《长沙理工大学学报(自然科学版)》
  • 2021年第18卷第1期文章目次
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    • >道路工程
    • 埋入式传感器与沥青混合料的交互影响研究

      2021, 18(1):1-6. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.001

      摘要 (107) HTML (0) PDF 3.57 M (341) 评论 (0) 收藏

      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。

    • 基于 HHM-RFRM 的地铁隧道施工安全风险情景识别

      2021, 18(1):7-15. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.002

      摘要 (94) HTML (0) PDF 4.31 M (345) 评论 (0) 收藏

      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。

    • RIOHTrack 中面层沥青混合料高温性能 SPT 试验

      2021, 18(1):16-23. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.003

      摘要 (54) HTML (0) PDF 3.55 M (213) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了优选沥青混合料高温性能的简单性能试验(simple performance test, SPT)的评价指标,通过SPT复模量试验和重复荷载试验对交通运输部公路科学研究院足尺路面试验环道(full-scale test circular track in Research Institute of Highway, Ministry of Transport, RIOHTrack)所用7种中面层沥青混合料、AC-20的高温性能进行了评价。采用动态模量、车辙因子、流变次数、永久应变与流变次数之比及永久应变斜率5个评价指标,基于幂函数关系对相同及不同试验间的评价指标进行拟合,分析各个指标间的相关性。研究结果表明:SPT试验能有效评价沥青混合料的高温性能,根据各个指标间相关性判定系数综合平均值的大小,优选出车辙因子及永久应变斜率作为中面层沥青混合料高温性能的评价指标,相应的评价结果具有良好的一致性。

    • 掺钢渣沥青混合料AC-13配合比优化设计

      2021, 18(1):24-32. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.004

      摘要 (62) HTML (0) PDF 4.64 M (197) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探讨萍钢钢渣在沥青路面中的应用,在对钢渣物理力学性能和化学成分进行检验和分析后,设计了用钢渣替代部分石灰岩的沥青混合料AC-13,并对其进行了路用性能的试验研究。首先以沥青混合料体积参数为优化目标进行正交试验。优选的最佳组合为:沥青混合料的高温稳定性及水稳定性均得到了不同幅度的提升。当钢渣掺量为75%时,沥青混合料动稳定度提高了43%,残留稳定度提高了3.1%,残留强度比提高了3.7%。当钢渣掺量为50%时,沥青混合料疲劳寿命延长了10.1%。最后以综合路用性能最佳为优化目标,确定了设计掺钢渣沥青混合料AC-13的钢渣掺量为50%~75%,级配曲线为级配2。

    • 温拌高模量沥青混合料性能试验研究

      2021, 18(1):33-39. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.005

      摘要 (25) HTML (0) PDF 3.38 M (88) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对沥青路面的车辙病害以及热拌施工产生的环境污染问题,设计出了一种温拌高模量沥青混合料。通过黏度试验、软化点试验以及延度试验分析了两种温拌剂的适用性;通过车辙试验、低温小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验对高模量沥青混凝土的路用性能进行了研究;开展了热拌和温拌两种工艺的对照试验,对比分析了温拌工艺对高模量沥青混凝土路用性能的影响。结果表明:有机蜡类温拌剂能够提高SBS沥青的软化点以及60℃旋转黏度,但对于5℃延度有不利影响;有机蜡类温拌沥青混合料HMAC-13的动稳定度比热拌沥青混合料HMAC-13的稍有降低,但降幅不大;有机蜡类温拌沥青混合料HMAC-13的抗弯拉强度和劲度模量比热拌沥青混合料HMAC-13的高,但其极限破坏应变略小于热拌沥青混合料HMAC-13的;有机蜡类温拌沥青混合料HMAC-13浸水马歇尔残留强度以及冻融劈裂强度均大于热拌沥青混合料HMAC-13的,表明其水稳定性优于传统热拌沥青混合料HMAC-13的。

    • >管理科学与工程
    • 管理者与乘客相互影响下的响应型接驳公交协调优化

      2021, 18(1):40-48. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.006

      摘要 (49) HTML (0) PDF 4.08 M (194) 评论 (0) 收藏

      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。

    • 基于EAST和STAMP的高坠事故社会网络分析

      2021, 18(1):49-57. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.007

      摘要 (44) HTML (0) PDF 4.87 M (164) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究在建筑施工过程中发生高坠事故的影响因素及其与施工主体之间的社会网络关系,提取2013-2019年207份高坠事故调查报告中的相关数据,将系统理论事故建模与过程模型(systems-theoretic accident model and processes,STAMP)的控制结构与系统团队合作的事件分析模型(event analysis of systemic teamwork,EAST)的框架相结合,构建了高坠事故系统的社交网络、任务网络、信息网络、控制网络及复合网络模型。通过社会网络相关指标,找到各个网络的关键节点以及最容易导致高坠事故的组合节点。研究结果表明:网络之间的节点具有较强的联系,施工单位、施工人员、教育培训不足、未佩戴安全物品等节点处于网络的核心位置,施工单位和教育培训不足组合是导致高坠事故最典型的组合。

    • 基于累积前景理论的通勤出行联合决策模型

      2021, 18(1):58-65. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.008

      摘要 (69) HTML (0) PDF 3.43 M (66) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究不确定交通环境下的通勤出行决策行为,考虑出行者的有限理性,基于累积前景理论构建了出发时刻、路径的联合决策模型。该模型包含3个参考点,即可接受的最早、最晚到达时间和行程时间,且风险偏好系数考虑了行程时间的可靠性及参考点的影响。基于所选取的参考点计算价值函数与权重函数,并依据前景值最大确定出行方案。算例研究结果表明:靠度要求高的通勤人群偏向于在较晚的时间出发、选择风险较小的路径出行;可靠度要求低的通勤人群偏向于在较早的时间出发、选择行程时间较短的路径出行。本研究的成果可为动态路径诱导以及交通需求管理措施的效果评估提供一定的理论依据。

    • >电气、机械与动力工程
    • 一种新的多输入多输出柔顺机构拓扑优化方法

      2021, 18(1):66-78. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.009

      摘要 (48) HTML (0) PDF 5.87 M (194) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对多输入多输出柔顺机构的输出位移最大化拓扑优化问题,提出了一种新的拓扑优化求解方法。首先,引入柔顺度的小量变化约束函数来处理柔顺机构拓扑优化的病态载荷问题和类铰链问题。基于传统界限公式法思路,通过一个界限变量将多个输出位移最大化目标等效转化为多个约束条件,构建了一种新的多输入多输出柔顺机构拓扑优化的界限公式模型。然后,结合变体积约束限技术、密度过滤技术、Heaviside映射技术、固体各向同性材料插值方法及光滑对偶求解算法,提出了一种新的多输入多输出柔顺机构拓扑优化方法。算例计算结果表明:相对于现有方法,本研究提出的方法获得的最终拓扑不仅清晰,不含类铰链,且具有更大的输出位移。

    • 当量比条件下的掺氢汽油机冷启动工况三维数值模拟

      2021, 18(1):79-86. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.010

      摘要 (67) HTML (0) PDF 3.41 M (339) 评论 (0) 收藏

      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。

    • 桩基动力学模型参数反演识别方法

      2021, 18(1):87-94. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.011

      摘要 (114) HTML (0) PDF 2.92 M (356) 评论 (0) 收藏

      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。

    • 基于混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计

      2021, 18(1):95-101. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.012

      摘要 (179) HTML (0) PDF 3.17 M (414) 评论 (0) 收藏

      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。

    • 武汉市梅雨季节农村住宅建筑围护结露影响因素

      2021, 18(1):102-110. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.013

      摘要 (44) HTML (0) PDF 4.25 M (185) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探索建筑参数和居住者行为模式对武汉市梅雨季节农村住宅建筑围护结露的影响,基于试验验证,考虑窗墙比、外墙反射率、窗户开启模式和外墙保温层等因素,采用建筑热环境设计模拟工具包(designer's simulation toolkit, DeST)模拟了武汉市农村住宅室内热湿环境,采用结露率分析了梅雨季节建筑围护结露的情况。研究结果表明:武汉市农村住宅不宜盲目追求自然采光,窗墙比宜取为0.6。当气温急剧升高时保持窗户关闭可以有效缓解结露问题。从防止结露角度考虑,武汉农村住宅不宜增设外墙保温层。

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