角定理,确定出符合极位夹角的机架位置,并将机构的极限位置综合问题向函数生成问题转化。利用相对运动理论(运动反转法),将函数生成问题转化为线导引模型的求解,由此拟定出一套综合流程相对统一的空间曲柄摇杆机构极限位置综合的几何流程。最终,通过综合算例,进一步验证了该套几何综合方法的有效性。与现有极限位置综合方法相比,该几何操作流程直观性强、透明度高、设计自由度广,与现代几何作图工具相结合可快速完成综合工作。
关键词:空间曲柄摇杆机构;极限位置综合;几何法;二平面投影系统;线导引模型
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更新时间:2025-09-22
大型铸锻件打磨机器人设计与分析
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封底论文
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AI导读
“
最新研究突破大型铸锻件表面打磨难题,开发出新型机器人系统,有效提升作业效率和灵活性。
”
刘毅, 丰宗强, 毛崇博, 韩伟达, 杨长安, 马启凡
2025, 57(5): 320-332. DOI: 10.12454/j.jsuese.202300864
摘要:大型铸锻件表面打磨存在结构尺寸大、表面复杂、人工作业强度高等问题,现有的打磨机器人系统虽然可以实现大型铸锻件的打磨作业,但存在占地面积大、灵活性差以及设备成本高的问题;本文针对以上问题,提出了一种融合移动平台、桁架式折展结构、串联机械臂、并联自适应打磨头的大型铸锻件表面打磨机器人系统平台,具有打磨范围大、占用空间小,布置灵活等特点,可以有效兼顾各种不同尺寸的大型铸锻件表面打磨需求。基于D‒H(Denavit‒Hartenberg)法对等效后所得到的8关节串联机构进行正逆运动学分析,采用数值法分析了混联机构整体工作空间,得到单机械臂工作状态下的打磨范围;基于矢量法对末端被动式并联打磨头建立运动学模型,并进一步分析了在串联机械臂保持一定姿态时并联打磨头的工作空间;研究被动式并联打磨头末端负载与驱动关节自适应调节之间的理论联系,优化气压阻尼系统的整体负荷状态;基于机械臂运动学模型获得关节速度及加速度,以机械臂整体功耗为优化目标建立能耗函数,分析得到平面打磨时打磨机器人在不同轨迹下的整体功耗,并通过数字算例与仿真计算验证了优化方程的合理性。基于ADAMS仿真模型对上述分析进行仿真验证,证明了桁架式混联打磨机器人设计与理论分析的合理性,为大型铸锻件打磨机器人设计开发提供了参考。
关键词:大型铸锻件;打磨机器人;运动学分析;自适应控制;轨迹优化
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更新时间:2025-09-22
计算机科学与技术
融合测距修正和蜘蛛蜂优化的WSN定位算法
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AI导读
“
在无线传感器网络节点定位领域,专家提出了融合测距修正和蜘蛛蜂优化的DV-Hop算法,有效降低了定位误差,为提高定位精度提供了新方案。
”
余修武, 肖林, 刘永, 叶莱
2025, 57(5): 333-343. DOI: 10.12454/j.jsuese.202400614
摘要:针对无线传感器网络节点定位中非测距DV‒Hop算法存在显著定位误差的问题,提出了一种融合测距修正和蜘蛛蜂优化的DV‒Hop算法。首先,选用杰卡德系数作为跳数计算的度量标准,以提高跳数的准确性。在获取跳数信息后,引入可信度计算以调整跳距,更准确地反映节点间的实际距离。然后,为了进一步优化节点位置计算、提高DV‒Hop算法的精度,引入并改进了蜘蛛蜂优化算法。在种群初始化阶段采用Circle映射反向学习策略,以保证种群的分布状态更加均匀。在位置更新过程中引入自适应权重,以优化算法的收敛速度。在交配操作完成后,将柯西‒高斯变异扰动应用于蜘蛛蜂群中最优个体位置,以防陷入局部最优。仿真结果显示,针对不同区域面积、区域形状、锚节点数量、通信半径和节点总数5种情况下,改进后的算法相较于传统DV‒Hop定位算法,定位误差分别减小了30.0%、33.0%、37.2%、38.9%和45.9%,同时算法运行时间也减少了0.73 s。
关键词:无线传感器网络;DV‒Hop;测距修正;定位误差;蜘蛛蜂优化算法
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更新时间:2025-09-22
基于Transformer架构的端到端粗‒精网络场景图生成方法
封面论文
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AI导读
“
在计算机视觉领域,研究者提出了一种新的端到端粗精网络场景图生成方法,有效提升了模型对视觉场景的理解与推理能力。
”
李俊良, 吕诗融, 李炜
2025, 57(5): 344-354. DOI: 10.12454/j.jsuese.202500043
摘要:场景图生成是计算机视觉领域的一个重要任务,旨在对视觉场景有一个全面且深度的理解,着重于识别实体以及实体之间存在的关系,最终要求模型输出一系列三元组<主体,谓词,客体>和一个图结构的场景表示。这对模型的理解能力和推理能力提出了更高的要求。现有的场景图生成方法在现阶段取得了巨大的成功,然而大多数模型存在参数量太大或对谓词(即实体之间的关系)的判断不准确的问题。为了能够解决这些问题,本文提出了一个端到端的粗‒精网络(rough-and-refine model, RRM)场景图生成方法,整个模型包括粗网络和精网络两部分。一方面,粗网络负责提取场景中的各种基本信息,包括图像特征、实体特征和谓词特征。该部分利用Transformer架构,通过卷积神经网络和编码器的结合进行特征提取,获取图像特征。紧接着设计了实体解码器和谓词解码器,分别计算得到实体特征和谓词特征。另一方面,精网络利用粗网络中的场景信息,做进一步的信息交互,使模型获得更精确的预测能力。首先,用三元组查询生成模块获得主体查询、客体查询以及谓词查询,然后,分三条路径分别计算三元组的三个不同部分的表示。在不同路径中,设计了特征信息聚合模块、实体信息聚合模块和谓词信息聚合模块,加强模型对场景的理解,并且用路径之间的连接使模型在谓词的表示中更多地考虑主体和客体的信息。本文提出的模型在公开数据集Visual Genome上取得了优秀的成绩,在R@20、R@50、R@100评价指标上达到23.8、29.1、32.5;在mR@20、mR@50、mR@100指标上达到7.7、11.0、12.4。实验数据和可视化结果充分展现了本文提出的模型对场景的理解能力。
关键词:场景图生成;计算机视觉;人工智能;视觉关系检测
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更新时间:2025-09-22
基于稳态属性的工业控制协议操作字段识别
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“
工业控制协议操作字段识别技术取得新进展,专家提出基于稳态属性的识别方法,有效提高识别率和通用性。
”
覃朗, 陈兴蜀, 朱毅, 李尧, 何军
2025, 57(5): 355-366. DOI: 10.12454/j.jsuese.202301023
摘要:工业控制协议中的操作字段是刻画识别工控网络行为、理解和监控网络活动的基础和关键数据,在工控网络流量中对操作字段进行识别抽取具有重要意义。然而,目前的操作字段识别大多为依赖专家经验知识的人工分析提取方法,存在效率不高、通用性不足且不能处理工控领域中大量存在的、未公开的私有协议的缺陷,无法在场景、协议等未知的复杂网络情况下自动识别出操作字段。为解决上述问题,本文利用工控网络独有的领域特征,跳出协议和程序的限制,提出一种基于稳态属性的工业控制协议操作字段识别方法。首先,通过会话还原、碎片化包重组等预处理操作,从会话数据中提取出数据包应用层各个字段的取值序列;然后,通过对各个取值序列稳定性、周期性、相关性进行分析,发现操作字段的取值序列具有较为稳定、高周期性、高相关性的稳态属性;最后,通过无监督聚类的方式对操作字段和其他字段进行了有效划分,实现操作字段的自动识别。在多种工控系统环境下进行了广泛验证,测试数据包括电力网、水处理实验平台数据以及实网工控流量数据。结果表明,操作字段的识别率在90%以上,证明了方法的有效性和通用性。
关键词:工业控制协议;操作字段;稳态属性;字段识别
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更新时间:2025-09-22
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