2021年第44卷第5期文章目次

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  • 1  楼阁式古塔建筑夜景照明色温表现视觉适宜性评价研究
    侯万钧,贾铁,王立雄,王卿臣,李静
    2021, 44(5):1-8. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2020.053
    [摘要](346) [HTML](803) [PDF 5.37 M](785)
    摘要:
    为改善楼阁式古塔建筑夜景照明效果不良的现状,合理优化楼阁式古塔夜景照明色温表现视觉适宜性,在只考虑色温效果视觉呈现的基础上,结合古塔周边夜景照明实际环境特征、古塔照明设计色温应用现状及照明手册色温推荐,开展不同模拟场景下的楼阁式古塔夜景照明色温视觉舒适度主观评价实验,将视觉舒适度评价值作为标签,利用C-SVM支持向量机分类算法构建在不同色温及亮度工况下楼阁式古塔夜景照明色温视觉舒适性主观评价模型,并通过散点图及ROC曲线,对比不同分类模型的分类界面及结果,得到楼阁式古塔建筑最佳色温及亮度表现区间,在不同色温及亮度工况下与视觉舒适度之间的映射关系,进而对楼阁式古塔建筑照明设计色温表现情况进行评价和预测。将C-SVM分类算法与照明领域问题相结合,为设计者更好地利用照明手段还原人们心目中本质的楼阁式古塔建筑特性提供理论依据,改善楼阁式古塔建筑夜景照明效果。
    2  相变材料在集装箱建筑夏季隔热中的性能研究
    郭娟利,杨心悦,刘刚,徐贺
    2021, 44(5):9-17. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2021.05.002
    [摘要](402) [HTML](1178) [PDF 4.98 M](816)
    摘要:
    集装箱无蓄能围护结构箱体能耗和室内温度波动都较大,传统的围护结构设计方法无法将室内温度有效维持在舒适的温度区间内。将相变储能技术合理地应用于集装箱围护结构设计中能够大大提升其热工性能并有效地调整室内的温度波动。以微胶囊相变材料为例,通过利用Design Builder软件模拟分析法研究建筑内扰、相变层设计等影响参数对其调温性能的影响规律,分析相变材料在集装箱箱体复合围护结构中的适应性设计方法,可知集中在白天使用的集装箱建筑采用厚30 mm、相变点为29℃的相变复合墙体能够有效提高建筑夏季热舒适度,得出集装箱相变复合围护结构优化设计方法及对室内热舒适的影响规律,为相变材料在集装箱建筑中的设计应用及评价方法提供了理论支持。
    3  基于表面粗糙度修正的冷却风扇数值模拟方法研究
    傅佳宏,张宇,肖宝兰,张旭方,左强
    2021, 44(5):18-25. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2020.056
    [摘要](491) [HTML](596) [PDF 1.10 M](780)
    摘要:
    为了进一步提高冷却风扇多重参考坐标系(MRF)模型的数值模拟精度,结合壁面函数进行粗糙度修正,并分析MRF模型的影响因素。首先,以黏性底层中第一层网格离壁面的无因次速度u+与距离y+相等为依据,得到粗糙度常数、粗糙度高度与y+之间的代数关系;根据实际壁面类型,得到修正后的y+值与第一层网格高度,将其带入标准壁面函数进行近壁面修正。最后,以某型号冷却风扇为例,研究湍流模型、网格数量、表面粗糙度修正等因素对风扇数值模拟结果的影响。结果表明,模型可以更好地处理高应变率及流线弯曲程度较大的流动,更适合风扇的旋转流动,对风扇等旋转机械的模拟具有更高的准确性;过密的网格数量会使得计算结果出现波动;表面粗糙度修正改善了性能曲线上的一些畸点,在风扇常用工况范围内,使得试验值与仿真值的偏差由5%降低到修正后的3%以内。
    4  非线性连续卸荷路径下黄土的强度与变形特性研究
    伏映鹏,廖红建,刘雪刚,李瑶,张继文
    2021, 44(5):26-37. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2020.05.004
    [摘要](399) [HTML](682) [PDF 8.44 M](745)
    摘要:
    竖向卸荷状态下黄土的强度与变形特性对挖方区边坡失稳研究有重要的理论意义,从工程应用角度出发基于伯努利方程改进了室内直剪仪,即利用水箱代替砝码进行加、卸载,研究了非线性连续卸荷路径下黄土的强度与变形特性。研究发现:非线性连续卸荷路径下土体剪应力-位移曲线与未卸荷状态不同,具体表现在非线性连续卸荷过程中剪应力不仅与剪切位移有关也与卸荷比(R)有关;剪应力(τ)剪切位移(δ)空间中,同一初始固结压力下,试样在卸荷比(R)较小时剪应力-剪切位移曲线与未卸荷时基本重合,当卸荷比(R)增大到一定值后,剪应力-剪切位移曲线出现软化现象,且卸荷速率越大,软化越明显;同时非线性连续卸荷工况下,抗剪强度与初始固结压力有关,随着初始固结压力的增加,卸荷引起的超固结效应明显增强;基于Mohr-Coulumb强度准则,采用指数衰减的数学模型可以较好描述非线性连续卸荷过程中强度参数的演化规律。
    5  基于改进粒子滤波算法的Bouc-Wen模型参数在线识别方法
    王涛,刘媛,潘毅,孟丽岩,包韵雷
    2021, 44(5):38-49. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2020.055
    [摘要](746) [HTML](1181) [PDF 6.57 M](784)
    摘要:
    在线模型参数更新是提高结构混合试验中数值子结构模型精度的有效手段。为了提高强非线性模型参数在线识别精度,在标准粒子滤波算法的基础上提出了一种改进的辅助无迹粒子滤波算法。在重要性采样中,基于最新观测信息采用无迹卡尔曼滤波方法计算每一个粒子估计,以提高粒子非线性变换估计精度;在重采样过程中,引入辅助因子修正粒子权值,以丰富粒子多样性、削弱粒子退化现象。采用改进粒子滤波算法针对Bouc-Wen模型进行了在线参数识别,并与标准粒子滤波算法、扩展卡尔曼粒子滤波算法以及无迹粒子滤波算法的参数识别精度和计算效率进行对比分析。结果表明,与其它3种算法相比,辅助无迹粒子滤波算法在单步计算耗时增加的基础上,在线参数识别精度明显提高,参数识别值波动幅度显著降低。最后,通过橡胶隔震支座拟静力试验,验证了采用改进粒子滤波算法在线识别Bouc-Wen模型参数方法的有效性。
    6  不同成型方式乳化沥青冷再生混合料力学特性研究
    易勇,蒋应军,谭云鹏,胡永林,陈浙江
    2021, 44(5):50-58. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2020.211
    [摘要](366) [HTML](1035) [PDF 4.71 M](537)
    摘要:
    为深入探讨不同成型方式对乳化沥青冷再生混合料力学特性的影响,通过制备马歇尔试件、圆柱体试件,研究了垂直振动法和传统方法对冷再生混合料力学特性的影响,并应用Weibull分布建立疲劳方程。结果表明:与传统方法设计的冷再生混合料相比,垂直振动法最佳含水率降低10%,乳化沥青最佳用量降低10%,最大干密度提高1.021倍;与马歇尔试件相比,垂直振动圆柱体试件马歇尔稳定度MS、25℃劈裂强度、冻融劈裂强度分别提高40%,32%及57%;通过疲劳方程的截距a和斜率b可看出,垂直振动法试件在高应力下抗疲劳性能和对应力变化的敏感性优于马歇尔法试件,即垂直振动法a值大于马歇尔法,b值小于马歇尔法。
    7  多参数影响下输电线链式脱冰实验研究
    李孟珠,晏致涛,熊辉,游溢
    2021, 44(5):59-67. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2020.209
    [摘要](303) [HTML](501) [PDF 2.13 M](589)
    摘要:
    输电线路脱冰振动产生的动态张力严重时将会导致线路断裂、倒塌等事故。文章以某工程为原型,基于动力相似理论,设计出1∶30的单跨覆冰输电线的缩尺模型,采用电磁铁控制集中重物的释放来模拟覆冰输电线中冰荷载的脱落,开展链式脱冰和瞬时脱冰实验研究。研究了脱冰速度、脱冰方向,以及高差和防振锤单跨输电线脱冰振动响应的影响。结果表明:链式脱冰比瞬时脱冰跳跃高度低;无论是链式还是瞬时脱冰,脱冰跳跃最大高度随脱冰速度减小而减小,最终趋于瞬时脱冰的50%;在有减振装置防振锤情况下,链式脱冰减振效果更加明显;跳跃最大高度随高差倾角的增大而急剧增大,从中间到两边的脱冰方式最不利。
    8  考虑公司经营状况和全网现状的高压配电网工程精细化事前评估方法
    张林,王浩,邓强,向菲,黄刚,陆正媚,颜伟
    2021, 44(5):68-77. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2020.213
    [摘要](348) [HTML](557) [PDF 969.66 K](685)
    摘要:
    现有高压配电网工程的事前评估方法没有考虑供电公司的投资能力和公司下属高压配电网技术经济整体水平,容易给供电公司带来较大的投资风险和"重复投资"问题。此外,现有评估方法通常基于单一负荷水平的电网状态对工程所改造的局部电网进行评估,没有考虑电网时序状态的变化,难以从全年角度反映电网的技术经济水平。为此,文中首先对供电公司的经营状况和下辖高压配电网全网现状进行评估,然后对工程涉及的局部电网改造前后的全年8 760 h的时序运行状态进行精细化模拟,并建立了精细化评估指标进行评估。算例表明,该方法评估结果能够体现公司经营状况和全网现状的影响,能够从全年角度反映工程对局部电网的提升效果。
    9  热阴极低压汞灯驱动及光强稳定方法
    秦玉倩,段发阶,傅骁,黄婷婷
    2021, 44(5):87-94. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2020.216
    [摘要](589) [HTML](1152) [PDF 1.68 M](924)
    摘要:
    热阴极低压汞灯可作为冷原子吸收测汞仪的紫外光源,但使用传统电子镇流器驱动时,其光强存在波动大、温漂严重等问题,不能满足痕量汞成分检测低检出限的要求,因此提出了一种热阴极低压汞灯驱动及光强稳定方法。构建了直流低压供电下的自激式电流馈电推挽谐振逆变电路拓扑,并基于等效电路模型设计电路参数,实现了汞灯预热启动和正常发光;以光强反馈方式构成了闭环控制系统,并对系统频域进行分析与优化设计,提高了光强稳定性。通过仿真实验验证了逆变电路的可行性,并搭建冷原子吸收测汞系统进行了测试,实验结果表明汞灯光强波动小于0.15‰,50 min内基线漂移小于0.06‰。
    10  直线扫描CT检测碳纤维复合芯导线缺陷研究
    吕中宾,田忠建,刘光辉,张博,叶中飞,刘丰林
    2021, 44(5):95-103. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2021.05.011
    [摘要](546) [HTML](737) [PDF 2.95 M](738)
    摘要:
    碳纤维复合芯导线作为常见的增容导线之一,在架空输电线路中应用广泛。由于碳纤维复合芯导线芯棒在施工过程中易受损伤,并诱发导线断股和断线等故障,亟需研究在役碳纤维复合芯导线的无损检测技术。由于传统的X射线检测方法尚无法检测多股铝线和有机复合材料芯棒绞合结构条件下芯棒的损伤,文中提出了一种利用直线扫描CT检测在役碳纤维复合芯导线的方法。此方法采用射线源探测器围绕固定检测对象作相对平行直线运动的扫描方式,具有结构简单、便于安装等优点。设计了一段以及两段直线扫描CT模型,搭建了原理实验平台,在实验室条件下对断裂、劈裂和裂痕3种常见芯棒缺陷进行了小批量检测实验。结果表明,一段直线扫描CT可快速检测较大的芯棒缺陷,两段直线扫描CT可检测微小的芯棒缺陷。相比于传统的X射线透射成像检测,直线扫描CT成像为在役架空导线内部缺陷检测提供了新思路和参考。
    11  基于BP神经网络的静液压变速器控制研究
    陈阳,姚丽萍,谢守勇,李明生,张军辉
    2021, 44(5):104-114. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2021.05.012
    [摘要](426) [HTML](567) [PDF 1.86 M](798)
    摘要:
    静液压变速器(HST)的操控性是农用车辆性能提升的关键,采用一种基于BP (back propagation)神经网络的新型控制策略,对HST马达输出转速的动态特性进行研究。基于变量泵定量马达静液压传动系统的数学模型,首先对比研究了传统PID控制、模糊控制以及BP神经网络控制3种方法的控制效果,结果表明:与传统PID控制和模糊控制相比,BP神经网络控制能有效抑制系统超调量并降低马达转速波动,减小系统达到稳态的调节时间,具有良好的鲁棒性。基于此,提出采用BP神经网络控制方法对具有更大马达转速变化范围的变量泵变量马达传动系统进行调查,研究结果表明,在对变量泵、变量马达分段控制中,该方法能实现较稳定的切换效果;在不同的负载等效转动惯量下,马达转速均能达到稳定状态,且由负载引起的转速波动也得到降低。研究结果表明,BP神经网络控制方法对变量泵变量马达传动系统具有潜在的控制优势。
    12  基于UKF的无线传感器异步数据融合优化算法
    张辉,黄向生
    2021, 44(5):115-123. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2021.05.013
    [摘要](347) [HTML](676) [PDF 1.81 M](912)
    摘要:
    提出了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的无线传感器异步数据融合算法,利用RNAT机制识别无线传感器网络中的冗余节点,构造数据冗余树来实现冗余数据的去除。根据重复数据消除的结果,在每个传感器检测范围半径相等的环境下,采用四圆定位法,任意选择2个检测目标信息的节点,计算2个圆形检测区域边界的交点,根据迭代法找到并近似目标。设定了不同传感器的原始传感器相互独立、同一传感器不同原始量测量值相互独立的前提条件,计算出各通道的测量值,利用未测量卡尔曼滤波器以滤波的形式更新测量值,引入卡尔曼滤波增益矩阵,并结合异步数据定位结果实现数据融合。实验结果表明,融合后的数据利用率高于现有结果,算法耗时短、能耗低,且具有较高的数据融合精度,整个融合的准确率在90%以上。
    13  三轮移动机器人的精确运动控制设计
    文相容,周宇生
    2021, 44(5):124-134. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2021.05.014
    [摘要](431) [HTML](786) [PDF 809.10 K](1110)
    摘要:
    首先利用几何结构关系理清了三轮移动机器人的所有非完整约束和完整约束,然后结合非完整力学系统的Euler-Lagrange方程计算得到其动力学方程。为了使得三轮移动机器人能够精确地沿着给定的轨迹曲线运动,将目标轨迹曲线转化为速度形式,然后通过引入一个微分同胚变换将该速度目标转化为和实际初始速度更为接近的形式,从而达到尽量减少控制系统的初始速度误差和累积位置误差的目的,最后结合最优控制和积分滑模控制方法为三轮移动机器人设计鲁棒跟踪控制器。仿真结果显示,提出的轨迹跟踪目标设计和控制方法能使三轮移动机器人精确沿着给定目标轨迹曲线运动,并具有一定的鲁棒性。
    14  基于机器学习的深基坑三维土层重建
    王朱贺,李楠,张希瑞,苏想
    2021, 44(5):135-145. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2021.05.015
    [摘要](550) [HTML](618) [PDF 2.52 M](825)
    摘要:
    在深基坑施工过程中,需要通过少量钻孔数据来进行土层三维模型重建,以获取土质信息分布。提出一种基于机器学习的土层重建方法,首先设计土层生成算法来进行土层训练数据集的数据增强。然后根据钻孔信息数据结构设计了预测模型特征编码方法,作为预测模型的标准输入,通过搭建卷积神经网络模型,对土层结构进行特征提取,形成土层预测模型。随后,利用预测模型对待预测地块中的离散格点进行土层属性预测,获得土层体数据。最后,对土层体数据利用Marching Cubes算法生成封闭等值面,形成土层实体块,从而实现了对三维土层的重建。本模型能够适应不同层数、不同类型的地层,具备了实际工程应用的初步条件。
    15  利用改进DBSCAN算法的管制雷达目标标定方法
    靳慧斌,刘海波,胡占尧,霍百明
    2021, 44(5):146-154. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2021.05.016
    [摘要](436) [HTML](534) [PDF 1.06 M](624)
    摘要:
    为探究基于眼动数据的管制雷达目标标定方法,利用雷达管制模拟机、眼动仪等搭建实验平台,召集8名管制学员参加模拟航空管制实验并收集眼动数据。使用具有噪声的基于密度的聚类算法(DBSACN,density-based spatial clustering of applications with noise)处理注视点数据过程中,主观输入的参数会导致无法很好完成聚类,笔者提出基于K-最邻近算法和变密度阈值设定法,从自适应选取邻域值和变密度阈值设计两方面对DBSCAN算法进行改进,并实现了算法的自适应运行。对改进过程中采用拟合分布密度函数极值点结合放大系数确定邻域值的方法进行验证,发现对不同雷达目标误差仅为8.6%和10%,表明改进方法具有一定的适用性。通过比对不同航空器目标兴趣区的提取结果,发现提出的管制雷达目标标定方法具有一定的准确性和普适性。

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