同济大学学报(自然科学版)

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土木工程与建筑学

  • 结构拆解力学分析基础与基本方法

    夏冰;肖建庄;吕凤悟;王耀;

    建立了结构拆解的力学分析总体思路,提出安全性和再利用性作为结构拆解控制属性,阐明结构拆解的力学分析目标、对象、工况、问题与分析方法;建议了状态离散法和空间分割法作为简化分析方法,将拆解全流程划分为多状态,将各状态的分析划分为局部分析、结构分析和构件分析3类,总结力学分析内容。进一步,筛选了可用的概念分析、解析分析和数值模拟工具,给出混凝土结构和钢结构框架拆解分析简例,并指出未来研究方向及难点,致力于为拆解安全、拆解后构件再利用和拆解效率提升提供研究基础。

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  • 通风措施对于改善高桩码头上部结构耐久性的模拟分析

    郑永来;余坤龙;潘坦博;章钦;

    考虑到近海地区形成的盐雾易于在高桩梁板式码头的梁格空间内聚集,码头上部结构面临严重的大气区锈蚀风险,为从源头上降低锈蚀风险,基于优化结构物通风的思想,运用数值模拟方法构建了多组自然通风和单独设置风道的辅助通风模型模拟实际高桩码头梁格空间流场变化。结果表明,在自然通风组中当遮挡比为1.15时,梁格空间内自然通风形成的流场扰动最弱;针对处于这种不利情况下的码头结构,提出3种辅助通风措施(梁上开孔法、板上开孔法、联合开孔法),对其效果进行了对比。3种措施的开孔半径对梁格内部的空气流通特性变化趋势影响不大;孔径变小会大大降低梁格进风口区域空气的风速;结合施工难度和成本综合分析得知,板上开孔方案最优。

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  • 火灾作用下长期服役与新浇筑混凝土梁爆裂性能比较

    郭震;王萌;宋隽;严旻;刘毅;王香仁;

    对比分析了新浇筑钢筋混凝土梁和长期服役的钢筋混凝土梁火灾破坏特征和力学行为。试验采用恒载升温模式,并使用孔隙压力测量装置和非接触式光学应变采集仪获取了火灾下梁试件的孔隙压力、位移和应变发展等相关数据。试验结果表明,新浇筑钢筋混凝土梁的爆裂程度取决于混凝土含水量。由于环境作用,长期服役的钢筋混凝土梁含水量较低,其爆裂程度远小于新浇筑试件。然而,自然碳化造成长期服役钢筋混凝土梁强度降低,且存在较多微细裂缝,导致内部钢筋在火灾高温下失去隔热保护,从而使受力钢筋高温失效,混凝土梁发生脆性开裂。另外,在火灾高温和拉应力共同作用下,钢筋混凝土梁爆裂时机提前,而孔隙水压力峰值相应降低。

    2020年08期 v.48 1102-1112页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
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  • 基于可靠度的木结构荷载持续作用效应

    何敏娟;张婷钰;倪春;李征;陶铎;

    木材在长期荷载作用下强度会逐渐降低,在工程设计中需考虑该效应的影响来确定木材强度设计值。为探究荷载持续作用对木材强度的影响,基于现行木结构设计标准规定的木结构极限状态设计及荷载的概率统计模型,采用JC法和Foschi-Yao累积损伤模型,针对我国恒荷载、楼面活荷载以及南京、哈尔滨、北京、上海和金华的雪荷载条件,对不同荷载工况、活荷载与恒荷载比率ρ及木材强度变异系数等对木结构荷载持续作用效应的影响进行研究,给出了不同工况下的荷载持续时间影响系数。结果显示,当荷载比率较小时,荷载持续时间影响系数K_(DOL)随ρ的增大而增大;荷载比率较大时,K_(DOL)不随ρ值变化;且材料强度变异系数对K_(DOL)的影响随着荷载比率的增大而减小。

    2020年08期 v.48 1113-1121页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
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  • 正交胶合木楼板炭化速度有限元分析

    张晋;陈豪;白羽;廖家男;

    为研究正交胶合木(CLT)楼板炭化速度有限元分析方法,在ISO834标准升温条件下进行了3组国产CLT楼板的火灾试验。对胶黏层的拉伸与剪切试验进行有限元模拟,建立了2种CLT楼板炭化速度有限元模型,即未考虑层板脱落和考虑层板脱落的有限元模型。将试验得到的温度-时间曲线、炭化深度(速度)曲线与有限元模型的模拟结果进行对比。研究结果表明,受火时间越长,炭化速度越大;采用胶黏单元来模拟CLT板中的胶黏剂是可行的;考虑层板脱落的炭化速度有限元模拟结果与试验得到的炭化速度结果吻合较好。

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  • Q235B钢螺栓球柱节点的受拉承载力

    曾强;郭小农;黄泽韡;彭礼;陈宇;

    基于3个单向受拉螺栓球柱节点的试验,采用ABAQUS软件建立单向受拉螺栓球柱节点的数值模型,并将数值分析结果与试验结果进行对比,验证了数值模型的有效性。随后建立了87个数值模型对螺栓球柱节点的单向受拉承载力影响参数进行了分析,定义了节点单向受拉极限承载力的取值准则。数值计算结果表明,圆柱筒径越小、壁厚越厚、筒壁高度越高,节点的单向受拉承载力越高;增大螺栓间距和尺寸对节点的刚度和强度有一定提高;增设加劲肋可提高螺栓球柱节点的刚度和承载力;当螺栓拧入深度不足时,节点易发生螺栓拔出破坏,实际工程中建议螺栓拧入弧形端板的深度大于螺栓直径。基于理论分析,拟合得到了螺栓球柱节点单向受拉承载力的实用计算式。拟合算式计算结果与有限元分析结果及试验结果的相对误差均在10%以内。

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交通运输工程

  • 基于车辆方波脉冲时序图的交通流参数实时检测算法

    高珍;黄钰琳;郑绛宇;王雪松;

    提出一种基于车辆方波脉冲时序图的交通流参数实时检测算法,克服了现有方法易受光线变化及天气影响、运算量大等缺陷,提高了实时交通流参数检测的准确率,为智能交通系统提供有力支撑。研究基于虚拟检测线,将交通监控视频降维处理为包含时间和空间信息的时空图,而后对时空图进行前景提取,生成二值化时空图的垂直投影,针对像素累积图设计了系统性去噪及车辆对象识别方法,进而生成车辆方波脉冲时序图,实时检测出车流量、车头时距、时间占有率、车辆速度并进行车辆分类。分析结果表明,所提出的方法能克服雨雪天气、夜晚光线等干扰,快速而准确地进行多车道交通流参数获取,计算负荷小,方法准确率高达97.32%,可满足智能交通系统对交通流参数检测实时性和精度的要求。

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  • 基于结构化视频数据的交叉口评估及问题自动化诊断

    李君羡;童文聪;沈宙彪;吴志周;

    为提高视频数据用于交叉口运行评估的处理效率并实现交叉口问题实时诊断,提出了一种使用结构化视频数据、以车头时距为主要分析对象的方法。首先利用流量曲线可复现性快速查找高峰时段;然后仅基于车头时距曲线实现视频数据与信控方案的同步比对,并提出了从信号控制方案和车道两方面进行交叉口效率综合评估方法;最后以动态时间规整和灰色聚类方法,由实际数据识别出车道车头时距曲线的5种类型,并提出了相应的问题及优化方案,可用于低效车道及相位的问题诊断。

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  • 氯盐冻融对疏水性纳米白炭黑改性沥青性能的影响

    郭学东;郭威;孙明志;戴文亭;

    基于基础性能试验、动态剪切流变(DSR)试验、热重分析(TGA)试验和红外光谱(FTIR)试验,对疏水性纳米白炭黑改性沥青在氯盐冻融环境下的劣化进程进行了系统研究。试验结果表明,疏水性纳米白炭黑的掺入可以有效抑制沥青在氯盐冻融环境下的劣化进程。基础性能试验和DSR试验表明经过30次氯盐冻融循环后,疏水性纳米白炭黑改性沥青的针入度增加了17.46%,软化点提高了5.82%,黏度增加了7.76%,车辙因子提升了17%~54%,其增长幅度远小于基质沥青,说明疏水性纳米白炭黑的掺入可以有效降低沥青对氯盐冻融环境的敏感度。TGA试验数据表明了疏水性纳米白炭黑可以提高沥青的热稳定性,但是疏水性纳米白炭黑改性沥青的热稳定性受氯盐冻融环境影响较为明显,这是由于疏水性纳米白炭黑在改性沥青过程中键合作用形成的连接键在氯盐冻融环境下更容易被破坏。通过FTIR试验可以发现在氯盐冻融环境下沥青发生了化学反应,但无新官能团出现。其中游离烃基(3 676 cm~(-1))变化最为明显,可以更为有效地描述2种沥青在氯盐冻融环境下的劣化进程。在氯盐冻融环境下,疏水性纳米白炭黑改性沥青各官能团无明显变化,分布较为稳定,具有较高的性能稳定性。

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环境科学与工程

  • 铁对厌氧氨氧化过程及其微生物群落的影响

    谢丽;何莹莹;陆熙;卜凡;张艺蝶;

    从电子传递机制、微生物活动和影响因子等角度出发,综述铁对厌氧氨氧化过程的影响。结果表明,不同价态的铁作为电子受体或电子供体生成厌氧氨氧化底物促进反应,且产生铁氨氧化(Feammox)、硝酸盐依赖型亚铁氧化反应(nitrate-dependent ferrous iron oxidation,NAFO)等不同反应。同时铁元素对厌氧氨氧化过程中功能微生物富集、血红素含量提升及颗粒化过程均有促进作用,从而明显提升对厌氧氨氧化工艺的处理效果。并总结了最佳的铁投加状态,铁元素加强厌氧氨氧化过程中的最适温度、pH值,为后续的铁元素加强厌氧氨氧化过程的研究提供参考。

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  • 基于弱耦合求解方法的排水管网底泥输运模拟

    金溪;王芳;张翔凌;

    通过将SWMM(storm water management model)模型与底泥输运模型耦合计算实现对于排水管网底泥输运工况的模拟。利用该耦合求解方法,底泥输运过程对于管渠过流断面以及水流中污染物浓度的影响均可进行定量计算。耦合计算过程中全局时间步长由SWMM的时间步长确定,通过对底泥输运模型进行适当的调整使其适应SWMM时间步长,从而实现模拟的数值稳定性,避免了底泥输运模型出现过度沉积或过度冲刷引起数值不稳定的情况。该模拟方法通过2个案例进行了验证。通过案例的模拟结果可以看出该耦合过程可以给出稳定且合理的模拟结果,可以模拟管渠底泥的沉积及冲刷的过程以及其对于管渠过流断面及污染物浓度变化的影响。相较于单纯的SWMM模拟结果,耦合模型可以给出更加准确的模拟结果。

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机械、车辆与能源工程

  • 基于预测机制的装配作业重调度问题建模优化

    陆志强;方佳;

    飞机移动装配中因作业质量问题增加的修复作业会打乱装配计划并造成经济损失,为解决该问题提出了一种预测-重调度形式的闭环框架,该框架的前端利用质量相关部件衰退以及作业质量特性偏差的历史数据训练了作业质量预测模型,基于预测结果,重点针对后端建立了装配作业重调度模型并设计了改进型免疫算法(I-I-A)用于生成新的装配计划。数值实验部分从不同角度验证了I-I-A的有效性,同时也对所提闭环框架的性能优劣进行了对比分析。

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  • 无压力传感器下的电子液压制动系统轮缸液压力控制

    熊璐;杨兴;冷搏;崔天宝;韩伟;

    线控电子液压制动系统作为下一代汽车制动系统的主流解决方案,其轮缸液压力控制是实现车辆稳定性控制等主动安全功能的基础。针对四阀结构的集成式电子液压制动系统的成本与冗余问题,提出一种无轮缸压力传感器下的轮缸液压力控制策略。通过台架测试分析液压调节单元的工作特性,提出基于伯努利方程与轮缸PV(pressure volume)特性相结合的轮缸液压力估计方法,设计电磁阀开闭逻辑及基于减压优先的轮缸液压力均衡控制策略,最后通过台架试验进行对比验证。试验结果表明,所提出方法的液压力控制均方根误差在0.21MPa以内,与有液压力传感器方案的控制精度相当。

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  • 基于随机振动环境归纳的车辆设备疲劳寿命估计

    厉鑫波;周劲松;宫岛;尤泰文;邓辰鑫;

    针对车辆设备疲劳寿命估计时的复杂振动环境特点,提出一种适用于车辆设备的随机振动环境归纳方法,并基于此归纳方法给出了一种车辆设备疲劳寿命估计流程。通过参数假设检验合并振动环境数据,估计样本的容差上限,得到实测谱和规范谱。以某型地铁车辆轴箱吊耳疲劳断裂为例,对实测应力进行统计分析,并将实测谱和规范谱作为激励,仿真计算吊耳的疲劳寿命。结果表明,相比于实测应力下的疲劳结果,实测谱和规范谱的仿真结果的相对误差分别为1.8%和4.1%,证明提出的振动环境归纳方法及疲劳寿命估计方法可靠性高,可为实际工程应用提供参考。

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  • 钢-铝合金薄壁管压缩塑性连接成形性分析

    余海燕;于浩波;吴航宇;

    以St16钢管和6061铝合金管为对象,分析了一种新的薄壁管塑性连接方法连接这2种金属薄壁管的可行性。基于Abaqus软件建立了压缩塑性连接仿真模型,设计了薄壁管塑性连接专用模具,通过实验对仿真模型进行了验证。重点讨论了压缩塑性连接过程中管坯的相对自由长度、模具与管坯间隙、芯棒与管坯间隙对成形性的影响规律。结果表明,基于压缩形成褶皱的塑性连接方法适合于异质金属薄壁管的连接;压缩塑性连接的关键技术在于正确设计管坯自由长度、管坯与芯棒、管坯与模具间隙量,使被连接两管在压缩失稳之后的塑性变形量和变形方向协调,确保内外褶皱的波形轮廓接触紧密。对研究的St16/AA6061薄壁管,管坯相对自由长度满足1.250<l_g/r_0<1.625、模具与管坯外表面间隙为0.07~0.20倍的壁厚、芯棒与管坯间隙为0.07~0.27倍的壁厚是压缩塑性连接成功的前提条件。

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数理科学与化学

  • 求解大型稀疏线性方程组的贪婪距离随机Kaczmarz方法

    杜亦疏;殷俊锋;张科;

    基于一种从系数矩阵中选取工作行的新概率准则提出一类求解大型稀疏线性方程组的贪婪距离随机Kaczmarz方法 .理论表明该方法收敛到相容线性方程组的最小范数解,而且该方法的理论收敛因子小于经典随机Kaczmarz方法的收敛因子.数值实验表明该方法比传统的随机Kaczmarz方法收敛更快.

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  • Variance Gamma模型下欧式与美式期权的柳树法定价

    姚怡;许威;

    现有的Variance Gamma模型下期权定价方法计算复杂,工作量大,因此提出了欧式与美式期权的快速定价柳树法。在构建过程中,使用Johnson曲线构造服从VG过程的资产价格节点,并用傅里叶余弦级数近似的方法计算资产价格节点之间的转移概率。最后,从理论上证明柳树法定价欧式期权的收敛性。通过数值实验,表明柳树法与现有方法相比有相同的精度,但计算速度更快。

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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

    2020年08期 v.48 1241页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
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