《长沙理工大学学报(自然科学版)》
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    【目的】探讨投影式光固化3D打印(projection?based 3D printing,PBP)在打印生物材料时影响打印精度的因素,研究高精度生物3D打印策略。【方法】分析生物材料相比于传统聚合物的不同特性。结合PBP技术的特点,从材料体系、打印工艺、曝光参数和设备开发4个方面探讨并总结提高打印精度的方法。【结果】明确了生物材料打印精度不佳的主要因素,总结了可行的高精度生物3D打印策略。【结论】生物3D打印的精度上限取决于光学精度,然而还有诸多因素共同决定了其精度下限,例如曝光参数、打印工艺、材料体系和光学系统畸变等,因此,综合考虑这些因素对实现高精度生物3D打印至关重要。
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    【目的】为保证高压环境下盾构换刀机器人在储存舱内安全密封保存,开展盾构换刀机器人储存舱闸门的密封特性研究。【方法】通过揭示某型号储存舱闸门的结构特点和密封机理,建立闸门密封件在介质压力作用下的仿真分析模型,分析介质压力作用下应力分布以及各接触面最大接触应力值,探究初始压缩量、流体介质压力及材料硬度对闸门密封件密封性能的影响。【结果】在0~2.0 MPa的介质压力范围内,初始压缩量及材料硬度对密封件密封性能的影响较大。以密封件最大接触应力、最小Von?Mises应力为优化目标,采用响应曲面法对密封件进行参数优化设计,得到邵尔A型硬度80、初始压缩量1.0 mm的密封件可以满足0~2.0 MPa介质压力下的密封要求。【结论】通过密封性能测试试验,验证了闸门在低压(0.6 MPa)和高压(1.2 MPa)工况下良好的密封性能。可为泥水盾构换刀机器人储存舱闸门的密封件选型提供指导。
    2022,19(4):19-31, DOI: 10.19951/j.cnki.1672?9331.2022.04.003
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    【目的】将精密热压成型的仿真与实验相结合,探究非球面磷酸盐玻璃镜片的热压工艺参数对镜片残余应力、成型质量及光学性能的影响,以满足其高精度批量制造的需求。【方法】首先,在玻璃材料热黏弹性、结构松弛特性及热传递分析的基础上,获得磷酸盐玻璃热力学性能的相关参数值;接着,建立镜片热压成型的有限元模型,分析热压温度、加压载荷、退火速率等工艺参数对成型镜片残余应力及其分布的影响;最后,开展非球面磷酸盐玻璃镜片的精密热压成型实验,探讨上述工艺参数对镜片成型质量(轮廓偏移量、形状精度及表面粗糙度)与镜片中心区域光学性能(折射率、反射率、透过率)的影响规律,并获得优化的成型工艺参数。【结果】提高热压温度,减小加压载荷及降低退火速率均有利于降低镜片的残余应力,最佳热压温度为560 ℃,最佳加压载荷为1.1 MPa,最佳退火速率为0.125 ℃/s;在优化的工艺参数下,两种非球面磷酸盐玻璃镜片的形状精度分别为406.3、829.6 nm,表面粗糙度分别为14.5、15.4 nm,最大轮廓偏移量分别为38.2、75.2 nm,且在400~900 nm检测波长内,透过率均大于86%。【结论】采用仿真分析与实验分析相结合的方法,能较好地探究相应工艺参数对成型规律的影响并起到优化加工条件的作用,优化参数下的成型镜片能满足镜片精度和光学性能的要求。
    2022,19(4):32-46, DOI: 10.19951/j.cnki.1672?9331.2022.04.004
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    水蚀是汽轮机钛合金末级叶片损伤的主要方式之一,极易引起低压转子安全事故。在汽轮机钛合金末级叶片表面制备抗水蚀涂层,是提高其抗水蚀能力,保证机组安全可靠运行的有效措施。本文介绍了目前常用的钛合金叶片表面抗水蚀涂层的制备工艺,阐述了电火花强化、热喷涂、激光熔覆和激光表面合金化等技术的研究现状,并对其进行了总结与展望,以期为汽轮机钛合金末级叶片制备硬度高、耐磨性好、结合牢固的抗水蚀涂层提供参考。
    2022,19(4):47-54, DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.2022.04.005
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    【目的】解决混凝土扭曲柱支模复杂、成型困难等问题,探究3D打印混凝土预制模壳扭曲柱的建造方法,研究扭曲柱节段的受压性能。【方法】通过打印条带成型质量试验,确定适合3D打印预制模壳成型的打印参数;对层扭转角为0°、2°、4°和6°的3D打印扭曲面模壳进行建造成型试验;在模壳内填充钢筋笼与现浇的C50混凝土,制备得到扭曲柱节段并对其进行受压性能试验。【结果】扭曲面预制模壳可连续打印的高度随着层扭转角的增大而减少,层扭转角为0°时扭曲面模壳可连续打印的高度为550 mm,较层扭转角为6°时扭曲面模壳的可连续打印高度提高了96%;层扭转角为2°时扭曲柱节段平均极限承载力最低,为1 120.20 kN;层扭转角为6°时扭曲柱节段平均极限承载力最大,为1 291.56 kN;不同层扭转角的扭曲柱节段极限承载力的相对极差均控制在5%以内。【结论】由于层间扭转悬空部位的存在,扭曲面预制模壳的构件会发生侧向偏移,最终失稳并发生倒塌破坏。不同层扭转角的扭曲柱节段的平均极限承载力极差较小,即极限承载力的离散性较小,扭曲柱节段成型质量较好。
    2022,19(4):55-63, DOI: 10.19951/j.cnki.1672?9331.2022.04.006
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    【目的】探究3D打印矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土(以下简称为打印混凝土)力学性能随龄期的发展规律和其各向异性的特点。【方法】通过力学试验测试打印混凝土在不同养护龄期和沿x、y、z 3个不同加载方向的立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗折强度,并利用X?CT扫描仪测试、分析打印混凝土的微观结构,探讨打印地质聚合物混凝土力学性能的变化机理。【结果】打印混凝土3和7 d养护龄期的力学强度分别达28 d的30%和60%以上,打印混凝土具有早强特性,满足混凝土打印建造需求;养护28 d试件的立方体抗压强度、轴心抗压强度和抗折强度在各加载方向上的差异分别为3.20%~10.40%、1.53%~7.05%和5.10%~24.00%。【结论】打印混凝土强度具有一定的各向异性,其各向异性主要源于在层条堆积过程中打印混凝土内部产生的缺陷数量和缺陷的空间分布。
    2022,19(4):64-74, DOI: 10.19951/j.cnki.1672?9331.2022.04.007
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    【目的】进一步明晰3D打印风积沙混凝土的抗碳化性能。【方法】制备3D打印风积沙混凝土试件(以下简称为3D打印试件),研究沙胶比对3D打印试件碳化深度的影响,并引入碳化各向异性系数来评估3D打印工艺对混凝土碳化行为的影响;测试分析碳化后3D打印试件的抗压、抗折性能,并基于沙胶比在x、y、z 3个方向建立3D打印风积沙混凝土碳化深度预测模型。【结果】3D打印试件的碳化深度随碳化龄期和沙胶比的增加而增加,并且碳化深度和碳化后的力学性能均表现出明显的各向异性;在碳化28 d后,与打印基体相比,3D打印试件的打印条间、打印层间的碳化深度分别增加了24%和10%。【结论】碳化作用在一定程度上减弱了3D打印试件抗压强度和抗折强度的各向异性。
    2022,19(4):75-84, DOI: 10.19951/j.cnki.1672?9331.2022.04.008
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    【目的】研究3D打印混凝土墙体材料抗压与劈裂抗拉强度沿高度的变化规律。【方法】以现浇混凝土材料的力学性能试验为参照,设计3个试验分别研究层数和加载方向对3D打印混凝土试块抗压强度、劈裂抗拉强度的影响。【结果】3D打印混凝土试块的抗压性能在x向加载时最强,在z向加载时最弱;劈裂抗拉强度随层数的增加呈先增后减的趋势;棱柱体试块的轴心抗压强度大于相应现浇混凝土试块的抗压强度。【结论】实际生产中应该合理规划打印流程以使打印混凝土获得最佳力学性能。
    2022,19(4):85-98, DOI: 10.19951/j.cnki.1672?9331.2022.04.009
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    富含ω?3多不饱和脂肪酸(ω?3PUFA)的功能性脂质因其在大脑功能和视力发展等方面具有特殊的营养和生理功效,被广泛应用在食品和药品等领域。鱼油是ω?3PUFA的主要来源。脂肪酶因其具有高催化活性及催化特异选择性而被广泛应用于选择性制备不同结构的功能脂质、改善天然脂质的结构及提供特殊的生理活性。本文综述了酶催化技术在鱼油加工过程中应用的研究进展,分析了酶法制备ω?3PUFA乙酯、ω?3PUFA?2?单酰甘油、富含ω?3PUFA的特定结构三酰甘油和磷脂的优越性,讨论了酶催化酯化、酯交换和水解反应在生产各种富含ω?3PUFA的功能性脂质过程中的溶剂组成和反应条件等主要影响因素。最后,总结了酶催化技术在用鱼油加工制备功能性脂质过程中存在的主要挑战,并提出进一步研究的重点方向。
    2022,19(4):99-107, DOI: 10.19951/j.cnki.1672?9331.2022.04.010
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    【目的】丰富淀粉脱支酶酶制剂种类,充分利用淀粉质资源,实现葡萄糖、麦芽糖、环糊精等淀粉深加工产品的高效制备,开发挖掘一种来源于极端古细菌Thermococcus gammatolerans(以下简写为T. gammatolerans)的糊精脱支酶基因。【方法】利用多种生物信息学分析工具对T. gammatolerans糊精脱支酶进行理化性质分析和结构预测;利用分子生物技术实现T. gammatolerans糊精脱支酶在大肠杆菌中的胞外分泌表达,并通过优化发酵温度、发酵时间以及诱导剂添加量来提高酶产量。【结果】T. gammatolerans糊精脱支酶是一种稳定性较高的亲水蛋白质,其氨基酸序列中不包含信号肽;将酶的DNA序列构建至含信号肽的pET?20b(+)载体中可实现T. gammatolerans糊精脱支酶在大肠杆菌BL21(DE3)中的表达和胞外分泌。T. gammatolerans糊精脱支酶的最优发酵条件为:将37 ℃温度条件下培养12 h的种子液接种到TB培养基中,在添加终浓度为0.01 mmol/L的异丙基?β?D?硫代半乳糖苷(isopropyl?β?D?thiogalactoside,IPTG)后,在25 ℃温度条件下进行84 h诱导表达。在该条件下T. gammatolerans糊精脱支酶的胞外酶活力达到了326.0 U/mL,为重组酶初始活力的1.36倍。【结论】T. gammatolerans糊精脱支酶具有优良的理化性质和较高的表达水平,在淀粉糖工业生产中具有潜在应用价值。
    2022,19(4):108-117, DOI: 10.19951/j.cnki.1672?9331.2022.04.011
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    溶液吹纺技术是利用高速气流对聚合物溶液拉伸细化使其形成纳米纤维的新技术,具有制备效率高、设备结构简单、制备过程安全性高等特点。本文在介绍溶液吹纺技术的基础上,阐述了溶液吹纺纳米纤维的制备过程并分析了影响吹纺纳米纤维结构和形态的主要因素,重点介绍了溶液吹纺纳米纤维在组织工程、伤口敷料、药物缓释和果蔬保鲜材料等生命科学领域中的应用,最后展望了溶液吹纺技术的发展趋势。
    2022,19(4):118-130, DOI: 10.19951/j.cnki.1672?9331.2022.04.012
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    湘菜酸辣香浓、熏腊味厚、质嫩色亮,深受消费者喜爱。依托全国庞大的湘菜消费市场,预制湘菜的需求量出现持续攀升,并呈井喷式发展趋势,但湘菜和预制湘菜的食材来源广、品种多样、烹饪技法繁多,在生产、储运、销售过程中势必存在潜在安全风险。为此,通过分析总结,综述了预制湘菜在加工、储运过程中微生物、亚硝酸盐、多环芳烃、杂环芳香胺、丙烯酰胺、重金属6种主要潜在危害物的来源、危害及减控技术的研究进展,以期为预制湘菜产业的生产安全及相关风险的防范提供参考。
    2022,19(4):131-142, DOI: 10.19951/j.cnki.1672?9331.2022.04.013
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    【目的】解决内置感知器件与沥青路面材料因模量差异大造成的变形不协调问题,提出考虑协同变形增强的内置感知器件与沥青路面一体化设计方法。【方法】以埋入式电阻应变传感器为内置感知器件,利用有限元软件建立融合内置传感器的沥青混合料结构模型,通过数值模拟与计算,以10.0%的应力差异率为评价指标,确立内置传感器的应力影响范围作为模量过渡区域;采用环氧树脂材料制作模量过渡区,并对模量过渡区力学性能进行试验评价;运用数字图像相关(digital image correlation, DIC)方法对内置感知器件的沥青混合料试件开展单轴压缩和四点弯曲加载下的力学响应试验,通过比较传感器实测响应值和DIC法测量结果之间的差异,分析模量过渡区对传感器与沥青路面协同变形增强的有效性。【结果】内置传感器会改变沥青混合料结构的应力分布状态,传感器的竖、横、纵三向影响范围为58 mm×199 mm×82 mm,环氧树脂材质的模量过渡区具有良好的力学性能,其弹性模量为沥青混合料的2.5倍,可在沥青混合料与感知器件之间形成有效的模量过渡区;在逐级压缩和弯拉受力下,设置模量过渡区使传感器测得的试件结构应变差均值分别降低了66.6%和65.9%,设置模量过渡区能显著提高内置感知器件实测响应的稳定性和有效性。【结论】在沥青混合料与感知器件之间设置模量过渡区,使之形成模量梯度过渡结构,是提升两者协同变形的有效手段;在实际工程应用中,协同变形增强一体化设计流程主要包括:模量过渡区范围确定、材料选择、性能评价及协同变形有效性验证。
    2022,19(4):143-151, DOI: 10.19951/j.cnki.1672?9331.2022.04.014
    摘要:
    【目的】深入研究桐油复合沥青再生剂对老化沥青的综合再生效果。【方法】以桐油、增塑剂、增黏树脂和有机蒙脱土(OMMT)为再生剂的主要原材料,通过正交试验方法,以再生沥青的软化点、25 ℃针入度、15 ℃延度和135 ℃黏度为评价指标,分析确定再生剂各原材料的最佳配比。通过动态剪切流变仪(DSR)试验、弯曲梁流变仪(BBR)试验对桐油复合沥青再生剂恢复老化沥青性能的可行性进行有效性验证。【结果】桐油复合再生剂中桐油、增塑剂、增黏树脂和OMMT的最佳质量配比为25∶5∶2∶3;桐油复合沥青再生剂可以有效恢复老化沥青的性能至基质沥青的水平,且其高、低温流变性能均优于基质沥青的。【结论】研究成果可为后续开展桐油复合再生剂恢复老化沥青的抗老化性和微观结构等方面的研究提供一定的基础。
    2022,19(4):152-160, DOI: 10.19951/j.cnki.1672?9331.2022.04.015
    摘要:
    【目的】研究低温型灌缝胶各添加剂的最佳掺量,有效延长道路使用寿命。【方法】在改进灌缝胶制备工艺的基础上,以不同掺量的灌缝胶为研究对象,利用主成分分析法进行掺量比选,通过低温弯曲梁流变(BBR)试验、线性振幅扫描(LAS)试验及黏度试验分别评价灌缝胶的流变性能、疲劳性能和黏聚性能,以获得低温型灌缝胶各添加剂的最佳掺量。【结果】低温型灌缝胶中苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)、增容剂、增塑剂、废胶粉、稳定剂及增黏剂等添加剂的最佳掺量分别为:6%、2%、2%、12%、14%及7%;常规性能指标按重要性从高到低排序依次为:流动值、锥入度、软化点、延度、弹性恢复率;最佳掺量的灌缝胶疲劳寿命为2.81×109次。【结论】添加剂掺量与疲劳寿命并无一致性,研究成果可为低温型灌缝胶添加剂掺量及性能研究提供参考。
    2022,19(4):161-170, DOI: 10.19951/j.cnki.1672?9331.2022.04.016
    摘要:
    【目的】探究废轮胎热解炭黑(TPCB)添加剂在沥青混合料中的最佳掺量,改善沥青混合料的综合性能。【方法】利用基于中心复合设计的响应曲面法(RSM)进行试验设计,对成型的马歇尔试件进行相关试验,分析试件制备参数对沥青混合料性能的影响并对响应变量进行数学建模预测。【结果】TPCB的加入显著提高了沥青混合料的高温稳定性,4.56%的沥青和5.32‰的TPCB为最佳掺量,采用模型预测的结果与试验结果吻合良好。【结论】RSM可有效适用于沥青混合料领域,TPCB作为沥青混合料添加剂有着广阔的应用前景。
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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:
      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:
      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。
      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:
      【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。
      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。
      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:
      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:
      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。
      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:
      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(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:
      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。
      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。
      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。
      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。

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