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

2021 Vol.22 No.9 P.681-766

Cover:

<754>

Contents:

<688>

<<< CONTENTS >>>

Articles

Adaptive robust control of soft bending actuators: an empirical nonlinear model-based approach

Cong Chen, Jun Zou

DOI: 10.1631/jzus.A2100076 Downloaded: 2613 Clicked: 3783 Cited: 0 Commented: 0(p.681-694) <Full Text> <PPT> 1588

Chinese summary <40> 軟彎曲執行器的自适應魯棒控制:一(yī)種基于經驗非線性模型的方法

目的:爲軟體(tǐ)機器人系統提供統一(yī)且完整的動力學建模方法,并且基于建立的模型設計控制器,以實現軟體(tǐ)機器人的精确位置控制.
創新點:1. 提出了一(yī)種經驗非線性模型及其辨識方法,提高了氣動軟體(tǐ)機器人建模的精度;2. 建立了不平衡氣動比例閥的準靜态流量模型,實現了氣動系統的動力學建模;3.基于模型,設計了自适應魯棒控制器,實現了軟體(tǐ)機器人的精确位置控制.
方法:1. 将傳統線性模型的參數設置爲位置的函數,使用泰勒展開(kāi)、系統濾波和最小(xiǎo)二乘方法,實現任意階次的經驗非線性模型辨識;2. 對不平衡氣動比例閥進行閥芯受力分(fēn)析,推導閥芯位置的準靜态方程,進而推導準靜态流量模型;3. 通過軌迹跟蹤對比實驗,驗證所提出的模型和控制器的有效性.
結論:1. 實驗結果表明,僅使用滑模控制器,就可以實現較高精度的軌迹跟蹤,這證明了所提建模方法的有效性;2. 使用自适應魯棒控制器,并在傳統滑模控制器的基礎上在線更新參數,可以有效提高軌迹跟蹤精度.

關鍵詞組：氣動軟彎曲執行器;經驗非線性模型辨識;不平衡氣動比例閥建模;自适應魯棒控制;軌迹跟蹤

A method to avoid the cycle-skip phenomenon in time-of-flight determination for ultrasonic flow measurement

Cheng-wei Liu, Ze-hua Fang, Liang Hu, Yong-qiang Liu, Rui Su, Wei-ting Liu

DOI: 10.1631/jzus.A2000284 Downloaded: 2460 Clicked: 3780 Cited: 0 Commented: 0(p.695-706) <Full Text> <PPT> 1485

Chinese summary <27> 一(yī)種在超聲波流量測量中(zhōng)避免渡躍時間跳波的方法

目的:超聲波渡躍時間(TOF)的準确檢測是超聲波流量測量中(zhōng)最重要的一(yī)步.測量環境(如流體(tǐ)介質、溫度等因素)的變化,會導緻超聲波波形發生(shēng)變化,進而引起TOF檢測的跳波問題,帶來流量測量誤差.本文旨在提出一(yī)種TOF檢測算法,避免跳波問題的出現.
創新點:1. 根據超聲波信号的波形特征,提出了基于單一(yī)超聲波信号的起振點判定方法,進而抑制跳波問題的發生(shēng);2. 針對實際應用中(zhōng)常見的頻(pín)變和采樣率低的問題,提出了優化方法,使所提方法更具實用性.
方法:1. 依據超聲波信号的周期性和幅值特征,提出單周期信号間相關系數和平均功率相結合的判定因子,據此對超聲波信号進行判定并尋找起振點,再根據起振點來确定TOF,從而抑制跳波問題;2. 應用基于過零點的信号分(fēn)割方法和基于FFT的信号插值方法,解決信号頻(pín)率變化和采樣率低帶來的實用性問題;3. 根據超聲波信号波形易受溫度影響的特性,利用流量标定台設計并進行相應實驗,使用自制的超聲波流量傳感器采集大(dà)量波形劇烈變化的信号用于計算TOF,并與傳統方法進行對比,驗證所提方法在抑制跳波問題方面的有效性;4. 使用标定台在不同溫度下(xià)對超聲波流量計進行标定,使用不同的TOF确定方法,展示跳波問題對流量計精度的影響,并對此進行理論分(fēn)析.
結論:1. 介質溫度等因素會影響超聲波信号的波形,進而引起TOF檢測的跳波問題.2. 超聲波信号在周期性和單周期的平均功率上都與噪聲信号有所差異;所提方法從這兩方面出發,可準确找到信号起振點,進而抑制跳波問題.

關鍵詞組：超聲波流量測量;渡躍時間;相關系數;信号功率;雙阈值法

Wave filtering and firing modes in a light-sensitive neural circuit

Xiu-fang Zhang, Jun Ma

DOI: 10.1631/jzus.A2100323 Downloaded: 2025 Clicked: 2764 Cited: 0 Commented: 0(p.707-720) <Full Text> <PPT> 1417

Chinese summary <24> 光敏神經元電路的選頻(pín)和放(fàng)電模态研究

目的:研究視覺神經元對光信号識别和響應的物(wù)理學機制,以及其控制策略.
創新點:1. 以光敏神經元電路爲例,設計了基于Heaviside函數的濾波标準,并對多頻(pín)段信号源進行濾波,揭示了光敏神經元對光信号選頻(pín)的機制;2. 該方法也可以适用于揭示聽(tīng)覺系統選頻(pín)機制.
方法:1. 把光電管連接到一(yī)類簡單的電阻-電感-電容(RLC)神經元電路中(zhōng),光電管中(zhōng)激發的電流會驅動神經元電路來産生(shēng)各種模态;2. 以混沌電路輸出作爲外(wài)界寬頻(pín)信号源,設計一(yī)類濾波函數标準對寬頻(pín)信号進行選頻(pín).
結論:1. 選頻(pín)過程類似于視覺神經元對外(wài)界光照頻(pín)段的選擇,設計不同的選頻(pín)阈值可以控制濾波信号的頻(pín)段和幅度,進而影響神經元的放(fàng)電模态和斑圖,即神經元對外(wài)界光照要麽不響應,要麽産生(shēng)恰當的放(fàng)電模态;2. 選頻(pín)标準的核心在于濾波函數的上限和下(xià)限阈值;從實驗角度可以在光電管陰極鍍膜或者在光電管窗口多次鍍膜來對入射光進行過濾或者增強投射;在設定阈值頻(pín)率之外(wài)的光照則被光電管的鍍層材料吸收,達到濾波的目的.

關鍵詞組：光敏神經元;神經元電路;光電管;分(fēn)岔;信息編碼

Compressive behavior of hybrid steel-polyvinyl alcohol fiber-reinforced concrete containing fly ash and slag powder: experiments and an artificial neural network model

Fang-yu Liu, Wen-qi Ding, Ya-fei Qiao, Lin-bing Wang, Qi-yang Chen

DOI: 10.1631/jzus.A2000379 Downloaded: 2450 Clicked: 3909 Cited: 0 Commented: 0(p.721-735) <Full Text> <PPT> 1425

Chinese summary <22> 包含粉煤灰和礦渣的鋼-聚乙烯醇混雜(zá)纖維混凝土的抗壓力學性能試驗與人工(gōng)神經網絡模型

目的:通過系列室内試驗以及建立的人工(gōng)神經網絡(ANN)模型研究鋼-聚乙烯醇(PVA)混雜(zá)纖維混凝土的抗壓力學性能,探究不同纖維含量和纖維混合比對鋼-PVA混雜(zá)纖維混凝土抗壓性能的影響.
創新點:1. 進行了不同纖維含量和纖維混合比的鋼-PVA混雜(zá)纖維混凝土抗壓試驗,揭示了鋼-PVA混雜(zá)纖維混凝土的抗壓性能.2. 考慮23項輸入參數,建立了ANN模型模拟鋼-PVA混雜(zá)纖維混凝土的抗壓性能,很好地再現了試驗結果,并揭示了不同纖維含量和纖維混合比對鋼-PVA混雜(zá)纖維混凝土抗壓性能的影響規律.
方法:1. 通過抗壓試驗,分(fēn)析不同纖維含量和纖維混合比對鋼-PVA混雜(zá)纖維混凝土抗壓性能的影響;将試驗結果與既有文獻數據結合,建立ANN模型的數據庫.2. 考慮23項輸入參數,建立ANN模型,并進行參數優化、訓練和測試以及敏感性分(fēn)析.3. 對比分(fēn)析ANN模型和傳統損傷模型,驗證并論證ANN模型的正确性和優勢.4. 通過參數敏感性分(fēn)析,揭示纖維含量和纖維混合比對鋼-PVA混雜(zá)纖維混凝土抗壓性能的影響.
結論:1. 與損傷模型相比,ANN模型能夠更好地模拟鋼-PVA混雜(zá)纖維混凝土的抗壓性能,包括抗壓強度、峰值應變和應力-應變曲線.2. ANN模型可以考慮23項混雜(zá)纖維混凝土組分(fēn)的影響,包括纖維特征、混凝土組成成分(fēn)和素混凝土力學性能.3. 抗壓試驗結果和ANN模拟結果都表明,鋼纖維對混雜(zá)纖維混凝土的抗壓性能影響大(dà)于PVA纖維.

關鍵詞組：試驗;ANN模型;混雜(zá)纖維混凝土;抗壓性能;應力-應變曲線

Dynamic response analysis of airport pavements during aircraft taxiing for evaluating pavement bearing capacity

Qian Dong, Jian-hua Wang, Xian-min Zhang, Hao Wang, Jing-nan Zhao

DOI: 10.1631/jzus.A2000378 Downloaded: 2368 Clicked: 3921 Cited: 0 Commented: 0(p.736-750) <Full Text> <PPT> 1471

Chinese summary <23> 基于飛機滑行剛性道面振動基頻(pín)的承載力評價方法

目的:目前的道面承載力評價需要在航班結束後進行,存在難以找到合适時間進行測試和模拟加載的缺陷.本文旨在通過分(fēn)析飛機滑行過程中(zhōng)道面的振動響應,建立道面振動基頻(pín)與承載力的關系,以實現飛機運行情況下(xià)道面承載力評價.
創新點:1. 根據飛機的真實運營情況,考慮升力的影響,确定了飛機的随機動荷載;2. 分(fēn)析了道面全寬度及11 m深度内的振動響應,确定了振動響應變化規律以及對振動基頻(pín)影響最爲顯著的因素.
方法:1. 通過理論推導,建立飛機-道面系統平衡方程;考慮升力的作用,并結合邊界條件,求解飛機的動荷載.2. 通過仿真模拟,分(fēn)析了全部道面範圍内振動基頻(pín)的變化規律及道面遠端振動基頻(pín)的影響因素.3. 通過現場測試,驗證測試方法的有效性和可行性.
結論:1. 當飛機的滑行速度超過15 m/s時,在升力的影響下(xià),飛機的随機動荷載随着飛機滑行速度的增加持續下(xià)降;當飛機的滑行速度固定時,随着道面平整度變差,動荷載增大(dà).2. 沿橫斷面方向,道面中(zhōng)心處的振動基頻(pín)僅比遠端大(dà)2%;從面層至土基,振動基頻(pín)不變,僅振幅逐漸減小(xiǎo).3. 土基動回彈模量對道面遠端振動基頻(pín)的影響最爲顯著,可達43%左右,其次是面層厚度與基層厚度,而面層彈性模量與基層回彈模量對振動基頻(pín)的影響最小(xiǎo).

關鍵詞組：剛性道面;飛機動荷載;振動基頻(pín);不停航測試

Carbon self-doped polytriazine imide nanotubes with optimized electronic structure for enhanced photocatalytic activity

Hui Zhang, Zhen Yang, Yu-qi Cao, Zhi-gang Mou, Xin Cao, Jian-hua Sun

DOI: 10.1631/jzus.A2000386 Downloaded: 2307 Clicked: 3510 Cited: 0 Commented: 0(p.751-759) <Full Text> <PPT> 1626

Chinese summary <22> 碳自摻雜(zá)聚三嗪亞胺納米管的電子結構優化及其光催化産氫和降解四環素性能

目的:聚三嗪亞胺(PTI)較小(xiǎo)的共轭體(tǐ)系導緻其光生(shēng)電荷轉移受限,光催化活性較低.本文旨在通過碳自摻雜(zá)來優化PTI的電子結構,提升電荷傳遞效率,以提高體(tǐ)系光催化活性.
創新點:1. 通過碳自摻雜(zá)提高産物(wù)C-PTI的比表面積,優化其電子結構,提升電荷傳遞效率;2. 提高C-PTI的光催化分(fēn)解水産氫和光催化降解四環素的活性.
方法:1. 采用X射線衍射、X射線光電子能譜、掃描電鏡、透射電鏡、紫外(wài)-可見漫反射光譜等手段對産物(wù)進行表征和能帶結構研究;2. 通過光電化學測試和熒光發射光譜,研究産物(wù)中(zhōng)光生(shēng)電荷的分(fēn)離(lí)和傳遞效率;3. 通過光催化分(fēn)解水産氫和光催化降解四環素的實驗,評價産物(wù)的光催化性能.
結論:1. 以葡萄糖爲碳源,采用一(yī)種綠色簡便的方法成功制備了碳自摻雜(zá)PTI光催化劑;2. 碳自摻雜(zá)使産物(wù)具有更大(dà)的比表面積、更負的導帶位置、更正的價帶位置以及更高的電荷傳遞效率;3. 合成的C-PTI在光催化分(fēn)解水産氫和光催化降解四環素的反應中(zhōng)都表現出更高的活性.

關鍵詞組：PTI;光催化;産氫;降解四環素

Correspondence

Correspondence: Centrifuge model testing to ascertain vertical displacements of a pile under cyclic lateral loads

Gang Zheng, Ji-bin Sun, Tian-qi Zhang, Yang Jiao, Yu Diao

DOI: 10.1631/jzus.A2000477 Downloaded: 2419 Clicked: 3987 Cited: 0 Commented: 0(p.760-766) <Full Text> <PPT> 1650

Chinese summary <26> 水平循環荷載下(xià)單樁沉降的離(lí)心機試驗研究

目的:探究單樁在水平循環荷載作用下(xià)的沉降行爲.
創新點:1. 采用離(lí)心機模型試驗,研究水平循環荷載作用下(xià)單樁的沉降規律;2. 揭示了水平循環荷載作用下(xià)單樁的沉降機理.
方法:1. 利用自主研發的伺服加載系統,在100g條件下(xià)對單樁施加水平循環荷載,并采用數字圖像關聯處理技術分(fēn)析單樁的沉降規律;2. 同時針對兩個重要參數(即豎向荷載和水平位移幅值)開(kāi)展正交試驗,明确兩個參數對樁體(tǐ)沉降的影響.
結論:1. 在水平循環荷載作用下(xià),樁側摩阻力将會損失,不平衡力傳向樁端,從而讓樁體(tǐ)發生(shēng)沉降;2. 作用在樁頂的豎向荷載越大(dà),或水平位移幅值越大(dà),樁沉降越大(dà);3. 在水平循環荷載作用下(xià),端承樁抗沉性能優于摩擦樁.

關鍵詞組：樁;水平循環荷載;沉降;側摩阻力損失;不平衡力傳遞