南昌大学学报（工科版）
 
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南昌大学学报(工科版)
 
2021年 43卷 1期
刊出日期：2021-03-28
论文
   
论文
1 刘小文罗海林陈嘉帅
非饱和土渗透系数试验与模型预测及验证
为探究不同方法的适用性,通过压力板仪对江西某地区红土进行土-水特征曲线试验,结合动态多步溢出法、一维土柱试验的湿润锋前进法、CCG模型预测和VGM模型预测4种方法,获得土体在不同压实度下渗透系数与饱和度的关系。利用有限元软件Geo-Studio对一维土柱试验进行仿真分析,将采用VG模型拟合的土-水特征曲线及4种不同方法计算得到的渗透系数函数作为边界条件,得到了相应条件下的浸润锋时程曲线。分析模拟与试验结果发现:CCG模型预测的非饱和土渗透系数与动态多步溢出法计算的结果较为接近且略小于实际渗流情况。由于湿润锋前进法土柱试样较大,其渗透系数较动态多步溢出法大10倍左右,且最接近于土柱试验实际渗流情况。
2021 Vol. 43 (1): 1- [摘要] ( 126 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 214 )
11 吴应雄 郑泽炜 窦慧 陈伟恩
振动台试验用层状剪切型土箱的研制及测试
考虑到土箱边界效应对土-结构振动台试验的影响,设计并研制了一种由15层钢框架叠合而成的层状剪切型土箱,通过在层层框架间设置嵌有滚珠的牛眼轴承,使框架可沿平面外任意方向转动。采用ABAQUS数值模拟和振动台试验相结合的方法,对土箱的动力特性进行分析。结果表明:土箱自振频率和阻尼比与模型土的自振频率和阻尼比相差较大,土箱不会对模型土的自振特性产生不利影响;土体内同一深度处各测点的加速度时程和傅里叶谱吻合度较高,各测点的边界效应指数较低。土箱能够较好地实现土体边界条件以及剪切变形的模拟,用于考虑SSI效应的振动台试验可行。
2021 Vol. 43 (1): 11- [摘要] ( 102 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 241 )
17 刘伟平崔运帷
考虑内部侵蚀作用的砂土应力应变特性
为了研究内部侵蚀作用下砂土应力-应变特性,通过盐溶法进行一系列室内三轴剪切试验,研究了3种间断级配砂土由于内部侵蚀导致细颗粒流失后的应力-应变行为。通过在制样过程中向砂土样中加入一定量的盐,并在受控侵蚀条件下将盐溶于水中,以实现内部侵蚀过程中细颗粒的指定损失,然后对损失后试样进行了三轴压缩试验,研究了不同细颗粒流失量和不同间断级配条件下砂土的应力-应变特性。研究结果表明:随着砂土细颗粒流失量的增加,砂土试样的破坏强度峰值呈逐步降低趋势,摩擦角φ逐步减小,大致呈线性规律,间断级配1、2和3型砂土摩擦角φ分别下降了5.8%、4.3%和4.5%;相同围压作用下砂土试样破坏强度峰值随着细颗粒含量占比的增加呈递减趋势,且围压越大,破坏强度峰值增加越明显;砂土的粗颗粒含量越大,其摩擦角φ越大。
2021 Vol. 43 (1): 17- [摘要] ( 86 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 267 )
22 陈启冬1许立英2陈启冬1许立英2
高烈度区某高层住宅隔震设计应用与分析
位于9度抗震设防区的西昌市某高层住宅结构,采用传统抗震设计方法抗侧力构件尺寸过大,层间位移难以控制,提出采用隔震橡胶支座的基础隔震形式进行设计和分析。通过Midas-Gen建立该结构三维有限元模型,综合考虑隔震层偏心率、抗风等要求,计算了结构水平向减震系数、隔震支座极限应力和上部结构层间位移角等指标。分析结果表明:通过基础隔震设计,隔震层最大偏心率为0.65%,隔震结构X、Y两个水平方向的基本自振周期分别延长至原结构周期2.55倍和2.74倍;隔震后层剪力减少最大超过65.5%,层倾覆力矩减少超过66.0%,水平向减震系数为0.351;在设防地震和罕遇地震作用下隔震支座位移满足要求,且支座拉应力最大仅为0.91 MPa;在多遇地震作用下,结构隔震前的层间位移角不能满足规范要求,隔震后的最大层间位移角为1/1 306。研究结果表明了位于9度区高层住宅,通过合理的基础隔震设计,可以明显降低上部结构响应,结构设计满足规范要求。
2021 Vol. 43 (1): 22- [摘要] ( 111 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 232 )
30 万胜1邱振东2甘建军2万迪文3刘成奕2袁志辉2蔡志伟2
某水利枢纽滑坡综合监测成果分析
为分析某水利枢纽滑坡的变形破坏趋势,以地下水位、土压力为监测重点,集成地表变形监测,对滑体的应力-应变进行了实时监测,利用有限元方法,建立非饱和土Madis GTS NX降雨滑坡数值模型,模拟不同降雨历时下的滑坡力学特性,进行滑坡治理效果数值对比分析。结果表明:降雨入渗引起边坡地下水位的波动,从而引起地表变形发生波动,最大变形值达到40 mm;裂缝最大变形达到55 mm,治理后锚固力逐渐趋于平衡;而数值模拟表明,在极端降雨情况下,滑坡最大变形将达到193.8 mm,治理后最大变形值降低了93%,安全系数增大了1.15倍。
2021 Vol. 43 (1): 30- [摘要] ( 99 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 197 )
36 刘涛1房本勇2邱亚越2汤心仪1黄模佳1
压力容器密封垫片接触应力均匀化的措施
平面法兰与密封垫的接触应力分布极不均匀,接触应力较小处易发生漏油现象。微锥法兰取代替平面法兰可大幅提升密封垫接触应力均匀性。通过建立压力容器两螺栓间的抗弯刚度与简支梁的抗弯刚度等效模型,给出使接触应力均匀化的微锥法兰倾斜角工程确定方法。实验测量和有限元数值仿真结果均表明:采用微锥法兰倾斜角的工程确定方法,能有效改善密封垫接触应力的均匀性,研究成果和措施对压力容器微锥法兰的加工、提高液体油压力容器密封性具有参考价值。
2021 Vol. 43 (1): 36- [摘要] ( 91 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 243 )
43 李想1熊进刚1,2
基于深度学习SSD目标检测算法的混凝土结构裂缝识别
针对当前土木工程混凝土结构裂缝识别效率低、精度不高的现状,基于深度学习理论,提出了一种基于单步多框检测（SSD）的裂缝识别方法。利用labelimg插件制作了2种具有代表性的裂缝数据集BCD和CCIC的数据标签。然后利用大量典型的裂缝图片进行识别训练,比较模型在不同样本类型和数量下训练效果的差异。并通过取样验证、损失值可视化和mAP精度评价等方法,证明该裂缝识别系统精度能达到95%以上并具有一定的普适性。因此,该系统可以应用到实际的裂缝识别任务中,为混凝土裂缝识别提供更高效的途径。
2021 Vol. 43 (1): 43- [摘要] ( 95 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 270 )
52 傅春李军涵
水足迹视角下江西省环鄱阳湖水资源利用评价
为掌握鄱阳湖区域水资源利用情况,探索今后环鄱阳湖区水资源利用发展方向,研究了江西省鄱阳湖周边的九江、上饶、南昌、景德镇、抚州、鹰潭6个市的水资源情况,以水足迹视角出发结合水资源评价体系与脱钩评价模型,分别计算了各市各部门的水足迹强度以及整个区域内水资源利用开发情况。结果显示:环鄱阳湖区农业水足迹对总水足迹影响最大,总水足迹强度与当地农业发展程度有关;农村人均生活水足迹与灰水足迹较城镇人口更大;环鄱阳湖区人均水足迹由1 337.68 m3·人-1上升至1 385.72 m3·人-1,水资源匮乏度和压力指数分别降低13.9%和12.8%;环鄱阳湖区总体水资源利用水平为中等,开发潜力较为一般;根据"以水定城"预测结果,环鄱阳湖区2020年和2030年,承载人口分别能达到4 949.2万人与4 663.8万人,预测GDP分别能达到8 350.9亿元与1 6701.9亿元。
2021 Vol. 43 (1): 52- [摘要] ( 84 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 223 )
57 黄乐1,2朱乐辉1,2黄冬根1,2
隔油+混凝气浮+UASB+MBBR处理含水基切削液清洗废水
针对某机械加工厂含水基切削液清洗废水水质成分复杂,COD、石油类等污染物浓度高且处理难度大的特点,采用"隔油+混凝气浮"预处理去除废水中大量的石油类污染物和悬浮物,再通过"UASB+MBBR"降解废水中难降解有机污染物。结果表明:该组合工艺对COD、石油类、悬浮物平均去除率分别达95.5%、98.8%、92.1%,最终出水水质ρ（COD）≤500 mg·L-1、ρ（石油类）≤20 mg·L-1、ρ（悬浮物）≤400 mg·L-1,满足所在工业园区污水处理厂纳管标准;废水处理成本为6.7元·m-3,处理成本合理。
2021 Vol. 43 (1): 57- [摘要] ( 84 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 244 )
62 史鸿枫刘明春黄菊花
智能电动车辆横纵向协同运动控制
针对车速变化下的车辆轨迹跟随稳定性问题,提出一种基于模型预测控制（MPC）与滑模控制结合的横纵向协同控制策略。建立描述车辆纵向、横向及横摆运动状态的三自由度动力学模型;然后,设计模型预测控制器对车辆期望轨迹进行跟踪,考虑车辆行驶运动过程中横纵向耦合问题,将纵向车速作为横向控制系统的状态量,并利用反馈矫正机制不断更新预测模型;在此基础上,采用滑模控制算法对期望车速及加速度进行跟踪,并采用饱和函数作为指数趋近率以减小抖振;采用基于规则的制动转矩分配方式得到行驶过程中各个车轮的需求转矩。该控制策略考虑了车辆动力学中的横纵向耦合问题,可在线处理车辆动力学约束,将车辆稳定跟踪期望轨迹的问题转化为求解带约束的最优控制问题。仿真结果表明所提出控制策略的有效性。
2021 Vol. 43 (1): 62- [摘要] ( 105 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 249 )
73 文华曹昊
不同流量下T型微通道结构对液滴生成特性的影响
为探究不同流量下不同T型微通道对液滴生成特性的影响,建立了适用于液液两相流模拟的计算模型,并采用了VOF法进行数值求解。模拟过程中通过改变T型微通道结构、连续相毛细数、两相流动方式、分散相流量以及两相流量比对微液滴的形成机制进行分析。结果表明:随连续相毛细数增加,液滴尺寸会持续减少。两相界面周围由于速度差异会出现涡,随着速度差异增大,涡的形态也会随之改变。液滴尺寸会随着分散相流量增加先增加后减小。微通道结构以及两相流动方式的改变在高流量下对液滴尺寸近乎没有影响,但是会对能产生微液滴的两相流量比范围有较大影响。
2021 Vol. 43 (1): 73- [摘要] ( 110 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 267 )
79 刘继忠旷有涛金颖李祎李道良
一种VR/AR液压拆装实验教学系统的开发和实现
为解决液压传动拆装实验教学存在的设备少,实验教学成本高等问题,借助虚拟现实和增强现实技术,基于Unity3D开发出一套液压拆装实验系统,实现了沉浸式结构展示、交互拆装和知识考核等功能,达到了实际液压拆装实验教学目的。基于Unity3D开发设计了PC端VR系统和手机APP端AR系统,不仅借助沉浸式技术提升了学生学习兴趣,节约了实验教学成本,还具有易用性和广泛推广性,并为高校新型实验教学模式提供了参考。
2021 Vol. 43 (1): 79- [摘要] ( 90 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 281 )
85 韩璐宋海亮宋佳刘太豪
基于特征提取的FA-BP短期光伏发电预测
为解决光伏发电受详细、复杂的天气数据所影响的问题,提出一种基于特征提取的萤火虫算法（FA）优化误差回传神经网络（BP神经网络）的FA-BP短期光伏发电预测模型。为提高收敛速度利用主成分分析法（PCA）对光伏发电历史数据以及历史天气数据进行降维与去噪,选取影响光伏发电的主要成分并构建PCA-BP预测模型。并利用FA对PCA-BP预测模型进行阈值和权值的优化,进而构建PCA-FA-BP的光伏发电预测模型。再将提出的PCA-FA-BP预测模型与BP神经网络预测模型、PCA-BP预测模型以及单一的FA-BP预测模型进行光伏发电预测效果对比与分析,通过仿真结果表明:PCA-FA-BP预测模型拥有更佳的训练效果以及预测精度。
2021 Vol. 43 (1): 85- [摘要] ( 97 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 247 )
90 丁梦妮1舒展2王淳3陈宇杰4程思萌2陶翔2
特高压交直流接入后江西电网第三道防线适应性分析
预计未来2年内雅中特高压直流输电工程和华中特高压交流双环网均将在江西建成投运,但目前还未有针对江西电网第三道防线在特高压交直流接入后的适应性问题进行分析的文献。以此为背景,提出一套适应性分析的方案,通过仿真软件PSASP对第Ⅲ类故障中的死区故障、中开关拒动故障的故障形态进行模拟和仿真,分析不同站点故障对电网运行的影响,并根据江西电网第三道防线配置现状及相关要求采取切机、切负荷等措施。仿真结果表明:江西电网第三道防线能够较好地解决大部分严重故障,在采取安控措施后系统可恢复至稳定状态,具有较好的适应性。
2021 Vol. 43 (1): 90- [摘要] ( 73 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 253 )
97 黄煌杨胡萍彭鑫周睿肖思敏
考虑Pareto改进的售电公司最优购售电模型
为保证电力市场各参与主体在盈利不受损的前提下实现售电公司利润最大化,研究售电公司购售电策略很有必要。分析电力市场交易行为建立售电公司、发电公司、电网公司和工业电力用户的利润函数。使用罚函数法引入Pareto改进约束,然后利用量子粒子群算法计算得到售电公司最优购售电模型,并将该模型与未引入Pareto改进约束下的模型进行对比。结果表明:不考虑Pareto改进约束会对其他市场主体造成损失,导致市场总利润降低。售电公司各时段售电量高于电力用户最大所需电量导致电力用户购电成本增加,是电力用户日利润减少的主要原因;采用考虑Pareto改进约束的购售电模型可以避免售电公司盲目追求利润最大化而损害其他主体利益,有助于促进电力资源合理配置,避免系统长期在约束边界运行,降低系统故障的风险。
2021 Vol. 43 (1): 97- [摘要] ( 94 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 250 )
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