大间距下高耸双烟囱风致特性试验研究

双烟囱结构在自然风作用下存在气动干扰效应,从而诱发较大风致振动,威胁结构安全.合理计算和预测风振响应是双烟囱抗风设计的关键.以某中心距为8倍平均直径的双烟囱结构为研究对象,开展刚性模型测力和气弹模型测振风洞试验,将试验结果与中国规范、欧洲规范和CICIND(International Committee on Industrial Construction)规范计算值进行比较,详细研究双烟囱在不同风向角下的风致响应特性.研究结果表明:在烟囱串列布置下,迎风侧烟囱具有遮挡和干扰效应,一方面使得背风侧烟囱底部弯矩减小,另一方面使其横风向位移大于在其他风向角下的值;由于厂房的干扰效应,风振系数中国规范计算值与试验值接近;当烟囱高度超过厂房高度后,计算值较试验值偏大;对于横向响应,中国规范计算值较试验值大37.1%,欧洲规范计算值与试验值接近,仅偏小6.9%,CICIND规范计算值比试验值小17.1%.

基于自感知纤维增强复合材料锚杆的隧道围岩松动圈识别

隧道围岩变形和松动圈厚度是隧道结构设计的重要考虑因素和安全运营的重要参考依据,现有的松动圈识别方法和隧道围岩变形测量手段多停留在检测层面,缺乏长期实时监测方法.为此,研发内嵌光纤的自感知纤维增强复合材料(FRP)锚杆,提出基于内嵌光纤自感知FRP锚杆的隧道围岩智能监测系统,可以实现对围岩变形立体化、全天候的实时监测;结合监测数据与理论分析,提出隧道围岩松动圈的识别方法,并将该智能监测方法应用于广汕高铁陈塘隧道.研究结果表明:自感知FRP锚杆能够精准探知现场施工对围岩变形的影响规律,型钢钢架对隧道围岩的支护作用较为突出;监测数据可以实时反映自感知锚杆的受力规律,从而准确识别隧道不同位置围岩的松动圈厚度;基于自感知FRP锚杆的隧道围岩智能监测系统将在隧道运营过程中持续、实时监测隧道围岩的变形,为隧道全生命周期的结构安全提供高技术保障.

高速列车底部结构参数对气动噪声影响规律

为更好地开展高速列车气动降噪设计,建立了高速列车头车第一组转向架区域的6参数模型,采用计算气动声学和拉丁超立方抽样实验所设计的方法,得到了13个参数化模型的远场气动噪声、转向架舱内湍流脉动功率级和声功率级,并分析了底部结构参数对远场和近场气动噪声的影响规律.结果表明:底部结构参数对远场噪声影响范围为75.4~78.9 dB(A),裙板高度、排障器厚度、转向架舱后缘倒角和舱长度与远场噪声为负相关,舱前缘倒角、排障器前缘夹角与远场噪声为正相关,底部结构参数的变化主要影响中心频带315~1250 Hz间的噪声能量;排障器厚度和前缘夹角与远场噪声、舱内湍流脉动功率、声功率均为负相关;裙板高度和远场噪声、舱内湍流脉动功率级为负相关,与舱内声功率为正相关.

磁悬浮人工心脏泵及其在体外循环系统上的试验研究

体外循环生命支持系统(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)可替代人的心、肺工作,为挽救生命创造机会,在这次抗击新冠疫情中屡建奇功,被称为“救命神器”.针对作为ECMO动力源的磁悬浮人工心脏泵,本文对其磁悬浮系统和无接触高效率磁耦合驱动装置进行了研究;在多入多出智能控制系统控制下实现了磁悬浮人工心脏泵变速稳定运行,并开展了磁悬浮人工心脏泵的压力、流量和转速实验;用所研制的磁悬浮人工心脏泵进行了3 d的动物实验后自主撤机.研究结果表明:体外循环磁悬浮离心血泵表现出良好的稳定运行特性,保持转速不变,在流量变化较大时,进出口压力差变化不大;体外循环磁悬浮离心血泵在转速为5000 r/min时,进出口压力差可以达到750 mmHg,具有较宽的工况范围;持续进行了15 d可靠性试验后,各项测试参数符合特性曲线规律;试验期间,羊生命体征持续存在,撤机后羊的生命体征平稳,验证了所研发的磁悬浮人工心脏泵在ECMO系统上应用的有效性和安全性.

考虑电流振铃特性的悬浮电磁铁等效电路模型

电磁悬浮型(electromagnetic suspension,EMS)磁浮列车通过悬浮斩波器调节悬浮电磁铁电流,进而控制悬浮力,使车体稳定悬浮.悬浮斩波器驱动悬浮电磁铁过程中所产生的电流振铃会增加开关损耗,造成电磁干扰(electromagneticinterference,EMI),甚至影响悬浮控制效果.研究悬浮电磁铁电流振铃的产生机理,能为其抑制措施的设计予以指导.为此,提出了一种考虑电流振铃特性的悬浮电磁铁等效电路模型.首先,用策动点函数法推导了悬浮电磁铁导抗函数的一般形式,并结合悬浮电磁铁电流的单位阶跃响应特性确定了其导抗函数的最简表达式以及对应的等效电路模型;接着,用判别式法和仿真法分析了不同电路参数对电流振铃特性的影响;最后,比较了同一悬浮电磁铁电流振铃的仿真和实验波形.结果表明:在所给参数条件下,实验所得悬浮电磁铁电流纹波幅值、振铃峰峰值和振铃频率分别比仿真结果小9.7%、20%和11%;此外,仿真的电流振铃衰减时间约为1μs,与实验结果接近;仿真和实验所得悬浮电磁铁电流振铃的幅值、频率和衰减特性均能较好吻合,证明了所提电路模型的正确性.

考虑时间间歇效应的粉土动力特性

列车荷载是揭示路基真实动力响应特性的前提,以往的动三轴试验将列车荷载视为连续动荷载,忽略了追踪列车间隔时间对路基土体动力特性的影响.利用室内动三轴仪对粉土开展了连续加载和间歇加载(连续加载与间歇交替循环)的动三轴试验,分析了两种加载方式下粉土超孔隙水压力、回弹模量、累积塑性应变等的发展规律.研究结果表明:持续动荷载作用下累积的超孔隙水压力在间歇阶段会发生消散,轴向应变在间歇阶段得到一定程度恢复,进而提高了试样抵抗变形的能力;室内动三轴试验忽略间歇效应将高估列车动荷载作用下试样超孔压和塑性应变的累积量及发生破坏的可能性;间歇加载下试样的永久变形行为可依据安定理论划分为塑性安定、塑性蠕变和增量破坏.

不同粗糙度岩体节理面的应力松弛特性及机理

应力松弛是岩体节理面时效特性的重要组成部分,也是影响岩体工程长期稳定性的重要因素.为研究不同粗糙度岩体节理面的应力松弛特性,并进一步探索节理面的应力松弛机理,选取Barton标准剖面为人工模拟节理面的表面形态,并用水泥砂浆浇筑成型;然后,对其进行了分级加载剪切应力松弛试验,研究了不同粗糙度节理面在不同初始应力水平下的应力松弛曲线及应力松弛速率曲线特征,给出了松弛应力与初始应力之间的关系,并结合试验现象分析了应力松弛的发生机理.研究成果表明:随着初始松弛应力的升高,松弛应力先减小后增大,即岩体节理面应力松弛能力先减弱后增大,该现象与剪切过程中节理面的变形和裂隙发展有关,应力松弛是试验机为保持变形不变而不断调整,同时内部裂隙发育导致其内部抗力减小,进而引起应力下降的过程,并且粗糙度(JRC)越大,应力松弛能力越强.

共享任务对汽车安全性和软件可用性的影响

为了确定汽车共享交互任务与驾驶任务协同作用对驾驶安全性和交互可用性的影响,进而为汽车共享软件优化和汽车共享驾驶员筛选培训提供理论参考,首先针对24名经验丰富的中国驾驶员,利用汽车模拟驾驶试验,采集了车速变化、制动时间、交互时间等驾驶安全性和交互可用性参数数据,然后通过配对样本t检验方法,在停车状态和驾驶状态,对比分析了是否使用汽车共享软件对交互可用性绩效和驾驶安全性绩效的影响.研究表明:相对于不操作共享任务,驾驶时操作汽车共享任务交互时间增加了24%~87%,满意度降低了15%,认知负荷增加了33%~61%,但交互错误不受影响;反向来看,驾驶时操作汽车共享任务会对驾驶安全性产生影响,表现为相对于不操作共享任务,制动反应时间增加了45%,方向盘调整次数增加了217%~761%,方向盘调整角度增加了25%~66%,驾驶错误增加了512%~1053%,车速降低了8%;汽车共享软件导致的驾驶分心只影响反应时间,不影响制动行为.

车站联锁系统行为验证与数据确认的形式化方法

车站联锁系统是一种典型的基于数据驱动的安全苛求系统,开发过程中需要对系统行为进行验证并需确认数据的正确性.为此,通过分析联锁系统的设计规范,基于RODIN平台并使用Event-B语言,辅助使用UML(unified modeling language)图工具快速建立系统的初始模型,以自动生成模型文件并描述出各系统属性与事件流程;基于精化策略分层建模,对各层模型的证明义务进行定理证明,验证了系统的各项属性,得出可靠的通用功能模型;基于实例车站,对模型的公理进行了验证,同时实现了对联锁数据的确认;通过形式化验证过程,结合给定场景联锁数据的有效性确认,发现并纠正系统需求及分析过程中造成的潜在行为缺陷;通过功能仿真与验收测试,进一步确认了通用模型与联锁数据的正确性.结果表明:本文方法提高了基于模型开发过程的准确性与层次性,验证了系统通用行为状态,且结合公理验证,实现了联锁数据的确认,并能基于模型进行功能场景仿真与测试,从而可进一步提高系统通用功能原型的可靠性.

粗橡胶粉SBS改性沥青透水混合料抗水损害性能

排水沥青混凝土孔隙率大,具有良好的排水、降噪功能,但是易发生水损害.使用粗橡胶粉和SBS(styrene-butadiene-styrene block copolymer)改性剂对基质沥青进行复合改性.采用冻融劈裂强度比对透水沥青混合料的抗水损害性能进行评价.研究SBS用量、最大公称粒径、粗橡胶粉用量、级配各筛孔通过率、消石灰用量和沥青用量6个影响因素对透水沥青混凝土抗水害损性能的影响,揭示粗橡胶粉SBS复配沥青混合料的抗水损害机理.研究结果表明:SBS用量的增加、集料最大公称粒径的增大、消石灰的加入均能提高透水混合料的冻融劈裂强度比;为了获得最佳的水稳定性和良好的经济性,建议SBS与粗橡胶粉的最佳掺量分别为6%和10%,并且通过灰关联分析得出了影响各规格混合料抗水损害性能的关键筛孔.

多尺度稀疏电能质量扰动识别方法

针对传统电能质量扰动识别中存在数据量大、扰动特征依赖主观选择的问题,提出一种多尺度稀疏电能质量扰动深度识别方法.首先,构建电能质量的多尺度稀疏模型,通过对扰动信号平稳小波多尺度变换获得扰动的低高频信息;然后,对其压缩采样获得降维的测量数据,并在此基础之上,应用正交匹配追踪算法求取各层稀疏系数组成稀疏向量,将稀疏向量输入深度置信网络,实现扰动的智能识别;同时,为进一步提高网络识别的准确性,采用交叉熵算法完成对网络隐含层数、学习率等参数寻优;最后,为验证所述方法的有效性,针对几类典型的单一扰动和复合扰动信号进行大量仿真试验.结果表明:在理想环境和噪声环境下,针对七类典型单一扰动,平均识别率达到99.0%和96.71%以上;针对13类多重扰动,平均识别到达97.69%和94.62%以上.

基于多特征检验的三维沥青路面裂缝检测

针对由裂缝对比度低、路面纹理复杂多变等因素引起的沥青路面三维图像的裂缝检测精度低的问题,对原始三维裂缝图像进行尺寸降维、灰度校正、高斯滤波等预处理;然后以图像截面为研究对象,分别对4个方向的截面依次进行特别设计的倾斜度、高斯分布、边缘梯度3种特征检验,从而获得裂缝截面;接着对各个方向的裂缝截面进行融合和去噪,获得完整的裂缝二值图像;最后,根据路面粗糙度的高低,变化高斯分布特征检验中的相关参数,实现裂缝的高精度检测.研究结果表明:提出的算法能达到89.19%的准确率、93.69%的召回率及91.06%的F值,优于基于三维光影、种子识别的典型三维图像裂缝检测方法.

基于车辆-移动轨道耦合模型的列车碰撞爬车行为

为了揭示车辆参数对列车碰撞爬车行为的影响规律,首先基于车轨耦合的基本思路,建立车辆模型和移动轨道模型,用非线性轮轨接触模型耦合车辆模型和移动轨道模型;非线性钩缓装置模型用于连接相邻的两个车辆模型;然后通过模拟两同型列车低速正面碰撞,获得了不同参数情况下车辆和轨道的动态响应;最后用车轮抬升量作为车辆碰撞爬车指标,分析了车轮抬升量对碰撞速度、车体质心高度和二系垂向刚度的灵敏度和相对灵敏度.结果表明:在其他条件不变的情况下,当碰撞速度增大至27 km/h时,车轮抬升量陡增至36.5 mm;质心高度增大20%时,车轮抬升量增加41%;二系垂向刚度增大20%时,车轮抬升量减小16.6%;车轮抬升量随碰撞速度和质心高度的增大而增大,而随着二系垂向刚度的增大而减小;车轮抬升量对碰撞速度的灵敏度是非线性的;质心高度和二系垂向刚度的相对灵敏度分别为205%和-83%.

数字单周期电流控制在电磁悬浮系统中的应用

在串级控制的电磁悬浮系统中,电流环的响应速度和精度对整个悬浮控制起着至关重要的作用.为了加快悬浮系统电流环的响应速度以及减小跟随误差,基于TMS320F28335设计了EMS (electromagnetic suspensionsystem)的数字单周期控制(digital one-cycle control,D-OCC)电流控制器.以悬浮斩波器为研究对象,建立起D-OCC的数学模型,对额定悬浮工作点处斩波器电流的D-OCC算法进行了详细推导;通过Simulink平台对算法进行仿真验证,并将D-OCC的电流环投入到实际悬浮系统中进行悬浮实验.实验结果表明:对频率为5 Hz,幅值为3 A的方波信号进行跟随时,传统PID控制在方波上升沿和下降沿均存在一定的超调,且稳定后存在不小于20 mA的跟随误差,D-OCC在调节过程中不存在超调,且稳定后没有跟随误差,说明D-OCC算法能够实现对指令电流快速、准确跟随;采用电流环D-OCC的悬浮系统起浮过程需要约0.4 s的调整时间,并且悬浮稳定后可以克服50%荷载扰动和1.5 mm气隙扰动,说明该方法可以实现系统稳定悬浮,且具有较强的鲁棒性能.

空中交通流非线性分形特征

为了给空中交通流建模与预测提供科学依据,建立4种时间尺度的时间序列,采用替代数据法进行了非线性检验,确定5 min尺度的时间序列作为后续研究对象;应用小波分解方法研究了时间序列的自相似性特征,通过R/S方法计算了全局和局部Hurst指数,研究了时间序列的长相关性特征;应用关联积分的二阶差分法计算了时间序列的无标度性区间;采用多重分形谱方法研究了时间序列的多重分形特征,应用Grassbeger-Procaccia(GP)算法计算了时间序列的关联维数.研究结果表明:5 min时间尺度的时间序列具有非线性因素的概率为99.2%,其他3种时间序列的非线性尚不明确;从小波分解图可定性观察出时间序列具有较强的自相似性;全局Hurst指数为0.756 5,局部Hurst指数均大于0.5,表明时间序列具有长相关性;关联积分二阶差分法能够有效识别出无标度区间,说明时间序列具有无标度性,不同嵌入维数对应的无标度区间是不同的;多重分形谱图呈现钟型,说明具有多重分形特征;关联维数为6.89,表明至少需要7个变量才能清晰描述本时间序列对应的空中交通流.

生物炭对生物滞留池水文效果的影响

为了研究生物炭的添加对生物滞留池雨水下渗、持水能力及水力停留时间的影响,在一野外中试生物滞留池中加入了4%(w/w)的生物炭,对该生物滞留池进行了导水率测试和3次溴示踪模拟降雨实验.研究结果表明:与无生物炭的对照组相比,生物炭的施用将填料土的饱和导水率增大了1.5倍;生物滞留池的水力停留时间延长了近1h;渗流区的体积含水量增加了11%~23%;施用生物炭可全面提高生物滞留池的水力表现,避免溢流,削减洪峰,增加保水,减少雨水径流的排放.

车联网环境下的动态Robertson车队离散模型

传统Robertson车队离散模型参数估计是基于历史数据,不能很好地反映交通流的动态变化特征,为解决这一问题,构建了车联网环境下的动态Robertson车队离散模型.考虑到车联网环境下车辆的行程时间数据易于获得,基于此可对Robertson模型的相关参数进行实时动态估计建立动态Robertson车队流量离散模型.通过实际调查数据,分析了上游交叉口车辆离去流率与下游交叉口车辆到达流率的关系,并将文中模型与静态Robertson模型、实际观测数据进行了比较分析.结果表明,文中动态模型更能反映交通流的车队离散规律,与静态Robertson模型相比,平均预测均方误差减少了30.68%.

城市地铁-公交复合网络抗毁性与级联失效仿真

为研究城市公共交通复合网络的拓扑结构特性,在构建多方式、多层次拓扑网络的基础上,对以成都市为例的地铁-公交复合网络在袭击与拥堵下的有效性进行了分析.运用复杂网络理论,首先测度地铁-公交复合网络在不同袭击模式下的静态抗毁性,以评判复合网络中节点与连边的重要度;其后对突发性事故下地铁客流拥堵的传播扩散现象与级联失效过程进行仿真分析,通过对受阻客流在复合网络中传播性的分析,评判复合网络中地铁线路与沿线公交线路应急协调能力的匹配度.研究结果表明:在随机、蓄意两种袭击下,地铁-公交复合网络的最大连通度与网络效率的降幅与降速均低于地铁子网络与地面公交子网络,复合网络整体效能优于单一网络;基于有无容量限制下成都市8条地铁线路的拥堵失效仿真结果,能够评估其沿线既有公交线路的应急疏运能力,从而制定具有针对性的策略措施,以应对突发性事故下复合网络的过载情况.

PEMFC并网发电系统主动电流控制方法

负载功率变化时,由于传统PQ控制方法未充分考虑质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统的实际运行特性,不能有效响应负载需求.为了使PEMFC发电系统在负载变化时准确、快速响应,根据PEMFC发电系统的运行特性和PEMFC并网PQ控制原理,建立了包含150 k W PEMFC电堆、DC/DC变换器、并网逆变器、滤波器等的PEMFC并网系统模型,并在此基础上,提出了基于PQ控制的主动电流控制方法.MATLAB仿真测试结果表明,该方法在额定和非额定输出功率条件下,均能够根据PEMFC输出特性使并网系统有效地响应负载变化,实现从电源到并网的大闭环控制,保证并网系统的稳定、可靠运行,且网侧电流谐波分别为1.76%和2.89%,满足并网要求.