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.5 P.329-412

<<< CONTENTS >>>

Articles

Characteristics of orifices for modeling nonlinear power take-off in wave-flume tests of oscillating water column devices

Fang He, Zhenhua Huang

DOI: 10.1631/jzus.A1600769 Downloaded: 2470 Clicked: 3894 Cited: 1 Commented: 0(p.329-345) <Full Text> <PPT> 1843

Chinese summary <44> 振蕩水柱裝置波浪水槽試驗中(zhōng)用于模拟非線性能量俘獲系統的孔口特性

目的：在振蕩水柱裝置研究中(zhōng)，通常通過不同的孔口幾何特征來改變能量俘獲系統的特性，但其具體(tǐ)流動特性卻鮮有報道。本文探讨孔口幾何特征（形狀、尺寸和開(kāi)孔率等）對流動特性的影響機制，理解影響能量俘獲系統特性的關鍵因素，研究其對振蕩水柱裝置水動力特性和波能提取的影響規律，并評估波能提取性能指标的有效性。
創新點：1. 提出了兩點測量法來重構振蕩水柱腔室内液面；2. 建立了孔口流動特性與孔口幾何特征的關系式；3. 提出了僅測量腔室内氣壓即可獲得波能提取功率的方法；4. 該方法可擴展至非二維矩形腔室及斜向波。
方法：1. 采用不同尺寸狹縫孔和圓形孔來模拟非線性能量俘獲系統；2. 通過一(yī)系列波浪水槽試驗，對振蕩水柱裝置的水動力特性及波能的提取展開(kāi)研究；3. 采用二次損耗系數和收縮系數來描述孔口往複流動特性，并構建其與孔口幾何特征的關系；4. 通過兩點測量法獲取振蕩水柱腔室内的準确信息；5. 評估壓力波動系數和液面放(fàng)大(dà)系數作爲振蕩水柱裝置波能提取性能指标的有效性。
結論：1. 兩點測量法能夠重建二維矩形振蕩水柱腔室内液面的瞬時空間分(fēn)布，消除了單點法的測量偏差；2. 孔口相對厚度及振蕩氣流對可被視爲薄壁的圓形孔的影響可以忽略不計，但對不能視爲薄壁的狹縫孔的影響顯著；3. 本文提出的二次損耗系數經驗公式可用于（1）通過孔口幾何尺寸設計其流動特性和（2）通過僅測量腔室内氣壓來計算波能提取功率；4. 用作振蕩水柱裝置的波能提取性能指标時，壓力波動系數比液面放(fàng)大(dà)系數更爲可靠。

關鍵詞組：波能提取；振蕩水柱；孔口特性；二次損耗系數；收縮系數；水動力效率

Effect of bedding direction of oval particles on the behavior of dense granular assemblies under simple shear

Dan-da Shi, Jian-feng Xue, Zhen-ying Zhao, Yan-cheng Yang

DOI: 10.1631/jzus.A1600689 Downloaded: 2672 Clicked: 4183 Cited: 0 Commented: 0(p.346-362) <Full Text> <PPT> 1821

Chinese summary <33> 橢圓顆粒層理面定向對密實顆粒試樣單剪力學特性的影響

目的：利用離(lí)散元數值模拟技術，從宏細觀角度探究單剪受荷模式下(xià)，顆粒定向引起的層理面效應對數值試樣強度與變形特征、應力-剪脹關系以及組構各向異性演化的影響及其機理。
創新點：1. 分(fēn)析了單剪受荷條件下(xià)應力主軸偏轉引發的主應力與主應變增量之間的非共軸效應，針對密實顆粒試樣，研究了初始層理面傾角對非共軸應力-剪脹關系的影響；2. 從細觀力學角度，研究了應力主軸偏轉條件下(xià)初始不同層理面試樣的應力誘發組構各向異性特征，提出了一(yī)個可以考慮初始層理面效應的應力-接觸力-組構經驗關系式。
方法：1. 采用離(lí)散元團聚顆粒方法構建初始不同層理面定向的數值試樣；2. 采用傅裏葉級數近似法對數值試樣細觀組構各向異性演化規律進行統計和定量數學分(fēn)析；3. 通過與已有文獻數值模拟和室内試驗結果的對比，探讨密實顆粒數值試樣的單剪特性及非共軸應力-剪脹關系。
結論：1. 初始層理面定向顯著影響數值試樣的單剪強度與體(tǐ)變特征，且在定量上能與室内物(wù)理試驗結果進行對比；2. 在單剪受荷模式下(xià)，初始層理角越大(dà)，非共軸效應越顯著；3. 随着應力主軸的偏轉，顆粒定向各向異性主方向逐漸趨于大(dà)主應力面作用方向，而接觸法向各向異性的主方向基本垂直于顆粒定向各向異性主方向。4. 本文提出的應力-接觸力-組構關系式能夠較好的反映顆粒定向對試樣抗剪強度的影響。

關鍵詞組：初始組構各向異性；顆粒定向；單剪；非共軸；離(lí)散單元法

Explicit finite element analysis and experimental verification of a sliding lead rubber bearing

Yi-feng Wu, Hao Wang, Ai-qun Li, Dong-ming Feng, Ben Sha, Yu-ping Zhang

DOI: 10.1631/jzus.A1600302 Downloaded: 5382 Clicked: 5182 Cited: 0 Commented: 0(p.363-376) <Full Text> <PPT> 1964

Chinese summary <32> 一(yī)種可滑移式鉛芯橡膠支座的顯式數值模拟與試驗驗證

目的：随着隔震技術在工(gōng)程結構中(zhōng)的逐步推廣應用，橡膠隔震支座的試驗與數值模拟都得到國内外(wài)工(gōng)程研究人員(yuán)的重視。其中(zhōng)後者因支座大(dà)變形時計算較難收斂、鉛芯與周邊橡膠以及鋼闆的複雜(zá)接觸關系較難模拟、采用隐式積分(fēn)算法時計算規模較難控制等問題，目前仍是這一(yī)方向的研究熱點。本文旨在探讨基于顯式積分(fēn)算法對一(yī)種新型可滑移式鉛芯橡膠支座進行準确可行的數值模拟的方法。
創新點：1. 探究基于顯式積分(fēn)算法的隔震支座數值模拟方法；2. 采取多種方法有效地控制了數值模拟計算規模，同時實現了較高的數值模拟精度；3. 采用程序中(zhōng)提供的3種接觸方式較好地模拟了支座中(zhōng)存在的複雜(zá)接觸關系。
方法：本文主要采用4種方法減小(xiǎo)數值模拟計算規模：1. 激活程序内置的質量縮放(fàng)功能；2. 合理增大(dà)支座中(zhōng)對支座豎向剛度與水平剪切性能影響較小(xiǎo)的非關鍵部件--疊層鋼闆的厚度；3. 合理減小(xiǎo)疊層鋼闆的彈性模量；4. 考慮到支座中(zhōng)所有材料均未考慮材料的率變效應，即加載速率對支座的力學性能沒有影響，本文數值模拟中(zhōng)所用加載頻(pín)率爲實際加載頻(pín)率的10倍。此外(wài)，本文采用了一(yī)般接觸、綁定接觸與單邊接觸模拟支座中(zhōng)不同的接觸關系。
結論：1. 顯式積分(fēn)的計算時間步長由2.4×10^-7 s增大(dà)到3.5×10^-6 s；2. 與試驗結果對比驗證了本文提出的基于顯式積分(fēn)算法對該新型可滑移式鉛芯橡膠支座進行數值模拟的方法的準确實用性；3. 該支座在純壓作用下(xià)，部分(fēn)鉛芯發生(shēng)塑性變形，而在最大(dà)剪切位移時，鉛芯發生(shēng)了很大(dà)的塑性流動變形；4. 與采用隐式算法對該支座進行數值模拟研究所用時間相比，顯式算法所用時間少很多。

關鍵詞組：顯式算法；可滑移式鉛芯支座；計算時間步長；接觸關系；試驗驗證

A method for the global optimization of the tooth contact pattern and transmission error of spiral bevel and hypoid gears

Yao-bin Zhuo, Xue-yan Xiang, Xiao-jun Zhou, Hao-liang Lv, Guo-yang Teng

DOI: 10.1631/jzus.A1600240 Downloaded: 5083 Clicked: 4441 Cited: 0 Commented: 0(p.377-392) <Full Text> <PPT> 1795

Chinese summary <36> 一(yī)種螺旋錐齒輪齒面接觸區和傳動誤差的全局優化方法

目的：傳統的齒面接觸分(fēn)析技術存在調整參數繁多、控制目标不明确和不包含傳動誤差優化等缺陷。本文旨在提出一(yī)種齒面接觸區和傳動誤差的全局優化設計方法，以得到滿足齒輪傳動性能要求的小(xiǎo)輪産形輪節錐參數及機床調整參數。
創新點：1. 提出了新的确定各節錐參數之間幾何關系的計算公式，并建立了節錐參數與曲率參數的相關公式；2. 提出以齒面接觸區長半軸、接觸線方向角和傳動誤差曲線交點縱坐标爲優化目标，以齒面法曲率和短程撓率爲控制參數，以複合形法約束處理的遺傳算法爲求解途徑的齒面接觸特性全局優化設計方法。
方法：1. 分(fēn)析常見齒面接觸區和傳動誤差曲線的缺陷及其原因（圖1）；2. 提出全局優化目标（圖2），進行節錐參數和曲率參數分(fēn)析，從而确定控制參數（圖3~6），建立優化方程并進行求解算法分(fēn)析（圖7和8），然後進行實例計算分(fēn)析（圖9和10）；3. 建立齒輪副傳動系統有限元分(fēn)析模型，驗證優化方法的正确性（圖11~13）。
結論：1.優化設計的實例分(fēn)析表明，優化目标、控制參數和優化算法具有良好的匹配性；2. 通過優化目标與控制參數的相關性分(fēn)析，得出了控制參數的影響特征；3. 通過有限元分(fēn)析驗證，優化設計結果達到了預期的齒輪傳動性能指标。

關鍵詞組：螺旋錐齒輪；齒面接觸；傳動誤差；優化設計；遺傳算法；有限元分(fēn)析

Numerical model and multi-objective optimization analysis of vehicle vibration

Peng Guo, Jun-hong Zhang

DOI: 10.1631/jzus.A1600124 Downloaded: 3232 Clicked: 4562 Cited: 1 Commented: 0(p.393-412) <Full Text> <PPT> 1592

Chinese summary <28> 基于數值算法的車(chē)輛動力學模型及數值求解方法精度的對比研究

目的：通過采用不同數值方法求解不同的車(chē)輛動力學模型，爲車(chē)輛動力學模型研究提供參考；結合正交試驗和多目标優化算法來分(fēn)析各個參數對車(chē)輛性能的影響權重，采用多目标優化算法進行車(chē)輛動力學多目标優化分(fēn)析，爲車(chē)輛的設計提供參考依據。
創新點：研究不同數值方法的求解精度，爲車(chē)輛動力學求解方法提供新途徑；采用正交試驗設計研究車(chē)輛各參數的影響權重，爲車(chē)輛設計提供參考；采用多目标優化算法設計車(chē)輛，能兼顧車(chē)輛多個方面的性能。
方法：采用不同動力學求解算法、正交試驗設計和多目标優化分(fēn)析方法。
結論：1. 基于不同數值求解算法的研究表明，Hamming法要優于Newmark法和有限差分(fēn)法，四階Hamming法的精度不如龍格庫塔法；2. 正交試驗可得到各參數對車(chē)輛動力學的影響權重，但忽略了參數間的交互效應；3. 經過多目标優化設計，衡量車(chē)輛振動性能的兩個指标分(fēn)别減少了7.22%和6.82%。

關鍵詞組：車(chē)輛；Hamming法；龍格庫塔法；數值算法；動力仿真