《长沙理工大学学报(自然科学版)》

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  • 1  基于混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计
    刘 鑫,张远洋
    2021, 18(1):95-101. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.012
    [摘要](179) [HTML](0) [PDF 3.17 M](414)
    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。
    2  桩基动力学模型参数反演识别方法
    雷正保,邢 欢,孙汉正
    2021, 18(1):87-94. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.011
    [摘要](114) [HTML](0) [PDF 2.92 M](356)
    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。
    3  基于 HHM-RFRM 的地铁隧道施工安全风险情景识别
    陈 赟,陈玉斌
    2021, 18(1):7-15. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.002
    [摘要](94) [HTML](0) [PDF 4.31 M](345)
    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。
    4  埋入式传感器与沥青混合料的交互影响研究
    刘朝晖,夏红卫,柳 力
    2021, 18(1):1-6. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.001
    [摘要](107) [HTML](0) [PDF 3.57 M](341)
    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。
    5  当量比条件下的掺氢汽油机冷启动工况三维数值模拟
    李岳林,童 鹏,张子涵
    2021, 18(1):79-86. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.010
    [摘要](67) [HTML](0) [PDF 3.41 M](339)
    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。
    6  沥青混合料劈裂疲劳损伤力学特性多尺度研究
    李友云,陈佳,王硕,黄淼,黄开
    2022, 19(1):1-11. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.001
    [摘要](293) [HTML](0) [PDF 3.00 M](241)
    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。
    7  钢丝网加筋新老路面结合部抗拓宽路基差异沉降的数值模拟
    祝建华,吕茂丰,查旭东,刘浩军
    2021, 18(4):1-8. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.04.001
    [摘要](75) [HTML](0) [PDF 3.84 M](219)
    摘要:
    为了确定RoadMesh钢丝网加筋新老路面结合部的合理层间设置位置,以抵抗由拓宽路基差异沉降引起的沥青路面上部反弯破坏作用,依托实际老路拓宽工程,选取沥青面层之间(方案一)、基面层之间(方 案二)和基层之间(方案三)3种层间加筋方案,设定新路肩外缘下方新路基表面产生10mm最大差异沉降 脱空值,通过相应的三维有限元建模和数值模拟,对比分析了RoadMesh钢丝网加筋前后及不同层间加筋方 案拓宽沥青路面结构的力学响应。研究结果显示:结合部附近的路表最大拉应力峰值和双轮轮隙中心路表弯沉值可作为拓宽沥青路面结构抗拓宽路基差异沉降的主要控制指标,各方案下二者模拟结果的排序均为方案一<方案二<方案三<未加筋,其中方案一的两个指标比未加筋方案的分别降低了53.4%和60.6%。表明在新老路面结合部用RoadMesh钢丝网加筋能够显著提高拓宽沥青路面结构的抗拓宽路基差异沉降的 能力,且加筋层间越靠近路表,其抗反弯破坏作用的加筋效果越显著,因此面层之间为最佳加筋层间,基面层 之间为适宜的加筋层间。研究结果可供拓宽沥青路面加筋设计参考。
    8  织构对挤压态AZ80和AZ31镁合金力学性能及各向异性的影响
    邱 玮,周 兵,黄伟颖,陈 荐,彭 林
    2021, 18(4):108-117. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.04.013
    [摘要](45) [HTML](0) [PDF 4.70 M](218)
    摘要:
    为研究微观组织对镁合金力学性能及各向异性的影响,通过拉伸试验、电子背散射衍射 (electron back scatter eddiffraction,EBSD)技术研究挤压态AZ80,AZ31镁合金。结果表明:经过热挤压 后,铸态AZ80,AZ31镁合金呈现的主要织构组分分别为{0001}<10-10>、{0001}<10-10>和{11-20}<0001>。 由于织构不同和孪晶的作用,室温下这两种镁合金在拉伸荷载作用下呈现出不同的力学性能及各向异性的特征。且由于β相含量的差异,与AZ31镁合金相比,AZ80镁合金呈现出更高的强度和更小的延伸率。
    9  考虑地震荷载的框架结构拓扑优化设计
    荣见华,李政威,赵志军,赵 磊
    2021, 18(4):74-82. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.04.009
    [摘要](47) [HTML](0) [PDF 4.08 M](214)
    摘要:
    为研究考虑地震荷载的框架结构拓扑优化设计,引入改进的多项式刚度矩阵惩罚模型和基于低阶 模态能的伪模态识别准则和删除措施,综合解决了伪模态问题和惯性荷载作用下结构低密度区域的寄生效 应问题;采用Heaviside函数建立了设计变量与物理变量之间的映射关系,并构建了地震荷载作用下以结构 模态柔顺度总和最小为目标函数、满足体积约束的框架结构拓扑优化模型;采用移动渐近线方法对优化模型进行了求解。算例的计算结果表明:采用本研究提出的方法可以得到清晰的0/1分布的优化拓扑,且结构的设计域质量对优化结果有很大的影响,这验证了本研究方法的正确性和有效性。
    10  RIOHTrack 中面层沥青混合料高温性能 SPT 试验
    查旭东,樊小林,刘安辉,王旭东
    2021, 18(1):16-23. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.003
    [摘要](54) [HTML](0) [PDF 3.55 M](213)
    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。
    11  基于NE25IM的带洞面目标之间拓扑关系研究
    赵彬彬,王 倩,汤 鑫,张宏奎,唐忠立
    2021, 18(4):61-73. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.04.008
    [摘要](42) [HTML](0) [PDF 4.86 M](207)
    摘要:
    针对25交模型未对带洞面目标的交集成分进行深入分析与精细表达,导致其对带洞面目标边界之间复杂交互细节表达能力不足的问题,提出了基于节点的扩展25交模型(node-based extended 25 intersection model,NE25IM)。在25交模型的基础上,将带洞面目标之间交点、交线及交面的个数、节点贡献值和结点度等定量化元素引入 NE25IM,以扩展表达矩阵中的交集非空元素,达到对带洞面目标之间拓扑关系精细化表达的目的。利用 NE25IM 描述了带洞面目标(包括带1个洞和2个洞的情况)之间相接、相交、覆盖和包 含4种基本拓扑关系,并分析了带洞面目标交集成分的计算过程。最后,通过案例分析验证了 NE25IM 的优势和带洞面目标内洞的数目的变化规律的现实意义。结果表明:NE25IM能更直接、精确地表达带洞面目标边界之间复杂的交互细节,这说明带洞面目标内洞的数目差异导致的模型表达上的数值差异与洞的形状和数目有关,且带洞面目标之间子集组合的表达差异因拓扑关系类型的不同而不同。
    12  基于交集成分细分的面/面目标拓扑关系扩展模型
    赵彬彬,汤 鑫,唐忠立,王 安
    2021, 18(2):66-75. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.02.009
    [摘要](48) [HTML](0) [PDF 4.36 M](198)
    摘要:
    由于四交、九交拓扑关系模型未对空间目标的相交细节进行深入分析和详细表达,导致其对面/面目标基本拓扑关系复杂情形的区分能力不足。为此,以四交模型和九交模型为基础,引入空间目标之间交点个数、交线条数、节点贡献值等定量、半定量化元素,扩展其表达矩阵中的交集非空元素,构建基于空间目标交集成分细分的面/面目标拓扑关系扩展模型。剖析了面/面目标之间拓扑相接、拓扑相交和拓扑覆盖3类基本关系的多个复杂情形,分析了基于交集成分细分的拓扑关系模型扩展方法及对复杂拓扑关系分析的计算过程。最后,利用实例分析验证了扩展模型的有效性及优势。结果表明:扩展模型对面/面目标之间基本拓扑关系复杂情形的细节表达得更加准确、直观,同时也增强了拓扑关系模型的定量化、半定量化表达能力。
    13  掺钢渣沥青混合料AC-13配合比优化设计
    刘明金,柯 望,李闯民
    2021, 18(1):24-32. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.004
    [摘要](62) [HTML](0) [PDF 4.64 M](197)
    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。
    14  基于模糊机会约束规划和鲁棒优化的 绿色多式联运路径优化研究
    柳伍生,肖必弘
    2022, 19(1):96-104. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.01.012
    [摘要](64) [HTML](0) [PDF 1.05 M](195)
    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。
    15  管理者与乘客相互影响下的响应型接驳公交协调优化
    王正武,姜宁宇,谭 笑
    2021, 18(1):40-48. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.006
    [摘要](49) [HTML](0) [PDF 4.08 M](194)
    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。
    16  一种新的多输入多输出柔顺机构拓扑优化方法
    荣见华,彭罗,易继军,曹浩
    2021, 18(1):66-78. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.009
    [摘要](48) [HTML](0) [PDF 5.87 M](194)
    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。
    17  聚酯纤维对橡胶改性沥青混凝土性能的影响
    周志刚,蔡扬发,谭 军
    2021, 18(2):1-8. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.02.001
    [摘要](44) [HTML](0) [PDF 4.08 M](192)
    摘要:
    在沥青混凝土AC-13中掺加不同掺量(0.15%,0.25%,0.35%)的聚酯纤维,对比分析橡胶沥青混凝土的路用性能、强度疲劳性能和表面性能随聚酯纤维掺量的变化规律。结果表明:随着聚酯纤维掺量的增加,沥青混凝土AC-13的性能得到显著提升。当聚酯纤维掺量为0.20%时,其大部分性能指标达到峰值,之后随聚酯纤维掺量的继续增加而逐渐衰减。说明过多的聚酯纤维会增加沥青混凝土 AC-13的内部缺陷。
    18  水-温耦合作用对高模量沥青混合料性能的影响
    宁 毅,李文凯,刘向杰
    2021, 18(2):16-25. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.02.003
    [摘要](44) [HTML](0) [PDF 4.03 M](191)
    摘要:
    为研究RA,PR.M和BRA 3种高黏剂对沥青混合料路用性能的影响,对水-温耦合作用下的工程上常用的 AC-13C和 AC-20C两种密级配沥青混合料展开了研究。从矿料级配类型、高黏剂、含水率、试验温度等方面对高模量沥青路面的高温抗车辙性能、抗疲劳性能进行了研究。结果表明:当级配类型相同时, 高黏剂的种类及掺量对沥青混合料最佳油石比的影响不大。在相同条件下,AC-20C沥青混合料的吸水率及高温抗车辙能力明显大于 AC-13C沥青混合料的,且掺入 RA 高黏剂的沥青混合料的高温抗车辙能力整体最优。随着试验温度的升高、加载应力及吸水率的增大,沥青混合料 AC-13C和 AC-20C的疲劳寿命均有所缩短;在低温、低应力条件下,AC-13C 沥青混合料的疲劳寿命长于 AC-20C沥青混合料的。
    19  基于结构方程模型的装配式混凝土建筑增量成本控制研究
    杨玉胜,邹新雨
    2021, 18(3):55-61. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.03.007
    [摘要](44) [HTML](0) [PDF 3.39 M](186)
    摘要:
    装配式建筑增量成本是制约装配式建筑发展的关键因素。为有效实现装配式建筑的推广,以装配 式混凝土建筑增量成本为研究对象,从混凝土预制(precastconcrete,PC)构件的设计、生产、运输和安装4个 方面出发,通过文献研究法筛选出影响装配式混凝土建筑增量成本的14个因素;发放调查问卷,用收集到的 有效数据构建结构方程模型(structuralequationmodel,SEM),并对装配式混凝土建筑增量成本的影响因素 进行评价分析;针对关键影响因素提出控制增量成本的措施。研究结果表明:装配式混凝土建筑增量成本受 信息化技术、PC构件生产规模、PC构件装载方案、施工工艺水平的影响较为显著。
    20  武汉市梅雨季节农村住宅建筑围护结露影响因素
    何叶从,周 欢
    2021, 18(1):102-110. DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.013
    [摘要](44) [HTML](0) [PDF 4.25 M](185)
    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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