上海交通大学学报

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交能融合V2G技术研究与实践综述

刘栋晨, 季昱, 胡岳

2025,59 (1): 1-15.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.287

摘要 ( 496 )

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PDF(13810KB) ( 129 )

我国能源转型持续深化,电气化交通发展迅速,现有交通制式将难以满足可再生能源高消纳需求,同时电网能源供给将难以承担负荷冲击压力.实现能源与交通融合发展成为当前新命题,车网互动(V2G)技术成为研究热点.首先,分析国内外V2G应用现状.其次,针对V2G技术的重要应用领域,梳理轨道交通V2G和新能源电动汽车V2G的研究实践现状,介绍了基于个人快速交通(PRT)系统的新型V2G模式,并将3种V2G模式进行关联和对比.最后,提出在“交能融合”理念下围绕V2G构建能源互联网的展望和研究重点.

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计及紧急可中断负荷的电能、惯性与一次调频联合出清模型

朱兰, 张学涵, 唐陇军, 仇念航, 田英杰

2025,59 (1): 16-27.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.177

摘要 ( 335 )

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新能源机组占比不断增加导致电力系统频率安全问题凸显,为了避免系统遭遇大扰动后发生严重事故,需要采购惯性和一次调频辅助服务并将紧急可中断负荷等快速响应资源集成到系统中.为此,梳理国内外惯性辅助服务市场,推导计及紧急可中断负荷资源的频率安全约束,提出一种计及紧急可中断负荷参与的电能、惯性和一次调频辅助服务联合出清模型,并将该模型转化为混合整数二阶锥规划模型进行优化求解.基于算例验证了模型的有效性,讨论了频率安全约束对系统出清结果的影响.

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计及转速及功率限制的双馈抽蓄自适应调频控制

劳文洁, 史林军, 吴峰, 杨冬梅, 李杨

2025,59 (1): 28-37.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.187

摘要 ( 273 )

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双馈抽水蓄能机组可以通过变速运行灵活调节功率,在发电和抽水工况下均具备一定的调频潜能.为挖掘双馈抽水蓄能机组在不同工况下的调频能力,分别建立其适应不同工况运行特点的调频控制模块,提出计及转速及功率限制的自适应变参数调频策略.首先,在建立考虑可逆式水泵水轮机动态特性的机组模型基础上,构建发电工况下将频率偏差转换为附加功率指令、抽水工况下将频率偏差转换为附加转速指令的调频模块.其次,分析各调频参数对于频率动态响应的影响,并以系统频率偏差最小为目标,以机组的转速及功率限制为约束,提出基于改进粒子群算法的多工况最优调频参数确定方法,在此基础上形成随机组状态实时调整的自适应变参数调频策略.最后,以含双馈抽水蓄能机组的四机两区系统为例进行仿真分析,仿真结果表明:所提调频策略使机组在不同工况、不同运行状态下均具有良好的调频性能.

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不同灌浆效果下黏土海床导管架桩基础的竖向承载特性离心试验

宋俊霖, 刘博, 唐立恒, 廖晨聪

2025,59 (1): 38-47.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.110

摘要 ( 227 )

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在40~60 m水深海域,海上风力发电机多使用导管架基础作为主要支撑结构.导管架通过水下高强灌浆与桩基础顶部连接,形成顶端密封段,共同承载竖向荷载.针对桩基顶部灌浆正常、灌浆不足、灌浆不良存在通孔3种不同灌浆效果开展离心模型试验,分析极限状态下基础的竖向承载力及灌浆段与桩身段的承载力分担比,并与现有理论计算方法进行对比.结果表明,灌浆密封顶盖的承载力取决于密封效果.对于灌浆密封顶盖灌浆正常和灌浆不足的基础,灌浆密封顶盖的承载力约占基础总承载力的25%~30%;灌浆不良存在通孔时,基础灌浆段承载力发挥较早且很快达到极限,其分担比远低于其他两者承载力.试验结果可为导管架桩基础设计中的灌浆段承载力计算提供参考依据.

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考虑时空效应的杭州软黏土超深基坑地表沉降分析方法

熊一帆, 应宏伟, 张金红, 程康, 李冰河

2025,59 (1): 48-59.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.199

摘要 ( 247 )

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利用PLAXIS 3D软件和软土蠕变模型,建立杭州中心项目超深基坑群B2基坑的三维数值模型,深入分析了时空因素对坑外地表沉降的影响.引入互补误差函数和三折线模型,利用数值结果对既有互补误差函数进行修正,提出了考虑时空效应的地表沉降快速分析方法.结果表明:软黏土蠕变既诱发围护墙的附加侧移从而引起土体沉降,又诱发坑外土体产生不依赖于围护墙侧移的沉降;忽略软土蠕变对预测超深基坑坑外地表沉降的影响不弱于其对墙体侧移的影响;基坑深度和开挖速率相同时,开挖面积直接决定施工时间的长短,从而影响软黏土蠕变诱发的地表沉降.

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基于Pasternak地基模型的H(t)-T受荷桩受力变形分析

江杰, 陈丽君, 柴文成, 艾永林, 欧孝夺, 龚健

2025,59 (1): 60-69.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.146

摘要 ( 290 )

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水平动荷载H(t)与扭矩T联合作用下的桩基受力变形较为复杂.为了更加准确地分析H(t)-T联合受荷桩的内力与位移,基于Pasternak地基模型考虑桩侧土体剪切效应;引入H(t)-T耦合因子,揭示多向荷载对桩身响应的影响机理;继而利用虚功原理推导桩身单元综合刚度矩阵;最后采用改进的有限杆单元法获得H(t)-T联合受荷桩内力与位移数值解;并与已有理论解和有限元模拟结果进行对比验证.参数分析表明:土体剪切效应可约束桩身水平位移,但对扭转变形影响较小;水平动荷载增强了桩身抗扭承载力,水平动荷载幅值从0.2Q_u增大到1.0Q_u时,桩顶扭转角减小了22.6%;增大动荷载无量纲频率会减小桩顶位移和桩身最大弯矩,外荷载动力效应随桩埋深增加而减弱;杆单元模型减少了单元划分数量和计算时间,可有效提高计算效率.

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基于高斯过程回归和深度强化学习的水下扑翼推进性能寻优方法

杨映荷, 魏汉迪, 范迪夏, 李昂

2025,59 (1): 70-78.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.188

摘要 ( 288 )

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为了克服水下工作环境的复杂多变性,以及扑翼运动本身存在控制难度高、变量多、非线性特征显著等问题,提出一种直接探索环境并选取相应最优扑翼推进运动参数的寻优方法.采用拉丁超采样技术获取多维扑翼参数在实际水池中的数据样本,并基于该数据使用高斯过程回归(GPR)算法建立泛化工作环境的非参数模型.在不同推进性能需求下,采用深度强化学习(DRL)中的TD3算法并以奖励最大化为目标,训练得出连续区间内多参数动作最优组合解.实验结果表明,该GPR-TD3方法可以习得实验环境下扑翼推进的全定义域内最优解,包括最大速度和最大效率,并且该最优解可以在GPR中以二维形式直观验证其准确性.同时,针对任意给出的推进速度要求值,在290组真实样本前提下,新算法能够给出误差范围为0.23%~6.68%的推荐动作组合解,为真实应用提供参考.

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基于网格归一化Astar算法的船舶管路布置

林焰, 张乔宇, 楼建迪

2025,59 (1): 79-88.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.206

摘要 ( 326 )

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为解决船舶管路布置方法中目前存在的依靠人工经验调节算法参数,权重系数的设置量级差距较大,以及求解布置方案单一的问题,提出一种网格归一化Astar (GNAstar)的布置方法.首先,采用包围盒和网格法建立数学模型.其次,通过分支管路拆分、网格标记值和父子网格搜索策略,使每一路径节点由不同目标的归一化权重值来共同决定,将传统Astar算法仅考虑长度的目标扩展成包括长度、弯头消耗和安装适用性的管路综合布置目标.最后,通过仿真案例将GNAstar算法与传统Astar算法进行对比分析,并以船舶机舱内不同管路系统为例,与文献中的蚁群算法和粒子群-Astar算法开展进一步比较.结果表明,GNAstar算法可获得有效的工程解,设计人员可通过设置不同目标的归一化权重系数来获得相应的布置方案.

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基于船舶-流场运动耦合的内河航道设计方法

张磊, 封少雄, 谭昆, 郭涛, 宋成果, 初秀民, 苗洋

2025,59 (1): 89-98.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.175

摘要 ( 312 )

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航道一般指江河及运河内可供船舶通航的水域,目前大多采用流场演化规律分析结合工程人员经验的方法开展规划设计,对通行船舶这一因素考虑不够全面.拟从河道中船舶与流场直接作用的角度提出一种内河航道设计方法.首先,基于Fluent二次开发,突破了船舶-流场相互作用的水动力响应解耦算法,对内河航段中船舶自由漂流运动进行模拟,其中,流场使用有限体积法进行求解,船舶运动控制方程通过用户自定义模块(UDF)输入并采用四阶Runge-Kutta法求解,动网格技术用于更新计算域;然后,考虑航行频率,给予通行船型不同权重,使用加权最小二乘法对漂流轨迹进行曲线拟合,得到航道边界线.选取了长江东流(从天生洲起)这一具有典型碍航结构物(弯道、分汊)航段开展航道设计验证.研究结果表明:设计的航道与现行规划航道趋势一致;同时,结合流场细节云图对船舶运动响应过程进行分析,发现设计的航道可使船舶有效规避风险急流、斜流,合理利用水流动能,提升航行安全性和经济性.

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水下管口附近脉动气泡溃灭及射流特性实验和数值研究

张越尧, 乔峰, 吕详, 张天源, 韩蕊, 李帅

2025,59 (1): 99-110.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.118

摘要 ( 341 )

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通过实验和数值方法研究水下管口附近脉动气泡溃灭及射流特性.在实验方面,采用电火花放电技术产生厘米级脉动气泡,并利用高速摄影捕捉气泡的瞬态动力学行为;在数值方面,采用基于势流理论的边界积分方法模拟气泡与管壁的耦合作用.实验发现,脉动气泡在管口附近溃灭过程中会产生指向管内的射流,进而威胁水中管道设备的结构安全,数值模拟结果和实验现象吻合良好.通过对气泡距管口距离与管口半径之比γ和气泡的最大半径与管口半径之比λ两个无量纲参数进行系统研究发现:当γ≤1.5时,气泡溃灭阶段只会产生指向管内的射流,当γ>1.5时,气泡产生指向管内射流的趋势随λ的增加而增加;总体而言,气泡产生向下射流的速度随λ的增加而增加,随γ的增大先增大后减小.当γ<0时,射流速度随λ和γ的变化很小,但射流宽度随两者的增加而增加;当γ>0时,射流速度随γ的增大先增大后减小.研究结论为水下管口附近气泡溃灭的动力学行为提供了重要参考.

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基于冲击功离散性的曲轴早期疲劳失效评估方法

李向哲, 梁刚, 郑小梅, 徐聪聪, 许金泉

2025,59 (1): 111-120.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.203

摘要 ( 234 )

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考虑实际材料强度寿命特性的离散性,提出了一种用于评估曲轴早期疲劳失效的方法.材料强度寿命离散性的微观机理在于材料内部的微观组织结构(包括微观缺陷)分布的不均匀性,这可以用初始损伤的概率分布来统一表征.同种牌号的合金,其强度寿命特性的中值基本一致,但离散范围则会有很大差别,必须通过足够的取样试验才能确定.对于由34CrNi3MoA合金制成的某柴油发动机曲轴锻件,由冲击取样试验的冲击功离散性估算了疲劳极限的离散性,由结构疲劳试验确定了疲劳极限概率分布的均值.传统设计手册所推荐的安全系数只是暗中假定了材料的某种离散性,本研究给出考虑材料实际离散性的安全系数与可靠性间的定量关系.当实际使用的材料不满足规定的可靠性要求时,曲轴就易发生早期疲劳失效.

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内压作用下耐磨胶带层对非黏结柔管扭转特性的影响

罗春苗, 付世晓, 张萌萌, 陈鲲鹏, 崔晓轩

2025,59 (1): 121-130.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.163

摘要 ( 375 )

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非黏结柔管在海洋油气田的开发中得到广泛应用,其扭转平衡是保证作业期间结构安全的重要原则,然而现有分析理论简化假设较多,导致仍有非黏结柔管设计出现扭转不平衡现象.为了提高扭转模拟的准确性,不影响管道实际使用,本文聚焦现有设计分析中所忽视的螺旋铠装内外侧耐磨胶带,基于理论推导,建立耐磨胶带层扭转刚度及弹性模量修正算法,结合有限元模型,探究胶带层叠压对于非黏结柔管整体扭转的影响.结果显示,采用经过修正的胶带层弹性模量所得管道扭转结果更接近实测结果,对实际工程应用具有一定的指导意义.进一步研究发现,非黏结软管的整体扭转角与耐磨胶带的宽度正相关,与耐磨胶带的铺设角负相关,而随着叠压率增加,管道扭转角减小.

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室温磁致冷材料Mn₅Ge_2.7Zn_0.3的相变、磁热效应和临界行为

许童杰, 刘振华, 金怀宇, 刘结, 蒋秀丽, 李哲, 刘永生

2025,59 (1): 131-138.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.112

摘要 ( 270 )

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通过电弧熔炼法成功制备了Mn₅Ge_2.7Zn_0.3合金,并对其相变、磁热效应和临界行为等进行研究.利用热磁曲线确定了样品的居里温度为297.2 K,等温磁化曲线发现样品没有热滞,通过M²-H/M曲线和Banerjee准则证实样品经历了二级相变,进一步根据Maxwell方程计算样品的等温熵变,场-熵的幂律关系和归一化曲线也验证了二级相变.利用modified Arrott plot(MAP)法、Kouvel-Fisher(KF)法和等温磁化(CI)法求解临界指数,并用Widom标度定律和标度方程验证了临界指数的准确性.最后利用Arrott-Noaks方程对样品的临界行为进一步分析,归一化斜率和磁相互作用距离的分析证实了样品内部磁相互作用的复杂性.

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小口径弹丸侵彻双箭头负泊松比蜂窝夹芯结构的弹道特性

刘洋佐, 徐诚, 马吴宁, 任杰, 张震东

2025,59 (1): 139-150.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.293

摘要 ( 221 )

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通过有限元仿真的方法研究双箭头负泊松比蜂窝夹芯结构的抗侵彻性能,利用小口径弹丸侵彻9种双箭头负泊松比蜂窝夹芯结构,获得双箭头负泊松比蜂窝夹芯结构的弹道特性.通过仿真得到弹丸侵彻过程中姿态变化,建立弹丸侵彻双箭头胞元的动力学仿真模型.仿真模拟表明:当上下面层厚度不变,仅增大芯层双箭头夹角,蜂窝夹芯结构的弹道极限随之降低.对于相同蜂窝夹芯结构,子弹初始速度与结构动能吸收率存在非线性关系,存在某一速度区间使得蜂窝夹芯结构抗侵彻性能最佳.侵彻过程中弹丸周向存在应力分布不均现象,产生非对称作用使弹丸受力环境变化,导致弹丸姿态角改变,最终引起弹丸的侵彻弹道失稳.

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