上海交通大学学报

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波浪荷载引起不同埋深管线周围海床响应和液化分析

张琪, 周香莲, 叶冠林

2021,55 (5): 489-496.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.349

摘要 ( 844 )

HTML ( 869 )

PDF(1126KB) ( 603 )

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.

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经典式Spar平台涡激运动与驰振特性的对比试验

张晨雅, 寇雨丰, 吕海宁, 肖龙飞, 刘明月

2021,55 (5): 497-504.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.206

摘要 ( 781 )

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PDF(2897KB) ( 420 )

为研究经典式Spar平台的涡激运动和驰振特性,开展了平台在系泊状态下的水池模型试验,分析不同流速作用下Spar平台的横荡运动特性,并通过对比仅流、仅波浪与波流耦合工况试验结果,分析波流耦合作用对Spar平台涡激运动和驰振运动性能的影响.结果表明:高折合速度的海流使得Spar平台发生驰振运动,相比涡激运动,其振荡周期更长、振幅更大,且具有随机性.波流耦合作用不会改变Spar平台流致运动的具体模式,但是显著影响流致运动的幅值.

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螺旋桨抽吸作用下冰块运动轨迹

王超, 杨波, 汪春辉, 郭春雨, 徐佩

2021,55 (5): 505-512.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.365

摘要 ( 677 )

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PDF(8916KB) ( 340 )

为研究冰桨干扰过程中桨抽吸作用对冰运动轨迹的影响,本文基于循环水槽搭建了冰运动轨迹测量平台,结合Photron高速摄像机分析软件(PFA),对不同螺旋桨转速工况下冰的运动轨迹进行试验和分析.经过对试验结果的系统分析发现:当螺旋桨转速较大、流速较小时抽吸作用较为明显,会明显改变模型冰运动轨迹,甚至发生碰撞.当模型冰体积较大、水流流速较快时螺旋桨抽吸作用影响较小,抽吸作用很难改变水流流速带来的影响,对模型冰运动轨迹影响较小.

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过冷度影响海水结冰形状与速度的相场模拟

白旭, 杨苏杰

2021,55 (5): 513-520.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.077

摘要 ( 838 )

HTML ( 12 )

PDF(4210KB) ( 593 )

为了研究船舶结构结冰的微观机理,进行了模拟计算.基于Wheeler相场模型,使用有限差分法,对不同过冷度下海水凝固形状进行模拟.在模拟过程中,将海水视为盐和纯水的二元混合物,通过设置冰物理参数和引入晶核方式保证了冰晶生长的真实性.计算时,设置4个晶核模拟冰晶生长,讨论不同过冷度对冰晶生长的影响.结果表明:冰晶生长速度随过冷度增加而增加,且与过冷度变化呈线性关系.当无量纲过冷度小于0.85时,枝晶仅有少量分枝,且枝干较细.当无量纲过冷度大于0.85时,冰晶出现二级以上的多级分枝,且枝干明显变粗.当无量纲过冷度达到1.0时,分枝受到主枝挤压而减少,晶核之间最终被填满.

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基于高精度Boussinesq方程的三维浅水晃荡数值研究

袁心怡, 苏焱, 刘祖源

2021,55 (5): 521-526.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.053

摘要 ( 689 )

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PDF(1430KB) ( 638 )

基于高精度速度势型布西内斯克(Boussinesq)方程对三维液舱内的浅水晃荡现象进行模拟.研究在势流理论框架下进行,总的速度势被分成了两个部分:一部分是在流域内满足拉普拉斯方程且在边界处满足不可穿透条件的特解,而另一部分将由Boussinesq模型求解.数值计算过程中,空间导数离散采用有限差分法,时间步进采用四阶龙格库塔法.首先将三维液舱的长宽比设置为远小于1以模拟二维液舱情况,并与文献的结果对比,验证了数值模型的有效性.三维工况中,各个外部激励频率下,观察到了4种不同的晃荡运动形式,同时在自由面上会观察到相应数量的行进波.此外,讨论了外部激励频率和耦合激励形式对于液舱内晃荡运动形式的影响.

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基于长短期记忆神经网络的板裂纹损伤检测方法

张松林, 马栋梁, 王德禹

2021,55 (5): 527-535.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.095

摘要 ( 710 )

HTML ( 18 )

PDF(1411KB) ( 449 )

针对板不同位置裂纹损伤的智能分类问题,提出了一种基于长短期记忆(LSTM)神经网络的板裂纹损伤检测方法.采用Abaqus二次开发建立板裂纹损伤模型,计算高斯白噪声激励下板的加速度响应,并通过数据扩充方法生成数据集,同时考虑了噪声对损伤检测的影响.建立基于LSTM的板裂纹智能检测模型,直接将板的加速度响应作为输入,不需要额外的损伤特征提取,并以最小预测误差为目标,选择模型的超参数,优化模型配置.与多层感知机模型和基于小波包变换的多层感知机模型进行对比表明,本文提出的LSTM模型在板裂纹损伤检测中具有更高的损伤定位精度和更好的适用性.

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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

2021,55 (5): 536-543.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.208

摘要 ( 1143 )

HTML ( 30 )

PDF(1564KB) ( 679 )

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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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

2021,55 (5): 544-556.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.241

摘要 ( 986 )

HTML ( 28 )

PDF(6895KB) ( 946 )

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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基于隐变量后验生成对抗网络的不平衡学习

何新林, 戚宗锋, 李建勋

2021,55 (5): 557-565.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.264

摘要 ( 739 )

HTML ( 11 )

PDF(1888KB) ( 480 )

针对现有不平衡分类问题中过采样方法不能充分利用数据概率密度分布的问题,提出了一种基于隐变量后验生成对抗网络的过采样(LGOS)算法.该方法利用变分自编码求取隐变量的近似后验分布,生成器能有效估计数据真实概率分布,在隐空间中采样克服了生成对抗网络采样过程的随机性,并引入边缘分布自适应损失和条件分布自适应损失提升生成数据质量.此外,将生成样本当作源领域样本放入迁移学习框架中,提出了改进的基于实例的迁移学习(TrWSBoost)分类算法,引入了权重缩放因子,有效解决了源领域样本权重收敛过快、学习不充分的问题.实验结果表明,提出的方法在分类问题各指标上的表现明显优于现有方法.

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仿生气动肌纤维静态特性建模与实验研究

雷静桃, 张悦文, 戴臻豪, 徐子力

2021,55 (5): 566-574.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.092

摘要 ( 779 )

HTML ( 8 )

PDF(5142KB) ( 616 )

开展气动肌纤维静态特性建模与实验研究,综合考虑气动肌纤维端部变形、摩擦力、死区气压等对其静态特性的影响,提出一种气动肌纤维静态特性数学模型.搭建气动肌纤维静态特性实验平台,开展气动肌纤维及气动肌纤维束静态特性等长实验、等张实验及等压实验,对比分析不同规格参数的气动肌纤维及气动肌纤维束的静态特性.基于实验所得的等压特性曲线,提出一种气动肌纤维束实验模型,由大量实验数据辨识获得符合实际情况的气动肌纤维及气动肌纤维束的静态特性数学模型,为气动肌纤维驱动微型仿生机器人的精准控制奠定基础.

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基于深度强化学习的区域化视觉导航方法

李鹏, 阮晓钢, 朱晓庆, 柴洁, 任顶奇, 刘鹏飞

2021,55 (5): 575-585.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.277

摘要 ( 865 )

HTML ( 19 )

PDF(4210KB) ( 672 )

针对移动机器人在分布式环境中的导航问题,提出一种基于深度强化学习的区域化视觉导航方法.首先,根据分布式环境特征,在不同区域内独立学习控制策略,同时构建区域化模型, 实现导航过程中控制策略的切换和结合.然后,为使机器人具有更好的目标导向行为,在区域导航子模块中增加奖励预测任务,并结合经验池回放奖励序列.最后,在原有探索策略的基础上添加景深约束,防止因碰撞导致的遍历停滞.结果表明: 奖励预测和景深避障的应用有助于提升导航性能.在多区域环境测试过程中,区域化模型在训练时间和所获奖励上展现出单一模型不具备的优势,表明其能更好地应对大范围导航.此外,实验在第一人称视角的3D环境下进行,状态是部分可观察的,利于实际应用.

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基于变分推断和元路径分解的异质网络表示方法

袁铭, 刘群, 孙海超, 谭洪胜

2021,55 (5): 586-597.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.187

摘要 ( 789 )

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PDF(3660KB) ( 361 )

针对异质网络表示中传统元路径随机游走无法准确描述异质网络结构,不能较好地捕捉网络节点内在的真实分布问题,提出基于变分推断和元路径分解的异质网络表示方法HetVAE.该方法先结合路径相似度的思想,设计了一种节点选择策略对元路径随机游走进行改进,再通过引入变分理论对原始分布中的潜在变量进行有效采样.最后,通过设计个性化的注意力机制,对由分解获得的不同子网络的节点向量表示进行加权,再将其进行融合,使最终的节点向量表示具有更丰富的语义信息.通过在DBLP、AMiner、Yelp 这3个真实数据集上进行多组不同网络任务的实验,验证了模型的有效性.在节点分类和节点聚类任务上,与对比算法相比,微观F₁值和标准化互信息分别提升了1.12%~4.36%和1.35%~18%,表明HetVAE能够有效地表征异质网络结构,学习出更符合真实分布的节点向量表示.

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基于反向k近邻过滤异常的群数据异常检测

吴金娥, 王若愚, 段倩倩, 李国强, 琚长江

2021,55 (5): 598-606.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.011

摘要 ( 853 )

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PDF(1494KB) ( 528 )

针对无数据标签的群数据异常检测问题,提出在无监督模式下利用k最近邻(kNN)算法检测群数据异常.为减少由于异常值与正常值之间相互干扰而产生的漏报和误报,提出用反向k近邻(RkNN)算法对异常群数据进行反向过滤. 反向k近邻算法首先将统计距离作为不同群数据间的相似性度量,再用kNN算法求得每个集群的异常得分,并获得初始异常,最后使用RkNN算法对初始异常进行过滤.实验结果证明,所提算法能有效减少漏报和误报,且具有较高的异常检测率和良好的稳定性.

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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

2021,55 (5): 607-614.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.120

摘要 ( 1042 )

HTML ( 17 )

PDF(6753KB) ( 631 )

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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三维正交机织复合材料翼子板多尺度可靠性优化设计

陶威, 刘钊, 许灿, 朱平

2021,55 (5): 615-623.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.283

摘要 ( 699 )

HTML ( 9 )

PDF(7652KB) ( 410 )

三维正交机织复合材料具有优异的力学性能和抗分层能力,在汽车轻量化应用方面前景广阔. 以三维正交机织复合材料汽车翼子板为研究对象,基于多尺度仿真预测方法,建立复合材料弹性性能解析预测模型和翼子板宏观有限元模型. 同时针对材料和结构设计变量的不确定性,结合蒙特卡洛可靠性分析方法、Kriging代理模型和粒子群优化算法,实现复合材料翼子板多尺度可靠性优化设计. 结果表明:优化后的翼子板在满足结构刚度和可靠性要求的同时,达到了21.93%的轻量化效果.

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摩擦-电学性能测试系统的设计与研发

何可, 武子帅, 王道爱, 张执南

2021,55 (5): 624-630.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.399

摘要 ( 734 )

HTML ( 5 )

PDF(11741KB) ( 507 )

针对现有摩擦起电研究缺乏规范化试验支持的问题,自主研发一套适用于摩擦起电试验的摩擦-电学性能测试系统.通过模块化设计和系统集成,依次完成加载、运动和测控模块的设计,并开发LabVIEW测控软件.通过设置缓冲弹簧,优化加载结构,实现小载荷条件下的平稳加载,同时对上、下试样进行绝缘处理,实现对微电流的精准测量.通过对标测试和摩擦起电试验,验证测试系统的可靠性,并分析铜-铝界面转移电荷量的变化情况,初步确定转移电荷量与载荷的线性关系.研究结果有助于摩擦-电学测试的规范化.

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