《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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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.
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．
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.
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．
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．
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．
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．
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．
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.
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．
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．
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.
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．
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.
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．
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.
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.
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.
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.
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．
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%.
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%.
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．
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．
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.
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.
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.
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．
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.
在利用卷积神经网络模型对短时交通拥堵情况等预测场景进行预测时，由于模型的卷积池化操作过程会丢失部分数据，使得目标位置的信息出现丢失及特征的分辨率持续下降，导致模型的预测能力降低．针对此，本文提出一种空洞-稠密神经网络模型．首先，利用空洞卷积用较少的网络参数获取更大感受野的特点，充分提取出复杂多变的数据时空特征．其次，通过下采样及稠密网络的等值映射，解决参数在神经网络层数增加过程出现退化的问题．最后，取实际的城市道路平均车速数据块对网络结构的有效性进行验证．结果表明：同卷积神经网络模型相比，该网络结构预测平均绝对误差降低3%～23%.
传统颗粒-流体耦合算法难以考虑流体动态边界问题,在模拟大变形案例时因流固边界不匹配易造成计算误差,影响结果的准确性.针对该问题,引入流体网格动态更新方法,推导动网格下的达西渗流方程和颗粒-流体相互作用方程,在离散元商业软件PFC2D基础上,开发了考虑流体动网格的颗粒-流体耦合算法.将该算法用于模拟饱和土不排水剪切双轴试验,通过与常体积法的结果对比,验证了该方法的有效性.最后,采用该算法模拟了不同围压下的不排水双轴试验,计算结果的规律与室内试验具有较好的一致性.该算法考虑了流体动网格的问题,在模拟大变形下的三轴压缩试验、一维固结试验等案例时可获得相适应的流固边界,有助于提高模拟精度,因此可为类似研究提供参考.
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．
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．
为有效解决退化系统的设备维护优化问题,对带缓存双机系统的预防性维护策略进行研究.首先,考虑两设备的随机退化,针对不完美的小修和预防性维护,通过马尔科夫过程描述系统状态.然后,基于收入和成本,建立生产系统的利润模型.最后,通过最大化长期期望利润,确定不同系统状态下的预防性维护决策.采用值迭代方法对模型进行求解,数值分析结果表明,设备的维护决策不仅取决于自身状态,还受其他设备状态和缓存量的影响.
针对有限样本情况下，多次训练模型时容易出现不稳定和偏差问题，提出一种基于Gaussian混合的距离度量学习数据划分方法，通过更合理地划分数据集来解决该问题．距离度量学习依靠深度神经网络优异的特征提取能力，将原始数据提取的特征嵌入到新的度量空间中；然后，在该新的度量空间中基于深层次特征使用Gaussian混合模型进行聚类分析和样本分布估计；最后，依据样本分布特点进行分层采样对数据进行合理划分．研究表明，该方法可以更好地理解数据分布的特点，获得更加合理的数据划分，进而提升模型的准确性和泛化性．
扩展有限单元法(XFEM)是基于单位分解的思想,在常规有限元的位移模式中加入能够反映裂纹面不连续性的跳跃函数和裂纹尖端的渐近位移场函数,避免了常规有限单元法计算断裂问题时需要对裂纹尖端重新划分网格的不便以及繁重的计算量,并且裂纹的扩展独立于网格.标准有限元在处理时间积分时,在裂纹不断扩展的过程中整体刚度矩阵的自由度也会不断地增大,从而导致迭代计算无法进行.本文基于扩展有限单元法模拟动态裂纹扩展的方法,提出了新的Newmark隐式时间积分方案.此方法将所有节点都富集Heaviside函数和裂纹尖端的渐近位移场函数,即每个节点都有12个自由度,从而使得总体刚度矩阵式保持一致,避免迭代计算无法进行.同时,提出了一种稀疏矩阵技术来解决矩阵所占内存大和计算时间长的问题.
现有智能车决策方法未考虑路权信息、车辆礼貌驾驶以及车辆有限感知范围等因素,容易导致汇流时的安全隐患.针对该类问题,提出一种基于主从博弈的智能车辆决策方法.该方法通过构建结合路权的博弈模型,对汇流场景进行参数化建模,再引入合作因子等目标项设计相应的收益函数,最终设计汇流场景中的车辆决策求解框架,以达到该场景下决策收益的最大值.实验结果表明,所提方法能够提高在数据集上的车辆决策行为预测准确率,并能提高车辆在高车流密度环境中的决策稳健性.
采用简化的变系数内孤立波传播方程来描述弱非线性内孤立波在不同坡度斜坡上的传播演化过程.结果表明:弱非线性内孤立波在通过斜坡的传播过程中产生了不同程度的分裂现象,分裂为首波和尾波列.在通过斜坡的传播过程中内孤立波主要受到由地形诱导产生的浅化效应和能量耗散作用.对于非线性较弱的内孤立波,地形导致的浅化效应占主导作用,振幅逐渐增大并趋于稳定,而波速逐渐减小并趋于稳定.在相同的地形条件下,随着初始振幅增大,振幅的增加量减小,波速的减小量增加.随着斜坡坡度的增大,非线性内孤立波在传播过程中受到的能量耗散作用逐渐大于浅化效应,使得内孤立波在传播过程中振幅先增大后减小.当经过临界点(上下层流体深度相同的点)后,内孤立波由下凹型转变为上凸型.
以压气机叶轮为研究对象,基于八角桁架点阵结构,设计了一种新型轻量化点阵压气机叶轮,通过选择性激光熔融(SLM)280型金属3D打印机对设计叶轮的可加工性进行了验证.为了解其3D打印性能,基于有限单元法(FEM)对点阵轮的3D打印过程进行了模拟.在保证利用数值方法研究3D打印过程可行的基础上,对不同功率下点阵轮的打印过程进行了分析,并与相同工况下的实心压气机叶轮进行了对比.结果表明:点阵轮与实心轮的层变形是一个逐层叠加递增的过程,在本文的7种工况下,点阵轮打印完成时的最大残余变形与残余应力均小于实心轮.点阵轮的最大残余变形最大可比实心轮小20.19%,最大残余应力可比实心轮小10.69%.这意味着点阵轮除了比实心轮具有更轻的质量,还将比实心轮具有更优异的打印性能.
采用数值模拟的方法研究了孤立波和海流共同作用下单桩周围海床的局部冲刷.通过求解RNG k-ε湍流模型封闭的N-S方程,准确地模拟了桩周流场的变化情况.泥沙输运模型考虑泥沙的夹带、悬移质输送、沉积以及推移质输送的泥沙冲刷机制.对于斜坡床面,考虑重力对泥沙颗粒的影响,并对临界希尔兹数进行修正.将数值结果与实验数据进行比较,验证了数值模型的准确性.在此基础上,详细分析在不同波高条件下的桩基冲刷发展过程,初步研究了桩基保护层对冲刷的影响.结果表明:波-流共同作用下桩基周围海床的冲刷深度比单纯流或孤立波作用下冲刷深度更大;倾斜海床下的局部冲刷深度更大;保护层的设置可以有效地降低桩周局部冲刷深度,保护层粒径的大小对防护效果的影响较大.
《上海交通大学学报》2021年12期专题汇总专辑
