上海交通大学学报

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王毓舒, 贺林, 马钢

2019,53 (1): 1-10.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.01.001

摘要 ( 1006 )

PDF(1530KB) ( 495 )

基因表达是生物体最重要的生理活动之一，而对基因表达进行精确的人工调控则是控制生物体蛋白合成以及生理活动的重要手段.上海交通大学国际基因工程机器大赛(International Genetically Engineered Machine Competition, iGEM)团队自2009年参赛以来，多次应用合成生物学方法成功创建了稀有密码子开关、细胞膜支架和光控CRISPR干扰(CRISPRi)系统3种新型基因调控元件.通过在目的基因的起始密码子后插入合适数量的稀有密码子，对基因表达进行精确调节，调控一个多酶体系在最适化学计量比上进行反应；细胞膜支架可将目标蛋白固定在细胞内膜上，缩短不同蛋白之间的空间距离，加速酶催化反应速率；光控CRISPRi系统则创新性地将生物感光系统与新兴的CRISPRi技术相结合，通过光信号在转录水平上精确调控生物体内源基因的表达.这3项新技术在大肠杆菌脂肪酸合成方面均得到了成功的应用，从而提高了脂肪酸的合成量和分泌效率.

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平纹叠层SiC/SiC复合材料室温和高温拉伸行为与破坏机理

陈明明, 陈秀华, 张大旭, 伍海辉, 郭洪宝, 龚景海

2019,53 (1): 11-18.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.01.002

摘要 ( 990 )

PDF(2076KB) ( 263 )

通过单向拉伸试验，对比研究平纹叠层SiC/SiC复合材料在室温和高温(1200℃)环境下的宏观力学特性，并采用扫描电镜对试验件断口进行观测，以分析其微观损伤模式和破坏机理.结果表明：平纹叠层SiC/SiC复合材料的室温和高温拉伸应力-应变行为均表现为非线性特征，具有较高的轴向拉伸基体开裂应力；两者拉伸强度相差不大，但高温下的断裂应变比室温下的高.从宏观断口分析可知，两者均呈现韧性断裂，但纤维拔出长度和断口平齐程度有所不同.材料内部产生的基体裂纹大部分与加载方向垂直；断面上经向纤维束发生纵向拉伸断裂破坏，内部存在严重的界面脱粘损伤以及纬向纤维束发生轴向劈裂破坏是材料在室温和高温下的拉伸破坏机理.高温下由于纤维与基体间的界面层在一定程度上被高温氧化而退化失效，使界面结合变弱和界面滑移力降低，从而产生较长的纤维拔出长度，所以高温下材料具有较高的断裂韧性.

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屈曲问题有限元模拟的随机缺陷法

闫棣, 苏祺, 李四平

2019,53 (1): 19-25.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.01.003

摘要 ( 1239 )

PDF(1084KB) ( 272 )

鉴于目前文献中流行的分支点屈曲问题有限元模拟方法的局限性，提出了对理想构件引入初始随机缺陷，把特征值屈曲问题转化为几何非线性静力变形计算问题进行模拟求解的方法.通过对压杆稳定和弹性地基上梁的屈曲问题的模拟，表明初始随机缺陷法不仅可以计算低阶屈曲模态，而且同样可以得到模型高阶屈曲时的计算结果.在此基础上，指出了有些文献中所使用的影响因子引入缺陷法对非线性问题计算的局限性，并且通过对横向纤维作用下穿透型矩形脱层屈曲问题的计算，分析了初始随机缺陷法对非线性屈曲问题求解的适用性.同时，给出了使用初始随机缺陷法的几种思路和参数选取的建议.

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基于SMOTE算法的船舶结构可靠性优化设计

龙周, 陈松坤, 王德禹

2019,53 (1): 26-34.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.01.004

摘要 ( 1167 )

PDF(1639KB) ( 286 )

针对常规船舶结构可靠性优化设计由高度非线性带来的计算效率低、收敛困难的问题，提出了基于SMOTE (Synthetic Minority Oversampling Technique)算法的船舶结构可靠性优化设计方法.利用SMOTE算法建立了改进的BP (Back Propagation)神经网络模型，以较少的样本点完成了极限状态函数的高度近似，克服了以往代理模型不能同时满足精度和效率要求的缺点，并通过数学算例验证了使用SMOTE算法建立BP神经网络模型的可行性和有效性.将改进的BP神经网络模型和模拟退火法嵌入单循环优化策略，并将其用于船舶舱段的可靠性优化设计，验证了所提出的可靠性优化设计方法的求解效率和精度，为大型工程结构的可靠性优化设计提供了思路.

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较低雷诺数下ITTC尺度效应换算方法的改进

姚慧岚, 张怀新

2019,53 (1): 35-41.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.01.005

摘要 ( 1426 )

PDF(2218KB) ( 307 )

应用基于非结构化网格的过渡流模型，在商业CFD软件STAR-CCM+平台上，对不同雷诺数(Re)下螺旋桨模型和实桨进行数值模拟，分析了螺旋桨叶面和叶背边界层的流体流动随Re的变化情况，将浆叶 0.75R剖面压力面和吸力面的摩擦阻力系数的数值模拟结果与国际船模试验池会议(ITTC)推荐的尺度效应换算公式以及平板摩擦阻力系数计算公式的计算结果进行对比，并对ITTC尺度效应换算方法在较低雷诺数下进行了改进，即应用不同的公式分别计算叶面和叶背的摩擦阻力系数.结果表明，螺旋桨叶面与叶背边界层的流体流动不同，故吸力面和压力面的摩擦阻力系数计算公式有所不同.当Re较小(接近临界雷诺数)时，改进方法比ITTC尺度效应换算方法计算的结果更准确；当Re>1.0×106时，改进方法与ITTC尺度效应换算方法的计算结果基本一致；当Re>2.0×106时，Re越大，2种方法的计算结果偏离实际值越多.

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南海八号深水半潜式平台内孤立波载荷预报

陈敏, 陈科, 尤云祥, 李飞

2019,53 (1): 42-48.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.01.006

摘要 ( 962 )

PDF(930KB) ( 232 )

结合3类内孤立波理论模型KdV、eKdV和MCC与Morison公式和压差力公式，建立了南海八号深水半潜式平台的内孤立波载荷预报方法.利用大型内波水槽开展了南海八号深水半潜式平台的内孤立波载荷模型实验，分析了Morison公式中南海八号深水半潜式平台的惯性力系数和拖曳力系数.结果表明，Morison公式中的惯性力系数和拖曳力系数不仅与雷诺数Re、KC(Keulegan-Carpenter)数以及两层流体的上下层厚度比有关，而且与平台的结构形式有关.对于南海八号深水半潜式平台，Morison公式中的惯性力系数与KC数之间呈幂函数关系，拖曳力系数与Re之间呈指数函数关系.

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全海深深潜器所用动力锂离子电池电气特性

周诗尧, 陈自强, 郑昌文, 黄德扬, 刘健, 葛云龙

2019,53 (1): 49-54.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.01.007

摘要 ( 1103 )

PDF(972KB) ( 230 )

通过试验研究了全海深深潜器所用磷酸铁锂离子电池在常压、20℃，常压、3℃，以及高压 100MPa、20℃环境下的电气特性，评价了最大放电深度、内阻、开路电压随温度和压力变化的情况.结果表明：在常压、3℃条件下锂离子电池最大放电深度的衰减较大，欧姆内阻与极化内阻的增幅较大，开路电压略有降低；与常压、20℃相比，在高压100MPa、20℃下，锂离子电池最大放电深度的衰减较大，欧姆内阻略有增加，而开路电压略有降低.

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基于正交实验和多项式回归分析方法的非典型接触状态车人碰撞事故参数分析

张东明, 张晓云, 杨小波, 侯心一

2019,53 (1): 55-61.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.01.008

摘要 ( 949 )

PDF(751KB) ( 225 )

针对现有交通事故数值模拟研究中易被忽略的侧碰撞、斜碰撞等非典型接触交通事故类型，通过一起真实交通事故案例，采用正交实验法与多项式回归分析相结合的方法拟合了车人碰撞事故中的待优化参数与初始参数之间的函数关系式，并对车人碰撞事故中的初始参数进行优化.结果表明，正交实验法与多项式回归分析相结合的方法具有较高的模拟精度，能够快速准确地得到合理的初始参数.同时，行人伤害模拟结果与医学鉴定结果具有较高的一致性，从而验证了所用方法的可靠性与合理性.

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白车身激光焊接过程的变形预测及几何补偿方法

王庆, 刘钊, 黄平华, 朱平

2019,53 (1): 62-68.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.01.009

摘要 ( 1140 )

PDF(1291KB) ( 312 )

针对白车身激光焊接过程中热成形钢板变形较大的问题，通过几何补偿方法消除焊接变形对装配过程的影响，建立了钢板焊接变形的几何补偿优化流程，通过基于有限元方法的焊接过程模拟来预测激光焊接的板件变形程度，并结合最优拉丁超立方采样、Kriging近似模型与粒子群优化算法对B柱加强板进行几何补偿优化.结果表明，优化后的B柱加强板经过激光焊接后与原设计型面吻合较好.

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集装箱进出口码头泊位-堆场协同分配的动态决策

韩笑乐, 鞠留红, 钱丽娜, 陆志强

2019,53 (1): 69-76.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.01.010

摘要 ( 1293 )

PDF(959KB) ( 234 )

针对集装箱进出口码头泊位-堆场的调度问题，考虑船舶到港时间不确定性因素影响的资源协同分配多阶段决策过程，兼顾其鲁棒性与灵活性要求，提出基于两阶段近似的动态决策框架.在各个滚动决策点，通过信息和操作的动态分析，提出了船舶分类方法，建立基于随机场景的混合整数规划模型，其中包含固定性决策及各样本场景下的可调整预决策，并以最小化船舶总在港时间的期望值为目标.同时，针对决策逻辑设计了两阶段禁忌搜索算法以求解各个滚动决策点的优化问题，通过数值实验验证所提决策方法的有效性.

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不同冲击工况下蜂窝填充薄壁结构的耐撞性能

张勇, 闫晓刚, 曾意, 赖雄鸣

2019,53 (1): 77-84.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.01.011

摘要 ( 924 )

PDF(1381KB) ( 281 )

提出了一种方形蜂窝填充薄壁复合结构，并采用实验研究与数值分析的方法研究了12种冲击工况下蜂窝填充薄壁结构与相应的非填充(薄壁空管)结构的耐撞性能.同时，结合Kriging近似技术与小种群遗传算法对蜂窝填充薄壁结构开展数值优化设计.结果表明，在各种冲击工况下，蜂窝填充薄壁结构吸收的能量都高于薄壁空管结构，且冲击的角度和速度对蜂窝填充薄壁结构吸能性能影响显著.在相同的冲击速度下，蜂窝填充薄壁结构吸收的能量随着冲击角度的增大而降低；在相同的冲击角度下，蜂窝填充薄壁结构吸收的能量随着冲击速度的增大而提高.对Kriging近似技术与小种群遗传算法优化所得蜂窝填充薄壁结构进行最优参数匹配，能够改善蜂窝填充薄壁结构的吸能性能.

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椭圆余弦波作用下考虑桩身振动的桩-土相互作用

张忆州a, 廖晨聪a, b, 陈锦剑a, b

2019,53 (1): 85-92.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.01.012

摘要 ( 1004 )

PDF(1537KB) ( 174 )

针对海洋中浅水区域的单桩基础，建立了包含波浪、海床和单桩的三维数值模型，考虑浅水环境中椭圆余弦波与海洋风浪引起的桩身振动的共同作用，研究了桩-土耦合系统的动态响应问题.其中，波浪模型的椭圆余弦波采用Navier-Stokes方程控制，海床模型视为各向同性的多孔介质，并采用Biot方程模拟土体与孔隙水的动态响应，单桩视为可变形弹性体，并引入周期性的水平位移来模拟桩身振动.同时，在验证模型准确性的基础上，分析了椭圆余弦波作用下桩身位移、桩周的海床孔隙水压及海床液化等变化情况，并对波浪及海床的主要特性参数进行了分析.结果表明：桩身振动会导致桩顶区域的海床孔隙水压出现局部变化，并使孔隙水压沿海床深度方向的减小趋势变缓；波浪与海床的特性参数对孔隙水压的分布影响显著.

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波浪作用下渗透率各向异性的海床液化分析

荣富, 廖晨聪, 童大贵, 周香莲

2019,53 (1): 93-99.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.01.013

摘要 ( 1331 )

PDF(856KB) ( 342 )

为探究波浪荷载作用下渗透率各向异性的海床的瞬态液化问题，分别以雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和Biot多孔弹性方程作为波浪运动和海床响应的控制方程，采用LSM (Level Set Method)法对自由表面进行追踪，以保证波浪运动模拟的准确性，并建立了波浪-海床相互作用的二维耦合数值模型.在验证数值模型合理性的基础上，进一步分析了波浪参数、海床土体的饱和度和渗透性对海床瞬态液化的影响.结果表明：波浪参数和海床土体饱和度对海床瞬态液化的影响显著；海床的瞬态最大液化深度随着波浪的高度、周期的增大而增加，随着海床土体饱和度的增大而减小；相比于海床土体的水平方向渗透系数，海床的瞬态最大液化深度对垂直方向渗透系数的变化更加敏感.

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预折刀工作终止位置对包边边界缩进的影响

李东玮, 王磊, 张聪, 赵亦希

2019,53 (1): 100-104.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.01.014

摘要 ( 1132 )

PDF(984KB) ( 230 )

为探究包边过程的预折刀工作终止位置对包边边界缩进的影响规律，以某车型前门的包边过程为研究对象，基于AutoForm软件建立有限元模型，定义了预折刀相对进给量以量化表述预折刀工作终止位置，并在包边机上进行验证实验，在此基础上提出了包边边界缩进的调整流程.结果表明：随着预折刀相对进给量不断增加，包边边界缩进逐渐增大，但并非呈线性增长；当预折刀处于欠进给时，随着预折刀相对进给量的增加，包边边界缩进增量很小；当预折刀处于过进给时，利用2次函数可以拟合包边边界缩进与预折刀相对进给量的关系.

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法兰约束条件下铝合金杯形件的旋压成形性能

刘若凡, 于忠奇, 赵亦希, EVSYUKOV S A

2019,53 (1): 105-110.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.01.015

摘要 ( 991 )

PDF(1191KB) ( 173 )

为了提高铝合金2024-O的旋压成形性能，通过试验研究了2种法兰约束(单边和双边)条件下杯形件的极限旋压比，并通过数值模拟研究了单边和双边法兰约束旋压成形中工艺参数对构件厚度的影响.结果表明：相对于传统的自由边旋压成形工艺，法兰约束旋压成形工艺可以提高极限旋压比，并且双边法兰约束比单边法兰约束的效果更佳；在相同的工艺条件下，双边法兰约束的构件壁厚比单边法兰约束的构件壁厚更均匀；在法兰约束的旋压成形中，板料与托辊(或旋轮端面)间的摩擦系数对构件壁厚几乎没有影响；随着旋轮端面与托辊的约束界面间隙增加，双边法兰约束的构件壁厚先减小，而后增大并趋于稳定.

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比例-积分-微分压力控制的放电雾化烧蚀磨削加工方法

邱明波, 史璟云, 俞晓春, 刘志东

2019,53 (1): 111-117.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.01.016

摘要 ( 863 )

PDF(1734KB) ( 184 )

为了提高电火花放电雾化烧蚀加工效率，以烧结金刚石材料作为加工电极，利用金刚石颗粒的磨削作用实现了高效雾化烧蚀与机械磨削的复合加工.其中，通过测量加工过程中金刚石颗粒与工件之间的机械磨削作用力，实现了基于压力信号检测的伺服控制，以保证金刚石颗粒的磨削作用，并采用反比例、模糊和比例-积分-微分(PID)压力控制方法来维持加工过程中的压力稳定性.同时，以高强钢Q420C为加工对象进行了3组加工效率对比试验.结果表明：采用PID压力控制方法，在30min的加工时间内所得加工深度可达 14.5mm，最大压力在 1.0N以内，其加工效率和加工稳定性优于其他2种控制方法.

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气动调节阀阀套相贯孔与阀芯的微间隙往复式动态摩擦特性

许静, 倪敬, 陈烨波, 金永涛, 吴参

2019,53 (1): 118.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.01.017

摘要 ( 965 )

PDF(1788KB) ( 208 )

基于压头圆角等效原理和边缘应力集中理论，建立了接触边界形状时刻变化的含单个相贯孔阀套的动态摩擦力计算模型；同时，引入多组相贯孔的耦合原理，建立了含多个相贯孔阀套的摩擦力计算模型，并与其实验结果进行对比，分析了气动调节阀阀套相贯孔与阀芯密封接触面的微间隙往复式动态摩擦特性.结果表明：所建立的摩擦力计算模型可行有效；相贯孔所产生的边缘应力集中效应对于摩擦特性的影响较大；含相贯孔阀套的摩擦力高于无孔阀套的摩擦力，且随着相贯孔接触线长度的增加，其摩擦力增大；较大的圆角半径可以减小相贯孔与密封面的摩擦力，而且圆角半径越大，其影响越显著.

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