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    一种并网逆变器直流电容容值辨识方法
    朱城昊, 王晗, 孙国歧, 魏晓宾, 王富文, 蔡旭
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 693-700.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.515
    摘要472)   HTML706)    PDF (5050KB)(713)   

    直流电容是并网逆变器中最易老化失效的器件之一,对其进行容值参数辨识可以及时发现并更换老化电容,有利于提高系统可靠性.提出一种基于预充电电路的并网逆变器直流电容容值辨识方法,通过分析预充电过程中电容容值与充电电流、电压的数值关系,结合历史运行数据,构建电容状态特征向量集合.利用该集合训练支持向量回归(SVR)模型,建立状态值与容值的回归预测关系,并采用粒子群优化(PSO)算法对模型进行优化,优化后的模型可用于直流电容容值辨识.仿真和实验结果表明,所提方法可对并网逆变器直流电容进行容值辨识,辨识误差小于0.95%.该方法无需增加硬件电路且不改变控制算法,具有一定的实用价值.

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    波浪条件下地效翼型气动力的环量控制研究
    刘浩, 孙建红, 孙智, 陶洋, 王德臣, 刘光远
    上海交通大学学报    2022, 56 (8): 1101-1110.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.384
    摘要150)   HTML24)    PDF (3280KB)(635)   

    波浪海面气流环境相对复杂,严重影响了地效飞行器巡航过程中的稳定性与安全性.针对波浪条件下的地效翼型,应用数值方法分析了不同海况波浪形状和不同飞行攻角对翼型气动特性的影响,进一步研究了定常吹气和周期吹气方法对地效下的环量控制翼型气动力影响规律.计算结果表明:波浪海面地效下,翼型升力系数随波浪周期性变化,波浪的波高较高、波长较短,翼型攻角较大时升力系数波动的幅度较大;通过与波浪相对运动相同周期的吹气环量控制方法,可以有效地控制波浪海况下翼型升力系数的波动,增强地效飞行器的稳定性与安全性.

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    分布式绿色能源碳交易机制及碳数据管理的挑战
    李幸芝, 韩蓓, 李国杰, 汪可友, 徐晋
    上海交通大学学报    2022, 56 (8): 977-993.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.450
    摘要347)   HTML380)    PDF (2604KB)(608)   

    为了实现“碳达峰、碳中和”双碳目标,需要加快构建以绿色能源为主体的电力系统.随着系统规模增长,基于区块链技术的分布式绿色能源碳交易机制和碳数据管理技术可有效鼓励绿色能源发展,成为低碳电力推行的有效手段.而精确实时的碳计量将进一步为交易信息的准确性和安全性提供数据支撑.介绍目前绿证交易和碳交易的研究现状,分析区块链技术在绿电追溯、绿证交易、碳交易、绿证与碳资产联合市场4个方向的关键技术适用性;研究当前碳计量方式的具体数学模型,讨论分析适用于区块链架构的碳源追溯计量数据可用性,并对碳计量方式的未来发展提出参考建议.

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    共轴双旋翼动力学建模与验证
    胡金硕, 黄健哲
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 395-402.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.044
    摘要3333)   HTML67)    PDF (2567KB)(605)   

    建立共轴双旋翼动力学模型可用于共轴多旋翼飞行器的控制器设计、飞行模拟等研究,需要同时兼顾模型的计算实时性和精度.首先,基于伴随理论推导包含旋翼尾迹的全流场诱导速度计算模型.然后,在单旋翼有限状态入流模型基础上进行扩展,建立考虑尾迹倾斜的共轴双旋翼有限状态动力学模型.最后,推导共轴双旋翼悬停状态上下旋翼推力计算公式,并进行试验验证.研究结果表明:所建立的动力学模型计算复杂度在可接受的范围内,推力计算值与测试值在一定转速范围内基本吻合,并可很好地反映出共轴双旋翼推力损失趋势.

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    基于形貌优化技术的邮轮轻型防火围壁设计
    张帆, 杨德庆, 邱伟强
    上海交通大学学报    2021, 55 (10): 1175-1187.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.201
    录用日期: 2021-06-08

    摘要544)   HTML237)    PDF (19957KB)(597)   

    为了开发具有优良防火和承载性能的新型轻量化围壁结构,替代上层建筑区域的传统加筋防火围壁,提出一种基于形貌优化技术的邮轮轻型防火围壁设计方法.基于该方法设计的轻型围壁中波纹加筋的位置和数量是根据承载要求及加工工艺要求生成,克服了常规波纹围壁设计中波纹位置和数量均已事先确定的缺点.针对指定设计区域,以邮轮防火围壁结构轻量化为目标函数,以焊缝区结构应力、非焊缝区结构应力以及围壁一阶屈曲因子为约束条件,建立了邮轮防火围壁形貌优化设计模型并求解.提取形貌优化结果得到可行的邮轮防火围壁构型,经二次设计得到最终构型,并与传统加筋防火围壁的力学性能进行了比较.结果表明,新型邮轮防火围壁与传统加筋防火围壁相比具备轻量化优势和良好的强度.

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    “双碳”目标下中国清洁电力发展路径
    黄强, 郭怿, 江建华, 明波
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1499-1509.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.272
    摘要1108)   HTML281)    PDF (1849KB)(564)   

    目前,第三次能源革命已经开始,为了减少碳排放,发达国家先后制定了清洁能源发展战略,并公布了放弃火电、核电的时间表.与此同时,中国也向世界作出承诺:2030年前碳排放达峰,2060年实现碳中和.因此,在“双碳”目标下,研究清洁电力发展路径具有重要意义.分析了中国水、风、光等清洁能源储量及其特征,预测了中长期电力需求,依据电力电量平衡原理,估算了2030和2050规划水平年电力系统结构组成,并分析了未来CO2排放趋势,提出了未来中国清洁电力的发展对策与建议.结果表明:预计2027年中国电力系统将实现“碳达峰”;2030年中国清洁电力发电量将超过总发电量的50%;2050年火电、核电将被水、风、光等清洁电力全部取代,电力行业将实现CO2的“零排放”,基本全面实现电力系统的绿色转型,以响应国家的“双碳”目标.

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    基于数据驱动的核电设备状态评估研究综述
    许勇, 蔡云泽, 宋林
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 267-278.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.502
    摘要3058)   HTML177)    PDF (1383KB)(543)   

    核电设备全生命周期的状态评估对提高核电厂安全性、经济性影响重大.以往国内核电厂对系统、设备、构筑物的运维评估手段多依赖于设备自身报警机制、简单阈值判断或者现场工程师经验.随着在线监测系统在核电厂的应用实施和海量设备运行数据的积累,利用数据驱动技术进行设备健康状态评估已经成为行业关注重点.对此,介绍核电在线监测系统现状,分析主要核电设备存在的常见故障,并将核电设备的状态评估归纳为异常检测、寿命预测和故障诊断共3大问题,分别综述其研究和应用现状,重点阐述深度学习技术在该领域的应用潜力.在此基础上,进一步分析核电厂设备状态评估面临的挑战和可能的解决方案.

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    大规模新能源汽车接入背景下的电氢能源与交通系统耦合研究综述
    李佳琪, 徐潇源, 严正
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 253-266.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.464
    摘要3328)   HTML586)    PDF (2106KB)(536)   

    新能源的大规模开发利用是实现“双碳”目标的重要手段.可再生能源发电耦合制氢技术在提高可再生能源消纳率的同时,加速了新能源汽车的普及.未来,电氢能源系统与交通系统的耦合将会更加密切.以大规模新能源汽车接入为背景,首先综述了电氢能源系统的发展现状,并对耦合系统制氢、出力波动平抑以及参与电力系统优化运行3种工作模式进行了介绍.在此基础上,从不同能源角度出发,分别对电力-交通耦合系统中的联合规划与优化运行研究现状以及氢能-交通耦合系统中的加氢站优化与氢能运输相关问题进行了总结分析.最后,结合当前研究中存在的瓶颈,从动态模型构建、不确定性因素影响等方面对未来可行研究方向进行了展望.

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    考虑安全飞行通道约束的无人机飞行轨迹多目标优化策略
    黄宇昊, 韩超, 赵明辉, 杜乾坤, 王石刚
    上海交通大学学报    2022, 56 (8): 1024-1033.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.154
    摘要212)   HTML31)    PDF (5684KB)(528)   

    针对无人机在复杂环境下难以规划出兼顾平滑性和安全性等指标的时域连续轨迹问题,基于安全飞行通道提出了一种多目标轨迹规划算法.在基于快速拓展随机树(RRT)改进的RRT*算法生成的初始离散路径点基础上,建立以凸多面体集合表示的安全飞行通道;根据轨迹在安全飞行通道内部的约束建立安全项目标函数,结合飞行平滑性、动力学特性、飞行时间等性能指标,建立加权多目标优化函数;采用基于梯度下降的凸优化算法,对离散路径点的位置、速度、加速度及轨迹的时间分配进行优化,生成分段多项式表示的时域连续轨迹.基于煤矿井下等复杂环境对算法的有效性及相关性能进行试验及对比验证,结果表明:相比现有算法,本文算法在综合性能上有一定的提升.

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    智能车辆决策方法研究综述
    胡益恺, 王春香, 杨明
    上海交通大学学报    2021, 55 (8): 1035-1048.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.387
    录用日期: 2021-06-08

    摘要519)   HTML14)    PDF (1687KB)(513)   

    结合目前国内外智能车辆决策方法的研究现状,分别从决策的输入、输出、周边环境交互方式以及算法类型4个方面对决策方法进行分类归纳、优缺点分析以及适用场景评估;总结归纳现阶段常见决策评估方法以及用于决策研究的数据集;分析现阶段决策方法所面临的技术难点以及未来发展趋势.

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    新能源电力系统中的分布式光伏净负荷预测
    廖启术, 胡维昊, 曹迪, 黄琦, 陈哲
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1520-1531.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.244
    摘要773)   HTML209)    PDF (69168KB)(511)   

    为响应碳达峰、碳中和的需求,构建一套完整的“源-网-荷-储”的新能源电力系统,提出了一种基于Hamiltonian Monte Carlo推断深度高斯过程(HMCDGP)算法的分布式光伏净负荷预测模型.首先,分别使用直接预测和间接预测两种形式对预测模型的精度进行实验并得到点预测结果;其次,使用所提出的模型进行概率预测实验并得到区间预测结果;最后,通过以澳洲电网记录的300户净负荷数据为基础的对比实验验证所提模型的优越性.在得到准确的净负荷概率预测后,可以通过电力调度充分利用光伏产出,减少化石能源使用,从而减少碳排放.

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    近失速形态下冰脊分离非定常流的IDDES和模态分析
    谭雪, 张辰, 徐文浩, 王福新, 文敏华
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1333-1342.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.427
    录用日期: 2021-09-22

    摘要361)   HTML24)    PDF (15798KB)(415)   

    采用改进延迟脱体涡模拟 (IDDES) 方法,对近失速条件下溢流冰脊诱导的剪切层振荡现象进行高分辨率模拟,描述高雷诺数下冰脊分离流大尺度分离的流场演化特征.研究表明,近失速形态下,冰脊和下翼面尾缘同时诱导出剪切流动,冰脊诱导的剪切层并未再附到壁面,与下翼面上洗流动相互干扰,形成大尺度低能态结构.结合频谱分析进一步发现,剪切层内的压力脉动存在两种典型的脉动频率,与Kelvin-Helmholtz不稳定性相关,具体表现为涡配对和涡脱落.基于正交分解得到的压力脉动主导模态为剪切层之间的大尺度相干结构.主导模态的时间系数与升力系数的功率密度谱峰值保持一致,这说明尾缘区大尺度相干结构与升力波动具有相关性.

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    La0.95FeO3-δ/C复合电极制备工艺对氧还原和氧析出催化性能的影响
    胡桓铭, 杨帆, 章俊良
    上海交通大学学报    2021, 55 (9): 1049-1057.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.009
    录用日期: 2021-06-08

    摘要427)   HTML1113)    PDF (9736KB)(414)   

    为优化具有A位镧缺失的铁酸镧(La0.95FeO3-δ)钙钛矿的氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)双功能电催化性能,研究La0.95FeO3-δ/C复合电极中碳的形态、电极浆料制备方法和催化剂载量对双功能电催化性能的影响,并分析其影响机理.结果表明:当La0.95FeO3-δ与导电碳形成复合电极时,ORR和OER催化活性显著提高;La0.95FeO3-δ/C复合电极的电催化性能与碳的形态以及电极浆料制备方法密切相关,在超声分散-球磨-超声分散的最佳浆料制备方法下,当以EC600JD为导电碳,La0.95FeO3-δ与EC600JD的载量分别为0.6 mg/cm2与0.12 mg/cm2时,ORR和OER催化活性最佳.经过工艺优化的La0.95FeO3-δ/C复合电极具有优异的双功能电催化性能,且其制备简单、成本低,有望在锂氧电池等器件中得到应用.

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    基于滑动Kriging插值的EFG-SBM求解含侧边界的稳态热传导问题
    王峰, 陈佳莉, 陈灯红, 范勇, 李志远, 何卫平
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1483-1492.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.215
    录用日期: 2021-09-22

    摘要284)   HTML10)    PDF (1618KB)(402)   

    采用基于滑动Kriging插值的无单元伽辽金比例边界法(EFG-SBM)求解侧边界有温度载荷的稳态热传导问题,该方法通过无单元伽辽金法(EFG)和滑动Kriging插值离散环向边界.由于滑动Kriging插值形函数具备Kronecker delta函数插值特性,克服了移动最小二乘逼近难以直接准确施加本质边界条件的不足.作为一种新型的边界型无网格法,EFG-SBM兼有EFG法和比例边界有限元法(SBFEM)的优点.该方法继承了SBFEM的半解析特性,通过引入比例边界坐标系,可将偏微分控制方程环向离散,径向上解析求解.与传统的SBFEM相比,环向边界通过节点进行离散,前处理和后处理简便.通过数值算例可以看出,相比基于拉格朗日多项式的SBFEM,基于滑动Kriging插值的EFG-SBM计算精度更高.相比有限元法(FEM),该方法能更好地反映尖角处热奇异性以及无限域温度分布状态.

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    仿生气动肌纤维静态特性建模与实验研究
    雷静桃, 张悦文, 戴臻豪, 徐子力
    上海交通大学学报    2021, 55 (5): 566-574.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.092
    摘要321)   HTML3)    PDF (5142KB)(391)   

    开展气动肌纤维静态特性建模与实验研究,综合考虑气动肌纤维端部变形、摩擦力、死区气压等对其静态特性的影响,提出一种气动肌纤维静态特性数学模型.搭建气动肌纤维静态特性实验平台,开展气动肌纤维及气动肌纤维束静态特性等长实验、等张实验及等压实验,对比分析不同规格参数的气动肌纤维及气动肌纤维束的静态特性.基于实验所得的等压特性曲线,提出一种气动肌纤维束实验模型,由大量实验数据辨识获得符合实际情况的气动肌纤维及气动肌纤维束的静态特性数学模型,为气动肌纤维驱动微型仿生机器人的精准控制奠定基础.

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    氢在生命体中扮演什么样的角色?
    程为铮,邓涛,丁文江
    上海交通大学学报    2021, 55 (Sup.1): 7-9.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.021
    摘要641)      PDF (570KB)(368)   
    氢是宇宙中最原始的元素,也是生命体中最主要的元素,对生命体有广泛的积极影响,包括生理调节、选择性氧化等.目前,氢已经初步应用于医学和农学,并由此诞生“氢气生物学”的概念.探究氢在生命体内的作用机理,准确认识氢在生命活动中扮演的角色将为众多生命难题提供新的解决思路.
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    3D电子封装锡晶须建模与实验验证
    王泽坤, 张福曦
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1445-1452.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.017
    摘要326)   HTML7)    PDF (5353KB)(364)   

    压应力释放和原子扩散对3D电子封装中晶须的生长具有重要影响,压应力也是动态再结晶(DRX)的主要因素之一.利用基于有限元的锡晶须生长机理和行为的数学模型,仿真研究具有典型物理尺寸和结构形状的3D电子封装锡层在硅衬底上形成晶须的过程,实现对晶须的定性分析和生长趋势推演;通过控制实验背景氩气体压力、热循环温度和循环周期等关键参数,构建外部因素和镀层薄膜中内压应力与晶须生长速度、长度和密度的加速试验系统;利用扫描电子显微镜观察和检测晶须生长速度和密度变化,并与仿真结果对比,验证压应力释放、原子扩散和DRX在3D电子封装锡晶须生长数学模型中的有效性,实现对晶须的定量描述,对减少未来3D封装微结构图形设计中的晶须问题提供建设性建议.

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    一种新型天气分型方法及其在光伏功率预测中的应用
    李芬, 周尔畅, 孙改平, 白永清, 童力, 刘邦银, 赵晋斌
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1510-1519.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.264
    摘要608)   HTML128)    PDF (1327KB)(351)   

    为提高光伏功率预测准确率提出了一种新的天气分型方法,该方法首先按总云量大小区分晴天和云天,然后根据太阳被遮蔽的程度将云天进一步细分为三类.该方法能有效识别影响光伏出力的关键气象环境因子特征,并对其加权求和得到新型分类指标Sky Condition Factor(SCF).该方法物理意义明确,区分度较好且易于量化.对天气类型合理细分后,可消除众多气象环境因子之间的耦合关系,降低输入变量维度,易于统计建模.最后分别基于原理和统计方法进行建模验证,结果显示该方法可以有效提高光伏功率预测的准确率.

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    冰柱冲击问题的数值仿真分析
    王超, 杨波, 张媛, 郭春雨, 叶礼裕
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 368-378.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.278
    摘要3384)   HTML50)    PDF (4968KB)(350)   

    为研究近场动力学(PD)方法在冰力学行为领域的应用特性及在冰破坏数值预报过程中的参数敏感性,采用常规状态型近场动力方法系统地计算分析了冰柱冲击破坏过程,并进行了参数敏感分析.结果表明:该方法模拟冰冲击过程与试验对比结果基本一致,在选定的时间步长和粒子间距下本文的计算结果收敛.海冰冲击速度、泊松比、弹性模量对海冰冲击过程影响明显,而海冰尺寸和断裂韧度对冲击过程影响较小.文章创新之处在于将状态型PD方法应用于海冰冲击问题中,弥补了键型PD方法限制海冰泊松比的缺点.

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    基于高精度Boussinesq方程的三维浅水晃荡数值研究
    袁心怡, 苏焱, 刘祖源
    上海交通大学学报    2021, 55 (5): 521-526.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.053
    摘要346)   HTML6)    PDF (1430KB)(350)   

    基于高精度速度势型布西内斯克(Boussinesq)方程对三维液舱内的浅水晃荡现象进行模拟.研究在势流理论框架下进行,总的速度势被分成了两个部分:一部分是在流域内满足拉普拉斯方程且在边界处满足不可穿透条件的特解,而另一部分将由Boussinesq模型求解.数值计算过程中,空间导数离散采用有限差分法,时间步进采用四阶龙格库塔法.首先将三维液舱的长宽比设置为远小于1以模拟二维液舱情况,并与文献的结果对比,验证了数值模型的有效性.三维工况中,各个外部激励频率下,观察到了4种不同的晃荡运动形式,同时在自由面上会观察到相应数量的行进波.此外,讨论了外部激励频率和耦合激励形式对于液舱内晃荡运动形式的影响.

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    面向船舶分段制造过程的动态知识图谱建模方法
    宋邓强, 周彬, 申兴旺, 鲍劲松, 周亚勤
    上海交通大学学报    2021, 55 (5): 544-556.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.241
    摘要467)   HTML16)    PDF (6895KB)(349)   

    在动态性、离散型强的船舶分段制造过程中,缺乏有效的过程资源组织、产品加工不透明等因素导致管理者知识获取成本高、效率低.针对这一问题,提出一种基于加工节拍数据流的知识图谱动态生成和更新方法.通过分析船舶分段的加工流程与工位数据特点,给出加工节拍数据信息模型定义;提出静态资源与加工节拍数据的图映射步骤、模型以及融合连接算法,实现工位动态时序数据与知识图谱的语义关联;利用工位流程与产品结构关系生成车间级动态知识图谱.以某船舶分段生产过程为例,设计开发知识图谱可视化原型系统并进行验证.研究结果表明,所提方法有利于船舶分段制造过程中知识的组织、获取与重用.

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    大规模光伏发电经串补输电线路并网系统强迫次同步振荡机制
    林勇, 康佳乐, 余浩, 陈鸿琳, 杨彦霁, 陈武晖
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1118-1127.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.415
    摘要201)   HTML16)    PDF (1463KB)(348)   

    大规模光伏经串补并网系统存在次同步振荡失稳风险,传统研究一般基于负阻尼振荡理论对此进行解释.本文将因最大功率跟踪控制(MPPT)导致的光伏间谐波作为扰动源,大规模光伏经串补并网系统作为受迫系统,采用强迫振荡理论揭示光伏发电基于扰动式MPPT与串补并网系统相互作用的次同步振荡机制,并在PSCAD/EMTDC仿真平台进行验证.结果表明:基于扰动式MPPT的光伏逆变器因交直流侧的调制耦合作用向系统输出间谐波电流,当该间谐波频率与系统固有弱阻尼模式频率接近时,可能导致严重的强迫次同步振荡问题,对系统稳定性造成冲击;算例仿真验证了所提理论的正确性.

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    SMA弹簧驱动的柔性操控臂动力学分析
    滕亚军, 陈务军, 杨天洋, 敬忠良, 刘物己
    上海交通大学学报    2021, 55 (8): 1018-1026.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.207
    摘要335)   HTML8)    PDF (4217KB)(346)   

    结合由智能材料驱动的柔性机器人与正八面体可变几何桁架体系,以正八面体可变几何桁架体系为理论基础,以并联形状记忆合金(SMA)弹簧作为结构驱动体系,设计单节柔性单元.通过几何法建立运动学模型,分析柔性操控臂的动能、弹性势能和重力势能,基于拉格朗日动力学方法获得动力学普遍方程.运用MATLAB软件计算得到单节柔性单元SMA弹簧的驱动力.进行Adams仿真,计算结果和理论计算结果吻合得较好.最后,制作单节柔性操控臂样机并测量不同电流下的转动角度.建模和仿真方法对于其他类型机器人具有借鉴意义.

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    基于胶层填充的薄板包边成形数值模拟及实验研究
    唐耿林, 李建军, 李元辉, 张珑耀, 朱文峰
    上海交通大学学报    2022, 56 (4): 523-531.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.429
    录用日期: 2021-06-08

    摘要1506)   HTML80)    PDF (11461KB)(343)   

    基于包边模型几何尺寸定义胶层填充率,通过有限元-光滑粒子流体动力学(FEM-SPH)法建立含胶包边工艺数值模拟模型,并与含胶包边实验进行对比验证,实现了折边胶直径、离边距、包边厚度对填充率影响的定量研究.研究结果表明:实验所得胶层流动、最终填充状态与数值模拟结果的一致性较好,实验所得胶层填充率与数值模拟结果吻合度较高,以此验证了数值模拟模型的可行性和准确性.进一步分析表明:折边胶直径、离边距、包边厚度对填充率的影响依次减小,并拟合得到填充率关于折边胶直径、离边距、包边厚度等工艺参数的关系式,为车身薄板含胶包边工艺的优化设计提供依据.

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    基于无监督迁移学习的电梯制动器剩余寿命预测
    姜宇迪, 胡晖, 殷跃红
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1408-1416.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.175
    摘要277)   HTML15)    PDF (3468KB)(342)   

    为了改善电梯制动器在真实工作环境下的寿命预测效果,提出一种基于长短期记忆网络自编码器(LSTM-ED)的无监督深度迁移学习方法,利用仿真数据实现制动器在工作时的健康状态分析.利用源领域数据初步训练LSTM-ED和全连接网络;以LSTM-ED为特征提取器,将仿真和实际数据映射到特征空间并利用最大平均差异实现数据对齐;利用全连接网络回归特征空间中的目标领域数据,从而实现对制动器在真实工作环境下的剩余生命周期预测.在训练阶段中,采用分步训练法替代传统的联合训练法,以保证单个模块的准确性.对比试验仿真数据与电梯塔中的实际工作数据,以验证方法的有效性.结果表明:通过引入迁移学习和分步训练法,所提方法可以将剩余生命周期预测的均方误差降低至 0.0016,能够实现电梯制动器在真实工作环境下的剩余生命周期精准预测.

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    聚酰亚胺的冷风微量润滑辅助切削工艺
    曹拯, 雷学林, 张航, 蔡晓江
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 784-793.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.173
    录用日期: 2021-09-22

    摘要288)   HTML15)    PDF (21845KB)(339)   

    研究了冷风微量润滑辅助的多孔聚酰亚胺材料切削加工性能,并探讨了切削加工工艺参数对多孔材料切削加工效果(切削力、表面加工质量及含油率)的影响规律.结果表明,相较于干切削和低温冷风切削,冷风微量润滑切削的切削温度及已加工表面粗糙度最低,多孔流道损伤最小.切削深度和进给量分别是对铣削力和表面粗糙度影响最大的因素.切屑毛边、撕裂等缺陷是导致表面粗糙度增大的主要因素.工件表面存在的拉丝、微裂纹、堆叠及微小碎屑附着等缺陷是材料含油率及输油率降低的根本原因.正交实验获得冷风微量润滑辅助条件下多孔聚酰亚胺材料最优加工参数:切削速度vc=(85±5) mm/min,进给量fz=(0.28±0.02) mm/r,切削深度ap=(0.8±0.1) mm.冷风微量润滑切削技术可以实现多孔聚酰亚胺材料的低损伤加工,获得高含油率及高输油率的保持架产品.

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    潜艇阻力及流场数值仿真策略优化分析
    李鹏, 王超, 孙华伟, 郭春雨
    上海交通大学学报    2022, 56 (4): 506-515.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.327
    摘要1511)   HTML98)    PDF (13748KB)(334)   

    为探寻不同湍流模型对直航潜艇阻力和流场仿真计算的影响,基于STAR-CCM+平台,以标准潜艇模型Sub-off为几何研究对象,采用有限体积法结合10种湍流模型对Sub-off的水动力及流场特征开展数值仿真研究.首先,以LES-Smagorinsky湍流模型开展网格及时间步长收敛性计算.其次,选定合适的网格方案和时间步长,结合10种湍流模型开展特定工况下的仿真计算.最后,利用甄选好的湍流模型分析Sub-off的流场特征.结果表明:10种湍流模型在潜艇的水动力性能及流场特征的预报方面存在较大差异, LES-Smagorinsky湍流模型不仅能较好地预报潜艇的水动力性能及流场平均量,还能准确预报流场的二次量.

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    基于工件轮廓图像的砂轮磨损在线检测方法
    牛牧, 许黎明, 赵达, 范帆
    上海交通大学学报    2021, 55 (3): 221-228.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.285
    摘要661)   HTML19)    PDF (2908KB)(325)   

    研究一种基于机器视觉的砂轮磨损在线检测和补偿方法,介绍基于工件局部轮廓图像的砂轮磨损在线检测原理,分析了由砂轮磨损引起的轮廓误差在线补偿方法.在此基础上,在所开发的复杂轮廓磨削平台上进行了试验研究.研究结果表明:所提出的砂轮磨损检测和误差补偿方法可以有效地进行实时在线检测砂轮的磨损程度,并能补偿主要由砂轮磨损引起的轮廓加工误差,提高工件的加工精度,为砂轮磨损的在线检测以及砂轮修整预报提供了一种新的方法.

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    基于“能源大脑”的城市区域碳排放实时计算方法
    陈赟, 沈浩, 王佳裕, 赵文恺, 潘智俊, 王晓慧, 肖银璟
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1111-1117.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.364
    摘要291)   HTML360)    PDF (851KB)(323)   

    现有碳排放计算方法不能很好地满足碳排放区域逐渐细化和实时需求.为保证碳排放责任分摊的实时和准确,提出一种城市区域碳排放实时计算方法.利用改进的K-means聚类算法,对城市区域能源负荷的运行时段和运行场景进行聚类组合,得到典型碳排放特征.将区域单位电力碳排放量作为碳排放指标;归类运行时段和场景,计算各簇单位电力碳排放量和城市区域碳排放总量.基于中国东部某地区 “能源大脑”中部分能源消费历史数据进行验证,结果表明:该聚类方法和碳排放指标可以有效地实时计算城市区域碳排放总量.

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    基于深度强化学习的电网拓扑优化及潮流控制
    周毅, 周良才, 丁佳立, 高佳宁
    上海交通大学学报    2021, 55 (S2): 7-14.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S2.002
    摘要356)   HTML8)    PDF (2442KB)(321)   

    在追求碳中和的过程中,电源侧和负荷侧的巨大变化对电网运行和调度人员提出了新的要求和挑战.实时电网拓扑优化控制是一种成本低且有效的系统级缓解措施,然而,除了最简单的线路切换,由于电网网络拓扑优化问题的组合和非线性特性,常规的优化方法难以在短时间内完成求解.提出了一种新的基于人工智能的方法,通过考虑各种实际约束的电网拓扑优化控制来最大化系统可用传输容量.首先,利用模仿学习为智能体提供良好的初始策略.然后,通过深度强化学习引导智能体进行探索和学习,显著提升智能体的训练效率.最后,设计了一种预警机制来帮助智能体在长时间的运行决策过程中找到良好的拓扑控制策略,协助智能体找到最佳动作时间,从而有效地提高了方法的容错性和鲁棒性.该方法在IEEE 14节点开源数据集上进行了测试,测试结果验证了提出方法的有效性.

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    纳秒脉冲放电参数对点火性能的影响
    刘静远, 王宁, 赵庆武, 熊勇, 程勇
    上海交通大学学报    2022, 56 (1): 28-34.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.033
    摘要285)   HTML7)    PDF (1129KB)(318)   

    基于定容燃烧弹探究纳秒脉冲放电在不同脉冲电压、不同脉冲间隔下的放电特性,比较不同放电参数对甲烷/空气混合气点火成功率和着火延迟的影响.研究结果表明,减小脉冲间隔,可以合理利用脉冲之间的耦合作用,提高放电能量利用率;增大脉冲电压、脉冲数量和减小脉冲间隔可以扩大甲烷/空气混合气的着火界限;增大脉冲电压和减小脉冲间隔均可以有效降低着火延迟.

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    非均匀流场螺旋桨空泡数值模拟
    刘恒, 伍锐, 孙硕
    上海交通大学学报    2021, 55 (8): 976-983.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.211
    摘要329)   HTML7)    PDF (20891KB)(318)   

    以某油船螺旋桨为研究对象,基于Rayleigh-Plesset方程,采用Schnerr-Sauer 空化模型和可实现的k-ε两层湍流模型,利用计算流体力学(CFD)软件STAR-CCM+模拟了非均匀来流条件下螺旋桨的空泡形态.通过对螺旋桨叶梢区域进行有效合理的网格加密,以较少的网格数量成功捕获梢涡空泡.数值计算与试验结果对比表明:计算结果准确再现了桨叶进出伴流区域空泡初生、发展和溃灭的整个历程;每个相位角叶背片空泡形态与试验观察吻合,片空泡面积相差在5%以内;该数值方法虽然能够捕捉到梢涡空泡,但是还不能对梢涡空泡的非定常特性和空间结构进行准确预测.基于上述结果,该方法适用于非均匀流螺旋桨空泡流动模拟.

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    三叶片H型垂直轴风力机风振与减振研究
    杨梦姚, 毛璐璐, 韩兆龙, 周岱, 雷航, 曹宇
    上海交通大学学报    2021, 55 (4): 347-356.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.054
    摘要567)   HTML278)    PDF (4944KB)(317)   

    针对三叶片H型垂直轴风机风振与减振问题,基于计算流体动力学(CFD)方法,采用数值方法模拟获得风机在转动周期内的叶片风压分布.将风压力时程荷载施加于风力机叶片表面,分析风机结构风振响应.在风力机不同位置处分别布置阻尼器,并数值模拟阻尼器耗能减振能力.结果表明:在垂直轴风力机主轴与支杆连接处布置阻尼器可降低结构位移响应,总位移最大降幅达44%.阻尼器位置与结构位移降低率密切相关,在近风机叶片顶端连杆处布置阻尼器,结构最大位移发生在风机叶片底端.在近风机叶片底端连杆处布置阻尼器,最大位移则发生在风机叶片顶端,下降达40.7%.研究成果可为垂直轴风力机减振研究提供技术参考.

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    蒸汽浸没射流冷凝特性实验研究
    张伟, 蒋朝飞, 叶亚楠, 王晓雁, 龚自力, 胡晨, 肖瑶, 顾汉洋
    上海交通大学学报    2022, 56 (1): 1-13.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.302
    摘要412)   HTML166)    PDF (10296KB)(315)   

    针对直接接触冷凝压力脉动与汽羽形态在单孔鼓泡器结构下的特性开展实验研究.基于高速摄像和高频压力传感器实现汽羽形态瞬时压力的同步测量,获得蒸汽质量流率及水箱温度对直接接触冷凝特性的影响规律,建立冷凝相图.分析不同冷凝区域瞬时压力与汽羽形态变化过程的对应关系,发现压力高频振荡与脱离气泡溃灭同时出现,脱离气泡溃灭后的冷凝消失过程伴随着压力波动强度的指数型振荡衰减.获得冷凝振荡区与稳定冷凝区的汽羽长度变化规律,发现在冷凝振荡区内汽羽长度随流率及温度的上升而增加;进入稳定冷凝区时,汽羽长度发生突降,而后继续随流率及温度的上升而增加.研究结果对鼓泡器在蒸汽排放装置上的工程应用具有一定的参考价值.

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    一种面向固态激光雷达的简易标定与验证方法
    杨逸文, 贺越生, 王春香, 杨明
    上海交通大学学报    2021, 55 (S2): 98-102.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S2.016
    摘要271)   HTML6)    PDF (4901KB)(310)   

    为了解决固态激光雷达外参标定繁琐与验证其标定结果较为困难的问题,提出了一种面向固态激光雷达的简易标定与验证方法.该方法设计了一种简易的标定场和标志物,随后利用标志物完成激光雷达的角度标定,再通过测绘方法完成激光雷达的距离标定,以此来减少角度外参与距离外参的相关性,并保证标定结果的精度.最后通过比较计算得出外参误差,验证激光雷达标定结果.实验结果表明该方法合理有效,且大幅减少了激光雷达标定和验证结果所需要的设备准备时间和成本,具有一定的应用价值.

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    平面单元和壳单元在复合有限条法中模拟加劲肋的应用
    侯彦果, 李占杰, 龚景海
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 710-721.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.071
    摘要304)   HTML369)    PDF (10465KB)(307)   

    有限条法是一种经典的分析薄壁构件屈曲的方法,传统的有限条法在长度方向采用三角函数,无法分析沿长度方向间隔布置加劲肋的构件的屈曲问题,而复合有限条法恰好能弥补这一缺陷.基于复合有限条法,使用平面单元和壳单元分别模拟加劲肋对分析结果的影响.相比于壳单元,平面单元的自由度数量更少, 矩阵组合更简便.而壳单元因为考虑到面外的位移自由度而更全面.分别采用两种加劲肋单元分布带加劲肋的构件,发现壳单元和平面单元对屈曲结果的影响甚小,两者之间差异的绝对平均值在0.75%以内,并且屈曲承载力和模态与有限元结果皆能良好吻合.两种形式的复合有限条法与有限元差异的绝对平均值控制在5%以内.平面单元加劲肋的精度已经满足预期要求,有助于减少程序计算量和简化分析的复杂程度;在划分单元较密的情况下,能显著提升计算速度.

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    电机与离合器复合控制的电动装载机换挡策略
    任好玲, 蔡少乐, 陈其怀, 林添良, 郎彬
    上海交通大学学报    2022, 56 (2): 173-181.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.409
    摘要841)   HTML12)    PDF (6683KB)(306)   

    为了发挥纯电驱动方式的优势,针对电动装载机的传动系统,取消传统机型上效率较低的液力变矩器及倒挡方向离合器.通过分析纯电驱动系统换挡规律,采用电液换挡控制系统控制湿式离合器工作,并基于压力和转速等反馈结合驱动电机主动工作在转速及转矩模式,实现离合器充、泄油过程中转矩及转速的匹配.针对某50型纯电驱动装载机,提出一种基于驱动电机与离合器压力复合控制的纯电驱动装载机换挡控制策略.整车试验结果表明:所提出的控制策略能发挥纯电驱动的优势,换挡时间缩短约50%, 滑摩做功大幅减小,换挡冲击度最大值为14.08 m/s3,在我国车辆推荐限定值17.64 m/s3以内.

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    带有局部熄火现象的部分预混火焰大涡模拟研究
    曾海翔, 王平, SHROTRIYA Prashant, 姜霖松, MURUGESAN Meenatchidevi
    上海交通大学学报    2022, 56 (1): 35-44.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.298
    摘要308)   HTML12)    PDF (5439KB)(304)   

    对带有局部熄火现象的悉尼部分预混火焰FJ200-5GP-Lr75-103算例进行大涡模拟研究,计算中采用动态k方程亚格子模型和动态增厚火焰(DTF)燃烧模型.考虑当量比变化对层流火焰厚度和速度的影响,在DTF模型中引入两个拟合函数,可根据流场中混合分数的变化自适应调整火焰褶皱函数中的层流火焰参数.研究结果表明,动态k方程模型很好地预测了非均匀预混气的混合分数变化;对于熄火现象比较严重的中下游区域,大涡模拟计算得到的温度、组分的统计信息及温度散点图分布规律与实验数据吻合良好;改进后的DTF模型较好地捕捉到了悉尼非均匀入流部分预混火焰的局部熄火现象, 但对于流场下游CO质量分数的预测,计算值比实验结果存在一些偏离.

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    基于新型双环控制的LC型逆变器研究
    李双, 施建强
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1139-1147.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.275
    摘要201)   HTML8)    PDF (1553KB)(303)   

    为提高LC型逆变器的电压跟踪和抗扰性能,提出了一种新型电压电流双环控制策略.首先,引入虚拟电阻后对消零极点,将电压环整定为一阶惯性环节,从而减小电压跟踪时的超调;其次,采用次速电流环控制方法提高电流环的响应速度,进而抑制暂态时的电压突变;最后,分析电压恢复期产生超调的原因并通过自适应积分器初值消除超调,改善了扰动时的电压波形畸变.所提新型控制策略在传统双环控制的基础上,分别对电压环和电流环算法进行改进,针对性地解决了后者阶跃响应和抗负载扰动性能不足的缺点,MATLAB/Simulink模型的仿真结果验证了该方法的可行性和有效性.

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    波浪荷载引起不同埋深管线周围海床响应和液化分析
    张琪, 周香莲, 叶冠林
    上海交通大学学报    2021, 55 (5): 489-496.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.349
    摘要484)   HTML503)    PDF (1126KB)(299)   

    为了研究波浪荷载引起海底管线周围海床的液化问题,以Biot方程的部分动力响应模型,即u-p模型为基础建立二维埋管海床数值模型,研究海底管线及其周围海床在波浪荷载作用下的动态响应问题,波浪荷载通过孔压边界施加到海床表面.在验证模型的基础上,研究埋管海床在波浪荷载作用下的响应与液化,分析不同管线埋深下海床土的孔压、竖向有效应力和液化范围的区别,并探讨波高、海床土渗透系数和饱和度等参数的影响.结果表明:管线埋深对周围海床土在波浪荷载作用下的响应和液化影响明显;管线的存在使得管线周围海床土的竖向有效应力出现应力集中现象;波高、海床土的渗透系数和饱和度对波浪引起管线周围海床土的响应影响明显.研究结果对海底管线在海洋环境中的安全稳定提供理论依据.

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