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

2017 Vol.18 No.1 P.1-82

<<< CONTENTS >>>

Articles

Dynamic time-cost-quality tradeoff of rockfill dam construction based on real-time monitoring

Deng-hua Zhong, Wei Hu, Bin-ping Wu, Zheng Li, Jun Zhang

DOI: 10.1631/jzus.A1600564 Downloaded: 2888 Clicked: 4401 Cited: 0 Commented: 0(p.1-19) <Full Text>

Chinese summary <36> 基于實時監控的面闆堆石壩施工(gōng)進度-成本-質量動态均衡

目的：施工(gōng)進度-成本-質量均衡是面闆堆石壩工(gōng)程成功的關鍵。目前的均衡研究建立在靜态經驗數據上，僅針對規劃和設計階段，難以适應施工(gōng)過程的動态性和不确定性。基于面闆堆石壩施工(gōng)質量實時監控技術，考慮動态決策偏好，本文提出施工(gōng)進度-質量-成本動态均衡方法，以實現面向過程管理的進度-質量-成本均衡。
創新點：1. 提出基于面闆堆石壩施工(gōng)質量實時監控技術的施工(gōng)進度、質量和成本動态預測方法；2. 提出施工(gōng)決策偏好動态量化方法；3. 提出施工(gōng)進度-質量-成本多目标均衡求解算法。
方法：1. 通過分(fēn)析實時監控數據，更新仿真模型參數，仿真得到施工(gōng)進度，再推導出質量和成本（圖4、公式（8）和（10））；2. 采用層次分(fēn)析法，動态量化施工(gōng)過程中(zhōng)的管理者決策偏好，得到進度-質量-成本三目标間的權重（圖5）；3. 采用改進的帶精英策略的非支配排序遺傳算法（公式（13）），求解動态均衡問題的Pareto解，并運用逼近理想解的排序法篩選出最優折衷方案（圖5）。
結論：1. 基于實時監控進行施工(gōng)進度、質量和成本的動态預測，提高了均衡結果與實際施工(gōng)過程的一(yī)緻性；2. 動态量化決策偏好，并在優化求解中(zhōng)予以考慮，有助于最優折衷方案的篩選；3. 在施工(gōng)過程中(zhōng)任意階段開(kāi)展的施工(gōng)進度-質量-成本動态均衡适應了施工(gōng)條件的動态變化，可有效指導現場施工(gōng)管理。

關鍵詞組：施工(gōng)進度-成本-質量動态均衡；面闆堆石壩；實時監控；決策偏好

Experimental study of the pinned double rectangular tube assembled buckling-restrained brace

Zi-qin Jiang, Yan-lin Guo, Ai-lin Zhang, Chao Dou, Cai-xia Zhang

DOI: 10.1631/jzus.A1600483 Downloaded: 2301 Clicked: 4933 Cited: 2 Commented: 0(p.20-32) <Full Text> <PPT> 1847

Chinese summary <28> 鉸接雙矩管裝配式防屈曲支撐試驗研究

目的：通過雙矩管裝配式防屈曲支撐的滞回試驗研究，探讨防屈曲支撐可能存在的破壞模式及各設計參數對支撐耗能性能的影響，驗證支撐端部構造細節的合理性，提出支撐設計建議。
創新點：1. 試驗研究鉸接雙矩管裝配式防屈曲支撐的滞回性能；2. 獲得4種支撐破壞模式。
方法：通過對7根鉸接雙矩管裝配式防屈曲支撐的滞回性能試驗，研究支撐外(wài)圍蓋闆厚度、内核加強翼闆高度和外(wài)圍槽鋼翼緣高度等參數對防屈曲支撐破壞機理及耗能性能的影響。
結論：1. 外(wài)圍蓋闆厚度太薄，支撐易發生(shēng)端部折曲破壞；2. 端部轉動受限制的支撐，其滞回性能優于純鉸接防屈曲支撐，但支撐連接節點處的附加彎矩不容忽視；3. 支撐均表現出優良的屈曲耗能性能，驗證了試驗試件端部構造細節的合理性。

關鍵詞組：雙矩管裝配式防屈曲支撐；端部構造；滞回性能；破壞模式；高強螺栓

Wind characteristics near the ground during typhoon Meari

Xu Wang, Peng Huang, Xian-feng Yu, Xin-rong Wang, Hai-ming Liu

DOI: 10.1631/jzus.A1500310 Downloaded: 2583 Clicked: 3859 Cited: 0 Commented: 0(p.33-48) <Full Text> <PPT> 1883

Chinese summary <31> 台風"米雷"近地層風特性實測研究

目的：對台風"米雷"作用下(xià)上海浦東近海岸邊近地風特性進行全場監測記錄，獲得10 m、20 m、30 m和40 m高度處的風速實測數據，以研究台風過程中(zhōng)的平均風速風向、湍流度、陣風因子、湍流積分(fēn)尺度和脈動風速功率譜等近地風特性。
創新點：1. 利用浦東實測基地的測風塔，獲得10 m、20 m、30 m和40 m高度處台風"米雷"的風速實測數據。2. 對台風"米雷"作用下(xià)的近地風特性進行分(fēn)析，并對不同風特性參數之間的相互關系進行研究。
方法：1. 在浦東實測基地建立40 m高的測風塔，利用現場實測的方法，研究台風"米雷"作用下(xià)的近地層風場特性；2. 利用經驗公式拟合的方法，将現場實測結果與經驗公式所得結果進行比較，并分(fēn)析它們之間的差異。
結論：1. 各向湍流積分(fēn)尺度均呈現随平均風速的增大(dà)而增大(dà)的趨勢，在10 m、20 m和40 m高度處各向湍流積分(fēn)尺度的均值之比分(fēn)别爲1:0.69:0.08、1:0.61:0.09和1:0.65:0.13；2. 當平均時距大(dà)于10 min時，u和v方向的湍流積分(fēn)尺度随平均時距的增大(dà)而增大(dà)，但w方向的湍流積分(fēn)尺度基本不随平均時距的改變而改變；3. 台風初期慣性子區各湍流分(fēn)量功率譜的分(fēn)布斜率小(xiǎo)于-5/3，随後逐漸滿足Kolmogorov 5/3率，縱向脈動風速功率譜與von Karman 經驗譜吻合較好，而橫向和豎向脈動風速功率譜與von Karman 經驗譜在高頻(pín)段有所偏差。

關鍵詞組：台風"米雷"；現場實測；湍流積分(fēn)尺度；衰減系數；功率譜

Residual stress analysis and bow simulation of crystalline silicon solar cells

Chih-Hung Chen, Hsuan-Teh Hu, Fu-Ming Lin, Hsin-Hsin Hsieh

DOI: 10.1631/jzus.A1500279 Downloaded: 3362 Clicked: 4332 Cited: 0 Commented: 0(p.49-58) <Full Text> <PPT> 1948

Chinese summary <25> 矽晶太陽能電池的翹曲模拟與殘留應力分(fēn)析

目的：建立一(yī)套系統的方法來模拟矽晶太陽能電池的翹曲行爲，進而分(fēn)析因翹曲而産生(shēng)的殘留應力。
創新點：1. 利用納米壓痕實驗及電子顯微鏡測量材料性質及結構尺寸，幫助有限元分(fēn)析更準确地模拟太陽能電池的翹曲行爲；2. 提出了2個針對不同矽晶太陽能電池因翹曲産生(shēng)的簡易殘留應力的計算公式。
方法：1. 利用納米壓痕實驗測量鋁膠及銀膠的材料性質，使用電子顯微鏡測量鋁膠及銀膠的結構尺寸；2. 建立非線性有限元分(fēn)析模型并與實驗結果進行比較（圖6），得出不同矽晶太陽能電池殘留應力分(fēn)布結果（圖7）；3. 将簡易殘留應力公式（公式（6）和（7））和有限元分(fēn)析得到的結果進行比較（圖9）。
結論：1. 建立了一(yī)套有效模拟矽晶太陽能電池翹曲行爲的分(fēn)析方法，該方法包含3個部分(fēn): （1）納米壓痕實驗測量鋁膠和銀膠的材料性質；（2）電子顯微鏡測量細部結構尺寸；（3）非線性有限元分(fēn)析。利用此方法模拟的翹曲行爲較其它計算方法更貼近實驗結果。2. 該方法不僅能分(fēn)析不同矽晶太陽能電池的翹曲行爲，而且能提供除了翹曲以外(wài)的其它信息，比如殘留應力。本文提出了2個較爲簡易的殘留應力計算公式，計算不同矽晶太陽能電池因翹曲而産生(shēng)的殘留應力。3. 該方法考慮了銀膠對矽晶太陽能電池翹曲的影響，在實際應用中(zhōng)可以幫助分(fēn)析不同銀膠的網印方式對矽晶太陽能電池翹曲的影響。本文以幫助某公司設計太陽能電池爲例，證明了利用該分(fēn)析方法在實際應用中(zhōng)幫助公司分(fēn)析銀膠網印的可行性。

關鍵詞組：翹曲；矽晶太陽能電池；殘留應力；有限元分(fēn)析

Skin friction reduction characteristics of variable ovoid non-smooth surfaces

Xiao-wen Song, Peng-zhe Lin, Rui Liu, Pei Zhou

DOI: 10.1631/jzus.A1500324 Downloaded: 2945 Clicked: 4688 Cited: 0 Commented: 0(p.59-66) <Full Text> <PPT> 1942

Chinese summary <28> 變異卵圓形凹坑非光滑表面的氣動摩擦減阻研究

目的：仿生(shēng)非光滑表面具有降低表面摩擦阻力的作用，傳統的非光滑結構有溝槽和凹坑等。本文旨在研究變異卵圓形凹坑非光滑表面的氣動摩擦減阻特性及其減阻機理。
創新點：1. 以仿生(shēng)學理論爲基礎，提出變異卵圓形凹坑結構模型，突破現有非光滑結構類型的局限； 2. 采用參數構造的方法研究變異卵圓形各構造參數對表面摩擦阻力減阻的影響。
方法：1. 采用半徑、半軸和坑深3個尺寸參數對變異卵圓凹坑結構進行幾何定義，并将非光滑結構以一(yī)定縱向間距按矩形排布布置在仿真模型底部；2. 以3個尺寸參數和縱向間距設計"三水平四因素"正交實驗，在不同氣流流速下(xià)進行數值模拟仿真；3. 通過速度矢量、邊界層厚度變化和壓力分(fēn)布研究變異卵圓形凹坑非光滑表面的氣動摩擦減阻機理。
結論：1. 變異卵圓形非光滑表面具有一(yī)定的氣動摩擦減阻效果，和光滑表面相比，在空氣來流速度爲24 m/s時，有10%的減阻效果；2. 正交實驗分(fēn)析表明，4個試驗因素對減阻效果的影響從大(dà)到小(xiǎo)排列分(fēn)别爲：半徑、坑深、半軸和縱向間距；3. 變異卵圓形凹坑表面增加了邊界層的厚度，降低了近壁面區域的速度梯度，減少了剪切力，從而起到了減少摩擦阻力的效果。

關鍵詞組：變異卵圓形凹坑；非光滑表面；數值模拟；表面摩擦減阻

Design and fabrication of an surface acoustic wave resonator based on AlN/4H-SiC material for harsh environments

Wei-zhong Wang, Ji Liang, Yong Ruan, Wei Pang, Zheng You

DOI: 10.1631/jzus.A1600028 Downloaded: 3138 Clicked: 4961 Cited: 1 Commented: 0(p.67-74) <Full Text> <PPT> 1941

Chinese summary <29> 面向惡劣環境的基于AlN/4H-SiC材料的聲表面波諧振器設計與制作

目的：在高溫等惡劣工(gōng)作環境下(xià)，燃氣輪機有着迫切的溫度等工(gōng)況參數的實時監測需求。聲表面波（SAW）技術與微機電系統（MEMS）技術的結合可提供一(yī)種很有發展前景的解決方案。本文旨在探讨SAW 諧振器的設計與仿真方法，研究高質量c軸擇優取向的AlN壓電薄膜制備工(gōng)藝及與MEMS工(gōng)藝兼容的SAW諧振器制作工(gōng)藝，并測試其電學性能以驗證SAW諧振器設計與制作的正确性與可行性。
創新點：1. 首次在耐高溫材料AlN/4H-SiC上設計、仿真及制作SAW諧振器并測試電學性能；2. 在4H-SiC上得到了高質量c軸擇優取向的AlN壓電薄膜并開(kāi)發了一(yī)套與MEMS工(gōng)藝兼容的SAW諧振器制作工(gōng)藝。
方法：1. 通過對SAW諧振器所有結構參數的設計與仿真，得到諧振器的諧振頻(pín)率與反諧振頻(pín)率等（圖2和3）；2. 利用磁控濺射方法在4H-SiC襯底上濺射高質量c軸擇優取向的AlN壓電薄膜，再利用光刻、濕法腐蝕等MEMS工(gōng)藝制作SAW諧振器（圖4）；3. 通過掃描電鏡和X射線衍射等手段，檢測AlN壓電薄膜質量（圖5和6）及器件制作結果（圖7）；4. 利用網絡分(fēn)析儀測試SAW諧振器電學性能并與仿真結果相比較，驗證SAW諧振器設計仿真方法和MEMS制作工(gōng)藝的可行性和有效性（圖8）。
結論：1. 基于耐高溫材料AlN/4H-SiC，成功設計并制作出SAW諧振器（尺寸：1107 μm×721 μm）；2. 在4H-SiC上得到了高質量c軸擇優取向的AlN壓電薄膜，衍射峰爲36.10°，搖擺曲線半高寬僅1.19°；3. SAW諧振器電學性能測試結果與仿真結果一(yī)緻，證明其設計仿真方法正确有效、MEMS制作工(gōng)藝可行。

關鍵詞組：SAW諧振器；AlN/4H-SiC；惡劣環境；MEMS技術；燃氣輪機

Technical note

Large amplitude free vibration of a flexible panel coupled with a leaking cavity

Yiu-yin Lee

DOI: 10.1631/jzus.A1600145 Downloaded: 2155 Clicked: 3913 Cited: 0 Commented: 0(p.75-82) <Full Text> <PPT> 1446

Chinese summary <26> 與裂縫腔聯結的彈性闆的大(dà)幅自主震動

目的：闆腔系統中(zhōng)的裂縫會導緻共振特性發生(shēng)變化。本文旨在探讨裂縫的影響，推導其中(zhōng)的關系與相關公式，并控制計算精确的程度。
創新點：1. 通過橢圓積分(fēn)方法破解控制方程，推導裂縫腔聯結的彈性闆的共振頻(pín)率；2. 建立理論模型，成功計算不同情況下(xià)彈性闆的共振頻(pín)率。
方法：1. 通過理論推導，計算裂縫腔大(dà)小(xiǎo)、震動幅度與共振頻(pín)率之間的關系（公式（10）~（12））；2. 與其它方法得到的數據進行比較，驗證所提方法的可行性和有效性（圖3和4）；3. 通過仿真模拟，推導裂縫腔對彈性闆共振頻(pín)率的影響（圖5a~5c）。
結論：1. 闆腔系統中(zhōng)的裂縫會導緻共振頻(pín)率出現重大(dà)變化；2. 裂縫會導緻一(yī)個額外(wài)的低頻(pín)率共振點。

關鍵詞組：大(dà)幅自主震動；橢圓積分(fēn)方法；聲音與震動