上海交通大学学报

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一种并网逆变器直流电容容值辨识方法

朱城昊, 王晗, 孙国歧, 魏晓宾, 王富文, 蔡旭

2022,56 (6): 693-700.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.515

摘要 ( 1017 )

HTML ( 1284 )

PDF(5050KB) ( 1210 )

直流电容是并网逆变器中最易老化失效的器件之一,对其进行容值参数辨识可以及时发现并更换老化电容,有利于提高系统可靠性.提出一种基于预充电电路的并网逆变器直流电容容值辨识方法,通过分析预充电过程中电容容值与充电电流、电压的数值关系,结合历史运行数据,构建电容状态特征向量集合.利用该集合训练支持向量回归(SVR)模型,建立状态值与容值的回归预测关系,并采用粒子群优化(PSO)算法对模型进行优化,优化后的模型可用于直流电容容值辨识.仿真和实验结果表明,所提方法可对并网逆变器直流电容进行容值辨识,辨识误差小于0.95%.该方法无需增加硬件电路且不改变控制算法,具有一定的实用价值.

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桩-锚复合基础上拔承载力计算和参数影响研究

孙义舟, 孙宏磊, 蔡袁强

2022,56 (6): 701-709.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.366

摘要 ( 724 )

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PDF(3967KB) ( 431 )

针对山区广泛存在的上覆土、下卧岩的地质条件,一种桩-锚复合基础被应用在输电线路杆塔工程中.为了揭示其上拔承载机理,完善抗拔承载力和承载力发挥系数k的计算方法,通过PLAXIS 3D有限元软件建立了现场试验案例的验证模型,在此基础上进行了参数研究,研究了岩土体弹性模量和黏聚力以及基础工况对k值的影响.结果表明,基础上部桩和下部锚杆部分的上拔承载极限状态不同步,基础桩、锚部分承载比和承载力发挥系数k与地质和基础构造相关.结合参数研究和上拔荷载与位移关系的相关解析解,提出了考虑基础自重的上拔承载力发挥系数k的理论计算方法,通过与现场试验和有限元结果的对比,验证了本方法的正确性,为该类新型基础的设计和应用提供了理论参考.

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平面单元和壳单元在复合有限条法中模拟加劲肋的应用

侯彦果, 李占杰, 龚景海

2022,56 (6): 710-721.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.071

摘要 ( 813 )

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PDF(10465KB) ( 689 )

有限条法是一种经典的分析薄壁构件屈曲的方法,传统的有限条法在长度方向采用三角函数,无法分析沿长度方向间隔布置加劲肋的构件的屈曲问题,而复合有限条法恰好能弥补这一缺陷.基于复合有限条法,使用平面单元和壳单元分别模拟加劲肋对分析结果的影响.相比于壳单元,平面单元的自由度数量更少, 矩阵组合更简便.而壳单元因为考虑到面外的位移自由度而更全面.分别采用两种加劲肋单元分布带加劲肋的构件,发现壳单元和平面单元对屈曲结果的影响甚小,两者之间差异的绝对平均值在0.75%以内,并且屈曲承载力和模态与有限元结果皆能良好吻合.两种形式的复合有限条法与有限元差异的绝对平均值控制在5%以内.平面单元加劲肋的精度已经满足预期要求,有助于减少程序计算量和简化分析的复杂程度;在划分单元较密的情况下,能显著提升计算速度.

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同步实施的相邻基坑相互作用机理

杨其润, 李明广, 陈锦剑, 吴航

2022,56 (6): 722-729.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.149

摘要 ( 648 )

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采用数值方法建立基于小硬变硬化(HSS)本构模型的相邻基坑模型,将其与单个基坑模型和不考虑墙土摩擦的相邻基坑模型进行对比分析,得到了同步实施的相邻基坑的受力变形特性,揭示相邻基坑相互作用机理.结果表明:坑间土体中存在两种土拱效应,一种是由墙体不均匀变形引起的土拱效应,另一种是由墙土摩擦引起的土拱效应,两者共同影响作用在围护墙上的土压力.随着基坑间距的减小,前者减弱,导致开挖面附近土体向被支撑土体的土压力转移减弱;后者增强,导致作用在相邻围护墙上的土压力减小.在两者的作用下,随着基坑间距的减小,作用在相邻墙体上的土压力先由R型分布向线性分布发展,再向R型分布发展,非相邻墙体水平位移最大值增大,相邻墙体水平位移最大值先增大后减小.

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一种分析膜面在积水荷载作用下响应的数值模型

王沙沙, 张翔宇, 邱国志, 龚景海

2022,56 (6): 730-738.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.152

摘要 ( 606 )

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PDF(20233KB) ( 577 )

结合光滑粒子流体动力学(SPH)方法和膜材非线性本构,提出了一种分析膜面在积水荷载作用下响应的数值模型.通过不同应力比的双轴拉伸试验得到膜材的应力-应变响应面,建立膜材的非线性本构模型,并使用SPH粒子模拟水,建立膜面与水的流固耦合数值模型.通过网格收敛性分析确定了文中采用的网格尺寸,分析了加载时长对计算结果的影响.同时分析了膜面的应力和应变的分布规律.结果表明,加载过程随加载时长的增加越来越稳定,且100 s能满足分析需求.将数值模拟结果与平膜积水试验结果进行比较,膜面的最大竖向变形吻合较好,验证了所提方法的可靠性.

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强降雨条件下考虑气压和渗流作用的边坡稳定性

姚茂宏, 陈铁林, 樊容, 杨子力, 石野

2022,56 (6): 739-745.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.302

摘要 ( 648 )

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降雨入渗分析是预测工程灾害的重要手段之一.为了有效分析强降雨条件下边坡入渗过程,在经典Green-Ampt模型的基础上,建立了初始含水率在天然非均布条件下,考虑饱和带渗流和气压作用的边坡降雨入渗模型,并推导了相应的边坡稳定性系数表达式.研究表明:降雨入渗受边坡尺寸的影响明显,一方面,湿润锋迁移速率随坡长的增加而增加;另一方面,当考虑气压作用时,坡长越小,达到相同的湿润锋深度所需时间越长,当坡长增大到一定程度后,差别不大.此外,渗透力对边坡稳定性的影响比气压大,因为前者在降雨过程中逐渐增大,而后者基本不变,所以渗透力影响越来越大,气压影响越来越小.

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狭长空间火灾烟气传输的准稳态时间模型

汪金辉, 黄意钧, 崔欣, 张少刚, 张睿卿

2022,56 (6): 746-753.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.062

摘要 ( 661 )

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火灾烟气传输延滞行为是火灾早期烟气传输过程中的重要特性之一,直接影响到火灾探测器动作响应时间.为了研究狭长空间中火灾烟气传输延滞行为与准稳态之间的定量关系,根据弱羽流理论和狭长空间火羽流研究现有成果,从理论上提出了火灾烟气传输延滞时间计算的时间链表法,依据准稳态假设成立的判别条件,建立了狭长空间非稳态火准稳态假设成立的临界时间模型,并给出了临界时间计算方法.案例分析表明: 在相同工况条件下,狭长空间中顶棚给定纵向距离处烟气传输达到准稳态的临界时间比在开放空间中的长.而对于开放空间羽流,由于贴顶棚羽流较薄,卷吸空气量较小,保持了相对较高的流速,导致相同工况条件下狭长空间中的烟气传输延滞时间比开放空间中的更长.

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基于统一强度理论的螺纹桩承载力计算方法

马甲宽, 罗丽娟, 任翔, 时航, 尹怡墨

2022,56 (6): 754-763.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.077

摘要 ( 877 )

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基于统一强度理论及太沙基极限平衡原理推导了螺纹桩极限承载力,提出了螺纹桩螺牙单独承载破坏与圆柱形剪切破坏两种模式下临界螺距的确定方法和极限承载力计算方法,讨论了统一强度理论参数b与螺纹桩关键参数对极限承载力的影响.结果表明:螺纹桩的极限承载力是同外径圆桩的1.5~2倍,螺牙提供的极限承载力主要由土体黏聚力、内摩擦角及埋深决定.当b从0增加到1时,螺纹桩极限承载力理论计算值增幅约48%,考虑中主应力对土体强度的影响会使得螺纹桩承载力理论计算结果更加准确.螺纹桩的参数中,螺牙高度b_h对其极限承载力影响最大,而螺牙厚度t对承载力基本无影响.设计螺纹桩时可适当增加螺牙高度,以提高螺纹桩极限承载力.

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开式呼吸蛙人专用氧气瓶声散射特性

张培珍, 林芳

2022,56 (6): 764-771.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.078

摘要 ( 649 )

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解决开式呼吸蛙人所携带的氧气瓶目标强度对目标全体散射的贡献问题,为掌握蛙人的精确特性预报和识别奠定基础.构建非轴对称激励下三维目标的二维有限元轴对称模型,运用声固耦合-频域多物理场接口计算不同方位声波照射目标散射远场的频率特性数值解,解释频率响应共振频率亮条纹产生的原因和估计公式.在线性声学的假设下,将有限元数值解作为系统函数,同带宽线性调频信号为系统输入信号,根据时域卷积定理得到时域回波仿真结果,结合亮点模型和弹性环绕波理论给出距离-角度时域回波的精确预报模型.结果表明: 影响氧气瓶回波强度的主要因素为目标的镜反射和角反射,气瓶阀门和球冠等精细结构产生的附加亮点和环绕波对不同方位散射频率响应特性的影响不可忽略.通过收发合置的湖试实验,验证回波机理和散射指向分布共振频率特性预报的正确性.

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多层箔片超声焊接的摩擦能量耗散机理及影响因素研究

马遵农, 张延松, 赵亦希

2022,56 (6): 772-783.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.423

摘要 ( 701 )

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PDF(6855KB) ( 501 )

在多层金属箔片的超声焊接过程中,焊头压紧金属箔片并带动其发生超声振动,各接触面摩擦生热并产生塑性变形,进而形成固相连接.各层箔片所受载荷存在差异,导致各接触面的摩擦行为和连接质量不一致,从而影响整体焊接质量.因此,需要分析焊接过程中载荷在多层金属箔片中的传递规律,揭示多界面的摩擦状态和能量耗散差异.以5层铜箔的超声焊接为研究对象,基于 Cattaneo-Mindlin 接触理论,利用Abaqus建立二维有限元仿真模型;分析不同压力载荷下各接触面的载荷分布和黏结-滑移状态转化;计算各接触面的摩擦耗散能量总量及在各接触面中的占比,并总结影响因素,给出多层金属箔片超声波焊接的理论工艺优化方法.

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聚酰亚胺的冷风微量润滑辅助切削工艺

曹拯, 雷学林, 张航, 蔡晓江

2022,56 (6): 784-793.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.173

摘要 ( 811 )

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研究了冷风微量润滑辅助的多孔聚酰亚胺材料切削加工性能,并探讨了切削加工工艺参数对多孔材料切削加工效果(切削力、表面加工质量及含油率)的影响规律.结果表明,相较于干切削和低温冷风切削,冷风微量润滑切削的切削温度及已加工表面粗糙度最低,多孔流道损伤最小.切削深度和进给量分别是对铣削力和表面粗糙度影响最大的因素.切屑毛边、撕裂等缺陷是导致表面粗糙度增大的主要因素.工件表面存在的拉丝、微裂纹、堆叠及微小碎屑附着等缺陷是材料含油率及输油率降低的根本原因.正交实验获得冷风微量润滑辅助条件下多孔聚酰亚胺材料最优加工参数:切削速度v_c=(85±5) mm/min,进给量f_z=(0.28±0.02) mm/r,切削深度a_p=(0.8±0.1) mm.冷风微量润滑切削技术可以实现多孔聚酰亚胺材料的低损伤加工,获得高含油率及高输油率的保持架产品.

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大型箱型梁高速GMAW三维位姿快速估计方法

李高阳, 贾爱亭, 洪波, 李湘文, 高佳篷

2022,56 (6): 794-800.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.362

摘要 ( 545 )

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大型箱型梁在高速熔化极气体保护焊(GMAW)过程中存在定位焊缝、装配精度低,难以通过工装严格保证工件位姿,以及焊缝三维位姿实时变化等复杂工况.基于视觉的焊缝识别方法计算量大,且均不针对存在定位焊缝的工件,难以快速获取大型箱型梁的三维位姿.对此,提出一种基于激光位移传感和点云聚类快速分割的大型箱型梁高速GMAW三维位姿快速估计方法.利用该方法,通过点云快速分割得出大型箱型梁焊缝的立板平面和平板平面,进而解算出焊缝位姿信息.对多种不同位姿的焊缝进行位姿信息估计试验,结果表明:当焊接速度为1200 mm/min时,焊缝位姿误差分别在0.25 mm和1.8° 以内;增强了大型箱型梁自动焊接对定位焊缝、装配精度低等复杂工况的鲁棒性,提升了焊接质量.

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一种新型的疲劳强度预测模型

段红燕, 唐国鑫, 盛捷, 曹孟杰, 裴磊, 田宏伟

2022,56 (6): 801-808.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.051

摘要 ( 1037 )

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疲劳破坏是工程应用构件失效的最主要原因之一.但由于疲劳实验成本过高,有必要用力学性能对疲劳强度进行预测.基于真实应力应变曲线,建立了一种新型的疲劳强度预测模型,并运用这种模型计算疲劳强度,与“升降法”和Basquin公式计算的疲劳强度作对比.结果表明:该模型仅需通过抗拉强度和加工硬化强度就可得到材料的疲劳强度,并且适用于其他钢种,极大地节约了成本,精确度也较高.

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双并联机构耦合连续体机械臂的设计与实现

吴灌伦, 施光林

2022,56 (6): 809-817.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.060

摘要 ( 765 )

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设计并实现了具有5个定位自由度的连续体机械臂,以提高连续体机构在诸如腔内作业、轻物品抓取、人机协作等场景中的灵活定位能力.设计中,引入了二段定曲率模型,用旋量方法从几何上解释了该设计的自由度分配.两段可伸缩式并联机构的串联耦合,形成二段弯曲结构,其每一段有两个方向的弯曲自由度和一个伸缩自由度,从而组合出末端的5个自由度.围绕手臂的高动态性能,制作了样机的机电运动系统.实验结果表明,样机实现了连续体机械臂末端的自由度控制,可在2 s内到达极限姿态,其定位精度约为臂长的2%.

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铜氨络合物对二乙基羟胺除氧缓蚀性能的影响

魏晓静, 翟双岭, 石鑫, 高多龙, 闻小虎, 刘冬梅, 任天辉

2022,56 (6): 818-826.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.171

摘要 ( 613 )

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研究铜氨络合物对二乙基羟胺除氧效率的催化作用,及其复配物对碳钢的缓蚀保护能力.考察铜氨络合物添加量、水的pH值和温度对二乙基羟胺除氧性能的影响.除氧测试结果表明,二乙基羟胺的除氧率随着水的pH值和温度的增加而增加.添加铜氨络合物后,二乙基羟胺的除氧效果得到很大提升.铜氨络合物最佳添加质量浓度为8 mg/L.在此条件下,当水的pH≥7或水温为30~70 ℃时,二乙基羟胺的除氧率均能达到95%以上.缓蚀测试结果表明,铜氨络合物可显著提高二乙基羟胺对碳钢的防腐蚀保护能力,缓蚀率能达到96.2%,且缓蚀能力具有长效性.因此,铜氨络合物和二乙基羟胺的复配物具有很好的除氧缓蚀性能,在工业用水的除氧和工业碳钢设备的防腐蚀保护领域具有广阔的应用前景.

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