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    图片丢失啦 《上海交通大学学报》2021年12期专题汇总专辑

    该专辑汇总了2021年《上海交通大学学报》出版的12期文章,依据中图分类号,分为电气工程、自动化技术和计算机技术、交通运输工程、土木建筑工程、机械工程、能源与动力工程、海洋科学与工程、水利工程、航空航天科学技术、工程力学、金属学与金属工艺、材料科学、化学化工、无线电电子学与电信技术、工业工程与管理15个类别。以期更好的服务高校师生及众多研究所科研人员,促进最新学术成果的传播。

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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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    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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    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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    基于多维聚类的配变负荷注意力短期预测方法
    钟光耀, 邰能灵, 黄文焘, 李然, 傅晓飞, 纪坤华
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1532-1543.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.263
    摘要362)   HTML10)    PDF (3475KB)(132)   

    在大规模配变负荷预测中,由于负荷特性差别以及受影响因素不同,若使用统一模型,准确率低且泛化能力差,若针对单台配变进行负荷预测建模,计算资源消耗过大.提出了一种基于多维聚类的配变负荷注意力长短期记忆网络(Attention Long Short-Term Memory,Attention-LSTM)短期预测方法.首先提取每个配变日负荷特征序列并利用非参数核方法进行概率拟合,形成配变负荷的典型日负荷序列;以欧式归整距离以及影响因素相似性作为相似度评判标准,使用改进的k均值聚类(k-means)双层聚类对日典型负荷序列进行负荷聚类分析;利用近邻传播(Affinity Propagation,AP)聚类提取影响因素相似时间序列,构建训练集,训练Attention-LSTM模型;针对不同的配变负荷类型以及不同的相似时间序列得到不同的Attention-LSTM模型.通过选取某市级配电网实测负荷数据以及气象等影响因素数据,验证了所提方法的有效性和实用性,准确率提升了2.75%且效率提升了616.8%.

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    基于分布式优化思想的配电网用电负荷多层协同预测方法
    谭嘉, 李知艺, 杨欢, 赵荣祥, 鞠平
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1544-1553.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.296
    摘要340)   HTML11)    PDF (2486KB)(204)   

    当前,分布式新能源、电动汽车等新元素在配电网中涌现,改变了负荷的构成,丰富了负荷的内涵,给负荷预测带来了严峻挑战.事实上,用电负荷在配电网的多个电压层级以自下而上的方式聚合,但现有预测研究鲜少考虑此类层级化特征.为保障负荷自下而上的聚合一致性并且联合提升各层级的负荷预测性能,提出了一种基于分布式优化算法的用电负荷多层协同预测方法.首先,采用基于交替方向乘子法的分布式优化理念,构建了适配配电网层级特征、数据交互量少的多层协同预测框架.随后,提出了基于长短期记忆神经网络和联邦学习的具体预测方法,通过将底层负荷预测结果逐级聚合,能实现自下而上的配电网负荷一体化预测.算例结果表明,所提方法得到的用电负荷预测准确度高,应用前景好.

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    “碳中和”目标下电气互联系统有功-无功协同优化模型
    孙欣, 严佳嘉, 谢敬东, 孙波
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1554-1566.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.233
    摘要374)   HTML13)    PDF (2393KB)(142)   

    随着碳中和目标的提出,新能源机组逐步成为主力电源,其波动性给系统特别是配电网的控制和优化带来了巨大的挑战.为了解决高比例可再生能源接入配网带来的无功问题,提出一种计及无功优化和多能协同交互的源-网-荷-储集中优化调度模型.该模型以多能系统运行成本最优、网络损耗最小、碳排放量最小为目标,考虑无功补偿、储能调节以及能量转换等手段,以实现电气互联系统的安全低碳经济调度.采用改进二阶锥松弛法对配网模型中非线性等式约束进行凸松弛,采用大M法对离散无功补偿装置的投切容量进行线性化表达,将模型转换为混合整数二阶锥规划问题进行求解.仿真结果表明,所提方法能够有效补偿风机并网点所需无功,协调电、气之间的能量交互,从而提高大规模可再生能源接入后配网的稳定性与弹性,促进可再生能源消纳.

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    “双碳”目标下电力系统供给侧形态发展系统动力学建模与分析
    陈文溆乐, 向月, 彭光博, 刘友波, 刘俊勇
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1567-1576.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.294
    摘要440)   HTML5)    PDF (1778KB)(186)   

    为了模拟双碳目标对电力系统供给侧形态发展的影响,通过分析电源结构转型过程中碳排放的主要影响因素及其相关关系,构建4种不同发展情景的系统动力学模型.仿真分析了4种发展路径下发电结构、电力碳排放的演化趋势.结果表明:电力系统能源供给侧形态发展受多种因素的共同影响,在政策大力支持的前提下,市场消纳机制和消纳技术的发展促进电力系统发电结构的转型,对双碳目标的实现具有重要意义.

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    考虑岸电负荷弹性的港区综合能源系统规划模型与方法
    赵景茜, 米翰宁, 程昊文, 陈思捷
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1577-1585.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.293
    摘要330)   HTML11)    PDF (3046KB)(148)   

    建立考虑岸电负荷弹性的港区综合能源系统规划模型,精细化建模岸电负荷;其次,将模型解耦为岸电负荷弹性与综合能源系统规划两部分,计算港口-船只主从博弈模型下的岸电负荷曲线;最后,采用最佳响应法迭代求解考虑岸电负荷弹性的最优综合能源系统规划方案.仿真结果表明,该模型可以帮助合理配置港区资源,有效提升港区的用能效率,增加港区收益,助力港区节能减排.

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    考虑高比例新能源消纳的多能源园区日前低碳经济调度
    吕祥梅, 刘天琪, 刘绚, 何川, 南璐, 曾红
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1586-1597.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.339
    摘要282)   HTML8)    PDF (1674KB)(162)   

    为提高清洁能源利用率和降低碳排放,缓解全球能源危机和温室效应,提出一种考虑高比例新能源消纳的多能源园区日前低碳经济调度模型.首先,向园区引入储气设备和储热设备后,进一步挖掘能源耦合设备的潜力,探究电动汽车充电方式的影响;其次,基于阶梯型价格曲线建立了价格型联合热电需求响应模型;然后,考虑综合能源系统低碳运行,构建了碳捕集和储碳设备模型;最后,提出多能源园区日前低碳经济调度混合整数线性规划模型.算例分析表明,所提模型能提高能源利用率和园区调度灵活性,有效降低园区碳排放量,增加园区收益,促进高比例新能源的消纳.

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    碳交易环境下含风电电力系统短期生产模拟
    刘明涛, 谢俊, 张秋艳, 包长玉, 常逸凡, 段佳南, 施雄华, 鲍永
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1598-1607.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.295
    摘要319)   HTML8)    PDF (1341KB)(109)   

    为提高风电参与市场的竞争力,促进电力系统低碳化运行,满足风电出力不确定性对电力系统生产模拟模型的完善性、灵活性提出的新要求,从低碳经济角度分析电能成本构成,应用随机规划理论,提出一种含风电电力系统短期生产模拟模型,该模型以短期电能成本期望值最小为目标,考虑碳交易市场的参与,协同优化日前发电出力、实时功率调整、发电备用容量、弃风和切负荷.以改进的IEEE-39节点系统为例,量化评估了碳交易机制、碳交易价格、风电装机规模对短期电能成本的影响及对碳减排的贡献.结果表明,所提模型能够有效分析碳交易环境下含风电电力系统短期电能成本、碳排放、运行风险等情况,具有较好的应用前景.

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    “双碳”背景下线间潮流控制器多目标协调控制策略
    蔡晖, 高伯阳, 祁万春, 吴熙, 谢珍建, 黄俊辉
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1608-1618.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.321
    摘要299)   HTML5)    PDF (1541KB)(154)   

    “碳达峰、碳中和”目标对考虑安全性和稳定性的电力系统低碳运行提出了更高要求,新能源的大规模接入容易引发电网潮流分布不均与机电振荡等问题.作为第3代柔性交流输电系统(FACTS)的代表性设备,线间潮流控制器(IPFC)具有强大的潮流调控、振荡阻尼和暂态稳定控制能力,但在不同工况下关注的主要目标不同,且目标间存在着矛盾关系.首先,基于改进相对增益矩阵(MRGA)理论, 线性化含IPFC的系统状态方程,量化分析目标间的相互作用,选择附加控制器的叠加位置,削弱稳态调控与动态控制间的交互影响.其次,针对暂态过程,结合模糊逻辑理论设计了IPFC多目标协调控制器.最后,通过粒子群算法优化了控制器参数,在提高暂态稳定和小干扰稳定的同时,减少暂态过程中的潮流超调,增强了IPFC在不同系统运行工况下的协调控制能力,有利于解决“双碳”背景下电力系统负荷大、惯性低、波动随机所带来的能源传输消纳与安全稳定控制等难题.

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    考虑韧性提升的交直流配电网线路加固和储能配置策略
    周士超, 刘晓林, 熊展, 王旭, 蒋传文, 张沈习
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1619-1630.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.279
    摘要320)   HTML5)    PDF (1666KB)(128)   

    线路加固和储能配置是灾前规划性防御策略的重要组成部分,可以有效提升交直流混合配电网防灾应急能力.在极端事件频发的背景下提出了考虑线路加固和储能资源配置的交直流混合配电网韧性提升方法,构建两阶段鲁棒优化模型.模型本质上为3层混合整数非线性规划问题,最外层为配电网主动行为,确定线路加固和储能配置策略;中间层为被动行为,确定极端事件发生后的最严重故障集;内层为配电网主动行为,确定灾中配电网故障应对和调度运行策略.基于嵌套列和约束生成算法(Nested Column and Constraint Generation, NC&CG)对3层混合整数线性规划模型进行求解.最后,以9节点直流配网和改进的IEEE-33节点含环交流配网耦合的交直流混合配电网为例进行仿真分析,结果表明所提方法可以有效提升配电网韧性,保障其在极端事件下安全可靠运行.

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    现货市场环境下新能源并网接入对市场出清的影响
    魏利屾, 冯宇昂, 方家琨, 艾小猛, 文劲宇
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1631-1639.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.329
    摘要325)   HTML6)    PDF (2139KB)(138)   

    为实现“碳达峰、碳中和”目标,发展新能源迫在眉睫.而与传统火电机组不同,新能源机组边际成本为0,随着电力现货市场改革的不断推进,其大规模并网接入势必会对市场交易结果与系统运行情况造成巨大影响.基于实际现货市场运行规则,采用安全约束机组组合与安全约束经济调度模型搭建电力现货市场仿真分析框架,实现电力现货市场的运行模拟.并以某实际省级电网为例,对现货市场环境下新能源对于市场出清结果的影响进行定量分析.仿真结果表明,在现货市场环境下,新能源参与市场会降低全省平均电价与系统运行成本,使得新能源消纳率降低,同时还会压缩市场化机组的利润空间.

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    面向新型电力系统的华东电网运行备用体系构建方法
    胡宏, 陈新仪, 王利峰, 滕晓毕, 严正, 徐潇源, 王晗
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1640-1649.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.273
    摘要341)   HTML9)    PDF (1249KB)(181)   

    为进一步提升华东电网的有功调节能力,从受端特性、新能源发展、净负荷波动、以及电力市场化改革需求等方面分析了新型电力系统建设下构建华东电网运行备用体系的必要性,并结合国内外典型电网运行备用体系的现状,提出了适应华东电网发展的运行备用建议体系,对备用的分类、响应时间和最小备用配置原则进行了重新梳理和修订.最后,通过对华东电网实际运行数据的测算分析,验证了本文所建议的运行备用体系的有效性.

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    电能量和旋转备用市场下电-热综合能源系统低碳优化运行
    江婷, 邓晖, 陆承宇, 王旭, 蒋传文, 龚开
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1650-1662.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.297
    摘要274)   HTML6)    PDF (2577KB)(167)   

    建立电-热综合能源系统,同时参与电能量市场和旋转备用市场的日前优化决策模型,并将阶梯式碳交易引入该模型中.模型采用条件风险价值方法对新能源和电负荷不确定性风险进行管理,以电-热综合能源系统运营方案成本和碳排放成本最低为目标函数,制定运行计划和安排备用资源.算例分析表明,该模型通过发挥综合能源系统多能互补优势和合理安排备用资源应对不确定性因素引发的风险,提高了能源供应的可靠性、经济性和低碳性.

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    适用于环境-经济调度研究的燃煤机组二氧化碳排放特性模型
    张展鹏, 班明飞, 郭丹阳, 陈启超, 江海洋
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1663-1672.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.368
    摘要283)   HTML5)    PDF (1386KB)(144)   

    为精准量化不同容量燃煤机组碳排放量,更好地服务于我国“碳达峰、碳中和”目标,建立了一种适用于电力系统环境-经济调度的新型燃煤机组CO2排放特性模型.首先,总结并分析了近年来我国燃煤机组容量和煤耗变化情况;其次,采用K-Medoide聚类分析了典型机组的负荷率与CO2排放强度的关系,建立了受基本方程规范的新型燃煤机组碳排放特性模型;最后,结合理论分析与实际数据,对所建立的模型进行算例仿真,验证了模型的有效性.

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    基于自适应蝠鲼觅食优化算法的分布式电源选址定容
    杨博, 俞磊, 王俊婷, 束洪春, 曹璞璘, 余涛
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1673-1688.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.397
    摘要303)   HTML16)    PDF (8450KB)(124)   

    建立了考虑有功功率损耗、电压分布、污染排放、分布式电源(DG)成本以及气象条件的DG选址定容规划模型,其中选址、定容工作分别是一个离散、连续变量,是一个高度非线性、含离散优化变量的复杂模型.因此,应用自适应蝠鲼觅食优化 (AMRFO) 算法获取最优Pareto解集,其具有丰富多样的搜索机制,个体更新机制以及先进的Pareto解筛选机制,针对该模型能够获得更加优异的高质量解.为回避权重系数人为设置主观性带来的影响,采用基于马氏距离的理想决策点法进行Pareto最优解集决策.最后,基于IEEE 33, 69节点配电网和孤网运行的IEEE 33, 69节点配电网进行仿真分析.研究结果表明:与传统的多目标智能优化算法相比,AMRFO算法能够获得分布更加广泛、均匀的Pareto前沿,在兼顾经济性的同时,配电网的电压分布、有功功率损耗的改善效果显著优于其他算法.

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    基于自适应均衡技术的分布式储能聚合模型及评估方法
    叶鹏, 刘思奇, 关多娇, 姜竹楠, 孙峰, 顾海飞
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1689-1699.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.322
    摘要370)   HTML8)    PDF (4607KB)(203)   

    针对分布式储能广域分布、资源分散、无法高效聚合等问题,提出一种基于自适应均衡技术的分布式储能聚合模型及评估方法.首先,建立基于储能容量、功率、荷电状态等动态特性参数的自适应均衡函数模型.然后,在自适应均衡函数模型基础上,建立以储能功率调节度、自适应均衡度和容量贡献度3种聚合度动态参数为决策的储能聚合模型.通过算例仿真,验证了该模型可实现各储能单体以更小的体内差异性、更高的体间聚合度完成储能单体到储能聚合体的聚合,可实际应用于大规模参与辅助服务的分布式储能的聚合,实现储能资源的高效利用.

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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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    基于GSFA-GNPE的动态-静态联合指标间歇过程监控
    赵小强, 牟淼
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1417-1428.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.290
    录用日期: 2021-06-08

    摘要352)   HTML12)    PDF (2334KB)(127)   

    传统的过程监控方法忽略了变量间的时序相关性,且没有区分变量间的动态关系与静态关系,从而导致监控效果不佳.针对此问题,本文提出一种基于全局慢特征分析(GSFA)-全局邻域保持嵌入(GNPE)的动态-静态联合指标间歇过程监控方法,该方法可以有效提取动态全局特征和静态全局特征.首先,对过程变量的动态特性和静态特性进行评估,把自相关和互相关性较弱的变量视为静态变量,剩余变量视为动态变量;其次,分别对动态子空间和静态子空间构建GSFA和GNPE模型;然后,对来自每个子空间的统计信息使用贝叶斯推理进行组合,以得出混合模型的联合指标实现过程监控;最后,将所提算法应用于数值算例和青霉素发酵仿真过程进行仿真验证.结果表明,GSFA-GNPE算法相较于其他算法的故障检测效果更好.

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    基于协同控制的自重构平台算法及试验验证
    于特, 王磊
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1493-1498.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.415
    录用日期: 2021-06-08

    摘要329)   HTML37)    PDF (5600KB)(189)   

    提出一种用于构建新型海上平台的方法.基于多无人船的协同控制实现自重构海上平台,该平台可以根据需求对接成不同形状,并设计旁靠控制器使得无人船进行旁靠对接;采用电磁和连接杆实现对接,同时降低对接难度.利用水池条件构建试验场地,并进行模型试验验证该自重构平台的功能.结果表明:同构的无人船设计使得任意无人船均可以实现对接.与单一海上平台相比,该自重构平台可以完成更复杂的任务,分散的去中心化设计使其更具灵活性和可靠性.

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    基于灰色理论的大型舰船结构重构方法
    王志凯, 陈锦, 姚熊亮, 姜子飞
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1429-1437.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.056
    摘要246)   HTML8)    PDF (3978KB)(142)   

    针对国外大型舰船的重构问题,采用灰色理论方法,以舰船设计规范中的数据为样本,得出了大型舰船部分型材的间距和最小板厚.利用灰色理论在处理少数据、不确定性问题上的优势,对不同船长舰船与其相对应的型材参数进行了灰色建模,并与国外大型舰船的资料进行了对比验证.结果表明:该方法在计算与总纵强度关联性强的结构参数时具有较高的准确性,在计算以局部强度为主要考虑因素的结构参数时会产生一定偏差,这是因为作为建模参考量的船长参数与总纵强度的关联性较强,通过计算结构参数与船长间的灰关联度对这种偏差的大小进行了描述,所得结果具有工程应用价值.

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    饱和砂土-结构物接触面强度特性的三轴试验方法
    刘世奥, 廖晨聪, 陈锦剑, 叶冠林, 夏小和
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1371-1379.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.299
    摘要288)   HTML9)    PDF (5166KB)(107)   

    提出一种利用三轴仪分析应力路径及结构物粗糙度对饱和砂土和结构物接触面强度特性影响的试验方法.通过制作含一定倾角斜面结构物的三轴试样,使得剪切过程中土体沿预设破坏面发生滑移, 结构物斜面粗糙度可进行控制调整.利用三轴仪控制轴压和围压变化,实现不同应力路径下的加载.对饱和福建标准砂和不同粗糙度钢结构物进行不同应力路径下固结排水剪切接触面试验,并对比接触面直剪试验,验证了该方法的有效性.结果表明:在滑动刚发生时,三轴试验常法向应力剪切路径下接触面摩擦角小于常规剪切路径下的接触面摩擦角.光滑情况下,接触面直剪试验所得摩擦角比三轴试验所得摩擦角小30%~40%.粗糙情况下,直剪试验所得接触面摩擦角略小于三轴试验摩擦角,且更接近于常法向应力剪切路径下的摩擦角.

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    转轮辅助空气取水流程优化及性能分析
    涂壤, 刘孟丹, 王思琪
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1392-1400.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.193
    录用日期: 2021-06-08

    摘要334)   HTML17)    PDF (1225KB)(173)   

    针对干燥地区淡水缺乏问题,设计一种用于干燥地区的转轮辅助空气取水机组.以小时取水量为指标,在典型工况下优化转轮加湿流程,包括被加湿和被除湿空气流量比、级数及再生温度.基于三级加湿流程计算理想条件和实际热力学循环条件下的系统能耗,并在相同小时取水量前提下,以取水能效为指标,与直接冷却法进行对比.结果表明:该方法取水能效远高于直接冷却法,所研究工况下,小时取水量为15.8~30.9 kg/h,取水能效为1.3~2.1 kg/(kW·h),利用太阳能替代热泵加热后,取水能效可提升至3.3~4.4 kg/(kW·h).所提方法可有效丰富干燥地区淡水资源.

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    基于风险的超高层施工钢平台疏散模型及应用
    华莹, 何军, 赵金城, 邹杰新, 张菁菁, 阮诗鹏
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1380-1391.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.251
    摘要220)   HTML9)    PDF (29439KB)(89)   

    整体钢平台模架体系在超高层建筑施工过程中应用广泛,复杂的施工环境为施工人员带来了高度的风险,有必要建立基于风险随机性的超高层建筑施工钢平台人员疏散模型.首先,考虑危险源在钢平台的空间分布划分危险区域,通过风险调研问卷收集专家数据从而建立风险联合概率评估模型;然后,基于元胞自动机地面场模型将风险评估与人员疏散结合,对钢平台施工人员的疏散过程进行仿真;最后,将该模型应用于某实际超高层建筑施工项目中.结果表明:钢平台顶层及下层危险区域对施工人员疏散的影响程度受出口大小的影响显著.模型为经验导向的施工现场安全预警和人员管控提供了新范式,对整体钢平台模架体系的安全运维具有重要的理论和应用价值.

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    摆动柔顺式吊钩结构参数的多目标优化
    葛世程, 郭着雨, 梁熙, 莫宗来, 李军
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1467-1475.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.283
    摘要241)   HTML12)    PDF (1931KB)(204)   

    针对目前野战火箭炮发射箱装填过程的对准问题,提出一种新型末端执行机构——摆动柔顺式吊钩,并对其结构参数进行优化.首先,基于节点位移法建立描述摆动柔顺式吊钩性能的理论模型,并通过MATLAB分析摆动柔顺式吊钩的静态位移、静态应力和摆动曲线,验证模型工作的合理性.同时,采用实验设计方法筛选影响摆动柔顺式吊钩性能的主要结构参数,并建立表征摆动柔顺式吊钩综合性能的响应面模型.优化结果表明,当柔性机构长度为90 mm,其安装高度为23 mm,吊钩末端高度为110 mm时,摆动柔顺式吊钩在对接、起吊、转运和落装时的性能最优.

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    基于MSOP的蒸汽动力系统单参数运行稳定性评估方法
    郑奕扬, 倪何, 金家善
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1438-1444.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.256
    摘要229)   HTML8)    PDF (972KB)(98)   

    针对当前蒸汽动力系统缺乏有效稳定性评估方法的问题,提出一种适用于单个运行参数的稳定性评估方法.该方法是一种复合评估方法,首先综合运用中值回归经验模态分解和奇异值分解,对运行参数的时间序列进行分解并提取其隐藏的趋势项,然后依据各分量的最佳算法参数排列熵选取分量进行重构,最后通过非平稳时间序列分析中常用的整合滑动平均自回归模型预测趋势项和扰动项的走势并提取两者的分布特征,进而计算得到运行参数在预测趋势上各点的失稳概率并由此对其稳定性进行定量评估.经实际案例验证,证明该方法能够有效评估蒸汽动力系统单参数的运行稳定性,具有一定的理论创新性和工程应用价值.

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    大藤峡人字闸门智能监控微机电系统传感器
    谢子仪, 段力, 翁昊天
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1401-1407.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.102
    摘要251)   HTML11)    PDF (10442KB)(102)   

    底枢轴承作为重要水利结构的支撑与转动构件,其在转合操作中造成的磨损直接影响闸门的正常运作和可靠性.在恶劣的深水工作条件下,为了更好地监测轴承磨损量,利用微机电系统,设计一种新型的薄膜电阻型磨损量传感器;进行磨损量测量表征实验,并利用计算机仿真建模进行磨损量实验模拟;具体分析不同工况下的测量电阻与磨损参数之间的关系.结果表明:该传感器的制作和安装过程具有一定的可行性;实验与仿真结果基本吻合;在工况允许范围内,电阻越大,磨损量的测量精度越高.该传感器有望应用于大藤峡人字闸门底轴枢纽的智能监控,实现21世纪水利枢纽工程的物联网与智慧管理.

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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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    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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    压气机退失速控制的数值仿真
    高原, 吴亚东, 欧阳华
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1343-1351.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.261
    摘要321)   HTML15)    PDF (12908KB)(152)   

    为了探究退喘阀快速开启时退失速有效性和稳定性的影响因素及其流场机理,对退失速的动态过程进行了数值仿真,并比较了不同放气速度的退失速过程.使用了两种数值模拟方法:分布式变转速MG(Moore & Greitzer)模型和RANS(雷诺平均Navier-Stokes)方程.两者对性能曲线的预测在趋势上吻合较好.RANS结果显示,以不同速度开阀,退失速过程流场变化本质上相同,扰动受由入口产生的高速气流影响向下游迁移,并最终位于转子前缘平面,其尺度会随着轴向高速气流的冲击进一步减小直到完全消散.对比不同开阀速度可知,开阀越快,入口产生的高速气流越强,使得退失速时间越短;扰动削弱程度越大,扰动的周向传播速度越快,越接近转子转速.开阀过程中,气流波动会更剧烈,能量损失更多.

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    飞机地面除冰资源协同控制
    李彪, 王立文, 邢志伟, 王思博, 罗谦
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1362-1370.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.342
    摘要269)   HTML8)    PDF (1454KB)(245)   

    针对多并行除冰任务下分布式资源协同能力较弱及均衡性低的问题,结合机场除冰资源配置及时空分布状态,提出了一种基于多Agent协商的飞机地面除冰资源协同控制方法.建立了多Agent除冰资源协同运行框架,设计了面向全局协同联合体招投标机制的资源优化方法,提升了整体任务均衡性.在协同运行方案的基础上构建自治多Agent协同优化模型,采用加入决策因子的模型预测控制方法生成自治协同控制策略,并面向实际场景验证所提方法的可行性.结果表明,基于优化方案生成的初始化协同控制策略容错时间均值达4.89 min,与其他传统方法相比,平均起飞容限最大提升1.015 min,平均利用率增加15.28%,保证了除冰资源的安全性及协同性.

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    高超声速飞行器表面吸附特性对多相催化过程影响的数值模拟
    李芹, 杨肖峰, 董威, 杜雁霞
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1352-1361.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.288
    摘要245)   HTML8)    PDF (3404KB)(273)   

    针对表面催化效应对高超声速飞行器气动热影响显著且难以准确预测的问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,建立了含物理/化学吸附、Eley-Rideal(ER)和Langmuir-Hinshelwood(LH)复合的有限速率四步表面多相催化模型.基于该模型进行了高超声速圆柱绕流数值模拟,分析了物理和化学吸附位覆盖率对高焓空气流场表面催化反应速率和气动热的影响.结果表明:所发展的催化模型可有效提升气动热预测精准度;受各吸附、复合反应过程的交叉影响,表面覆盖率对气动热的影响是非线性的.所建模型基于真实的物理过程,能够反映材料催化属性的差异,可为高超声速飞行器热防护系统的轻量化、低冗余设计提供理论支撑.

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    韧带型声子晶体狄拉克锥特性研究
    陈炉云, 王健, 崔益烽, 孔慧
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1453-1458.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.242
    摘要240)   HTML7)    PDF (3251KB)(189)   

    声子晶体的能带结构特性是评估声学超构材料减振降噪性能的重要指标.以二维六韧带手性声子晶体为例,对其能带结构和狄拉克锥特性进行数值分析,在声子晶体布里渊区中心处获得四重偶然简并狄拉克点.通过调整韧带的设计参数,实现对双狄拉克锥的打开,形成新的定向带隙.研究韧带参数与定向带隙宽度的关系,并进一步讨论能带结构反转问题.研究成果可为手性声子晶体在弹性波操控和声学拓扑绝缘体的应用提供技术支持.

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    QP980钢拉伸过程的晶体塑性模拟
    杨浩, 汪华苗, 李大永
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1476-1482.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.391
    摘要278)   HTML10)    PDF (8205KB)(148)   

    淬火配分QP980钢变形过程中存在马氏体相变,对材料的力学性能产生明显影响.通过电子背散射衍射方法表征了QP980钢变形前后的微观组织,基于马氏体相变晶体学唯象理论建立了考虑相变的弹-黏塑性自洽多晶体塑性模型,模拟了QP980钢在单向拉伸过程中的宏观流动应力和织构演化.材料初始包含铁素体(F)、马氏体和残余奥氏体(RA),各相均为轧制织构,变形后残余奥氏体含量明显减少,残余奥氏体的<111>丝织构、铁素体和马氏体的<110>丝织构在拉伸方向有明显增强.相变提高了材料的强度和加工硬化率,但对各相的织构演化影响很小.根据计算变形过程中应变和应力的分配情况,铁素体和回火马氏体对变形起主要作用,变形过程中新生马氏体的应力最大,成为断裂的潜在萌生点.

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    复合材料层压板冲击后压缩强度拟合模型
    管清宇, 夏品奇, 郑晓玲, 吴光辉
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1459-1466.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.360
    摘要262)   HTML6)    PDF (4702KB)(264)   

    碳纤维增强的环氧树脂复合材料广泛地应用于飞机的主要承力结构,其冲击后压缩强度是损伤容限评估的重要内容.目前工程上主要利用大量试验获取冲击后压缩强度,对此需要开发一套简便的数学模型以描述冲击后压缩强度规律.提出一种全新的用于拟合复合材料层压板冲击后压缩强度数据的数学模型.采用该模型和初始模型参数,可以将不同冲击能量下的冲击后压缩强度数据转化为某一等效无损伤压缩强度数据,进而采用极大似然估计法对其进行正态分布拟合,得到正态分布的标准差.重复以上步骤,直至获得标准差的极小值,即可确定冲击后压缩强度数据拟合模型参数的最佳估计值.为了进一步表明该模型的适用性,进行不同厚度、铺层比例和材料类型的冲击后压缩试验,并采用该模型拟合试验数据.结果表明该模型对不同厚度、铺层比例和材料类型的冲击后压缩试验数据均具有较好的适用性.

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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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    考虑随机生产等待的串行生产系统机会维护建模
    宁小涵, 周晓军
    上海交通大学学报    2021, 55 (10): 1281-1290.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.320
    摘要211)   HTML9)    PDF (1382KB)(164)   

    为了充分利用由外部因素如原材料不足或需求不足等导致的随机生产等待带来的维护机会,针对多设备串行生产系统,引入质心与引力窗概念,提出一种时间窗与引力窗相结合的机会维护决策优化模型,同时考虑设备强制预防维护引发的内部维护机会和生产等待带来的外部维护机会,以最小化规划期内系统的维护总成本率为目标,获取最优维护策略.算例分析表明,时间窗与引力窗相结合的建模方法在降低维护总成本方面有明显优势,可有效解决生产等待的到达及持续时间的不确定性问题.

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    V型电热驱动器理论模型及动态特性
    陈浩, 王新杰, 王炅, 席占稳, 聂伟荣
    上海交通大学学报    2021, 55 (10): 1263-1271.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.216
    摘要251)   HTML14)    PDF (5597KB)(128)   

    为研究V型电热驱动器的动态响应特性,根据热传导理论和受迫振动方程分别建立驱动器电-热和热-力耦合模型,从而形成完整的一维V型电热驱动器多物理场耦合理论模型.采用正弦变换结合隐式差分法对电-热耦合模型求解并进行收敛性测试,正弦变换中,空间离散点数对温度求解结果的稳定性影响较小.电-热耦合模型在不同电压下,其瞬态和稳定温度分布与有限元仿真结果吻合得较好.通过实验和边缘检测算法获得驱动器在不同电压下的稳态位移,与热-力耦合模型的结果对比发现两者具有良好的一致性.基于该理论模型,分析驱动器在阶跃、正弦电压下的动态特性.研究结果表明:正弦电压幅值越大,V型电热驱动器中心处的温度与位移变化的幅度也就越大;当正弦电压作用时间大于5个周期,即50 ms后,驱动器中心处的温度与位移的平均值均等于驱动器在等效直流电压作用下的稳态温度和位移;在周期性电压加载下,驱动器会逐渐趋于周期性运动,其运动周期与电压周期相等.

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    基于在线改进符号序列熵与逻辑回归模型的岸桥起升减速箱在线退化评估
    王微, 王冰, 胡雄, 孙德建
    上海交通大学学报    2021, 55 (10): 1272-1280.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.169
    摘要258)   HTML13)    PDF (4923KB)(170)   

    针对岸桥起升减速箱的退化状态评估问题,提出一种基于在线改进符号序列熵(O_ISSE)与逻辑回归的退化状态在线评估方法.首先引入阈值因子,保留信号变化方向与幅值的“粗粒化”信息,降低原算法对于冲击成分的“敏感性”,提出改进后的符号序列熵(ISSE).采用滑动窗Weibull拟合的方法有效滤除ISSE特征序列中的波动影响,形成O_ISSE.最后,训练并建立逻辑回归模型,在线计算得到未知样本的健康因子H值,实现未知样本的状态识别.采用上港某码头在线监测的起升机构减速箱全寿命数据进行实例分析.研究结果表明,所提ISSE和逻辑回归模型方法能够挖掘信号中的复杂度变化规律,准确地跟踪并识别性能退化状态.

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