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.11 P.841-922

<<< CONTENTS >>>

Articles

Direct reliability-based design optimization of uncertain structures with interval parameters

Jin Cheng, Ming-yang Tang, Zhen-yu Liu, Jian-rong Tan

DOI: 10.1631/jzus.A1600143 Downloaded: 2639 Clicked: 5231 Cited: 1 Commented: 0(p.841-854) <Full Text> <PPT> 1950

Chinese summary <28> 含區間參數的不确定性結構直接可靠性設計優化

目的：爲提高含區間參數不确定性結構的可靠性，提供一(yī)種基于區間模型的不确定性結構的高效可靠性設計優化方法。
創新點：1. 提出結構性能指标區間可靠度的統一(yī)計算公式；2. 提出區間可靠度違反度的概念和基于區間可靠度違反度的優于關系準則；3. 提出并實現區間可靠性優化模型的高效直接智能求解算法。
方法：1. 借鑒圖表法并克服其局限，給出計算區間可靠度的統一(yī)公式（公式2）；2. 利用Kriging近似模型和内層遺傳算法計算結構性能指标在不确定性參數影響下(xià)的變化區間，從而計算出區間可靠性優化模型中(zhōng)各結構性能指标的區間可靠度及其違反度；3. 基于區間可靠度違反度的優于關系準則，通過外(wài)層遺傳算法實現各結構設計矢量的直接優劣排序和區間可靠性優化模型的直接智能求解；4. 通過典型算例（圖3和4、表2）和工(gōng)程應用實例（圖8和9、表7）驗證所提方法的有效性和相比間接求解方法的優越性。
結論：1. 考慮結構性能指标可靠性要求的不确定性結構區間可靠性設計優化模型能夠有效反映實際工(gōng)程中(zhōng)提高不确定結構可靠性的需求；2. 引入區間可靠度違反度的概念和基于可靠度違反度的優于關系準則，利用嵌套遺傳算法和Kriging近似模型可實現不确定性結構區間可靠性優化模型的直接高效智能求解；3. 提出的區間可靠性優化模型直接求解方法能比間接方法獲得更優的解。

關鍵詞組：可靠性設計優化；不确定性結構；區間可靠性違反度；優于關系準則；直接區間優化；嵌套遺傳算法

Framework of mechanical symmetry breaking theory and its application to innovative design

Qing-ying Qiu, Shao-jian Wang, Pei-en Feng, Yu-xuan Qi, Li-xin Li

DOI: 10.1631/jzus.A1500199 Downloaded: 2346 Clicked: 3761 Cited: 0 Commented: 0(p.855-872) <Full Text> <PPT> 1670

Chinese summary <24> 機械對稱破缺的理論框架及其應用

目的：爲滿足各種功能和性能的需求及難以避免的約束和限制條件，形形色色的對稱破缺現象普遍存在于各類機械系統、部件和零件之中(zhōng)。但目前國内外(wài)均沒有對機械對稱破缺種類、作用及其應用方法進行系統研究的報道。通過本文，讀者能系統地了解對稱破缺在機械系統中(zhōng)的存在和作用規律，并能夠在機械設計中(zhōng)科學地應用對稱破缺，更好地實現和發揮機械的預期功能和效益。
創新點：1. 創建機械對稱破缺的概念和分(fēn)類體(tǐ)系。2. 揭示對稱破缺與産品需求之間的關聯性，提出應用對稱破缺實現機械功能、性能和約束需求的8個設計原理。3. 發明一(yī)種具有對稱破缺特征的鏈傳動結構新方案，且其傳動平穩性顯著優于現有鏈傳動。
方法：1. 分(fēn)析和借鑒生(shēng)物(wù)學、材料結構學和建築學等多學科中(zhōng)對稱破缺的研究和應用成果。2. 分(fēn)析一(yī)千多個應用對稱破缺的機械實例，并從中(zhōng)提煉和總結對稱破缺在機械中(zhōng)的效用和應用規律。3. 将歸納出的規律應用于對稱破缺創新機械的實踐。
結論：1. 對稱破缺普遍存在于機械中(zhōng)，并起着不可或缺的作用。2. 通過對大(dà)量機械實例中(zhōng)對稱破缺所起作用的系統分(fēn)析能夠獲取對稱破缺作用于機械的規律性知(zhī)識。3. 應用上述規律性知(zhī)識能實現機械産品的創新。

關鍵詞組：機械對稱破缺；概念體(tǐ)系；設計原理；設計方法和進程；創新實踐

Chip morphology predictions while machining hardened tool steel using finite element and smoothed particles hydrodynamics methods

Usama Umer, Jaber Abu Qudeiri, Mohammad Ashfaq, Abdulrahman Al-Ahmari

DOI: 10.1631/jzus.A1600023 Downloaded: 3737 Clicked: 4603 Cited: 0 Commented: 0(p.873-885) <Full Text> <PPT> 1727

Chinese summary <24> 基于有限元和光滑粒子流體(tǐ)動力學的硬質工(gōng)具鋼切屑形貌預測方法研究

目的：獲得有效的高精度切屑形貌仿真方法。
創新點：通過比較不同切削參數下(xià)采用光滑粒子流體(tǐ)動力學模型和有限元模型仿真獲得的切屑形貌，證明光滑粒子流體(tǐ)動力學模型可以很好地實現對節狀切屑的仿真，而不需要額外(wài)的幾何或基于網格的切屑分(fēn)離(lí)準則。
方法：基于有限元和光滑粒子流體(tǐ)動力學的切削形貌仿真方法。
結論：通過比較不同切削參數下(xià)采用光滑粒子流體(tǐ)動力學模型和有限元模型仿真獲得的切屑形貌，證明了基于裂紋形成與擴展理論，采用合理疲勞參數的标準Johnson-Cook模型完全可以實現對節狀切屑形成過程的仿真，也即無需采用修正的Johnson-Cook模型。同時證明了有限元模型和光滑粒子流體(tǐ)動力學方法均可滿足不同切削速度和進給量條件下(xià)的切削力和切屑形貌仿真。

關鍵詞組：切屑形貌；有限元；光滑粒子流體(tǐ)動力學；淬硬工(gōng)具鋼；鋸齒形切屑

Upper bound analysis for estimation of the influence of seepage on tunnel face stability in layered soils

Wei Liu, Bettina Albers, Yu Zhao, Xiao-wu Tang

DOI: 10.1631/jzus.A1500233 Downloaded: 3407 Clicked: 4679 Cited: 2 Commented: 0(p.886-902) <Full Text> <PPT> 1797

Chinese summary <27> 成層土中(zhōng)地下(xià)水滲流對盾構隧道開(kāi)挖面穩定影響上限分(fēn)析

目的：盾構隧道在成層土中(zhōng)掘進時，地下(xià)水滲流容易引起盾構開(kāi)挖面失穩破壞。本文提出考慮地下(xià)水滲流的機動場模型，探讨成層土中(zhōng)地下(xià)水滲流規律，研究滲流對開(kāi)挖面穩定性的影響，并提出滲流條件下(xià)成層土中(zhōng)盾構支護壓力的計算方法。
創新點：1. 提出考慮地下(xià)水滲流盾構開(kāi)挖面失穩機動場的模型；2. 建立成層土中(zhōng)地下(xià)水滲流模型； 3. 推導考慮地下(xià)水滲流的盾構開(kāi)挖面極限支護壓力上限解。
方法：1. 根據已有工(gōng)程案例，對滲流條件下(xià)成層土中(zhōng)盾構開(kāi)挖面失穩進行受力分(fēn)析（圖5），并提出開(kāi)挖面失穩機動場模型（圖6）；2. 通過上限分(fēn)析，推導得到盾構開(kāi)挖面失穩極限支護壓力計算公式（公式29）；3. 對成層土中(zhōng)地下(xià)水滲流進行數值模拟，并采用理論模型（圖15）對滲流規律進行表征；4. 研究極限支護壓力對地下(xià)水滲流因素的敏感性。
結論：1. 地下(xià)水滲流在失穩土體(tǐ)内部産生(shēng)滲流力作用，在盾構開(kāi)挖面上也對支護壓力産生(shēng)抵消作用。2. 提出成層土中(zhōng)考慮地下(xià)水滲流的失穩機動場模型，并推導出極限支護壓力上限解； 3. 在盾構土艙未進行滲透性改良的條件下(xià)，成層土中(zhōng)地下(xià)水滲流在1200 s内達到穩定，其中(zhōng)，穿越層滲流方向主要爲水平向，而覆土層中(zhōng)主要爲豎向滲流；4. 考慮滲流影響，本文上限解預測的支護壓力值更爲合理。

關鍵詞組：開(kāi)挖面穩定；上限分(fēn)析；支護壓力；地下(xià)水滲流；成層土

A charging management-based intelligent control strategy for extended-range electric vehicles

Wen Song, Xin Zhang, Yi Tian, Li-he Xi

DOI: 10.1631/jzus.A1600036 Downloaded: 2248 Clicked: 4880 Cited: 1 Commented: 0(p.903-910) <Full Text> <PPT> 2168

Chinese summary <27> 增程式電動汽車(chē)智能充電管理控制策略研究

目的：爲了充分(fēn)利用外(wài)界充電條件，減少現有增程式電動汽車(chē)燃油消耗，結合當前運行工(gōng)況、整車(chē)運行狀态以及相距充電站距離(lí)等信息，通過合理調整整車(chē)需求功率在增程器與動力電池之間的分(fēn)配，使得增程式電動汽車(chē)在到達充電站時荷電狀态（SOC）降低到理想充電範圍，提高了整車(chē)從充電站獲取清潔電能的效率。
創新點：1. 根據車(chē)輛當前狀态，建立電池需求電量估算模塊和増程器輸出功率計算模塊；2. 在司機決定進入充電站充電後，控制電池SOC在車(chē)輛進入充電站時降到最低。
方法：1. 通過對使用環境進行分(fēn)析，建立智能控制策略，在不同的運行工(gōng)況下(xià)對增程器采用不同的控制方式。通過理論推導，建立動力電池需求電量估算模塊（公式2）；2. 通過仿真計算，将所提出的智能控制策略與初始控制策略進行對比。
結論：1. 與整車(chē)原策略相比，本文提出的智能控制策略能夠根據車(chē)輛當前運行工(gōng)況，控制增程器采用不同的工(gōng)作方式；2. 在司機決定到充電站充電時，根據當前SOC值，确定最佳增程器關閉時刻，可使增程式電動汽車(chē)在到達充電站時，SOC降低到理想充電範圍，提高動力電池從充電站獲取清潔電能的能力。

關鍵詞組：運行狀态識别；增量算法；并行計算；電動汽車(chē)

Review

Review: Generation III pressurized water reactors and China’s nuclear power

Yong Wang, Ji-en Ma, You-tong Fang

DOI: 10.1631/jzus.A1600035 Downloaded: 3147 Clicked: 4011 Cited: 0 Commented: 0(p.911-922) <Full Text> <PPT> 1835

Chinese summary <25> 世界三代壓水堆主要機型技術分(fēn)析

概要：本文針對目前主要的第三代壓水堆機型EPR、AES2006以及CAP1400，從核電廠設計理念，綜合性能、安全性和經濟性等方面進行對比分(fēn)析。在此基礎上，結合福島核事故，探讨中(zhōng)國商(shāng)用核電未來的技術發展方向。通過對EPR、AES2006以及CAP1400的對比分(fēn)析發現，盡管它們采用了不同的設計理念和技術方式，但作爲目前第三代商(shāng)用壓水堆的代表機型，其目标都在于提高核電廠的整體(tǐ)性能、安全性能和經濟性，從而在提高安全性的前提下(xià)，強化其相比于其他發電方式的競争力，獲得政府、公衆和業主的支持。第三代壓水堆技術的主要努力方向在于：在安全方面，進一(yī)步強化縱深防禦體(tǐ)系，将設計加強工(gōng)況（包括全廠斷電、商(shāng)用飛機撞擊和預期未能停堆的瞬态等）納入設計考慮的範疇；設置預防和緩解嚴重事故的措施；考慮極端外(wài)部事件設防（包括地震和洪水等）。再者，對非能動安全與能動安全兩者之間的關系定位、相互銜接進行優化設置，從而更好的保障核安全。此外(wài)，嚴重事故下(xià)設備和儀表的可用性成爲福島核事故後需要特别關注的問題。從經濟性的角度講，加強設計簡化和标準化，及時将EPR、AES2006以及CAP1400的首台組的建造經驗反饋到後續機組，改進可建造性和模塊化從而确保經濟性和縮短建造周期。從運行的角度講，考慮國内核電裝機容量的增加、較長的設計壽命以及其他可再生(shēng)能源的并網，核電設計需強化負荷跟蹤的能力。長期來看，需要考慮可能的氣候變化，從而确保核電站（沿海和内陸）具有較強的應對極端氣候以及較高環境溫度和冷卻水升溫的能力。

關鍵詞組：第三代壓水堆技術；性能；安全性；經濟性；核電