同济大学学报(自然科学版)

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土木工程与建筑学

  • 饱和结构性黄土不排水柱孔扩张问题弹塑性解

    李镜培;周攀;李亮;谢峰;崔纪飞;

    为导出饱和黄土中不排水柱孔扩张问题严格解,采用结构性黄土修正剑桥模型描述黄土力学特性。在弹性区采用小变形假设求解孔周土体应力与变形,同时将塑性区柱孔扩张边值问题转化为3个以应力分量为基本未知量的一阶非线性常微分方程求解问题。以弹塑性界面上应力分量作为初始条件求解控制方程,得到孔周塑性区应力分布,然后对径向平衡方程积分求得孔隙水压力。通过算例分析验证了该方法的正确性。结果表明:退化解与已有数值解完全吻合,并且黄土结构性对孔周应力、超静孔压以及弹塑性半径等影响显著。

    2021年02期 v.49 163-172页 [查看摘要][在线阅读][下载 1707K]
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  • 共轭梯度法在弹塑性模型数值实现中的应用

    代宁;耿大将;郭培军;周顺华;狄宏规;

    基于Jacobian矩阵的奇异和不收敛特性,分析了弹塑性本构模型的组成和算法。将牛顿-最近点投影法(NewtonCPPM)隐式算法中高度非线性方程组的求解问题转化为求最小值问题,通过采用共轭梯度法求解该最小值来实现对传统隐式算法的改进。最后,以考虑软土结构性的Saniclay模型为例,在单元体分析计算的基础上,考虑不同的应变路径和初始应力状态,对传统隐式算法和改进隐式算法在计算收敛性、计算精度和计算效率方面进行对比,并通过工程算例检验传统隐式算法和改进隐式算法之间的差异。结果表明:相较于传统隐式算法,改进隐式算法能够有效提高计算效率和收敛性。

    2021年02期 v.49 173-179+297页 [查看摘要][在线阅读][下载 1408K]
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  • 超大断面隧道变截面衬砌台车应力特征

    王浩;杨新安;罗驰;刘臻武;

    以京张高铁八达岭长城站为工程依托,对超大断面隧道变截面衬砌台车的动态、静态应力进行研究,分析了截面变化对台车不同结构应力的影响规律。通过数值模拟分析台车结构的静态应力特征,利用现场监测分析台车结构的动态应力特征以及变截面对台车结构应力变化的影响规律。结果表明:台车结构静态应力和位移存在不均匀分布现象,各结构呈多变特征,部分结构出现明显的应力集中;浇筑过程中,应力呈现外侧大内部小的规律;台车浇筑区域位于支撑结构上方时应力最大,混凝土凝固过程中台车结构应力基本不变;台车截面由小至大变化时,各结构应力增大,其中拱肩丝杆是应力变化最大的构件。

    2021年02期 v.49 180-187页 [查看摘要][在线阅读][下载 2627K]
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  • 随机点锈蚀下圆形钢管轴压承载能力

    赵中伟;张宏伟;吴刚;

    针对随机点锈蚀对圆形钢管轴压承载能力的影响,以质量损失率为因变量,研究轴压承载力在随机点锈蚀影响下随质量损失率的变化规律。通过引入轴压承载力折减系数,揭示了锈蚀深度、锈蚀坑平面尺寸、钢材等级以及钢管壁厚对折减系数的影响规律。在大量随机有限元分析的基础上,提出了折减系数的理论计算公式。该公式可根据质量损失率精确预测钢管在随机点锈蚀影响下钢管轴压承载力的折减系数。

    2021年02期 v.49 188-194页 [查看摘要][在线阅读][下载 5005K]
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  • 基于工业基础类标准的参数化实体模型数据交互技术

    张其林;舒沈睿;满延磊;

    针对已有技术参数化程度低、信息易丢失的缺陷,提出了基于工业基础类(IFC)标准的参数化实体模型数据交互技术。确立了实体模型IFC格式文件的基本框架,研究了实体模型各类信息的参数化IFC格式数据表达方法,并通过软件编程实现。结果表明,该参数化实体模型数据交互技术可准确描述复杂实体模型,生成的IFC格式文件可在各主流BIM软件中准确表达并能二次编辑。

    2021年02期 v.49 195-203页 [查看摘要][在线阅读][下载 3491K]
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交通运输工程

  • 基于虚拟现实技术的隧道内光源色温对司驾安全的影响

    李晓军;凌加鑫;沈奕;卢彤;朱合华;

    基于虚拟现实(VR)技术建立公路隧道内环境智能辅助决策系统,在不同色温的主灯照明下进行驾驶模拟试验,构建注意力增长率和光源色温之间的度量模型,并给出反应时间的分布规律。结果表明:在隧道入口和出口处,驾驶人的注意力增长率较高,行驶约1 200 m时驾驶人注意力达到最低值;不同的光源色温对驾驶人注意力影响差异显著,色温约6 300 K时最利于注意力的集中;低色温下(2 000~4 000 K)驾驶人对事故的反应时间约为0.78 s,而中高色温下(5 000~8 000 K)驾驶人对事故的反应时间约为0.58 s。

    2021年02期 v.49 204-210+288页 [查看摘要][在线阅读][下载 4569K]
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  • 公铁近距离并行布置眩光效应分析及防眩策略

    陈艾荣;曹哲;马如进;崔传杰;涂辉招;

    根据失能型眩光的环境光强对比度原理,提出了基于三维空间关系模型的失能眩光分析流程。以国内某斜拉桁架桥下层公路铁路同层布置为工程背景进行了案例分析。当公铁近距离布置不采取防眩措施时,铁路列车前照灯产生的眩光效应严重,远超相关规范的阈值要求。最后,提出了可装配、立体化的防眩策略,并根据案例给出具体的防眩方案。结果表明,防眩策略能有效减少铁路前照灯对公路侧司机的眩光影响。

    2021年02期 v.49 211-217页 [查看摘要][在线阅读][下载 2852K]
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  • 基于眼动指标的公路隧道洞口景观设计舒适性及安全性评价

    叶飞;应凯臣;苏恩杰;魏艳春;梁晓明;

    基于云南省板仑隧道洞口景观设计方案,选取洞门线型、洞门颜色、洞口绿化及洞门肌理4个主要影响因素,采用正交试验设计方法,建立9种模型方案。利用自主研发的驾驶模拟试验系统及眼动仪设备开展驾驶模拟试验,选取瞳孔直径和视线偏离时间作为评价指标。结果表明:4个因素对行车舒适性及安全性的影响排序为洞门肌理>洞口绿化>洞门颜色>洞门线型;模型5(绿色端墙、壁画装饰、城墙式、洞口一般绿化)和模型9(灰色端墙、壁画装饰、曲线型、洞口精致绿化)的景观设计方案出现了驾驶分心现象,存在驾驶安全隐患。基于试验结果,从美学角度对隧道洞口景观设计提出了优化建议。

    2021年02期 v.49 218-226页 [查看摘要][在线阅读][下载 14378K]
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  • 双车道公路弯道回旋线长度对行车特性的影响

    袁方;杨轸;

    基于驾驶模拟实验,采集了15名驾驶员在半径为100~500 m的72个弯道路段的车速、侧向偏移等数据,研究双车道公路弯道路段回旋线长度对车速及行车轨迹的影响。结果表明:在半径一定的条件下,随着回旋线长度增加,前后路段车速差呈上升趋势,而速度梯度随之下降;行车轨迹波动幅度随回旋线长度增加而增大,而波动频率随之降低;半径为100 m时,回旋线太短会使轨迹的局部曲率增大;对于半径为200 m的弯道,过长或过短的回旋线都会造成车辆轨迹的局部曲率增大;对于半径为300 m及以上的弯道,回旋线长度和车辆轨迹的最大局部曲率成正相关。

    2021年02期 v.49 227-235页 [查看摘要][在线阅读][下载 2413K]
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  • 城市地下互通立交通行能力计算

    袁胜强;景啸;史程祥;

    提出了基于期望车头时距的通行能力模型。根据城市地下互通立交特点,计算城市地下互通立交主线路段通行能力、匝道路段通行能力、匝道合流区及分流区通行能力,并给出推荐值。最后,通过实测数据验证了该模型的正确性。结果表明:地下互通立交各部分通行能力均比地上互通立交有所折减,主线路段折减8%~11%(高速区间折减均接近10%),匝道路段折减约14%,匝道合流区折减约10%,匝道分流区折减约11%。

    2021年02期 v.49 236-242页 [查看摘要][在线阅读][下载 1107K]
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  • 脱空对刚性道面板应力分布的影响及临界脱空状态

    赵鸿铎;曾孟源;吴荻非;凌建明;韦福禄;

    基于层间弹簧模型提出支承状态模拟方法,构建刚性道面板数值仿真模型。考虑不同飞机荷载和接缝状态,分析脱空影响下的道面板荷载应力增幅、位置偏移及重分布规律。结果表明:层间弹簧模型可准确地模拟脱空导致的刚性道面板支承损失以及不同脱空状态;随着脱空加剧,脱空区边缘的荷载应力增大,最大荷载应力在板厚方向上的位置由板底转移至板顶;当脱空区内最大荷载应力超过健康状态(即无脱空)下临界荷位的峰值应力时,该脱空状态即为临界脱空状态。相比传统弯沉指标,临界脱空状态能够更准确地反映脱空对道面结构的影响。

    2021年02期 v.49 243-253页 [查看摘要][在线阅读][下载 5382K]
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环境科学与工程

  • 林可霉素和3种大环内酯类抗生素对厌氧消化的影响

    谢丽;张艺蝶;朱雯喆;何莹莹;

    林可霉素和3种大环内酯类抗生素(红霉素、螺旋霉素、阿奇霉素)在医疗和畜禽养殖等多个领域应用广泛,并且能够通过制药废水、畜禽废水以及市政污泥的排放和处理等多种途径进入环境。厌氧消化是有效处理抗生素废水的常用方法。从典型废水中抗生素浓度分布和对厌氧消化代谢过程的影响角度出发,总结了厌氧消化对上述抗生素的响应特征。结果表明:林可霉素和3种大环内酯类抗生素在低浓度时促进厌氧消化产甲烷,高浓度时抑制厌氧消化产甲烷,主要通过厌氧消化产甲烷过程中挥发性脂肪酸(VFAs)的累积,以及某些挥发性脂肪酸氧化菌活性和产甲烷古菌活性的降低来抑制厌氧消化产甲烷。最后,探讨了上述抗生素厌氧生物降解的代谢途径和缓解抗生素对厌氧消化抑制的方法。

    2021年02期 v.49 254-263页 [查看摘要][在线阅读][下载 1645K]
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  • 应对气候变化的上海抗涝性园林树种选择

    张德顺;陈陆琪瑶;罗静茹;刘鸣;姚驰远;

    通过淹水模拟实验,对上海25种常见园林树种的受害程度以及叶绿素、电导率、比叶质量、净光合速率、丙二醛含量、脯氨酸含量等7项指标进行测定,确定待测树种抗涝性的优化链。结果表明:可从光合作用水平上进行抗涝性初步预判,优先考虑叶绿素、比叶质量和净光合速率指标;依据抗涝性大小可将25种树种分为强抗涝型、较抗涝型、一般抗涝型和不抗涝型4种类型。

    2021年02期 v.49 264-271页 [查看摘要][在线阅读][下载 1244K]
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机械、车辆与能源工程

  • 数据驱动的变速器传感器故障诊断方法

    吴光强;陶义超;曾翔;

    针对基于模型以及基于规则的故障诊断方法的局限性,运用数据驱动的方法对变速器传感器进行故障诊断。使用逐步回归算法建立传感器模型,将实际传感器输出与传感器模型输出相减得到残差序列;用小波包变换(WPT)对残差序列进行分解,提取节点的香农熵作为特征值;最后,用概率神经网络(PNN)对不同传感器故障的特征值进行识别。使用硬件在环仿真获取车辆行驶过程中的变速器信号对该方法进行验证。结果表明:该方法的诊断正确率达到98.50%,在不同的样本划分情况下诊断正确率变化很小。此外,还对其他多个变速器传感器进行了故障诊断,诊断正确率均在较高值,证明了该方法的普适性。

    2021年02期 v.49 272-279页 [查看摘要][在线阅读][下载 1782K]
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  • 橡胶层与空腔的结构-声耦合解析模型和隔声优化

    邓国明;郑松林;邵建旺;吴宪;陈则尧;

    针对橡胶薄层与空腔的声学耦合,提出一种结构-声耦合解析模型,并基于该模型对密封条的材料与几何参数进行优化。通过加入余弦辅助函数,得到空腔的声学模态振型函数。利用瑞利-里兹法,建立简支双薄层结构振动与空腔声学耦合的解析模型。利用该模型分别计算单点激励的均方响应和扩散声场激励的隔声。通过与阻抗-迁移率方法和混合有限元-统计能量分析(FE-SEA)方法的计算结果对比,验证了该解析模型的准确性。结果表明:与FE-SEA方法相比,该解析模型具有较高的计算效率;利用该解析模型和粒子群算法优化材料与几何参数,使得隔声提高10 dB以上;优化的密封条趋向于扁而宽的截面。

    2021年02期 v.49 280-288页 [查看摘要][在线阅读][下载 1911K]
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经济与管理科学

  • 新冠肺炎疫情下的医院弹性空间管理

    乐云;雪克来提·亥依热特;李永奎;虞涛;

    医院是抗击新冠肺炎疫情的核心部门,医院用户活动的有效管理、空间使用率的提升成为当前急需解决的问题。在空间使用分析方法中引入弹性空间的概念来分析医院用户活动和空间使用特征,通过构建医院用户活动-空间映射过程,将满足一类用户单一活动的医院空间变成满足多类用户多个活动的医院空间。最后,通过案例验证该方法的符合性和可接受性。

    2021年02期 v.49 289-297页 [查看摘要][在线阅读][下载 1968K]
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  • 社会收入分布对创新技术普及的影响

    王晔;曲林迟;

    社会收入分布以及不平等问题长期以来受到社会和学者们的广泛关注,但较少有研究分析社会收入分布情况如何影响新技术或新产品的市场渗透过程。通过动态理论模型构建和经验分析发现,过大的贫富差距虽然有利于新技术在推广之初的引进,但是由于财富高度集中于高收入阶层导致其他阶层无法支付新技术高昂的价格,进而抑制了新技术或新产品的普及。政府在制定扶持新技术的相关政策时应当充分考虑当前社会的收入分布情况,从而最大程度地发挥政策的促进作用。

    2021年02期 v.49 298-304页 [查看摘要][在线阅读][下载 1078K]
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  • 第五届智能交通智慧城市国际会议(ITASC 2021)论文征集通知

    <正>第四届智能交通智慧城市国际会议ITASC已于2019年5月成功举办,第五届智能交通智慧城市国际会议ITASC2021将在上海由同济大学和上海市创造学会联合主办。会议将共同探讨科学技术与产业化应用问题,以"建设智慧城市,服务美好生活"为主题。

    2021年02期 v.49 160页 [查看摘要][在线阅读][下载 151K]
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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。

    2021年02期 v.49 305页 [查看摘要][在线阅读][下载 382K]
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