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.9 P.677-758

<<< CONTENTS >>>

Articles

Estimating the time-dependent reliability of aging structures in the presence of incomplete deterioration information

Cao Wang, Quan-wang Li, Long Pang, A-ming Zou

DOI: 10.1631/jzus.A1500342 Downloaded: 2101 Clicked: 3674 Cited: 1 Commented: 0(p.677-688) <Full Text> <PPT> 1698

Chinese summary <28> 非完整衰減信息下(xià)的劣化結構時變可靠度評估

目的：研究衰減函數的概率分(fēn)布對結構可靠度的影響；在非完整衰減信息下(xià)，對結構的時變可靠度進行評估。
創新點：1. 假定衰減函數服從5種常見的概率分(fēn)布，讨論可靠度分(fēn)析結果的差異；2. 當衰減函數的概率分(fēn)布（或各概率分(fēn)布的權重）未知(zhī)時，提出平均可靠度的分(fēn)析方法。
方法：假定承載力是完全相關的随機過程，在其概率分(fēn)布未知(zhī)的情況下(xià):（1）假定5種常見的概率分(fēn)布，對結構可靠度進行分(fēn)析和比較；（2）将時變可靠度的計算公式Taylor展開(kāi)，轉化爲關于衰減函數一(yī)階矩和二階矩的函數，推導平均可靠度的計算方法（公式18）。
結論：1. 不同的衰減函數概率分(fēn)布對結構可靠度的影響顯著；2. 利用本文提出的方法，在衰減函數概率的分(fēn)布（或各概率分(fēn)布的權重）未知(zhī)時，可以得出結構可靠度的合理評估。

關鍵詞組：時變可靠度；劣化模型；平均可靠度；誤差分(fēn)析；結構安全

Blast response of full-size concrete walls with chemically reactive enamel (CRE)-coated steel reinforcement

Dong-Ming Yan, Hua-Wei Yin, Cheng-Lin Wu, Yan-Long Li, Jason Baird, Gen-Da Chen

DOI: 10.1631/jzus.A1600480 Downloaded: 2444 Clicked: 4384 Cited: 0 Commented: 0(p.689-701) <Full Text> <PPT> 1958

Chinese summary <29> 活性瓷釉塗層鋼筋混凝土防護牆抗爆性能研究

目的：活性瓷釉塗層能夠顯著增強鋼筋的防腐蝕能力，同時能夠明顯提升鋼筋與混凝土的粘結力。通過對活性瓷釉塗層鋼筋混凝土防護牆在沖擊荷載作用下(xià)的破壞特征進行試驗和數值模拟，爲活性瓷釉塗層技術在鋼筋混凝土結構中(zhōng)的應用提供理論基礎。
創新點：1. 對活性瓷釉塗層鋼筋混凝土防護牆進行爆炸荷載作用下(xià)的破壞試驗；2. 通過數值模拟，探究活性瓷釉鋼纖維對鋼筋混凝土結構抗爆能力的影響，爲結構設計提出建議。
方法1. 通過對活性瓷釉塗層鋼筋防護牆進行爆炸試驗（圖2），揭示活性瓷釉塗層鋼筋混凝土結構的動力破壞特征（圖4和5）；2. 通過數值方法研究活性瓷釉塗層對鋼筋混凝土防護牆抗爆性能的影響，揭示在不同鋼筋-混凝土粘結強度時鋼筋混凝土結構整體(tǐ)性的變化規律（圖10、13和15）；3. 在爆炸試驗和數值分(fēn)析基礎上，提出活性瓷釉塗層鋼筋混凝土結構抗爆設計建議（圖16）。
結論：1. 活性瓷釉塗層能夠顯著改善鋼筋在混凝土結構中(zhōng)的傳力性能；在爆炸荷載作用下(xià)，塗層鋼筋混凝土結構的破壞程度明顯減輕。2. 活性瓷釉塗層能夠顯著改善鋼筋混凝土結構的變形特性，并顯著增強其耗能能力。3. 在采用活性瓷釉塗層進行抗爆設計時，采用直徑較小(xiǎo)的鋼筋可提高結構的吸能能力。

關鍵詞組：活性瓷釉塗層；爆炸荷載；破壞模式；粘結力；有限元模型

Mathematical models of steady-state temperature fields produced by multi-piped freezing

Xiang-dong Hu, Wang Guo, Luo-yu Zhang, Jin-tai Wang, Xue Dong

DOI: 10.1631/jzus.A1600211 Downloaded: 2143 Clicked: 3404 Cited: 1 Commented: 0(p.702-723) <Full Text> <PPT> 1839

Chinese summary <26> 少量管凍結穩态溫度場數學模型

目的：少量任意布置凍結管凍結的穩态溫度場無解析解。建立任意布置少量管凍結穩态溫度場模型，獲得解析解，解決人工(gōng)凍結溫度場理論問題。
創新點：1. 基于勢函數疊加原理，确立人工(gōng)地層凍結中(zhōng)少量管凍結穩态溫度場的通用求解方法；2. 建立任意布置的3根和4根非等溫凍結管下(xià)凍結穩态溫度場數學模型，獲得其解析解通解及特解。
方法：1. 通過理論分(fēn)析，将凍結管簡化爲熱彙點源，确定人工(gōng)地層凍結熱勢的拉普拉斯方程表述；2. 應用勢函數疊加原理建立少量管凍結穩态溫度場的通用求解方法；3. 建立少量管凍結穩态溫度場的數學模型，通過理論推導獲得溫度場解析解；4. 通過數值模拟，驗證所提方法、數學模型和解析解的正确性和準确性。
結論：1. 将凍結管簡化爲點源（熱彙），其凍結形成的熱勢場服從拉普拉斯方程，其解即爲熱勢函數；2. 多根凍結管凍結時，将單根凍結管的熱勢函數疊加，由凍結管的位置決定每根凍結管的熱流，再根據邊界條件定解。這一(yī)方法（即勢函數疊加法）可以用于任意布置凍結管凍結穩态溫度場解析解的求解；3. 将凍結管簡化爲點源導緻獲得的解析解存在一(yī)定的誤差，但誤差僅發生(shēng)在凍結管附近極小(xiǎo)的範圍内，并且誤差微小(xiǎo)，完全滿足工(gōng)程上的精度要求。

關鍵詞組：人工(gōng)地層凍結法；少量管凍結；穩态；溫度場；解析解；勢函數

Design of an ultrasonic motor with multi-vibrators

Chong Li, Cun-yue Lu, Yi-xin Ma, Shi-yang Li, Wei-qing Huang

DOI: 10.1631/jzus.A1500316 Downloaded: 2445 Clicked: 3912 Cited: 1 Commented: 0(p.724-732) <Full Text> <PPT> 1756

Chinese summary <27> 一(yī)種多振子超聲電機的設計

目的：對超聲電機而言，當多個壓電振子并聯時，由于以同一(yī)設計方案制作的電機振子往往具有不同的動态特性，因此會使得多振子電機的效率有所下(xià)降。即多振子電機工(gōng)作的關鍵是如何使多個振子協同一(yī)緻地驅動轉子。爲提高集成型多振子電機的效率和簡化電機結構，提出一(yī)種構造貼片式多振子旋轉超聲電機的方法。
創新點：1. 提出圓周面内驅動的概念，發展已有的面内驅動概念（x-y面）；2. 提出一(yī)種模态轉換方法, 通過多個振子彎曲振動的疊加形成設計電機的扭轉振動；3. 電機工(gōng)作時，不僅各個振子處于共振狀态，而且連接而成的定子同樣處于共振狀态，有利于提高電機的效率；4. 驗證多振子同步驅動的機理。
方法：1. 振子采用貼片式結構，由極化方向沿厚度方向的壓電陶瓷和金屬基體(tǐ)粘結而成；與使用蘭傑文振子相比，使用貼片式振子易于簡化電機的結構。2. 各個振子首尾相連形成電機的定子，既可用于構造直線電機，又(yòu)可轉換成旋轉電機。3. 通過有限元方法對不同振子數構成的電機定子進行性能比較，并且分(fēn)析設計電機的驅動機理；此外(wài)，通過仿真分(fēn)析确定電機的最優尺寸。4. 根據設計結果，加工(gōng)原理樣機，并且對加工(gōng)的樣機進行實驗研究，探讨設計方法的可行性。
結論：1. 根據仿真分(fēn)析結果，最終加工(gōng)的電機定子包含5個振子。2. 定子中(zhōng)各個振子的振動特性完全相同，振子同步工(gōng)作。3. 樣機定子的内徑爲28 mm，外(wài)徑爲35 mm，高爲30 mm；測得定子的縱振和扭轉頻(pín)率分(fēn)别爲44.42 kHz和43.83 kHz；當激勵電壓的頻(pín)率爲43.9 kHz、峰值爲100 V時，電機的空載轉速爲45 r/min，堵轉力矩爲0.3 N·m，最大(dà)效率約爲30%。4. 本文所設計的電機，是一(yī)種多振子并行驅動的整體(tǐ)式電機，具有結構緊湊和多振子同步工(gōng)作等優點，能夠克服常規的多振子電機在協同工(gōng)作時出現的不同步問題；該設計方法可以爲多振子電機的設計提供理論基礎，推動超聲電機在并行驅動方面的應用。

關鍵詞組：超聲電機；駐波；面内振動；多振子

Dynamic modeling of micro- and nano-sized particles impinging on the substrate during suspension plasma spraying

Kai Zhang, Hong-bing Xiong, Xue-ming Shao

DOI: 10.1631/jzus.A1500203 Downloaded: 2545 Clicked: 4272 Cited: 1 Commented: 0(p.733-744) <Full Text>

Chinese summary <28> 懸浮等離(lí)子體(tǐ)噴塗過程中(zhōng)微納米顆粒撞擊基闆的動力學模拟

目的：研究微納米顆粒在流場中(zhōng)的運動和傳熱特性，确定顆粒繞流的臨界尺寸以及微納米顆粒合适的噴塗距離(lí)。
創新點：1. 建立微納米顆粒的受力和運動模型；2. 推導顆粒粒徑和斯托克斯數的關系，确定顆粒繞流的臨界尺寸；3. 确定适于微納米顆粒的噴塗距離(lí)。
方法：1. 通過顆粒運動和傳熱的三維模型，模拟顆粒在等離(lí)子體(tǐ)流場中(zhōng)的運動和傳熱過程；2. 對流場采用歐拉法進行求解，對顆粒采用拉格朗日法進行求解；3. 動态追蹤顆粒的軌迹和空間分(fēn)布，從而得到顆粒的速度、溫度和空間分(fēn)布。
結論：1. 布朗力會影響納米顆粒的分(fēn)布；現有模型可以很好地模拟微納米顆粒的行爲。2. 可以用斯托克斯數和粒徑表征微納米顆粒繞流的臨界尺寸；當前工(gōng)況下(xià)，臨界粒徑約爲800 nm。3. 基闆會影響流場結構和顆粒的空間分(fēn)布；在當前研究中(zhōng)，得出有利于納米顆粒沉積的噴塗距離(lí)約爲50 mm；對微米顆粒來說，噴塗距離(lí)應适當增大(dà)。4. 微納米顆粒的空間分(fēn)布呈現不同的特點；納米顆粒的分(fēn)布區間更大(dà)，布朗力對納米顆粒的作用比對微米顆粒更爲顯著。5. 微納米顆粒的運動和傳熱過程呈現不同的特點；納米顆粒的慣性和熱容小(xiǎo)，因此它們的速度和溫度變化更迅速。

關鍵詞組：懸浮等離(lí)子體(tǐ)噴塗；斯托克斯數；布朗力；多相流；固體(tǐ)-流體(tǐ)相互作用

Membrane fouling behavior and microbial community succession in a submerged membrane bioreactor treating harbor oily wastewater

Yan-jie Wei, Guo-yi Li

DOI: 10.1631/jzus.A1500289 Downloaded: 2195 Clicked: 4309 Cited: 0 Commented: 0(p.745-757) <Full Text> <PPT> 1692

Chinese summary <25> 膜生(shēng)物(wù)反應器處理港口含油廢水的膜污染行爲及群落結構演變研究

目的：采用膜生(shēng)物(wù)反應器處理港口含油廢水。考察運行過程中(zhōng)膜污染行爲特征，分(fēn)析引起膜污染的關鍵影響因素，研究減弱膜污染的途徑與方法；考察反應器内群落結構演變，分(fēn)離(lí)鑒定優勢菌種，揭示運行條件和進水水質等宏觀環境與微生(shēng)物(wù)微環境之間的對應關系。
創新點：1. 分(fēn)析出膜表面累積的胞外(wài)蛋白(bái)是膜污染嚴重和過膜壓力增大(dà)的關鍵誘因；2. 基于Yusuf Chisti和Murray Moo Young提出的氣提液體(tǐ)上升流速模型，結合胞外(wài)蛋白(bái)變化趨勢，提出降低過膜壓力上升速度和緩解膜污染進程的有效措施；3. 針對處理港口含油廢水的生(shēng)物(wù)系統進行種群結構研究及優勢菌屬的分(fēn)離(lí)與鑒定。
方法：1. 借助環境掃描電子顯微鏡（SEM）、能量色散X射線光譜儀（EDX）和傅裏葉紅外(wài)光譜儀（FTIR）等分(fēn)析手段表征膜污染物(wù)的主要成分(fēn)；2. 基于Yusuf Chisti和Murray Moo Young提出的氣提液體(tǐ)上升流速模型，提出緩解膜污染進程的措施，并驗證所提措施的有效性（圖3和9）；3. 通過巢式PCR-DGGE技術對處理港口含油廢水的膜生(shēng)物(wù)反應器不同運行階段的微生(shēng)物(wù)群落結構進行研究，并采用克隆技術對優勢微生(shēng)物(wù)進行菌種鑒定（圖10和表3）。
結論：1. 采用一(yī)體(tǐ)化厭(yàn)氧/好氧-膜生(shēng)物(wù)反應器來處理港口含油廢水的優點是對有機污染物(wù)和油類等污染物(wù)的去(qù)除效率高，但在其運行過程中(zhōng)膜污染嚴重。2. 分(fēn)析發現胞外(wài)聚合物(wù)是引起膜污染物(wù)的主要因素（圖3~6）；組分(fēn)分(fēn)析進一(yī)步表明膜表面累積的胞外(wài)蛋白(bái)是膜污染嚴重和過膜壓力增大(dà)的關鍵誘因（圖7~9）。3. 通過增大(dà)反應器曝氣量，調整反應器結構參數可有效降低過膜壓力上升速度，緩解膜污染進程。4. 反應器内細菌群落結構平穩。5. 克隆測序結果表明：膜生(shēng)物(wù)反應器内叢毛單胞菌屬在低曝氣環境下(xià)繁殖能力強，且可能是引起膜污染的特征微生(shēng)物(wù)；紅環菌科細菌更适應高曝氣條件，是降解含有油類污染物(wù)的特征細菌。

關鍵詞組：膜污染；胞外(wài)聚合物(wù)；港口含油廢水；群落結構

Erratum to: Typical dielectric elastomer structures: dynamics and application in structural vibration control

Zhi-long Huang, Xiao-ling Jin, Rong-hua Huan, Wei-qiu Zhu

DOI: 10.1631/jzus.A15e0345 Downloaded: 1857 Clicked: 3282 Cited: 0 Commented: 0(p.758-758) <Full Text>