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

2019 Vol.20 No.2 P.83-162

<<< CONTENTS >>>

Articles

Urban railway ground vibrations induced by localized defects: using dynamic vibration absorbers as a mitigation solution

Georges Kouroussis, Sheng-yang Zhu, Bryan Olivier, Daniel Ainalis, Wan-ming Zhai

DOI: 10.1631/jzus.A1800651 Downloaded: 3027 Clicked: 5262 Cited: 0 Commented: 0(p.83-97) <Full Text> <PPT> 1746

Chinese summary <27> 軌道局部缺陷引起的城市軌道交通地面振動--應用動力吸振器作爲減振措施

目的:基于動力吸振器理論提出一(yī)種控制城市軌道交通地面振動的有效措施.
創新點:1. 确定動力吸振器安裝在車(chē)輛或軌道上的最優位置和動力學參數; 2. 采用提出的兩步分(fēn)析法真實模拟布魯塞爾有軌電車(chē)在通過軌道局部缺陷時引起的地面振動; 3. 探明動力吸振器安裝在車(chē)輛或軌道上對控制地面振動的有效性.
方法:1. 通過對列車(chē)-軌道耦合動力學系統進行模态分(fēn)解,得出在不同位置安裝動力吸振器的最優動力學參數; 2. 采用所提出的兩步法預測不同工(gōng)況下(xià)城市軌道交通的地面振動:首先建立多體(tǐ)車(chē)輛與軌道耦合動力學模型,計算作用在土體(tǐ)上的動力作用,然後建立三維土體(tǐ)有限元模型,模拟動力作用引起的地面波傳播及周邊的地面振動.
結論:将動力吸振器安裝在車(chē)輛上是降低城市軌道交通地面振動的有效措施.

關鍵詞組：動力吸振器; 道岔; 鋼軌接頭; 地面振動; 布魯塞爾有軌電車(chē)

A uniform air flow distribution design strategy for use in tunnel transverse ventilation systems

Ming-nian Wang, Tao Deng, Li Yu, Xu Wang

DOI: 10.1631/jzus.A1800230 Downloaded: 3717 Clicked: 3845 Cited: 0 Commented: 0(p.98-108) <Full Text> <PPT> 1703

Chinese summary <23> 隧道橫向式通風系統中(zhōng)的等量送風設計方法研究

目的:公路隧道在采用橫向式通風系統時,送風道内的空氣應通過送風孔均勻地輸送至隧道内,以滿足整個隧道範圍内的新鮮空氣補充和污染物(wù)稀釋的需求. 但是,目前的隧道通風設計規範并沒有明确的等量送風設計方法,且業界關于該問題的研究也極爲缺乏. 考慮到多頁對開(kāi)式風閥在風量調整方面的便利性與實用性,本文旨在通過明确風閥風阻特性以及等量送風管道内外(wài)靜壓的分(fēn)布規律,研究一(yī)種通過調整風閥開(kāi)角來實現風孔風量控制的理論設計方法.
創新點:1. 結合量綱分(fēn)析與數值模拟分(fēn)析方法得出多頁對開(kāi)式風閥的風阻特性; 2. 通過對等量送風道内外(wài)部建立一(yī)元伯努利方程,得出等量送風管道内的靜壓分(fēn)布規律; 3. 結合風閥風阻特性以及管道内外(wài)靜壓分(fēn)布規律,得出一(yī)種基于壓力平衡的風閥葉片開(kāi)角理論調節方法,且該方法可以實現各風孔送風風量的理論控制.
方法:1. 利用量綱分(fēn)析方法得出多頁對開(kāi)式風閥風阻特性的影響因素; 2. 利用二維和三維數值分(fēn)析方法計算得出不同葉片開(kāi)角和風速比值條件下(xià)的風閥阻力系數(表2和圖6); 3. 通過理論分(fēn)析,在送風道内部和風閥内外(wài)側斷面間建立一(yī)元伯努利方程,得到風道内的風速與靜壓分(fēn)布規律,以及通過調節開(kāi)角實現風量控制的理論設計方法; 4. 利用數值分(fēn)析方法對研究得到的等量送風理論設計方法進行可行性驗證(圖9和10).
結論:1. 影響多頁對開(kāi)式風閥風阻特性的2個因素分(fēn)别是風閥的葉片開(kāi)角和風道與風閥内的風速比值; 2. 結合等量送風管道内靜壓分(fēn)布規律以及風閥風阻特性,可以通過調整葉片開(kāi)角實現風閥送風風量的理論控制; 3. 數值驗證結果表明,通過控制葉片開(kāi)角來實現風閥出風風量的理論控制方法具備可行性且精度較高.

關鍵詞組：多孔送風管; 計算流體(tǐ)力學; 局部阻力; 等量送風; 橫向通風

Effect of epistasis on the performance of genetic algorithms

Sajad Jafari, Tomasz Kapitaniak, Karthikeyan Rajagopal, Viet-Thanh Pham, Fawaz E. Alsaadi

DOI: 10.1631/jzus.A1800399 Downloaded: 2246 Clicked: 4470 Cited: 0 Commented: 0(p.109-116) <Full Text> <PPT> 1785

Chinese summary <20> 上位效應對遺傳算法可靠性的影響

目的:探讨遺傳算法的局限性和實用性,并分(fēn)析基于相互作用産生(shēng)的上位效應對遺傳算法可靠性的影響.
創新點:1. 指出遺傳算法缺陷的根源; 2. 基于測試樣本函數定義目标函數,以判斷遺傳算法的适用性.
方法:1. 基于非上位效應函數(表1)和上位效應函數(表2),以及非上位效應函數F₄和上位效應函數F₆的結構圖來驗證遺傳算法可靠性; 2. 通過計算樣本函數(公式(1))和遺傳算法流程(圖3)表達遺傳算法的工(gōng)作原理. 3. 利用克洛弗函數(公式(2))和計算不同結構角下(xià)的函數分(fēn)布(圖4),進一(yī)步判斷匹配度(表3)和計算效率(表4); 定義新的目标函數(公式(9))和一(yī)組新的變量(公式(10))來實現變量相關性解離(lí).
結論:1. 對當前遺傳算法存在的不足給出了獨到見解,并認爲正定性的假設并非可以保證遺傳算法實際的有效性和優化性. 2. 定義成本代價函數用以判斷遺傳算法可靠性,并分(fēn)别考慮上位性和非上位性效應兩種情形. 當成本代價函數在非上位性效應下(xià)時,遺傳算法是有效的; 否則,可以把N維函數降級爲N個一(yī)維函數,從而采用更簡單的算法來判斷. 基于一(yī)些通用的基準,進一(yī)步設計三類樣本函數來證實以上判斷,且這些樣本函數适合于上位性效應情形和非上位效應情形. 3. 遺傳算法的瓶頸在于主算子和相幹匹配性; 可以通過破壞某些結構來實現變量關系的解離(lí),從而抑制相幹匹配性對遺傳算法的影響. 希望相關讀者在處理實際優化問題時能驗證作者關于上位效應的定性結論,并給出更可靠的方法來表征這種效應.

關鍵詞組：上位性效應; 遺傳算法; 相幹匹配性; 疊加性; 優化; 成本代價函數

Comparison of different cellular structures for the design of selective laser melting parts through the application of a new lightweight parametric optimisation method

Rubén Paz, Mario D. Monzón, Philippe Bertrand, Alexey Sova

DOI: 10.1631/jzus.A1800422 Downloaded: 2229 Clicked: 4800 Cited: 0 Commented: 0(p.117-132) <Full Text> <PPT> 1865

Chinese summary <21> 通過新型輕量化參數優化方法比較激光選區熔化部件設計的不同細胞結構

目的:1. 提出一(yī)種在外(wài)型不變的部件内模拟不同細胞結構的方法; 2. 發展激光選區熔化(SLM)部件輕量化參數設計的新方法; 3. 利用這一(yī)方案實現優化設計并比較不同細胞結構的質量.
創新點:1. 提出基于拉丁超立方實驗設計、遺傳算法、克裏金元模型和有限元方法的輕量化優化方案; 2. 該方法可通過較少的采樣獲得良好的結果并能克服幾何奇點(内部網格細化算法)的問題.
方法:1. 進行内部細胞結構的生(shēng)成和參數化; 2. 根據輸入數據(設計變量和約束條件等)采用拉丁超立方實驗設計模拟所選樣本; 3. 利用先前的數據創建克裏金元模型并利用預測的元模型來計算遺傳算法演化過程中(zhōng)的适應函數; 4. 将模拟實現的優化結果添加到數據中(zhōng)更新元模型,并通過數次重複叠代提高元模型的準确度直至誤差小(xiǎo)于5%; 5. 将這一(yī)概念應用于不同的幾何結構,然後通過SLM加工(gōng)制造優化後的幾何結構,并在彎曲載荷下(xià)進行測試.
結論:1. 該優化算法通過适當的參數化克服了SLM技術的相關限制,可适用于SLM部件的優化; 2. 立方單元格在計算機輔助設計定義、參數化和時間優化等方面有一(yī)些優勢,但和有限元分(fēn)析的估計結果相比,其存在的缺乏堅實支撐的水平條(懸挂結構)會造成機械性能損失; 3. 将立方單元結構與用戶自定義的參數化增強相結合可以得到更有效的設計結果(更高的比剛度),但更多的設計變量也延長了所需要的優化時間.

關鍵詞組：參數優化; 細胞結構; 激光選區熔化; 有限元分(fēn)析; 實驗設計; 精細化

Static response of functionally graded multilayered one-dimensional hexagonal piezoelectric quasicrystal plates using the state vector approach

Yun-zhi Huang, Yang Li, Lian-zhi Yang, Yang Gao

DOI: 10.1631/jzus.A1800472 Downloaded: 2171 Clicked: 5205 Cited: 0 Commented: 0(p.133-147) <Full Text> <PPT> 1675

Chinese summary <20> 基于狀态向量法分(fēn)析功能梯度一(yī)維六方壓電準晶層合闆的靜态響應

目的:功能梯度準晶材料有助于減緩層合闆界面處的應力集中(zhōng)現象,提高層間粘接強度,從而提升層合闆表面的耐磨性. 本文旨在建立功能梯度壓電準晶層合闆的力學模型,并研究功能梯度變化和疊放(fàng)順序對層合闆的影響.
創新點: 1. 首次将狀态向量法推廣到功能梯度壓電準晶闆的分(fēn)析中(zhōng); 2. 假設功能梯度函數的變化形式爲幂函數和指數函數; 3. 在準晶層中(zhōng)觀察到聲子場應力和電勢的不敏感點.
方法:1. 通過聯立三大(dà)基本方程,推導出準晶闆的狀态方程,并求解該微分(fēn)方程,得到單層準晶闆的解析解; 2. 通過引入功能梯度函數,使解析解中(zhōng)的描述各材料特性的值能夠沿厚度方向呈現梯度變化; 3. 采用傳遞矩陣法,求出多層準晶闆的解析解; 4. 通過仿真模拟,将所得結果與已有文獻進行對比,驗證所提方法的可行性和有效性.
結論: 1. 準晶層合闆中(zhōng)的功能梯度效應随着梯度參數的增加而增大(dà),且材料參數的變化對聲子場、相位子場以及電場的響應均産生(shēng)影響. 2. 在功能梯度效應下(xià),從準晶層中(zhōng)觀察到了聲子場應力和電勢的不敏感點. 3. 與準晶作爲中(zhōng)間層相比,準晶作爲表層時機械載荷引起的位移響應更小(xiǎo). 研究結果可以爲壓電準晶元器件的設計提供理論參考.

關鍵詞組：狀态向量法; 功能梯度準晶; 壓電; 闆

Experimental and numerical investigations of film flow behaviors in resonance section over corrugated plates

Ya-qiong Guo, Ning-xin Liu, Lai Cai, Wei-rong Hong

DOI: 10.1631/jzus.A1800191 Downloaded: 2074 Clicked: 3321 Cited: 0 Commented: 0(p.148-162) <Full Text> <PPT> 1589

Chinese summary <19> 波紋闆薄膜流體(tǐ)共振現象的數值及實驗研究

目的:探究薄膜流體(tǐ)共振現象的内在機理.
創新點:1. 提出薄膜流體(tǐ)共振區的概念. 2. 提出共振現象與雷諾數的範圍有關、而不是與某一(yī)特定的雷諾數有關的觀點.
方法:1. 使用有限體(tǐ)積法對薄膜流進行數值模拟計算. 2. 爲了驗證模拟的準确性,運用粒子圖像測速法進行實驗測量.
結論:1. 薄膜流體(tǐ)共振可以使自由表面的振蕩最大(dà)化. 2. 共振現象與雷諾數的範圍有關,而不是與特定的雷諾數有關. 3. 在共振區域中(zhōng),薄膜表面的振動增強,底部渦流被抑制,并且這些都有利于傳熱傳質效率的提高.

關鍵詞組：薄膜流體(tǐ); 共振區; OpenFOAM; 粒子圖像測速法; 波紋闆