同济大学学报(自然科学版)

1915 年创刊

月刊

ISSN 1000-0054

CN 11-2223/N.

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土木工程与建筑学

  • 钢框架结构梁柱节点重要性计算方法

    栗云松;罗永峰;郭小农;李思宇;刘俊;

    为解决钢框架结构梁柱节点的重要性判定问题,提出一种节点重要性计算方法。采用等效抗力折减系数表征节点失效对结构性能的影响,采用等效失效概率系数表征节点失效的实际发生概率,基于优劣解距离法(TOPSIS法),综合考虑等效抗力折减系数和等效失效概率系数,提出计算节点重要性系数的方法。针对某4层钢框架结构算例的分析结果表明,该方法能定量判定节点重要程度,可以为实际结构检测鉴定工作提供依据。

    2020年02期 v.48 159-164+286页 [查看摘要][在线阅读][下载 1445K]
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  • 考虑安全性的桥梁主梁体系可靠性动态藤Copula预测

    樊学平;杨光红;肖青凯;刘月飞;

    为合理预测考虑安全性的在役桥梁主梁体系动态可靠性,利用危险监测点的动态极值应力信息,建立藤Copula技术与动态线性模型(DLM)贝叶斯递推过程相融合的贝叶斯动态藤Copula模型(BDVCM),并结合一次二阶矩(FOSM)方法,实现危险监测点失效时变非线性相关的在役桥梁主梁体系动态可靠性预测。采用某桥主梁5个截面的动态监测极值应力数据进行验证分析,研究表明,考虑安全性的监测点失效时变非线性相关的桥梁体系动态可靠性预测值较不考虑监测点失效相关性所得结果大,说明不考虑失效动态非线性相关性所得结果偏保守。

    2020年02期 v.48 165-175页 [查看摘要][在线阅读][下载 2943K]
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  • 钻芯法检测砖砌体加固前后基本力学性能

    陈再现;钟炜彭;李欢欢;栾文芬;

    针对我国量大面广的砖砌体结构,提出了采用钻芯法检测其加固前后基本力学性能的方法,以提供用于评定采用各种砂浆面层加固砖砌体效果的方法。设计了可同时用于加固前后芯样抗压强度、界面剪切强度的试验加载附属装置,完成了315个芯样以及54个砖砌体标准件强度试验,同时进行了4种不同表面处理工况下界面剪切强度试验。抗压强度试验结果表明,加固前后芯样的抗压强度均与相对应的砌体标准件抗压强度具有很好的相关性,加固前相关系数建议取值为MU7.5取2.13,MU10和MU15均取2.25;加固后相关系数建议取3.26。界面剪切强度试验结果表明,加固面层与砖砌体之间的界面剪切强度受砂浆、块体强度等级影响较小,主要受基层砖砌体表面的不同处理手段影响较大。加固前后芯样抗压强度值与相应标准件的强度相关性以及芯样界面剪切强度呈现的规律性基本说明采用本文的钻芯法检测砖砌体结构加固前后基本力学性能的方法是可行的。

    2020年02期 v.48 176-184页 [查看摘要][在线阅读][下载 7489K]
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  • 大型中心城市平均风速剖面特性的风洞试验

    全涌;陈泂翔;杨淳;顾明;

    用缩尺模型模拟了上海市同济大学四平路校区所处城市中心区域WNW方向上1.8km×8.0km范围内的真实地貌,通过对该地貌及其衍生地貌工况的风洞试验研究了城市地貌特征、远场与近场地貌的差异以及地貌起点到观测点的距离对平均风速剖面和相关风场参数的影响。结果表明,在平均风速剖面发展稳定前,梯度风高度处于不断升高中,地貌起点距观测点的距离对其影响较大;地貌特征对风剖面的影响极大;研究范围内的大城市中心地貌的地面粗糙度指数达到0.50~0.75,远大于我国现行荷载规范给出的大城市中心地貌的地面粗糙度指数值0.30。建筑结构荷载规范中大城市中心地貌的地面粗糙度指数取值有待增大。

    2020年02期 v.48 185-190页 [查看摘要][在线阅读][下载 3678K]
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  • 均匀来流下方柱表面风压非高斯特性的流场机理

    杜晓庆;靳晓雨;许汉林;刘延泰;

    极值风压和风压非高斯特性是建筑主体和围护结构抗风设计的重要问题,但其流场机制尚未被澄清。采用大涡模拟方法,在雷诺数Re为22 000的条件下,研究了方柱表面风压非高斯特性随风向角的变化规律,分析了风压非高斯区域与平均流场的关系,基于瞬时流场结构探讨了方柱表面出现极值风压的流场机理。研究表明,方柱表面风压非高斯区域主要分布在方柱后角部位和背风面,而方柱侧面的剪切层再附区域(即分离泡区域)则并未出现明显的风压非高斯现象;方柱后角部位极值风压是由间歇性出现的角部附着涡导致,角部附着涡的形成与方柱尾流中的卡门涡有紧密联系;而方柱背风面极值风压则是由方柱尾流卡门涡的回旋作用引起,极值风压的发生位置会随尾流卡门涡的移动而改变。

    2020年02期 v.48 191-199页 [查看摘要][在线阅读][下载 5948K]
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  • 基于聚类算法和数值模拟的建筑群平面优化

    杨丽;李光耀;潘裕清;

    为将建筑空间热舒适度评价应用于建筑群平面的设计优化上,提出基于Kmeans聚类的分组偏移变量设计方法,并结合该变量设计、数值模拟、遗传算法和通用热舒适评价指数,在Matlab软件上实现建筑平面优化流程,最后对集中式、分散式、边流式的水体配置下的建筑平面进行了优化实验。结果表明,优化后的建筑空间,平均热舒适度评价指数(UTCI)值降低了0.1~0.6℃,热舒适度均有所增强。在较强热应力的范围内,建筑空间内的平均热舒适度改善的主要目标是提高平面内的风速。

    2020年02期 v.48 200-207页 [查看摘要][在线阅读][下载 2746K]
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  • 建筑活荷载的大数据调查方法研究

    陈隽;李洋;臧笛;

    可靠的荷载取值是建筑结构可靠性设计的基础。传统上采用入户抽样称重的方式调查建筑物活荷载,存在效率低、成本高、周期长、样本少、时效性差以及大件物品称重困难等问题。基于大数据研究思维,提出了室内持久性活荷载的新型研究方式,通过图片、音频、视频、识别码等多源异构数据,结合互联网资源,综合目标检测、图像、语音或文本识别等手段来获得建筑物室内物品的重量。在详细介绍实施方法的流程后,进一步通过案例进行研究,结果表明利用大数据技术可以实现高效、便捷的建筑物活荷载调查,构建全新的荷载研究范式。

    2020年02期 v.48 208-214页 [查看摘要][在线阅读][下载 5370K]
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交通运输工程

  • 基于虚拟现实的隧道交通设施与环境评估技术

    何坚;张成龙;张凡;刘乐园;

    针对隧道行车存在空间封闭、照度低、风险高、难以开展实地测试的问题,应用自适应控制系统模型(ACT-R)对隧道内汽车驾驶的认知和操控行为建模,应用虚拟现实技术建立三维隧道及相关交通设施和环境模型,并结合SCANeRTM studio驾驶模拟舱建立基于虚拟现实的隧道仿真驾驶测试环境;其次,通过实验验证了基于虚拟现实的隧道交通设施和环境评估技术可行,实验结果证明隧道内道钉、轮廓标、反光环3种交通设施可提高驾驶员的驾驶视野,有效缓解隧道驾驶压抑感,让驾驶员以更轻松的精神状态行车,进而提高隧道内的行车安全。

    2020年02期 v.48 215-222页 [查看摘要][在线阅读][下载 1686K]
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  • 基于次级通路离线重构的车内道路噪声主动控制

    张希玉;张立军;孟德建;

    针对车内道路噪声主动控制(RNC)系统收敛速度慢、降噪量小的问题,在考虑噪声计权特性的基础上提出基于次级通路离线重构的归一化参考信号计权滤波最小均方误差(NFWXLMS)车内道路噪声主动控制算法。在不增加控制系统计算复杂度的前提下,可以有效提升车内道路噪声主动控制系统的收敛速度和降噪量。基于Simulink离线仿真,进行了NFWXLMS算法和归一化参考信号滤波最小均方误差(NFXLMS)算法的收敛性和降噪量对比,结果表明新算法可以有效改善道路噪声主动控制系统收敛性、提升系统降噪量。最后,开展基于2种算法的道路噪声主动控制实车道路试验,测试结果表明系统的降噪量得到明显提升。

    2020年02期 v.48 223-230页 [查看摘要][在线阅读][下载 3255K]
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机械、车辆与能源工程

  • 软包锂离子电池应力特性及其建模

    尤贺泽;戴海峰;于臣臣;魏学哲;

    锂离子电池是一个电-热-力耦合系统,对其充放电过程中力学特性的研究有重要意义。通过位移式应力传感器,测量并分析了软包单体锂离子电池在不同状态下的静态应力以及不同充放电电流下的动态应力特性。研究了电流、荷电状态、历史运行工况等因素对电池应力变化的影响规律,并通过拟合优度分析和相关性检验,建立了可靠的应力特性多元回归模型。研究表明,静态应力与电池SOC有单调对应关系;动态应力产生于充放电过程,且充电电流越大,动态应力越大。所建立的电池应力模型可较好地描述电池在充电不同阶段、不同电流下的应力变化。

    2020年02期 v.48 231-240页 [查看摘要][在线阅读][下载 2182K]
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  • 国Ⅵ GDI汽油车颗粒物排放特性与微观形貌特征

    胡志远;赵心语;夏孝程;宋博;

    试验研究了国Ⅵ GDI汽油车WLTC(world light vehicle test cycle)循环的颗粒物质量和固态颗粒物数量排放特性以及颗粒物微观形貌特征。结果表明,该车颗粒物质量与固态颗粒数量排放均低于国Ⅵ法规限值;固态颗粒数量累积呈3段变化形态,0~300s、600~800s与1 500~1 800s的累积量显著大于其他时间段。冷机起动时颗粒数量较多,仅有0~300s的累积量已大于热机起动时颗粒物数量总累积量。颗粒物主要由基本碳粒子堆积形成,形状不规则。基本碳粒子由大量微晶碳层组成,内核无序而外壳有序;重叠时有的形成大颗粒物,有的形成大碳粒子,基本碳粒子直径、碳晶长度等特征参数呈单峰分布;与GDI(gasoline direct injection)汽油机台架试验结果比较,整车试验基本碳粒子直径、碳晶长度和曲率分布相对集中且数值相对较小。

    2020年02期 v.48 241-248页 [查看摘要][在线阅读][下载 12474K]
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  • 基于本征正交分解的DrivAer快背车非定常尾迹分析

    邓韬;杨志刚;贾青;

    在非定常数值模拟的基础上,采用本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)对DrivAer快背车非定常尾迹进行了研究。改进的延迟分离涡模拟(improved delayed detached-eddy simulation,IDDES)仿真结果与实验结果的对比表明该数值方法有效。对汽车尾迹回流区进行POD分析发现,前2阶模态能量占比分别为6.78%和5.61%,合计占总能量的12.39%,模态系数的频谱分析说明前2阶模态对应同一种低频的拟序流动结构,主频为0.216(30Hz);相位分析表明两者相位差为0.455π。对前2阶模态重构的涡量场进行相位平均,发现其对应的拟序流动结构由车体尾迹下剪切层周期性运动主导;前273阶POD模态(能量占比93%)可以很好地重构原流场,极大地降低了自由度。

    2020年02期 v.48 249-256页 [查看摘要][在线阅读][下载 4393K]
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  • 基于圆环孔合成射流器的LED前照灯散热控制

    朱晖;杨志刚;王国俊;

    采用实验方法明确圆环孔合成射流器的速度分布特征,利用参数化方法获得最佳散热距离,将其与发光二极管(LED)前照灯组合后采用实验方法明确合成射流器对LED前照灯的散热效果。基于大涡模拟对该部件的流场及温度场进行解算,在验证仿真方法有效性的同时明确温度及换热系数的分布规律。采用正交分解法对该部件流场及铝基板表面对流换热系数进行分析,表明壁面对流换热系数的分布特征及合成射流器的散热控制效果主要由流场中的大尺度涡结构所决定。

    2020年02期 v.48 257-263页 [查看摘要][在线阅读][下载 2653K]
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  • 基于气动减阻和散热需求的主动格栅优化设计

    贾青;陈佳萍;杨志刚;

    主动进气格栅可通过控制车辆前端进气开口面积提升燃油经济性。不同车辆行驶工况下的格栅转角和风扇转速控制是主动格栅研究中的一大难点。首先结合风洞试验与数值仿真验证了计算流体力学模拟与发动机冷却系统一维模型的精度,其次通过最优拉丁超立方抽样和神经网络拟合方法构建了主动格栅转角、冷却风扇转速、车速与阻力系数、冷却风速间的近似模型,将其输入至冷却系统模型中,根据实时的发动机冷却需求提供空气流量,并选择阻力系数最小的转角组合进行控制,最终可实现在不同环境温度下使循环工况燃油降比在0.6%~0.7%。

    2020年02期 v.48 264-275页 [查看摘要][在线阅读][下载 5697K]
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电子、计算机、控制与系统

  • 针对具有稀疏性的流式大数据卸载方法

    王顺;李振星;连增申;曾国荪;丁春玲;

    在保证实时性的前提下提高流式大数据卸载的准确性是一个重要问题。针对具有稀疏性的流式大数据开展2种典型场景下的卸载研究。对普通均匀业务的流式大数据进行空间建模,使用弹性距离对数据间的距离进行放缩,提出基于离心率的卸载方法。对异常检测业务流式大数据应用场景进行特征分析,使用预处理自动机对数据的动态处理过程进行描述,在综合考虑数据和处理行为相似度基础上,提出基于等价类划分的卸载方法。重复试验表明,所提出的卸载方法与传统卸载方法相比能明显提高卸载的有效性。

    2020年02期 v.48 276-286页 [查看摘要][在线阅读][下载 2228K]
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  • 基于粒子群算法的牵引逆变器多目标优化控制策略

    朱琴跃;戴维;谭喜堂;李朝阳;解大波;

    为解决中点钳位型三电平牵引逆变器存在的中点电位不平衡以及由此而引起的输出电流谐波无法同时得到有效控制问题,提出了一种基于粒子群算法的牵引逆变器多目标优化控制策略。首先建立谐波抑制和中点电位平衡控制变量的数学模型;然后以输出电流谐波总畸变率最小为目标,以中点电位波动幅值尽可能小为约束条件,采用罚函数法构建了多目标优化模型。通过粒子群算法进行优化求解,实现在有效抑制输出电流谐波的同时最大程度降低中点电位波动幅值。仿真和实验结果验证了所提多目标优化控制策略的有效性。

    2020年02期 v.48 287-295页 [查看摘要][在线阅读][下载 1956K]
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海洋与地球科学

  • 人工岛群对弱潮区海岸动力影响的叠加效应分析

    匡翠萍;赵钒;宋竑霖;顾杰;

    为科学评价人工岛群对周边海岸动力产生的影响,基于MIKE21数值模拟软件建立秦皇岛金梦海湾潮流模型和波浪模型,运用验证合理的模型计算人工岛(群)作用下的潮流场和波浪场。在对金梦海湾已建人工岛群影响下的区域动力过程特征分析的基础上,选取合适分析点研究人工岛间的相互作用。研究表明,由于莲花岛与海螺岛的阻流、导流和分流作用,潮流在海螺岛与岸线之间形成较大范围弱环流区,流速几乎为零,并在莲花岛与海螺岛形成的口门处及人工岛群外侧海域形成流速显著增加区域。这3处区域流场受人工岛群影响最大,其中海螺岛起到控制性作用。在人工岛群共同作用下金梦海湾潮流的变化不是各单一人工岛作用下变化的线性叠加,而有效波高受人工岛间相互作用的影响是线性的。人工岛群对金梦海湾起到很好的消浪效果,但却大大削弱了近岸区域的潮流动力。

    2020年02期 v.48 296-304页 [查看摘要][在线阅读][下载 3654K]
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  • 基于Budyko假设的三江源径流变化特性及量化分离

    商放泽;王可昳;黄跃飞;魏加华;

    根据1956—2012年气象和水文站点的降雨、气温、蒸发等实测和相关数据,采用线性趋势法、非参数MannKendall法和Spearman法,分析了三江源地区降雨、气温、NDVI(归一化植被指数,normal difference vegetation index)和径流变化特征,并采用基于Budyko假设的互补关系权重因子法量化分离气候和下垫面对径流影响。结果表明,长江源和澜沧江源降雨量呈显著增加趋势,三江源气温呈显著增加趋势,黄河源NDVI呈显著增加趋势。长江源、黄河源和澜沧江源径流量10年变化幅度分别为6.54亿m~3、-2.05亿m~3和1.54亿m~3。所使用的互补关系权重因子法不仅可以准确地计算出径流年均值的变化,并且量化分离时无需假定气候和下垫面变化对径流变化具有相同的贡献特征。总体来说,长江源、黄河源气候和下垫面变化对径流的影响为正贡献;但是澜沧江源α(权重因子)等于1.0时下垫面变化对径流的影响为正贡献,而α为0.5和0时下垫面对径流的影响为负贡献。长江源、黄河源和澜沧江源气候变化对径流的贡献分别为55.21%~92.85%、52.47%~68.50%、89.91%~124.58%。三江源径流变化主要受到气候变化影响,降雨量是气候变化影响径流的主要控制因子,植被覆盖是下垫面变化影响径流的主要控制因子。

    2020年02期 v.48 305-316页 [查看摘要][在线阅读][下载 2381K]
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  • 双重障碍物对开闸式异重流运动特性的影响

    林颖典;韩东睿;袁野平;贺治国;

    异重流现象广泛存在于自然环境和水利工程中。现实工况中,底床设置障碍物是抑制异重流侵袭的有效手段,因此研究障碍物对异重流运动特性的影响具有实际工程价值。采用开闸式异重流实验,对比不同障碍物间距及高度对异重流最大扩散高度、头部速度等方面的影响,从而得到双重障碍物最优工程布置方案;分析异重流在障碍物上下游区域的速度剖面及其越过障碍物时的涡度场;对比无障、单一障碍物、双重障碍物工况对异重流掺混系数的影响。结果表明,双重障碍物最优布置方案为第一障碍物高于第二障碍物,障碍物间距要尽可能大,但应保证异重流遇到第二障碍物之前未恢复典型头部形态;在双重障碍物上游区域,异重流速度剖面出现畸变,畸变范围大致与障碍物等高,主流速度衰减明显,在障碍物下游区域,完成形态重塑的异重流,其速度剖面均存在明显的壁面区和射流区;相对于无障和单一障碍物工况,流经双重障碍物的异重流厚度明显变小;越障前后,异重流掺混系数呈现"M"型分布,越过第二障碍物后异重流的掺混速率明显大于第一障碍物。结果可为防治异重流灾害及保证水利工程安全等领域提供参考。

    2020年02期 v.48 317-324页 [查看摘要][在线阅读][下载 3021K]
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  • 《同济大学学报(自然科学版)》征稿启事

    <正>《同济大学学报(自然科学版)》是由同济大学主办的自然科学综合性学术期刊,主要刊登国内外土木建筑工程、交通运输工程、环境科学、材料科学、新能源技术等学科的高水平首发研究成果。本刊为中国自然科学核心期刊和中国科技论文统计用刊源之一,并被EI等40多个国内外权威检索系统收录。本刊目前采用网络投稿与审稿,不接收纸质稿件和E-mail投稿。网络投稿请直接登录《同济大学学报(自然科学版)》编辑部网站注册投稿(http://tjxb.cnjournals.cn),或登

    2020年02期 v.48 325页 [查看摘要][在线阅读][下载 176K]
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