《长沙理工大学学报（自然科学版）》
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2023,20(2):1-9, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20221019002
摘要：
【目的】当田口方法用于产品可靠性改进时，作为响应变量的寿命的观测数据通常是截尾的。对于截尾数据，田口数据分析方法不再适用，需寻求新的数据处理方法解此问题。【方法】提出威布尔分位函数近似法估计右截尾时间的中位剩余寿命，并用截尾时间和中位剩余寿命之和代替右截尾寿命，从而将不完全数据变换为完全数据，进而完成田口数据分析。【结果】通过两个仿真数例，说明了采用所提出方法得到的中位剩余寿命估计是相对精确的、稳健的；通过一个实例，说明了该方法的有用性。【结论】本文为可靠性改进试验数据分析提供了一个简单有效的数据处理方法。
【目的】当田口方法用于产品可靠性改进时，作为响应变量的寿命的观测数据通常是截尾的。对于截尾数据，田口数据分析方法不再适用，需寻求新的数据处理方法解此问题。【方法】提出威布尔分位函数近似法估计右截尾时间的中位剩余寿命，并用截尾时间和中位剩余寿命之和代替右截尾寿命，从而将不完全数据变换为完全数据，进而完成田口数据分析。【结果】通过两个仿真数例，说明了采用所提出方法得到的中位剩余寿命估计是相对精确的、稳健的；通过一个实例，说明了该方法的有用性。【结论】本文为可靠性改进试验数据分析提供了一个简单有效的数据处理方法。
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。
2023,20(2):27-34, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20221011001
摘要：
【目的】研究多智能体强化学习算法用于多部件生产系统维修优化的有效性，及维修优化领域知识用于强化学习的可行性。【方法】将生产系统的维修决策建模为马尔可夫决策过程（Markov decision process, MDP），并采用一种基于奖励塑造的分布式Q学习（shaped reward distributed Q-learning,SR-DQL）算法对其进行求解。通过对智能体的设计和奖励塑造，把维修优化的领域知识应用于强化学习中。【结果】使用包含5个生产单元和4个缓冲库存的生产系统对本文所提出的SR-DQL算法进行验证。相较于Q学习算法，SR-DQL算法能够提升6%的平均收益。此外，由该算法计算得到的平均收益也比由分布式Q学习算法和深度强化学习算法计算得到的大。【结论】多智能体强化学习能有效处理大规模生产系统的维修优化问题，添加奖励塑造可以提升算法性能，并得到更优的维修策略。
【目的】研究多智能体强化学习算法用于多部件生产系统维修优化的有效性，及维修优化领域知识用于强化学习的可行性。【方法】将生产系统的维修决策建模为马尔可夫决策过程（Markov decision process, MDP），并采用一种基于奖励塑造的分布式Q学习（shaped reward distributed Q-learning,SR-DQL）算法对其进行求解。通过对智能体的设计和奖励塑造，把维修优化的领域知识应用于强化学习中。【结果】使用包含5个生产单元和4个缓冲库存的生产系统对本文所提出的SR-DQL算法进行验证。相较于Q学习算法，SR-DQL算法能够提升6%的平均收益。此外，由该算法计算得到的平均收益也比由分布式Q学习算法和深度强化学习算法计算得到的大。【结论】多智能体强化学习能有效处理大规模生产系统的维修优化问题，添加奖励塑造可以提升算法性能，并得到更优的维修策略。
2023,20(2):35-44, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230115001
摘要：
【目的】探讨自动驾驶汽车的安全性。【方法】首先，通过分析国内外自动驾驶汽车安全研究的现状，并对其进行梳理和总结；然后，归纳自动驾驶无法避免碰撞的原因以及分析错综复杂的车内外环境，对自动驾驶汽车碰撞安全问题的应对策略进行讨论；最后，就自动驾驶汽车碰撞安全技术的提升做出展望。【结果】就目前而言，智能化技术仍然存在许多不成熟的地方，尤其是自动驾驶汽车的安全方面依旧有许多领域需要更多的研究与试验，比如自动驾驶的障碍物识别、路径规划、控制策略以及自动驾驶汽车的内部空间布局等。【结论】自动驾驶技术在汽车上的使用让人们拥有了更安全、更舒适的乘坐体验，研究人员应当牢牢围绕“以人为本”这个理念，关注人的需求，保护人的安全，并围绕该理念设计与发展智能化技术。
【目的】探讨自动驾驶汽车的安全性。【方法】首先，通过分析国内外自动驾驶汽车安全研究的现状，并对其进行梳理和总结；然后，归纳自动驾驶无法避免碰撞的原因以及分析错综复杂的车内外环境，对自动驾驶汽车碰撞安全问题的应对策略进行讨论；最后，就自动驾驶汽车碰撞安全技术的提升做出展望。【结果】就目前而言，智能化技术仍然存在许多不成熟的地方，尤其是自动驾驶汽车的安全方面依旧有许多领域需要更多的研究与试验，比如自动驾驶的障碍物识别、路径规划、控制策略以及自动驾驶汽车的内部空间布局等。【结论】自动驾驶技术在汽车上的使用让人们拥有了更安全、更舒适的乘坐体验，研究人员应当牢牢围绕“以人为本”这个理念，关注人的需求，保护人的安全，并围绕该理念设计与发展智能化技术。
2023,20(2):45-54, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331. 20230101002
摘要：
【目的】鉴别道路交通事故黑点以及探究事故高发区域的致因。【方法】结合地理信息软件与可解释性机器学习算法，提出一种考虑交通事故时空属性的事故黑点识别及致因分析的方法。【结果】事故高发区域主要聚集在大型商业圈、客运车站与工业区附近，其事故密度为事故低发区域的6.61倍。在事故高发区域，起决定性影响的因素是碰撞形态、天气、能见度、车道类型及两轮车类型。而在事故低发区域，碰撞形态、道路等级、能见度、路面材料以及两轮车类型为主要影响因素。此外，路口路段类型、车道类型、两轮车类型以及肇事逃逸等因素在不同事故区域的影响不同。【结论】交通事故在城市内存在事故黑点，且部分道路环境因素在不同事故区域的影响不一致。研究成果可为交管部门针对事故黑点区域制定防范措施提供指导。
【目的】鉴别道路交通事故黑点以及探究事故高发区域的致因。【方法】结合地理信息软件与可解释性机器学习算法，提出一种考虑交通事故时空属性的事故黑点识别及致因分析的方法。【结果】事故高发区域主要聚集在大型商业圈、客运车站与工业区附近，其事故密度为事故低发区域的6.61倍。在事故高发区域，起决定性影响的因素是碰撞形态、天气、能见度、车道类型及两轮车类型。而在事故低发区域，碰撞形态、道路等级、能见度、路面材料以及两轮车类型为主要影响因素。此外，路口路段类型、车道类型、两轮车类型以及肇事逃逸等因素在不同事故区域的影响不同。【结论】交通事故在城市内存在事故黑点，且部分道路环境因素在不同事故区域的影响不一致。研究成果可为交管部门针对事故黑点区域制定防范措施提供指导。
2023,20(2):55-69, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220517001
摘要：
【目的】通过分析洞庭湖三口年断流天数及同流量水位变化情况，研究其与径流量及输沙量之间的相互关系；结合水利工程建设情况，探究人类活动对洞庭湖水沙变化的影响。【方法】基于洞庭湖出入湖主要控制站1961—2017年实测水沙数据，采用Mann-Kendall检验法及Pettitt突变检验法分时段分析洞庭湖出入湖水沙演变特征。【结果】1) 三口年均径流量持续减少，三口年径流量及汛期径流量在1985年左右发生显著突变。三口五站同流量水位抬高明显，三口输沙量随分流量的减少而减少，藕池口的输沙量下降幅度最大，三口总入湖输沙量在1990年发生显著突变；2） 四水径流量未发生明显变化，但年输沙量和汛期输沙量均在1985年以后呈显著减少趋势；3） 洞庭湖出入湖总径流量呈减少趋势，出入湖年输沙量呈显著减少趋势，出湖年输沙量的减少速度相对较慢，尤其是在2008年以后，出湖输沙量比入湖的多。【结论】下荆江裁弯、葛洲坝枢纽、三峡工程以及四水控制性工程的建设是造成洞庭湖水沙过程发生变化的主要原因。其中，三峡水库的运行使得三口分沙及太平口、藕池口非汛期分流量减少幅度达90.0%以上。四水水沙变化受湖南省大中型水库建设的影响较大。
【目的】通过分析洞庭湖三口年断流天数及同流量水位变化情况，研究其与径流量及输沙量之间的相互关系；结合水利工程建设情况，探究人类活动对洞庭湖水沙变化的影响。【方法】基于洞庭湖出入湖主要控制站1961—2017年实测水沙数据，采用Mann-Kendall检验法及Pettitt突变检验法分时段分析洞庭湖出入湖水沙演变特征。【结果】1) 三口年均径流量持续减少，三口年径流量及汛期径流量在1985年左右发生显著突变。三口五站同流量水位抬高明显，三口输沙量随分流量的减少而减少，藕池口的输沙量下降幅度最大，三口总入湖输沙量在1990年发生显著突变；2） 四水径流量未发生明显变化，但年输沙量和汛期输沙量均在1985年以后呈显著减少趋势；3） 洞庭湖出入湖总径流量呈减少趋势，出入湖年输沙量呈显著减少趋势，出湖年输沙量的减少速度相对较慢，尤其是在2008年以后，出湖输沙量比入湖的多。【结论】下荆江裁弯、葛洲坝枢纽、三峡工程以及四水控制性工程的建设是造成洞庭湖水沙过程发生变化的主要原因。其中，三峡水库的运行使得三口分沙及太平口、藕池口非汛期分流量减少幅度达90.0%以上。四水水沙变化受湖南省大中型水库建设的影响较大。
2023,20(2):70-81, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220425006
摘要：
【目的】通过研究资水流域暴雨中心柘桃区间设计暴雨的时空分布规律，为柘桃区间流域梯级水库洪水预报和防洪调度优化提供科学依据。【方法】以柘桃区间17个雨量站近30 a不同历时的年最大暴雨为研究数据，进行站点和面暴雨频率分析计算；采用不同历时降雨强度-历时-频率曲线和设计暴雨空间分布变化特征，分析雨量站网的设计暴雨时空分布规律。【结果】柘桃区间雨量站网设计暴雨的时空分布极不均匀，短历时内设计暴雨强度增幅较大；在空间分布上，随着重现期的增长，设计暴雨中心位置从资水流域中游扩大到下游；随着设计暴雨历时的增长，暴雨中心范围逐渐变小。【结论】柘桃区间雨量站点设计暴雨具有短历时内暴雨强度增速快、中游设计暴雨较大的特点，研究结果可为资水柘溪以下流域重要城市的防洪安全提供理论依据。
【目的】通过研究资水流域暴雨中心柘桃区间设计暴雨的时空分布规律，为柘桃区间流域梯级水库洪水预报和防洪调度优化提供科学依据。【方法】以柘桃区间17个雨量站近30 a不同历时的年最大暴雨为研究数据，进行站点和面暴雨频率分析计算；采用不同历时降雨强度-历时-频率曲线和设计暴雨空间分布变化特征，分析雨量站网的设计暴雨时空分布规律。【结果】柘桃区间雨量站网设计暴雨的时空分布极不均匀，短历时内设计暴雨强度增幅较大；在空间分布上，随着重现期的增长，设计暴雨中心位置从资水流域中游扩大到下游；随着设计暴雨历时的增长，暴雨中心范围逐渐变小。【结论】柘桃区间雨量站点设计暴雨具有短历时内暴雨强度增速快、中游设计暴雨较大的特点，研究结果可为资水柘溪以下流域重要城市的防洪安全提供理论依据。
2023,20(2):82-91, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220117001
摘要：
【目的】研究铁山水库流域非点源污染负荷的空间分布规律及影响因素，为铁山水库流域水质保护与非点源污染控制提供参考。【方法】建立了铁山水库流域的水土评价模型（soil and water assessment tool, SWAT），并运用该模型研究了流域总氮和总磷非点源污染排放强度与贡献率的空间分布特征及3种不同土地利用情景下非点源污染的变化情况。【结果】SWAT模型在模拟铁山水库流域水流和污染物运移过程方面精度良好。铁山水库流域非点源氮素主要来源于库区农田耕作过程中施加的化肥，而流域非点源磷素则主要来源于库区分散农村人口排放的生活污水及库区农田耕作过程中施加的化肥。流域非点源总氮和总磷污染负荷量在1995—2015年间分别下降了49.26%和86.66%。【结论】在流域内进行退耕还林及人口集中与外迁安置对流域非点源污染控制具有积极作用。
【目的】研究铁山水库流域非点源污染负荷的空间分布规律及影响因素，为铁山水库流域水质保护与非点源污染控制提供参考。【方法】建立了铁山水库流域的水土评价模型（soil and water assessment tool, SWAT），并运用该模型研究了流域总氮和总磷非点源污染排放强度与贡献率的空间分布特征及3种不同土地利用情景下非点源污染的变化情况。【结果】SWAT模型在模拟铁山水库流域水流和污染物运移过程方面精度良好。铁山水库流域非点源氮素主要来源于库区农田耕作过程中施加的化肥，而流域非点源磷素则主要来源于库区分散农村人口排放的生活污水及库区农田耕作过程中施加的化肥。流域非点源总氮和总磷污染负荷量在1995—2015年间分别下降了49.26%和86.66%。【结论】在流域内进行退耕还林及人口集中与外迁安置对流域非点源污染控制具有积极作用。
2023,20(2):92-103, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220921001
摘要：
【目的】水资源承载力是区域可持续发展的基础，也是核心竞争力的重要指标，对其进行量化评估与比较是厘清区域发展能力的关键环节。【方法】该文基于湖南省水资源承载力评估目标，选取状态、压力、响应共3个因子层、12项关键指标，以湖南省各市州为单元，采用熵权法，构建湖南省水资源承载力评估指标体系。该文采用湖南省2012—2021年的统计数据均值为原始值，对湖南省14个市州的水资源承载力进行综合评价和比较，为制定湖南省水资源相关政策和合理调度水资源提供数据支持。【结果】湖南省水资源整体上并不匮乏。在评价因子层中，压力的权重最低，约占20%，状态和响应各占约40%；郴州和怀化市在水资源调蓄和涵养能力上具备的优势最大，长株潭地区用水压力最大，但其具备产业结构和水资源开发利用率方面的优势。【结论】湖南省整体上水资源的使用压力和状态尚在可承受范围内。总体而言，该省的水资源承载力最高和最低的地区均主要由其自然条件主导，而水资源承载力居中的地区主要由其产业结构和水资源开发利用率主导。提升水资源开发利用率、兴修水利工程对水资源进行合理配置能有效提高湖南省水资源承载力。
【目的】水资源承载力是区域可持续发展的基础，也是核心竞争力的重要指标，对其进行量化评估与比较是厘清区域发展能力的关键环节。【方法】该文基于湖南省水资源承载力评估目标，选取状态、压力、响应共3个因子层、12项关键指标，以湖南省各市州为单元，采用熵权法，构建湖南省水资源承载力评估指标体系。该文采用湖南省2012—2021年的统计数据均值为原始值，对湖南省14个市州的水资源承载力进行综合评价和比较，为制定湖南省水资源相关政策和合理调度水资源提供数据支持。【结果】湖南省水资源整体上并不匮乏。在评价因子层中，压力的权重最低，约占20%，状态和响应各占约40%；郴州和怀化市在水资源调蓄和涵养能力上具备的优势最大，长株潭地区用水压力最大，但其具备产业结构和水资源开发利用率方面的优势。【结论】湖南省整体上水资源的使用压力和状态尚在可承受范围内。总体而言，该省的水资源承载力最高和最低的地区均主要由其自然条件主导，而水资源承载力居中的地区主要由其产业结构和水资源开发利用率主导。提升水资源开发利用率、兴修水利工程对水资源进行合理配置能有效提高湖南省水资源承载力。
2023,20(2):104-114, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220405001
摘要：
【目的】研究建成环境对网约车出行需求的影响。【方法】以成都为例，采用不同尺度规则网格与交通分区两种方法，将研究范围划分为8种空间单元，针对每一种空间单元，利用多尺度地理加权回归（MGWR）模型进行回归分析，确定最优空间分析单元，根据最优带宽将建成环境影响因素划分为局部、区域和全局变量，分析各建成环境变量影响程度的空间异质性和尺度差异，探讨建成环境与网约车需求量之间的关系。【结果】1 100 m网格为最佳的空间单元划分尺度，在该划分尺度下，早晚高峰网约车需求回归模型决定系数R2分别为94.5%和96.7%；不同建成环境影响因素的空间尺度差异较大，且局部系数具有空间异质性，在早晚高峰不同时段变化较大。【结论】最佳空间分析单元可为预测网约车交通需求的交通分区提供参考，在针对不同区位进行客流需求调整时，空间异质性结果为制定更加合理的建成环境及更新策略提供决策依据。
【目的】研究建成环境对网约车出行需求的影响。【方法】以成都为例，采用不同尺度规则网格与交通分区两种方法，将研究范围划分为8种空间单元，针对每一种空间单元，利用多尺度地理加权回归（MGWR）模型进行回归分析，确定最优空间分析单元，根据最优带宽将建成环境影响因素划分为局部、区域和全局变量，分析各建成环境变量影响程度的空间异质性和尺度差异，探讨建成环境与网约车需求量之间的关系。【结果】1 100 m网格为最佳的空间单元划分尺度，在该划分尺度下，早晚高峰网约车需求回归模型决定系数R2分别为94.5%和96.7%；不同建成环境影响因素的空间尺度差异较大，且局部系数具有空间异质性，在早晚高峰不同时段变化较大。【结论】最佳空间分析单元可为预测网约车交通需求的交通分区提供参考，在针对不同区位进行客流需求调整时，空间异质性结果为制定更加合理的建成环境及更新策略提供决策依据。
2023,20(2):115-124, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220919001
摘要：
【目的】为改善新型路用环保材料——生物沥青的高温性能及提高生物油的适用性，研究多聚磷酸（PPA）和不同来源的生物油复合改性沥青的性能及性能差异。【方法】采用玉米秸秆油（CSO）、厨房废油（KWO）和植物类生物油（VBO）三种常见的生物油，制备PPA改性生物沥青，并对其开展常规性能、流变性能和微观形貌试验，研究其高、低温性能和表面形态。【结果】PPA对沥青的高温性能有较大提升，三种PPA改性生物沥青的低温抗裂性能均较好；生物油的种类会影响PPA改性生物沥青的温度敏感性、高温性能和低温性能，其中PPA/CSO改性沥青的温度敏感性最高，三种PPA改性生物沥青按其高温性能由高到低排序依次为：PPA/KWO改性沥青、PPA/CSO改性沥青、PPA/VBO改性沥青；按其低温流变性能由高到低排序依次为：PPA/VBO改性沥青、PPA/CSO改性沥青、PPA/KWO改性沥青。【结论】PPA和生物油共同作用可以明显改善沥青的高、低温性能，本研究可为生物油的应用和推广提供参考，使道路工程建设更加绿色和环保。
【目的】为改善新型路用环保材料——生物沥青的高温性能及提高生物油的适用性，研究多聚磷酸（PPA）和不同来源的生物油复合改性沥青的性能及性能差异。【方法】采用玉米秸秆油（CSO）、厨房废油（KWO）和植物类生物油（VBO）三种常见的生物油，制备PPA改性生物沥青，并对其开展常规性能、流变性能和微观形貌试验，研究其高、低温性能和表面形态。【结果】PPA对沥青的高温性能有较大提升，三种PPA改性生物沥青的低温抗裂性能均较好；生物油的种类会影响PPA改性生物沥青的温度敏感性、高温性能和低温性能，其中PPA/CSO改性沥青的温度敏感性最高，三种PPA改性生物沥青按其高温性能由高到低排序依次为：PPA/KWO改性沥青、PPA/CSO改性沥青、PPA/VBO改性沥青；按其低温流变性能由高到低排序依次为：PPA/VBO改性沥青、PPA/CSO改性沥青、PPA/KWO改性沥青。【结论】PPA和生物油共同作用可以明显改善沥青的高、低温性能，本研究可为生物油的应用和推广提供参考，使道路工程建设更加绿色和环保。
2023,20(2):125-136, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20221116003
摘要：
【目的】揭示单裂隙岩体在循环荷载作用下的疲劳损伤演化规律，研究更便于实际工程应用的损伤变量计算方法。【方法】通过开展基于声波测试的模型岩体疲劳试验研究，分析了不同循环次数比、不同单裂隙角度下试样的波速降低率、初始损伤及损伤变量的变化规律；提出不同角度单裂隙岩体的非线性疲劳累积损伤模型。【结果】随着裂隙角度的增加，模型试样的初始波速降低率及初始损伤呈非线性“S”形增大趋势；在循环荷载作用下单裂隙岩体波速降低率具有明显的三阶段衰减特征，初始衰减阶段、稳定衰减阶段及加速衰减阶段的疲劳寿命比例约为2∶7∶1；在循环次数比相同的情况下，岩体的疲劳累积损伤演化随裂隙角度的增大呈加速趋势，但在加速衰减阶段却呈减速趋势；单裂隙岩体疲劳寿命与裂隙角度的关系曲线呈“V”字形，在循环荷载作用下45°单裂隙岩体损伤变量增长最快，且在加速衰减阶段疲劳寿命占比最小，最易发生拉伸-压剪裂纹混合的“X”形裂纹破坏。【结论】在裂隙角度为30°~90°时，若在岩体疲劳破坏前用名义损伤替代实际总损伤，名义损伤偏大；若在疲劳破坏阶段用名义损伤替代实际总损伤，名义损伤偏小；当失稳比例因子一定时，失稳因子及收敛因子均随裂隙角度的增加呈单调递增趋势。
【目的】揭示单裂隙岩体在循环荷载作用下的疲劳损伤演化规律，研究更便于实际工程应用的损伤变量计算方法。【方法】通过开展基于声波测试的模型岩体疲劳试验研究，分析了不同循环次数比、不同单裂隙角度下试样的波速降低率、初始损伤及损伤变量的变化规律；提出不同角度单裂隙岩体的非线性疲劳累积损伤模型。【结果】随着裂隙角度的增加，模型试样的初始波速降低率及初始损伤呈非线性“S”形增大趋势；在循环荷载作用下单裂隙岩体波速降低率具有明显的三阶段衰减特征，初始衰减阶段、稳定衰减阶段及加速衰减阶段的疲劳寿命比例约为2∶7∶1；在循环次数比相同的情况下，岩体的疲劳累积损伤演化随裂隙角度的增大呈加速趋势，但在加速衰减阶段却呈减速趋势；单裂隙岩体疲劳寿命与裂隙角度的关系曲线呈“V”字形，在循环荷载作用下45°单裂隙岩体损伤变量增长最快，且在加速衰减阶段疲劳寿命占比最小，最易发生拉伸-压剪裂纹混合的“X”形裂纹破坏。【结论】在裂隙角度为30°~90°时，若在岩体疲劳破坏前用名义损伤替代实际总损伤，名义损伤偏大；若在疲劳破坏阶段用名义损伤替代实际总损伤，名义损伤偏小；当失稳比例因子一定时，失稳因子及收敛因子均随裂隙角度的增加呈单调递增趋势。
2023,20(2):137-145, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220501001
摘要：
【目的】考察单尺度与多尺度模型对结构受力性能的影响。【方法】以太原南站屋盖大悬挑钢结构为研究对象，针对其关键节点（68#相贯节点）进行静力足尺试验及理论分析，提出“混凝土+横隔板”的细部构造措施,并与原节点构造措施进行对比分析，同时基于midas Gen软件建立结构整体单尺度模型及含关键节点的多尺度模型，重点探讨结构的稳定性、动力响应等力学性能。【结果】相对于原节点构造措施，“C40混凝土+5道横隔板”细部构造措施的承载力满足要求且具有一定的经济性；与单尺度模型相比，多尺度模型结构的整体应力降低了9.70%；多尺度模型结构中关键节点的受力与单独节点的受力之间差异明显，其变形及应力分别降低了6.53%和25.73%。【结论】多尺度模型可以更真实地模拟结构的受力特性，其结果更精确。
【目的】考察单尺度与多尺度模型对结构受力性能的影响。【方法】以太原南站屋盖大悬挑钢结构为研究对象，针对其关键节点（68#相贯节点）进行静力足尺试验及理论分析，提出“混凝土+横隔板”的细部构造措施,并与原节点构造措施进行对比分析，同时基于midas Gen软件建立结构整体单尺度模型及含关键节点的多尺度模型，重点探讨结构的稳定性、动力响应等力学性能。【结果】相对于原节点构造措施，“C40混凝土+5道横隔板”细部构造措施的承载力满足要求且具有一定的经济性；与单尺度模型相比，多尺度模型结构的整体应力降低了9.70%；多尺度模型结构中关键节点的受力与单独节点的受力之间差异明显，其变形及应力分别降低了6.53%和25.73%。【结论】多尺度模型可以更真实地模拟结构的受力特性，其结果更精确。
2023,20(2):146-156, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20221117001
摘要：
【目的】分析厝角头造型索塔的施工及温度应力，为该类索塔构造的设计施工积累经验。【方法】以主跨468.00 m的牛田洋大桥主桥为背景，建立三维局部有限元模型，采用静力分析和稳态热分析方法研究塔柱间板墩在不同施工方式及温度条件下的应力情况。【结果】板墩区域的受力主要取决于其浇筑成形后继续承受的荷载；移动荷载在下塔柱中主要产生纵桥向弯矩、轴力及扭矩，且纵桥向弯矩方向与恒载产生的弯矩方向相反，这对板墩结构受力有利；后浇带横向预应力可对板墩区域施加横桥向压力，在施工分界位置存在应力集聚情况；在下塔柱整体升降温条件下，板墩肋板与底座相接处、板墩与下塔柱相接处存在拉应力。【结论】在下塔柱板墩区域设置后浇带时，结构是安全的；当下塔柱板墩区域一侧在日照下升温5~30 ℃时，下塔柱拉应力均低于混凝土强度标准值2.74 MPa，因此不会引起下塔柱混凝土开裂。
【目的】分析厝角头造型索塔的施工及温度应力，为该类索塔构造的设计施工积累经验。【方法】以主跨468.00 m的牛田洋大桥主桥为背景，建立三维局部有限元模型，采用静力分析和稳态热分析方法研究塔柱间板墩在不同施工方式及温度条件下的应力情况。【结果】板墩区域的受力主要取决于其浇筑成形后继续承受的荷载；移动荷载在下塔柱中主要产生纵桥向弯矩、轴力及扭矩，且纵桥向弯矩方向与恒载产生的弯矩方向相反，这对板墩结构受力有利；后浇带横向预应力可对板墩区域施加横桥向压力，在施工分界位置存在应力集聚情况；在下塔柱整体升降温条件下，板墩肋板与底座相接处、板墩与下塔柱相接处存在拉应力。【结论】在下塔柱板墩区域设置后浇带时，结构是安全的；当下塔柱板墩区域一侧在日照下升温5~30 ℃时，下塔柱拉应力均低于混凝土强度标准值2.74 MPa，因此不会引起下塔柱混凝土开裂。
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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):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):16-23, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.003
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。
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。
2021,18(4):1-8, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.04.001
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。
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。
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。
2021,18(1):24-32, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.004
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。
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。
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。
2021,18(1):66-78, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.01.009
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。
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。
2021,18(2):1-8, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.02.001
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。
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。
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。
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。
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。
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。
2021,18(4):74-82, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.04.009
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。
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。
2021,18(4):61-73, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.04.008
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。
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。
2021,18(2):66-75, DOI: 10.19951/j.cnki.cslgdxxbzkb.2021.02.009
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。
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。
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。
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- 主管单位：湖南省教育厅
- 主办单位：长沙理工大学
- 主编：郑健龙（院士）
- 执行主编：赵冰
- 编辑出版：《长沙理工大学学报（自然科学版）》编辑部
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