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当期目录

    2019年, 第53卷, 第8期 刊出日期:2019-08-28 上一期    下一期
    学报(中文)
    上海地区夏季地表热通量特征及其影响因素
    陆一凡,李勇,SHIGETOSHI Ipposhi,YASUMITSU Nomura,王如竹
    2019,53 (8):  891-897.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.08.001
    摘要 ( 787 )   PDF(1144KB) ( 210 )  
    通过土壤温度预报校正(TDEC)法验证了地表下5mm处测量土壤热通量的准确性,并以此代表地表热通量.总结了上海地区3种典型日(晴天、多云、雨天)地表下5mm处土壤热通量的日变化情况,并通过控制变量法综合分析不同因素(太阳辐射量、土壤含水量、云量等)对土壤热通量的影响.结果表明:土壤热通量的波动晴天时最剧烈,波动范围为 -23.62~111.81W/m2;随着土壤深度的递减,土壤热通量在多云和雨天的波动范围依次减小;未下雨时太阳辐射量与土壤热通量之间的相关性较强(R2>0.74);土壤热通量的波动范围随土壤含水量的增加而缩小;在不同典型日,土壤热通量受到不同因素的影响.
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    孤立波作用下埋管斜坡海床及海底管道的响应分析
    潘佳禾,廖晨聪,陈锦剑
    2019,53 (8):  898-906.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.08.002
    摘要 ( 716 )   PDF(1402KB) ( 209 )  
    通过建立孤立波-斜坡海床-海底管道耦合模型,研究在孤立波作用下近岸浅水区域埋管周围斜坡海床土体的孔隙水压力响应和海底管道的受力及位移.采用考虑k-ε湍流的Navier-Stokes方程模拟孤立波在海底斜坡上的破碎、爬升及回落过程,并且通过计算获得斜坡表面波压力;基于 Biot 固结方程,建立波压力作用下的斜坡模型;基于线弹性理论,利用偏微分方程建立海底管道模型;计算分析埋管海床土体的孔压响应特征及管道的受力与变形;通过与文献试验数据和解析解的对比,验证了该分析方法与模型的准确性;利用验证后的数值模型,计算在孤立波作用下斜坡海床埋置管道周围土体的孔隙水压力响应、纵向有效应力响应、管道的纵向受力及位移.数值模拟结果表明:在孤立波回落阶段,埋置于斜坡海岸线附近的管道周围土体孔压下降明显,管道出现较大上浮,相较于水平海床和斜坡坡脚,此处管道的受力和位移情况最为不利.另外,管道埋深、土体参数,以及波浪的破碎、爬升及回落过程都对计算结果有着重要的影响.
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    深海水力集矿球形颗粒受力特性试验研究
    赵国成,肖龙飞,杨建民,岳子钰
    2019,53 (8):  907-912.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.08.003
    摘要 ( 818 )   PDF(2569KB) ( 200 )  
    深海采矿一般采用水力集矿方式将海床表层的矿石颗粒采集到集矿机内,圆球矿石颗粒在集矿流场中的受力特性研究是集矿系统的设计基础.通过在实验室设计并搭建水力集矿试验系统,研究不同集矿头离底高度与矿粒直径比(h/d)、集矿头与矿粒底部端点之间的偏转角度(θ)、不同集矿头拖曳速度(vt)对球形矿粒在集矿流场中的垂向受力系数(Cvs)及径向受力系数(Crs)的影响.研究结果表明:Cvs随h/d的增加呈显著的指数关系减小;垂向力预测公式预报的矿粒垂向受力误差小于10%;当θ=20° 时,Cvs达到快速衰减转折点;Cvs和Crs的最大值随着vt的增加有增大的趋势,且当θ=35° 或θ=40° 时,Crs达到最大值.研究结果可为深海采矿水力集矿系统的设计及矿粒精准开采的实施提供一定的参考依据.
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    深水半潜式支持平台火灾烟气蔓延规律
    许鹏程,高瑾,邱国志
    2019,53 (8):  913-920.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.08.004
    摘要 ( 743 )   PDF(3835KB) ( 120 )  
    基于火灾动力学模拟软件中的数值计算方法对深水半潜式支持平台的火灾烟气蔓延规律开展研究.根据火灾布置最不利原则设计4类火灾工况;研究烟气沿楼梯向上蔓延能力的分布规律及其对温度、能见度、CO体积分数的极值在各层甲板楼梯口分布的影响;分析火源层高度对烟气充满甲板所需时间的分布规律及烟气蔓延路径的影响.研究结果表明:随着楼梯与火源之间距离的减小,烟气沿楼梯向上蔓延的能力增强;火源层以上甲板的最高温度及能见度达到临界条件的最短时间、最高CO体积分数均位于烟气向上蔓延能力强的楼梯口;随着火源层高度的增加,烟气充满火源层以上甲板所需时间有所减少,充满火源层以下甲板所需时间有所增加.研究结果可为火灾中人员的疏散路径规划及深水半潜式支持平台的消防设计优化提供一定的理论指导依据.
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    基于彩色加权引导滤波-Retinex算法的导航图像增强
    许凤麟,苗玉彬,张铭
    2019,53 (8):  921-927.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.08.005
    摘要 ( 1160 )   PDF(9299KB) ( 106 )  
    在夜间低照度环境下,轮胎式龙门起重机(RTG)常常需要执行自动驾驶导航任务,针对导航过程中地面引导线图像边缘难以检测的问题,提出一种彩色加权引导滤波-Retinex(CWGIF-Retinex)算法.首先,有针对性地改进加权引导滤波算法的权值估计方案,用矢量梯度方法提取经过Retinex算法处理的彩色图像边缘作为权值;进而,利用CWGIF算法估算引导线图像的照度分量,并通过单尺度Retinex算法计算得到反射分量;最后,通过算法计算得到色彩与轮廓边缘均增强的引导线图像.实验证明,CWGIF-Retinex算法相较于传统算法能够更好地增强弱光照区域的色彩,同时还能起到消除光晕伪影、颜色保真和增强引导线边缘对比度的效果.
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    基于时域解析估计的多重信号分类波束形成方法
    李冰,汪永明,黄海宁
    2019,53 (8):  928-935.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.08.006
    摘要 ( 861 )   PDF(2978KB) ( 137 )  
    针对频域多重信号分类(MUSIC)算法估计子空间的不稳定性问题,提出了一种基于时域解析估计子空间的MUSIC(TAMUSIC)波束形成方法.通过Hilbert变换将各阵元时域实数据转变为复解析数据,在时域构建经过时延后的协方差矩阵,利用特征分解求取噪声子空间,并利用噪声子空间自身的正交特性获得来波方向波束.数值仿真及实测数据处理结果表明,与频域MUSIC波束形成方法相比,TAMUSIC波束形成方法可以稳定获取快速运动目标的噪声子空间和来波方向波束,使波束旁瓣级最少降低3dB,能够有效检测运动目标,且无虚假目标和波束分裂现象,并提高MUSIC波束形成方法在工程应用中的稳定性.
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    一种基于相变存储器的高速读出电路设计
    李晓云,陈后鹏,雷宇,李喜,王倩,宋志棠
    2019,53 (8):  936-942.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.08.007
    摘要 ( 783 )   PDF(2521KB) ( 148 )  
    通过对相变存储器中的读出电路进行改进,以提升存储器的读出速度;通过降低读出电路中灵敏放大器输出端电压摆幅,使得输出端电压提早到达交点,显著减小了读出时间;同时,基于中芯国际集成电路制造有限公司(SMIC)40nm 的互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片制造工艺,利用8Mb相变存储器芯片对改进的新型高速读出电路进行验证,并对新型电路的数据读出正确性进行仿真分析.结果表明:在读Set态相变电阻(执行Set操作后的低电阻)时,新型电路与传统读出电路的读出时间均小于1ns;在读Reset态相变电阻(执行Reset操作后的高电阻)时,新型电路相比传统读出电路的读出速度提高了 35.0% 以上.同时,采用蒙特卡洛仿真方法所得Reset态相变电阻的读出结果表明:在最坏的情况下,相比传统读出电路的读出时间(111 ns),新型电路的读出时间仅为58ns;新型电路在最低Reset态相变电阻(RGST=500kΩ)时的读出正确率仍可达 98.8%.
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    一种几何VOF方法在液舱晃荡流动模拟中的应用
    李金龙,尤云祥,陈科
    2019,53 (8):  943-951.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.08.008
    摘要 ( 1022 )   PDF(3551KB) ( 152 )  
    isoAdvector 是一种新的几何 VOF (Volume of Fluid)方法,虽然克服了传统几何 VOF 方法难以适用于三维空间任意多面体网格的缺点,但不能直接用来模拟涉及动网格技术的液舱晃荡.为此,引入了运动通量修正,并提出了面-界面交线运动修正,使得修正后的 isoAdvector 方法可以应用到液舱晃荡的模拟中.基于不同的 VOF 方法对非共振、共振受迫晃荡和单次冲击波面进行数值模拟,并将模拟结果与试验结果以及解析解进行了比较.结果表明:相对于代数 VOF 方法,采用修正后的 isoAdvector 方法获得的自由液面位置和整体水动力载荷精度更高;捕捉的波面没有褶皱,能够较好地模拟波面的翻卷和破碎.此外,提出了界面厚度的估计方法,分析了自由液面波高精度提高的原因.
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    矩形舱内三层液体晃荡特性的数值分析
    刘东喜,庄宿国,王晋,尤云祥
    2019,53 (8):  952-956.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.08.009
    摘要 ( 660 )   PDF(2358KB) ( 138 )  
    采用耦合水平集和流体体积(CLSVOF)界面捕获方法对浮式生产储卸油(FPSO)装置矩形清洗舱内三层液体的晃荡特性进行数值分析;通过对比数值模拟与试验所得矩形舱内三层液体的液-液界面形状和高度的变化情况,验证了CLSVOF方法模拟多层液体晃荡特性的准确性.结果表明,多层液体晃荡过程中出现的物理现象远比传统单层液体晃荡中的复杂.当矩形舱外部激励频率等于液-液界面的最低阶固有频率时,所产生的共振效应不仅会导致液-液界面的晃荡幅度远大于自由表面的晃荡幅度,而且会导致液-液界面产生Kelvin-Helmholtz不稳定性.
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    阻流板对双桨船阻力和伴流场影响数值研究
    宋科委,郭春雨,龚杰,李平,王伟
    2019,53 (8):  957-964.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.08.010
    摘要 ( 825 )   PDF(4610KB) ( 155 )  
    基于RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方法针对安装了3种不同深度阻流板的DTMB5415船模进行数值计算,以研究阻流板对船舶阻力以及伴流场的影响.分析了安装阻流板前后的船舶水动力性能,并探讨了船艉波形、船身压力以及轴向标称伴流场的变化.研究结果表明:阻流板的安装能够降低DTMB5415的阻力,平均减阻率可达 4.19%;船体虚长度的增加以及方尾船尾流场的改善是船模总阻力降低的主要原因;阻流板的安装增大了船舶尾部的边界层厚度以及轴向标称伴流,当弗劳德数Fr=0.35 时,d/LPP=0.0015(d为阻流根深度,LPP为船长)的桨盘面平均伴流分数增大了 11.9%.
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    基于刀盘扭转能量的土压平衡盾构刀具磨损分析
    荣雪宁,卢浩,王明洋,文祝,戎晓力,王振
    2019,53 (8):  965-970.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.08.011
    摘要 ( 740 )   PDF(1124KB) ( 215 )  
    在卵石和中风化泥岩中掘进时,土压平衡盾构面临严重的刀具磨损.为合理组织换刀工作,需预计刀具的磨损情况.通过分析成都地铁20个盾构区间的部分掘进数据,以刀盘扭转能量作为刀具磨损模型的输入参数,对换刀数目与刀盘扭转能量的关系进行了拟合.在此基础上,增加泡沫添加剂体积,建立双参数预测模型,进一步优化刀具磨损的预测精度.结果表明:换刀数目与刀盘扭转能量正相关,与泡沫添加剂体积负相关;换刀数目与双参数间的回归关系具有统计显著性;卵石和中风化泥岩地层中的换刀数目都较好地符合双参数预测模型但不同地层中的拟合参数有所差异.双参数刀具磨损模型的预测精度显著优于基于掘进距离的单参数模型和JTS模型.
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    空气等离子处理对碳纤维增强复合材料表面特性及胶接性能的影响
    刘晓东,吴磊,孔谅,王敏,陈一东
    2019,53 (8):  971-977.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.08.012
    摘要 ( 723 )   PDF(7588KB) ( 89 )  
    为了改善碳纤维增强复合材料(CFRP)表面浸润性及提高胶接强度,采用常温常压空气等离子方法对CFRP胶接表面进行预处理,测试了不同预处理参数下CFRP与水的接触角,计算了其表面能;利用原子力显微镜、傅里叶红外光谱仪和X射线光电子能谱仪分析不同处理参数下CFRP表面的物理和化学性能;采用4种胶粘剂测试CFRP的胶接拉剪强度.结果表明:喷头与CFRP表面的距离为6mm、喷头移动速度50mm/s为最佳的等离子处理条件;经等离子处理后,CFRP与水的接触角由处理前的114° 降低至23°,表面能由 32.49mJ/m2升高到 72.19mJ/m2;等离子处理增强了CFRP表面环氧官能团,降低了表面粗糙度,表面形成了大量微米级沟壑;采用等离子处理能够显著提高环氧树脂胶粘剂接头的拉剪强度,使其失效形式由界面失效转变为基材失效,而聚氨酯胶粘剂接头的拉剪强度变化不大,其失效形式由界面胶层与内聚复合失效转变为纯界面失效.
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    基于窗口函数和分布式集群的可视化学术搜索系统数据查询优化
    罗希意,霍晓阳,傅洛伊
    2019,53 (8):  978-982.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.08.013
    摘要 ( 848 )   PDF(579KB) ( 155 )  
    针对在密集分析型查询请求和海量数据的应用场景下传统关系型数据库MySQL性能不佳问题,提出了基于窗口函数(Window Function)的分析型查询优化方法,以分区(Partitioning)方法代替传统的分组(Group by)操作,并提出了基于分布式集群(SQL-on-Hadoop: SparkSQL)计算引擎的海量数据查询优化方法,采用内存列存储优化技术和Spark分布式集群计算以提高查询性能.同时,以典型的分析型SQL查询实例验证了其有效性.结果表明,所提出的查询优化方法能够显著提高查询性能.与传统的关系型数据库MySQL相比,基于SparkSQL的查询优化方法的查询速度大幅提高,从而验证了其用于可视化学术搜索系统AceMap数据查询的正确性.
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    低剂量CT图像去噪的改进型残差编解码网络
    章云港,杨剑锋,易本顺
    2019,53 (8):  983-989.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.08.014
    摘要 ( 1019 )   PDF(5994KB) ( 218 )  
    针对低剂量CT图像中存在复杂噪声与伪影的问题,提出了一种用于低剂量CT图像去噪的改进型残差编解码网络.原始的残差编解码网络由一系列卷积层与反卷积层组成,且通过短连接结构学习残差.改进措施主要包括3个方面:首先,引入了批量归一化提高网络的去噪效果;其次,使用空洞卷积替换普通卷积,从而有效减少了网络中参数的数量;最后,对网络隐层中的特征图数量进行了调整,进一步优化了网络性能与复杂度.实验结果表明:改进后的网络复杂度降低,去噪效果得到提升.
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    新型布缆船拖曳绞车控制系统
    陈琦,李格伦
    2019,53 (8):  990-999.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.08.015
    摘要 ( 758 )   PDF(1892KB) ( 179 )  
    针对某新型布缆船拖曳绞车,设计了一种基于工业以太网和可编程逻辑控制器的拖曳绞车控制系统.为了提高拖曳绞车控制系统的智能化水平,开发了自动排缆系统和基于模糊自适应 P+ID算法的恒张力控制器.将基于模糊自适应P+ID算法和基于传统PID算法的恒张力控制器进行了比较,仿真结果证明了本文设计的模糊自适应P+ID控制器要优于PID控制器.恶劣海况下的实际应用证明了本文设计的自动排缆系统和恒张力控制器的高效性和鲁棒性.
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    混合遗传算法求解多中心联合配送路径问题
    范厚明,徐振林,李阳,刘文琪,耿静
    2019,53 (8):  1000-1009.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.08.016
    摘要 ( 716 )   PDF(1561KB) ( 440 )  
    针对传统遗传算法在求解多中心车辆路径问题时存在:传统编解码方式引起的染色体长度不固定导致计算效率低下和易产生不可行解;扰动过程中双亲遗传算子计算效率较低;难以平衡不同进化时期种群中精英比例与种群多样性间、搜索深度与搜索广度间的关系等问题,本文设计一种混合遗传算法,在编解码方式上将配送网络信息分开表达,提高计算效率;在选择操作上引入平衡精英比例与种群多样性的控制参数;此外,还提出一种自适应搜索范围策略,以有效平衡搜索深度与搜索广度间的关系.通过实验例证和对比分析,验证了算法的有效性.研究成果为求解多中心联合配送车辆路径问题提供一种新思路,也可为相关的物流配送决策提供指导.
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    液化天然气饱和单液滴蒸发模型及其吹拂效应的影响
    邓佳佳,许健,卢金树,石墩章
    2019,53 (8):  1010-1016.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.08.017
    摘要 ( 681 )   PDF(1513KB) ( 139 )  
    采用计算流体动力学方法,基于液滴界面能量守恒原理建立了液化天然气饱和单液滴蒸发模型,以对不同的温差、相对速度及液滴粒径的液滴在同种蒸气中的蒸发过程进行模拟,并分析了吹拂效应的影响.结果表明:增大温差、相对速度及液滴粒径,均会使得液滴界面换热量增大;随着温差增大,温度边界层厚度及其比值逐渐增加,但考虑与未考虑液滴蒸发时液滴界面换热量之比呈现出分段变化特征,液滴的运动使得其分段点提前,且吹拂效应的影响增大;随着相对速度增加,吹拂效应对液滴蒸发的影响减弱,当相对速度大于18m/s时,吹拂效应的影响可以忽略;随着液滴粒径增加,吹拂效应的影响基本保持不变.
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