Journal of Zhejiang University

Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000,Monthly.

JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018).

Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

2016 Vol.17 No.4 P.253-334

<<< CONTENTS >>>

Articles

Active structures integrated with wireless sensor and actuator networks: a bio-inspired control framework

Peng-cheng Yang, Yan-bin Shen, Yao-zhi Luo

DOI: 10.1631/jzus.A1500109 Downloaded: 2714 Clicked: 4480 Cited: 0 Commented: 0(p.253-272) <Full Text> <PPT> 1795

Chinese summary <27> 集成無線傳感器-執行器網絡的主動結構：一(yī)種仿生(shēng)控制框架

目的：主動結構的幾何形狀控制一(yī)直是結構控制領域的研究前沿。爲滿足形狀控制目标，一(yī)個主要問題就是如何求解主動構件的執行量。以随機搜索算法爲核心的基于模型的控制方法逐漸成爲主流，但仍存在若幹需改善之處，如計算量大(dà)、實時性差、不能很好應對未知(zhī)荷載作用以及實際結構與數值模型間存在差異等。本研究旨在尋求一(yī)種控制框架，使其能夠在某些場合下(xià)具備更好的控制性能。
創新點：1. 提出一(yī)類主動結構混合系統--集成無線傳感器-執行器網絡的主動結構（WAS）；2. 通過模仿動物(wù)反射活動以及節律運動，提出WAS的兩層級仿生(shēng)控制框架。
方法：1. 将無線傳感器-執行器網絡引入主動結構，組成混合系統，建立離(lí)散的基本模型（圖1）；2. 結合仿生(shēng)思想，按照兩層級控制框架編制基本控制流程（圖3和4）；3. 通過仿真模拟，将無線傳感器-執行器網絡嵌入主動三棱柱張拉整體(tǐ)結構，運用仿生(shēng)控制框架對張拉整體(tǐ)結構在多種工(gōng)況下(xià)進行形狀控制，驗證所提概念和方法的可行性與有效性（圖7和13）。
結論：1. 與以随機搜索算法爲主的基于模型的形狀控制方法相比，本文所提出的混合系統及其仿生(shēng)控制框架，計算量極小(xiǎo)，因此可快速應對外(wài)部作用的變化；2. 對于未知(zhī)荷載作用，本文提出的仿生(shēng)控制框架無需進行荷載識别，因此适應性更強；3. 由于不依賴于有限元模型，該仿生(shēng)控制框架避免了來自實際結構與數值模型的誤差，因此控制精度更高。

關鍵詞組：主動結構；無線傳感器-執行器網絡；形狀控制；仿生(shēng)控制

Bearing capacity of thin-walled shallow foundations: an experimental and artificial intelligence-based study

Hossein Rezaei, Ramli Nazir, Ehsan Momeni

DOI: 10.1631/jzus.A1500033 Downloaded: 3859 Clicked: 4850 Cited: 0 Commented: 0(p.273-285) <Full Text> <PPT> 2127

Chinese summary <28> 基于人工(gōng)智能的薄壁淺地基的承重能力研究

目的：薄壁擴展式地基已被廣泛應用于土壤強度相對較低的沿海工(gōng)程。目前，已有很多學者對其進行了人工(gōng)神經網絡的适用性研究，希望用此對地基的承重能力進行預測。但是這些研究多數是基于傳統的人工(gōng)神經網絡，學習速度慢(màn)且受困于局部極小(xiǎo)值。本文拟提出一(yī)種改進的基于人工(gōng)神經網絡的預測薄壁淺地基承重能力的模型。
方法：1. 整合145組關于地基承重測試的文獻數據和實驗數據（包括承重能力、摩擦角、沙的單位重量、基腳寬度和長寬比等）；除了承重能力，其他參數都是模型輸入；2. 研究各參數對地基承重能力的影響，确定最優的人工(gōng)神經網絡模型參數，并對不同的人工(gōng)神經網絡模型進行比較。
結論：1. 當基腳長寬比從0.5變爲1.12時，地基的承重能力增加了大(dà)約一(yī)半；2. 基于粒子群優化算法的人工(gōng)神經網絡模型表現最好；在測試數據中(zhōng)，承重能力的預測值和測量值之間高達0.98的相關系數也表明，在無粘性土中(zhōng)，基于人工(gōng)神經網絡的預測模型适用于薄壁淺地基的承重能力預測。

關鍵詞組：薄壁地基；沙；承重能力；人工(gōng)神經網絡；粒子群優化

An integrated cognitive computing approach for systematic conceptual design

Hao Zheng, Yi-xiong Feng, Jian-rong Tan, Zhi-feng Zhang, Zi-xian Zhang

DOI: 10.1631/jzus.A1500161 Downloaded: 2424 Clicked: 4122 Cited: 0 Commented: 0(p.286-294) <Full Text> <PPT> 1877

Chinese summary <30> 一(yī)種面向系統化概念設計的集成認知(zhī)計算方法

目的：産品概念設計是一(yī)種複雜(zá)的認知(zhī)活動過程，在産品生(shēng)命周期中(zhōng)具有極其重要的作用。目前對産品概念設計的智能化方向主要集中(zhōng)在概念生(shēng)成與評價等離(lí)散階段，尚缺乏系統性的智能化概念設計方法。本文的目的是在形式化與系統化概念設計過程中(zhōng)，實現設計的計算化與智能化，支持計算機輔助設計的發展與應用。
創新點：1. 結合工(gōng)程設計與認知(zhī)科學，提出多階段設計認知(zhī)模型表達産品設計過程；2. 采用計算智能算法，實現設計認知(zhī)模型的智能求解。
方法：1. 通過分(fēn)析設計者的設計過程規律，結合認知(zhī)心理學構建符合設計流程的多階段設計認知(zhī)模型（圖1）；2. 通過引入計算智能算法，分(fēn)别對認知(zhī)模型中(zhōng)概念聯想、概念組合和方案評價進行認知(zhī)計算，實現設計過程的正向求解（圖2）；3. 通過仿真模拟，運用認知(zhī)計算方法對液壓機産品進行概念設計求解，得到相關的設計方案，并驗證所提方法的可行性和有效性（表3）。
結論：1. 産品概念設計過程可抽象爲概念生(shēng)成、概念組合和方案評價的認知(zhī)過程；2. 認知(zhī)過程可以引入計算智能方法對其進行分(fēn)别模拟計算；3. 運用認知(zhī)計算方法對産品進行概念設計，可以顯著提高設計效率，同時有助于設計自動化的實現。

關鍵詞組：概念設計；認知(zhī)計算；遺傳算法；優劣解距離(lí)法

Exact free vibration analysis of open circular cylindrical shells by the method of reverberation-ray matrix

Xiong-liang Yao, Dong Tang, Fu-zhen Pang, Shuo Li

DOI: 10.1631/jzus.A1500191 Downloaded: 3007 Clicked: 4834 Cited: 2 Commented: 0(p.295-316) <Full Text> <PPT> 1915

Chinese summary <29> 開(kāi)口圓柱殼的回傳射線矩陣法精确自由振動分(fēn)析

目的：開(kāi)口圓柱殼作爲闆殼組合結構的組成部分(fēn)被廣泛應用于工(gōng)程實踐中(zhōng)。本文探讨開(kāi)口圓柱殼結構參數（長度、半徑、厚度和夾角等）和邊界條件對其振動特性的影響，這對工(gōng)程結構的減振設計具有重要意義。通過推導開(kāi)口圓柱殼的解析解及其求解過程，建立加筋開(kāi)口圓柱殼和闆-殼耦合模型振動分(fēn)析的理論基礎。
創新點：1. 推導行波與駐波結合形式的解析解；2. 建立回傳射線矩陣法分(fēn)析開(kāi)口圓柱殼結構振動的流程；3. 分(fēn)析得到大(dà)模态數下(xià)開(kāi)口圓柱殼固有頻(pín)率随殼厚線性變化；直邊簡支時，曲邊邊界條件對固有頻(pín)率影響不大(dà)。
方法：1. 基于Donnell-Mushtari-Vlasov （DMV）薄殼理論，推導兩對邊簡支的開(kāi)口圓柱殼行波與駐波結合形式的解析解；2. 基于回傳射線矩陣法原理，推導出開(kāi)口圓柱殼的固有頻(pín)率方程；3. 采用黃金分(fēn)割法求解開(kāi)口圓柱殼的固有頻(pín)率方程，得到精确的固有頻(pín)率；4. 分(fēn)析開(kāi)口圓柱殼不同結構參數和邊界條件對固有頻(pín)率的影響。
結論：1. 回傳射線矩陣法适用于開(kāi)口圓柱殼的振動分(fēn)析且具有很高的精度；2. 開(kāi)口圓柱殼的固有頻(pín)率随其長度的增加而減小(xiǎo)；3. 對于絕大(dà)部分(fēn)模态數，開(kāi)口圓柱殼的固有頻(pín)率随其半徑的增加而減小(xiǎo)；4. 開(kāi)口圓柱殼的固有頻(pín)率随殼厚的增加而增加，當周向模态數n=1和2時，不同殼厚的開(kāi)口圓柱殼固有頻(pín)率相差很小(xiǎo)，當周向模态數n≥7時，開(kāi)口圓柱殼的固有頻(pín)率随殼厚線性變化；5. 對于絕大(dà)多數模态數，開(kāi)口圓柱殼的固有頻(pín)率随夾角的增大(dà)而快速減小(xiǎo)；6. 對于兩曲邊簡支的開(kāi)口圓柱殼，其固有頻(pín)率從高到低對應兩直邊的邊界條件爲固支、簡支和自由；7. 對于兩直邊簡支的開(kāi)口圓柱殼，兩曲邊的邊界條件對其固有頻(pín)率的影響不大(dà)。

關鍵詞組：開(kāi)口圓柱殼；回傳射線矩陣法；自由振動分(fēn)析；DMV薄殼理論；解析波動形式解

Squeal noise in hydraulic poppet valves

Da-yun Yi, Liang Lu, Jun Zou, Xin Fu

DOI: 10.1631/jzus.A1400351 Downloaded: 2958 Clicked: 4580 Cited: 0 Commented: 0(p.317-324) <Full Text> <PPT> 1840

Chinese summary <29> 液壓錐閥中(zhōng)的嘯叫噪聲

目的：液壓錐閥産生(shēng)尖銳刺耳的嘯叫噪聲，嚴重地降低了液壓錐閥的品質。本文探讨液壓錐閥嘯叫噪聲的産生(shēng)機理，揭示嘯叫噪聲對特定頻(pín)率噪聲信号的選擇性放(fàng)大(dà)原理，爲嘯叫噪聲抑制提供理論依據。
創新點：觀測到介質相變、錐閥開(kāi)度及閥腔變化下(xià)嘯叫噪聲基頻(pín)漂移現象，建立空化條件下(xià)錐閥流體(tǐ)共振分(fēn)析模型，獲得了錐閥嘯叫噪聲是對特定頻(pín)率信号的選擇性放(fàng)大(dà)的結論。
方法：1. 通過實驗分(fēn)析，觀測到液壓錐閥中(zhōng)嘯叫噪聲基頻(pín)的漂移規律（圖5~7、10和11）；2. 提出液壓錐閥嘯叫噪聲是流聲耦合引起的亥姆霍茲共振假設；3. 通過建立錐閥閥腔聲學共振頻(pín)率模型，運用實驗與理論相結合的方法分(fēn)析不同工(gōng)況下(xià)的嘯叫噪聲基頻(pín)漂移規律，通過大(dà)量實驗驗證所提假設的正确性（圖7、10和11）。
結論：1. 液壓錐閥流聲共振産生(shēng)嘯叫噪聲，完成對特定頻(pín)率噪聲信号的選擇性放(fàng)大(dà)；2. 液壓錐閥隻有在因流體(tǐ)不穩定而産生(shēng)的周期性壓力擾動信号的頻(pín)率與閥腔聲學共振頻(pín)率接近時才産生(shēng)嘯叫噪聲；3. 運用液壓錐閥流聲共振産生(shēng)嘯叫噪聲的結論，通過改變閥腔聲學共振頻(pín)率，使之與流道内因流體(tǐ)不穩定引起的壓力擾動頻(pín)率錯開(kāi)，能有效地抑制液壓錐閥中(zhōng)嘯叫噪聲的産生(shēng)。

關鍵詞組：錐閥；嘯叫噪聲；亥姆霍茲共振；流聲共振；剪切層不穩定

Impact of diesel emission fluid soaking on the performance of Cu-zeolite catalysts for diesel NH₃-SCR systems

Dong-wei Yao, Feng Wu, Xin-Lei Wang

DOI: 10.1631/jzus.A1500215 Downloaded: 2571 Clicked: 4251 Cited: 1 Commented: 0(p.325-334) <Full Text> <PPT> 2084

Chinese summary <28> 尿素水溶液浸漬對柴油機NH₃-SCR後處理銅基分(fēn)子篩催化劑性能的影響

目的：柴油機NH₃-SCR系統在實際使用中(zhōng)容易出現SCR催化劑被尿素水溶液（DEF）浸漬和催化劑表面尿素結晶的問題，導緻催化劑失活和老化。以銅基小(xiǎo)孔分(fēn)子篩Cu-SAPO-34爲對象，研究DEF浸漬和尿素結晶對催化劑性能的影響，并分(fēn)析DEF浸漬和尿素結晶影響催化特性的深層機理。
創新點：1. 通過小(xiǎo)樣DEF浸泡和水熱處理模拟柴油機NH₃-SCR系統在實際使用中(zhōng)催化劑表面被DEF浸漬、尿素結晶生(shēng)成及演變的情況；2. 采用四步法在流動反應器上對被DEF浸泡和水熱處理後的催化劑小(xiǎo)樣進行性能評估和分(fēn)析。
方法：1. 對全尺寸銅基分(fēn)子篩SCR催化劑取小(xiǎo)樣并進行700 °C和4小(xiǎo)時的水熱預處理使其性能穩定；2. 通過1~2小(xiǎo)時DEF浸泡和高達550 °C的水熱處理，模拟柴油機NH3-SCR系統在實際使用中(zhōng)催化劑表面DEF浸漬、尿素結晶生(shēng)成與演變情況；3. 采用四步法在流動反應器上對被DEF浸泡和水熱處理後的催化劑小(xiǎo)樣進行NO_x轉化率、N₂O選擇性、NO和NH₃氧化性以及NH₃存儲等性能評估；4. 以新鮮催化劑小(xiǎo)樣爲參照，分(fēn)析DEF浸漬和尿素結晶對銅基分(fēn)子篩SCR催化劑性能的影響。
結論：1. DEF浸漬會輕微減小(xiǎo)銅基分(fēn)子篩SCR催化劑的銅載量；2. 銅載量的降低削弱了催化劑的氧化性，導緻較低的NO/NH₃氧化性和高溫N₂O選擇性；3. 銅載量的降低減緩了催化劑表面硝酸氨的分(fēn)解，導緻較低的低溫N₂O選擇性；4. DEF浸漬引起銅載量變化的同時增強了催化劑表面酸性，使更多NH₃可以被吸附和參與SCR反應；5. DEF浸漬過的催化劑小(xiǎo)樣由于具有較低的NH3氧化性和較高的NH₃存儲能力，所以在400 °C以上具有更好的NO_x轉化率；6. 尿素結晶對催化劑性能影響不明顯，主要是因爲DEF浸泡後的高溫水熱處理已經去(qù)除了催化劑表面大(dà)部分(fēn)的尿素結晶。