长沙理工大学学报（自然科学版）
2024年第4期
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2024,21(4):1-27, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20240808002
摘要：
交通和能源是全球基础性、战略性产业，决定了人类社会的发展和更迭。随着我国“双碳”目标的推进，交通、能源等各个行业的低碳化、绿色化转型进程正稳步进行。交通和能源的融合发展，为交通行业的新型能源综合利用、能源行业技术更新提供了前所未有的机遇。目前，利用交通资产能源化、交通用能绿色化途径来有效减少交通领域碳排放已逐渐成为共识。本文综述了当前交通与能源融合发展的现状，介绍了交通领域清洁能源的开发、以储能构建交通行业源网荷储、新能源电动汽车开发和交通出行配套设施建设情况，以及交通设备电气化、能源化进展。同时，结合涉及交通系统能源化开发的电池技术，介绍了当前热门的动力锂离子电池技术和液流电池储能技术，重点介绍了废旧沥青等交通固废材料作为电池改性材料被回收再利用的相关技术。本文总结了技术创新在交通能源融合发展中的重要性，提出要加快科技研发，推动产业链发展，全力突破核心技术关键瓶颈，助力交通能源融合发展。
交通和能源是全球基础性、战略性产业，决定了人类社会的发展和更迭。随着我国“双碳”目标的推进，交通、能源等各个行业的低碳化、绿色化转型进程正稳步进行。交通和能源的融合发展，为交通行业的新型能源综合利用、能源行业技术更新提供了前所未有的机遇。目前，利用交通资产能源化、交通用能绿色化途径来有效减少交通领域碳排放已逐渐成为共识。本文综述了当前交通与能源融合发展的现状，介绍了交通领域清洁能源的开发、以储能构建交通行业源网荷储、新能源电动汽车开发和交通出行配套设施建设情况，以及交通设备电气化、能源化进展。同时，结合涉及交通系统能源化开发的电池技术，介绍了当前热门的动力锂离子电池技术和液流电池储能技术，重点介绍了废旧沥青等交通固废材料作为电池改性材料被回收再利用的相关技术。本文总结了技术创新在交通能源融合发展中的重要性，提出要加快科技研发，推动产业链发展，全力突破核心技术关键瓶颈，助力交通能源融合发展。
2024,21(4):28-43, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20240802001
摘要：
相变储能技术是推动“双碳”目标深入实施的关键技术之一。随着交通与能源融合发展的不断推进，相变储能技术在交通领域中的应用日益广泛，也受到了越来越多的研究者的关注。本文对相变储能技术进行了系统分类，包括相变储热技术和相变储冷技术；分别介绍了相变储热材料及其优化技术和相变储冷材料及其优化技术，包括增大热导率、降低过冷度、抑制相分离、调控相变温度；总结了相变储能技术在冷链运输、电动车以及航空航天领域中的综合应用与创新，包括相变材料在冷藏车围护结构、储冷板、制冷机组、电池热管理系统、供冷/热系统以及深空探测热管理系统中的应用。最后对相变储能技术在交通领域实际应用中所面临的问题进行了较为全面总结和分析；指出研制高性能的相变材料、开发密封性好的封装材料、优化相变储能系统的储能效率是今后本领域研究者需要关注的重点。
相变储能技术是推动“双碳”目标深入实施的关键技术之一。随着交通与能源融合发展的不断推进，相变储能技术在交通领域中的应用日益广泛，也受到了越来越多的研究者的关注。本文对相变储能技术进行了系统分类，包括相变储热技术和相变储冷技术；分别介绍了相变储热材料及其优化技术和相变储冷材料及其优化技术，包括增大热导率、降低过冷度、抑制相分离、调控相变温度；总结了相变储能技术在冷链运输、电动车以及航空航天领域中的综合应用与创新，包括相变材料在冷藏车围护结构、储冷板、制冷机组、电池热管理系统、供冷/热系统以及深空探测热管理系统中的应用。最后对相变储能技术在交通领域实际应用中所面临的问题进行了较为全面总结和分析；指出研制高性能的相变材料、开发密封性好的封装材料、优化相变储能系统的储能效率是今后本领域研究者需要关注的重点。
2024,21(4):44-67, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231225002
摘要：
随着氢能技术的快速发展，金属设备在氢环境下的运用越发广泛。然而，氢脆效应可显著削弱金属材料的疲劳性能，为相关设备的安全性埋下了隐患。因此，精准预测氢环境下金属材料的疲劳寿命具有重要意义。本文系统分析了氢环境下金属材料的疲劳裂纹扩展行为，总结了氢脆效应下各参数对疲劳裂纹扩展速率的影响。同时，调研并分析了氢环境下金属材料疲劳性能的研究及寿命预测方法的应用。氢环境下金属材料的疲劳裂纹扩展速率测算结果可作为输入进行计算材料的疲劳寿命，但研究发现疲劳裂纹扩展速率受多种参数的综合影响。尽管断裂力学的方法是疲劳裂纹扩展阶段常用的方法，也是氢环境下疲劳寿命预测的常用理论，但其求解效率尚有待提高。机器学习凭借其高效准确的预测性能，被广泛应用于各类疲劳问题的寿命预测中，但其在氢环境下金属材料的疲劳寿命预测领域尚少见。若能采用相关数据增强的方法扩充氢环境下的疲劳寿命数据，进而采用机器学习的方法进行寿命预测，将有望显著提升氢环境下金属材料疲劳寿命预测的效率。
随着氢能技术的快速发展，金属设备在氢环境下的运用越发广泛。然而，氢脆效应可显著削弱金属材料的疲劳性能，为相关设备的安全性埋下了隐患。因此，精准预测氢环境下金属材料的疲劳寿命具有重要意义。本文系统分析了氢环境下金属材料的疲劳裂纹扩展行为，总结了氢脆效应下各参数对疲劳裂纹扩展速率的影响。同时，调研并分析了氢环境下金属材料疲劳性能的研究及寿命预测方法的应用。氢环境下金属材料的疲劳裂纹扩展速率测算结果可作为输入进行计算材料的疲劳寿命，但研究发现疲劳裂纹扩展速率受多种参数的综合影响。尽管断裂力学的方法是疲劳裂纹扩展阶段常用的方法，也是氢环境下疲劳寿命预测的常用理论，但其求解效率尚有待提高。机器学习凭借其高效准确的预测性能，被广泛应用于各类疲劳问题的寿命预测中，但其在氢环境下金属材料的疲劳寿命预测领域尚少见。若能采用相关数据增强的方法扩充氢环境下的疲劳寿命数据，进而采用机器学习的方法进行寿命预测，将有望显著提升氢环境下金属材料疲劳寿命预测的效率。
2024,21(4):68-80, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231212002
摘要：
氢能是一种新型绿色可持续能源。传统的两种储氢方法，即高压气态储氢和低温液化储氢，存在存储成本较高和安全问题。这制约了氢能的实际应用，导致氢能不适合广泛商业化应用。研究和开发具有高储存密度、优良热力学和循环动力学性能的固体储氢材料是解决氢的安全储运问题的基本途径。固体储氢，即所谓固体材料的储氢，具有良好的存储容量、能源效率、可逆性和安全性，为解决氢能的实用化带来了美好前景。各种固体材料作为储氢介质被研究，但到目前为止，没有一种材料完全满足业内公认的车载储氢指标。本文概述现有固体储氢材料的储氢性能，阐明添加催化剂和尺寸纳米化这两种重要改性策略的基本作用原理，旨在为寻找和设计具有优良性能的新型固体储氢材料提供一定的理论依据和参考。
氢能是一种新型绿色可持续能源。传统的两种储氢方法，即高压气态储氢和低温液化储氢，存在存储成本较高和安全问题。这制约了氢能的实际应用，导致氢能不适合广泛商业化应用。研究和开发具有高储存密度、优良热力学和循环动力学性能的固体储氢材料是解决氢的安全储运问题的基本途径。固体储氢，即所谓固体材料的储氢，具有良好的存储容量、能源效率、可逆性和安全性，为解决氢能的实用化带来了美好前景。各种固体材料作为储氢介质被研究，但到目前为止，没有一种材料完全满足业内公认的车载储氢指标。本文概述现有固体储氢材料的储氢性能，阐明添加催化剂和尺寸纳米化这两种重要改性策略的基本作用原理，旨在为寻找和设计具有优良性能的新型固体储氢材料提供一定的理论依据和参考。
2024,21(4):81-90,114, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230530
摘要：
【目的】分析共沉淀法合成高镍前驱体Ni0.834Co0.11Mn0.056(OH)2的工艺条件对相应正极性能的影响，并找到最佳合成条件。【方法】在不同氨水浓度和反应溶液pH下合成前驱体和对应的正极材料，分析合成工艺条件参数对结构、微观形貌、电化学性能的影响规律。【结果】在氨水质量浓度为11 g/L、pH为11.0时，制备的LiNi0.834Co0.11Mn0.056O2正极材料一次颗粒致密、球形度高、粒径适中，具备最优的电化学性能：在0.1 C倍率下的首次放电比容量为205.6 mAh/g，首圈库仑效率为88.74%；在10.0 C大电流密度下的放电比容量为150.7 mAh/g；在1.0 C倍率下循环300圈后，容量保持率高达80.18%。【结论】氨水浓度和反应溶液pH通过影响溶液过饱和度，从而影响了晶体成核和生长，改变了前驱体的形貌、粒径和成分，而正极材料继承了对应前驱体的形貌特征，其电化学性能也受前驱体合成工艺的影响。
【目的】分析共沉淀法合成高镍前驱体Ni0.834Co0.11Mn0.056(OH)2的工艺条件对相应正极性能的影响，并找到最佳合成条件。【方法】在不同氨水浓度和反应溶液pH下合成前驱体和对应的正极材料，分析合成工艺条件参数对结构、微观形貌、电化学性能的影响规律。【结果】在氨水质量浓度为11 g/L、pH为11.0时，制备的LiNi0.834Co0.11Mn0.056O2正极材料一次颗粒致密、球形度高、粒径适中，具备最优的电化学性能：在0.1 C倍率下的首次放电比容量为205.6 mAh/g，首圈库仑效率为88.74%；在10.0 C大电流密度下的放电比容量为150.7 mAh/g；在1.0 C倍率下循环300圈后，容量保持率高达80.18%。【结论】氨水浓度和反应溶液pH通过影响溶液过饱和度，从而影响了晶体成核和生长，改变了前驱体的形貌、粒径和成分，而正极材料继承了对应前驱体的形貌特征，其电化学性能也受前驱体合成工艺的影响。
2024,21(4):91-102, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230927001
摘要：
【目的】CO2相变致裂技术具有环保、低危险、便于控制等优点，被广泛应用于矿产开采、工程施工等领域。探究CO2相变致裂损伤演化规律对爆破施工参数的选取具有重要意义。【方法】针对等当量炸药损伤模型描述CO2相变破岩过程的局限性，采用理想气体状态方程表述超临界CO2相变过程，结合Mises准则给出相变作用下的岩石损伤半径计算模型，基于LS-DYNA软件建立相变作用下岩石损伤计算模型，分析了CO2相变作用下岩石损伤演化规律，并进一步讨论了破裂压力、致裂管型号等参数对岩石损伤演化的影响。【结果】建立的相变岩石损伤半径计算模型能较好地评价岩石的损伤范围；相变冲击使岩石产生径向裂隙，CO2相变气体嵌入主裂纹附近的裂缝中，裂纹尖端效应促使岩体产生更为密集的环向裂隙及细小的轴向裂隙。数值模拟结果显示，在174、250、290 MPa三种破裂压力下，85型致裂管产生的裂隙区范围分别为0.42、0.43、0.46 m；裂隙长度的增大幅度则随着管径的增大而减小，51型、85型、100型三种型号致裂管在290 MPa的破裂压力下产生的裂隙平均长度比在174 MPa下的分别提高13.2%、5.75%、1.41%；破裂压力为250 MPa时，三种致裂管所产生的裂隙区范围分别为0.42、0.43、0.47 m；在这三种破裂压力下，100型致裂管下的裂隙平均长度比51型致裂管下的分别增加14.2%、11.1%、2.4%；此外，随着破裂压力和致裂管管径两个参数的增大，相变致裂所产生的主裂隙和环向裂隙增多，岩石的裂隙平均长度增大。【结论】研究结果可为CO2相变致裂施工的损伤控制、技术参数选取等提供参考。
【目的】CO2相变致裂技术具有环保、低危险、便于控制等优点，被广泛应用于矿产开采、工程施工等领域。探究CO2相变致裂损伤演化规律对爆破施工参数的选取具有重要意义。【方法】针对等当量炸药损伤模型描述CO2相变破岩过程的局限性，采用理想气体状态方程表述超临界CO2相变过程，结合Mises准则给出相变作用下的岩石损伤半径计算模型，基于LS-DYNA软件建立相变作用下岩石损伤计算模型，分析了CO2相变作用下岩石损伤演化规律，并进一步讨论了破裂压力、致裂管型号等参数对岩石损伤演化的影响。【结果】建立的相变岩石损伤半径计算模型能较好地评价岩石的损伤范围；相变冲击使岩石产生径向裂隙，CO2相变气体嵌入主裂纹附近的裂缝中，裂纹尖端效应促使岩体产生更为密集的环向裂隙及细小的轴向裂隙。数值模拟结果显示，在174、250、290 MPa三种破裂压力下，85型致裂管产生的裂隙区范围分别为0.42、0.43、0.46 m；裂隙长度的增大幅度则随着管径的增大而减小，51型、85型、100型三种型号致裂管在290 MPa的破裂压力下产生的裂隙平均长度比在174 MPa下的分别提高13.2%、5.75%、1.41%；破裂压力为250 MPa时，三种致裂管所产生的裂隙区范围分别为0.42、0.43、0.47 m；在这三种破裂压力下，100型致裂管下的裂隙平均长度比51型致裂管下的分别增加14.2%、11.1%、2.4%；此外，随着破裂压力和致裂管管径两个参数的增大，相变致裂所产生的主裂隙和环向裂隙增多，岩石的裂隙平均长度增大。【结论】研究结果可为CO2相变致裂施工的损伤控制、技术参数选取等提供参考。
2024,21(4):103-114, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220330002
摘要：
【目的】针对在不利环境和复杂荷载下混凝土开裂、钢筋锈蚀等日益突出的问题，研究同时掺入膨润土和聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）纤维对混凝土抗压强度及抗氯离子渗透性能的提升效果，以期改善混凝土在恶劣条件下的耐久性。【方法】通过对16组不同配合比的膨润土-PVA纤维混凝土开展抗压强度试验和抗氯离子渗透性试验，分析了养护龄期、膨润土替代率和PVA纤维掺量对混凝土抗压强度和抗氯离子渗透性能的影响。同时，采用扫描电子显微镜技术深入研究了不同掺量下的膨润土-PVA纤维混凝土的微观结构特性。【结果】适量掺入膨润土和PVA纤维可提高混凝土的抗压强度和抗氯离子渗透性能，膨润土的最佳替代率为5.0%，PVA纤维最佳体积掺量为1.2 kg/m3。【结论】膨润土颗粒附着在纤维表面，这不仅增加了纤维的粗糙度，还增强了纤维与混凝土间的黏结性，使混凝土内部结构更紧密，从而显著改善了混凝土的力学性能。本研究可为实际工程中混凝土改性提供参考。
【目的】针对在不利环境和复杂荷载下混凝土开裂、钢筋锈蚀等日益突出的问题，研究同时掺入膨润土和聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）纤维对混凝土抗压强度及抗氯离子渗透性能的提升效果，以期改善混凝土在恶劣条件下的耐久性。【方法】通过对16组不同配合比的膨润土-PVA纤维混凝土开展抗压强度试验和抗氯离子渗透性试验，分析了养护龄期、膨润土替代率和PVA纤维掺量对混凝土抗压强度和抗氯离子渗透性能的影响。同时，采用扫描电子显微镜技术深入研究了不同掺量下的膨润土-PVA纤维混凝土的微观结构特性。【结果】适量掺入膨润土和PVA纤维可提高混凝土的抗压强度和抗氯离子渗透性能，膨润土的最佳替代率为5.0%，PVA纤维最佳体积掺量为1.2 kg/m3。【结论】膨润土颗粒附着在纤维表面，这不仅增加了纤维的粗糙度，还增强了纤维与混凝土间的黏结性，使混凝土内部结构更紧密，从而显著改善了混凝土的力学性能。本研究可为实际工程中混凝土改性提供参考。
2024,21(4):115-130, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231106001
摘要：
【目的】探明缓倾软岩隧道底部结构劣化的影响因素及影响机制，研究在不同围岩强度、岩层产状、地应力作用下的缓倾软岩隧道底部变形及塑性区发展趋势。【方法】基于Hoek-Brown强度准则和遍布节理本构模型确定数值模拟的力学参数并构建开挖模型，通过改变Hoek-Brown参数、岩层产状、地应力状态分析隧道的变形规律。【结果】深埋缓倾软岩隧道拱底两侧具有明显非对称变形，随着Hoek-Brown参数和围岩强度的提高，隧道拱底隆起量不断降低，且拱底两侧的非对称变形有所减弱并趋向于对称变形。当围岩强度较低时，围岩混合剪切型塑性区主要分布在拱底，基体剪切破坏主要分布在边墙，且剪切破坏范围随围岩强度的提高呈不断减小趋势。在倾角为0°~30°条件下，随着岩层倾角的增大，隧道底部隆起呈不断减小趋势，且拱底塑性区分布深度逐渐减小。随着岩层倾向角增大，隧道底部非对称变形和变形量增加，且拱底混合剪切塑性破坏区不断向深处延伸。随着侧压力系数和隧道埋深的增大，隧道仰拱处的变形量和变形速率比其他位置的大，且埋深的改变主要影响围岩塑性区体积和分布深度，而侧压力系数的改变还影响塑性区的分布形态。【结论】缓倾软岩隧道的变形发展趋势和塑性区破坏模式均与岩层产状有关，缓倾角条件下的拱底变形较大，且围岩节理剪切破坏主要发生在岩层倾斜方向上。该研究结果可为类似工程在施工过程中确定不利变形位置及优化支护方案提供参考。
【目的】探明缓倾软岩隧道底部结构劣化的影响因素及影响机制，研究在不同围岩强度、岩层产状、地应力作用下的缓倾软岩隧道底部变形及塑性区发展趋势。【方法】基于Hoek-Brown强度准则和遍布节理本构模型确定数值模拟的力学参数并构建开挖模型，通过改变Hoek-Brown参数、岩层产状、地应力状态分析隧道的变形规律。【结果】深埋缓倾软岩隧道拱底两侧具有明显非对称变形，随着Hoek-Brown参数和围岩强度的提高，隧道拱底隆起量不断降低，且拱底两侧的非对称变形有所减弱并趋向于对称变形。当围岩强度较低时，围岩混合剪切型塑性区主要分布在拱底，基体剪切破坏主要分布在边墙，且剪切破坏范围随围岩强度的提高呈不断减小趋势。在倾角为0°~30°条件下，随着岩层倾角的增大，隧道底部隆起呈不断减小趋势，且拱底塑性区分布深度逐渐减小。随着岩层倾向角增大，隧道底部非对称变形和变形量增加，且拱底混合剪切塑性破坏区不断向深处延伸。随着侧压力系数和隧道埋深的增大，隧道仰拱处的变形量和变形速率比其他位置的大，且埋深的改变主要影响围岩塑性区体积和分布深度，而侧压力系数的改变还影响塑性区的分布形态。【结论】缓倾软岩隧道的变形发展趋势和塑性区破坏模式均与岩层产状有关，缓倾角条件下的拱底变形较大，且围岩节理剪切破坏主要发生在岩层倾斜方向上。该研究结果可为类似工程在施工过程中确定不利变形位置及优化支护方案提供参考。
2024,21(4):131-139, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20240122002
摘要：
【目的】避免钢管混凝土拱桥施工过程温度、临时荷载等因素变化对索力的影响，实现大跨拱桥拱肋斜拉扣挂节段拼装施工的精准高效调控。【方法】提出以扣索无应力长度代替索力调整拱桥过程状态的控制方法，推导考虑垂度效应和扣塔偏位的扣索无应力长度计算公式，研究索力增量与扣索无应力长度变化的关系。【结果】工程算例结果表明,基于无应力状态法的索力最大误差为5%左右，高程最大偏差3.7 cm，计算精度满足要求，实现了精准高效的施工调控。【结论】该方法可消除温度和临时荷载变化对索力的影响，减小施工中间状态的计算工作量，可为大跨度钢管混凝土拱肋节段拼装提供技术支持。
【目的】避免钢管混凝土拱桥施工过程温度、临时荷载等因素变化对索力的影响，实现大跨拱桥拱肋斜拉扣挂节段拼装施工的精准高效调控。【方法】提出以扣索无应力长度代替索力调整拱桥过程状态的控制方法，推导考虑垂度效应和扣塔偏位的扣索无应力长度计算公式，研究索力增量与扣索无应力长度变化的关系。【结果】工程算例结果表明,基于无应力状态法的索力最大误差为5%左右，高程最大偏差3.7 cm，计算精度满足要求，实现了精准高效的施工调控。【结论】该方法可消除温度和临时荷载变化对索力的影响，减小施工中间状态的计算工作量，可为大跨度钢管混凝土拱肋节段拼装提供技术支持。
2024,21(4):140-148, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231210002
摘要：
【目的】年径流污染控制率是海绵城市建设中的核心控制指标，对指导海绵设施设计具有重要意义。但其设计计算过程中的计算方法与公式存在不统一或不合理的问题，须探究更适用于实际工程的计算公式。【方法】梳理了国内外对于海绵设施污染物去除率的取值来源与计算方法，分析了目前工程设计中单一海绵设施对污染物去除率的取值和地块污染平均去除率计算方法存在的问题，并对比不同地区雨水管理径流控制指标，从定义出发推导更适用于建筑与小区小尺度流域的计算方法。【结果】在建筑与小区等小尺度流域的设计中，与其他三种地块海绵设施对悬浮物的平均去除率的算法相比，采用海绵设施的有效汇水面积进行加权平均计算会更加合理；而在年径流污染控制率的计算中，引入累积污染物负荷率与累积径流体积率比例，将其转化为年平均径流污染量控制率与污染物平均去除率的乘积进行计算会更加合理。【结论】对于年径流污染控制率的计算应该积极开展试验或数值模拟，并形成适合国内实际情形的数据库。应该提高设计人员对源头海绵设施污染物去除过程的认知，避免在建筑与小区等小尺度流域的设计计算中采用不合适的公式而引起的误差。
【目的】年径流污染控制率是海绵城市建设中的核心控制指标，对指导海绵设施设计具有重要意义。但其设计计算过程中的计算方法与公式存在不统一或不合理的问题，须探究更适用于实际工程的计算公式。【方法】梳理了国内外对于海绵设施污染物去除率的取值来源与计算方法，分析了目前工程设计中单一海绵设施对污染物去除率的取值和地块污染平均去除率计算方法存在的问题，并对比不同地区雨水管理径流控制指标，从定义出发推导更适用于建筑与小区小尺度流域的计算方法。【结果】在建筑与小区等小尺度流域的设计中，与其他三种地块海绵设施对悬浮物的平均去除率的算法相比，采用海绵设施的有效汇水面积进行加权平均计算会更加合理；而在年径流污染控制率的计算中，引入累积污染物负荷率与累积径流体积率比例，将其转化为年平均径流污染量控制率与污染物平均去除率的乘积进行计算会更加合理。【结论】对于年径流污染控制率的计算应该积极开展试验或数值模拟，并形成适合国内实际情形的数据库。应该提高设计人员对源头海绵设施污染物去除过程的认知，避免在建筑与小区等小尺度流域的设计计算中采用不合适的公式而引起的误差。
2024,21(4):149-159, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231129001
摘要：
【目的】研究独塔非对称钢-混混合梁斜拉桥的抗震性能，并探明非对称结构地震响应的差异。【方法】以长沙香炉洲大桥西汊航道桥为依托，采用Midas Civil软件建立非对称钢-混混合梁斜拉桥全桥有限元模型，分别采用反应谱法和非线性时程分析法对其进行地震响应分析，并重点研究了结构非对称性对斜拉桥辅助墩、过渡墩及其桩基抗震性能的影响。【结果】独塔非对称钢-混混合梁斜拉桥的动力特性和地震响应规律呈现出明显的非对称性，非对称布置的两过渡墩和两辅助墩在地震作用下的内力响应存在较大差异，结构的非对称性对横向地震更加敏感，在抗震设计时应予以重视；除两过渡墩桩基外，长沙香炉洲大桥按照静力计算设计的结构尺寸及配筋形式均能满足各工况地震作用下的抗震性能目标；塔身、墩身在横向+竖向地震作用下的安全储备均大于纵向+竖向地震的，桩基在横向+竖向地震作用下的安全储备几乎都小于纵向+竖向地震的；受结构非对称性的影响，边跨的27#过渡墩桩基总是先于主跨的31#过渡墩桩基发生破坏；在横向地震作用下，受群桩承台影响横向各排桩基地震轴力有较大差异。【结论】从经济性和抗震合理性角度出发，应对独塔非对称钢-混混合梁斜拉桥进行差异化的抗震设计，研究成果可为非对称斜拉桥及其他非对称桥梁结构的抗震设计提供有益参考。
【目的】研究独塔非对称钢-混混合梁斜拉桥的抗震性能，并探明非对称结构地震响应的差异。【方法】以长沙香炉洲大桥西汊航道桥为依托，采用Midas Civil软件建立非对称钢-混混合梁斜拉桥全桥有限元模型，分别采用反应谱法和非线性时程分析法对其进行地震响应分析，并重点研究了结构非对称性对斜拉桥辅助墩、过渡墩及其桩基抗震性能的影响。【结果】独塔非对称钢-混混合梁斜拉桥的动力特性和地震响应规律呈现出明显的非对称性，非对称布置的两过渡墩和两辅助墩在地震作用下的内力响应存在较大差异，结构的非对称性对横向地震更加敏感，在抗震设计时应予以重视；除两过渡墩桩基外，长沙香炉洲大桥按照静力计算设计的结构尺寸及配筋形式均能满足各工况地震作用下的抗震性能目标；塔身、墩身在横向+竖向地震作用下的安全储备均大于纵向+竖向地震的，桩基在横向+竖向地震作用下的安全储备几乎都小于纵向+竖向地震的；受结构非对称性的影响，边跨的27#过渡墩桩基总是先于主跨的31#过渡墩桩基发生破坏；在横向地震作用下，受群桩承台影响横向各排桩基地震轴力有较大差异。【结论】从经济性和抗震合理性角度出发，应对独塔非对称钢-混混合梁斜拉桥进行差异化的抗震设计，研究成果可为非对称斜拉桥及其他非对称桥梁结构的抗震设计提供有益参考。
2024,21(4):160-167, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230228002
摘要：
【目的】针对雷达隐身问题，设计了一款具有动态散射特性的1-bit编码超表面阵列，该阵列可实现雷达散射截面（radar cross section，RCS）的宽带缩减。【方法】利用随机编码的方法，可快速得到多种超表面的编码序列，避免使用同一算法时因编码序列不同而产生的仿真误差。阵列由两种单元组成，每种单元的上层贴片均采用风车形状。通过控制PIN二极管的通断状态,实现单元“0”和“1”之间的相互转换。将两种单元进行非周期随机编码，使阵列的反射方向图呈漫散射状，有效降低了天线的RCS。【结果】仿真结果表明，在x极化波垂直入射的情况下，所设计的三种随机编码超表面在8.2~13.2 GHz（相对带宽为46.7%）频段内RCS缩减量大于8.0 dB，最大缩减量可以达到18.8 dB。【结论】本文提出的编码超表面阵列可有效实现RCS的缩减，在雷达隐身技术方面具有广泛的应用前景。
【目的】针对雷达隐身问题，设计了一款具有动态散射特性的1-bit编码超表面阵列，该阵列可实现雷达散射截面（radar cross section，RCS）的宽带缩减。【方法】利用随机编码的方法，可快速得到多种超表面的编码序列，避免使用同一算法时因编码序列不同而产生的仿真误差。阵列由两种单元组成，每种单元的上层贴片均采用风车形状。通过控制PIN二极管的通断状态,实现单元“0”和“1”之间的相互转换。将两种单元进行非周期随机编码，使阵列的反射方向图呈漫散射状，有效降低了天线的RCS。【结果】仿真结果表明，在x极化波垂直入射的情况下，所设计的三种随机编码超表面在8.2~13.2 GHz（相对带宽为46.7%）频段内RCS缩减量大于8.0 dB，最大缩减量可以达到18.8 dB。【结论】本文提出的编码超表面阵列可有效实现RCS的缩减，在雷达隐身技术方面具有广泛的应用前景。
2024,21(4):168-175,187, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231120003
摘要：
【目的】通过改变碳化硅（silicon carbide，SiC）结势垒肖特基二极管（junction barrier Schottky diode，JBS）的P+掺杂区的形状，将常规SiC JBS条形分布的P+掺杂区优化为圆形P+掺杂区，并两两之间以正三角形分布于肖特基接触之间。【方法】通过三维结构有限元仿真方法模拟以上两种SiC JBS结构的正反向特性，优化P+掺杂区宽度和外延层掺杂浓度，并进行对比分析。【结果】仿真结果显示，两种结构的反向击穿电压均高于1 500 V，圆形P+掺杂区JBS二极管的正向导通压降比条形P+掺杂区JBS二极管的低：在正向电流密度为400 A/cm2时，导通压降由条形P+结构的2.37 V降低至圆形P+结构的2.05 V，降低了13.5%；圆形P+结构在经过优化外延层掺杂浓度后，其在正向电流密度为400 A/cm2时的导通压降为1.97 V，较条形P+结构的降低了16.9%。相较于条形SiC JBS，圆形P+结构具有更大的肖特基接触面积，在保证击穿电压的同时可以获得更低的导通压降，并通过优化器件的外延层掺杂浓度进一步降低器件的导通压降。【结论】本文将P+掺杂区形状由条形调整为圆形，并以正三角形分布排列。这种调整增大了器件的肖特基接触面积，优化了正向导通特性，并通过优化器件的外延层掺杂浓度进一步提高了导通特性，获得了更低的导通压降。
【目的】通过改变碳化硅（silicon carbide，SiC）结势垒肖特基二极管（junction barrier Schottky diode，JBS）的P+掺杂区的形状，将常规SiC JBS条形分布的P+掺杂区优化为圆形P+掺杂区，并两两之间以正三角形分布于肖特基接触之间。【方法】通过三维结构有限元仿真方法模拟以上两种SiC JBS结构的正反向特性，优化P+掺杂区宽度和外延层掺杂浓度，并进行对比分析。【结果】仿真结果显示，两种结构的反向击穿电压均高于1 500 V，圆形P+掺杂区JBS二极管的正向导通压降比条形P+掺杂区JBS二极管的低：在正向电流密度为400 A/cm2时，导通压降由条形P+结构的2.37 V降低至圆形P+结构的2.05 V，降低了13.5%；圆形P+结构在经过优化外延层掺杂浓度后，其在正向电流密度为400 A/cm2时的导通压降为1.97 V，较条形P+结构的降低了16.9%。相较于条形SiC JBS，圆形P+结构具有更大的肖特基接触面积，在保证击穿电压的同时可以获得更低的导通压降，并通过优化器件的外延层掺杂浓度进一步降低器件的导通压降。【结论】本文将P+掺杂区形状由条形调整为圆形，并以正三角形分布排列。这种调整增大了器件的肖特基接触面积，优化了正向导通特性，并通过优化器件的外延层掺杂浓度进一步提高了导通特性，获得了更低的导通压降。
2024,21(4):176-187, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230305002
摘要：
【目的】研究纳米二氧化硅和硅氧烷对水泥基材料的超疏水改性效果及其性能影响。【方法】以水泥材料为主体，通过正交试验方法优选改性材料十二烷基三甲氧基硅烷（dodecyltrimethoxysilane，DTES）、纳米二氧化硅（nano-silica，NS）和聚羧酸高效减水剂（polycarboxylate superplasticizer，PCE）的最佳配比，并采用强度试验、水化热测试、水接触角测量和毛细吸水试验评估改性材料对水泥力学性能和疏水性能的作用。【结果】DTES、NS和PCE的最佳质量分数分别为3.00%、1.80%和0.25%；改性水泥试样表面的水接触角高达152.50°，毛细吸水系数降低91%以上，3 d抗折强度、28 d抗压强度分别下降19%、12%。【结论】改性材料的协同作用使水泥基材料表面达到超疏水状态，同时具备良好的抗水渗透性能，其中DTES影响水泥强度，NS对抗压强度和后期抗折强度起增强作用。
【目的】研究纳米二氧化硅和硅氧烷对水泥基材料的超疏水改性效果及其性能影响。【方法】以水泥材料为主体，通过正交试验方法优选改性材料十二烷基三甲氧基硅烷（dodecyltrimethoxysilane，DTES）、纳米二氧化硅（nano-silica，NS）和聚羧酸高效减水剂（polycarboxylate superplasticizer，PCE）的最佳配比，并采用强度试验、水化热测试、水接触角测量和毛细吸水试验评估改性材料对水泥力学性能和疏水性能的作用。【结果】DTES、NS和PCE的最佳质量分数分别为3.00%、1.80%和0.25%；改性水泥试样表面的水接触角高达152.50°，毛细吸水系数降低91%以上，3 d抗折强度、28 d抗压强度分别下降19%、12%。【结论】改性材料的协同作用使水泥基材料表面达到超疏水状态，同时具备良好的抗水渗透性能，其中DTES影响水泥强度，NS对抗压强度和后期抗折强度起增强作用。
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2022,19(1):73-80, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.009
摘要：
【目的】利用“大数据”对城市居民出行量(OD)的预测方法进行改进，以期改善传统城市居民出行调查方法费时、费力且准确度不高的问题，同时也为城市公共交通规划与管理提供可靠的数据支持。【方法】结合手机信令数据、公交IC卡、公交 GPS以及地铁闸机数据的特点和优势，利用聚类分析等方法获取城市居 民公共交通出行的 OD 矩阵，并利用小波神经网络结合优化后的鲸鱼算法(improved whale optimization algorithm-wavelet neural network，IWOA-WNN)对未来时段的出行OD矩阵进行预测。以长沙市为例，选取60 d晚高峰期间的原始数据，利用IWOA-WNN 进行预测,并结合时间序列方法进行分析。【结果】与优 化前的小波神经网络相比,IWOA-WNN 的预测结果更加贴近实际情况，精度达到了93.36%。【结论】本研究提出的数据处理及预测方法具有更高的准确度。
【目的】利用“大数据”对城市居民出行量(OD)的预测方法进行改进，以期改善传统城市居民出行调查方法费时、费力且准确度不高的问题，同时也为城市公共交通规划与管理提供可靠的数据支持。【方法】结合手机信令数据、公交IC卡、公交 GPS以及地铁闸机数据的特点和优势，利用聚类分析等方法获取城市居 民公共交通出行的 OD 矩阵，并利用小波神经网络结合优化后的鲸鱼算法(improved whale optimization algorithm-wavelet neural network，IWOA-WNN)对未来时段的出行OD矩阵进行预测。以长沙市为例，选取60 d晚高峰期间的原始数据，利用IWOA-WNN 进行预测,并结合时间序列方法进行分析。【结果】与优 化前的小波神经网络相比,IWOA-WNN 的预测结果更加贴近实际情况，精度达到了93.36%。【结论】本研究提出的数据处理及预测方法具有更高的准确度。
2022,19(3):104-121, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.03.011
摘要：
行波定位技术可根据系统高压交流输电线路发生故障时采集到的时间信息进行快速、准确地故障定位，由于其定位精度高，因而受到广泛的关注。首先，分别从行波信号的精确检测、高精度同步时钟技术、故障定位算法以及工程实践等方面介绍了国内外行波定位技术的发展历程；然后，介绍了单端行波定位、双端行波定位以及网络行波定位方法的工作原理及各自的优缺点，分析了传统行波定位研究尚存的主要技术问题，并提出了相应的解决思路；最后，对行波定位技术的发展前景进行展望，以期为后续的研究提供参考。
行波定位技术可根据系统高压交流输电线路发生故障时采集到的时间信息进行快速、准确地故障定位，由于其定位精度高，因而受到广泛的关注。首先，分别从行波信号的精确检测、高精度同步时钟技术、故障定位算法以及工程实践等方面介绍了国内外行波定位技术的发展历程；然后，介绍了单端行波定位、双端行波定位以及网络行波定位方法的工作原理及各自的优缺点，分析了传统行波定位研究尚存的主要技术问题，并提出了相应的解决思路；最后，对行波定位技术的发展前景进行展望，以期为后续的研究提供参考。
2022,19(1):96-104, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.012
摘要：
【目的】探究在运输时间、中转时间、等待时间和运输货损率混合不确定条件下的绿色多式联运路径优化问题，为绿色多式联运路径决策提供理论依据。【方法】在考虑运输过程中碳排放和噪声污染的基础上, 以最小化运输成本、运输时间、碳排放量、噪声污染以及货损量为目标建立不确定条件下的绿色多式联运路径优化模型，并将其扩展为模糊机会约束模型及鲁棒优化模型来处理不确定参数。使用 MATLAB编程并调用 CPLEX对算例进行求解，得到多式联运路径优化方案。对置信水平进行灵敏度分析，并将鲁棒解与确 定条件下的最优解进行比较，验证所建模型的鲁棒性。【结果】将优化方案的计算结果与5个目标函数的最优值进行比较后发现：由模型所得最优运输方案的计算结果与各目标函数最优值之间的相对距离分别为0.0964、0.0271、0.1946、0.0184、0.0327，均接近最优值。【结论】本研究所建模型能降低多式联运的决策风险,也能为决策提供合理、有效的依据。
【目的】探究在运输时间、中转时间、等待时间和运输货损率混合不确定条件下的绿色多式联运路径优化问题，为绿色多式联运路径决策提供理论依据。【方法】在考虑运输过程中碳排放和噪声污染的基础上, 以最小化运输成本、运输时间、碳排放量、噪声污染以及货损量为目标建立不确定条件下的绿色多式联运路径优化模型，并将其扩展为模糊机会约束模型及鲁棒优化模型来处理不确定参数。使用 MATLAB编程并调用 CPLEX对算例进行求解，得到多式联运路径优化方案。对置信水平进行灵敏度分析，并将鲁棒解与确 定条件下的最优解进行比较，验证所建模型的鲁棒性。【结果】将优化方案的计算结果与5个目标函数的最优值进行比较后发现：由模型所得最优运输方案的计算结果与各目标函数最优值之间的相对距离分别为0.0964、0.0271、0.1946、0.0184、0.0327，均接近最优值。【结论】本研究所建模型能降低多式联运的决策风险,也能为决策提供合理、有效的依据。
2021,18(1):95-101, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.012
摘要：
针对多种不确定性因素对汽车结构耐撞性产生的影响，本研究提出了一种基于混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计方法。首先，建立了基于概率-区间混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计模型，并分析其嵌套情况；然后，为了减少嵌套层数，提出了一种高效的解耦策略，将原始的嵌套问题等效转化为单层的优化设计问题；最后，使用径向基函数构建了近似可靠性优化设计问题，并采用局部加密策略提高优化结果的精度。研究结果表明：该方法收敛迅速，能够达到对混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计问题快速求解的目的，对汽车结构耐撞性的优化设计具有一定的参考价值。
针对多种不确定性因素对汽车结构耐撞性产生的影响，本研究提出了一种基于混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计方法。首先，建立了基于概率-区间混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计模型，并分析其嵌套情况；然后，为了减少嵌套层数，提出了一种高效的解耦策略，将原始的嵌套问题等效转化为单层的优化设计问题；最后，使用径向基函数构建了近似可靠性优化设计问题，并采用局部加密策略提高优化结果的精度。研究结果表明：该方法收敛迅速，能够达到对混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计问题快速求解的目的，对汽车结构耐撞性的优化设计具有一定的参考价值。
2023,20(5):1-24, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231008002
摘要：
地聚物是近年来发展起来的一种新型无机胶凝材料，其不仅实现了工业固废的资源再利用，还减少了能源消耗及温室气体排放，被认为是有潜力替代普通硅酸盐水泥的一种绿色胶凝材料。针对地聚物混凝土的耐久性问题，从耐化学侵蚀性（耐盐和耐酸）、抗碳化性、抗氯离子渗透性以及抗冻性4个方面对比总结了地聚物混凝土和硅酸盐水泥混凝土的耐久性能。研究发现，与硅酸盐水泥混凝土相比，地聚物混凝土有着更优异的耐化学侵蚀性、抗氯离子渗透性以及抗冻性，但有着稍低的抗碳化性能。然而，因地聚物原材料的多样性，各体系地聚物混凝土的微观结构、力学特性及劣化机理有所差异，致使其耐久性也存在较大区别。在环境的侵蚀下，地聚物混凝土的劣化机理主要归因于水化产物的溶解、膨胀性产物的形成、裂缝的产生以及孔隙率的增加。
地聚物是近年来发展起来的一种新型无机胶凝材料，其不仅实现了工业固废的资源再利用，还减少了能源消耗及温室气体排放，被认为是有潜力替代普通硅酸盐水泥的一种绿色胶凝材料。针对地聚物混凝土的耐久性问题，从耐化学侵蚀性（耐盐和耐酸）、抗碳化性、抗氯离子渗透性以及抗冻性4个方面对比总结了地聚物混凝土和硅酸盐水泥混凝土的耐久性能。研究发现，与硅酸盐水泥混凝土相比，地聚物混凝土有着更优异的耐化学侵蚀性、抗氯离子渗透性以及抗冻性，但有着稍低的抗碳化性能。然而，因地聚物原材料的多样性，各体系地聚物混凝土的微观结构、力学特性及劣化机理有所差异，致使其耐久性也存在较大区别。在环境的侵蚀下，地聚物混凝土的劣化机理主要归因于水化产物的溶解、膨胀性产物的形成、裂缝的产生以及孔隙率的增加。
摘要：
为了探究当前主要采用的几种土压力理论的差异性，以黏性水平填土为例，对比分析了3种土压力理论的土压力分布及大小变化规律，并采用有限元方法分析了挡土墙截面的应力分布情况。在水平层分析法求解过程中，提出了一种求解最不利破裂角的方法，即采用插值型求导公式求解主动土压力系数 K 取极大值时的θ值。 研究结果表明，水平层分析法得到的土压力强度在形态上与实测值更为吻合，同时在一些影响挡土墙稳定性的重要参数上更接近实测值的分析结果，表明水平层分析法计算挡土墙主动土压力具有一定的优越性。
为了探究当前主要采用的几种土压力理论的差异性，以黏性水平填土为例，对比分析了3种土压力理论的土压力分布及大小变化规律，并采用有限元方法分析了挡土墙截面的应力分布情况。在水平层分析法求解过程中，提出了一种求解最不利破裂角的方法，即采用插值型求导公式求解主动土压力系数 K 取极大值时的θ值。 研究结果表明，水平层分析法得到的土压力强度在形态上与实测值更为吻合，同时在一些影响挡土墙稳定性的重要参数上更接近实测值的分析结果，表明水平层分析法计算挡土墙主动土压力具有一定的优越性。
2021,18(1):7-15, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.002
摘要：
现有的地铁隧道施工安全风险识别方法缺乏一定的系统性，在风险识别过程中缺少对多维风险情景的识别，因而具有一定的局限性。引入层次全息建模(hierarchical holographic modeling, HHM)方法和风险过滤、排序及管理(risk filtering,ranking and management, RFRM)框架，结合情景分析理论，构建地铁隧道施工安全风险情景识别的HHM方法，从多视角识别风险情景，应用 RFRM 框架对风险情景进行4次过滤并排序，筛选关键风险情景。对C市某地铁隧道项目进行案例分析，结果显示：该方法可以系统、完善地识别地铁隧道施工安全风险情景及关键风险因素，进而可为风险管理工作奠定一定的基础。
现有的地铁隧道施工安全风险识别方法缺乏一定的系统性，在风险识别过程中缺少对多维风险情景的识别，因而具有一定的局限性。引入层次全息建模(hierarchical holographic modeling, HHM)方法和风险过滤、排序及管理(risk filtering,ranking and management, RFRM)框架，结合情景分析理论，构建地铁隧道施工安全风险情景识别的HHM方法，从多视角识别风险情景，应用 RFRM 框架对风险情景进行4次过滤并排序，筛选关键风险情景。对C市某地铁隧道项目进行案例分析，结果显示：该方法可以系统、完善地识别地铁隧道施工安全风险情景及关键风险因素，进而可为风险管理工作奠定一定的基础。
2022,19(3):69-77, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.03.007
摘要：
【目的】研究复杂环境下超大深基坑开挖变形演化规律，并对支护结构进行优化设计。【方法】依托广州地铁11号线基坑工程，利用有限差分软件FLAC3D对基坑开挖工程中支护结构的水平位移及周围土体地表沉降的变化规律进行研究，并通过分析地下连续墙的厚度、嵌固深度及支撑层数对基坑变形的影响，对基坑支护结构进行优化，对优化前后支护结构的支护效果进行对比分析。【结果】各工况下基坑周围土体的地表沉降呈先增大后减小的趋势，且最大沉降发生在距基坑边缘150 m的位置；不同嵌固深度下地下连续墙水平位移的变化趋势和基坑周围土体地表沉降的变化趋势基本相同；地下连续墙厚度的改变对其水平位移和基坑周围土体地表沉降的影响不明显；支撑层数的增加可显著减小基坑地下连续墙的水平位移及周围土体的最大地表沉降；支护结构优化后，基坑开挖引起的周围土体的最大地表沉降减小了2388%，地下连续墙的最大水平位移减小了1919%。【结论】在设计同类型基坑时应重视支撑层数的选取，必要时可适当减小支护结构的厚度。
【目的】研究复杂环境下超大深基坑开挖变形演化规律，并对支护结构进行优化设计。【方法】依托广州地铁11号线基坑工程，利用有限差分软件FLAC3D对基坑开挖工程中支护结构的水平位移及周围土体地表沉降的变化规律进行研究，并通过分析地下连续墙的厚度、嵌固深度及支撑层数对基坑变形的影响，对基坑支护结构进行优化，对优化前后支护结构的支护效果进行对比分析。【结果】各工况下基坑周围土体的地表沉降呈先增大后减小的趋势，且最大沉降发生在距基坑边缘150 m的位置；不同嵌固深度下地下连续墙水平位移的变化趋势和基坑周围土体地表沉降的变化趋势基本相同；地下连续墙厚度的改变对其水平位移和基坑周围土体地表沉降的影响不明显；支撑层数的增加可显著减小基坑地下连续墙的水平位移及周围土体的最大地表沉降；支护结构优化后，基坑开挖引起的周围土体的最大地表沉降减小了2388%，地下连续墙的最大水平位移减小了1919%。【结论】在设计同类型基坑时应重视支撑层数的选取，必要时可适当减小支护结构的厚度。
2021,18(1):1-6, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.001
摘要：
为研究埋入式应变传感器与沥青混合料的交互影响，利用ABAQUS有限元软件，建立了在四点弯曲加载条件下埋入应变传感器的梁试件有限元模型，分析了荷载大小、传感器测力杆长度和传感器封装材料模量等因素对沥青混凝土梁试件及传感器的力学响应与应力集中的影响。研究结果表明：传感器埋入沥青混合料梁试件后，在梁试件上与传感器法兰相接触的沥青混合料发生了应力集中的现象，但应力集中系数较小，最大值仅为2.95。传感器的测力杆也发生了应力集中现象，其应力集中系数最大值为26.83，远高于梁试件的应力集中系数。
为研究埋入式应变传感器与沥青混合料的交互影响，利用ABAQUS有限元软件，建立了在四点弯曲加载条件下埋入应变传感器的梁试件有限元模型，分析了荷载大小、传感器测力杆长度和传感器封装材料模量等因素对沥青混凝土梁试件及传感器的力学响应与应力集中的影响。研究结果表明：传感器埋入沥青混合料梁试件后，在梁试件上与传感器法兰相接触的沥青混合料发生了应力集中的现象，但应力集中系数较小，最大值仅为2.95。传感器的测力杆也发生了应力集中现象，其应力集中系数最大值为26.83，远高于梁试件的应力集中系数。
2021,18(1):87-94, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.011
摘要：
针对桩基模型参数存在不确定性的问题，提出一种桩基模型参数反演识别方法。以测点和敲击点作为噪声因素，综合考虑模型中不同测点和敲击工况下加速度响应对反演结果的影响，利用多信息融合方法将多个评分值融合成唯一的参数反演识别目标响应值。研究结果表明：利用本研究方法得到的反演曲线与仿真曲线拟合良好。本研究为桩基模型参数反演识别提供了一定的借鉴。
针对桩基模型参数存在不确定性的问题，提出一种桩基模型参数反演识别方法。以测点和敲击点作为噪声因素，综合考虑模型中不同测点和敲击工况下加速度响应对反演结果的影响，利用多信息融合方法将多个评分值融合成唯一的参数反演识别目标响应值。研究结果表明：利用本研究方法得到的反演曲线与仿真曲线拟合良好。本研究为桩基模型参数反演识别提供了一定的借鉴。
2022,19(1):1-11, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.001
摘要：
【目的】探讨多尺度算法在研究沥青混合料劈裂疲劳损伤力学性能方面的有效性。【方法】通过划分5个尺度区域,对5种不同级配的沥青混合料进行多尺度分析,计算不同劈裂疲劳损伤程度下的劈裂强度, 并对比分析室内试验与多尺度算法得到的劈裂强度,验证多尺度算法研究沥青混合料劈裂疲劳损伤力学性能的合理性。【结果】集料粒径为1.18～2.36 mm 的沥青混合料的劈裂强度有较大幅度的提升;多尺度算法与室内试验得到的劈裂强度相对误差的绝对值均在10%以内,满足工程精度要求。【结论】用多尺度算法研究沥青混合料劈裂疲劳损伤力学性能具有可行性,该算法在实际工程中具有一定的应用价值。
【目的】探讨多尺度算法在研究沥青混合料劈裂疲劳损伤力学性能方面的有效性。【方法】通过划分5个尺度区域,对5种不同级配的沥青混合料进行多尺度分析,计算不同劈裂疲劳损伤程度下的劈裂强度, 并对比分析室内试验与多尺度算法得到的劈裂强度,验证多尺度算法研究沥青混合料劈裂疲劳损伤力学性能的合理性。【结果】集料粒径为1.18～2.36 mm 的沥青混合料的劈裂强度有较大幅度的提升;多尺度算法与室内试验得到的劈裂强度相对误差的绝对值均在10%以内,满足工程精度要求。【结论】用多尺度算法研究沥青混合料劈裂疲劳损伤力学性能具有可行性,该算法在实际工程中具有一定的应用价值。
2022,19(1):81-88, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.010
摘要：
【目的】研究城市交通突出的供需矛盾引起的常发性交通拥堵。【方法】针对多变量、多反馈、非线性城市交通复杂系统，采用系统动力学方法研究治堵措施与城市交通系统的互动关系。首先，确定系统的边界与要素之间的相互关系，绘制因果关系图；然后，基于系统流程图构建结构方程，并对模型进行有效性检验；最后，根据长沙市城市交通实际，基于系统动力学模型分析机动车限行、公交都市等单一措施的治堵效果和其对环境的影响，并通过组合治堵措施的正交试验，寻找城市交通治堵措施的最优组合方案。【结果】通过模型仿真提出了长沙市城市交通治堵措施的最优组合方案。【结论】城市交通治堵措施的实施对缓解城市交通拥堵具有显著作用，但不同治堵措施对治堵效果的影响相差较大。
【目的】研究城市交通突出的供需矛盾引起的常发性交通拥堵。【方法】针对多变量、多反馈、非线性城市交通复杂系统，采用系统动力学方法研究治堵措施与城市交通系统的互动关系。首先，确定系统的边界与要素之间的相互关系，绘制因果关系图；然后，基于系统流程图构建结构方程，并对模型进行有效性检验；最后，根据长沙市城市交通实际，基于系统动力学模型分析机动车限行、公交都市等单一措施的治堵效果和其对环境的影响，并通过组合治堵措施的正交试验，寻找城市交通治堵措施的最优组合方案。【结果】通过模型仿真提出了长沙市城市交通治堵措施的最优组合方案。【结论】城市交通治堵措施的实施对缓解城市交通拥堵具有显著作用，但不同治堵措施对治堵效果的影响相差较大。
2022,19(1):20-26, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.003
摘要：
【目的】研究再生沥青调和理论的适用性,为再生沥青路用性能的研究提供理论基础,促进再生沥青在道路工程实践中的应用和发展。【方法】采用添加相同等级基质沥青的方式,对不同掺量下的新- 旧沥青进行再生试验,并利用沥青的三大指标、布氏黏度及美国公路战略研究计划(strategic highway research program,SHRP)指标进行研究。【结果】不同基质沥青掺量的再生70#基质沥青和再生SBS改性沥青的针入度对数、高温车辙因子对数及黏度对数与新沥青掺量间的线性精度都在0.99以上。【结论】不同基质沥青掺量的再生沥青的针入度、高温车辙因子、黏度、延度都满足调和理论的方程;再生沥青各温度下的低温蠕变速率、劲度模量与新沥青掺量之间的线性精度较差。
【目的】研究再生沥青调和理论的适用性,为再生沥青路用性能的研究提供理论基础,促进再生沥青在道路工程实践中的应用和发展。【方法】采用添加相同等级基质沥青的方式,对不同掺量下的新- 旧沥青进行再生试验,并利用沥青的三大指标、布氏黏度及美国公路战略研究计划(strategic highway research program,SHRP)指标进行研究。【结果】不同基质沥青掺量的再生70#基质沥青和再生SBS改性沥青的针入度对数、高温车辙因子对数及黏度对数与新沥青掺量间的线性精度都在0.99以上。【结论】不同基质沥青掺量的再生沥青的针入度、高温车辙因子、黏度、延度都满足调和理论的方程;再生沥青各温度下的低温蠕变速率、劲度模量与新沥青掺量之间的线性精度较差。
摘要：
为研究无限域和近水面水下爆炸冲击波压力特点以及近水面的物理特性,基于多物质ALE方法,采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对无限域和近水面水下爆炸进行了三维数值模拟,再现了爆轰产物、水以及空气多物质介质间的相互作用过程。分析发现,在爆深不变的情况下,随着测深的减小,自由面对冲击波的影响主要体现在减小入射冲击波波形脉宽和削弱冲击波峰值压力上;相同当量炸药在自由面产生的水柱,其上升的速度随着爆深的减小而逐渐增大。定性地分析了近水面水下爆炸的密度分布情况,以及不同爆深情况下自由面水柱的形成过程。通过数值模拟研究了冲击波压力值的特性,并与经验值进行了对比,验证了计算模型具有较好的计算精度,同时三维再现了水下爆炸的复杂物理现象。
为研究无限域和近水面水下爆炸冲击波压力特点以及近水面的物理特性,基于多物质ALE方法,采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对无限域和近水面水下爆炸进行了三维数值模拟,再现了爆轰产物、水以及空气多物质介质间的相互作用过程。分析发现,在爆深不变的情况下,随着测深的减小,自由面对冲击波的影响主要体现在减小入射冲击波波形脉宽和削弱冲击波峰值压力上;相同当量炸药在自由面产生的水柱,其上升的速度随着爆深的减小而逐渐增大。定性地分析了近水面水下爆炸的密度分布情况,以及不同爆深情况下自由面水柱的形成过程。通过数值模拟研究了冲击波压力值的特性,并与经验值进行了对比,验证了计算模型具有较好的计算精度,同时三维再现了水下爆炸的复杂物理现象。
2021,18(1):79-86, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.010
摘要：
为了提高传统汽油机的启动性能，同时降低启动阶段的燃料消耗率，本研究试图通过掺氢方式使汽油机在当量比条件下成功启动。采用数值模拟方式，研究了在当量比条件下掺氢汽油机冷启动工况的混合气分布与着火情况，期望找到一种更佳的掺氢汽油喷射方案。首先，构建了掺氢汽油机冷启动工况的三维数值模型，并对气门运动规律、喷油量与喷氢量的关系进行了试验标定；然后，对构建的三维数值模型进行试验验证，试验结果与计算结果吻合良好；最后，在当量比条件下进行了冷启动工况着火情况的模拟计算。研究结果表明：在当量比条件下，与纯汽油机相比掺氢能够明显加快混合气的扩散速度，使混合气更快地在缸内实现均匀分布；纯汽油启动时首循环着火困难，掺氢能实现首循环着火，但当掺氢量过大时，会出现早燃现象；掺氢能够显著减少冷启动阶段HC和CO的排放。
为了提高传统汽油机的启动性能，同时降低启动阶段的燃料消耗率，本研究试图通过掺氢方式使汽油机在当量比条件下成功启动。采用数值模拟方式，研究了在当量比条件下掺氢汽油机冷启动工况的混合气分布与着火情况，期望找到一种更佳的掺氢汽油喷射方案。首先，构建了掺氢汽油机冷启动工况的三维数值模型，并对气门运动规律、喷油量与喷氢量的关系进行了试验标定；然后，对构建的三维数值模型进行试验验证，试验结果与计算结果吻合良好；最后，在当量比条件下进行了冷启动工况着火情况的模拟计算。研究结果表明：在当量比条件下，与纯汽油机相比掺氢能够明显加快混合气的扩散速度，使混合气更快地在缸内实现均匀分布；纯汽油启动时首循环着火困难，掺氢能实现首循环着火，但当掺氢量过大时，会出现早燃现象；掺氢能够显著减少冷启动阶段HC和CO的排放。
2024,21(1):59-87, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231225001
摘要：
路基是公路的主要承重结构。随着我国公路建设由高速发展转向高质量发展，数字化施工技术、智能化建设以及信息化管控成为路基工程中的核心技术手段。本文综述了路基工程智能建养关键技术的研究现状，并主要从建筑信息模型（building information modeling，BIM）技术、路基智能压实技术、路基健康监测与评价技术以及路基智能注浆加固技术4个方面进行分析。目前存在问题如下：BIM技术在路基工程领域中的应用还处于起步阶段，缺少合理的施工质量量化指标以及成本估算方法；智能压实技术理论研究薄弱，质量均匀性评价研究较少；现有路基监测与评价技术的测量方法易受到其他因素影响，人工干预较大；注浆加固技术没有统一的质量评价指标，大多还是凭借工程经验和理论分析来评价。因此，未来需要针对提出的问题对各项关键技术开展智能化理论与应用研究，为路基工程智能化建养提供指引。
路基是公路的主要承重结构。随着我国公路建设由高速发展转向高质量发展，数字化施工技术、智能化建设以及信息化管控成为路基工程中的核心技术手段。本文综述了路基工程智能建养关键技术的研究现状，并主要从建筑信息模型（building information modeling，BIM）技术、路基智能压实技术、路基健康监测与评价技术以及路基智能注浆加固技术4个方面进行分析。目前存在问题如下：BIM技术在路基工程领域中的应用还处于起步阶段，缺少合理的施工质量量化指标以及成本估算方法；智能压实技术理论研究薄弱，质量均匀性评价研究较少；现有路基监测与评价技术的测量方法易受到其他因素影响，人工干预较大；注浆加固技术没有统一的质量评价指标，大多还是凭借工程经验和理论分析来评价。因此，未来需要针对提出的问题对各项关键技术开展智能化理论与应用研究，为路基工程智能化建养提供指引。
摘要：
针对基于微切面的点云边界提取方法在 LiDAR点云边界提取中效率低,难以保证边界提取的精细度和完整性问题,提出了一种可调节滚动圆半径的a-shapes平面点云边界提取算法。该算法首先将点云数据栅格化,排除非边界点,并通过计算 P点的 K 个邻近点平均距离和增设调节因子,设置滚动圆半径a,最后采用a-shapes算法提取点云边界。对近邻 K 值、点云形状和点云密度等分析,证明近邻 K 值与调节因子ω 之间具有函数关系,及调节因子与点云密度和点云形状无关的结论。结果证明:该算法在准确提取点云边界情况下,能够快速提取完整点云边界,提高后续点云重建速度与效率,该算法具有良好的稳健性。
针对基于微切面的点云边界提取方法在 LiDAR点云边界提取中效率低,难以保证边界提取的精细度和完整性问题,提出了一种可调节滚动圆半径的a-shapes平面点云边界提取算法。该算法首先将点云数据栅格化,排除非边界点,并通过计算 P点的 K 个邻近点平均距离和增设调节因子,设置滚动圆半径a,最后采用a-shapes算法提取点云边界。对近邻 K 值、点云形状和点云密度等分析,证明近邻 K 值与调节因子ω 之间具有函数关系,及调节因子与点云密度和点云形状无关的结论。结果证明:该算法在准确提取点云边界情况下,能够快速提取完整点云边界,提高后续点云重建速度与效率,该算法具有良好的稳健性。
2022,19(3):1-19, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.03.001
摘要：
对热储能技术目前的发展现状及前景分别做了较全面的总结和分析。概述了热储能技术的原理、基本要求和特点；总结了热储能的关键技术，包括热储能材料物性优化技术、热储能传热强化技术、热储能材料制备技术以及热储能系统控制与优化技术；分析了热储能技术在电源侧、电网侧和用户侧的需求，并对其技术可行性和经济性进行了评估；最后，根据热储能技术应用场景的不同，总结了中高温热储能技术和低温热储能技术的工程应用，包括太阳能光热电站、电力调峰、工业余热回收、太阳能跨季节利用、冷链运输、储冷空调、冰箱冷藏以及人体/建筑智能调温。本文可为本领域后续研究工作的开展提供一定的参考。
对热储能技术目前的发展现状及前景分别做了较全面的总结和分析。概述了热储能技术的原理、基本要求和特点；总结了热储能的关键技术，包括热储能材料物性优化技术、热储能传热强化技术、热储能材料制备技术以及热储能系统控制与优化技术；分析了热储能技术在电源侧、电网侧和用户侧的需求，并对其技术可行性和经济性进行了评估；最后，根据热储能技术应用场景的不同，总结了中高温热储能技术和低温热储能技术的工程应用，包括太阳能光热电站、电力调峰、工业余热回收、太阳能跨季节利用、冷链运输、储冷空调、冰箱冷藏以及人体/建筑智能调温。本文可为本领域后续研究工作的开展提供一定的参考。
2023,20(2):10-26, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20221214001
摘要：
【目的】阐明复杂装备故障预测内涵，指导装备主动性维修。【方法】对复杂装备故障预测研究内容、国内外研究现状以及方法体系进行调研、归纳和分析，划分并评述现有方法的适用条件和优缺点。【结果】基于知识的故障预测方法可充分利用来自相关领域专家的经验知识，但知识的获取是瓶颈问题；基于模型的故障预测方法可深入理解对象系统本质，但实际复杂装备的精确模型很难构建；数据驱动的故障预测方法依赖于大量数据，而实际应用中一些复杂装备的典型数据的获取代价很大；混合方法能克服单个预测方法的局限性，但有效的模型设计是一个难点。【结论】混合方法能更好地提高预测系统的智能性和预测性能，是复杂装备故障预测的重要发展趋势。
【目的】阐明复杂装备故障预测内涵，指导装备主动性维修。【方法】对复杂装备故障预测研究内容、国内外研究现状以及方法体系进行调研、归纳和分析，划分并评述现有方法的适用条件和优缺点。【结果】基于知识的故障预测方法可充分利用来自相关领域专家的经验知识，但知识的获取是瓶颈问题；基于模型的故障预测方法可深入理解对象系统本质，但实际复杂装备的精确模型很难构建；数据驱动的故障预测方法依赖于大量数据，而实际应用中一些复杂装备的典型数据的获取代价很大；混合方法能克服单个预测方法的局限性，但有效的模型设计是一个难点。【结论】混合方法能更好地提高预测系统的智能性和预测性能，是复杂装备故障预测的重要发展趋势。
2021,18(1):40-48, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.006
摘要：
根据响应型接驳公交(responsive feeder transit,RFT)系统管理者与乘客的相互影响关系，研究二者的协调优化方法，构建了同时优化车辆路径和乘客下车站点的非线性混合整数双层规划模型。上层是在乘客目的地已知的情况下RFT车辆路径与停靠站的优化模型，下层是在车辆路径与停靠站已知的情况下乘客下车站点的优化选择模型。然后，基于逆推归纳法设计了双层规划模型的求解算法。算例的计算结果表明：与仅优化车辆路径的方法相比，协调优化方法使系统总成本降低了7.23%，证明该方法是可行且有效的。
根据响应型接驳公交(responsive feeder transit,RFT)系统管理者与乘客的相互影响关系，研究二者的协调优化方法，构建了同时优化车辆路径和乘客下车站点的非线性混合整数双层规划模型。上层是在乘客目的地已知的情况下RFT车辆路径与停靠站的优化模型，下层是在车辆路径与停靠站已知的情况下乘客下车站点的优化选择模型。然后，基于逆推归纳法设计了双层规划模型的求解算法。算例的计算结果表明：与仅优化车辆路径的方法相比，协调优化方法使系统总成本降低了7.23%，证明该方法是可行且有效的。
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- 主编：郑健龙（院士）
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