同济大学学报(自然科学版)

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土木工程与建筑学

  • 混合梁刚构桥受力计算方法与合理结构体系研究

    曾明根;许桂修;林志平;陈德宝;苏庆田;

    在传统混凝土刚构桥基础上把主跨跨中的一部分改为钢梁而形成的混合梁刚构桥有效实现了梁桥在跨度上的突破及结构性能的改善,成为非常有应用前景的一种桥梁结构形式,并在实际工程中越来越被广泛应用。为探究三跨钢-混凝土混合梁刚构桥结构体系的合理布置和受力性能的简化计算方法,推导了混合梁刚构桥在施工阶段及成桥阶段的简化力学模型,并通过有限元方法和实桥测试验证了简化力学模型的正确性。基于简化力学模型,以控制截面内力为目标函数,计算分析了边跨与中跨长度之比λ、钢梁长度与主跨长度之比μ(或结合段位置参数)对混合梁刚构桥受力性能的影响。研究结果表明,基于结构的合理受力性能,得到了λ和μ的合理取值范围,综合考虑桥梁施工和运营中的风险,建议λ取0.4、μ取0.4~0.5,可作为混合梁刚构桥的设计参考。

    2020年12期 v.48 1687-1695页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
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  • 含水合物地层井壁力学状态的弹塑性解析分析

    王华宁;郭振宇;高翔;蒋明镜;

    含水合物地层钻井引发井壁周边温度和渗流压力变化,可能导致水合物分解,对井壁安全产生不利影响。基于Mohrp-Coulomb准则、理想弹塑性模型以及非关联流动法则,针对含水合物地层中井壁力学分析,建立了稳态轴对称平面应变模型,考虑水合物分解对地层温度、渗流和力学特性的影响,得到了欠压和过压钻井条件下井周应力及位移的解析解答,与相同假定下有限元模型、复杂数值模型的结果吻合较好。结果表明一定范围内水合物分解范围的增大会引起塑性区显著扩展。水合物分解引起的弹性模量劣化在欠压条件下将引起塑性区范围减小,在过压条件下则引起塑性区范围增大。

    2020年12期 v.48 1696-1706页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
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  • 高强螺栓抗剪连接滑移数值模型

    赵中伟;樊雄涛;吴刚;

    为了减少计算代价并提高计算结果的收敛性,提出了一种新的高强度螺栓滑移数值模型和确定非线性摩擦单元实常数的计算公式。将所提出的数值模型计算结果与已有通用有限元软件的结果进行了对比以验证所提出的数值模型的可靠性。对比结果表明所提出的高强度螺栓滑移数值模型可以精确捕捉高强度螺栓的滑移现象,用于计算摩擦单元实常数的计算公式可以精确得到高强度螺栓的滑移临界摩擦力。通过滑移模型所得滞回曲线与既有模型计算结果高度吻合且计算时间减少约90%。在此基础上,通过参数化分析对简化滑移数值模型的计算误差进行了系统研究。分析了螺栓预紧力、钢板厚度、螺栓直径以及屈服强度对计算精度的影响。结果表明所提出的简化滑移数值模型收敛性好,计算精度高,大大减小了计算代价。

    2020年12期 v.48 1707-1716页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
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  • 考虑渗透系数各向异性的盾构隧道开挖面稳定性数值极限分析

    袁帅;冯德旺;

    城市地铁隧道普遍采用盾构法施工,盾构掘进过程中密封舱支护力不足会引起开挖面的突然坍塌,造成重大人员伤亡和财产损失。隧道开挖会造成周围地层水力环境改变,引起地下水渗流,不仅在开挖面前方土体中产生渗透力,也使得围岩力学性质弱化,大大增加了盾构隧道开挖面失稳的风险。现有工作一般假定土体渗透系数为各向同性以简化计算,然而,土在沉积的过程中由于各种因素的影响会产生各向异性,即渗透特性与所选取的方向有关。基于极限分析理论,结合有限元四面体单元和半正定锥规划,建立三维数值极限分析方法。在此基础上,结合渗流分析,研究渗透系数各向异性条件下盾构隧道开挖面附近渗流场及开挖面极限支护力的变化规律,分析渗透系数比对开挖面破坏模式的影响,为盾构隧道安全施工提供重要的参考。

    2020年12期 v.48 1717-1725页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
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  • 高层建筑底部区域行人风环境试验研究

    谢壮宁;卢瑜;余先锋;

    对单个方形截面高层建筑底部区域12m范围内的行人高度风环境进行试验研究。研究了不同风向角下加速比、平均风速比等参数的分布与变化规律,并以广州为例,利用Lawson风环境评价准则对该区域处于强风下的风环境进行了评价。结果表明各风向角下的最大加速比大致相等,约为1.9,且均出现在建筑背风面角隅位置。平均风速比大于0.75的区域也出现在建筑背风面角隅,此处易引起行人风环境不适。建筑周围12m范围内风环境不适的区域面积在与墙面正交风向时达到最大,应重点关注下洗(Downwash)效应造成行人高度处风速增大的影响;在斜风向20°~70°范围内通风不利的区域面积较大,对空气污染物扩散不利。建筑迎风面和背风面角隅位置出现最大等效阵风风速,应当对建筑角隅区域行人活动加以限制或提醒。

    2020年12期 v.48 1726-1732页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
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交通运输工程

  • 基于导航数据的交叉口进口道安全风险评估及诊断方法

    赵晓华;姚莹;丁阳;荣建;苏岳龙;毕超凡;

    以导航软件采集的驾驶行为、空间位置、交通状况及用户量等大数据为基础,应用交通秩序指数评价道路安全性。通过分析与进口道相关的道路几何特征、交通执法设备以及信号控制设施的安全性特征,构建交叉口安全性结构方程模型,深入挖掘交叉口进口道风险致因。结果表明,交叉口各方向车道总数、信号相位,与进口有关的进口道车道数、调头车道数、横断面类型、中央分隔带类型、违法监控设备数量,都对交叉口安全性具有显著影响。拥堵状态对于交叉口安全性的影响最大,且在不同时段交叉口安全性存在较大差异。其次,信号控制设施与道路几何特征,交通执法设备对交叉口的安全影响最小。在改善交叉口进口道的安全性时,首要是鼓励错峰出行、改善拥堵状态,尽量采用带有全红时间的信号配时方案。道路设计过程中,在进口方向增加车道数量并设置硬性中央分隔带,尽量设置调头车道。提出一种基于导航数据的进口道风险与交叉口相关属性间量化关系的挖掘方法,进而实现交叉口进口道风险的评估与诊断,为其他类型道路及交通网全域风险防控和安全改造提供借鉴和参考。

    2020年12期 v.48 1733-1741页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
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  • 基于极限梯度提升的公路深层病害雷达识别

    杜豫川;都州扬;刘成龙;

    针对探地雷达A-scan数据检测多类公路深层病害准确率不高的问题,首先通过实地数据采集、钻芯取样技术,结合数据预处理和专家解释过程,建立大量具有公路深层病害类别标签的A-scan数据库。对不同类别与不同严重程度的病害表征进行对比分析,充分挖掘公路深层病害的细节表征。最后,基于时域-频域多维度,选取A-scan反射波的能量、方差、峰度和对数功率谱作为特征值,引入人工智能分类方法中表现出色的极限梯度提升XGBoost算法(Extreme Gradient Boosting)对数据进行训练和分类预测。结果表明:通过对病害特征的有效提取,XGBoost分类算法对脱空、疏松、裂缝或断层类病害的识别精度均可达90%以上。

    2020年12期 v.48 1742-1750页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
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  • 城市轨道交通正线列车故障发生概率预测模型

    王镇波;叶霞飞;沈坚;施董燕;

    为了合理预测城市轨道交通列车在正线上发生故障的概率,首先通过定性分析得到列车编组数、累计走行公里、架修或大修经历为列车故障发生概率的主要影响因素。之后基于实际数据以每12万km为观测范围生成单列车在一定走行公里内故障发生次数的离散数据集,并根据数据呈现的分布特点选择泊松分布、零膨胀泊松分布及可能的函数形式构造3个备选模型。经过模型比选,最终提出基于泊松分布的城市轨道交通正线列车故障发生概率预测模型。结果表明:列车编组数的增加会提高列车故障发生概率;累计走行公里的增加会使列车故障发生概率先降低后回升,在列车投入运营后的第4个12万km阶段达到最低值,在第7个12万km阶段超过初始值。

    2020年12期 v.48 1751-1757页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
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  • 铁路道砟形态特征的统计分析与几何重构

    肖军华;郭佳奇;张德;薛立华;

    道砟颗粒几何形态特征对其力学特性影响显著。为了量化研究铁路道砟形态特征,以真实的铁路一级碎石道砟颗粒为例,采用3D激光扫描获取道砟颗粒点云数据,引入道砟整体形态特征指标(长轴、中轴、短轴、球度指数),提出道砟局部形态特征指标(曲率指数),统计并建立上述整体和局部形态特征指标的概率密度分布函数。在此基础上,基于本征正交分解(POD)及径向基(RBF)神经网络提出了基于颗粒形态指标概率密度分布的道砟样本的重生成算法,重构道砟颗粒样本库。采用上述重生成算法分别重构了600及4 000个颗粒道砟,结果表明:重构道砟样本形态特征指标的统计分布结果均与真实扫描试样结果接近,证明该方法能够快速实现基于颗粒形态指标概率密度分布的任意数量道砟样本的建立。

    2020年12期 v.48 1758-1769页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
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  • 高速道岔曲尖轨疲劳裂纹成因分析

    周宇;张聪聪;王树国;王璞;

    根据高速铁路18号单开道岔的基本轨-曲尖轨设计廓形和实测廓形数据,采用车辆-道岔动力学模型,分析了列车逆向-侧向过岔时轮载位置的转移、基本轨和尖轨上的接触斑法向应力和疲劳裂纹指数,提出了高速道岔曲尖轨疲劳裂纹形成的原因。研究发现:高速道岔基本轨和尖轨实测廓形显示尖轨降低值存在不足,使得同一转向架1、2位轮对的外轮轮载转移分别过早和过快,且随着车轮和钢轨廓形磨耗,这种情况进一步恶化。由此造成曲尖轨受到较大的法向接触应力,特别是1位轮对的外轮对曲尖轨轨肩和轨距角疲劳裂纹的形成贡献度最大。曲尖轨最早出现裂纹的区域在其顶宽20~50mm范围内。

    2020年12期 v.48 1770-1781页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
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机械、车辆与能源工程

  • 面向柔性作业车间调度问题的改进博弈粒子群算法

    顾幸生;丁豪杰;

    对柔性作业车间调度问题的研究可以令实际生产加工过程更加贴合当今人们对商品个性化和定制化方面的需求。在对柔性作业车间调度问题中的多个性能评价指标进行研究后,巧妙利用它们间的矛盾点,在自创的问题编、解码方案的基础之上,建立了博弈解集,并对传统粒子群算法的寻优机制进行改进,提出了改进博弈粒子群算法。运用该算法对一组标准问题调度算例进行求解,验证了该算法良好的求解性能。同时,通过与其他粒子群算法结果和耗时等的比对显示该算法可以更有效地求解以最小化最大完工时间作为唯一优化目标的柔性作业车间调度问题。

    2020年12期 v.48 1782-1789页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
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  • 基于支持向量机的CAN-FD网络异常入侵检测

    罗峰;胡强;侯硕;张璇;

    针对汽车潜在的网络攻击行为,对于车载灵活数据速率控制器局域网络(CAN-FD)提出了一种基于支持向量机的异常入侵检测算法。在通用入侵检测框架(CIDF)下,该方法使用报文标识符(ID)、时间周期和数据场数据作为入侵检测特征,利用支持向量机算法的二分类特性和小样本特征,实现了对CAN-FD网络环境下入侵报文数据的识别。仿真实验数据表明,所提出的方法具有较高的入侵检测正确率,且可用于周期性报文和非周期性报文。

    2020年12期 v.48 1790-1796页 [查看摘要][在线阅读][下载 0]
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  • 基于阻抗特性的动力电池系统电磁干扰仿真与测试

    张戟;吕相杰;吕钰;

    以锂离子动力电池单体为研究对象,测量不同频段下电池单体的阻抗特性以表征电池特性,并采用电气模型进行全频段阻抗特性拟合,结合电池单体及BUSBAR阻抗特性,建立整个动力电池包的电气特性模型。电驱系统是汽车上主要的电磁干扰源,在研究分析电机特性及控制策略的基础上,建立包括电驱系统在内的动力电池系统电磁干扰模型。通过仿真获取动力电池系统直流母线上的总电流变化,并与实车测试结果进行对比验证。对研究动力电池系统自身的电磁干扰及其影响机理,正确及时地发现潜在电磁干扰问题并加以解决,提高电池包系统、整车性能及增强系统运行可靠性有着重要意义。

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  • 城市自动驾驶决策系统安全分析与策略设计

    陈君毅;刘力豪;周堂瑞;邢星宇;

    基于系统理论过程分析(system theory process analysis,STPA),提出了一种面向高等级自动驾驶决策系统的安全性开发方法。该方法应用在一个城市自动驾驶决策系统的原型开发阶段,通过安全分析得到系统的70个不安全控制行为。针对其中3个功能状态,分析得到10个不安全控制行为原因,提出9个安全策略。应用其中一个典型安全策略进行系统改进,通过仿真试验对其进行了验证。试验结果表明,基于所提出方法设计的安全策略有效可行,提出的方法能够提高自动驾驶决策系统的安全性。

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经济与管理科学

  • 基于定性比较分析的创新型企业高成长性路径

    陈强;肖雨桐;

    选取2017年年底之前上市的创业板企业作为研究对象,运用因子分析和突变级数法构建创新型企业的成长性综合评价体系,全面反映创新型企业的盈利能力、创新能力、营运能力、风控能力和发展能力。在计算样本企业成长性得分的基础上,采用模糊集定性比较分析综合评估创新型企业成长性的影响因素,发现企业内部对研发的重视以及外部的市场环境、教育环境、营商环境、政策环境和企业集聚都不足以构成高成长性创新型企业的必要条件,进而通过组态分析得到高成长性创新型企业的9种条件构型。

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  • 多主体参与的区域科技成果转化影响因素

    刘永千;

    科技成果转化是一个多主体参与、多目标并存的复杂过程。为全面掌握影响科技成果转化活动的核心因素,通过对上海204家企业、中介、高校院所、政府机构的问卷调查与数据分析,构建了相应的结构方程模型。研究结果显示:上海科技成果转化面临供需两端问题,面向高校与科研院所的政策变量虽有利于科技成果转化,但管理模式与手段尚未同步跟进;同时,企业需求端的吸收能力有待提升,下一步公共政策供给应聚焦企业创新能力提升。

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  • 气候变化下长三角城市群基础设施脆弱性评估及空间分析

    施建刚;俞晓莹;

    城市基础设施是城市应对气候变化的关键环节。为了探究气候变化下城市基础设施系统的脆弱性及其空间分布特征,将脆弱性三要素理论与空间分析方法相结合,构建出气候变化下城市基础设施脆弱性的空间分析框架,并以长三角城市群各地级市为对象进行实证分析。通过脆弱性三要素的空间分布与空间相关性分析,发现三类要素的空间分布特征各异,脆弱性更多地取决于城市单元个体的行政级别、经济水平以及所属行政区域等因素,应将降低基础设施脆弱性的策略体系融入区域一体化政策中。

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  • 同济大学学报(自然科学版)第48卷 2020年总目次

    <正>~~

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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),或登录同济大学官网→科学研究→学术期刊→同济大学学报(自然科学版)界面注册投稿,有关投稿要求及注意事项如下:1.校内作者投稿以作者身份登录本刊网站,进入投稿界面,上传原始稿件并录入作者信息。

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