专题

    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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    1. “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1683)   HTML525)    PDF(pc) (1849KB)(995)    收藏

    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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    2. 基于OpenFOAM几何流体体积方法的波浪数值模拟
    田康, 张尧, 李金龙, 张新曙, 尤云祥
    上海交通大学学报    2021, 55 (1): 1-10.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.99.015
    摘要1590)   HTML441)    PDF(pc) (2416KB)(678)    收藏

    波浪数值模拟一直是船舶海洋工程领域非常重要的研究课题.该研究基于开源计算流体力学分析平台OpenFOAM对Stokes五阶波进行模拟.由于几何流体体积(VOF)方法中的几何重构处理能够实现对自由液面更精准的捕捉,所以该研究采用了OpenFOAM内置几何VOF方法——isoAdvector方法,进行自由液面捕捉,通过二次开发引入松弛区方法进行消波处理.对几何VOF方法下网格密度及库朗数进行了收敛性分析,发现可用较大库朗数获得较好的波浪模拟结果;在不同波陡和波频情况下,对几何VOF方法和代数VOF方法模拟波浪的波高及相位进行分析,并与Stokes五阶波理论值进行了对比,研究表明几何VOF方法能更好地对波高进行模拟.最后探讨了松弛区方法中消波区长度及权重分布对消波效果的影响,结果显示大于2倍波长的消波区长度配合指数权重分布可达到最佳消波效果.

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    3. 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1588)   HTML235)    PDF(pc) (69168KB)(1055)    收藏

    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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    4. 软体尺蠖爬行机器人建模与仿真分析
    张力文, 徐齐平, 刘锦阳
    上海交通大学学报    2021, 55 (2): 149-160.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.047
    摘要1165)   HTML25)    PDF(pc) (7945KB)(618)    收藏

    高效计算并整体分析软体尺蠖机器人的运动规律和行进步态是个具有挑战性的难题.在准静态条件下,建立了一个由刚性滑块和曲梁构成的简化力学模型,对该类机器人进行准静态的建模与仿真分析.首先基于欧拉-伯努利梁理论,给出了曲梁的总势能表达式.其次,利用变分原理,由总势能推导出控制方程,联立边界条件,建立了常微分方程组,并对其进行离散化以及无量纲化,给出了用于数值求解的非线性代数方程组.然后,根据曲梁和地面的接触情况以及系统的黏滞与滑移状况,将机器人的整个运动过程分为三个阶段,通过数值计算,得到在不同阶段下曲梁随初始曲率幅值变化的不同构型,描述出软体机器人在一个周期内的运动规律、步态变化和净位移量,解决了软体机器人在不同阶段的运动衔接问题.准静态方法的特点是计算效率较高,更加适用于对软体机器人的运动构型进行分析.

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    5. 风光混合驱动长航程无人海空立体探测船研发
    姚天成, 赵永生, 王红雨, 何炎平, 丁子龙, 池哲瀛, 蔡炜锴
    上海交通大学学报    2021, 55 (2): 215-220.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.352
    摘要1137)   HTML11)    PDF(pc) (10222KB)(673)    收藏

    针对现有无人海洋探测船续航时间短,在复杂海洋环境干扰下易发生传感器失效导致感知能力受限等问题,研发了一种风能太阳能混合驱动的长航程无人海空立体探测船.开发了升降式的导管型高效低风速风力机和可展式的太阳能光伏发电系统,利用风能和太阳能实现了混合能源动力供给,克服了单一能源供电的不稳定性,有效保证无人探测船的续航能力;开发了可自主起降的艇载系留无人机系统,结合船载和机载传感器信息融合技术,大幅提升了无人船对周围环境的感知能力,具有了海空立体探测功能.该无人探测船可根据任务场景搭载不同负载设备执行指定任务.

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    6. 基于变密度法的结构强度拓扑优化策略
    丁卯, 耿达, 周明东, 来新民
    上海交通大学学报    2021, 55 (6): 764-773.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.301
    摘要1120)   HTML15)    PDF(pc) (15908KB)(526)    收藏

    基于变密度法的结构强度拓扑优化中,优化结果存在灰度单元,导致结构应力水平难以准确预测,后处理前后结构应力水平变化较大.该研究通过采用基于过滤-投影的结构参数化方法,实现在迭代优化过程中结构中间密度单元比例不断下降.通过研究结构比强度问题主要优化参数对寻优过程、优化结构强度的影响规律,提出了先结构拓扑优化、后近似形状优化的新优化策略.实现了在优化过程中对结构应力水平变化趋势的准确控制,在提升优化过程稳定性的同时,实现了结构强度优化.通过典型的优化算例验证了所提出优化方法的合理性及实用性.

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    7. 融入BERT的企业年报命名实体识别方法
    张靖宜, 贺光辉, 代洲, 刘亚东
    上海交通大学学报    2021, 55 (2): 117-123.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.009
    摘要1117)   HTML15)    PDF(pc) (876KB)(556)    收藏

    自动提取企业年报关键数据是企业评价工作自动化的重要手段.针对企业年报领域关键实体结构复杂、与上下文语义关联强、规模较小的特点,提出基于转换器的双向编码器表示-双向门控循环单元-注意力机制-条件随机场(BERT-BiGRU-Attention-CRF)模型.在BiGRU-CRF模型的基础上,首先引入BERT预训练语言模型,以增强词向量模型的泛化能力,捕捉长距离的上下文信息;然后引入注意力机制,以充分挖掘文本的全局和局部特征.在自行构建的企业年报语料库内进行实验,将该模型与多组传统模型进行对比.结果表明:该模型的F1值(精确率和召回率的调和平均数)为93.69%,对企业年报命名实体识别性能优于其他传统模型,有望成为企业评价工作自动化的有效方法.

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    8. 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1093)   HTML143)    PDF(pc) (1327KB)(731)    收藏

    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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    9. “软尾减阻”述评
    田新亮
    上海交通大学学报    2021, 55 (2): 213-214.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.393
    摘要1082)   HTML14)    PDF(pc) (1455KB)(690)    收藏

    田新亮研究小组提出了一种简称为“软尾减阻”的新型流动控制方法,即通过在钝体后侧构造柔性封闭体来调节其所受流体载荷及周围流动形态.相比于传统流动控制方法,该方法无需改变控制对象的结构,具有良好的工程应用前景.同时,“软尾减阻”引出了一种新的“流-固-流”耦合问题,亟待进一步研究.

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    10. 面向3D打印的钛合金点阵接骨板设计及其仿真
    张聪, 贾德君, 李范春, 徐一通, 张源
    上海交通大学学报    2021, 55 (2): 170-178.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.196
    摘要1043)   HTML7)    PDF(pc) (6477KB)(647)    收藏

    为了改善骨折愈合过程中因金属接骨板弹性模量过大引起的应力屏蔽效应问题,基于拓扑优化与有限元建模技术设计一种面向3D打印的点阵结构接骨板.以钛合金胫骨接骨板为例,建立简化有限元模型,结合有限元法及数据采样方法,分别对实体接骨板系统和点阵接骨板系统进行仿真,并对比其力学性能上的异同点.基于点阵接骨板系统的力学性能分析,实现接骨板的轻量化设计,改善骨骼应力屏蔽效应.计算结果表明:在保证强度的情况下,点阵结构的接骨板设计可减小40%左右的接骨板质量;点阵接骨板对厚度较为敏感,通过小范围减小接骨板的厚度,可明显降低接骨板刚度;点阵接骨板的应用可以有效提高4%左右的骨骼平均应力,减小骨骼的应力屏蔽效应.仿真分析结果可为低应力屏蔽接骨板的设计提供一定的参考依据.

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    11. 基于轨迹线的临界多边形算法拓展
    周鑫, 赖晓阳, 孟祥群, 王堃, 唐厚君
    上海交通大学学报    2021, 55 (5): 536-543.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.208
    摘要1039)   HTML29)    PDF(pc) (1564KB)(548)    收藏

    排料问题是指如何在有限的空间内装下最多指定形状物体的问题,在工业生产中有着重要的意义.其求解需要频繁对物体进行相交校验以判断排料位置是否合法.临界多边形算法可以用于加速相交校验过程,但算法本身不能计算曲线,限制了其应用.一种基于移动碰撞法的临界多边形算法可以将工件轮廓拓展至圆弧,但其计算速度较慢.针对该问题,在基于轨迹线的临界多边形算法的基础上,分析并改进了该算法的轨迹生成策略以及外包络轮廓算法.改进后的算法能够在较短的时间内计算出包含圆弧的临界多边形,同时解决了效率和精度问题.最后,在实际的冲床上进行了加工测试,测试结果验证了算法的正确性与效率.

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    12. 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1037)   HTML280)    PDF(pc) (2908KB)(520)    收藏

    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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    13. 极限海况下6 MW单柱型浮式风力机耦合动力响应
    阳杰, 何炎平, 孟龙, 赵永生, 吴浩宇
    上海交通大学学报    2021, 55 (1): 21-31.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.140
    摘要1014)   HTML10)    PDF(pc) (3907KB)(476)    收藏

    为了实现单柱型浮式风力机在中等深度海域的实际规模应用,以新型6 MW单柱型浮式风力机为研究对象,在极限海况下对风力机的生存能力进行模型试验和数值模拟.模型试验采用缩尺比为1∶65.3的模型在上海交通大学海洋工程国家重点实验室进行,得到风力机的六自由度运动响应、锚泊系统的受力情况以及危险受力点的受力情况.通过数值模拟软件对风力机的时域耦合运动响应进行了仿真计算.对数值模拟和模型试验的数据进行时域和频域分析,结果表明:数值模拟与模型试验结果最大偏差小于12%,吻合良好;风力机运功响应的能量主要集中在低频和波浪频率处;整个浮式风力机系统在极限海况下可可靠生存.通过数据分析对风力机的载荷极限状态进行了预报,为结构强度计算提供必要的理论依据和计算参数.

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    14. 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
    摘要1001)   HTML31)    PDF(pc) (1687KB)(981)    收藏

    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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    15. 基于知识工程的船舶机舱设备三维布局设计
    王运龙, 姜云博, 管官, 邢佳鹏, 于光亮
    上海交通大学学报    2021, 55 (10): 1219-1227.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.136
    摘要970)   HTML34)    PDF(pc) (5639KB)(638)    收藏

    船舶机舱设备布局设计属于密闭有限空间多目标优化设计问题,作为船舶的心脏,机舱设备的布局效果会影响到整条船舶各方面的性能.通过CATIA软件和知识工程技术对一艘多用途载货船舶机舱设备进行三维布局设计研究,建立船舶机舱分类规则以提高知识获取效率;建立设备虚拟面积增加规则来控制设备间距;运用参数化装配完成知识推理.最后,对生成的布局方案通过横倾力矩、干涉检查及逃生时间3项规则进行专家校验,结果符合预期,验证了知识工程在船舶机舱三维布局设计中的可行性和有效性.

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    16. 工业余热回收的耦合压缩-吸收式高温热泵循环
    安美燕, 赵心蕊, 徐震原, 王如竹
    上海交通大学学报    2021, 55 (4): 434-443.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.023
    摘要964)   HTML10)    PDF(pc) (1257KB)(570)    收藏

    针对常规吸收式热泵和压缩式热泵无法兼顾温升与效率的问题,本文提出采用热耦合压缩-吸收式热泵来达到高效高温输出的目的,并根据不同场景需求构建大温升型循环和高温输出型循环.采用R245fa和溴化锂-水溶液作为工质,针对100 ℃以上输出温度,利用Aspen Plus软件建立数学模型并对循环性能进行计算.研究结果显示:在采用大温升型循环回收30~40 ℃余热时,循环最优能效比(COP)可以达到2.58以上;在采用高温输出型循环回收60~70 ℃余热时,循环最优COP可以达到2.83;两种新循环在温升、输出温度和效率上比R245fa压缩式循环均有明显提升.

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    17. 融合FCN和LSTM的视频异常事件检测
    武光利, 郭振洲, 李雷霆, 王成祥
    上海交通大学学报    2021, 55 (5): 607-614.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.120
    摘要963)   HTML15)    PDF(pc) (6753KB)(529)    收藏

    针对传统视频异常检测模型的缺点,提出一种融合全卷积神经(FCN)网络和长短期记忆(LSTM)网络的网络结构.该网络结构可以进行像素级预测,并能精确定位异常区域.首先,利用卷积神经网络提取视频帧不同深度的图像特征;然后,把不同的图像特征分别输入记忆网络分析时间序列的语义信息,并通过残差结构融合图像特征和语义信息;同时,采用跳级结构集成多模态下的融合特征并进行上采样,最终获得与原视频帧大小相同的预测图.所提网络结构模型在加州大学圣地亚哥分校(UCSD)异常检测数据集的ped 2子集和明尼苏达大学(UMN)人群活动数据集上进行测试,均取得了较好的结果.在UCSD上的等错误率低至6.6%,曲线下面积达到了98.2%, F1分数达到了94.96%;在UMN上的等错误率低至7.1%,曲线下面积达到了93.7%,F1分数达到了94.46%.

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    18. 晶格型模块化软体机器人自重构序列
    刘佳鹏, 王江北, 丁烨, 费燕琼
    上海交通大学学报    2021, 55 (2): 111-116.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.005
    摘要954)   HTML390)    PDF(pc) (7523KB)(616)    收藏

    设计了一种基于膨胀-收缩运动规则的晶格型自重构模块化软体机器人.机器人由多个软体模块组成,每个软体模块由呈正六面体构型的硅胶主体和主从对接面组成.软体模块内部的凸起设计使其具有良好的膨胀性能,主从对接面是由与硅胶主体螺纹连接的铁盘、吸盘式电磁铁组成.基于软体模块体积变化与内部压强的关系式,对软体模块的充气膨胀进行分析,建立了充气气压与软体模块膨胀量之间的映射关系,获得相邻两软体模块连接所需的充气气压.每个软体模块在工作气压为30 kPa的情况下能够膨胀1.5倍,使用电磁铁连接及软体模块的膨胀-收缩运动规则实现相邻两软体模块的对接与分离,多个相邻软体模块的依次对接和分离可以实现模块化软体机器人的自重构.通过软体机器人自重构实验验证机器人自重构的可行性.

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    19. 基于随机流网络与Markov过程的制造系统可靠性建模及维护优化
    高英铭, 陈震, 张秀芳, 潘尔顺
    上海交通大学学报    2021, 55 (3): 229-235.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.345
    摘要949)   HTML4)    PDF(pc) (788KB)(392)    收藏

    针对制造系统中设备数量与输入的不确定性,考虑制造过程中的不良品以及不良品的返工情况,分析系统可靠性与各设备数量、设备输入的关系,建立基于随机流网络的制造系统可靠性评价模型.采用齐次Markov过程对系统衰退和维护进行状态分析,以最小化维护成本为目标,以系统可靠性为约束,建立系统设备的维护模型.通过算例分析,验证该模型的有效性和先进性.

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    20. 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949)   HTML743)    PDF(pc) (4944KB)(620)    收藏

    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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    21. 混合励磁电机的电动汽车增程器控制策略
    侯珏, 姚栋伟, 吴锋, 吕成磊, 王涵, 沈俊昊
    上海交通大学学报    2021, 55 (2): 206-212.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.203
    摘要930)   HTML7)    PDF(pc) (2119KB)(664)    收藏

    针对增程器转速功率动态协调控制问题,提出了一种基于混合励磁电机的新型电动汽车增程器,阐述了其控制系统结构及工作原理.根据混合励磁增程器整体效率特性确定了多转速点工作区域,基于混合励磁电机气隙磁场的柔性可调特性,设计了围绕工作区域的增程器转速-功率解耦发电双闭环控制算法.利用MATLAB/Simulink搭建控制策略模型,基于自行开发的混合励磁增程器原理样机进行了试验验证.试验结果表明,混合励磁增程器输出发电功率动态响应快,转速、功率控制稳态误差小,稳态及瞬态运行工况均位于设定工作区域内,发电控制策略可行.

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    22. 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921)   HTML28)    PDF(pc) (6895KB)(872)    收藏

    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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    23. 基于代理模型的三立柱半潜平台多目标优化
    丘文桢, 宋兴宇, 张新曙
    上海交通大学学报    2021, 55 (1): 11-20.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.087
    摘要914)   HTML8)    PDF(pc) (5962KB)(473)    收藏

    在半潜平台初始设计阶段,平台主尺度是影响平台水动力性能和建造成本的关键性因素.因此,对半潜平台主尺度进行多目标优化是一项极具工程意义的研究工作.首先,采用试验设计法确定平台的设计变量和样本数据库.其次,对半潜平台采用面元法和莫里森公式结合的方法进行水动力特性分析.同时在静水面上布置波面升高监测点,计算平台气隙值.根据数值模拟得到的数据库建立基于径向基函数的代理模型,并通过缺一交叉验证法得到径向基函数中的形参数值.所建立的代理模型可以极大提高优化效率.最后,采用多目标粒子群优化算法,以平台安全性和经济性作为两个优化目标,以平台稳性、气隙高度、水平方向运动性能作为约束条件,得到半潜平台的优化方案.通过对半潜平台多目标优化方案的分析,最终提出三立柱半潜平台最高效的优化策略.

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    24. 三缸双级变容积比压缩机在空气源热泵系统中的应用
    肖彪, 闫艳, 赵树男, 黄童毅, 李想
    上海交通大学学报    2021, 55 (2): 188-195.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.269
    摘要904)   HTML6)    PDF(pc) (1782KB)(717)    收藏

    针对低温热泵用压缩机存在的问题,研究分析压缩机容积比对其性能的影响,提出一种新型三缸双级变容积比压缩机,并结合实验对搭配同一末端的传统双级压缩系统与三缸双级变容积比压缩系统的性能进行对比分析.研究结果表明:三缸双级系统可在-30 ℃环境正常运行,系统的性能系数(COP)为1.52,而传统双级系统在该种情况下无法运行;三缸双级系统的COP在任何环境温度下均比传统双级系统高1.25%~12.41%.当环境温度一定时,随着供水温度的升高,末端散热量增加,外机最大制热量衰减,COP下降;当环境温度分别为7 ℃和-25 ℃时,供水温度从40 ℃升至55 ℃的过程中,三缸双级系统的COP分别比传统双级系统高1.15%~8.86%和4.32%~7.33%.所有实验工况下,三缸双级系统单位时间耗电量均比传统双级系统低3.78%~16.67%.

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    25. “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904)   HTML14)    PDF(pc) (1778KB)(419)    收藏

    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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    26. 金属-聚合物直接成型技术中铜的表面处理
    郭荣盛, 胡广洪, 荣建, 王元龙
    上海交通大学学报    2021, 55 (1): 96-102.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.185
    摘要902)   HTML5)    PDF(pc) (6924KB)(531)    收藏

    研究铜的表面微纳米结构制备工艺并进行了优化.使用碳酸钠和钼酸钠的水溶液作为电解液,在恒定电压下对铜表面进行阳极氧化,在铜表面生成一层氧化膜.使用磷酸和磷酸二氢钠的水溶液作为腐蚀液,对铜表面进行腐蚀处理,以在铜表面获取微纳米结构,并在扫描电镜下观察其形貌.统计分析扫描电镜图片,计算得到铜表面的微纳米结构的孔隙率.结果表明:阳极氧化电压为15 V,阳极氧化时间为20 min,磷酸质量分数为20%,腐蚀时间为30 min时,铜的表面形貌较为平整,孔隙率达到25.77%.根据正交实验结果,腐蚀液种类、浓度以及腐蚀时间对孔隙率的影响较大,而阳极氧化电解液、电压以及电解时间影响不明显.使用阳极氧化和化学腐蚀相结合的方法可以在铜表面制备出均匀、孔隙率高的微纳米结构.

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    27. 上承式加V拱桥动力特性研究及试验验证
    谢肖礼, 庞木林, 邱辰, 覃石生
    上海交通大学学报    2021, 55 (3): 276-289.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.284
    摘要881)   HTML0)    PDF(pc) (11860KB)(296)    收藏

    为解决上承式拱桥跨径增大后自振频率快速下降的问题,提出一种新的上承式加V拱桥结构体系.将V形构件设于主梁和拱圈间以增大拱桥的刚度,进而提高结构的自振频率.通过适时的结构体系转换,实现一期恒载由拱圈承担,二期恒载及活载由一个主梁为上弦杆、拱圈为下弦杆、V形构件为腹杆并带多点弹性约束的变高桁架来承担,整个结构同时兼具拱和桁架的优点.为验证上承式加V拱桥动力特性研究和计算的正确性,修建跨径为10 m的试验桥,通过脉动试验测试桥梁首次发生面内竖弯的自振频率;利用有限元软件对其刚度和动力特性进行计算,分析V形构件刚度对结构动力特性以及V形构件数量对结构温度应力的影响,并研究体系转换的必要性.结果表明:结构首次发生面内竖弯的自振频率试验值与计算值相差较小,且振型与有限元分析相吻合.在增加材料很少甚至不增加材料的情况下,结构的自振频率得到明显提高,尤其是面内自振频率.V形构件的刚度存在一个合理的设置范围,V形构件的个数应以能使其与主梁或拱圈所构成的三角形的内角在45°~60°之间为宜.加V形构件后的上承式拱桥结构刚度大幅提高,且在L/4(L为桥梁跨径)处,列车静活载所产生的上挠度几乎为0.经过体系转换后二次成桥的成桥方法可使上承式加V拱桥充分发挥拱受力的优越性.

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    28. 基于机器视觉的加工刀具磨损量在线测量
    周俊杰, 余建波
    上海交通大学学报    2021, 55 (6): 741-749.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.083
    摘要875)   HTML14)    PDF(pc) (4784KB)(643)    收藏

    针对实际生产中测量刀具磨损需要人工操作、停机检测等问题,开发了一个基于机器视觉的加工刀具磨损测量系统.首先提出基于Laplacian算子边缘信息的Otsu分割算法将图像二值化,再通过基于形态学的Canny算子边缘检测粗定位及图像配准提取清晰的刀具磨损区域.最后,使用基于Zernike矩的亚像素边缘检测方法提高测量精度,并通过主曲线方法拟合亚像素边缘点得到光滑的边缘曲线,实现了刀具磨损量的在线测量.实际加工过程中的刀具磨损测试结果表明,该系统检测自动化程度高、运行速度快、测量精度可以达到微米级,可以有效地应用于工业上对加工刀具磨损的实时监控.

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    29. 应用于汽车动力总成启停工况的磁流变悬置设计与试验
    邓召学, 杨青桦, 蔡强, 刘天琴
    上海交通大学学报    2021, 55 (1): 56-66.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.192
    摘要871)   HTML4)    PDF(pc) (6695KB)(427)    收藏

    为了克服汽车动力总成在启停工况下的大幅抖动和转矩激励使得车辆平顺性变差的缺点,设计了一种应用于汽车启停等低频工况的流动模式磁流变悬置.考虑激励电流对磁流变液黏度以及液阻效应对阻尼通道内液体流量的影响规律,建立磁流变悬置阻尼力数学模型和磁路的多目标优化函数;利用Isight和ANSYS软件搭建协同仿真优化平台,采用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II)进行磁路的优化设计;分别进行磁流变悬置单体动态性能测试以及整车启停工况下的隔振性能测试.试验结果表明:优化后的磁流变悬置可控阻尼力相对于优化前增加了111.71%,恢复力相对于优化前增加了21.99%;汽车在启停工况下,当激励电流为1.0A时,安装优化后的磁流变悬置时悬置被动侧(与车身相连接的一侧)的振动加速度峰值相对于优化前减小了33.3%,驾驶员座椅导轨处的振动加速度减小了21.6%,改善了车辆的平顺性.

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    30. 卷积神经网络的正交性特征提取方法及其应用
    李辰, 李建勋
    上海交通大学学报    2021, 55 (10): 1320-1329.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.276
    摘要870)   HTML21)    PDF(pc) (2221KB)(612)    收藏

    针对卷积神经网络中存在的特征冗余问题,将正交性向量的概念引入特征中,从强化特征之间差异性的角度,提出一种适用于卷积神经网络的正交性特征提取方法.通过搭建并列的卷积神经网络支路结构,设计正交损失函数,从而促使卷积核提取出相互正交的样本特征,丰富特征多样性,消除特征冗余,提升特征用于分类识别的效果.在一维样本数据集上的实验结果表明,相比于普通的卷积神经网络,所提方法能够监督不同卷积核,挖掘出更为全面的正交性特征信息,进而提升卷积神经网络的性能效率,为后续模式识别和紧凑型神经网络的研究奠定基础.

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    31. 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
    摘要867)   HTML571)    PDF(pc) (19957KB)(858)    收藏

    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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    32. 对转式垂直轴风力机气动性能研究
    曹宇, 韩兆龙, 周岱, 雷航
    上海交通大学学报    2021, 55 (2): 141-148.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.360
    摘要857)   HTML4)    PDF(pc) (6151KB)(423)    收藏

    为了改进漂浮独立式垂直轴风力机的气动和稳定性能,提出风力机的新型结构设计理念,即同轴对转式垂直轴风力机.基于计算流体力学理论,借助雷诺时均剪切应力传输RANS SST k-ω湍流模型对风力机进行数值模拟,并结合涡流理论,比较对转式与独立式垂直轴风力机在不同叶尖速比(TSR)时的气动和稳定性能.结果表明,相同流场条件下,对转式风力机浮式平台的稳定性更强.当TSR<1.3时,长时间的失速状态使得对转式风力机的脱涡现象更严重,风能利用效率更低;当TSR>1.3时,外流场的风能更多地被对转式风力机转子吸收,风力机的远端涡流长度更短且脱涡强度更低,风能利用效率更高.同轴对转式的结构设计理念和分析方法对海上垂直轴风力机的性能优化有一定的参考价值.

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    33. 基于显式动力学的软式飞艇流固耦合计算框架
    张宇, 王晓亮
    上海交通大学学报    2021, 55 (3): 311-319.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.351
    摘要856)   HTML2)    PDF(pc) (3654KB)(324)    收藏

    软式飞艇作为一种低刚度、具有充气结构的飞行器,其流固耦合特性明显.结合参数化截面(PARSEC)方法、径向基函数(RBF)和Delaunay映射方法,构建对软式飞艇的非定常显式动力学流固耦合分析框架.借助平板冲击和NACA0014机翼气动弹性案例验证该数值方法的可靠性和精度.该计算框架也同样适用于高空气球等薄膜类浮空器的非定常双向流固耦合分析.最后,应用上述框架对某软式飞艇在不同压差下的结构响应进行分析.研究结果表明,飞艇振动主频与飞艇的内外压差之间呈现近似线性关系.

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    34. 颗粒柱坍塌运动与堆积特性的研究综述
    来志强, 江恩慧, 赵连军, 周伟, 田文祥, 马刚
    上海交通大学学报    2021, 55 (4): 421-433.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.329
    摘要854)   HTML11)    PDF(pc) (1839KB)(482)    收藏

    通过总结国内外有关颗粒柱坍塌运动模型的研究成果,分析了颗粒柱初始空间形态特征、颗粒基本物理特性、模型边界及环境条件等因素对颗粒柱运动堆积特性的影响规律及作用机制.颗粒柱的运动距离和堆积高度与其初始宽高比之间存在显著的线性及幂函数关系,高、低颗粒柱坍塌运动模式和能耗机制差异显著.颗粒粒径、颗粒刚度、颗粒破碎与颗粒潮湿等因素对颗粒柱坍塌运动与堆积特性的影响规律已基本达成共识.不同的挡墙约束条件、由气体掺入导致的流态化现象以及水体环境影响下颗粒柱运动的堆积特征已有初步的研究成果.但是有关颗粒柱初始孔隙率、颗粒摩擦因数、挡墙摩擦因数对颗粒柱运动堆积特性影响的结论仍存在分歧.综观当前的研究成果,颗粒受力特性与运动机制存在内联关系,复杂颗粒形状、可侵蚀床面、颗粒密度和水动力条件等对颗粒柱坍塌运动与堆积特性的作用机理均是未来的研究重点.

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    35. 一种双悬臂梁柔性销轴的微动疲劳研究
    杨世平, 董梦瑜, 李飞
    上海交通大学学报    2021, 55 (3): 236-248.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.288
    摘要851)   HTML10)    PDF(pc) (24684KB)(229)    收藏

    大型齿轮增速箱的行星齿轮轴常采用过盈配合的双悬臂梁柔性销轴结构,而该处的过盈配合结构易产生微动疲劳.通过理论计算获得有效过盈量的最值,再利用有限元软件Abaqus模拟柔性销轴的弯曲受载过程,分析弯曲载荷、过盈量和渗碳层深度3个因素对接触应力、摩擦剪切应力以及滑移幅值的影响情况,探究各因素对微动疲劳损伤的影响程度,并使用SWT(Smith-Watson-Topper)临界平面法对销轴结构的疲劳寿命S-N曲线进行预测.对多组试件进行弯曲载荷疲劳加载试验,获得柔性销轴试验S-N曲线,并分析了试验后的构件表面微动疲劳损伤形貌.研究结果表明:弯曲载荷对疲劳寿命的影响大于过盈量的影响,也大于渗碳层深度的影响.采用SWT法预测的疲劳寿命与由试验获得的疲劳寿命吻合得较好.因此,在工程设计中可采用数值仿真分析对柔性销轴的疲劳寿命进行辅助校核.

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    36. 带喷射器的跨临界CO2车用空调系统实验研究
    李浩, 张振宇, 宋霞, 陈江平
    上海交通大学学报    2021, 55 (2): 179-187.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.061
    摘要837)   HTML2)    PDF(pc) (5948KB)(509)    收藏

    在焓差实验室中研制了一套车用二氧化碳(CO2)喷射制冷空调系统,在标准汽车空调性能实验台上对不同工况参数下的CO2制冷系统性能进行评估,并对比分析了CO2喷射制冷系统的性能优势.研究结果表明:车用CO2喷射制冷空调系统制冷量与车用CO2常规制冷系统制冷量相当;增大室内侧风量与提高压缩机转速能够有效提升CO2喷射制冷系统的制冷量,喷射器在不同工况下能够提升系统能效比(COP) 1.65%~12.60%;室外温度对车用CO2喷射制冷系统的性能影响显著,该系统在高温环境下会出现明显的性能衰减.

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    37. 基于大涡模拟的圆柱绕流剪切层不稳定性
    郭志远, 虞培祥, 欧阳华
    上海交通大学学报    2021, 55 (8): 924-933.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.266
    摘要832)   HTML19)    PDF(pc) (8100KB)(558)    收藏

    圆柱绕流是一种常见的流体力学研究对象,随着雷诺数(Re)增加,其下游尾迹剪切层中会产生开尔文-亥姆霍兹不稳定性现象.利用大涡模拟方法,数值求解中等Re(Re=2000, 3900, 5000)的圆柱绕流问题,可得圆柱下游的精细化流场,继而开展对剪切层不稳定性的深入研究.为获得剪切层不稳定性的特征频率,分别采用传统的监测点分析与局部流场的动态模态分解方法进行计算.结果显示,两种方法得到的频率基本一致.不过,相比传统方法,动态模态分解方法一方面能克服人为选择监测点带来的随机误差,较便捷地给出剪切层不稳定性特征频率,另一方面还能进一步通过不同流场模态分析出不同Re对剪切层不稳定性特性的影响.

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    38. 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832)   HTML14)    PDF(pc) (4607KB)(635)    收藏

    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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    39. 倾斜放置圆柱体入水流体动力特性实验研究
    夏维学, 王聪, 李佳川, 侯东伯
    上海交通大学学报    2021, 55 (1): 67-76.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.116
    摘要831)   HTML1)    PDF(pc) (2031KB)(484)    收藏

    为了研究倾斜放置的圆柱体垂直入水过程流体动力特性,针对低弗劳德数条件下的圆柱体入水开展实验研究.采用高速摄像技术记录圆柱体入水过程空泡演化以及圆柱体的位置.基于数字图像处理技术,提取圆柱体入水过程的运动轨迹以及倾角变化.对数据进行五阶光滑样条拟合处理,获得圆柱体的速度和加速度,进而开展圆柱体的运动特性和动力特性研究.研究结果表明:倾斜放置圆柱体垂直入水过程形成空泡分离、双空泡等独有的流动现象.圆柱体砰击自由液面后加速度快速增加,并在空泡分离后达到最大值,随后迅速减小并逐渐趋向于0.倾角越大的圆柱体入水后竖直速度衰减越快,而水平速度则快速增加.然而不同初始倾角圆柱体的轨迹均呈现先向迎流方向运动后向背流方向运动的特征.圆柱体的角加速度对水动力的响应非常快,整体呈现先增加后减小的变化特性.初始倾角越大的圆柱体入水后角速度增加越快且达到的最大值也越大,其倾角增加也越快.圆柱体的阻力系数和升力系数在入水后快速增加,而在空泡闭合后增加缓慢,且初始倾角大的圆柱体入水后力系数增加较快.

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    40. 船舶大功率脉冲负载抗冲击供电系统
    庞宇, 黄文焘, 吴骏, 邰能灵, 孙国亮
    上海交通大学学报    2021, 55 (10): 1197-1209.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.358
    摘要830)   HTML185)    PDF(pc) (2640KB)(665)    收藏

    分析船舶新型脉冲负载特性及其影响,提出一种大功率多模式脉冲负载抗冲击供电系统及其能量缓冲单元中电容电感的计算方法,实现脉冲负载的功率平抑、能量分组、谐波治理与事故备用,保证船舶电站安全和负载高精度供电.利用MATLAB/Simulink建立含大功率雷达负载的某新型测量船综合电力系统仿真模型,验证不同模式下脉冲负载抗冲击供电系统的有效性.该结构不仅降低脉冲负载的冲击,还有效抑制系统电压谐波,解决大功率脉冲负载在独立电力系统中应用的关键技术难题.

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