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

  • 一种考虑温度影响的高效几何非线性梁—柱单元

    李国强;王震;

    在梁-柱单元位移函数中引入了轴力的影响,将传统3次位移函数改进为4次位移函数,并推导得到了考虑温度影响的几何非线性梁-柱单元.该单元的几何非线性刚度矩阵中完整考虑了单元位形变化对平衡方程的影响、温度变化对材性和单元应变的影响以及单元位形变化对几何方程的影响,进而可以考虑二阶效应、弓形效应.采用该单元编制了有限元程序,算例分析表明,该梁-柱单元精度得到了显著改善,可以极大减少非线性有限元模型的单元数量,在分析火灾下梁的悬链线效应、火灾下杆系结构连续性倒塌等问题上具有显著优势.

    2016年06期 v.44 815-821+829页 [查看摘要][在线阅读][下载 831K]
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  • T形钢管混凝土短柱轴压试验

    陈雨;沈祖炎;雷敏;李元齐;

    进行了6根普通构造T形钢管混凝土轴压短柱的试验研究,以考察无加劲措施T形钢管混凝土柱的变形特征、破坏模式和承载能力.试验的主要参数有管壁宽厚比、截面高宽比.试验结果表明,由于T形钢管混凝土柱的核心混凝土延缓了钢管的局部屈曲,尽管该组合构件承载力不能得到有效提高,但延性却得到相当改善;阳角钢管对混凝土提供了较强的约束,而由于钢板与混凝土的分离,阴角钢管几乎不能约束混凝土;T形钢管混凝土柱的破坏形态主要为钢管鼓曲及此部位及阴角区域混凝土压碎破坏;管壁宽厚比越小,初始鼓曲发生越晚,钢管对混凝土的约束效应越强,承载力越高、延性越好.最后采用现有规范或规程的计算公式对试件轴压承载力进行了计算,并对不同计算方法的适用性进行了探讨.

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  • 高强度Q460钢高温蠕变性能

    王卫永;闫守海;

    为了研究高强度Q460钢的高温蠕变对钢结构抗火性能的影响,采用高温蠕变试验装置测试了高温下高强度Q460钢材在不同应力水平下的蠕变应变随时间的变化曲线.根据试验数据,在现有蠕变模型的基础上拟合了高强度Q460钢材的高温蠕变模型.在有限元结构分析中引入钢材高温材料力学性能和蠕变参数,分析了考虑高温蠕变后轴心受力Q460钢柱的抗火性能.研究表明,高强度Q460钢材在高温和应力作用下具有明显的蠕变变形,在同一温度和时间下,蠕变应变随应力水平的提高明显增加;考虑蠕变效应后,在标准(ISO-834)的升温条件下,钢柱的耐火极限明显降低;在恒定温度下,钢柱的极限承载力随着时间的增加急剧降低,因而结构的抗火承载力设计需要考虑受火时间的影响.

    2016年06期 v.44 830-837页 [查看摘要][在线阅读][下载 1986K]
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  • 基于Mehler公式的等效相关系数求解技术

    范文亮;杨朋超;李正良;

    首先基于等效相关系数的传统二维积分方程,引入二维相关标准正态密度函数的Mehler级数展开公式,然后导出了等效相关系数的无穷次代数方程及其收敛特性,实现了积分方程向代数方程的转变,进一步完善了Nataf变换理论.同时,通过方程截断近似的方式给出了求解等效相关系数的迭代方法.由于避免了二维相关标准正态密度函数的积分和利用了代数方程系数的可重复性及一维积分特性,本文方法具有广泛的适用范围,且兼顾了计算的精度和效率.最后,通过算例验证了方法的有效性和精确性.

    2016年06期 v.44 838-844页 [查看摘要][在线阅读][下载 815K]
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  • 温度作用对碳纤维—混凝土界面黏结性能的影响

    胡克旭;董坤;杨耀武;

    为研究温度作用对碳纤维(CFRP)—混凝土黏结界面剪切性能的影响,首先进行了温度作用下不同固化条件的胶黏剂黏结性能试验,研究了温度作用及固化方式对胶黏剂拉伸剪切性能的影响.试验发现,玻璃化温度是影响胶黏剂高温性能的一个重要指标,温度作用下胶黏剂材料的黏结性能退化大部分发生在其玻璃化转变区域.其次,结合常温下已有的CFRP—混凝土界面黏结应力—滑移关系提出了温度作用下界面黏结应力—滑移关系的计算方法.最后,汇总和分析了目前已有的CFRP—混凝土界面试验研究结果,引入胶黏剂玻璃化温度这一参数,给出了温度作用下CFRP—混凝土界面剪切黏结强度、极限承载力和初始剪切刚度计算模型.

    2016年06期 v.44 845-852页 [查看摘要][在线阅读][下载 1279K]
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  • 透明土强度特性及模拟黏性土的可行性试验

    宫全美;周俊宏;周顺华;季昌;

    采用体积比为2.5:1的15号白矿油和正十二烷混合液与无定形硅石粉末配制成透明土以模拟黏性土.进行了120个不同应力状态透明土样的直剪固快强度试验及常规固结压缩试验,给出了透明土在不同应力状态下的抗剪强度值,并与典型黏性土进行了对比分析,得知两者在强度及压缩特性上具有高度相似性;通过等沉降速率的室内压板载荷试验,得到了荷载-沉降曲线、土体极限承载力、土体速度场、土体位移场,与既有研究结果进行了对比,验证了透明土模拟黏性土应用于模型试验的可行性.

    2016年06期 v.44 853-860页 [查看摘要][在线阅读][下载 1838K]
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  • 基于自动生成策略的供水管网抗震优化算法

    刘威;元宏伟;徐良;

    以管网年费用折算值为优化目标、管网拓扑结构与管径为优化参数、管网节点抗震可靠度为约束条件,建立了供水管网抗震优化设计模型.基于自动生成策略,并结合环形管网判断方法,分别利用遗传算法、遗传-模拟退火算法和微粒群算法进行了供水管网的抗震拓扑优化分析.利用3种优化方法对2个典型供水管网进行了对比分析.对比分析表明,遗传-模拟退火算法具有最好的优化能力.

    2016年06期 v.44 861-869页 [查看摘要][在线阅读][下载 668K]
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  • 风和地震下上海中心幕墙支撑结构与主结构协同分析

    李久鹏;

    通过将幕墙支撑结构与主体结构整体建模,对风荷载及水平地震作用下幕墙支撑结构与主体结构相对竖向变形特性及其对支撑结构受力影响以及竖向地震作用下支撑结构竖向不均匀变形、内力及加速度反应及其对设计的影响进行了详细分析与研究,研究结果表明,在水平荷载作用下,主体结构与环梁竖向相对变形引起径向支撑的附加弯矩,通过设置滑动构造可减小弯矩保证支撑受力安全;在竖向地震作用下,幕墙系统将产生较大的不均匀变形对板块产生不利影响、吊杆产生较大附加轴力、环梁竖向加速度反应显著,设计时应对以上不利因素进行评估以保证幕墙系统在地震作用下的安全.

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交通运输工程

  • 工况紧急程度对驾驶员避撞行为的影响

    王雪松;朱美新;陈铭;

    利用同济大学8自由度高仿真驾驶模拟器研究了临撞工况紧急程度对驾驶员避撞行为的影响.通过不同初始车头时距(<1.0 s,[1.0 s,1.5 s),[1.5 s,2.5 s])和不同前车减速度(0.30g,0.50g,0.75g)的组合,建立了不同紧急程度的前车减速临撞工况,运用驾驶员感知反应时间、油门释放反应时间、制动转移时间、制动延误、最大刹车踏板压力、最大减速度等指标比较了不同紧急程度下避撞行为的差异.结果表明,①随着工况紧急程度的增加,驾驶员更快地释放油门及达到最大刹车踏板压力,并且施加更大的制动力度;②当初始车头时距为1.5 s左右时,驾驶员感知反应时间约为1.2s,而当初始车头时距增大到2.5 s以上时,感知反应时间变得非常大,甚至达到了3 s;③驾驶员开始释放油门与开始制动间的转移时间不受工况紧急程度影响,保持在0.8 s附近;④在低紧急程度下,驾驶员表现出多阶段刹车行为,使得驾驶员需要更多的时间才能达到最大刹车踏板压力.

    2016年06期 v.44 876-883页 [查看摘要][在线阅读][下载 2031K]
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  • 既有铁路开行大轴重列车路基的动力稳定性

    肖军华;郭鹏飞;周顺华;狄宏规;

    为研究既有铁路开行大轴重列车路基的变形和强度稳定性,选取既有线典型路基土,借助动三轴仪,试验研究了重载下路基土的累积塑性应变和临界动应力,建立了路基土累积应变的预估公式;在此基础上,通过动力有限元分析得到了重载下路基的动应力,并基于分层总和法的思想计算了路基的动力附加变形.研究表明,当路基压实系数低、饱和度高时,路基动力附加变形随列车轴重增加迅速增大,且轴重超过27 t,增大速率明显加快,但当路基压实系数大于一定条件,轴重增加对路基附加变形的影响较小;重载下路基动力附加变形的影响深度主要在2.5 m内,且显著影响深度约为1.0 m;重载下路基未发生动强度破坏情况下也会产生不能接受的永久变形.可通过提高路基压实系数(或强度)显著减少重载下路基的附加变形量和变形达到稳定的时间.

    2016年06期 v.44 884-891页 [查看摘要][在线阅读][下载 1338K]
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  • 地铁扣件螺旋道钉断裂过程分析及改进措施

    肖宏;李启航;

    引入扩展有限元方法,结合现场调研与实测数据,建立均匀受力理想状态和偏载受力不利工况下螺旋道钉扩展有限元模型,通过预设横向、竖向微裂纹以及单条和多条微裂纹工况,分析研究了扣件螺旋道钉的裂纹发展过程.结果表明,由于螺旋道钉的道钉头部和螺杆结合部位存在较大的结构尺寸变化,导致了该处存在较大的应力集中,易萌生微裂纹,并在列车荷载长期作用下裂纹沿着横向扩展、贯通.对比看出,研究结果与实际扣件螺旋道钉的断裂形式相符,表明采用扩展有限元方法能很好地进行扣件螺旋道钉的断裂过程分析.此外,为避免和减少螺旋道钉的断裂发生,分13种工况研究了螺旋道钉肩胛过渡圆弧的设置.研究结果建议,对于T30×155型扣件螺旋道钉应设置1.6 mm半径的过渡圆弧,相对于不设置过渡圆弧,最大应力可减小40%.

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  • 城市轨道交通可达性提高和住宅价格增值关系

    武倩楠;叶霞飞;

    从分析影响因素出发,将城市轨道交通对住宅价格的影响分解为交通效益和集聚效益,并建立可达性提高计算模型进行量化.以上海市轨道交通11号线的16个车站为例对可达性提高计算值和住宅价格增值之间的关系进行分析.实例研究结果初步表明,城市轨道交通对住宅价格的影响约为城市轨道交通对住宅年可达性提高的5倍,并且在城市轨道交通开通前后就已经释放;各个车站因自身的区位及在城市轨道交通网络中的位置不同,对其影响范围内房价的影响程度不同,影响幅度分布在2%~18%之间,并呈现郊区大、市中心小的趋势.该方法可以为规划阶段的城市轨道交通线路开发利益还原及车站周边土地开发建设提供参考.

    2016年06期 v.44 899-906页 [查看摘要][在线阅读][下载 1186K]
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机械、车辆与能源工程

  • 基于改进免疫遗传算法的加工工艺重构

    徐立云;刘伟;楼科文;李爱平;

    针对产品生命周期内不同阶段市场需求量不同,通过添加或移除相应机床与装夹设备以满足其产能需求变化.针对某产品减产情况,基于抽调原则选择合适生产设备进行移除以适应产能需求;采用一种疫苗自动获取与动态更新的改进免疫遗传算法,通过对相应基因座上基因值的转移调整替代交叉变异算子,从而实现可转移操作在不同工位间的转移,并以瓶颈节拍时间最短和工位间不平衡度最小为目标函数,对原有加工工艺转移重构从而达到新构形下的工艺平衡与优化.最后通过实例分析与对比验证方法的有效性.

    2016年06期 v.44 907-914+921页 [查看摘要][在线阅读][下载 1385K]
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  • 基于数据统计的办公建筑多联机行为调节

    赵德印;张旭;钟鸣;

    以开机率表征变制冷剂流量多联机行为调节特性,对上海某办公建筑做了制冷制热共1年的数据调研.数据统计发现制热期间最大开机率仅为60%左右,制热能耗随开机率增大基本呈线性变化,统计区间样本数据能耗极差最大值为0.4左右.制冷能耗随开机率增大呈先缓后陡的指数变化增大趋势,对应极差最大值为0.55左右.使用数据包络分析法和Parzen窗法进一步分析了能耗随开机率的变化特性,研究结果表明,变制冷剂流量多联机系统在制热期间发生有效行为调节的概率为0.54,制冷期间发生有效行为调节的概率为0.44.

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  • 分布式驱动电动汽车电液复合分配稳定性控制

    熊璐;高翔;邹童;

    针对分布式驱动电动汽车各车轮电机力矩和液压制动力矩可独立控制的特点,以操纵稳定性为目标,设计电机与液压制动复合分配的控制策略.控制策略采用分层控制的结构,上层运动控制器根据驾驶员输入和车辆状态的反馈求取广义力,下层控制分配器在执行器约束及速度约束下,考虑轮胎纵侧耦合特性对横摆转矩的影响,采用二次规划法进行转矩分配,实现车辆的稳定性控制效果.最后利用CARSIM和MATLAB软件对电液复合算法进行了联合仿真,并进行了实车试验来验证算法,最终的仿真和试验结果表明复合分配控制策略的控制效果相对仅用电机控制时要好,提高了车辆的稳定性控制效果.

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  • 底部结构对高速列车流场及气动优化规律的影响

    陈羽;杨志刚;高喆;单希壮;

    为了得到底部结构对列车流场及气动阻力优化规律的影响,通过计算流体力学和正交试验设计分析的方法,研究真实复杂车体的底部流动和尾迹特征,得到了复杂车体气动阻力优化规律.结果表明,尾车鼻尖静压系数在底部结构影响下降低了0.06,尾车流动分离提前,两反对称尾涡核间横向距离增大,尾涡间夹角增大.头型概念设计时的拓扑简化车体模型可以作为真实复杂车体的气动阻力优化设计模型,但考虑底部结构使得头车参数优化的极差值减小、尾车参数的优化极差值增大.头车阻力优化重点为转向架周边结构,尾车阻力优化对流线型长度参数更加敏感.

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  • 合成射流对类车体流动控制的影响

    崔文诗;杨志刚;朱晖;

    基于大涡模拟对有无合成射流控制的三维类车体流场进行仿真,与试验结果对比,验证仿真方法有效.平均场结果表明,当合成射流出口位于顶盖和斜背交界处时,可减弱流动分离,缩小回流区,改变背压,降低阻力.频谱分析显示,当激励动量系数超过1.0×10~(-4)时,斜背表面压力、回流区速度和涡量以及阻力系数功率谱密度对应的峰值频率皆为激励频率.瞬态流场分析结果指出,合成射流与外流之间的交互作用导致了阻力系数曲线中出现周期性改变的波谷和波峰.

    2016年06期 v.44 937-943页 [查看摘要][在线阅读][下载 2061K]
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  • 离鳍对方背体气动特性影响的数值模拟和试验

    贾青;杨美;杨志刚;

    对基于Fiat New Panda的方背体车身,首先对不同高度和长度离鳍下的整车气动特性进行研究,采用模型风洞试验测量了不同工况下的阻力系数和升力系数,同时采用Star CCM+中k-ε湍流模型进行数值仿真.研究结果表明,离鳍高度覆盖整个C柱时,可以有效地降低方背体车身的阻力系数和升力系数;离鳍使流经C柱两侧的气流分离延迟,降低尾流区的湍流强度,降低能量耗散;方背体尾流区得到更多的压力恢复,降低了前后压力差,进而降低车身阻力系数.然后采用验证过的计算方法对不同形状的离鳍进行了数值仿真,发现不同形状的离鳍均可使方背体汽车的气动性能有所提升.但不规则形状离鳍对于汽车尾部气流造成了一定影响,使得其性能表现不如普通矩形的离鳍.

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  • 棱线强化薄壁方管轴向压溃力学特性

    郑玉卿;朱西产;胡强;陈志宝;

    基于Wierzbicki和Abramowicz提出的方管理想化折叠机构和能量耗散模式,引入棱线与平板的屈服强度比,修正了棱线强化薄壁方管在准静态轴向压溃作用下的能量平衡方程,并推导出了平均压溃力理论预测公式.CAE(computer aided engineering)数值仿真完整再现了稳定压溃阶段棱线强化方管形成一个新折叠单元的塑性变形过程.仿真与理论结果对照表明,理论预测公式可以较准确地预测棱线强化薄壁方管准静态轴向压溃过程的平均压溃力,且最大偏差不超过4.3%;其次,对于截面长、宽、高分别为56,56,1.0 mm的方管,仅占整个截面周长9.09%的4根强化棱线可使其平均压溃力提升53.8%.

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测绘科学与技术

  • 基于移动点对象和事件的宗地时空变化表达

    孟令颂;陈鹏;童小华;金雁敏;

    地籍管理中核心要素宗地的几何空间和属性信息具有典型的时空特性.以往宗地时空变化的研究主要集中在表达宗地的某一方面,对宗地所有属性和几何空间信息时空变化的表达需要加强.同时,移动对象理论在表达宗地时空变化的研究与应用还没有,且在表达多个对象间同步变化时仍需进一步研究.针对这2个问题,分析了宗地时空变化的类型,提出了基于移动点对象的单个宗地几何空间和属性(单一属性和权属)信息时空变化表达方法以及基于事件的多个宗地间时空变化表达方法,并研发了地籍宗地时空管理原型系统,验证了文中提出理论方法的可行性和有效性.

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  • 基于时间序列分析的桥梁长期挠度分离与预测

    陈国良;林训根;岳青;刘华;

    针对挠度长期监测信号的多尺度特性及温度荷载下挠度周期性变化的特点,利用修正平均周期图法获取信号分量周期长度,结合基于中心移动平均法的挠度温度效应分离策略,提取结构变形特征,运用ARIMA模型建立结构变形趋势的预测模型.以黄冈长江大桥为例,讨论了温度与挠度的相关性,通过模拟数值试验验证分离算法的有效性.实测数据的处理与分析结果表明,本文方法具有较高的可靠性和精度,可为桥梁进行损伤识别提供数据支持.

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海洋与地球科学

  • 东海—菲律宾海剖面岩石层有效弹性厚度计算及分析

    吴健生;王明明;蔡家新;

    采用均衡响应函数法分段计算了自东海至东马里亚纳海盆的剖面岩石层有效弹性厚度,并利用海沟洋侧海底地形按端载加压弹性板弯曲模式对琉球海沟和马里亚纳海沟洋侧块体的弹性厚度进行了计算和对比,结合测线经过地区的地震地壳测深结果等地质、地球物理研究成果对分段计算结果进行了分析.结果表明,由均衡响应函数计算曲线多个区段可估计出2个弹性厚度值.取值大的弹性厚度,在不同区段其数值较为接近,为20~25 km,这种共性是现在热状态下海洋岩石层区域弹性特征的反映,值小的弹性厚度则是各区段内不同地质作用效果的个性反映.

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  • 热带气旋在陆地上重新加强的非轴对称性

    汤胜茗;顾明;

    以2006年1月澳大利亚北领地热带气旋"NT2006"为例,以非轴对称的观点对其登陆后的重新加强过程进行了数值模拟研究.首先以平均项和涡动项的形式分解了切向动量方程,其次对涡动动量通量和亚网格动量通量进行了对比研究.结果表明,平均切向动量的竖向对流是造成平均切向风速增大最主要的因素;而在对流层中上部,涡动通量项也局部促进了平均切向风速的增大.通过对比动量通量发现,涡动动量通量的数值比亚网格动量通量大得多,而且各动量通量之间的分布形式相差很大.

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  • 《同济大学学报(自然科学版)》投稿启事

    <正>《同济大学学报(自然科学版)》是由同济大学主办的自然科学综合性学术期刊,主要刊登国内外工程建设领域的土木建筑、交通运输、环境、海洋、测绘、材料、机电、计算机、通信等学科的高水平创新研究成果。本刊为中国自然科学核心期刊和中国科技论文统计用刊源之一,并被EI等40多个国内外权威检索系统收录。本刊目前采用网络投稿与审稿,不接收纸质稿件和E—mail投稿。网络投稿请直接登录《同济大学学报(自然

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