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

2023 Vol.24 No.6 P.473-556

Cover:

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Contents:

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<<< CONTENTS >>>

Research Articles

Investigation of flow characteristics in a rotor-stator cavity under crossflow using wall-modelled large-eddy simulation

Lei XIE, Qiang DU, Guang LIU, Zengyan LIAN, Yaguang XIE, Yifu LUO

DOI: 10.1631/jzus.A2200565 Downloaded: 660 Clicked: 862 Cited: 0 Commented: 0(p.473-496) <Full Text> <PPT> 204

Chinese summary <16> 基于壁面函數大(dà)渦模拟研究橫流通道對轉靜系盤腔流動特性的影響

作者：謝壘^1,2,3，杜強^1,2,3，柳光^1,2,3，廉曾妍^1,2,3，謝亞廣^1,2,3，羅一(yī)夫^1,2,3
機構：¹中(zhōng)國科學院工(gōng)程熱物(wù)理研究所，輕型動力實驗室，中(zhōng)國北(běi)京，100190；²中(zhōng)國科學院大(dà)學，工(gōng)程科學學院，中(zhōng)國北(běi)京，100049；³中(zhōng)國科學院輕型動力創新研究院，中(zhōng)國北(běi)京，100190
目的：本文旨在探究帶有均勻預旋速度的外(wài)部橫流對轉靜系盤腔流動特性的影響，從而指導對真實發動機條件下(xià)渦輪盤腔流動特性的研究。
創新點：1.采用壁面函數大(dà)渦模拟（WMLES）方法，獲得了帶有橫流通道的轉靜系盤腔更爲精細的流場結構；2.識别了盤腔輪緣處的開(kāi)爾文-赫姆霍茨（K-H）不穩定性，并探究了K-H剪切渦結構對輪緣處流動特性的影響。
方法：1.通過高精度大(dà)渦模拟方法，捕捉流場中(zhōng)的精細化流場結構。2.結合理論推導，通過對于流動結構的機理和動力學分(fēn)析，探究外(wài)部橫流和盤腔耦合流動特性。
結論：1.由于雷諾平均（RANS）模拟對壁面小(xiǎo)尺度渦結構和輸運方程的解析能力不足，所以RANS模拟流場與WMLES模拟流場出現了明顯偏差。2.在橫流和盤腔流動的耦合作用下(xià)，由于輪緣處的速度剪切誘導産生(shēng)K-H渦結構，所以這些渦結構将會加強輪緣處的外(wài)部入侵和盤腔出流流動。3.在外(wài)部入侵和盤腔出流的影響下(xià)，盤腔端區發現了大(dà)尺度流動結構；這些大(dà)尺度流動結構以一(yī)定的轉速旋轉，且其轉速和數量可以通過快速傅裏葉變換以及相關性分(fēn)析确定。

關鍵詞組：壁面函數大(dà)渦模拟；轉-靜系盤腔；流動不穩定性；RANS

Two-stage identification of interlayer contact loss for CRTS III prefabricated slab track based on multi-index fusion

Wei DU, Juanjuan REN, Kaiyao ZHANG, Shijie DENG, Shuyi ZHANG

DOI: 10.1631/jzus.A2300010 Downloaded: 817 Clicked: 778 Cited: 0 Commented: 0(p.497-515) <Full Text> <PPT> 230

Chinese summary <10> 基于多指标融合的CRTSIII型闆式無砟軌道層間脫空兩階段識别

作者：杜威，任娟娟，章恺堯，鄧世傑，張書(shū)義
機構：西南(nán)交通大(dà)學，高速鐵路線路工(gōng)程教育部重點實驗室，中(zhōng)國成都，610031
目的：無砟軌道層間損傷削弱了軌道結構的整體(tǐ)剛度，有可能影響列車(chē)運行的平穩性和安全性。本文旨在分(fēn)析層間損傷對軌道闆振動響應的影響規律，構建一(yī)種快速精準的損傷識别方法，以期爲無砟軌道層間損傷識别提供參考。
創新點：1.基于振動響應的特征指标，提出無砟軌道層間脫空損傷的兩階段識别方法；2.建立精細化有限元仿真模型，實現對CRTSIII型闆式無砟軌道自密實混凝土損傷的準确識别。
方法：1.利用室内足尺模型試驗驗證含層間脫空損傷的闆式無砟軌道有限元模型的合理性（圖8）；2.通過仿真模拟，獲取時域和頻(pín)域内對層間脫空敏感的損傷特征指标（圖10、12和13）；3.運用D-S證據融合理論對多個損傷特征指标進行融合，并采用包括損傷區域大(dà)緻識别（階段I）和精确識别（階段II）的兩階段識别方法實現對自密實混凝土損傷區域的識别（圖24和25）。
結論：1.從時域和頻(pín)域提取的5個損傷指标可全面反映隐藏在振動信号中(zhōng)的損傷信息，但僅使用單一(yī)損傷指标很難保證識别的準确性。2.證據理論的應用可充分(fēn)利用多個損傷指标之間的互補信息，降低識别的不确定性；在識别階段I，通過融合損傷指标均可準确确定不同脫空區域的位置。3.損傷識别的準确性與損傷程度呈正相關；在識别階段II，當自密實混凝土的脫空損傷程度大(dà)于50%時，識别精度可達到70%~80%。

關鍵詞組：闆式無砟軌道；脫空識别；瞬态沖擊響應；指标融合；D-S證據理論

A stability locomotion-control strategy for quadruped robots with center-of-mass dynamic planning

Yangyang HAN, Guoping LIU, Zhenyu LU, Huaizhi ZONG, Junhui ZHANG, Feifei ZHONG, Liyu GAO

DOI: 10.1631/jzus.A2200310 Downloaded: 887 Clicked: 833 Cited: 0 Commented: 0(p.516-530) <Full Text> <PPT> 190

Chinese summary <13> 基于質心動态規劃的四足機器人穩定運動控制策略

作者：韓楊楊¹，劉國平¹，陸振宇¹，縱懷志(zhì)²，張軍輝²，鍾飛飛¹，高立宇¹
機構：¹南(nán)昌大(dà)學，先進制造學院，中(zhōng)國南(nán)昌，330031；²浙江大(dà)學，流體(tǐ)動力與機電系統國家重點實驗室，中(zhōng)國杭州，310027
目的：運動穩定性對于四足機器人至關重要，是其适應非結構化地形的前提。爲了提高機器人在運動過程中(zhōng)的機體(tǐ)穩定性，文本提出一(yī)種基于質心動态規劃的四足機器人穩定控制策略。
創新點：1.在期望速度一(yī)定的情況下(xià)，同時考慮機器人運動的穩定性和能耗兩個問題；2.考慮到機器人機身與各條腿之間的運動協調性問題，設計質心移動與擺動相動作的同步配合方案，并對質心進行實時軌迹規劃。
方法：1.爲了實現同步控制方案，用擺動腿和支撐腿共同構成支撐三角形，并在靜步态基礎上對小(xiǎo)跑步态做出擴展；2.結合機器人腿在站立和擺動階段受力情況的不同，設計主力矩由優化的足端反力映射和關節比例微分(fēn)控制器組成的變權重控制策略。
結論：1.仿真和實驗結果表明，采用本文提出的控制策略，機器人可以完成行走和小(xiǎo)跑兩種步态的全向運動；2.在一(yī)定的運動速度下(xià)，機器人行走和小(xiǎo)跑的穩定裕度分(fēn)别比未進行質心規劃的方案提高了27.25%和37.25%；3.與未進行能耗優化控制的方案相比，采用所提策略的機器人的能耗分(fēn)别降低了11.25%（行走）和13.83%（小(xiǎo)跑）。

關鍵詞組：質心規劃；四足機器人；配合方案；地面反力；穩定裕度

Effect of additional cylinders on power-extraction performance of a Savonius vertical-axis wind turbine

Yangyang YAN, Jintao ZHANG, Junao SHE, Wenhao LIU, Jianghong DENG, Jianyang ZHU

DOI: 10.1631/jzus.A2200292 Downloaded: 660 Clicked: 1189 Cited: 0 Commented: 0(p.531-542) <Full Text> <PPT> 179

Chinese summary <15> 附加圓柱對Savonius型垂直軸風力機捕能性能的影響

作者：闫陽陽¹，張錦濤¹，佘君傲¹，劉文昊¹，鄧江洪²，朱建陽¹
機構：¹武漢科技大(dà)學，機器人與智能系統研究所，中(zhōng)國武漢，430081；²武漢科技大(dà)學，冶金設備與控制技術教育部重點實驗室，中(zhōng)國武漢，430081
目的：Savonius型垂直軸風力機具有較好的自啓動性能和較低的制造成本。然而，較低的風能利用效率制約其進一(yī)步發展。因此，本文将附加圓柱引入風力機葉片設計中(zhōng)，利用附加圓柱産生(shēng)的渦流來控制風力機葉片周圍的流體(tǐ)流動，以提高Savonius風力機的捕能效率。
創新點：1.将附加圓柱引入Savonius風力機的葉片設計中(zhōng)，提高傳統Savonius風力機的捕能效率；2.構建一(yī)種動力學形式的數學模型，用于有效求解風緻Savonius風力機的轉動過程。
方法：1.通過理論推導，構建一(yī)種動力學形式的數學模型，用于有效求解風緻Savonius風力機的轉動過程（公式(S3)）；2.通過田口實驗優化，研究附加圓柱Savonius風力機的3個特征參數對其捕能性能的影響，得到各因素的影響權重排序（圖4）；3.通過仿真模拟，找到附加圓柱Savonius風力機捕能效率提高的主要原因（圖7和8）；4.通過實驗設計，證明附加圓柱對提升Savonius風力機捕能效率的積極影響，同時也驗證數值模型的正确性（圖10）。
結論：1.附加圓柱可有效改善Savonius風力機的氣動性能；當α=45°，D=10mm，r=20mm時，與常規Savonius風力機相比，附加圓柱的Savonius風力機的平均轉矩系數和平均功率系數分(fēn)别提高了7%和15%。2.附加圓柱Savonius風力機的3個特征參數對平均功率系數的影響排序爲D>α>r。3.附加圓柱Savonius風力機捕能效率更高的主要原因是附加圓柱加快了返回葉片凹面上渦流的脫落速度，進而導緻葉片兩側産生(shēng)較大(dà)的壓力差。4.實驗結果表明，附加圓柱Savonius風力機的輸出功率比傳統Savonius風力機提高了29%，與仿真結果一(yī)緻。

關鍵詞組：附加圓柱；田口實驗方法；Savonius型垂直軸風力機；平均功率系數；風緻轉動

Compressive properties of a novel slurry-infiltrated fiber concrete reinforced with arc-shaped steel fibers

Hedong LI, Yabiao LI, Yunfeng PAN, P.L. NG, Christopher K.Y. LEUNG, Xin ZHAO

DOI: 10.1631/jzus.A2200405 Downloaded: 838 Clicked: 861 Cited: 0 Commented: 0(p.543-556) <Full Text> <PPT> 159

Chinese summary <11> 新型弧形鋼纖維滲澆纖維混凝土的壓縮性能研究

作者：李賀東¹，李亞彪¹，潘雲鋒¹，P.L.NG^2,3，Christopher K.Y. LEUNG⁴，趙昕⁵
機構：¹浙江理工(gōng)大(dà)學，建築工(gōng)程學院，中(zhōng)國杭州，310018；²香港大(dà)學，土木工(gōng)程系，中(zhōng)國香港，999077；³維爾紐斯格迪米納斯技術大(dà)學，土木工(gōng)程學院，立陶宛維爾紐斯，LT-10223；⁴香港科技大(dà)學，土木與環境工(gōng)程系，中(zhōng)國香港，999077；⁵浙江科技學院，建築工(gōng)程學院，中(zhōng)國杭州，310023
目的：滲澆纖維混凝土（SIFCON）的力學性能受纖維類型的影響較大(dà)，弧形鋼纖維代替端鈎鋼纖維制備SIFCON引入了潛在可明顯提升SIFCON力學性能的纖維橋聯機制。本文旨在研究利用弧形鋼纖維制備SIFCON提升其壓縮性能的可行性，并初步研究弧形鋼纖維SIFCON在中(zhōng)低應變率下(xià)的抗壓性能。
創新點：1.利用弧形鋼纖維制備新型SIFCON；2.提出弧形鋼纖維在SIFCON中(zhōng)潛在的新型橋聯機制；3.研究弧形鋼纖維SIFCON中(zhōng)低應變率下(xià)的單軸壓縮性能。
方法：綜合利用準靜态壓縮試驗和霍普金森(sēn)壓杆試驗，研究弧形鋼纖維SIFCON的壓縮性能，系統分(fēn)析不同的應變率對弧形鋼纖維SIFCON的破壞模式、動态壓縮強度、動态應力-應變曲線、動态增強因子和動态韌性的影響。
結論：1.在纖維體(tǐ)積分(fēn)數相近、纖維長徑比相同的情況下(xià)，采用弧形鋼纖維代替普通端鈎鋼纖維可顯著提高SIFCON的準靜态壓縮性能。2.在SIFCON中(zhōng)采用的"纖維勾連"機制、裂紋表面"二次橋聯"、最少兩纖維形成"約束環"等措施可有效提高弧形鋼纖維的準靜态壓縮性能。在動态壓縮試驗中(zhōng)，由于試件尺寸較小(xiǎo)和切割過程導緻"纖維勾連"機制的潛力減小(xiǎo)，限制了動态壓縮性能的提高。建議進一(yī)步研究采用更好的動态壓縮試驗方法，以充分(fēn)反映弧形鋼纖維的貢獻。3.脆性基體(tǐ)和弧形鋼纖維SIFCON均爲應變速率敏感材料，其動态抗壓強度、動态增加因子（DIF）和動态韌性均随應變速率的增大(dà)而增大(dà)。從試驗結果來看，在高應變率下(xià)，采用FIBModel Code 2010的公式高估了脆性基體(tǐ)和弧形鋼纖維SIFCON的DIF。因此，有必要建立脆性基體(tǐ)和弧形鋼纖維SIFCON材料的替代DIF模型。4.與其他纖維增強混凝土相比，在相同應變率下(xià)，弧形鋼纖維SIFCON具有更大(dà)的變形和能量吸收能力。顯然，采用弧形鋼纖維的SIFCON在結構應用中(zhōng)具有良好的抗沖擊載荷性能。

關鍵詞組：滲澆纖維混凝土；弧形鋼纖維；準靜态壓縮性能；霍普金森(sēn)壓杆；動态壓縮性能