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• 2019年, 40卷, 第6期
  刊出日期：2019-11-10

    

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  撞击流对喷雾燃烧强化机理的数值模拟

  杜敏, 卢麒丞, 宋亮, 黄彬, 罗明, 王助良

  2019, 40(6): 621-628. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.06.001

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  为了掌握液体燃料喷雾撞击燃烧过程中不同流场条件对燃烧过程的关键影响因素及其影响规律,进而探索不同流场条件对喷雾撞击燃烧过程的强化机理,采用数值模拟方法对同轴对置式双喷嘴撞击流喷雾燃烧进行研究.结果表明:燃料质量流量相同时,双喷嘴撞击流对燃烧存在明显的强化作用;随着入口速度的增加,燃料蒸发与反应速率提高,燃烧温度增加;两喷嘴存在一个最佳间距,使得燃烧效果最佳,随着喷嘴间距的增加或减小,燃烧反应都会减弱;喷嘴夹角为180°时,燃烧效果最佳,随着喷嘴夹角的减小,蒸发速率会增加,燃烧反应会受阻.
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  基于SFMEA和三角模糊软集的电池系统风险评估

  郝刚1,2, 金涛1, 于利峰1

  2019, 40(6): 629-635. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.06.002

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  针对以锂离子动力电池为代表的典型复杂机电系统设计阶段的可靠性提升和潜在失效模式风险评估等问题,提出了将SFMEA和三角模糊软集融合分析的锂离子动力电池系统设计阶段风险评估方法.在对锂离子动力电池系统层次划分的基础上,引入评估专家群对潜在失效模式开展独立分析,利用专家风险评估矩阵收集初评数据与三角模糊软集进行模糊化和信息融合计算,计算结果利用梯级平均综合方法清晰化处理,通过故障模式融合参数分解与权重分配,得出风险评估结果,并进行风险的评分和排序.结果表明:融合三角模糊软集进行风险评估的SFMEA在系统设计初期将风险模式与评估结果的量化与评分,能够在系统级设计方面提高设计的稳健性,降低系统失效的风险;该方法在锂离子动力电池系统设计风险评估阶段的适用性良好.
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  基于结构分析的48 V微混系统的故障诊断

  王志鹏1, 杜常清1,2, 胡杰1,2, 顾炎麟1, 任卫群3

  2019, 40(6): 636-642. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.06.003

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  介绍了48 V微混系统的工作原理和结构分析法的运用过程，在Matlab／Simulink仿真软件中建立了48 V微混系统仿真模型,针对48 V微混系统中传感器与同步带传动的常见故障模式进行了分析，根据结构分析法(SA)原理,筛选出与48 V微混系统故障模型相对应的5个最小型超定方程集(MSO sets),并结合诊断策略定义系统故障特征向量,设计了高效、可靠的故障检测与隔离系统(FDI).仿真结果表明:基于结构分析的故障诊断方法相对传统诊断方法减少了观测值数量,从而简化了诊断算法;该48 V微混系统故障模型中的所有故障均可相互隔离,且该故障检测隔离系统仅利用5个观测值即可实现48 V微混系统中10种系统故障的检测与隔离.
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  回油槽结构参数对轴承腔油气两相流的影响

  杨培杰1,2,3, 鹿鹏1,2,3, 方露露1,2,3, 王向阳1

  2019, 40(6): 643-648. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.06.004

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  针对航空发动机轴承腔滑油回收和冷却困难等问题,对现有轴承腔回油结构进行了改进,基于VOF多相流模型,采用CFD软件对腔内油气两相流动及换热进行瞬态数值模拟,分析了回油槽结构参数对腔内滑油滞留体积分数、回油比和壁面对流换热系数的影响.结果表明:随着转速增大,轴承腔的回油能力呈下降趋势,而壁面换热能力逐渐增强;随着槽宽的增加,滑油滞留体积分数先减小后增大,而回油比逐渐增大;随着槽深的增加,滑油滞留体积分数逐渐减小,回油比呈增大趋势;相比于基础模型,窄槽(w=1.0)和浅槽(h=1)能有效提高轴承腔壁面换热能力;适当调整回油槽位置可提高轴承腔回油与换热性能.
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  海带结热泵干燥特性及数学模型研究

  胡自成1, 秦浩1, 鲍全2, 葛凤华1, 高绪浩1

  2019, 40(6): 649-654. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.06.005

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  采用双蒸发器常闭式热泵干燥技术,以海带结为物料,试验研究其在不同设定干燥温度(35,40,45,50 ℃)和装载密度(8.29,32.29,42.71 kg?m-3)条件下的干燥特性及水分比变化规律,并对试验数据进行拟合,得到其干燥数学模型.结果表明:干燥温度为35～50 ℃时,随着设定干燥温度的提高,单位除湿能耗比先增加后减少,而干燥时间先减少后增加;装载密度为8.29～42.71 kg?m-3时,装载密度越大,干燥时间越长,单位除湿能耗比越大;在试验条件范围内,设定干燥温度为45 ℃、装载密度为32.29 kg?m-3,是海带结最佳干燥工艺参数,此时单位除湿能耗比为1.625 kg?(kW?h)-1,干燥时间为260 min,Page模型的预测值与试验结果基本吻合,可用其预测海带结热泵干燥特性及水分比随时间的变化规律.
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  水夹层式pVTt标准装置容器温度场数值模拟

  李伯全1, 陈彩俊1, 张嘉琛1, 石建荣2

  2019, 40(6): 655-661. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.06.006

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  针对pVTt法气体流量标准装置运行过程中存在容器内气体稳定时间逐渐变长的问题,探索标准装置容器内温度场快速稳定的机理和途径,建立其双向流固热耦合数学模型及自然恒温模式和水夹层式恒温模式下的温度场仿真模型.采用COMSOL多物理场耦合软件对进气过程和恒温过程进行了仿真和试验对比分析.结果表明:水夹层式恒温模式可以有效消除自然恒温模式下存在的严重温度梯度现象,缩短标准装置容器内气体稳定时间;影响标准装置容器内气体快速稳定的主要因素是容器进气气源温度和水夹套中水温间的温度差,保持水夹套中水温与标准装置进气气源温度基本一致,可以有效缩短标准容器内气体稳定时间,提高气体流量计检定工作效率.
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  不同密度气体射流混合过程的大涡模拟

  张春1, 王平2, 曾海翔1, 李伟超1

  2019, 40(6): 662-667. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.06.007

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  对不同密度气体在圆管射流情况下的湍流混合过程进行了大涡模拟计算,研究气体密度比对下游气体混合过程的影响.考虑了氦气和二氧化碳分别射入空气中的两种情况,其雷诺数分别为7 000和32 000.计算得到的速度、质量分数等各项参数均与试验结果吻合良好,研究表明在相同的射流动量通量下,低密度射流比高密度射流混合发展得更快.同时验证了变密度射流的准相似性,并分析了其中的相干涡结构.计算研究了CO2射流在不同射流速度下的湍流场,发现低速射流相比于高速射流具有更高的混合速率.
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  基于逆透视变换的条播作物早期作物行识别

  赵学观1,2, 马伟1,2, 高原源1, 臧云飞3, 何义川4, 王秀1,2

  2019, 40(6): 668-675. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.06.008

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  根据条播作物田间作业的对行要求,提出了一种新的作物行检测方法.首先通过选取透视图像中底部区域进行垂直投影,获得透视图像中作物行的边缘点并进行逆透视变换,然后基于逆透视变换算法消除图像几何失真,利用骨化算法求取逆透视图像中作物行的骨架线交点集,在逆透视变换图像中根据边缘点对骨架线交点集进行划分,最后对交点集分类后的作物行进行拟合,以获取不同的作物行.通过对300幅不同生长条件下的小麦作物行图像进行识别试验,其行识别拟合结果表明:作物行拟合的平均误差为2.136 7°,标准差为1.024 3°,平均耗时为0.364 7 s,能够满足实时工作要求.
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  路面雨水水质特性及弃流试验

  黄勇强, 刘灿灿, 赵文亮, 吴丹妮

  2019, 40(6): 676-680. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.06.009

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  对10场典型降雨的路面雨水取样并检测,分析城市区域雨水径流的污染状况和水质变化规律.结果表明:降雨初期径流污染严重,路面初期雨水径流SS,COD,NH3-N和TP最高质量浓度可分别达到410.00,282.40,11.18和1.20 mg?L-1;随着降雨的进行,污染物质量浓度逐渐下降,最后趋于稳定.在实地检测和理论分析的基础上,对路面初期雨水进行弃流工程模拟试验,初期雨水弃流量为3 mm时,路面雨水的COD,TP,SS和NH3-N的削减率分别可达到48.15％,51.77％,56.91％和33.45％,可将初期雨水弃流作为路面雨水回用系统的一级处理,以改善不同降雨模式下的水质.
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  一种基于区域显著性识别的红外图像增强方法

  顾振飞1,2, 袁小燕1, 张登银2, 孔令民3, 李想1

  2019, 40(6): 681-687. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.06.010

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  针对红外图像纹理细节不足和对比度下降的问题,提出一种基于区域显著性识别的红外图像增强方法.首先,通过构建红外图像显著性特征图,识别出红外图像中的显著区域和非显著区域.然后,对红外图像进行反转操作并基于暗通道先验估计出反转红外图像的透射图,再基于图像识别的结果对透射图进行修正.最后,基于简化大气散射模型获得增强后的红外图像,并基于细节改变先验进行边缘特征增强.采用了多种类型的红外图像进行试验,并将所提方法与多种当前主流红外图像增强方法进行了主观和客观对比.结果表明,所提方法具有较好的鲁棒性,且平均新增可见边比能达到4.15、平均对比度增益能达到6.47、基于人眼视觉的图像清晰度能提升33％.
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  双转子环形绕组感应电动机设计

  艾萌萌, 徐永明, 夏云彦, 李果

  2019, 40(6): 688-694. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.06.011

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  针对环形绕组感应电动机绕组材料利用率低导致电动机的效率和功率因数偏低的问题,提出了一种双转子环形绕组感应电动机(DRRWIM)的设计.首先分析了DRRWIM的结构、磁路和电路特点,根据分析结果提出一种电动机设计方法.通过该设计方法确定了电动机的基本尺寸,再利用三维有限元仿真分析方法对电动机的电磁性能进行仿真计算.最后根据得到的性能数据与同功率同极数的Y型传统感应电动机进行对比.结果表明,仿真计算验证了DRRWIM设计方法的准确性,电动机的对比证明DRRWIM更加高效节能.
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  基于点对特征和局部参考系的六维位姿估计算法

  王化明, 郭交通, 陈作特

  2019, 40(6): 695-700. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.06.012

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  针对大量物件分拣工作中单目视觉无法精确估计目标位姿从而无法完成随机堆叠工件分拣的问题,以点对特征为基础,提出了基于点云的目标识别和位姿估计算法的改进算法.模型训练阶段,使用改进的下采样方法,保留更多有区分性的点对,构建局部参考系作为补充特征;在线匹配阶段,以距离作为投票权重,并利用匹配点对的局部参考系相似度验证候选位姿;最后通过模型与场景的重叠率筛选未遮挡的多实例目标作为可抓取目标候选.结果表明:在方差为3％,5％倍模型尺寸的高斯噪声下,目标识别率分别可达97％,78％;所有试验的识别耗时均在1 s以内,满足实际需求.
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  地震激励下带多层刚性隔板圆柱形储液罐中流体非线性晃动响应

  王佳栋, 曹占雪

  2019, 40(6): 701-705. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.06.013

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  基于流体子域法,求解带多层刚性隔板圆柱形储液罐中流体的线性晃动模态及频率,引入时变的广义坐标函数,将自由液面波高和流体速度势均展开为广义傅里叶级数,利用多维模态方法即可建立流体非线性晃动的无穷维模态系统,由模态渐进关系可得水平地震激励下的有限维模态系统.基于该模态系统研究了流体的非线性晃动响应,探讨了隔板参数对自由液面波高的影响.结果表明:当隔板内径较小,且靠近自由液面时,隔板对流体晃动的抑制效果较为明显,因此环形隔板是控制流体晃动的一种行之有效的方法.但流体晃动的非线性效应也更加强烈,因此防晃板的设计不能忽略非线性效应.
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  苏州城区凹陷沉积土层对地震反应特征的影响

  金丹丹1, 师梦芹1, 丁文昌1, 朱姣2

  2019, 40(6): 706-712. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.06.014

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  针对土层非均匀分布的苏州城区凹陷沉积场地,采用黏弹性人工边界模拟无限域场地的边界,基于ABAQUS建立大尺度二维有限元模型,分析了加速度峰值、位移峰值、频谱等地震动参数特征,探讨了凹陷沉积土层对地震效应的影响.结果表明:凹陷沉积地震动响应呈现较大的空间差异性,局部位置地表加速度放大效应明显;苏州城区场地敏感周期段为0.20～0.70 s,与水平均匀场地相比,凹陷沉积场地地表反应谱沿横向变化较大,越靠近地表,反应谱谱峰越向长周期方向偏移;由于地震波在局部区域聚焦,凹陷沉积场地PGA值沿深度方向呈起伏变化现象;沿水平方向的PGD随土层深度增加呈非单调递减,且与输入地震动频谱特性相关.大尺度二维模型一定程度上能合理反映微地形起伏、土层分布对地震波传播过程的影响.
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  镀锌钢绞线断丝的自发漏磁检测试验

  周建庭1,2, 杨文琦1,2, 夏润川1,2, 狄海波3, 张嶷3

  2019, 40(6): 713-718. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.06.015

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  为了研究镀锌钢绞线断丝与自发漏磁信号之间的关系,考虑了磁极方向、护套和传感器间距等3个影响因素,设置15根镀锌钢绞线试件,利用万能试验机开展拉伸试验,并通过磁力计测得试件的漏磁信号,得到试件从开始拉伸到断丝的全过程漏磁信号变化,分析了不同因素对漏磁信号的影响.研究结果表明:镀锌钢绞线的拉伸荷载-位移曲线基本上可以分为4个阶段,在各阶段转换处,各漏磁信号分量变化具有明显规律;法向分量和平行钢绞线的切向分量会发生明显的突变,垂直钢绞线的切向分量始终平稳减小.因此,基于自发漏磁的斜拉桥拉索的检测和健康监测中,可以通过处理分析得到漏磁信号分量的变化规律,对拉索受力阶段和断丝情况进行判断.
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  锈蚀钢筋混凝土结构抗力衰变综述(Ⅱ):构件层次

  辛景舟1, 苏欣1,2, 周建庭1, 付雷1,3

  2019, 40(6): 719-726. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.06.016

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  为准确预测钢筋混凝土构件的时变抗力,回顾了锈蚀钢筋混凝土构件力学性能的研究现状,总结了既有锈蚀钢筋混凝土结构的梁、柱抗力衰变模型,指出了现阶段研究存在的不足及有待进一步探讨的方向.结果表明:腐蚀影响下的结构抗力衰变模型的建立尚未达成统一共识;抗力衰变研究主要关注承载力、变形等外部宏观力学性能的演化,对破坏过程中内部细／微观损伤研究相对较少;劣化钢筋混凝土构件试验多采用小比例模型,存在一定的尺寸效应;传统的室内加速锈蚀不足以满足实际构件性能演化的模拟需要,依托人工环境模拟试验平台,应综合考虑外部荷载与内部劣化的耦合影响,开展更为先进的加速锈蚀试验.
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  预制装配式型钢混凝土干式连接节点抗震性能非线性分析

  吴成龙1, 刘继明1, 谭文娅1, 于素健1, 周飞1, 王鹏飞1,2

  2019, 40(6): 727-733. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.06.017

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  为了通过简便有效的干式连接法将型钢混凝土柱-钢梁进行可靠的连接,提出一种承载耗能、施工高效和节能环保的新型预制装配式型钢混凝土组合节点,针对节点模块与钢梁之间的焊接连接、螺栓连接和栓焊混合连接等3种不同连接方式的梁柱节点,利用ABAQUS进行非线性拟静力分析,得到该新型连接节点的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及其延性与耗能系数.研究结果表明: 不同连接方式的新型节点试件滞回曲线饱满,焊接节点、螺栓节点及栓焊混合节点的极限承载力分别为241.7,187.1和198.6 kN,均有稳定的强度及刚度退化性能;节点延性系数依次为6.02,8.24和4.25,等效黏滞阻尼系数依次为0.28, 0.28和0.35,均满足抗震性能的限值要求,表明3种连接方式的节点试件变形性能及耗能能力良好,具有良好的承载能力及抗震性能.
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  基于数字图像的大空隙沥青混凝土离散元模型

  马翔1, 袁则瑜1, 陈满军2， 周培圣1

  2019, 40(6): 734-739. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.06.018

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  为了从细观角度深入分析大空隙沥青混凝土性能,利用 CT扫描获取PAC-13大空隙沥青混凝土内部图像,将三维重构的切片图像和CT横向扫描图进行阈值分割,通过体视学理论选取与真实级配最相近的图像作为集料、空隙结构提取对象,建立了像素边长为0.5 mm的离散元模型,并进行单轴压缩虚拟测试.结果表明:三维重构切片图的级配误差比横向扫描图级配误差小了约20％,重构的切片图级配更具代表性；该模型实现的虚拟单轴压缩试验强度值与室内单轴压缩试验强度值相差小于3％,该模型具有很好的可靠性,这种数字图像建模的方法为研究大空隙沥青混凝土内部细观结构提供了参考.
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  基于位移与内应力监测的钢桥拱肋受力变形

  杨三强, 孙恒飞, 刘娜, 王丕栋, 苏胜昔

  2019, 40(6): 740-744. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2019.06.019

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  以公路桥梁施工监控技术指南为依据,通过实时监测拱肋各施工阶段下的位移与内应力,研究钢桥拱肋的受力变形规律.结果表明:在不同工况下,钢桥拱肋L／4,3L／4处的竖向位移变化区间为0.30～13.50 mm,L／2处竖向位移变化区间为0.25～11.40 mm,位移方向为竖向向下;在各工况下钢桥拱肋两端拱脚内应力变化范围为6.79～26.53 MPa,L／4,3L／4处内应力变化范围为1.60～27.93 MPa,L／2处内应力变化范围为0.21～11.49 MPa,内应力变化为压应力;全跨拱肋对称位置的受力变形变化趋势保持一致,且在工况2时,吊杆张拉后拱肋整体产生最大位移变化与内应力变化,因此该施工阶段应作为受力变形重点监控工况.研究得出了钢桥拱肋在各工况下不同位置的受力变形规律,其研究成果可为钢桥拱肋的施工与监控提供科学的理论支撑与技术指导.