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当期目录

    2018年, 第52卷, 第8期 刊出日期:2018-08-28 上一期    下一期
    学报(中文)
    电压和压力载荷下圆形薄膜压电驱动器形变分析
    胡院林,王文
    2018,52 (8):  883-890.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.08.001
    摘要 ( 764 )  
    薄膜压电驱动器驱动均匀气体压力载荷时具有不同的形变特征.根据基尔霍夫薄板原理,采用最小能量法和里兹法建立了圆形薄膜压电驱动器耦合均匀压力载荷条件下的静态形变模型.分别在电压驱动、压力驱动以及电压与压力共同驱动条件下,实验测试了驱动器的形变特征,并与计算模型对比,发现最大相对误差在9.3%以内,验证了模型的可靠性.基于建立的形变模型,分别讨论了驱动器压电层与弹性基层的半径比和厚度比对驱动器形变的影响,分析了均匀压力载荷条件下驱动器的形变特性.结果表明,薄膜压电驱动器存在最佳的半径比和最佳的厚度比,并且在均匀压力载荷下,驱动器半径比低于0.71时会明显导致驱动器的边缘处出现反向形变,不利于驱动.
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    高铁轮对过盈配合下导波传播特性
    曹潇,李富才
    2018,52 (8):  891-897.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.08.002
    摘要 ( 621 )  
    高铁轮轴与轮毂的连接形式为过盈配合,列车运行过程中由于交变载荷的存在,在轮轴应力集中区域易发生微动疲劳损伤.导波具有传播距离长、衰减率低、对微小损伤敏感的特点,非常适用于微动疲劳损伤检测.目前的检测方法大都需要将轮轴拆卸下来,对过盈配合轮毂轮轴上的导波传播特性研究极少.为此,首先通过改变轮轴与轮子装配的过盈量,研究装配质量对导波传播的影响,然后探究能量差法是否可以在装配有轮毂的轮轴上检测损伤.结果表明,导波传播受过盈量的影响较大,过盈量增加则导波幅值减小.由于能量差法是基于结构的轴对称性来检测损伤的,该方法在装配有轮子的轮轴上仍可适用.
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    复合材料圆管芯材横向剪切性能
    江丙云1,孔祥宏2,周徐斌2,李大永1
    2018,52 (8):  898-903.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.08.003
    摘要 ( 795 )  
    分别采用解析法、数值法和双剪试验对碳纤维增强复合材料圆管芯材(碳管芯材)的横向剪切刚度进行研究,得到了碳管芯材的等效横向剪切模量和修正系数.采用层压板理论的刚度矩阵计算方法求解碳管所用层压板的面内剪切模量,并结合碳管芯材的矩阵胞元计算得到芯材横向剪切模量的解析解;使用有限元方法对双层碳管芯材建立碳管芯材双剪有限元模型,通过数值分析得到碳管芯材等效横向剪切模量的数值解;应用试验结果对解析解和数值解进行修正,获得的修正系数为碳管芯材力学性能研究及航天器结构应用提供了重要参数.
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    结冰对风力机载荷的影响
    胡良权,陈进格,沈昕,竺晓程,杜朝辉
    2018,52 (8):  904-909.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.08.004
    摘要 ( 33 )  
    针对风力机叶片结冰问题,以NREL Phase VI风力机为研究对象,采用Fluent和气动弹性程序FAST,研究了不对称结冰(只有1个叶片结冰)和对称结冰(2个叶片都结一致的冰)对风力机载荷的影响.结果表明:结冰会导致叶片气动性能下降,从而导致风轮转矩减小;对称结冰可使风轮转矩减小量达 34.99%;不对称结冰会引起低速轴剪切力不平衡,增加低速轴疲劳载荷;对称结冰可使风轮轴向推力、叶根力矩和塔基力矩减小量分别达 6.07%,40.32% 和 37.32%.
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    基于相场法的不同过冷度冰枝生长形态及速率模拟
    胡书凡,孔维梁,刘洪
    2018,52 (8):  910-917.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.08.005
    摘要 ( 54 )  
    针对目前实验与理论研究只给出过冷度0~20K范围内的结冰规律,远低于飞机结冰过冷度范围0~40K的问题,采用适合大过冷度结晶模拟的扩散界面相场方法,并考虑冰枝各向异性和热扰动,重点研究了过冷度20~40K范围内的冰枝生长速度、形貌和尖端半径等特征.通过分析给出了过冷度20K以上的冰枝生长速度规律,发现其斜率显著高于现有0~20K范围的结果.这是由于在过冷度20K左右尖端曲率的增大使热扩散长度出现了非线性的快速减小,从而促进了热扩散,同时尖端曲率的增大使得动力学过冷度明显增加,两者共同导致冰枝生长随过冷度加速增长.通过获得的冰生长速度规律分析飞机表面结冰溢流问题发现,在20K以上过冷度及大水含量条件下,结冰溢流距离对水含量十分敏感,在上述条件下结冰速度快和强溢流的异常结冰特征可能同时出现.
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    壁面表面能影响冰枝尖端生长机制研究
    沈佳瑛,孔维梁,刘洪
    2018,52 (8):  918-923.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.08.006
    摘要 ( 41 )  
    通过实验研究过冷度和表面能对近绝热表面上壁面冰前缘形貌和生长速度的影响,理论计算了不同壁面接触角的壁面冰生长速度,并与实验结果对比.结果表明:在近绝热壁面上和过冷度小于2K时,冰形态为单冰枝,壁面自由能对结冰速度有明显影响,但对冰尖端形态改变很小.壁面冰枝前缘尺度和自由冰枝接近,壁面冰枝前缘形状的改变不足以解释生长速度的改变量.说明壁面表面能并非通过传热影响结冰,而是改变冰自身性质.
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    等离子体射流防冰性能实验研究 I. DBD-PA参数化分析及防冰效果验证
    赵彬彬1,2,董威1,刘娟3,张屹1
    2018,52 (8):  924-929.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.08.007
    摘要 ( 55 )  
    在冰风洞中开展了结冰条件下NACA0012机翼模型的等离子体射流防冰性能实验研究.设计加工了等离子体射流激励器并粘接于机翼表面,热电偶巧妙埋设于激励器下方以检测防冰效果.实验验证了激励器掩埋电极上方等离子体射流的防冰性能,考察了防冰性能随激励电压和激励频率等参数变化的规律.
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    基于虚拟正交试验和改进QFD的产品平台规划方法
    袁振龙,褚学宁,张磊
    2018,52 (8):  930-937.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.08.008
    摘要 ( 36 )  
    敏感度分析是考虑设计参数对性能的影响进行产品平台规划的方法,而对于性能参数与设计参数之间不存在明确数学函数的产品,目前的敏感度分析方法难以适用.针对这一不足,提出了基于虚拟正交试验的敏感度分析方法,并结合改进QFD进行产品平台规划.首先,基于正交试验设计法确定虚拟试验方案;其次利用内置软件搭建虚拟试验环境,设置不同取值的设计参数并实时记录性能参数的变化,以两种参数的变化量之比为基础计算设计参数敏感度,构建敏感度矩阵,代替传统QFD质量屋中的关联关系矩阵衡量设计参数与性能参数间的关联程度,降低传统QFD方法的主观性;最后利用改进QFD方法识别产品平台参数,验证了该方法的有效性.
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    波流对不同淹没深度水平圆柱的载荷分析
    柏君励,马宁,顾解忡
    2018,52 (8):  938-945.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.08.009
    摘要 ( 46 )  
    通过试验和数值模拟相结合的方法对水平圆柱与波浪、波流相互作用的问题进行研究.首先,在循环水槽中开展了波流与水平圆柱相互作用的试验,试验中分别测量流、波浪以及波流对不同淹没深度的圆柱的水平和垂直作用力.其次,采用RANS方程对部分试验工况进行数值模拟,并对波流与圆柱相互作用过程中自由面的变化以及波浪的反射情况进行分析.接着重点讨论圆柱所受波流作用力的峰值随圆柱淹没深度的变化规律,并将试验测量的受力峰值与Morison公式计算的理论值进行对比,发现波浪的反射和阻塞效应对波流作用力的峰值具有显著的影响.结果表明,波浪的反射作用使受力增加,波浪的阻塞效应使受力减小,而圆柱的受力峰值取决于这两者的相对强弱程度.在波浪反射和阻塞的共同作用下,圆柱的受力和Morison公式计算结果相比,在部分淹没和完全淹没状态下表现出不同的特性.
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    障碍物对平坡异重流运动特性的影响
    吕亚飞1,赵亮1,贺治国1,2,林颖典1,袁野平1,2,胡鹏1
    2018,52 (8):  946-953.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.08.010
    摘要 ( 34 )  
    在水利工程中,底床地形突变对异重流的运动过程有十分重要的影响.利用高速相机和激光粒子图像测速技术(PIV),对开闸式盐水异重流在平坡定常速阶段遇到障碍物时的运动特性进行研究.实验结果表明,障碍物对异重流头部速度的作用范围约为5个闸室长,对异重流加速阶段头部速度最大值的减幅影响很小,仅为1%左右.当异重流厚度与障碍物高度相当时,异重流在环境水体中的最大作用高度值会增加近1倍,同等工况时,矩形断面下该值会比三角形断面下增大约20%.障碍物前、后和顶部3个特征断面处异重流能量和厚度达到最大值的时间不同步,厚度最大值的时刻比能量滞后1.5~2s.障碍物前、后特征断面处能量近似单峰分布,而顶部断面则为双峰分布.障碍物前断面最大厚度增大约20%,最大能量损失约40%.结果可为复杂地形水利环境下污染物的输移扩散、海底电缆保护、港池回淤等研究提供科学依据.
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    基于文本挖掘的生物领域实例获取
    沈健,胡洁,马进,戚进,朱国牛,彭颖红
    2018,52 (8):  954-960.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.08.011
    摘要 ( 43 )  
    面向以自然语言描述的生物领域实例,基于自然语言的向量表示模型,研究与设计相关的生物领域实例获取问题,提出了基于文本挖掘的生物领域实例获取方法.通过对语料库文本向量空间的构建和知识挖掘,研究生物领域文本的特征选择、相似性度量和实例检索方法,为设计需求驱动的生物领域实例获取提供技术支持.实例分析表明:一方面,基于向量空间模型的生物领域文本挖掘方法在精度和召回率两方面均较基线法具有较大的优势;另一方面,基于向量空间的文本检索机制具有很好的适应性和扩展性,可以满足不同环境下语义检索的需要.
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    基于自定义聚类的水稻剑叶夹角测量
    汪韬,贡亮,张经纬,吴林立梓,马志宏,杨刚,毛雨晗,洪骏,刘成良
    2018,52 (8):  961-968.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.08.012
    摘要 ( 39 )  
    针对水稻样本图像中主茎被遮挡,现有算法难以识别剑叶节点、散岔稻穗主轴问题,提出了基于机器视觉的剑叶节点搜索算法,通过自定义聚类生成稻穗与剑叶类中心,识别判定散岔稻穗轴线,最终得到穗叶夹角.其中,提出的剑叶节点搜索算法对剑叶节点的模糊定位进行量化,经过实验验证,具有较好的鲁棒性和准确性;自定义的K-means方法基于样本统计信息,解决了散岔穗叶夹角测量问题.实验表明,该算法误差为1.89%,与现有算法相比,局限性低,鲁棒性强,更准确高效.
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    基于广义Maxwell模型的形状记忆聚合物力学本构
    樊鹏玄1,陈务军1,赵兵1,胡建辉1,张大旭1,房光强2,彭福军2
    2018,52 (8):  969-975.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.08.013
    摘要 ( 48 )  
    为揭示形状记忆效应的黏弹性力学机制并进行形状记忆过程模拟,先推导出积分形式的广义Maxwell本构方程,再结合时温叠加原理推导出形状记忆过程的形状固定率公式及应力应变演化方程.形状固定率公式显示:增大“固定约束时长/拉伸阶段时长”的比值可增大形状固定率.应变演化方程揭示:随温度降低偏移系数变小,释放约束后应变演化方程中的时间被缩减,使应变恢复速度趋近于0;随温度升高偏移系数变大,对时间的缩减效应减弱,应变发生恢复.应用Abaqus软件的黏弹性力学模型,基于Arrhenius方程和Williams-Landel-Ferry(WLF)方程,通过二次开发建立形状记忆聚合物结构分析的数值模拟方法.采用环氧基形状记忆聚合物进行拉伸-松弛实验测定数值模拟中需要输入的材料参数,并进行形状记忆过程实验和数值模拟.结果表明,所提数值模拟方法能有效描述形状记忆过程,且针对实验所用的环氧基形状记忆聚合物,Arrhenius方程较WLF方程具有更高的计算精度.
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    大脑皮层对飞机飞越噪声的认知机制
    练艺丹1,蔡俊1,张仲伟2,刘佳航1,王韬2
    2018,52 (8):  976-981.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.08.014
    摘要 ( 41 )  
    为了研究人类大脑皮层对飞机飞越噪声的表达机制,采用功能磁共振成像(fMRI)技术,选择 25 例正常健康受试者,观察在飞机飞越噪声刺激时大脑功能区的激活情况,通过对数据进行统计学处理以及脑功能区定位,结果表明:25 例受试者在飞机飞越噪声刺激时大脑显著激活了视觉联合皮层、前额叶皮层、初级运动皮层以及与认知记忆相关的脑区等.飞机飞越噪声刺激下,大脑皮层听觉区域不仅参与了听觉处理,可能还涉及消极情绪、认知、注意、记忆等区域反应.
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    水位波动条件下盾构极限支护压力半解析研究
    应宏伟1,沈华伟1,张金红2,朱成伟1
    2018,52 (8):  982-990.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.08.015
    摘要 ( 53 )  
    为研究潮汐作用对盾构隧道开挖的影响,采用有限元软件COMSOL建立三维数值模型,得到水位波动条件下盾构隧道开挖面前的渗流场变化规律,发现粉土地基中的渗流存在幅值衰减与相位滞后现象.将计算所得渗透力应用到 “楔形体—棱柱体”极限平衡模型中,计算并分析开挖面极限支护压力在水位波动条件下的变化特征,发现极限支护压力的波动与隧道埋深比、土层性质、边界水位波动等因素相关.随着隧道埋深比的增大和波动周期的减小,极限支护力的幅值衰减与相位滞后更为显著.潮汐作用下的极限支护压力最大值比最高潮位稳态渗流情况要小,支护力的最大值与最高潮位出现的时间不一致.
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    航天器内部多磁源分辨技术
    徐超群,易忠,陈金刚,王斌
    2018,52 (8):  991-996.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.08.016
    摘要 ( 58 )  
    针对航天器内部多磁源分辨研究中非线性磁场方程解析难的问题,建立了航天器多磁偶极子模型,利用高斯-牛顿法,提出扫描极值的方法,破解了磁源数目和初始迭代值,解决了航天器内部多磁偶极子的分辨问题.研究结果表明:初始值的选取可能导致算法失败,合理的初始值可以加速收敛;当计算磁源个数多于实际磁源数时,算法可用,但结果不可靠,反之完全失效;另外,计算误差随磁偶极子数目的增加呈增加趋势,当磁偶极子数目超过4个时,由于反演参数过多,高斯-牛顿法失效.
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    基于经皮能量传输的人工肛门括约肌生物电磁相容性研究
    昝鹏1,2,张春东1,刘颜凯1,高志远1
    2018,52 (8):  997-1002.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.08.017
    摘要 ( 57 )  
    针对人工肛门括约肌的生物电磁相容性问题,通过对人体断层照片进行图像分割实现了组织的划分和识别,建立了包含40种生物组织的人体电磁模型.运用时域有限差分法,计算了经皮能量传输系统对生物组织产生的辐射剂量,获得了人体不同组织在该电磁场中的比吸收率分布情况,并根据国际人体电磁安全标准对其进行了深入分析.仿真结果表明,经皮能量传输系统在发射功率为1.5W,谐振频率为358kHz的实验环境下对人体组织具有良好的生物相容性.
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    二维海面红外图像分形维数最优估计
    陈瑜1,2,滕克难1,唐金国1,王丽英1
    2018,52 (8):  1003.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.08.018
    摘要 ( 45 )  
    针对分数布朗运动模型计算分形维数时只适用于海面风速较小、图像谱表现为等方向性的情况,提出了能表现海面红外图像各向同性和异性特征的分形海面随机场模型.针对变分法中尺度范围选择不当,海面红外图像分形维数估计精度不高的问题,首先为了保持红外图像的分形特性和避免图像“混淆”现象的产生,提出了最小尺度的确定准则.然后将所建二维海面模型作为海面红外图像的参考模型,构建了最小目标函数,运用最优的运算准则和最小二乘拟合确定了尺度间隔与海面红外图像的分形维数、图像的基波波长和像素尺寸之间的最优函数关系.最后,通过模拟验证了对尺度范围进行最优估计的必要性.
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