上海交通大学学报

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横观各向同性圆形基坑抽水-水位恢复试验数值分析

黄开勇, 周香莲, 王建华

2013,47 (06): 851-855.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2013.06.001

摘要 ( 830 )

HTML ( 410 )

PDF(466KB) ( 470 )

为模拟井点抽水引起的圆形基坑内外水头变化以及地面变形，考虑水力特性和力学特性的横观各向同性及地下结构物的影响，建立了轴对称柱坐标系下的饱和-非饱和土固结模型．基于该模型，模拟两组圆形基坑抽水-水位恢复试验，分别研究弹性模量和初始饱和渗透系数的横观各向同性对水头和土体位移的影响．结果表明，当弹性模量越大时，水头越易改变，土体位移越小；当初始饱和渗透系数越大时，水头变化量和土体位移越小．

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低矮带檐口曲面四坡建筑屋面风压数值模拟和抗风优化

李俊龙，周岱，陈怡然，季清，马骏

2013,47 (06): 856-861.

摘要 ( 888 )

采用Fluent软件与RNG(Re-normalization group) k-ε湍流模型，数值模拟我国东南沿海地区常见的一类带檐口低矮曲面四坡屋面的风压.重点分析了屋面坡角、风向角、檐口类型等参数对四坡屋面平均风压及周围风场的影响.研究表明，上述参数与屋面风压都密切相关.随屋面坡角增大，迎风屋檐处峰值风吸力减小，背风面风吸力增大；配置檐口可显著改变屋面子块区域的平均风压系数，从而使屋面抗风性能得到优化.

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漏斗形开敞式膜结构的风致振动效应分析

周岱，钱锟，马骏，韩兆龙，洪荣华，季清

2013,47 (06): 862-866.

摘要 ( 1076 )

采用谐波叠加法模拟风速时程，将风速时程转换为风荷载时程施于漏斗形膜结构，分析膜结构风振响应，获得结构各区块风致动力放大系数.计算表明：漏斗形敞开式膜结构各节点位移响应较为稳定且具有周期性，速度响应曲线和加速度响应曲线均较稳定；结构表面不同部位的风振响应差别较大，迎风面的风致动力放大系数较高，背风面风致动力放大系数平缓.

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基于注浆压力控制的混凝土顶管施工微扰动机理

丛茂强, 陈锦剑, 王建华

2013,47 (06): 867-871.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2013.06.004

摘要 ( 1006 )

HTML ( 12 )

PDF(667KB) ( 382 )

为了研究顶管施工过程中注浆压力对控制土体变形的作用，建立有限元模型对注浆压力作用进行理论分析．通过对比实测数据与有限元结果，讨论了不同工况对孔隙水压力与土体变形的影响．分析了在不同注浆压力作用下，顶管周围土体的扰动情况，在此基础上提出了衡量土体受扰动程度的孔隙水压力变化率概念．结合土体变形状况与扰动分析结果，建议在实际工程中将注浆压力控制在管顶上覆土压力值的1.1倍，按此原则设定的注浆压力对周围环境影响较小，该研究结果可供今后类似顶管施工参考．

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杆系结构的弹性冗余度及其特性分析

朱红飞1,2，陈务军1，董石麟1

2013,47 (06): 872-877.

摘要 ( 256 )

摘要：
为区别常规冗余度概念，给出了弹性冗余度定义.鉴于杆系结构的弹性冗余度与几何拓扑及弹性刚度有关，通过对势能方程求解微分，得到结构的平衡方程、物理方程和几何协调方程；将几何协调方程线性化，代入平衡方程和物理方程，得到弹性冗余度的计算公式，并用Matlab编程实现该算法.经典算例揭示了杆系结构的弹性冗余度特性.

关键词：
杆系结构；冗余度；弹性冗余度

中图分类号： TU 353
文献标志码： A

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一种抗空化翼型修形设计方法

邬伟1,2，熊鹰1

2013,47 (06): 878-883.

摘要 ( 396 )

为提高水翼抗空化性能，对二维翼型的吸力面外形进行适当改造.通过集成几何参数化技术、面元法和优化算法构建了翼型抗空化优化设计方法.翼型的修形采用在吸力面上设立一段拱弧的方法，并运用三次B样条对翼型进行了参数化表达.在某一工况下，以面元法预报的翼型性能参数作为遗传算法建立目标函数的依据，进行了针对NACA0010翼型上设立拱弧的最佳参数的单一目标和多目标寻优.同时运用雷诺平均纳维艾斯托克斯方法结合RNG k-ε(Renormalization group k-ε)湍流模型对原翼型及改型的空化流场进行瞬态模拟，对比了气体体积分数云图的差异.结果分析表明.修改的翼型较原型对空化的发展有一定抑制作用，达到了预期目的.

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基于果蝇优化算法的支持向量机参数优化在船舶操纵预报中的应用

王雪刚a，邹早建a,b

2013,47 (06): 884-888.

摘要 ( 322 )

应用果蝇优化算法对船舶操纵运动预报的ε-支持向量机(ε-SVM)的参数进行优化，建立船舶操纵运动预报黑箱模型，并用所建立的模型对Z形试验进行预报.通过预报结果与仿真试验结果对比，验证了该优化算法的有效性.研究结果表明，所设计的参数寻优方法具有算法设置简单、调整参数少以及不易陷入局部极小值等优点.

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船用柴油机阻燃式防爆阀的压力降分析

蒋兰芳a，刘红b，鲁聪达b，牟介刚b，郭超b

2013,47 (06): 889-893.

摘要 ( 330 )

提出一种阻燃式防爆阀的压力降分析方法.通过分析阻燃式防爆阀的结构和工作原理，建立了数值分析模型.借助计算流体力学技术，分析了不同的入口温度和入口压力对阀内压力分布的影响.结果显示，入口温度对阀内压力分布的影响不大，入口压力对阀内的压力分布有影响.拟合不同入口压力时基本单元截面的压力值，得到各截面的压力与入口压力、基本单元数的函数关系.该函数关系能够有效地反映阀内的压力降趋势，计算出各基本单元截面的压力值，从而可以指导具体的阻燃式防爆阀的设计.

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舰船通道布置方案的直觉模糊多属性群决策方法

王文全，黄胜，王超，胡玉龙，侯远杭

2013,47 (06): 894-899.

摘要 ( 314 )

基于人工蜂群(ABC)算法的直觉模糊多属性群决策方法对舰船通道布置方案进行了决策优选.分析了舰船通道布置的影响因素，提出了通道布置评价的指标体系.建立了适应于直觉模糊判断矩阵一致性调整的优化模型，并引入ABC算法对模型进行了求解，形成了一种新的直觉模糊多属性群决策一致性修正方法，该方法不需要决策专家反复协商来使专家决策结果达到可接受的一致性，提高了决策效率.通过舰船通道布置方案评价的具体实例，验证了该决策方法的可靠性和合理性.

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自升式钻井平台能效设计指数

王运龙，申陶，王晨，林焰，纪卓尚

2013,47 (06): 900-903.

摘要 ( 260 )

借鉴船舶能效设计指数(EEDI)计算公式，建立了针对自升式钻井平台的能效设计水平计算模型.在此基础上，对自升式钻井平台EEDI值进行回归分析，提出类似船舶参考线公式的自升式钻井平台参考线公式，为自升式钻井平台能效水平评估和绿色自升式钻井平台的设计建造提供一定的参考.

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外张砰击压力时间分布的模型试验

陈占阳，任慧龙，孙芳胜

2013,47 (06): 904-908.

摘要 ( 183 )

在拖曳水池对某集装箱船进行了砰击模型试验.在船底砰击的脉冲三角函数形式的基础上结合试验数据重新确认外张砰击持续时间，建立了一种外张砰击压力时间分布的模型.并且基于瓦格纳型冲击理论对该船的外张砰击压力时历进行预报.预报和试验结果的比较表明，两者吻合较好，该方法能适当反映外张砰击的时历特性.

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基于集合划分的航速可变不定期船舶调度模型

唐磊1，谢新连1，王成武2

2013,47 (06): 909-915.

摘要 ( 376 )

基于不定期船多货物、多船舶、多挂靠港口和多航线的运营组织特征，综合考虑船速对航次时间、航次成本的非线性影响，提出了不定期船舶调度的非线性网络规划模型，用于解决航速可变的船舶选线与调度规划问题.针对模型的结构特点，设计了基于集合划分方法的两阶段求解算法.通过案例计算验证了模型和算法的效果.计算结果表明：考虑船速可变，制定的船舶调度方案能使营运收益提高10%~25%.新建立的模型能够对船舶运行计划、货载选择、包运货物运输组织方式和船速等进行统筹规划，制定详细的船舶运行时刻表，为不定期船舶调度实务提供决策支持.

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大型舰船主尺度方案生成及优选

王文全，王超，黄胜，侯远杭，胡玉龙

2013,47 (06): 916-922.

摘要 ( 263 )

基于多目标混沌差分进化算法(CDEMO)与直觉模糊多属性群决策(IFMAGDM)对大型舰船主尺度方案生成及优选进行了研究.建立了主尺度方案评价指标体系，以客观属性指标为优化目标建立优化模型，采用CDEMO对模型进行求解，生成了Pareto最优方案集.引入IFMAGDM模型对方案进行优选，针对群决策一致性修正问题，引入最大调整程度的概念对迭代算法进行改进，使一致性修正既简便高效又符合专家初始偏好.通过实例研究验证了一致性修正方法具有很高的可靠性，所提出的方案生成及优选方法具有很高的实用性，为大型舰船初步设计提供了一种简便、高效的新方法.

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振荡水翼波能回收在船舶节能推进中的应用

封培元a，马宁a,b，顾解忡a,b

2013,47 (06): 923-927.

摘要 ( 303 )

在船舶能效设计指数（EEDI）成为国际公约，造船界大力发展绿色船舶技术的背景下，提出了在船体两侧用螺旋弹簧连接振荡水翼，借助船体和水翼在波浪中的摇荡运动回收波浪能产生推力的节能设想.基于势流理论建立了顶浪情况下振荡水翼与船体的频域耦合水动力模型，以一艘集装箱船为例，对水翼船体系统进行了理论分析和设计探讨，预报了振荡水翼所能产生的推力并分析了水翼对船舶耐波性的影响；利用模型研究了水翼位置、弹簧刚度、浸没深度等参数对波能回收效果的影响.结果表明：水翼位置对船舶的耐波性有较大影响；弹簧刚度则与水翼产生的推力密切相关；而水翼浸没深度的影响十分有限.本研究可为此类绿色船舶设计提供依据和参考.

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基于粒子群算法的多用途船结构优化

何小二,王德禹,夏利娟

2013,47 (06): 928-931.

摘要 ( 361 )

建立了多用途船的舱段有限元模型，利用Matlab调用有限元软件，将粒子群算法（PSO）引入复杂船舶结构的优化中，实现了PSO对复杂船舶结构的优化，取得较好的结果，并与遗传算法的结果进行了对比，验证了PSO用于复杂船舶结构优化的有效性.

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泵喷推进器定常水动力性能数值模拟

潘光1，胡斌1，2，王鹏1，杨智栋1，王一云1

2013,47 (06): 932-937.

摘要 ( 503 )

针对装有泵喷推进器的某型水下航行器，建立了内外流场的一体化数值计算模型.基于分块网格技术耦合生成了高质量结构化网格，采用雷诺时均方法（RANS)和剪切应力输运（SST）k-ω湍流模型，并基于有限体积法，进行了定常水动力性能的数值模拟；给出了泵喷推进器的敞水性能曲线，表明泵喷推进器效率较高，且平衡性能较为理想；分析了航行器表面和转定子叶片不同叶高处的压力分布；对转子梢涡进行了形态显示和原理解释；讨论了转子前、转定子之间及定子后不同半径处的速度分量情况；通过与全流道计算结果进行对比，说明了单流道模型对于所研究问题具有适用性及可行性.

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吊舱推进器桨毂间隙影响的数值分析

董小倩，杨晨俊

2013,47 (06): 932-937.

摘要 ( 339 )

以拖式吊舱推进器为对象，采用求解RANS（Reynolds Averaged NavierStokes）方程的方法研究桨毂间隙对水动力性能的影响，应用滑移网格技术处理桨叶与吊舱的非定常相互作用.分别计算了具有不同间隙宽度的模型，以考察有、无间隙以及间隙宽度变化对推进器各部分水动力的影响.计算结果表明：桨毂间隙对推进器单元水动力及桨叶水动力的影响均很小；桨毂间隙内压力作用于桨毂后端面形成推力，其大小约为桨叶推力的2%~3%；桨毂后端面与桨叶随边的距离一定时，间隙内压力随间隙宽度的增大而降低.

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基于体积力法的船体自航性能数值预报

吴召华a，陈作钢b，代燚a

2013,47 (06): 943-949.

摘要 ( 402 )

为实现船舶自航性能的快速预报，应用计算流体力学（CFD）方法，采用一种便捷的描述型体积力模型替代螺旋桨的作用，分别在无舵实船自航点和有舵模型自航点2种条件下对MOERI(Korea Research Institute for Ships and Ocean Engineering)集装箱船(KCS)的黏性自由面流场进行了数值模拟.依据等推力法、敞水计算和螺旋桨敞水曲线等，计算船体自航性能相关参数.计算结果与试验结果吻合良好.研究结果表明，使用描述型体积力法可以便捷而较为准确地预报船体自航性能.

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基于随机结构的延寿服役海洋平台管节点疲劳寿命可靠度预测方法

刘勇，陈炉云，易宏

2013,47 (06): 950-955.

摘要 ( 346 )

将延寿服役平台管节点在进行疲劳寿命可靠度预测的过程中视为随机结构，基于断裂力学疲劳模型，结合随机有限元法和复合随机振动理论，提出海洋平台管节点随机结构在随机波浪作用下疲劳寿命预测方法.通过算例说明了该方法的实用性和简便性，同时计算结果证明结构随机性会对疲劳寿命可靠度预测产生较大的影响.

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吊舱式推进器偏转工况下水动力性能

熊鹰1，盛立2，杨勇1

2013,47 (06): 956-961.

摘要 ( 381 )

针对吊舱推进器的关键技术，探讨了吊舱推进器在偏转状态下的水动力性能.利用空泡水洞以及吊舱动力仪进行了吊舱推进器在偏转工况下的一系列试验研究，比较分析了不同偏转角下吊舱推进器水动力性能.同时，结合RANS（Reynoldsaveraged Navier-Stokes）方程和RNG（Random number generation） k-ε湍流模型，运用滑移网格方法对吊舱推进器在偏转状态下水动力性能进行了数值模拟,并将试验结果和数值结果进行了比较分析.结果表明：偏转角度越大，试验值与计算值偏差越大，尤其是吊舱推进器沿来流方向推力的偏差较大，但总体变化趋势较为一致.

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考虑路径风险的不确定需求应急物流定位-路径问题

孙华丽1，周战杰1，薛耀锋2

2013,47 (06): 962-966.

摘要 ( 335 )

针对突发事件发生后路网和救援物资需求的不确定性，考虑路径运行时间超期风险、路网通行能力风险、路径复杂性及应急物资需求不确定性，以应急物资运达总时间最小和系统总成本最小为目标，建立了基于随机机会约束规划的多目标应急物流定位-路径模型，设计了改进的遗传算法对其进行求解，采用罚函数法处理模型中的约束条件.算例分析验证了模型的合理性和算法的可行性.

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考虑应变率效应的钢制车轮冲击仿真与试验

尹冀，朱平，章斯亮

2013,47 (06): 967-971.

摘要 ( 341 )

针对应变率效应对钢制车轮冲击性能的影响，通过对钢制轮毂进行不同应变率下的材料实验，拟合出综合考虑多种应变率的轮毂材料本构模型.基于该本构模型，根据GB/T 157041995建立13°冲击工况下钢制车轮冲击有限元模型，结合冲击物理试验对比分析冲击仿真结果，验证本构模型和冲击模型的正确性.提出一套基于冲击性能的高精度钢制车轮仿真分析方法，为我国汽车钢制车轮的设计与开发提供借鉴.

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汽车质心侧偏角观测算法仿真与误差灵敏度分析

郑庄毅，熊璐，王阳

2013,47 (06): 972-978.

摘要 ( 281 )

车辆质心侧偏角是汽车电子稳定性控制中最重要的状态变量之一，其估计误差直接影响动力学控制效果.为此，针对四轮驱动汽车稳定性控制系统的需要对积分法、简单动力学估计算法、广义龙贝格算法和广义卡尔曼滤波算法4种典型质心侧偏角估计算法进行仿真建模.基于2种典型工况引入变量、参数和噪声误差，分析了不同估计算法对变量、参数和噪声误差的敏感度.研究结果表明，不同估计算法对变量、参数和噪声误差的敏感度有着很大差异，在稳定性控制系统中应综合使用基于运动学和基于动力学这两种估计算法.论文的研究成果对四轮驱动电动汽车主动安全控制技术的实际应用具有工程指导意义.

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转向架与车体间的回转阻力矩测定

曹晓宁1,刘玉梅1，2,苏建1,郭文翠1,徐振1,卢海隔1

2013,47 (06): 979-983.

摘要 ( 346 )

为更准确地测定不同形式的转向架的回转阻力矩，提出了一种实现转向架与车体间回转阻力矩测试的新型试验台.在阐述了回转阻力矩测定原理基础上，构建了曲线行驶时转向架与车体之间的回转角度数学模型及转向架回转角度时间历程函数，并利用空间运动学实现了作动器位移控制指令的解算.利用该试验台对某型车进行了实车试验.试验结果表明，回转阻力矩系数的实测值与理论计算值相差很小，验证了文中所建模型的正确性和试验台试验结果的可信性.

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金纳米颗粒自组装膜的制备及其性能

王雅晨a,b，王晓红b，胡志宇b

2013,47 (06): 984-988.

摘要 ( 276 )

采用一种简单的两步两相法合成了单分散性十二硫醇包裹金纳米颗粒（DDTAuNPs，直径约为10 nm），以硅片、玻璃片等为基底，利用浸渍提拉法制备了金纳米颗粒(AuNPs)自组装膜.通过扫描电子显微镜（SEM）、紫外可见光（UV-vis）光谱等表征手段研究了自组装膜的表面形貌以及表面等离子体共振特征，以一氧化碳（CO）低温氧化做为模型反应研究了其催化性能.研究表明，利用该方法制备的AuNPs自组装薄膜具有表面等离子体共振性能，有望被用于化学和生物传感方面.同时，这种薄膜在催化领域具有潜在的应用前景.

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基于沉积理论的碳黑痕迹数值方法

陈德户，杨培中，李超

2013,47 (06): 989-993.

摘要 ( 244 )

将颗粒沉积理论中的经验公式法应用到烟气颗粒的沉积计算中，推导建立了壁面单位面积上沉积的碳黑颗粒质量与时间等因素关系的数学模型.将该模型嵌入FDS软件，实现烟气流过壁面时形成的可视化痕迹的数值模拟.在数值模拟环境中，设定测点，记录任意时刻壁面单位面积颗粒的沉积总量，对碳黑痕迹进行定量分析.与实际火灾事故进行模拟比对，验证了数值模拟结果与实际火灾情况具有较高的吻合度.该方法可以根据不同的火灾场景、壁面粗糙情况、火源位置等现场情况计算研究壁面碳黑痕迹的形成规律，对火灾调查具有理论指导意义和实用价值.

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基于大脑不同区域的阿尔茨海默症基因表达数据分析

孔薇1，牟晓阳2

2013,47 (06): 994-997.

摘要 ( 352 )

提出了采用Tukey双权函数作为FastICA(Fast Independent Component Analysis)方法的非线性函数，对阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease, AD)多个脑区域基因表达数据进行显著基因提取，揭示其基因表达调控关系.针对传统聚类方法基于全局聚类且只能将某个基因聚类到某一类的缺陷，改进的FastICA方法能够对基因表达数据进行快速有效的双向聚类，能够满足同一个基因可能参与不同信号传导通路的生物特性.同时考虑到人脑中海马区、内嗅皮质区、颞中回及视觉皮层区均与学习与记忆功能密切相关，将算法对多个脑区域进行基因表达调控综合分析.结果表明,大量炎症反应是AD致病的重要因素之一.

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安瓿瓶内杂质检测的信号处理方法

曾涛a,黄梅珍a,梁明亮a,荆俊博b，刘天元b，林培华b

2013,47 (06): 998-1002.

摘要 ( 230 )

采用光阻法对安瓿瓶内纤毛杂质信号检测进行了实验研究，分析了纤毛杂质的信号特征.对比了Butterworth数字滤波、均值滤波、理想低通滤波和小波变换4种不同滤波方法的滤波效果，滤波后的信噪比分别为13.98、10.80、9.18和14.89 dB，实验表明,小波变换滤波是最佳选择.此外，提出了微分和分段求方差的方法以提高检测结果的可信性.

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进气噪声源提取和空滤器声学性能优化

胡先锋，郝志勇，刘联鋆，钱欣怡

2013,47 (06): 1003-1008.

摘要 ( 307 )

测量了安装不同声学负载时某发动机的进气噪声.运用基于四负载的最小二乘法提取了进气噪声源，并计算安装某一负载时的进气噪声，与实验值进行对比.结果表明，在大部分频率范围内，仿真值与实验值吻合较好，说明提取的声源准确可靠.运用有限元方法计算原空滤器的声学特性，结合进气噪声源，计算安装空滤器时进气噪声的阶次成分，确定需要消声的频率点，通过增设和改进消声元件，达到了降噪的目的.

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