浙江工业大学学报

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赵志方, 郑康, 赵志刚, 施韬, 郝信凯

2024, 52(1): 1-8.

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在水利工程中大体积混凝土开裂问题普遍存在,而早龄期变形是大体积混凝土早龄期开裂的主要驱动力。为了研究碳纳米管(CNTs)对面板混凝土(FSC)早龄期变形的影响,采用温度—应力试验,研究两种温度养护历程下基准面板混凝土和掺入 CNTs面板混凝土的应力与应变发展规律。基于成熟度理论,分离出早龄期温度变形与徐变,得到 FSC 早龄期时变热膨胀系数与徐变度发展曲线。试验结果表明:相较于基准组,CNTs的掺入可以减少 FSC早龄期自收缩,降低早龄期热膨胀系数,从而减少温度变形,增加早龄期拉伸徐变度,可以有效改善 FSC 早龄期变形,降低 FSC早龄期开裂风险。

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考虑管线老化和破损时基坑开挖对邻近管线纵向变形的影响

魏纲, 郭丙来, 王哲, 章丽莎

2024, 52(1): 9-16.

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基于影像源法,结合 Pasternak地基模型,提出了一种考虑管线老化和破损的邻近地下管线纵向变形计算方法。收集4个工程案例数据进行对比验证,并对基坑围护结构变形控制参数、管线轴线埋深、管线轴线到基坑围护结构的水平距离、老化和破损程度这5个影响因素进行了分析。研究结果表明:随着基坑围护结构变形增大,其对管线纵向变形影响及影响范围也随之增大,管线最大沉降与围护结构变形呈正相关关系;基坑侧壁与管线轴线距离增加,管线的纵向变形非线性减小;管线沉降与其埋深呈非线性减小关系;管线老化会导致管线整体变形增大,而管线破损则会导致破损位置产生较大变形。基坑施工前有必要对邻近的地下管线使用年限以及破损程度进行调查。

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基于 LightGBM 算法的海洋土压缩参数预测模型

汪明元, 王振红, 陈松庭

2024, 52(1): 17-24.

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近年来海洋工程项目不断增多,海洋岩土参数的确定对于保证工程安全性、提高经济效益有重要意义。目前主要通过室内与原位试验对土体参数进行研究,存在着成本高、效率低的问题。以某海上风电场项目勘察中所获取的海洋土压缩系数av 和压缩模量Es 为研究对象,选取样底深度、含水率、湿密度、土粒相对密度和液塑限等为基本变量,利用机器学习算法研究各类参数的相互关系和规律。构建一种基于 LightGBM(Lightgradientboostingmachine)算法的土体压缩参数预测模型,通过k折交叉验证方法及贝叶斯优化改善预测性能。研究结果表明:笔者模型能够有效预测土体压缩参数,k折交叉验证方法及贝叶斯超参数优化能够提高预测准确度。此外,分析了k折次数、人工特征、数据集大小、预测量与输入特征相关性等因素对模型准确性的影响。

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RPC外包方钢管混凝土柱轴压受力性能研究

张仁巍, 庄一舟, 曾武华, 李伟

2024, 52(1): 25-34.

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为了研究活性粉末混凝土(Reactivepowderconcrete,RPC)外包方钢管混凝土柱的轴压受力性能,以 RPC厚度和长细比为参数,对6根构件开展轴压试验研究,探讨该类组合柱的破坏模式、受力机理、套箍效应和承载力。试验结果表明:外层 RPC可为内部方钢管混凝土柱提供较强的约束力,在受力后期套箍效应凸显。随着 RPC厚度的增加,组合柱的承载力逐渐提高;随着组合柱长细比的增大,虽然其弹性刚度和承载力逐渐降低,但延性改善。采用 ABAQUS软件建立 RPC外包方钢管混凝土柱的有限元模型,分析 RPC强度、RPC 厚度、钢管强度等级、含钢率、内部混凝土强度和长细比等参数对组合柱承载力的影响规律,可得方钢管混凝土柱发挥系数的变化幅值为0.78~1.01。在试验研究、有限元参数分析和理论探讨的基础上,借鉴钢管混凝土结构技术规范,提出了 RPC外包方钢管混凝土轴压短柱和长柱的承载力简化计算方法,公式计算值与已有数据样本吻合良好。

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地铁下穿上盖高层建筑振动响应预测与分析

谢艳花, 黄子贶, 郑钰钰, 徐敏, 李建宏, 楼煌杰, 叶昕, 袁宗浩

2024, 52(1): 35-42.

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在城市轨道交通发展大背景下,由于城市土地资源紧张,地铁下穿建筑成为两者的主要结合方式,然而建筑下方列车运行会带来振动过大等环境问题。为了快速有效地评价上盖高层建筑振动响应水平,提出了一种适用于下穿地铁车致高层建筑振动响应计算的反分析法。利用反分析有限元模型,研究地铁振动在拟建高层建筑中的传播与衰减规律,评价拟建高层建筑的振动响应水平。研究结果表明:随着建筑楼层的升高,在不同楼层中室内柱测点位置的振动响应呈现先减小后增大的趋势,在顶层有放大现象;相较于低频振动,建筑结构对高频振动的衰减作用更大;同一楼层振动响应受总建筑楼层高度的影响显著。

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基于扰动预测的网联车鲁棒协同巡航预测控制

何德峰, 冯阳辉, 穆建彬

2024, 52(1): 43-51.

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针对车辆巡航过程中前车未来加速度不确定性引起的控制问题,提出了一种用于解决网联车巡航问题的鲁棒模型预测控制(Modelpredictivecontrol,MPC)算法。采用车辆误差模型,将前车预测加速度与实际加速度之间的偏差视为加性扰动。根据已知的物理约束,先通过滚动预测的方法得到更紧凑的扰动多面体,然后对原系统的约束进行紧缩处理以降低传统tubeMPC的保守性。基于传统tubeMPC在控制器中引入前馈补偿,通过l2 增益特性条件得到相应的线性增益,提出一种基于滚动扰动预测的tubeMPC算法,并且证明了该算法是输入到状态稳定的。通过5辆车的数值仿真,验证了该算法的有效性。

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基于 U-net改进的臂丛神经超声图像分割方法

王传涛, 刘思宇, 张锦华, 蔡昊轩

2024, 52(1): 52-57.

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臂丛神经阻滞麻醉是外科手术中常用的麻醉方法之一,其关键的步骤是识别臂丛神经结构, 超声因无创、实时的特点已成为识别神经结构的重要手段,由于臂丛神经超声图像中含有大量噪声且对比度低,传统的分割方法很难达到理想的分割效果。因此,提出了一种基于 U-net网络模型改进的臂丛神经超声图像分割方法。首先,在编码器部分引入了高效通道注意力网络(ECA-Net),以抑制无关信息并且增加对分割目标的权重;然后,在跳跃连接部分加入了不同膨胀率的空洞卷积,以融合神经结构的多尺度信息,解决神经结构形态不一的问题;最后,为了验证笔者模型的有效性,在 Kaggle 超声神经分割竞赛数据集上进行评估。实验结果表明:笔者模型在 Dice相似系数和交并比(IoU)上分别达到了0.7246和0.6413,相较于Segnet,U-net和 U-net++网络模型具有更优的分割效果。

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可重构低熵智能车间布局建模与优化

陈勇, 林罕, 郎一丁, 卓德城, 张文珠, 易文超, 裴植

2024, 52(1): 58-67.

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针对智能车间布局,采用单元布局的方式分别对单元间布局和单元内布局进行建模,设计涵盖物料搬运成本、时间损失成本、单元重构成本、设备成本、车间面积利用率和布局柔性等面向低熵化车间布局的多目标函数,给出包括边界约束、间距约束和固定位置约束等符合车间实际情况的定量约束条件。针对车间布局模型多变量、多约束和非线性的特点,设计一种基于精英策略和自适应交叉、变异算子的双层遗传元胞算法进行求解。通过典型企业作业车间布局改造实例分析,验证模型和算法的可行性和有效性。

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基于流固耦合的厢式中置轴挂车联合仿真

周庆辉, 邱宇航, 苏永元

2024, 52(1): 68-76.

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厢式货车的迎风面积较大,在强风天气高速行驶有很大安全隐患,结构参数是影响车辆空气动力学的因素之一。基于 Fluent和 TruckSim 单向耦合的方法,建立厢式中置轴挂车的空气动力学和多体动力学流固耦合联合仿真模型。通过计算流体动力学(Computationalfluiddynamics, CFD)对厢式中置轴挂车进行气动特性分析,运用多体动力学模型进行侧风稳定性验证。利用可实现k—ε湍流模型进行数值模拟,得到厢式中置轴挂车双力矩中心处的气动系数曲线。建立气动系数的数学模型作为联合仿真的接口,仿真结果表明挂车与牵引车车厢之间的间隙对挂车气动特性有一定影响。以横摆角速度和侧向加速度作为评价指标,发现当车速为80km/h时,间隙越大车辆越不稳定;当车速为40km/h时,间隙越大可有效提高车辆的行驶稳定性。因此,提出用可伸缩牵引杆来解决中置轴挂车行驶稳定性的方法。研究结果可为考虑空气动力学设计的多节车厢类挂车提供参考。

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不同曲线半径下轨底坡与轮径差最佳匹配研究

朱爱华, 孟宇轩, 张帆, 杨建伟, 郭宇轩

2024, 52(1): 77-85.

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为了研究不同曲线半径下地铁车辆动力学性能最优的轨底坡与轮径差最佳匹配,运用 SIMPACK 软件建立了地铁车辆动力学仿真模型,设置9种轨底坡工况和5种轮径差工况,以轮轨横向力、轮对横移量、脱轨系数、轮重减载率和轮轨磨耗指数作为车辆动力学性能的评价指标,以4种不同 C型曲线半径作为研究对象,分析45种轨底坡和轮径差耦合工况下各指标的变化规律。采用熵权法对各指标进行加权求和处理,得到不同工况下的车辆动力学性能综合得分,最终分析得出车辆在不同半径曲线下轨底坡和轮径差的最佳匹配。研究结果表明:在300,400,500,600m 这4种曲线半径下,外轨轨底坡、内轨轨底坡和轮径差最优匹配方案分别为(1/20,1/40,+1),(1/20, 1/40,+1),(1/30,1/30,-1),(1/40,1/30,-1)。

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山岭公路隧道 CD法开挖过程安全稳定性分析

惠冰, 王琳, 张文俊, 陈朋, 赵忠孝

2024, 52(1): 86-92.

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不良地质条件下大断面隧道的开挖常采用 CD 法,在开挖过程中,完成最后一部台阶开挖后隧道全断面成型,这时需要及时对断面进行支护,以防止诱发隧道局部大变形甚至坍塌。为了预防隧道局部大变形或坍塌的发生,笔者以济潍高速某山岭隧道 CD法开挖为研究对象进行全过程动态监测,采用有限元软件 MIDAS2020对台阶法开挖最后一部进行全过程的高仿真度模拟。研究结果表明:隧道沉降、收敛监测所得到的实测拟合曲线与有限元软件计算所得的模拟曲线基本吻合,通过选择合适的开挖步长,CD法开挖能够有效减小拱顶沉降和洞壁的收敛。短台阶法开挖和适时支护是控制隧道围岩变形,保证其安全稳定的关键,可以有效地保证浅埋大断面隧道的安全与长期的稳定。

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隧道消防输水管道泄漏信号增强技术研究

韩霄, 应迪清, 汪成立

2024, 52(1): 93-99.

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利用隧道消防输水管道水泵启动加压开始和结束时的水压差,提出一种泄漏信号增强技术。该技术利用振动传感器,通过监测两个水压状态下振动信号幅度差的方法实现对泄漏的监测,可在一定程度上提高泄漏信号的信噪比。通过理论推导说明了该技术的基本原理,由数值仿真对该技术的特性进行了深入分析,发现在一定条件下,该技术相较于利用恒定水压条件下振动信号的技术可将泄漏信号增强到近3倍。根据该技术的特点提出了实现算法,通过数值仿真对算法进行了论证,发现振动信号幅度差判定阈值的合理选取有助于降低对泄漏状态的漏判率以及对非泄漏状态的错判率。

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玻纤增强环氧树脂力学与耐老化性能研究

2024, 52(1): 100-104.

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采用偶联剂 KH560对短切玻璃纤维(玻纤)进行改性,并以改性短切玻纤作为增强材料制备得到玻纤/环氧树脂复合材料。随着玻纤质量分数的增加,材料的拉伸、弯曲和冲击强度均呈现先增大后减小的趋势。当玻纤填充质量分数为10%时,材料的力学增强、增韧效果达到最佳。SEM 表征表明玻纤与树脂基体界面结合良好,可以有效传递树脂与玻纤间的应力,且玻纤的介入也可有效阻挡裂纹的扩展,起到增强、增韧作用。然而当玻纤质量分数过高时,由于材料的分散性变差,其力学性能下降。复合材料经短时间的紫外老化后,因紫外光氧作用颜色发生很大变化,然而由于玻纤具有很好的化学稳定性,可以延缓紫外氧化损伤进一步深入到材料内部,材料的外观颜色变化开始放缓。在水分作用下,树脂也会发生一定的水解。这些破坏使材料的力学性能随着老化时间的延长不断降低。上述研究可为后续开发用于替代金属电力金具的性能更优越的玻纤增强环氧树脂提供理论基础。

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黑曲霉尿苷/尿嘧啶营养缺陷型转化系统的构建及应用

王小平, 宋问, 张霏, 刘燕, 王升帆, 邵东, 梁玲玲, 许新德, 郑建永

2024, 52(1): 105-111.

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黑曲霉(Aspergillusniger)是一种重要的工业发酵菌株,它具有强大的蛋白分泌表达能力。为了提高黑曲霉遗传操作效率及优化重组菌株的筛选策略,构建以尿苷/尿嘧啶营养缺陷型为筛选标记的转化系统。利用 CRISPR/Cas9技术实现pyrG 基因的敲除,在含有尿嘧啶核苷和5-氟乳清酸(5-FOA)的抗性培养基中筛选表型正确的转化子。经基因组 PCR验证,黑曲霉营养缺陷型菌株可稳定遗传。利用该转化系统可成功实现增强型绿色荧光蛋白在黑曲霉中的表达。通过结合增强型绿色荧光蛋白和流式细胞仪建立了黑曲霉转化子的高通量筛选模型。

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蛋白质二硫键异构酶结构与相关疾病研究进展

葛璟燕, 檀维, 洪大伟, 张蓓

2024, 52(1): 112-118.

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蛋白质二硫键异构酶(Proteindisulfideisomerase,PDI)属于硫氧还蛋白家族,其分子质量为 57kD,主要存在于内质网中,且结构中有两个活性位点,在蛋白质折叠过程中催化二硫键的裂解、形成和重排。PDI活性异常会导致未折叠或错误蛋白的积累,引起内质网应激(ERs),从而导致未折叠蛋白反应(UPR)。研究表明:PDI与癌症、神经紊乱等疾病显著相关,PDI的表达水平升高与多种癌症的发生、发展相关。通过对 PDI的蛋白结构、功能、活性检测及相关疾病进行综述,以期为 PDI及其病理研究提供新思路。

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PCB碱性蚀刻废液高效回收铜粉研究

曹华珍, 于淼, 沈益民, 方光林, 马培华, 陆志强

2024, 52(1): 222-229.

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针对 PCB碱性蚀刻废液含铜量高、腐蚀性强等特点,在氮气气氛下采用水合肼液相还原制备高质量铜粉,同时实现蚀刻液再生。研究了液相还原气氛、肼与铜离子的摩尔比、反应温度和反应时间等对沉铜效率以及产物组成的影响。通过电感耦合等离子体质谱 (ICP)、X 射线衍射仪 (XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和激光粒度分析仪(LDPA)等对蚀刻液成分、产物物相、形貌结构以及铜粉粒度分布进行表征。实验结果表明:空气气氛下液相还原过程中易产生一价铜,导致产物不纯且沉铜率较低;氮气气氛下肼还原效率显著提高,当肼与铜离子摩尔比≥0.64∶1.00、温度≥ 90 ℃时,沉铜率高达99.9%,还原产物以单质铜为主,伴有少量 CuCl和 Cu2O 杂质。经碱洗转化、氢还原后得到的铜粉产品纯度不低于99.9%,粒度均匀,满足工业质量标准。

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