English Version 中南大学出版社

最新刊期

2023 年第 4 期

矿业工程 • 冶金工程 • 环境工程 • 化学与化学工程 • 材料科学与工程

印染废水处理技术综述
洪雪丽,焦芬,刘维
2023, 54(4): 1219-1229. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.001

摘要：印染废水具有色度深、不易生化降解、有机物含量高、水质变化大、碱性大等特点。目前已有的印染废水处理技术包含物理处理技术、化学处理技术、生物处理技术。物理处理技术主要是将污染物在相之间转移或进行浓缩，并未对污染物进行本质上的降解；化学处理技术则是通过化学反应改变污染物的分子结构进而将其降解为小分子物质；生物处理技术是利用微生物的新陈代谢作用对污染物进行降解。一般采用生物法去除有机物；采用厌氧-好氧工艺处理难以生物降解的废水；采用物理化学法降低色度等。随着印染废水成分愈加复杂，单一的处理技术已不再能保证其出水水质达标排放，故需要多加探索组合工艺的应用，以达到相关废水排水标准。本文对目前国内外有关于印染废水的主要处理技术进行总结，并提出了思考和展望，可为印染废水的处理研究提供参考。
关键词：印染废水;处理技术;无害化处置

34

|

10

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692168 false

发布时间：2023-05-22
铁精矿内配生物质直接还原的研究
黄柱成,胡建家,李屹鑫,舒阳
2023, 54(4): 1230-1239. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.002

摘要：采用碳中性、清洁、可再生的生物质作为还原剂，对铁精矿内配生物质直接还原及其还原行为进行研究。研究结果表明：铁精矿内配生物质在直接还原前期快速产生CO、H₂、C_mH_n、CO₂、H₂O等，在反应罐内形成最高可达16 kPa的压力，有利于生物质热解后在铁精矿颗粒表面及孔隙内沉积生物质炭及其原位气化，生成H₂和CO，并与铁氧化物还原反应构成耦合作用，显著促进了铁氧化物低温快速还原。与传统的未反应核模型不同，新生的金属铁向气流方向迁移和聚集，形成了纤维状的金属铁晶须。提高还原温度和延长还原时间能够加快铁晶须的迁移和生长，在还原温度为1 040 ℃和还原时间为50 min的条件下，海绵铁金属化率高达97.21%，铁晶须的宽度达4~10 μm。
关键词：生物质;直接还原;气流;铁晶须

17

|

8

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692205 false

发布时间：2023-05-22
超声强化单宁锗中杂质铁去除研究
狄浩凯,杨坤,张利波,梁明,洪岩,潘锡剑
2023, 54(4): 1240-1251. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.003

摘要：针对现行洗涤除杂工序问题，提出一种超声波强化单宁锗中杂质铁去除的新方法。在分析单宁锗中铁赋存状态及反应温度、液固比、硫酸质量浓度及超声功率等单因素影响的基础上，考察超声强化杂质铁去除的机制。研究结果表明：单宁锗中杂质铁的赋存形式复杂，包括Fe₂(SO₄)₃、Fe(OH)₃、FeSO₄、单宁- Fe(Ⅲ)络合物等，需要超声酸洗去除。当超声功率为225 W、硫酸质量浓度为20 g/L、液固比为7꞉1 mL/g、反应温度为40 ℃和反应时间为30 min时，铁的去除率达到85.95%，比常规条件的去除率增加9.8%左右。单宁锗中杂质铁的去除受内扩散步骤控制，超声作用能够增加杂质铁与硫酸的接触，降低反应的扩散阻力，使铁去除表观活化能由常规条件下的17.190 kJ/mol减小至13.856 kJ/mol，从而提高杂质铁的去除效率。
关键词：单宁锗;杂质铁;超声强化;去除机制

14

|

2

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692086 false

发布时间：2023-05-22
铜带材气悬浮退火过程中的气体流动与气固传热特征
尹瑾,康灿,吴里程,赵晓宇
2023, 54(4): 1252-1262. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.004

摘要：对气垫炉加热段内0.6 mm厚紫铜板材处理过程中的气体流动和气固传热进行研究，改变板材移动速度和悬浮高度，对气流速度、温度、湍动能的分布及努塞尔数(Nu)进行对比与综合分析，系统地评价板材的处理效果与气垫炉的运行稳定性。研究结果表明：随着板材移动速度增大，板材表面的温度和Nu分布趋于均匀，驻点位置向板材运动方向偏移；Nu的平均值增大，传热效率提高。驻点上游流动分离区内的速度和湍动能均比下游侧的低。板材悬浮高度增大，驻点附近的湍动能下降，而流动分离区的旋涡被拉伸，热传递在流向和展向均被增强；同时，温度和Nu分布更均匀，Nu的平均值增大。
关键词：气垫炉;数值模拟;动壁面;悬浮高度;温度分布;热传递

10

|

2

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37691929 false

发布时间：2023-05-22
钨合金/不锈钢的低温扩散连接及界面组织性能
孙怀,韩勇,范景莲
2023, 54(4): 1263-1271. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.005

摘要：通过低温扩散连接方法实现钨合金(90W-7Ni-3Cu)与304不锈钢的高性能连接。采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、电子探针(EPMA)分析连接界面的微观组织及元素扩散与分布行为，采用拉伸试验测试连接界面的力学性能。研究结果表明：在800~950 ℃、压力20 MPa、保温120 min的条件下，可以实现90W-7Ni-3Cu合金与不锈钢的有效连接；当连接温度为900 ℃时，连接界面抗拉强度达到最大值168 MPa；连接界面结合紧密，无裂纹等缺陷。钨合金与不锈钢界面原子形成了充分的互扩散，不锈钢中的W、Fe、Cr、Ni和Si元素借助空位以及点缺陷扩散到了钨合金一侧的钨中，形成了富含W、Fe、Cr、Ni和Si元素的扩散层。900 ℃连接样件的断裂发生在钨合金一侧，可以观察到钨合金基体的六角形晶界并且其表面覆盖有粗糙的黏着物，黏着物为原子扩散所形成的扩散层。不锈钢中的Cr、Fe元素以固溶的方式扩散到了钨合金的(Ni，Cu)相中，提高连接界面强度。
关键词：钨合金/不锈钢;扩散连接;界面结构;元素扩散;力学性能

8

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37693033 false

发布时间：2023-05-22
Fe@SiO₂软磁复合材料的电子结构和磁性能
蓝海鑫,陈仕奇,高智,朱生志,李丽娅
2023, 54(4): 1272-1280. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.006

摘要：用化学沉淀法和粉末冶金方法制备Fe@SiO₂软磁复合材料，采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等方法和基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算，研究材料的显微结构、电子结构和磁性能。研究结果表明：Fe@SiO₂软磁复合材料的涡流损耗P_e随SiO₂包覆量的增加而大幅度减小，当正硅酸乙酯(TEOS)的添加量为2 mL时，总损耗P_s为132.7 W/kg(20 mT和200 kHz时)，最大磁导率μ_m为55，综合软磁性能最佳。Fe粉表面包覆着一层均匀、致密、完整的半透明SiO₂包覆层，包覆层与Fe基体之间结合紧密。Fe/SiO₂界面处Fe—O和Fe—Si共价键的形成使其具有良好的稳定性，其界面黏附功W_ad约为1.18 J/m²。Fe—O共价键的形成归因于Fe 3d电子与O 2p电子在-4.7~-1.6 eV和-7.5~-6 eV的区间内的强杂化；Fe—Si共价键的形成主要归因于界面处Si 2s和Fe 3s电子在低能量区域-9.7~-8.8 eV杂化态的出现。该共价键的形成可有效束缚传导电子，提高表面电阻率，对降低Fe/SiO₂软磁复合材料的损耗起着重要作用。
关键词：Fe@SiO₂;磁性能;第一性原理;界面结构;键合特性

0

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692269 false

发布时间：2023-05-22
基于改进集中热容法的Mg-Gd-Y-Zr-Ag变形镁合金表面换热系数求解方法
袁忠禹,吴运新,龚海,张涛,谢秋敏,彭顺理
2023, 54(4): 1281-1289. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.007

摘要：表面换热系数作为淬火数值模拟过程的重要边界条件，其求解精度直接影响温度场、热应力场的演变规律。实验通过设计矩形淬火探头并进行单面水浴淬火，根据热电偶记录的温降数据，采用改进的集中热容法对Mg-Gd-Y-Zr-Ag变形镁合金进行表面换热系数的求解。研究结果表明：表面换热系数呈现先增大后减小的趋势且水浴淬火过程存在蒸汽膜沸腾阶段、二次形核阶段以及对流换热阶段3个阶段，在第27秒时表面换热系数达到峰值2 496.31 W/(m²·℃)，此时淬火面温度为211 ℃。用此方法计算得到的随温度变化的换热系数以列表的形式代入Abaqus有限元模型的相互作用模块，同一深度处仿真温度与实测温度最大相对误差为15%，平均相对误差仅为6%；采用K-S双样本分布检验对仿真与实验的温度曲线进行分布检验，在合适的显著性水平下4个样本的统计量均不在拒绝域内，验证了改进的集中热容法用来求解水浴淬火过程中表面换热系数的正确性。
关键词：变形镁合金;表面换热系数;水浴淬火;集中热容法;数值模拟

7

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692239 false

发布时间：2023-05-22
板带热轧中间坯厚度分布规律研究
彭文,万子龙,孙佳楠,武文腾,孙杰,张殿华
2023, 54(4): 1290-1299. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.008

摘要：在热连轧生产过程中，受测量环境和测量手段的限制，尚未实现对中间坯厚度的实时在线精确测量，对产品最终的厚度精度和精轧区穿带过程稳定性造成影响。为解决此问题，采用轧制特性法分析中间坯厚度产生偏差的原因；为进一步研究各因素对厚度偏差影响的规律，通过影响系数法计算中间坯长度方向上温度和厚度分布，建立热力耦合有限元模型，并将有限元结果与计算结果进行比较。研究结果表明：随着轧制过程的进行，在轧制方向上，中间坯温度逐渐降低，头、尾温度的平均偏差约为22 ℃，头、尾最大温度偏差达到32 ℃；由于温度偏差导致中间坯厚度呈变大趋势，中间坯头尾厚度偏差为0.20 mm，长度方向最大厚度偏差达0.53 mm；本文得到的中间坯厚度和温度的分布能够为后续精轧过程提供前提条件，为高精度控制成品轧件的厚度以及维持穿带稳定性提供依据。
关键词：热连轧;轧制特性分析;有限元法;厚度分布

5

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37691571 false

发布时间：2023-05-22
深冷处理对EA4T车轴钢马氏体组织及短裂纹行为的影响
苏畅,杨冰,宋江杰,肖守讷,阳光武,朱涛
2023, 54(4): 1300-1310. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.009

摘要：利用光学显微镜(OM)、维氏硬度计、X射线衍射(XRD)和电子背散射衍射(EBSD)技术等，开展深冷处理与回火顺序对EA4T车轴钢马氏体组织及其疲劳断裂性能影响的研究。研究结果表明：无论是“回火+深冷”处理还是“深冷+回火”处理，均能有效细化材料的微观组织，从而提高硬度和位错密度，但组织中含量较少的残余奥氏体无法通过深冷处理继续向马氏体转化；相对而言，经“深冷+回火”处理的试样晶粒尺寸细化效果最佳，且小角度晶界占比最多，可有效抑制裂纹的萌生；经“深冷+回火”处理后，材料微观组织对裂纹扩展的阻碍作用最强，裂纹扩展速率的下降更明显，疲劳断裂性能相对更优。
关键词：深冷处理;马氏体;位错密度;组织细化;裂纹扩展

5

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37691711 false

发布时间：2023-05-22

机械工程 • 控制科学与工程

基于随机森林与粒子群算法的隧道掘进机操作参数地质类型自适应决策
刘明阳,陶建峰,覃程锦,余宏淦,刘成良
2023, 54(4): 1311-1324. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.010

摘要：考虑到隧道掘进机的性能对地质条件比较敏感且其操作依赖于司机经验，提出基于随机森林和粒子群算法的隧道掘进机操作参数地质条件自适应决策方法。利用随机森林(RF)分别建立地质类型、操作参数与推进速度、刀盘转矩的映射关系模型；结合映射关系模型，构建以盾构机推进速度最大为目标，以刀盘转速、螺旋输送机转速、总推力、土仓压力4个操作参数为控制变量的优化方程；利用粒子群算法(PSO)求解各地质类型地层中的最优操作参数决策结果。通过新加坡某地铁工程施工数据验证所提方法的有效性和优越性。研究结果表明：建立的随机森林模型中推进速度和刀盘转矩预测的决定系数R²分别达到0.936和0.961，均大于adaboost、多元线性回归、岭回归、支持向量回归和深度神经网络模型中相应的R²；基于粒子群算法的操作参数决策方法能够准确求解操作参数最优解，寻优用时均比遗传算法、蚁群算法和穷举法的短。本文所提决策方法使隧道掘进机在该施工段的福康宁卵石地层、句容地层IV、句容地层V、海洋黏土地层中的推进速度分别提升了67.2%、41.8%、53.6%和15.0%。
关键词：隧道掘进机;操作参数决策;随机森林;粒子群优化

7

|

1

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37691670 false

发布时间：2023-05-22
基于渐进均匀化的力-电-热耦合光滑有限元法研究
郑建校,段志善,周立明
2023, 54(4): 1325-1335. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.011

摘要：针对基于微观结构的力-电-热多物理场耦合压电复合材料的力学特性分析问题，基于压电复合材料的基本方程和力-电-热多物理场耦合效应，结合渐进均匀化方法预测的压电复合材料有效性能参数，提出基于渐进均匀化的力-电-热耦合光滑有限元法；推导力-电-热耦合光滑有限元的动力学控制方程，并运用Wilson-θ法对压电复合材料结构动力学问题进行求解，研究温度变化对结构固有频率和动力学响应的影响，并将其结果与有限元法的求解结果进行对比，验证该方法的正确性和有效性。研究结果表明：本文方法所得结果与有限元法所得结果较一致，且具有较好的收敛性和较高的精度；该方法对分析压电复合材料元器件的多物理场耦合力学特性具有广阔的应用前景。
关键词：固体力学;有限元法;力-电-热耦合;渐进理论

5

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37691818 false

发布时间：2023-05-22
一种考虑ICR纵向偏差补偿的水下履带采矿车轨迹跟踪算法
陈昱衡,边有钢,崔庆佳,胡满江,秦洪懋
2023, 54(4): 1336-1343. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.012

摘要：水下履带采矿车在多金属结核矿区的稀软底质上进行采集作业时，受水动力的影响其瞬时转向中心(ICR)纵向偏移后与几何中心不再重合，故难以基于精准的运动学模型设计水下履带采矿车的轨迹跟踪算法。因而，本文提出一种基于履带车运动学模型的分散式轨迹跟踪算法以实现履带采矿车高精度路径跟踪控制。首先，通过引入虚拟转角设计水下履带采矿车的Stanley横向控制律；其次，利用无迹卡尔曼(UKF)滤波法估计的ICR纵向偏移作为纵向误差的补偿，以此设计水下履带采矿车的纵向控制律；最后，基于运动学模型计算水下履带采矿车的期望驱动轮转速。研究结果表明：引入纵向偏差补偿后的分散式轨迹跟踪算法可以精准地跟踪预设轨迹。
关键词：深海采矿装备;水下履带采矿车;轨迹跟踪;参数估计;无迹卡尔曼滤波

9

|

1

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692727 false

发布时间：2023-05-22
参数自适应VMD在高速列车轴箱轴承故障诊断中的应用
董俭雄,宋冬利,李林,刘翊,邓聪,陈之恒
2023, 54(4): 1344-1357. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.013

摘要：针对高速列车轴箱轴承故障特征提取困难和变分模态分解(VMD)参数的人为设置影响分解效果的问题，提出参数自适应VMD轴箱轴承故障诊断方法。首先，以平均包络谱熵为适应度函数，利用麻雀搜索算法自适应地寻找不同工况下的最优模态数K和惩罚因子 $α$ ；其次，对原始轴承时域信号进行VMD分解，利用快速谱峭度图分析最小包络熵的IMF分量，并根据分析结果对该IMF分量进行带通滤波以增强故障特征；最后，对滤波后信号进行希尔伯特包络解调分析，并将分析结果与理论计算所得特征频率进行对比，对轴箱轴承故障进行分类辨识。研究结果表明：与经验模态分解(EMD)、局域均值分解(LMD)、集合经验模态分解(EEMD)等自适应信号分解方法相比，本文所提方法能更有效地降低噪声的影响，提取复杂耦合工况下轴箱轴承振动信号中的故障特征。
关键词：高速列车;轴箱轴承;变分模态分解;麻雀搜索算法;快速谱峭度

6

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37693001 false

发布时间：2023-05-22
基于状态转移算法和U-net的医学图像分割
周晓君,耿传玉,阳春华
2023, 54(4): 1358-1369. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.014

摘要：U-net在医学图像分割领域应用广泛，但存在小目标分割精度低、模型收敛慢等问题，且其结构和超参数的设定对网络性能有很大影响。为此，本文提出基于混合状态转移算法的U-net结构设计方法，以获取不同分割任务下的较优的U-net体系结构。首先，提出一种可变深度的编码策略来表示U-net中不同的构建块和潜在的最优深度；其次，通过混合状态转移算法优化网络结构中的超参数和连接权重初始值；再次，设计一种新的交互操作来生成具有潜力的个体，利用迁移学习策略和减少epoch的方法加速网络个体的进化；最后，在心脏MRI、肝脏LiTS这2个医学图像数据集中进行测试，验证本文方法的有效性。研究结果表明：与经典的语义分割网络相比，本文所提方法在Dice、Jaccard、VOE等分割性能评价指标中有更好的表现，验证了本文所提算法的可行性和有效性。
关键词：U-net;状态转移算法;医学图像分割;网络结构设计

7

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692825 false

发布时间：2023-05-22

地质工程 • 土木工程

分层土中盾构隧道掌子面极限推力研究
傅鹤林,吴疆,邓皇适,陈足
2023, 54(4): 1370-1378. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.015

摘要：在盾构隧道开挖过程中，掌子面受力十分复杂，盾构机对掌子面的推力对维持掌子面前方土体的稳定起着关键性作用，为此，基于筒仓理论和极限平衡法，改进传统楔形体模型，考虑盾构隧道掌子面处土体分层对掌子面极限推力的影响，建立折线型滑动模型，推导掌子面极限推力的计算公式。依据实际工程建立相应的数值模拟模型，并对计算公式中各参数敏感性进行分析。研究结果表明：考虑掌子面土体分层时极限推力的数值模拟解与由本文所得公式计算的理论解误差很小，验证了本文所述模型和计算方法的可靠性与准确性；掌子面极限推力随隧道埋深和直径增加而增大；分层土中引起极限推力变化的主要土体是上层软弱土；盾构直径越大，土体黏聚力和内摩擦角对极限推力的影响越大，且内摩擦角对极限推力的影响更显著；当盾构直径较小时，土体黏聚力和内摩擦角对极限推力的影响较小。
关键词：分层土;极限推力;筒仓理论;极限平衡法;折线型滑动模型

2

|

2

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37691402 false

发布时间：2023-05-22
新型预应力路堤侧压力板设计间距研究
冷伍明,董俊利,艾希,徐方,张期树
2023, 54(4): 1379-1392. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.016

摘要：基于Boussinesq和Cerruti公式推导的水平附加应力计算公式，提出新型预应力路堤加固薄弱点O处的附加应力分析方法。通过大量工况计算获得多块侧压力板联合作用下预应力路堤薄弱区域内薄弱点O处水平附加应力的扩散规律，并以该点处附加应力作为预应力加固的控制下限，探索侧压力板布置间距的设计方法。研究研究表明：1) 单块侧压力板上、下板角不同外延面内的水平附加应力系数K均随水平深度系数h_c的增加先增大后减小；2) 加固薄弱点O处的附加应力系数K_O可根据相邻4块侧压力板的附加应力扩散效应叠加求得，且在不同侧压力板间距下，K_O均随h_c的增加先增大后减小，即K_O与h_c的关系曲线均存在峰值点；3) 定义侧压力板沿路堤坡向和纵向的净间距与板宽之比分别为净间距系数a和b，发现在不同路堤坡率及加固系数K_P下，薄弱点O处的水平附加应力有效扩散深度系数h_cp均分别随b和a的增大呈线性递减和线性递增关系，同时b和a呈指数型负相关关系；4) 通过多元拟合分别建立了h_cp与b(或a)以及b与a的函数关系式，可依据拟合关系设计侧压力板的布置间距。
关键词：预应力路堤;侧压力板;板间距;水平附加应力;设计方法

12

|

3

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692042 false

发布时间：2023-05-22
脉动风和车辆荷载联合作用下中央扣对悬索桥吊索疲劳损伤的影响
严磊,李嘉隆,何旭辉
2023, 54(4): 1393-1406. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.017

摘要：以杭瑞洞庭大桥为研究对象，建立设置中央扣和无中央扣的大跨度悬索桥有限元模型，研究中央扣对悬索桥跨中短吊索疲劳损伤的影响。首先，采用谐波合成法生成大桥桥址处的脉动风场，采用Monte Carlo法模拟随机车流样本，基于ANSYS软件建立风-车-桥耦合振动分析模型，分析桥梁结构在脉动风和车辆荷载单独与联合作用下的动力响应；其次，采用雨流计数法统计跨中短吊索的应力时程，得到吊索的应力幅值、应力均值和循环次数；最后，基于Miner损伤线性累计理论分析中央扣对跨中短吊索的等效总应力幅值和疲劳损伤度的影响。研究结果表明：中央扣对悬索桥竖弯刚度影响较小，但会提高悬索桥的纵飘刚度和反对称扭转刚度，显著减小荷载作用下缆梁相对位移和跨中短吊索的弯曲应力；中央扣不会改变脉动风荷载作用下跨中短吊索的缆梁相对运动特性，但会改变车辆荷载作用下跨中短吊索的缆梁相对运动特性，并显著降低缆梁相对位移对车速的敏感性；在脉动风和车辆荷载联合作用下，跨中短吊索的等效总应力幅值小于脉动风和车辆荷载单独作用下等效应力幅值的叠加值；在脉动风和车辆荷载联合作用下，中央扣会显著减小跨中短吊索尤其是靠近中央扣位置处吊索的等效总应力幅值和疲劳损伤度。因此，中央扣可以有效提高悬索桥跨中短吊索的疲劳寿命。
关键词：悬索桥;风-车-桥耦合振动;中央扣;动力特性;缆梁相对位移;疲劳损伤

7

|

1

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692583 false

发布时间：2023-05-22
利用顶部脉冲吸气控制三维方形棱柱气动力
邓国浩,王汉封,赵崇宇,尹亚鹏
2023, 54(4): 1407-1415. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.018

摘要：通过风洞实验研究三维柱体顶部前沿狭缝脉冲吸气对其气动力与尾流的控制效果。实验模型为高宽比H/d=5的方柱，均匀来流速度U_∞=10 m/s，雷诺数Re=27 000，狭缝入口吸气速度与来流风速相同。研究结果表明：相对于无控制工况，脉冲吸气对柱体气动力有明显抑制作用；当脉冲吸气系数f^*=0.2时，脉冲吸气与定常吸气对柱体气动力的抑制效果相当；随f^*增大，柱体阻力与脉动升力仍有所减小，但减小幅度有限；顶部脉冲吸气不仅能明显削弱柱体顶部附近气动力，而且对柱体中下部气动力抑制效果比定常吸气对柱体气动力抑制效果好；顶部脉冲吸气在自由端剪切流中形成周期性大尺度涡结构，增强了自由流与尾流动量交换。
关键词：风洞实验;三维柱体;脉冲吸气;剪切流;主动控制

7

|

1

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37691371 false

发布时间：2023-05-22
主梁断面差异对大跨桥上风屏障防风性能影响的风洞试验研究
汪震,邹云峰,何旭辉,刘路路,严爱国
2023, 54(4): 1416-1425. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.019

摘要：风屏障防风性能受下部结构形式影响较大，为了分析大跨桥梁主桥与引桥主梁断面差异对风屏障防风性能的影响，以某一新建高铁线路的大跨斜拉桥的主桥与引桥为背景，通过风洞试验研究主桥与引桥上列车在不同线路、风屏障高度和透风率等工况下的气动力系数、表面风压系数。研究结果表明：当风屏障参数相同时，主梁断面差异会导致列车气动特性产生较大区别，其中背风侧列车受到的影响较大，且列车位于流线型主桥断面上时气动特性对风屏障参数的变化更敏感；在不同参数风屏障下，主梁断面差异对于列车气动力的影响主要体现在列车迎风面与顶部风压的变化；主梁断面差异对于背风侧列车的侧倾力矩系数影响最大，列车位于主桥断面上时的侧倾力矩系数受风屏障参数变化影响最显著；设计风屏障时，应根据主桥与引桥的主梁断面分别选择适合的参数，以减少主梁断面差异对列车行车舒适性带来不利影响。
关键词：高速铁路;车-桥系统;风屏障;气动特性;风洞试验

6

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37691314 false

发布时间：2023-05-22
明挖四线隧道异型结构施工力学特征
王树英,王斌,何卫
2023, 54(4): 1426-1437. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.020

摘要：明挖隧道异型结构常见于地铁车辆地面出入场线与主线的合建段，施工工序繁杂，结构力学行为复杂。以国内某地铁工程为例，采用现场测试方法研究明挖异型结构施工力学特征。研究结果表明：在三箱与四箱异型结构施工过程中，所有部位基本处于压弯状态，在上覆土回填施工完成后结构处于最不利的受力状态，隧道顶板内侧混凝土因承受过大施工荷载而出现开裂、渗水现象；四箱异型结构在转角加腋位置内力剧增，隧道右线底板承受最大轴力，出场线底板承受最大弯矩；三箱与四箱异型结构不同测试断面的受力变化特征类似，但内力存在差异；对于三箱异型结构，右线顶板与出场线接合部位内力沿隧道纵向变化较大，而出入场线顶板及出场线与右线接合部位受力沿隧道纵向变化不大；对于四箱异型结构，结构底板与顶板受力沿隧道纵向变化较大，而结构交接处受力变化不大；在施工过程中，出现的临时荷载对结构受力带来的短期波动影响需引起重视。
关键词：明挖法;异型结构;施工力学特征

1

|

1

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37691852 false

发布时间：2023-05-22
基于灌注饱满度的灌浆路面灌浆材料流动性能调控
代明欣,杜银飞,孙强
2023, 54(4): 1438-1447. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.021

摘要：为了确定灌注式沥青混合料(GAC)对灌浆材料(GM)流动性能的要求，分别采用锥桶法和截模圆锥法测试不同水泥净浆体系GM的流动时间和扩散直径，并通过抗折强度和抗压强度试验测试GM试件的力学性能。采用数字图像处理技术分析GAC试件的顶部、中部和底部切片图像，获取GAC试件在不同深度的灌注饱满度，并结合灰色关联法进行流动性能指标与其相关性分析，建立灌注饱满度与流动性能的回归方程，确定对水泥净浆体系GM的流动性能要求，并通过灌注试验进行验证。研究结果表明：增大水灰比与减水剂掺量均可提高GM的流动性能，但增大水灰比对其力学性能降低幅度较大；与锥桶法相比，截模圆锥法获取的扩散直径与试件灌注饱满度的相关性更高；为了保证GAC在不同深度的灌注均一性和有效性，基体沥青混合料空隙率为25%的GAC整体灌注饱满度需大于85.0%，此时，GAC在不同深度的灌注饱满度基本一致；水泥净浆体系GM的流动时间需小于11.3 s，或者其扩散直径大于27.2 cm。
关键词：灌浆材料;流动性能;灌注饱满度;流动时间;扩散直径

8

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37691024 false

发布时间：2023-05-22
级配碎石基层填料回弹模量特性及预估模型研究
肖源杰,王萌,于群丁,畅振兴,王卫东,陈晓斌
2023, 54(4): 1448-1462. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.022

摘要：采用基于颗粒堆积理论提出的石砂比设计不同的透水性级配以及用于对比的常规骨架密实型级配，通过控制剪应力比设计不同水平的围压和循环偏应力组合，开展不同应力路径下的重复加载三轴试验，研究级配和应力状态共同影响下级配碎石基层填料回弹模量的变化规律；针对60组室内重复加载三轴试验数据，对比分析14种回弹模量预估模型的预测效果，进而提出可同时考虑级配和应力状态影响的回弹模量预估模型，并验证模型的准确性。研究结果表明：同时考虑级配和应力状态影响的回弹模量预估模型的准确性较高，对级配碎石基层填料回弹模量的预测精度更高，可为透水性基床级配碎石填料的高效利用和可持续推广提供理论依据和技术参考。
关键词：级配碎石填料;重复加载三轴试验;级配;回弹模量;预估模型

126

|

38

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 29120265 false

发布时间：2023-05-22
桩顶-孔内双测点完整性检测理论及缺陷多维度分析
王奎华,项驰轩,吴君涛,于喆,邱欣晨
2023, 54(4): 1463-1471. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.023

摘要：提出一种利用放置于桩顶及桩孔内(如声测管等)的传感器同步接收动力响应信号的桩基完整性检测新方法；建立变截面声阻抗一维杆件模型，通过有限元分析(FEA)验证该方法的可行性；利用验证后的模型解和解析解对缺陷长度、深度和程度进行多维度分析。研究结果表明：通过分析传感器同步接收到的动力响应信号，本文所提方法能够应用于超长桩、多缺陷桩及桩身缺陷量化等复杂工况。由于多解性的存在，当缺陷程度较轻或缺陷长度较短时，本方法难以精确测量缺陷高度；然而，当缺陷高度较大时，偏离度D及偏离值F与缺陷高度无关，仅与缺陷程度有关，因此，对于长度较深(大于1 m)、缺陷程度较严重(大于20%)的缺陷，本文所提模型及检测理论可对桩身缺陷进行定位及量化。
关键词：桩基完整性检测;缺陷;偏离值;缺陷定量

4

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692786 false

发布时间：2023-05-22
钻孔埋管换热器用于寒区隧道消防管网加热保温的理论研究
田凯旋,夏才初,徐英俊
2023, 54(4): 1472-1480. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.024

摘要：为解决寒区隧道消防管冻结失效问题，提出一种基于钻孔埋管换热器的新型加热保温系统；基于非等温管道流模型，联立消防管段加热过程和埋管换热器换热理论，得到系统运行过程中流体温度分布的解析解。以林场隧道工程为背景，对加热段水温、换热器换热效率等的变化规律进行理论分析与数值验证。研究结果表明：进、出口水温先降低后快速上升再缓慢下降，10 h时达到峰值；加热初期，轴向水温分布为“进口温度高、出口温度低、段中温度突变”，之后在4~5 ℃范围内近似呈均匀分布；随着系统的运行，换热器平均换热效率稳定在约15 W/m。系统连续运行对地温的影响范围不断扩大，钻孔附近地温不断降低。系统间歇运行模式由设定高限和低限控制，在间歇期内，围岩地温可得到一定程度的恢复，且换热器换热效率较连续运行工况下的高。水温、换热器换热效率等的理论计算结果与数值模拟结果吻合度较高，本文所提出的寒区隧道消防管网钻孔埋管换热保温系统可使消防管段水温维持在设定低限温度以上，节能高效，有一定的应用价值。
关键词：寒区隧道;消防管;加热保温系统;钻孔埋管换热器;非等温管道流;地温;间歇运行

8

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37691056 false

发布时间：2023-05-22
模块化钢结构建筑柱-柱螺纹套筒连接抗剪试验
常鸿飞,宋心怡,文品涵,夏军武,夹硕勋,江峰
2023, 54(4): 1481-1490. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.025

摘要：为研究模块化钢结构建筑上下模块间柱-柱螺纹套筒连接的抗剪性能，对4组螺纹套筒连接方钢管柱双剪试件进行研究，分析套筒壁厚、材性及套筒螺帽与柱连接类型等因素对连接抗剪性能的影响规律。研究结果表明：试件抗剪性能受螺纹套筒控制，其受剪过程主要经历定位杆剪切、套筒屈服、套筒屈曲和套筒强化4个阶段；空心套筒发生由上半圆筒壁局部控制的冲剪破坏形态，套筒下半圆未发生破坏；套筒壁厚和强度是影响试件抗剪性能的关键因素，套筒螺帽与柱焊接或螺栓连接对试件抗剪性能的影响不大；套筒壁厚增加67%或屈服强度提高22%，可使其抗剪承载力分别提升40.7%和18.0%；筒壁冲剪模型可较安全地预测套筒抗剪承载力，且预测值与实测值较吻合。
关键词：模块化钢结构;模块间连接;螺纹套筒;抗剪性能

8

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37691646 false

发布时间：2023-05-22
基于停留时间的深锥浓密机耙架扭矩计算模型
吴爱祥,武鹏杰,王少勇,阮竹恩,莫逸,胡秀瀚
2023, 54(4): 1491-1499. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.026

摘要：在膏体充填过程中，间歇式充填作业会使料浆在深锥浓密机(DCT)中的停留时间延长。为研究料浆停留时间对DCT耙架扭矩的影响，首先，进行不同停留时间下的深锥相似模拟实验，得到底流料浆屈服应力与耙架扭矩的变化规律；其次，将DCT耙架分解为水平横梁、导水杆、耙臂及刮泥耙这4个构件进行受力分析，联立屈服应力与停留时间的函数关系，建立不同停留时间的DCT耙架扭矩计算模型。最后，对扭矩计算值与实测值的相对误差进行分析，结合对DCT锥部泥层的观测，探索停留时间对耙架扭矩的影响及压耙机理。研究结果表明：模型中耙架扭矩随停留时间的变化规律与实际结果一致，可划分为缓慢增长和快速增长2个阶段；粗颗粒尾砂(CPT)在“重-压-剪”三力作用下，随着停留时间延长而不断向DCT底部运移、密实，逐渐在锥部形成“高CPT占比、高浓度、高摩擦、难屈服”的“三高一难”致密层，料浆反作用于耙臂和刮泥耙导致耙架扭矩增大，最终导致DCT压耙。
关键词：深锥浓密机;停留时间;耙架扭矩;计算模型;压耙;粗颗粒尾砂

6

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692662 false

发布时间：2023-05-22
旋转空化喷嘴结构优化设计及涡旋特性分析
武晓亚,张逸群,赵帅,李根生
2023, 54(4): 1500-1517. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.027

摘要：为提升高压水射流破碎开采天然气水合物的效率，优化设计一种旋转空化射流喷嘴。利用计算流体力学方法探究不同叶轮数、叶轮加旋角度、入口速度和出口围压对旋转空化射流特性的影响规律，对比分析旋转空化射流和收缩-扩张型空化射流的流场分布规律、涡旋特性及天然气水合物沉积物的破碎特征。研究结果表明：叶轮加旋角度对旋转空化射流的影响明显比叶轮数的影响大，叶轮数及叶轮加旋角度的优化值分别为3个和360°；在喷嘴结构固定的情况下，提高入口速度能获得空蚀及射流冲蚀能力更强的旋转空化射流，而围压升高则会弱化流场中空化云的初生与发展；旋转空化射流因兼具正向冲击、径向张力及周向剪力和“梭形”空化云特点，较收缩-扩张型空化射流有更优的破岩效果；叶轮旋转效应所产生的中心涡使得旋转空化射流的涡结构更加复杂，流场中更易形成“负压”区以提升射流的空蚀能力。
关键词：旋转空化射流;天然气水合物;射流冲蚀;分离涡模拟;涡旋;数值模拟

5

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692468 false

发布时间：2023-05-22
变弥散系数和对流速度下有机溶质在多孔介质中一维运移的解析解
江文豪,李江山,黄啸,程鑫
2023, 54(4): 1518-1530. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.028

摘要：为研究变弥散系数和对流速度对有机溶质在多孔介质中运移规律的影响，考虑有机溶质的降解作用，设定多孔介质的厚度为有限厚度，建立变弥散系数和对流速度下有机溶质一维运移的数学模型，并利用变量代换和分离变量法获得该数学模型的解析解。将本文所提解析解分别与试验测定结果、已有解析解和有限差分解进行对比分析，对所提解析解的正确性进行验证。基于所提解析解，分析非均质特性系数δ、降解半衰期t_1/2和Robin边界常数α对有机溶质一维运移过程的影响。研究结果表明：一方面，非均质特性系数δ的增大会在一定程度上加快有机溶质的一维运移过程；另一方面，δ增大使得运移后期有机溶质的质量浓度减小；有机溶质质量浓度随降解半衰期t_1/2增大而增大，当t_1/2不超过800 a时，应考虑有机溶质的降解作用；Robin边界常数α主要影响出流边界附近有机溶质质量浓度的变化；在两种不同入流边界条件下，出流边界附近的有机溶质的质量浓度均随α增大而减小。
关键词：多孔介质;一维运移;弥散系数;对流速度;有机溶质;解析解

5

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692503 false

发布时间：2023-05-22
单一粗颗粒影响下的松动体形态演化特征试验研究
金爱兵,尹泽松,孙浩,贾俊泽,韦立昌
2023, 54(4): 1531-1542. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.029

摘要：在崩落矿岩颗粒流动过程中，粗颗粒的存在会影响散体的运移特性和规律。针对现有放矿研究中未充分考虑粗颗粒影响的问题，基于自主设计的矿岩颗粒体系非接触式放矿监测与分析系统开展一系列放矿试验，对比手动圈绘与Image Pro Plus(简称IPP)软件圈绘这2种方式所得松动体(IMZ)形态及松动体高度与最大半径的关系，从定性和定量两个方面验证IPP圈绘在放矿试验中的可靠性，并探究粗颗粒对松动体形态及其四周细颗粒运移特性的影响。研究结果表明：IPP软件可更高效、便捷地自动圈绘松动体。粗颗粒会对四周局部细颗粒位移产生显著影响，且相较于上方细颗粒，粗颗粒对下方细颗粒的影响更大。当松动体经过粗颗粒时，粗颗粒上方局部区域颗粒位移由幂律分布转变为Logistic分布，粗颗粒下方局域区域颗粒位移由幂律分布转变为波动的无规律分布。单个粗颗粒会对松动体局部形态产生显著影响。当松动体边界经过粗颗粒时，松动体局部形态出现凹陷及不连续弯曲现象。当模型中普通颗粒粒径为3~8 mm时，粗细颗粒粒径比d_c/d_f大于6.0的粗颗粒会引起松动体的形态发生变化。粗颗粒的存在会提高四周细颗粒达到放矿口的速度，其上、下方局部区域分别有17.02%和31.42%的颗粒提前达到放矿口。
关键词：粗颗粒;放矿模型试验;松动体;运移特性;图像识别

4

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692576 false

发布时间：2023-05-22
可调节式格栅装置对漂浮式海上风机稳定性的影响
周恒,宋波,王荣,陈乃刚
2023, 54(4): 1543-1551. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.030

摘要：为提高漂浮式风机在复杂海洋环境中的稳定性与安全性，提出一种可调节式格栅装置，开展振动台试验，验证格栅装置减震的可行性，并利用有限元数值分析，建立可调节式格栅装置与漂浮式风机的仿真模型，分析在不同波况下漂浮式风机的动力响应。研究结果表明：无可调节式格栅装置时，漂浮式风机结构在巨浪载荷下最大倾角为3.1°；当增加格栅装置后，在相同波浪荷载作用下，风机结构的晃动幅值与最大倾角均会减小，二者减小幅度与格栅板开启角度有关；同时，风机结构的自振频率增大，在格栅板开启角度为30°时，结构最大倾角与塔筒应力降幅最大，分别减小1.8°和108.89 MPa，由此可见可调节式格栅装置可显著提高漂浮式海上风机的稳定性与安全性。
关键词：可调节式格栅;漂浮式风机;振动台试验;数值分析;稳定性

2

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692915 false

发布时间：2023-05-22
三轴压缩荷载下高温处理后泡沫混凝土力学性能试验研究
刘志恒,陈徐东,宁英杰,王佳佳
2023, 54(4): 1552-1561. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.031

摘要：为探究围压、高温处理以及加载速率3种因素对泡沫混凝土(FC)三轴压缩性能的影响，针对湿密度为500 kg/m³的FC(FC-500)开展高温后三轴压缩试验。研究结果表明：在低围压作用下，FC-500以剪切破坏为主；随着围压增加，FC-500出现局部压溃现象；在高围压作用下，FC-500主要以压溃破坏为主。 FC-500三轴压缩应力-应变曲线在峰前表现为弹塑性特征，峰后表现为屈服平台特征；FC-500三轴压缩强度随着围压、加载速率的增加而增加，随处理温度的升高而减小；采用折减系数法可将FC-500的峰后应力-应变曲线简化为理想弹塑性模型。
关键词：泡沫混凝土;高温处理;三轴压缩;应力-应变特性;理想弹塑性模型

11

|

2

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692625 false

发布时间：2023-05-22
复掺青稞秸秆灰-矿粉混凝土的性能与影响机理研究
曹锋,乔宏霞,舒修远,崔丽君,赵紫岩
2023, 54(4): 1562-1575. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.032

摘要：为了探究青稞秸秆灰(HBSA)和矿粉(SP)复掺对普通C40混凝土性能的影响，首先，对不同HBSA和SP掺量的混凝土进行物理和力学性能试验，确定HBSA和SP的最佳掺量。其次，采用低场核磁共振技术(NMR)和气体吸附技术对混凝土的孔隙结构进行分析。最后，采用微观测试技术对混凝土的水化产物及微观结构进行表征，进而揭示HBSA和SP对混凝土性能产生影响的作用机理。研究结果表明：HBSA和SP的掺入可以有效改善混凝土的物理和力学性能。复掺10%(质量分数，下同)的HBSA和20%的SP的混凝土表观干密度最大，吸水率和开口孔隙率最小，抗压强度和劈裂抗拉强度最大，混凝土的物理力学性能最优。建议将HBSA和SP的复掺量控制在30%左右，且不宜超过40%。复掺10% HBSA和20% SP的混凝土有害孔、多害孔的孔隙率减小了0.47%，无害孔、少害孔的孔隙率增加了0.27%，总的孔隙率减小了0.2%；微小孔隙数量增加，最可几孔径减小，孔隙结构得到优化。复掺10% HBSA和20% SP的混凝土水化产物中钙矾石(AFt)和氢氧化钙的质量更小，水化硅酸钙(C-S-H)和水化硅铝酸钙(C-A-S-H)质量更大，有效填充了混凝土中的较大孔隙，增强了混凝土结构的密实性，抑制了AFt的生长，提高了混凝土的力学性能。复掺HBSA和SP时，混凝土的开口孔隙率和吸水率比单掺最优HBSA掺量时的更小，劈裂抗拉强度更大。
关键词：青稞秸秆灰;矿粉;混凝土;孔隙结构;微观结构

6

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692332 false

发布时间：2023-05-22

能源工程 • 交通运输工程

离散颗粒抑制热喷流红外辐射的大涡模拟
胡峰,孙文静,张靖周,单勇
2023, 54(4): 1576-1591. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.033

摘要：为了探究气溶胶离散颗粒对飞行器排气喷管热喷流3~5 μm波段的红外辐射的抑制效果，设计地面状态下气溶胶颗粒投射的仿真环境，采用大涡模拟和颗粒离散相模型对含气溶胶颗粒的飞行器排气喷管尾部气固两相剪切流进行数值模拟研究，系统地分析颗粒的质量流量、粒径和喷射速度对离散颗粒空间分布形态以及热喷流红外辐射抑制的影响规律。研究结果表明：颗粒的质量流量和粒径对于红外抑制效率的影响较为明显，增加颗粒质量流量对颗粒的空间分布形态影响较小，但能够显著提升红外抑制效率；当颗粒粒径大于1.0 μm时，颗粒空间分布均匀，红外抑制效率最高；颗粒的喷射速度对于颗粒的空间分布以及红外抑制效率的影响较小。
关键词：红外抑制;高速剪切流;大涡模拟;气溶胶颗粒分布;气固相互作用

7

|

2

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692918 false

发布时间：2023-05-22
仿生球体形态对高速磁浮列车减阻的影响
周丹,陈怀博,孟石,李金柱
2023, 54(4): 1592-1602. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.034

摘要：采用基于SST k-ω双方程的IDDES湍流模型，在高速磁浮列车流线型部位设置不同形态的仿生球体结构，对其减阻性能进行瞬态模拟。研究结果表明：仿生球体结构不仅可以有效降低尾流流速，削弱尾流的整体强度，而且能够约束尾涡的发展，减小尾涡的辐射范围；球体结构减小了尾车流动分离位置处的高速流区面积，并有效延缓了湍流的猝发性，使得湍流强度降低，边界层厚度变窄；仿生球体结构对列车风产生一种吸附作用，使得高速区被集中在距离尾车鼻尖更近的部位，尾流的流速波动变小；球体形态差异对流场结构的影响较大，与凸包形态的球体结构相比，凹坑形态的球体结构对尾流强度的削弱作用更显著，对流动分离位置边界层的作用效果更好，对列车风的吸附能力更强；凸包形态和凹坑形态的仿生球体结构可分别减小7.64%和14.58%的尾车气动阻力，但会分别增大2.33%和1.16%的头车气动阻力。
关键词：高速磁浮列车;仿生球体形态;尾流结构;列车风;气动阻力

7

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692394 false

发布时间：2023-05-22
柔性附属结构对5꞉1矩形柱体气动特性的影响
尹亚鹏,王汉封,李欢,邓国浩,谢祖育,肖海珠
2023, 54(4): 1603-1612. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.035

摘要：为了研究柔性附属结构对5꞉1矩形柱体气动特性的影响，采用烟线法对矩形柱体的分离再附流动进行可视化研究。通过改变雷诺数Re、风攻角α等参数，对矩形柱体进行测压试验。研究结果表明：柔性附属结构对矩形柱体绕流产生气动干扰作用，且随着Re增加，干扰作用更加明显；随着Re增加和α发生改变，柔性附属结构拍动形态主要包括稳定变形、尖部轻微摆动、中上部大幅度摆动、整体剧烈拍动、拍动并撞壁共5种；柔性附属结构可降低阻力系数，最大降幅为13.6%；柔性附属结构可降低升力系数，降低幅度与Re有关；矩形柱体受到的扭矩绝对值与单柱体时相比显著减小，最大降幅为98.5%。
关键词：柔性附属结构;矩形柱体;气动特性

6

|

7

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37691161 false

发布时间：2023-05-22
列车气动效应作用下隧道衬砌混凝土水分传输理论研究
王家赫,谢永江,冯仲伟,王嘉旋,渠亚男
2023, 54(4): 1613-1621. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.036

摘要：针对高速列车气动效应在铁路隧道衬砌混凝土表面产生的高速气流和空气低压作用，提出考虑列车气动效应的隧道衬砌混凝土水分传输和湿度场理论计算模型，并对气体流速和表面低压等关键影响因素进行分析。研究结果表明：高速气流加速混凝土表面水分交换速率并减薄水汽过渡层，表面低压作用降低环境中的水蒸气分压并增大混凝土表面与内部孔隙之间的压力梯度；混凝土表面风速越大、气压绝对值越低，其内部湿度下降越快；环境条件对混凝土湿度场的影响仅局限在混凝土表面一定范围内，环境风速和表面气压变化对混凝土内部湿度影响较小；在标准大气压条件下，当混凝土表面风速由5 m/s增大至15 m/s时，距离干燥面10 mm和30 mm处60 d龄期时相对湿度分别降低32.6%和3.9%；在环境风速为0 m/s条件下，当混凝土表面气压由80 kPa降低至50 kPa时，距离干燥面10 mm和30 mm处60 d龄期时混凝土相对湿度分别降低37.9%和3.8%。本文所提出的理论模型可较准确地描述上述因素对混凝土湿度变化的加速效应。
关键词：混凝土;相对湿度;水分传输;气动效应

4

|

5

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37691115 false

发布时间：2023-05-22
梯形轨枕空吊对轨道结构力学特性的影响及其整治技术研究
王鑫,丁宇,赵静存,刘力,王朋松,王森,张胜龙
2023, 54(4): 1622-1632. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.037

摘要：为研究垫板空吊对梯形轨枕服役性能的影响，建立考虑细观混凝土损伤的梯形轨枕轨道结构塑性损伤分析模型，结合现场实测数据计算分析不同轨枕空吊状态下轨道结构的变形与损伤规律。在此基础上，通过分析填充材料不同性能对该病害修复效果的影响及现场试验结果，得到材料的性能指标，并开展填充材料和病害整治技术的研究。研究结果表明：当梯形轨枕中间3块垫板出现大面积空吊时应予以重点关注，此时轨枕在列车荷载下将发生明显的变形，与正常工况相比，位移最大值将增加约60%，轨枕底部易出现受拉损伤并产生裂纹。对于空吊的修复，建议填充材料的弹性模量应不低于5.0 GPa。通过调整填充材料中填料和交联剂的用量可以在满足弹性模量要求的同时，保证粘接强度和黏度分别不低于5.0 MPa和500 mPa·s。采用研发的填充材料进行空吊修复后，轨枕变形明显减小，其结果与理论分析结果基本一致。
关键词：梯形轨枕;空吊;塑性损伤模型;填充材料;病害整治

4

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692750 false

发布时间：2023-05-22
地铁钢轨双光带形成机理分析
李昌隆,关庆华,许世杰,温泽峰,陶功权
2023, 54(4): 1633-1643. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.038

摘要：针对国内某地铁线路上直线段钢轨出现双光带的现象，选取标准钢轨廓形与不同镟后运行里程的车轮廓形匹配，利用建立的地铁车辆动力学模型与Archard磨耗模型，对钢轨双光带的形成机理进行分析；同时利用仿真得到的钢轨磨耗廓形与车轮标准踏面外形LM匹配，研究钢轨双光带对车辆动力学性能的影响。研究结果表明：当车轮标准踏面外形LM与标准钢轨廓形匹配时，在钢轨轨距角侧会产生明显的单峰值磨耗，在钢轨上表现为单光带；随车轮镟后运行里程增加，除了轨距角侧的磨耗峰值外，在轨顶外侧也开始出现磨耗峰值；随车轮镟后运行里程进一步增大，钢轨在轨距角侧和轨顶外侧将分别形成2个明显磨耗峰值，对应钢轨上双光带出现的位置，并且双光带的位置趋于稳定；钢轨产生双光带后，车辆的蛇行临界速度明显下降，横向平稳性变差，垂向平稳性几乎不受影响。
关键词：钢轨磨耗;双光带;轮轨接触;磨耗仿真;动力学性能

6

|

1

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37692973 false

发布时间：2023-05-22
基于RBFNN代理模型的高速机车横向动力学性能多目标优化
吴锐东,姚远,李广
2023, 54(4): 1644-1652. DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.039

摘要：针对高速机车横向动力学中的悬挂参数优化问题，首先，以国内某型2B0轴式高速机车为基础，采用SIMPACK软件建立该机车动力学模型；其次，以蛇行稳定性和横向平稳性指标为优化目标，同时兼顾新轮和磨耗轮2种轮轨接触状态，通过拉丁超立方试验设计方法对关键悬挂参数进行采样设计；最后，根据试验设计结果构建转向架悬挂参数映射到机车横向动力学性能的RBFNN代理模型，并利用Sobol敏感性和Pearson相关性分析方法来量化悬挂参数对优化目标的影响程度。研究结果表明：在参数给定优化范围内，机车横向动力学性能几乎不受二系横向减振器节点刚度变化的影响；而蛇行稳定性对一系纵向刚度、抗蛇行减振器节点刚度以及抗蛇行减振器阻尼较敏感，前后司机室横向平稳性对二系横向刚度最敏感，在高速机车转向架设计中应该给予重视。此外，将代理模型结合遗传算法NSGA-Ⅲ搭建快速多目标优化平台，并通过动力学仿真结果验证该平台的准确性，可有效替代车辆系统动力学模型仿真计算及优化。
关键词：高速机车;蛇行稳定性;横向平稳性;代理模型;多目标优化

7

|

0

|

0

<HTML>
<网络PDF><WORD><Meta-XML>

<引用本文> <批量引用> 37693068 false

发布时间：2023-05-22

加载中...

⁰