长沙理工大学学报(自然科学版)
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    【目的】进一步研究膨胀土抗剪强度的影响因素,深入探讨膨胀土最本质的膨胀特性对抗剪强度的影响机理。【方法】在总结国内外膨胀土抗剪强度特性主要研究成果的基础上,将膨胀土抗剪强度的影响因素归纳到膨胀土的胀缩性、裂隙性和超固结性三种特殊性质中。基于非饱和土抗剪强度理论,针对膨胀土膨胀前后有效抗剪强度指标的变化做出了科学假说,并采用改进的直剪试验装置和激光粒度仪进行了试验验证。【结果】膨胀土抗剪强度的变动性与自身的三种特殊性质密不可分;饱和直剪试验中有效黏聚力与有效内摩擦角均随干密度的减小而呈双曲线下降趋势;膨胀土膨胀后粒径小于0.1 mm的颗粒含量明显增加,且干密度越大,其累积含量变化越大。【结论】膨胀土强度衰减的微观机制是膨胀土固相颗粒在晶格膨胀作用下产生破碎与分离,使颗粒级配发生改变,这是造成膨胀土强度指标出现差异的重要因素。
    2023,20(6):17-26, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220609001
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    【目的】解决东北地区低液限粉土路基出现的翻浆、冻胀等不良工程问题。【方法】采用一种基于水玻璃的新型三聚磷酸铝(aluminum tripolyphosphate,AT)固化剂对低液限粉土进行改良。对AT固化土开展无侧限抗压强度试验,并将养护了28 d的AT固化土与水玻璃固化土进行对比;开展冻融循环试验,通过X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)与扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)试验进一步探究了AT固化土强度形成及耐冻融性能的微观机理。【结果】AT固化土的无侧限抗压强度随固化剂掺量、压实度及养护龄期的增加而升高;不同固化剂掺量的AT固化土的无侧限抗压强度在7次冻融循环后趋于平稳;与水玻璃相比,AT固化剂能产生更多的凝胶物质,反应所产生的硅酸凝胶、硅酸铝盐等能有效改善粉土的耐水性能,增大其无侧限抗压强度。【结论】与水玻璃相比,AT固化剂更能提高粉土的耐冻融性能,AT固化土具有更好的力学性能。
    2023,20(6):27-38, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230420001
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    【目的】合理利用膨胀土作为普速铁路路堤填料,验证膨胀土直接用于路堤非动力区的可行性。【方法】通过室内击实试验和有荷膨胀试验获取了膨胀土的路用特性及膨胀性相关参数,并基于平衡含水率理论计算膨胀土路堤在运营期的竖向变形量,据此提出膨胀土的压实控制标准。为防止边坡发生浅层破坏,提出了对膨胀土路堤边坡进行土工格栅加筋处理的填筑方案,并在现场修筑试验段埋设监测元件开展现场监测,以验证该填筑方案的可行性。【结果】膨胀土填筑时应根据其湿法击实曲线中93%最大干密度所对应的湿侧含水率作为压实控制含水率;土工格栅加筋处置方案不仅可以利用格栅的弹性变形来释放膨胀土增湿产生的部分膨胀力,同时也可以约束膨胀土的湿胀变形,从而确保边坡的稳定;在接近一年的运营后,路堤沉降量基本稳定在37.0 mm左右,满足规范要求。【结论】本研究可为普速铁路膨胀土路堤填筑提供参考,以促进铁路行业的科技进步。
    2023,20(6):39-48, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20221219002
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    【目的】为缓解修筑水泥稳定碎石基层对天然细集料的需求,并解决废线路板非金属材料难以处理的问题。【方法】采用废线路板非金属材料(non-metallic materials recycled from waste printed circuit boards,NWPCB)等体积代替水泥稳定碎石中粒径为0~0.075 mm和0.6~1.18 mm的细集料,并掺入丁苯乳液以优化NWPCB-水泥稳定碎石的性能。通过干缩试验、温缩试验、冻融循环试验和干湿循环试验,分析NWPCB的掺入对水泥稳定碎石抵抗温湿作用损坏能力的影响,并研究丁苯乳液改性NWPCB-水泥稳定碎石的效果。【结果】NWPCB-水泥稳定碎石的平均干缩系数较普通水泥稳定碎石的增加了5.4%,平均温缩系数较普通水泥稳定碎石的减小了4.8%,但是经过冻融循环和干湿循环后,两者的28 d无侧限抗压强度残留值均高于90%。此外,经丁苯乳液改性的NWPCB-水泥稳定碎石较未改性的NWPCB-水泥稳定碎石具有更好的抗温湿性能。【结论】掺入NWPCB的水泥稳定碎石仍具有较好的抗温湿性能,且丁苯乳液能起到优化作用。
    2023,20(6):49-57, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20221209003
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    【目的】分析风化花岗片麻岩砂类土非饱和抗剪强度随含水率和压实度的变化规律。【方法】以皖西大别山区典型风化花岗片麻岩砂土填料为研究对象,采用静压成型法制备该砂类土20种不同含水率和压实度组合状态的非饱和试样,通过室内大型直剪试验分析含水率和压实度对其抗剪强度参数的影响,回归建立相应的综合关系模型,并验证其预估精度。【结果】在相同压实度下,土样黏聚力和内摩擦角分别与含水率比值(含水率与最佳含水率之比)成显著的单峰左偏态高斯型函数关系和幂函数负相关性;在相同含水率下,黏聚力和内摩擦角均与压实度成显著的对数函数正相关关系;所建立的抗剪强度参数与含水率、压实度之间的综合关系模型具有较高的预估精度。【结论】预估模型可用于预测该砂类土的似黏聚力强度特性,并可供同类土体强度参数建模参考。
    2023,20(6):58-68, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230726003
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    【目的】蜡含量对沥青的路用性能影响大,准确测量和限制沥青中的蜡含量至关重要。常用试验方法存在误差和操作不便等问题,并难以揭示蜡结晶的本质。本文从理论角度构建了沥青中蜡结晶的预测模型。【方法】以SHRP(strategic highway research program)材料参考库的两种沥青为研究对象,将沥青视为固液两相系统,通过与变温傅里叶变换红外光谱(variable temperature Fourier transform infrared spectroscopy,VT-FTIR)试验结果进行比较,基于相平衡理论和正规溶液模型构建了蜡析出模型。【结果】用参数a考虑正构烷烃熔化热的分支效应,参数c考虑芳香分的影响,当参数a取0.3,c取0.6时,模型预测的蜡析出温度(wax precipitation temperature,WPT)和蜡析出曲线(wax precipitation curve,WPC)与试验结果基本吻合。正构烷烃的组成碳数越大,含量越多,蜡析出趋势越明显。芳香分含量的增加会导致蜡析出温度升高。【结论】通过将沥青组分划分为P(正构烷烃)、N(异构烷烃)、A(芳香分),使基于热力学和正规溶液理论构建蜡含量预测模型成为可能,熔点、熔化焓和溶解度等热力学参数的计算对预测结果有很大的影响。正构烷烃和芳香分通过影响沥青组分之间的相容性,从而对蜡析出产生影响。
    2023,20(6):69-79, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230724001
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    【目的】通过对不同温度下道路内部的应力变化情况进行分析,探究沥青路面反射裂缝开裂的影响因素。【方法】首先,选取半刚性基层底部反射裂缝为研究对象,以反射裂缝尖端的应力强度因子和J积分为评价指标;然后,基于有限元法建立广义Maxwell模型,分析温度作用下道路内部的应力变化;最后,探究不同轮胎接地压力、行车速度以及温度-行车荷载耦合作用下半刚性基层反射裂缝尖端评价指标的变化规律。【结果】根据评价指标对比,当行驶速度由30 km/h增大至150 km/h时,Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子的最大值分别减小了2.79%和5.62%;与行驶速度150 km/h相比,30 km/h所对应的J积分增大了18.0%;当轮胎接地压力由0.5 MPa增大至1.3 MPa时,Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子的最大值均增大了160%,J积分增大了6.5倍,说明轮胎接地压力对反射裂缝应力强度因子的影响程度更大;车-温耦合状态下Ⅰ型应力强度因子均大于Ⅱ型应力强度因子,沥青路面基层横向反射裂缝为Ⅰ型开裂主导的复合型裂缝;J积分在低温-荷载情况下的数值大小为3.6×10-3 N/m,其数值明显比高温-荷载及荷载单独作用时的大。【结论】低温和超载对路面反射裂缝扩展的影响最显著,冬季应加强对沥青路面反射裂缝的检测。
    2023,20(6):80-90, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220415001
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    【目的】获得抗滑性能优良的改性乳化沥青微表处混合料。【方法】通过正交试验设计探究集料级配、改性乳化沥青掺量、外加水用量等因素对微表处混合料性能的影响;利用湿轮磨耗仪模拟道路交叉路口行车对路面的搓揉作用,进一步分析集料级配对微表处混合料抗滑衰变规律的影响。【结果】改性乳化沥青掺量、外加水用量和级配均对混合料的性能有不同程度的影响;微表处混合料的最优配比为:改性乳化沥青掺量和外加水用量分别为14%和10%,矿料级配为级配2。【结论】所制备的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene butadiene styrene,SBS)改性乳化沥青混合料具有优良的抗滑性能,可广泛应用于沥青路面的养护中。
    2023,20(6):91-99, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220417001
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    【目的】论证公称最大粒径为7 mm的半开级配沥青混合料BK-7的路用性能。【方法】对BK-7混合料的矿料组成进行了设计,并在其纤维掺量为0.4%的情况下,通过谢伦堡析漏和肯塔堡飞散试验确定了SBS改性沥青的用量。同时,对9%、11%、13%三种空隙率的BK-7混合料进行了单轴贯入试验、低温弯曲试验以及浸水马歇尔稳定度试验,并将其与SMA-5、AC-5、OGFC-5沥青混合料的性能进行比较。此外,还对经过酸性溶液浸泡过的空隙率为11%的BK-7混合料进行了飞散和马歇尔试验。【结果】空隙率为9%的BK-7混合料路用性能最好,抗车辙性能最优,且低温抗裂性能和水稳定性能与SMA-5、AC-5沥青混合料的相当;空隙率为11%的BK-7混合料在pH=4的酸雨溶液中浸泡两个周期(“浸泡7 d、自然干燥1 d”为一个周期)后,其马歇尔稳定度与肯塔堡飞散损失仍能满足相应的规范要求。【结论】掺纤维且采用SBS改性沥青的空隙率为9%的BK-7沥青混合料的路用性能具有比较优势,在温度较高的华南地区有一定的工程应用价值。
    2023,20(6):100-108, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220523001
    摘要:
    【目的】研究苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-butadiene-styrene block copolymer ,SBS)与聚氨酯(polyurethane, PU)复合改性沥青混合料的路用性能。【方法】采用2.0%SBS与不同掺量(4.0%、6.0%、8.0%)的PU制备复合改性沥青,并使用这种改性沥青制备密级配沥青混合料AC-13,通过开展马歇尔试验、车辙试验、低温弯曲蠕变试验评价沥青混合料的高温抗车辙、低温抗裂、水稳定性,同时制备4.0%SBS改性沥青混合料和6.0%PU改性沥青混合料作为对照组。【结果】SBS/PU复合改性沥青混合料能够满足沥青路面的路用性能要求。其中,2.0%SBS+6.0%PU复合改性沥青混合料的动稳定度较基质沥青混合料、4.0%SBS改性沥青混合料、6.0%PU改性沥青混合料的分别提升144%、19%、52%,SBS/PU复合改性沥青混合料的高温稳定性较对照组有所提升,水稳定性与对照组相当,低温性能的改善效果不明显。【结论】综合考虑改性效果和经济性, SBS/PU复合改性沥青混合料的最佳掺量为2.0%SBS+6.0%PU。
    2023,20(6):109-118, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230524001
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    【目的】为了满足用户对低能耗、轻量化电梯轿厢模块化结构的快速定制化需求,搭建了一种“互联网+”轿厢模块化结构变异设计框架。【方法】首先,在B/S架构下,采用Vue技术开发用户自定义设计数据采集前端,获取用户定制化设计需求,并通过Springboot技术开发模块化结构变异设计后端,搭建前后端分离的Web框架,实现前后端数据的双向绑定。其次,在后端引入一种考虑应力约束的高比刚度拓扑优化设计方法,以轿厢结构强度和体积分数为用户自定义约束条件,以轿厢模块化结构刚度最大化为优化目标,采用移动渐进线优化算法为求解器,驱动轻量化电梯轿厢模块化结构的快速定制化变异设计。然后,在优化方法中引入Heaviside函数,以保证设计结果具有清晰的几何边界。最后,以某型背包电梯轿厢架为例,在用户自定义界面设定轿厢结构的几何与力学边界参数,开展创新型轻量化轿厢架结构的变异设计,并对其进行有限元仿真分析。【结果】在给定设计需求的前提下,结构变异过程稳定、收敛性强,所设计的结构几何边界清晰;在相同的力学边界条件并满足材料的2倍最小安全系数条件下,所设计的轿厢架结构的质量比原有结构的下降了16.09%,其结构变形满足实际应用需求,其比刚度得到了显著提升,验证了所搭建结构变异设计框架的有效性。【结论】所搭建的设计框架能在保证结构强度的前提下提高结构的比刚度,可有效应用于轻量化电梯轿厢模块化结构的快速定制化设计,缩短了轿厢模块化结构的设计周期,丰富了轿厢模块化结构的设计手段。
    2023,20(6):119-127, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220114001
    摘要:
    【目的】研究单晶GaN微纳米量级下的力学性能与切削特性,为微纳制造提供理论基础和数据支撑,也为半导体硬脆材料的超精密加工提供技术依据。【方法】通过纳米压入和变载、恒载纳米刻划试验,研究单晶GaN的纳米力学性能,分析其在变载纳米刻划过程中的材料去除机制,探讨恒载刻划参数对材料表面切削特性的影响。【结果】单晶GaN的硬度和弹性模量的均值分别为6.06、92.90 GPa,弹性回复率和弹性能回复率均随压入载荷的增加而降低;材料弹塑性转变与脆塑性转变的临界载荷分别约为390、1 200 mN;切削力与摩擦系数均随刻划速度、法向载荷的增加而增大。【结论】在390~1 200 mN法向载荷加载范围内,单晶GaN能够被塑性域去除,减少刻划过程中的脆性断裂损伤,提高加工表面的质量。
    2023,20(6):128-139, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230215001
    摘要:
    【目的】为获得准确可靠的超短期电力负荷预测结果以满足电力系统快速响应和实时调度的需要,考虑到电网负荷数据非线性、时序性等特征,提出一种基于曲线特征聚类与信息聚合的电力负荷超短期区间预测方法。【方法】首先,考虑负荷曲线的局部波动特征和整体趋势特征,将电力负荷曲线分为不同类别;然后,将高斯过程回归模型作为表征负荷整体趋势的预测模型,并将基于分位数的双向长短期记忆神经网络作为表征负荷局部波动的预测模型;最后,引入聚合思想,将Choquet积分算法作为聚合函数,对上述两种预测模型的结果进行聚合。【结果】所提预测方法有效实现了考虑多种特征的日负荷曲线的聚类;对单一模型的预测结果进行聚合,得到了不同场景下各置信度的区间预测结果。通过算例分析,所提预测方法的可靠性指标比上述两个单一预测模型的分别平均提高了14.70%、10.81%,综合性能分别平均提高了3.14%、15.55%。【结论】算例结果表明,与常见负荷概率预测方法和单一预测模型相比,所提方法在预测精度和可靠性上均有显著提高。此外,聚类方法和信息聚合思想的引入有助于预测模型精度的提升。
    2023,20(6):140-148, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220413001
    摘要:
    【目的】探究翅管式蒸发器超声除霜作用机制不明的问题。【方法】通过显微可视化方法得到冷表面上结霜过程和结霜规律,在此基础上建立超声除霜理论模型;利用有限元软件COMSOL计算出霜晶体共振频带及超声振动在霜晶体上激发的剪切应力值,并将该结果与霜晶体最大黏附应力进行比较,从理论上说明超声高频振动除霜技术的可行性;在风冷冰箱蒸发器上搭建超声除霜试验台,通过激光测振仪获得超声高频振动下蒸发器振动数值、实际除霜效果,并和数值仿真结果进行对比。最后对超声除霜能耗进行分析。【结果】超声高频振动激发的界面应力明显大于霜晶体与冷表面之间的黏附应力0.4 MPa,显著降低了霜晶体的力学性能,使得霜晶体松动脱落;换热器上最优的超声加载模式为间歇式加载,间歇时间受环境温湿度影响,环境湿度越高,间歇时间越短,反之则越长。【结论】超声除霜能耗约为传统热除霜能耗的1/4,具备了工程应用的可行性。
    2023,20(6):149-158, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220419001
    摘要:
    【目的】优化车道线检测结果中的噪声区域,提高边缘分割精度。【方法】提出一种深度学习算法与后处理方法相结合的新方法;引入全连接条件随机场(Fully Connected CRFs)算法对ENet-SAD算法输出的车道线概率图进行修正,并将概率图与原图进行拟合,得到车道线检测结果;将新的检测算法在自建数据集及CULane数据集上进行训练及测试。【结果】在自建数据集上,新算法在常规、强光、阴影、遮挡4种场景下的F1分数分别为90.0%、73.1%、81.5%、76.6%;在CULane数据集上,该算法在常规场景下的F1达到了91.0%。【结论】所提出的车道线检测算法能适应多类场景,是一种有效的车道线检测算法。
    2023,20(6):159-169, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.202200504001
    摘要:
    【目的】针对车辆轨迹跟踪过程中车辆横向稳定性和跟踪精度的多目标控制问题,提出一种基于可拓集合的车辆轨迹跟踪与横向稳定性协同控制策略。【方法】建立了包含车辆轨迹跟踪精度和横向稳定性的统一车辆模型,基于滑模控制策略建立上层控制器,实时计算能够实现车辆轨迹跟踪的前轮转角和改善横向稳定性的直接横摆力矩。结合可拓集合理论,提出了轨迹跟踪精度和横向稳定性两个控制权重的自适应调整方法,以实现两个控制目标的协同控制。利用分布式驱动电动汽车四个车轮转矩可独立控制的优势,提出了最大化路面附着极限利用率的车轮转矩分配控制策略,以达到可靠实现直接横摆力矩的目的。【结果】基于MATLAB/Simulink和CarSim的联合仿真,验证了所提出的协同控制策略在确保车辆精确跟踪轨迹的同时,改善了车辆的横向稳定性。【结论】仿真结果证明,基于车辆横向稳定性指标的可拓距能准确地评价车辆的横向稳定性,提出的轨迹跟踪精度与横向稳定性控制权重自适应调整方法能协同控制两个目标,转矩分配控制策略能可靠实现直接横摆力矩。
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      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。
      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。
      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。
      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。
      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。
      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150 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2388%,地下连续墙的最大水平位移减小了1919%。【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。
      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。
      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。
      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。
      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。
      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。
      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。
      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。
      2021,18(4):108-117, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.04.013
      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。
      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。
      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。
      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。
      2021,18(1):102-110, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.013
      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。
      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。
      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。

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