同济大学学报(自然科学版)

1915 年创刊

月刊

ISSN 1000-0054

CN 11-2223/N.

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土木工程与建筑学

  • 模拟月壤微观结构形态的定量化研究新方法

    蒋明镜;奚邦禄;李立青;戴永生;

    针对土体的微观结构测试设备价格较高、操作相对复杂以及传统的微观结构测试主要针对单一粒组进行的缺陷,以同济一号(简称TJ-1)模拟月壤为例,介绍了一种可测定由不同粒组组成的砂样微观结构参数(如长短轴比例、粗糙度)的新方法.通过电镜扫描获取TJ-1模拟月壤不同粒组颗粒的高倍清晰照片,利用AutoCAD和MATLAB软件获取各粒组的微观结构参数.采用离散元数值试验,近似确定TJ-1模拟月壤中各粒组颗粒所受接触力占所有颗粒接触力的权重,并与各粒组形态参数的平均值相结合,采用加权平均,最终获取TJ-1模拟月壤形态参数的代表值.

    2015年08期 v.43 1123-1128+1233页 [查看摘要][在线阅读][下载 282K]
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  • 基于损伤理论的钢筋混凝土结构裂缝分析

    任晓丹;李杰;

    依据裂缝开展与受拉损伤演化之间的内在联系,提出了基于损伤变量估计裂缝宽度的基本方法.将模型与损伤本构关系以及非线性有限元方法结合,可以精细地描述钢筋混凝土构件在外力作用下的非线性行为,特别是裂缝开展规律.与试验结果的对比表明,该方法不但具有良好的精度,而且能够描述构件非线性发展全过程中裂缝产生和扩展的规律.基于该方法精细分析混凝土结构中裂缝产生和发展的过程,可以为实际工程的分析和设计提供有力的依据.

    2015年08期 v.43 1129-1134页 [查看摘要][在线阅读][下载 228K]
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  • Q690D高强钢箱形截面柱的滞回性能

    陈素文;陆志立;陈星;李国强;

    为深入研究Q690D高强钢焊接箱形截面柱的滞回性能,在低周反复加载试验的基础上,对Q690D高强钢焊接箱形截面柱在低周反复荷载作用下的滞回反应进行有限元模拟,从试验和有限元分析所得的滞回曲线和骨架曲线看,Q690D高强钢焊接箱形截面柱的滞回曲线饱满,耗能能力良好.通过和试验结果的对比,验证了所建有限元模型的正确性.利用已验证的有限元模型分析了轴压比、构件长细比、壁板宽厚比对高强钢焊接箱形截面柱滞回性能的影响,分析结果表明高强钢柱的二阶效应影响不可忽略.在试验与有限元分析的基础上,提出Q690D高强钢焊接箱形截面柱的弯矩-曲率滞回模型,为Q690高强钢结构的弹塑性地震反应分析提供依据.研究结果表明,该滞回模型能够准确预测Q690D高强钢焊接箱形截面柱的滞回性能.

    2015年08期 v.43 1135-1143页 [查看摘要][在线阅读][下载 445K]
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  • 断层地震动对隔震桥梁地震响应的影响

    杨怀宇;李建中;

    以一跨断层简支桥梁为工程背景,根据已有脉冲模型,生成了模拟断层效应的地面运动.在此基础上,建立了跨断层桥梁空间有限元模型,应用非一致激励的非线性时程分析方法,研究了断层断裂效应对隔震桥梁的影响.还分别针对采用铅芯橡胶支座和盆式橡胶支座两种支座系统,研究了考虑和不考虑断层跨越效应对结构的地震响应影响.研究结果表明,断层效应对结构的地震响应影响非常大,会较大地增加结构地震响应.

    2015年08期 v.43 1144-1152页 [查看摘要][在线阅读][下载 391K]
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  • 水泥土复合式支护结构的综合刚度矩阵法

    上官士青;杨敏;刘尊景;蔡伟铭;

    提出一种综合刚度矩阵来描述水泥土墙-钻孔灌注桩复合支护结构的抗弯性能.在平面梁单元理论的基础上,通过引入新的自由度——混凝土桩与水泥土体摩擦力作用距离,并结合平截面假定和单桩剪切位移法,建立了垂直和水平两个方向上的位移函数,推导了复合式支护结构的综合刚度矩阵.根据最小势能原理,推导时增加了对水泥土墙和内插灌注桩之间的摩擦做功以及混凝土桩拉伸弹性势能的考虑.通过工程实例进行验证,结果表明该方法可行且计算结果与监测数据吻合较好.

    2015年08期 v.43 1153-1158+1186页 [查看摘要][在线阅读][下载 232K]
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  • 不同埋深下大直径盾构隧道横向刚度有效率

    李晓军;黄伯麒;杨志豪;李新星;

    盾构隧道衬砌结构整体性能受到纵缝及环缝接头不连续性的影响,接头受力状态随埋深变化发生改变,其刚度也将发生变化,进而引起结构整体刚度的改变,对于大直径深埋盾构隧道这一影响更为突出.基于该问题,以上海沿江通道越江隧道典型衬砌结构为例,采用横向变形等效原则,参考管片接头结构试验结果,研究大直径盾构隧道横向等效刚度随埋深而变化的规律,并考察了地基刚度与错缝拼装对于计算结果的影响.结果表明,大直径盾构隧道的横向刚度有效率与埋深有较大关联,覆土较浅时变化规律相对复杂,覆土厚度超过1.0倍直径后随埋深整体上呈现先递增而后递减的趋势,在埋深达到2.0倍直径后由于地层成拱效应不再继续降低,上述规律还受到地层条件的影响.研究成果对于大直径盾构隧道的设计与计算具有一定的参考价值.

    2015年08期 v.43 1159-1166页 [查看摘要][在线阅读][下载 491K]
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  • 连续梁倒拆施工倾覆稳定性的体系可靠度方法

    马如进;李忠鹏;

    针对连续梁双悬臂挂篮逆施工顺序拆除施工的纵向倾覆稳定性,采用可靠度方法对其进行安全评价.提出因果链模式的体系可靠度方法,推导拓展了全概率公式的应用范围,并据此推导了因果链模式体系可靠度计算公式,计算结果和串并联联接模式很好吻合.推导拓展了贝叶斯公式的应用范围,分析得出导致体系失效最主要的失效模式.对最主要的失效模式进行了参数敏感性分析,得出可以指导拆除施工抗倾覆问题的结论,即吊索强度、根数和钢管桩强度以及切割不对称误差对拆除体系倾覆安全可靠度影响非常大.

    2015年08期 v.43 1167-1173页 [查看摘要][在线阅读][下载 256K]
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  • 引入补偿刚度的流体力学标准伽辽金有限元研究

    袁行飞;方少文;钱若军;

    对一维定常对流扩散方程有限元解的波动问题进行了研究,指出提高单元间形函数一阶导数的连续性是改善有限元解数值波动的有效方法.在标准伽辽金有限元基础上引入考虑补偿刚度的补偿项,即在单元与单元之间的节点上增加一个"不平衡力",形成补偿标准伽辽金有限元格式.针对线性拉格朗日插值和指数型插值分别探讨补偿项中补偿刚度表达式,并对比了补偿有限元解与解析解结果.研究表明,引入补偿项后能提高单元间形函数的连续性,从而明显改善一维对流扩散方程的数值波动.与标准线性拉格朗日插值相比,补偿指数型插值不仅在单元内可精确给出变量的分布,而且单元之间的连续性更好,因而能更好地控制数值波动现象,取得问题较好的数值解.

    2015年08期 v.43 1174-1179页 [查看摘要][在线阅读][下载 241K]
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  • 高层建筑屋顶广告牌风压分布特性

    顾明;陆文强;韩志惠;周晅毅;

    通过对广告牌沿高层建筑屋顶单边布置、邻边布置、三边布置及四周布置这4种方式的刚性模型测压试验,测量了广告牌面板表面风压,研究了其分布规律,讨论了面板表面典型测点脉动风压的频域特性.结果表明:来流方向与广告牌面板表面斜交时,不同布置方式的广告牌面板表面平均风压系数及脉动风压系数均比较大,并且面板边缘附近的数值要比面板内部区域大;不同布置方式的广告牌面板表面极值风压系数分布不同,单边布置时出现最大极值风压,而四周布置时极值风压最小;对于由多块面板组成的屋顶广告牌,相邻面板之间出现气动干扰.

    2015年08期 v.43 1180-1186页 [查看摘要][在线阅读][下载 457K]
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交通运输工程

  • 路基不均匀沉降对车辆和轨道动力响应的影响

    张小会;周顺华;宫全美;杨新文;

    以经典车辆-轨道耦合动力学为基础,推导了考虑重力的板式轨道相关结构振动方程,结合多刚体的车辆系统动力学模型,建立了考虑重力的车辆-板式轨道垂向耦合分析模型,提出了通过路基反力变化模拟路基不均匀沉降的具体方法,并对模型和方法进行了必要的验证.利用该模型研究了行车速度及路基不均匀沉降(包括路基不均匀沉降幅值、路基不均匀沉降波长等)对系统动力响应的影响.研究表明:随着行车速度和路基不均匀沉降幅值的增加,系统响应均相应增加,路基不均匀沉降对车辆运行影响的控制性指标应以舒适性指标为主、安全性指标为辅;随着路基不均匀沉降波长的增加,系统动力响应存在一个先增加后减小的过程,路基不均匀沉降的敏感波长与混凝土底座的长度有关.

    2015年08期 v.43 1187-1193+1253页 [查看摘要][在线阅读][下载 422K]
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  • 基于区间车速引导的公交运行控制方法

    滕靖;金威敏;

    通过分析车辆自动定位数据,揭示在随机因素干扰下城市公交线路车头时距偏差呈现随运行过程放大的趋势,且存在非定向放大向定向放大转换的拐点.提出基于动态车头时距偏差阈值的区间车速引导控制方法,给出控制逻辑和引导车速优化模型.案例应用表明,该控制方法能够抑制车头时距偏差放大趋势,一定程度降低了乘客的出行时间成本,有利于维系车队运行秩序,提升线路服务可靠性.

    2015年08期 v.43 1194-1199页 [查看摘要][在线阅读][下载 255K]
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机械、车辆与能源工程

  • 紧急避让路径跟踪自抗扰控制

    赵又群;王健;季学武;李波;

    自动紧急避让作为一种辅助驾驶系统,能够提高汽车行驶的安全性.为了提高不同质量参数、不同轴距车辆路径跟踪性能,以二自由度车辆模型为基础,设计二阶自抗扰控制器.车辆模型参数变化可以通过三阶扩张状态观测器进行观测和补偿.针对避让过程存在侧向加速度过大或产生阶跃、曲率不连续问题,引入三次B样条曲线对避让路径进行再规划.采用软件Carsim与Simulink联合仿真方法进行控制器性能验证.仿真结果表明,基于自抗扰方法设计的紧急避让路径跟踪控制器能够保证不同车型车辆很好地跟踪规划的轨迹,保证车辆稳定性.

    2015年08期 v.43 1200-1204页 [查看摘要][在线阅读][下载 226K]
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  • 基于时域差异关系的车辆电子稳定性控制系统判据

    石文;余卓平;熊璐;

    提出一种车辆电子稳定性控制系统(electronic stability control system,ESC)补充判据用于定性判定车辆平面运动过程中可能出现的后轴滑移工况.分别研究了二自由度侧向动力学系统方程与考虑纵向加速度因素的三自由度系统方程稳定性判定方法,考虑了车轴切向力与载荷变换对轮胎侧偏特性的综合影响.通过瞬态稳定性分析方法,得到了动力学系统稳定性变化和车辆实际稳定性变化之间可以量化的时域差异关系,基于这种时域差异关系建立了稳定性超前控制方案与理论模型,以理论模型在工况切换瞬态的系统平衡点特性作为控制判据,并且对现有ESC判据应对后轴滑移工况的有效作用时间进行评价.研究表明,特定工况下横摆角速度最大值定义的约束边界与车辆实际稳定性变化边界接近,ESC系统进行控制的时间差有限,超前控制判据理论上可以更早预测车辆运动状态变化.

    2015年08期 v.43 1205-1212页 [查看摘要][在线阅读][下载 269K]
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  • 基于多点冲击的侧面碰撞台车试验方法

    董丽萍;朱西产;马志雄;

    通过对侧面碰撞过程中车门内饰板运动过程的分析,简化车门侵入速度,建立了一种基于质量弹簧模型的可以复现车门板上多个点运动的侧面碰撞台车试验方法.在此基础上建立了基于MADYMO软件的侧面碰撞台车-假人有限元模型.通过仿真计算验证表明,基于多点运动复现的侧面碰撞台车试验得到的假人伤害值与整车试验得到的假人伤害值有很好的一致性.结果表明,该台车试验方法可以很好地复现车门内饰板、座椅与假人之间的相互作用关系,而且该方法非常易于在工程上实现,可以满足工程应用的需要.

    2015年08期 v.43 1213-1218页 [查看摘要][在线阅读][下载 265K]
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  • 面向液力变矩器负载的泵轮动态转矩估计模型

    王安麟;章明犬;郭威;

    为解决传统液力变矩器泵轮转矩静态模型与其实际载荷特征的非关联性问题,实现液力变矩器在初始配置设计中与发动机的动态性能匹配,提出面向液力变矩器负载特征的泵轮动态转矩估计模型.在对现有液力变矩器模型分析的基础上,得出一元束流理论模型比质量弹簧阻尼系统模型更全面,其泵轮动态转矩考虑了液力变矩器的载荷特征,以此提出液力变矩器泵轮转矩模型的载荷波动项概念;通过基于控制变量法的载荷波动项解析,与全面流体动力学仿真试验结果的比较,证明了面向液力变矩器负载特征的泵轮动态转矩估计模型的有效性.该模型对液力变矩器在关联整机载荷特征的动态初始配置设计中具有较好的指导作用.

    2015年08期 v.43 1219-1225页 [查看摘要][在线阅读][下载 269K]
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电子、计算机、控制与系统

  • 基于直方图对无损数据隐藏的立体图像编码

    童学锋;李书萌;沈广策;宣国荣;

    将基于直方图对的无损数据隐藏用于立体图像编码,把数据隐藏和3D电视两个前沿研究结合起来.立体图像对中的一幅压缩后,无损嵌入另一幅中,使得3D电视的传输和存储容量减少一半,同时提供3D与2D电视兼容的可能.利用左右图的相关性进行4个参数的最优搜索,取得新的压缩极限.采用多循环方法的直方图对无损数据隐藏,得到较大容量以及较好的图像质量的无损嵌入.

    2015年08期 v.43 1226-1233页 [查看摘要][在线阅读][下载 379K]
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  • Wiener过程性能退化产品可靠性评估新Bayes方法

    尹慧琳;杨筱菡;陆恒;

    针对Wiener过程性能退化产品的可靠性评估问题,通过分析先验分布和损失函数两个因素,提出一种新的Bayes方法.假定Wiener过程参数服从共轭先验分布,对求解参数的后验分布进行理论分析;基于平方损失、绝对损失、0-1损失3种损失函数,分别求得Bayes估计结果;对航空发动机可靠性评估进行了实例分析.相对于已有方法,该方法在求解参数的后验分布时具有更广泛的适用性,并且运算过程更简单.对于民航发动机可靠性评估这一特定应用,3种损失函数中选取绝对损失函数时参数估计的拟合程度最优.

    2015年08期 v.43 1234-1238页 [查看摘要][在线阅读][下载 186K]
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测绘科学与技术

  • 基于中轴线的隧道点云去噪算法

    程效军;贾东峰;刘燕萍;程小龙;

    隧道作为一个狭长的封闭空间,其点云内部噪声影响点云分析精度,有效去除隧道点云内部的噪声是基于点云隧道形变分析的关键.提出一种基于中轴线的隧道点云去噪算法.通过对点云双向投影获取隧道在水平和垂直方向的姿态变化,根据高阶多项式拟合两条平面曲线并插值中轴线控制点,通过定义空间线段的夹角加密控制点以表达中轴线.通过计算各控制点处的切平面实现对隧道点云的分割,计算各分块内点到中轴线的距离,并根据给定的距离阈值实现隧道内部点云噪声的过滤.通过两组实验分析证实该方法的可行性与精确性.第一组通过模拟隧道点云数据并采用该方法拟合中轴线,比较分析其与已知中轴线的精度.第二组通过分析处理实际的隧道点云数据,实现隧道点云内部噪声的去除.

    2015年08期 v.43 1239-1245页 [查看摘要][在线阅读][下载 269K]
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  • 一种改进的最大一致性点云几何基元拟合算法

    刘修国;杨准;王红平;梁栋;

    基于MCMD_Z(maximum consistency with minimum distance and robust Z-score)算法思想,提出了一种稳健的且适用于平面、二次曲面(球、圆柱、圆锥)基元高精度拟合算法.算法依据距离和最小准则,从含有粗差的点集中选取最佳点子集拟合可靠模型初值,并采用稳健Z分数方法循环剔除粗差;对剔除粗差后的保留点集采用加权最小二乘迭代方法拟合.实验表明,对粗差含量较高的点云数据,该算法均能有效剔除粗差、拟合出高精度的几何基元.

    2015年08期 v.43 1246-1253页 [查看摘要][在线阅读][下载 437K]
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  • 局部区域三维坐标变换的两步解法

    胡川;陈义;朱卫东;

    在局部区域三维坐标变换中,布尔萨模型的旋转参数和平移参数存在相关性,容易出现解算模型病态问题.为此提出将旋转参数和平移参数分开解算的两步解法,在去掉平移参数后采用最小二乘法估计旋转参数,再用加权整体最小二乘法估计尺度参数和平移参数.该方法既可避免解算复杂的病态整体最小二乘问题,也顾及了原系统坐标误差影响.模拟实验表明:与最小二乘法和整体最小二乘法比较,两步法提高了尺度参数和平移参数的估计精度,特别是尺度参数,外围坐标变换精度明显提高.

    2015年08期 v.43 1254-1258+1283页 [查看摘要][在线阅读][下载 249K]
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海洋与地球科学

  • 基于二次场算法的大地电磁二维有限单元法正演

    张志勇;李曼;邓居智;杨海燕;

    推导了同时考虑电阻率与磁导率变化的大地电磁二维方程,并应用有限单元法进行数值模拟.为了提高计算精度与效率、简化计算节点生成,采用格林定理处理二次场方程源项,并设计实现了一种基于二叉树结构的收缩网格剖分算法;采用基于最少填入元思想的稀疏矩阵符号分析方法,实现了稀疏线性方程组的LDLT求解.利用二次场算法进行模型试算,结果表明所采用的新计算方法大大减少了计算单元数量,提高了计算精度与效率.

    2015年08期 v.43 1259-1265页 [查看摘要][在线阅读][下载 299K]
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  • 洪季长江口径流量与近海海平面的响应关系

    匡翠萍;陈维;顾杰;贺露露;

    为了分析长江口洪季径流量对其近海海平面上升的影响权重,基于1950~2011年大通站实测洪季月均径流量资料,统计分析出大通站洪季发生频率为25%,50%和75%时对应的径流量以及多年平均径流量,并利用长江口杭州湾潮流数学模型,计算分析长江洪季径流量对长江口口内平均潮位和近海海平面的影响.研究结果表明:随着径流量的增加,整个计算区域的平均潮位也随之增大,且从上游到口外平均潮位增幅沿程减小,近海南部平均潮位增长幅度比近海北部大.口内及近海平均潮位与径流量呈正相关关系,在径流量增加20 000m3·s-1的情况下,杭州湾大部分区域平均潮位增加0.005~0.010m.

    2015年08期 v.43 1266-1272页 [查看摘要][在线阅读][下载 304K]
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经济与管理科学

  • 创新集群微观空间结构分析

    陈强;王瑞豪;马军杰;

    通过引入探索性空间数据分析方法,聚焦上海杨浦环同济建筑设计产业集群,对其空间形态与集聚性进行了测度.同时着眼于集群内部空间结构分析,对创新集聚性随空间尺度与步长的变化规律进行了探索,并基于其影响因素从水平和垂直两个维度对创新集群网络组织的空间分布规律进行了研究.结果显示:创新集群的空间分布呈现明显的中心-外围模式,这来自于关联效应、知识溢出和其他外部经济所构成的向心力和地租及拥挤效应所产生的离心力两种力场综合交错作用的结果.集群中以同济大学为代表的知识源所形成的"中心",通过知识和信息交流及制度模式创新与强化所形成的地方化特征,使企业在交通网结构约束下,依据产品性质、规模和技术复杂程度的地方化适宜性进行空间决策,是构成创新集群空间组织模式的核心机制.

    2015年08期 v.43 1273-1278+1288页 [查看摘要][在线阅读][下载 247K]
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  • 基于Agent仿真的施工电梯运输管理系统

    高欣;王静;陈汉南;

    在大型多项目交叉的建设工程施工电梯运输管理中,资源进度计划或随时间推进的资源分配,是一个复杂而需要解决的问题.结合建设工程仿真的发展,提出基于拍卖协议仿真模型的资源进度管理,建立基于Agent仿真的施工电梯运输管理系统.通过对该系统的应用,在复杂动态的环境下,可以获得资源进度计划,预测运输活动完成时间节点,计算完成活动消耗的成本,并且从运输活动工作包的逾期及其存储、电梯的闲置等多角度提高施工电梯运输管理的综合能力.

    2015年08期 v.43 1279-1283页 [查看摘要][在线阅读][下载 176K]
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  • 具有信用等级迁移风险的零息债券定价

    梁进;肖承志;

    建立具有信用等级迁移和违约风险的零息票债券的定价模型.在约化方法下,模型转换为偏微分方程组终值问题.在进一步假设参数为常数下,得出每个等级债券价格的解析解和大小关系.作图展示了其数值解,并分析了参数对债券价格的影响.

    2015年08期 v.43 1284-1288页 [查看摘要][在线阅读][下载 188K]
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