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.11 P.841-926

<<< CONTENTS >>>

Articles

Multi-objective aerodynamic optimization design of high-speed train head shape

Liang Zhang, Ji-ye Zhang, Tian Li, Ya-dong Zhang

DOI: 10.1631/jzus.A1600764 Downloaded: 3347 Clicked: 5044 Cited: 0 Commented: 0(p.841-854) <Full Text> <PPT> 1913

Chinese summary <34> 高速列車(chē)頭部外(wài)形多目标氣動優化設計

目的：爲改善高速列車(chē)明線運行時的氣動性能，提出一(yī)種基于近似模型的高速列車(chē)頭部外(wài)形多目标氣動優化設計方法。
創新點：1. 建立包含轉向架區域的高速列車(chē)參數化模型；2. 基于近似模型并結合遺傳算法，對高速列車(chē)頭部外(wài)形及轉向架區域進行多目标氣動優化設計。
方法：1. 建立包含轉向架區域的原始頭型高速列車(chē)模型（圖2和3），并基于CATIA腳本文件和MATLAB自編程序對列車(chē)頭部外(wài)形進行參數化處理；2. 通過最優拉丁超立方設計方法在設計空間内對優化設計變量進行采樣，并采用計算流體(tǐ)動力學方法對樣本點中(zhōng)新頭型列車(chē)氣動性能進行計算；3. 基于樣本點的列車(chē)頭型優化設計變量及優化目标（表4），建立優化目标與設計變量之間的近似模型；4. 基于近似模型和多目标遺傳算法，對高速列車(chē)頭部外(wài)形進行多目标優化設計，選取其中(zhōng)的一(yī)個優化頭型與原始頭型進行比較，并驗證橫風下(xià)優化頭型的可行性。
結論：1. 相較于原始頭型列車(chē)，無橫風時，優化頭型列車(chē)的整車(chē)氣動阻力減小(xiǎo)2.61%，尾車(chē)氣動升力減小(xiǎo)9.90%；2. 橫風下(xià)，優化頭型列車(chē)的整車(chē)氣動阻力減小(xiǎo)2.98%，頭車(chē)氣動側力減小(xiǎo)0.24%；3. 橫風下(xià)，優化頭型列車(chē)的頭車(chē)氣動載荷波動幅值有所減小(xiǎo)。

關鍵詞組：高速列車(chē)；多目标優化；氣動性能；參數化模型；克裏格模型；遺傳算法

Real-time energy management controller design for a hybrid excavator using reinforcement learning

Qian Zhu, Qing-feng Wang

DOI: 10.1631/jzus.A1600650 Downloaded: 2471 Clicked: 4891 Cited: 0 Commented: 0(p.855-870) <Full Text> <PPT> 1875

Chinese summary <24> 基于強化學習的混合動力挖掘機實時能量管理控制器設計

目的：混合動力挖掘機的能量管理策略直接影響着系統的燃油經濟性。本文旨在通過研究混合動力挖掘機能量管理系統，得到最優能量管理策略，并開(kāi)發實時能量管理控制器，降低系統的燃油消耗。
創新點：1. 通過強化學習算法，設計時間無關的實時能量管理控制器；2. 通過極大(dà)值原理求得最優能量管理問題的解析解，并用來輔助實時能量管理控制器設計。
方法：1. 建立負載的馬爾科夫模型，運用強化學習算法，得到實時能量管理控制器；2. 運用極大(dà)值原理，求得最優能量管理問題的解析解，并将其作爲初始能量管理策略；3. 通過仿真模拟和實驗研究，驗證所設計的實時能量控制器的性能。
結論：1. 基于強化學習的能量管理控制器是一(yī)個可以在線應用的與時間無關的實時能量管理控制器； 2. 基于強化學習的能量管理控制器優于廣泛使用的恒溫控制器和等效消耗最小(xiǎo)化策略控制器；3. 基于強化學習的能量管理控制器由于其閉環特性可适用于不同類型的作業工(gōng)況。

關鍵詞組：能量管理；實時性；混合動力挖掘機；強化學習；極大(dà)值原理

A load-holding time prediction method based on creep strain relaxation for the cold-stretching process of S30408 cryogenic pressure vessels

Feng-qing Xiao, Ying-zhe Wu, Jin-yang Zheng, Cun-jian Miao, Xiao-bo Zhu

DOI: 10.1631/jzus.A1600798 Downloaded: 3299 Clicked: 5015 Cited: 0 Commented: 0(p.871-881) <Full Text>

Chinese summary <23> 一(yī)種基于蠕變應變弛豫的S30408深冷容器應變強化保載時間預測方法

目的：奧氏體(tǐ)不鏽鋼（ASS）在深冷壓力容器中(zhōng)應用廣泛。ASS較高的應變硬化特性有助于其産生(shēng)應變強化。在應變強化過程中(zhōng)，保載時間是影響材料最終變形量的關鍵參數。基于室溫蠕變應變弛豫理論，本文旨在提出一(yī)種S30408深冷壓力容器應變強化過程中(zhōng)的保載時間預測方法。
創新點：1. 根據室溫蠕變應變弛豫理論，保載過程即爲材料在室溫蠕變中(zhōng)應變速率逐漸減緩、材料結構逐漸穩定的過程；本文據此獲得了保載時間的計算模型。2. 結合材料試驗與容器試驗，将計算模型中(zhōng)涉及的多個微觀變量轉換爲唯一(yī)宏觀變量--圓柱殼上的最大(dà)環向應力，可爲常規工(gōng)業生(shēng)産提供定量的、具有實際可操作性的技術支持。
方法：1. 根據室溫蠕變應變弛豫理論，建立蠕變本構關系，得出保載時間計算模型。2. 通過材料試驗，考慮實際生(shēng)産中(zhōng)的特定條件，将保載時間計算模型的多個微觀變量簡化爲唯一(yī)宏觀變量。3. 通過在多個工(gōng)業規模的容器上進行實驗，比較驗證所提計算方法的可靠性。
結論：1. 室溫蠕變應變弛豫理論可以用于描述應變強化保載過程中(zhōng)的材料變化。2. 容器保載時長，即材料應變弛豫時長，與其所承受的最大(dà)應力有關。3. 所提出的保載時間計算方法可以爲容器保載時間提供可靠預測；其平均絕對誤差爲7.53%，且絕大(dà)部分(fēn)情況下(xià)偏于保守。

關鍵詞組：應變強化；室溫蠕變；奧氏體(tǐ)不鏽鋼；深冷容器

Enhanced understanding on incipient sediment motion and sediment suspension through oscillating-grid turbulence experiments

Wan Hanna Melini Wan Mohtar

DOI: 10.1631/jzus.A1600659 Downloaded: 1936 Clicked: 3704 Cited: 0 Commented: 0(p.882-894) <Full Text> <PPT> 1456

Chinese summary <21> 通過振蕩網格實驗研究初始泥沙運動和沉積物(wù)再懸浮

概要：本文系統地研究了振蕩網格生(shēng)成的湍流效應對初始泥沙運動和沉積物(wù)再懸浮的影響，總結了影響泥沙運動和沉積的因素，給出了沉積物(wù)在宏觀角度移動的基本概念和觀點，并詳細讨論了湍流對于沉降速度的影響。結果表明，湍流擾動對初始泥沙運動有重要影響。懸浮層内的濃度分(fēn)布與沉積物(wù)特征和湍流結構有關。粒子沉降速度是一(yī)個關鍵參數，它主要受泥沙粒徑分(fēn)布和流體(tǐ)運動影響。

關鍵詞組：振蕩網格湍流；初始泥沙運動；沉積物(wù)再懸浮

A simplified nonlinear calculation method to describe the settlement of pre-bored grouting planted nodular piles

Jia-jin Zhou, Xiao-nan Gong, Kui-hua Wang, Ri-hong Zhang, Jia-jia Yan

DOI: 10.1631/jzus.A1600640 Downloaded: 2863 Clicked: 4617 Cited: 0 Commented: 0(p.895-909) <Full Text> <PPT> 1932

Chinese summary <21> 一(yī)種靜鑽根植竹節樁非線性簡化沉降計算方法

目的：靜鑽根植竹節樁是一(yī)種由預制樁和水泥土組成的組合樁基，其樁身具有預制樁-水泥土和水泥土-樁周土體(tǐ)兩個接觸面。本文以樁土接觸面剪切試驗、模型試驗和現場試驗數據爲基礎，提出一(yī)種靜鑽根植竹節樁簡化沉降計算方法，爲靜鑽根植竹節樁的沉降計算提供依據；并通過所提出的簡化計算方法對靜鑽根植竹節樁樁端水泥土擴大(dà)頭以及樁周水泥土直徑對靜鑽根植竹節樁承載性能的影響進行研究。
創新點：1. 通過剪切試驗對預制樁-水泥土接觸面的剪切性能進行研究，得到接觸面側摩阻力與相對位移的關系；2. 建立同時考慮預制樁-水泥土接觸面和水泥土-樁周土體(tǐ)接觸面作用的靜鑽根植竹節樁簡化沉降計算方法。
方法：1. 通過樁土接觸面剪切試驗，得到預制樁-水泥土接觸面摩擦模型；2. 通過對模型試驗結果的分(fēn)析，得到水泥土-樁周土體(tǐ)接觸面摩擦模型；3. 根據試驗結果編寫靜鑽根植竹節樁沉降計算程序，通過與試驗結果的比較驗證所提計算方法的可靠性；4. 通過提出的靜鑽根植竹節樁簡化計算方法對靜鑽根植竹節樁承載力影響因素進行分(fēn)析與研究。
結論：1. 預制樁-水泥土接觸面摩擦性能遠優于水泥土-樁周土體(tǐ)接觸面摩擦性能；2. 由于水泥漿的滲透作用，水泥土-樁周土體(tǐ)接觸面的初始剪切剛度有所提高；3. 所提出的計算方法能夠有效地計算出靜鑽根植竹節樁單樁在成層土體(tǐ)中(zhōng)的荷載位移關系曲線；4. 樁端水泥土擴大(dà)頭能夠有效地提高靜鑽根植竹節樁樁端承載性能，并且增加樁周水泥土直徑能夠提高靜鑽根植竹節樁承載性能。

關鍵詞組：組合樁基；預制樁-水泥土-樁周土體(tǐ)接觸面；樁土接觸面初始剪切剛度；彈性-破壞模型；雙曲線模型；沉降計算

Damage behavior of steel beam-to-column connections under inelastic cyclic loading

Xi-yue Liu, Yuan-qing Wang, Jun Xiong, Yong-jiu Shi

DOI: 10.1631/jzus.A1600520 Downloaded: 2842 Clicked: 4193 Cited: 0 Commented: 0(p.910-926) <Full Text> <PPT> 1558

Chinese summary <22> 鋼框架梁柱節點在強震作用下(xià)的損傷性能研究

目的： 鋼框架焊接梁柱節點在地震作用下(xià)往往容易産生(shēng)脆性裂紋，裂紋的發展和損傷累積将導緻節點延性降低，發生(shēng)脆性斷裂。本文旨在探究節點在地震往複荷載作用下(xià)的損傷性能，分(fēn)析其主要影響因素，提出有效的損傷評估模型，爲後續節點損傷數值模拟提供基礎，爲鋼框架的抗震設計提供參考。
創新點：1. 通過足尺節點試驗，分(fēn)析加載幅值、加載曆程和荷載峰值對節點損傷性能的影響；2. 基于試驗結果，标定并驗證3種經驗損傷演化模型，提出基于疲勞斷裂力學的節點損傷評估模型。
方法：1. 通過對9個足尺梁柱節點試件開(kāi)展往複加載試驗，包括5種變幅加載制度及4種常幅加載制度，分(fēn)析加載幅值、加載曆程和荷載峰值對節點損傷性能的影響；2. 基于試驗結果，根據節點損傷特點，在能量模型基礎上，推導并拟合适用于節點循環加載的雙參數損傷演化方程，并與其他模型進行比較，以驗證其準确性；3. 結合疲勞和延性斷裂理論，依據損傷機理，定義"有效塑性應變"量化損傷過程，并以疲勞裂紋發展公式爲基礎，推導适用于計算在極低周循環荷載下(xià)節點損傷過程的損傷演化方程。
結論：1. 加載跨幅對節點性能影響較小(xiǎo)；加載曆程的影響與曆程中(zhōng)峰值位移循環次數密切相關；突發性的強峰值對節點造成的損傷最大(dà)。2. 節點損傷過程爲幂函數形式；通過比較表明，在能量模型基礎上推導出的适用于節點循環加載的雙參數損傷演化方程，相對于單參數線性模型，能夠更準确模拟節點在極低周循環下(xià)的損傷過程。3. 基于疲勞斷裂力學理論的損傷演化方程物(wù)理意義明确，能夠描述節點循環損傷試驗中(zhōng)所表現出的加速損傷及"損傷拐點"特征。

關鍵詞組：梁柱節點；往複荷載；節點試驗；損傷機理；延性斷裂