大连理工大学学报杂志

大连理工大学学报杂志2022年第4期

• 伸缩臂结构超级单元建模及失稳荷载快速搜索方法

  卓英鹏,齐朝晖,王刚,徐金帅,赵天骄

  流动式起重机伸缩臂是典型的嵌套式细长结构，传统等效阶梯梁模型无法正确反映臂节间的约束关系；常用的壳单元模型需建立大量的单元和接触对，影响计算效率和收敛性．结合伸缩臂结构的特点，选择反映截面形状的特征点作为节点，沿臂节纵向划分若干梁单元．以相邻臂节间接触截面节点作为边界点划分子结构，建立随子结构运动的随动坐标系，通过内部自由度凝聚至边界点，获得几何非线性超级单元．考虑内外层臂节间更符合实际机械设备的嵌套式约束关系以及常见的边界条件，给出相应的力学约束模型．得到含荷载参数的结构非线性平衡方程以及相应的切线刚度阵，采用非线性平衡方程的微分形式得到伸缩臂结构的变形平衡路径和失稳荷载．流动式起重机伸缩臂结构数值算例分析表明了方法的有效性及准确性．

• 低质量流率蒸汽真空水平管内凝结传热特性实验研究

  谷雨,龚路远,郭亚丽,沈胜强

  在内径为38mm、长度为3.4m的水平管中，测量了饱和温度为50、60、70℃，质量流率小于8kg/(m2·s)的饱和蒸汽的局部冷凝传热参数．在凝结过程中，由于重力的作用，管内上下部分存在两种换热模式．上部是膜状凝结换热区，下部是凝结液对流换热区．实验结果表明，随着管内入口饱和蒸汽和冷却水温差的增大，蒸汽在光滑管段内换热量增加，冷凝液增多，管段底部凝结液聚集区局部温度降低较大．随着总传热温差的增大，管壁顶部膜状凝结换热区传热系数降低，而管壁底部凝结液对流换热区变化较小．

• 减摇水舱性能晃荡平台试验研究

  裴斐,林焰

  某型钻井船用减摇水舱尺寸受到严格限制，为了给船用减摇水舱的设计提供参考，开展了减摇水舱性能晃荡平台试验研究．使用减摇水舱试验台架和缩尺比例模型，对U型舱和槽型舱进行了1°、2°、4°激励幅值和55%、70%、85%、100%通透率的扫频晃荡试验研究；对槽型舱进行了65、105、145mm液位的试验研究．对水舱内液体产生的力矩幅值和相位进行记录分析，总结出合理的水舱结构参数以保证减摇性能．结果表明，水舱在大激励幅值下有更大的减摇力矩和更好的相位性能．对两种水舱增加阻尼板减小通透率可以扩展减摇力矩相位的有效范围．液位变化对槽型舱减摇力矩的幅值和相位都有明显作用．由此得出结论：两种水舱在大激励幅值下性能更加优秀；70%~85%的通透率能够同时兼顾减摇力矩幅值和相位性能；在145mm液位下两种水舱都有最佳性能．对槽型舱而言，改变液位能够极大地改变水舱的峰值频率适应不同工作情况，但是过低的液位会导致水舱过度阻尼从而对性能产生不利影响．

• 预制装配式部分钢骨梁柱节点抗火性能分析

  范国玺,高明,王也,李海生,季翔

  确定材料高温特性、热工参数以及时温曲线后，建立构件抗火性能分析模型，通过试验结果可验证模型的有效性．基于此，建立预制装配式部分钢骨钢筋混凝土(PPSRC)梁柱节点抗火性能分析模型，进行了PPSRC梁柱节点温度场分析以及耐火极限影响因素分析．研究表明，火灾条件下混凝土表面温度高于其内部温度，且随着深度的增加，温度逐渐降低，PPSRC梁柱节点内的部分钢骨升温速度高于其外层混凝土的升温速度；无防火措施时，PPSRC梁柱节点同一截面的温度分布不均，连接区是PPSRC梁柱节点抗火的薄弱区域；连接区喷涂防火涂料后，其平均温度降低明显，阻热效果良好；荷载比增大后，相应位移增大，耐火极限降低，荷载比超过一定限值时，PPSRC梁柱节点的失效位置发生变化．

• 新型自锚式悬索-连续梁组合体系人行桥理论分析及设计

  卢彭真,周愉涛,李登国,武瑛

  由于常规对称布局的索-梁组合体系难以适用于城市人行桥的设计，为跨越非对称复杂地形，提出了一种新型自锚式悬索-连续梁组合体系的概念．该组合体系是基于三维空间中的弹性变形与刚体扭转的组合机制，采用新式的连接件进行索、梁、塔的三位一体连接组合．全面分析了该组合体系的静力、动力及稳定性等力学行为，提出了改善结构力学性能的方法，并对该组合体系进行了减振设计；最后采用多目标遗传算法(MOGA)对新组合体系结构进行了优化．研究结果表明，该体系在有限地形中布局桥梁结构具有较大优势，MOGA优化设计方法可实现该体系桥梁结构的合理布局、安全受力．研究成果可为复杂地形边界条件下的人行桥设计及其结构优化提供参考借鉴．

• 黄河下游丁坝群对河势控制效果研究

  彭秀竹,徐向舟,赵莹,高璐

  下游游荡型河道的河势控制是黄河流域生态保护与高质量发展的重要内容．利用MIKE21软件构建黄河下游天然河道二维水动力数值模型，并用控制变量法，对比分析不同挑角、布设排数以及结构形式下丁坝群对河势的控制效果．结果表明，在黄河下游河湾段透水丁坝群的缓流落淤效果与实体丁坝群接近．实体丁坝坝后悬沙浓度从约30kg/m3下降到最低24.72kg/m3，透水丁坝则下降至24.08kg/m3；两者对河段凹岸流速减小平均贡献率均高达80%以上，具有很强的护岸效果．此外透水丁坝因其独具的透水性能，有利于水生生物繁衍生息，兼顾了防洪安全和生态友好．但因目前建造透水丁坝的配套理论与技术标准有所欠缺，工程中存在溃坝风险，因而需要进一步加强设计方法和工程新材料的研发．

• 可膨胀石墨/氢氧化铝复合抑烟沥青制备及机理分析

  孙吉书,李文霞,李宁利,张俊峰

  为解决沥青路面铺筑过程中产生大量沥青烟气这一问题，以LT70#沥青为基质沥青，在其中添加抑烟剂制备抑烟沥青，并对沥青烟气的产生及抑制机理进行分析．首先，通过烟气评测装置对初选的4种抑烟剂进行抑烟效果评测，优选出可膨胀石墨(EG)和氢氧化铝(ATH)作为沥青的抑烟剂；然后，结合基本物理性能分析，确定EG、ATH的最佳掺量；最后，通过沥青四组分、荧光显微镜、扫描电子显微镜(SEM)及热重(TG)试验对沥青烟气的产生及抑制机理进行分析．结果表明：EG、ATH的最佳复配比例为1.0%EG+7.5%ATH，烟气抑制率可达18.7%；抑制沥青烟气的产生，需要降低沥青轻质组分的挥发和沥青中一些较大分子的裂解；EG、ATH在沥青中分布均匀，两者的共同作用使得沥青烟气的产生量降低，TG试验中复合抑烟沥青的质量剩余率为20.74%，较基质沥青提高29%．

• 不同粒径组合块石群水下漂移数值模拟

  李小超,张盖,李卫国,张伟,李明益,常留红

  抛石漂移是河道治理、护岸、潜丁坝、桥墩防冲等实际工程中经常遇到的问题．针对抛石颗粒在水中的漂移，采用计算流体力学(CFD)与离散元方法(DEM)耦合的方法，建立了颗粒流数值模型，并采用物理模型试验结果对数值模型的正确性进行验证．为研究级配对块石群水下漂移的影响，对不同粒径组合的块石群抛石漂移进行计算，对块石群在底床上的落点分布形态和扩散范围、漂距、分布面积等进行分析．计算结果表明，同一规格的块石群，其级配组成的均匀性和连续性越好，平均漂距和分布面积越大．

• 基于改进K-Medoids的组合聚类算法及异常值检测研究

  贺玉海,周庆琨,程埮晟,王勤鹏

  采用聚类算法和异常值检测算法进行车辆轨迹信息的提取与挖掘，在交通控制与管理、道路拥堵时空分析与治理、用户出行线路规划与推荐，以及自动驾驶决策规划等应用中具有重要意义．针对现有聚类算法和异常值检测算法参数难以控制、算法存在随机性的不足，提出基于?K-Medoids与DBSCAN组合的聚类算法．通过对模拟十字交叉路口数据集的训练，得到一个交叉路口最佳聚类模型，并用真实轨迹数据集验证、优化该模型．然后，将交叉路口区域内一段时间内的轨迹聚类数据流进行可视化再现，取得了异常轨迹少、聚类速度快的聚类效果，同时比较选择出算法各个参数的最优值．最后，通过参数传递使DBSCAN算法能够更精确地识别出异常轨迹，为交通治理与自动驾驶决策提供指导．

• 货运飞船柔性货包装载及建模技术研究

  贾东永,雷剑宇,孙维,白明生,韩彬,于晓洲

  针对中国货运飞船研制过程中柔性货包数量多、质量大、刚度非线性对整船基频产生影响的问题，提出了基于蜂窝夹层板结构的束缚带绑扎方案和基于BUSH元法的柔性货包性能仿真方法，开展了子结构局部试验，获取了货包与货架连接刚度关键参数，并使用该参数通过广义弹簧单元(BUSH)和质量点对货包进行精确模拟．通过货运飞船整船不同货物状态的振动试验对该方法计算得到的整船基频进行了试验验证，结果表明该方法将试验-仿真误差由原来的10%减小至1%，成功解决了货包柔性状态难以模拟的难题．该方法已应用于天舟货运飞船，后续还可应用于载人登月飞船等其他航天器研制．

• 海面溢油图像特征识别双边分割算法研究

  杜红彪,于伟,张旭,陈余庆

  重大海上溢油事故频发对海洋自然环境构成了巨大威胁．针对海面溢油图像的传统特征识别方法智能性、准确性不足等问题，探索了一种新型深度学习语义分割智能算法．首先分析了双边分割网络BiSeNetV2基本结构和功能模块单元．为了进一步降低现有网络参数复杂度，对其语义分支GE层进行了改进设计，提升了网络的轻量性．进而在BiSeNetV2的两个分支中引入双重注意力模块来解决类间相似性问题，增强了溢油图像特征识别的准确性．通过实验比较分析，验证了改进后的轻量型双边分割网络针对海面溢油图像特征识别准确率可达91.9%．

• 基于单输出子网迭代学习的缺失值填补方法

  关李晶,何洁帆,张立勇,闫晓明

  现实世界中不完整数据广泛存在，通常会增加数据分析与挖掘的难度，影响分析结果的可靠性．合理填补不完整数据的缺失值已经成为当前数据分析和挖掘中一个非常重要的环节．采用不完整数据属性关联建模的方法填补缺失值，鉴于不完整数据属性关联关系的复杂性，使用具有强大学习能力的单输出子网模型对不完整数据的缺失值进行填补，并针对由于缺失值的存在所导致的模型输入不完整问题，从缺失值的对待与描述切入，提出一种基于单输出子网迭代学习的缺失值填补方法．实验结果表明，通过单输出子网迭代学习能够取得更精确的填补结果，验证了所提方法的有效性．

• 基于人工蜂群算法的海上风机TMD振动控制研究

  卢东哲,王文华,李昕,韩付成,李颖

  海上风机(OWT)因其高度大、横截面小，在风、浪联合作用下极易产生振动和变形．目前工业建筑领域常用的被动控制方法，如调谐质量阻尼器(TMD)、多重调谐质量阻尼器(MTMD)、调谐液体柱型阻尼器(TLCD)等被广泛应用于控制海上风机在极端和疲劳工况下的结构反应．针对5MW导管架式海上风机结构开展被动控制研究，建立了随机激励作用下海上风机一阶弯曲自由度和TMD水平运动自由度的两自由度简化数值仿真模型，以塔筒顶部位移标准差为优化目标，利用人工蜂群(ABC)算法对TMD的刚度及阻尼参数进行优化．在FAST中建立了空气动力-水动力-结构动力-控制系统整体耦合仿真模型并进行动力分析，对优化后的单频TMD在正常和停机工况下的适用性及其减振机理进行研究．结果表明：基于两自由度简化模型并以人工蜂群算法优化后的TMD可有效降低塔筒顶部位移标准差；在停机工况下，塔筒顶部位移的主控频率为海上风机基频，所提出的TMD简化优化设计模型是合理的，可用于开展对导管架式海上风机一阶模态的TMD参数优化设计；在正常工况下，塔筒顶部位移的主控频率为风频，在此工况下海上风机响应的控制需要考虑风、浪随机激励的影响．