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基于NSGA-Ⅲ的桥梁网络多目标维修决策优化研究

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土木工程学报 2024年第5期57卷 41-52页

作者：戴理朝康哲陈瑞王磊长沙理工大学湖南长沙410114

桥梁网络维护方案的制定需权衡多个决策目标以保障其运营安全。为推动桥梁网络维护的低碳化,考虑桥梁网络在运营和维护期间的碳排放,以桥梁网络整体性能最优、碳排放量和维修总成本最小为目标,以桥梁个体满足最低性能要求为约束条件,构... 详细信息

桥梁网络维护方案的制定需权衡多个决策目标以保障其运营安全。为推动桥梁网络维护的低碳化,考虑桥梁网络在运营和维护期间的碳排放,以桥梁网络整体性能最优、碳排放量和维修总成本最小为目标,以桥梁个体满足最低性能要求为约束条件,构建桥梁网络多目标维修决策优化模型,并率先将NSGA-Ⅲ算法应用到桥梁网络维修决策领域,通过其参考点策略从大量的非支配解集中筛选更优的桥梁网络维修方案,以实现网络性能、维护成本和低碳环境的综合考量。模型求解过程中,从收敛性能、解集分布和目标函数性能分析三方面,研究多目标下NSGA-Ⅱ和NSGA-Ⅲ的求解效果。研究结果表明:NSGA-Ⅱ在求解桥梁网络双目标维修决策优化问题上要优于NSGA-Ⅲ,而NSGA-Ⅲ更适合求解目标个数为3个及以上的桥梁网络维修决策多目标优化问题;对于桥梁网络性能-成本-环境的多目标优化,NSGA-Ⅲ可获得更低的成本、更低的碳排放量和更高的网络性能,这表明NSGA-Ⅲ是求解桥梁网络多目标维修决策优化问题非常有效的工具。

关键词：桥梁工程桥梁网络多目标优化碳排放 NSGA-Ⅲ算法 NSGA-Ⅱ算法

一种改进的残余力向量法在结构损伤识别中的应用

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计算力学学报 2024年第2期41卷 263-269页

作者：康哲民雷能忠祖庆芝漳州职业技术学院建筑工程学院漳州363000 武夷学院土木工程与建筑学院武夷山354300 丘陵山地智慧城镇建设技术福建省高校(武夷学院)重点实验室武夷山354300

残余力向量法是结构损伤识别中常用的方法,复杂结构中单元数量较多而损伤位置较少,容易造成无关变量增多,进而导致计算量过大的问题。鉴于此,本文提出一种改进的残余力向量法用于结构的损伤识别。该方法利用刚度联系向量与残余力向量之... 详细信息

残余力向量法是结构损伤识别中常用的方法,复杂结构中单元数量较多而损伤位置较少,容易造成无关变量增多,进而导致计算量过大的问题。鉴于此,本文提出一种改进的残余力向量法用于结构的损伤识别。该方法利用刚度联系向量与残余力向量之间线性相关的特性,以向量投影值作为损伤定位的影响系数,初步筛选出结构可能出现损伤的单元范围。在此基础上,构建出残余力向量对应的线性方程组,根据顺序主子式不为零的条件,对线性方程组进行行初等变换,再根据单元的数量保留前n维线性方程,通过求解该方程组的代数解可得到该结构单元的刚度损伤参数。以简支梁为例的数值模拟表明,本文方法可减少无关单元变量的计算,降低残余力向量的维度并且具有较好的抗噪能力。

关键词：残余力向量法损伤识别线性相关刚度联系矩阵抗噪分析

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空间曲线连续梁桥振型特征及抗震性能研究

公路 2024年第6期69卷 172-177页

作者：黄康四川师范大学成都市610000

空间曲线桥受跨径布置及平面线形等影响,其结构动力响应规律与常规直线桥截然不同。为研究空间曲线桥的抗震性能,以某空间曲线高架桥为研究背景,建立全桥三维有限元模型。该数值有限元模型充分考虑了箱型梁桥及桥墩的截面特性,并建立土... 详细信息

空间曲线桥受跨径布置及平面线形等影响,其结构动力响应规律与常规直线桥截然不同。为研究空间曲线桥的抗震性能,以某空间曲线高架桥为研究背景,建立全桥三维有限元模型。该数值有限元模型充分考虑了箱型梁桥及桥墩的截面特性,并建立土弹簧模拟地层与桥墩的相互作用关系。基于数值分析结果,系统分析了桥梁体系的振型特征、地震作用下的动力响应规律、关键桥墩的受力及墩顶位移等。研究结果表明:长大曲线连续梁桥受纵向桥跨的相互作用影响较大,不同区段呈现出不同的振型特征,进而对桥墩内力及墩顶位移的影响较大。

关键词：连续梁桥空间曲线振型特征抗震性能

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黄河流域水稀缺风险评价

中国环境科学 2024年第6期44卷 3455-3465页

作者：陆中桂康哲李巍黄明辉北京师范大学环境学院水环境模拟国家重点实验室北京100875 鄂尔多斯市环保投资有限公司内蒙古鄂尔多斯017010

基于黄河流域水稀缺特点及其成因,提出了综合考虑水量､水质和生态需水因素的流域水稀缺风险(WSR)评估框架,以此评估了2017年黄河流域90个地级市42个部门的直接水稀缺风险损失(DWSR),并通过构建城市尺度环境拓展多区域投入产出模型(MRIO)... 详细信息

基于黄河流域水稀缺特点及其成因,提出了综合考虑水量､水质和生态需水因素的流域水稀缺风险(WSR)评估框架,以此评估了2017年黄河流域90个地级市42个部门的直接水稀缺风险损失(DWSR),并通过构建城市尺度环境拓展多区域投入产出模型(MRIO),评估了城市间贸易驱动的间接水稀缺风险损失(IWSR).结果表明:流域DWSR和IWSR分别约为28941.49亿元和34464.08亿元,贸易导致的间接经济损失大于直接经济损失;各城市DWSR和IWSR整体上呈现一定的空间差异性,但高风险城市具有明显的空间集聚性和重合性,主要集中在流域中下游的山东､河南两省,如潍坊､淄博､郑州等;IWSR转移主要由各省内的城市间贸易产生,省际间的风险转移没有形成明显的热点区域;农林牧渔业､化学工业､石油加工､炼焦和核燃料加工业等部门的DWSR较高,同时也是主要的IWSR出口部门.建议结合识别出的重点城市､关键部门等全面加强WSR管理,协同推进黄河流域节水控水､水质改善和生态用水保障,促进流域水资源节约集约高效利用.

关键词：黄河流域水稀缺风险转移路径综合评估多区域投入产出模型

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黄河流域城市群碳足迹及隐含碳转移研究

中国环境科学 2024年第6期44卷 3544-3552页

作者：黄明辉李巍陆中桂康哲北京师范大学环境学院水环境模拟国家重点实验室北京100875 鄂尔多斯市环保投资有限公司内蒙古鄂尔多斯017010

选择黄河流域5个国家级城市群合计71个城市构建了2017年环境扩展的MRIO模型,评估了包括化石能源燃烧､煤炭开采逃逸､农业非能源排放等3个来源的碳足迹,分析了城市群之间以及城市群内部城市､部门之间的隐含碳转移.结果表明:5个城市群碳足... 详细信息

选择黄河流域5个国家级城市群合计71个城市构建了2017年环境扩展的MRIO模型,评估了包括化石能源燃烧､煤炭开采逃逸､农业非能源排放等3个来源的碳足迹,分析了城市群之间以及城市群内部城市､部门之间的隐含碳转移.结果表明:5个城市群碳足迹总计约2478.34Mt,其中化石能源燃烧贡献了86.42%,是碳足迹的主要来源,煤炭开采逃逸和农业非能源排放亦不容忽视,分别贡献了10.09%和3.49%.煤炭开采和洗选业､金属冶炼和压延加工业､电力热力的生产和供应业是碳足迹的重点部门,生产和消费两个视角下合计分别占总碳足迹的62.67%和36.77%.金属冶炼和压延加工业､电力热力的生产和供应业是隐含碳输出的关键部门,输出量合计占城市群内隐含碳转移量的51.43%,批发零售和住宿餐饮业是输入的关键部门,占比为26.79%,金属冶炼和压延加工业→批发零售和住宿餐饮业是隐含碳主要转移路径.碳足迹和隐含碳转出的重点城市多为资源消耗型､重化工产业占比较高的城市,如鄂尔多斯､滨州等.隐含碳转入的重点城市为维持自身发展需要消耗大量其他城市的产品,如青岛､呼和浩特等.碳足迹主要集中在“几”字弯都市圈､山东半岛和中原城市群,三者碳足迹合计占比在生产和消费视角下分别达到了85.89%和85.02%,“几”字弯都市圈是隐含碳输出最大的城市群,输出量约占城市群间转移量的40.68%,中原城市群是隐含碳输入最多的城市群,输入量约占42.24%.研究结果可为制定和完善黄河流域城市群控碳政策和降碳措施提供更充分合理的依据.

关键词：黄河流域城市群碳足迹隐含碳投入产出模型

基于截面配筋率的钢筋混凝土统一本构关系研究

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水电能源科学 2024年第4期42卷 99-102页

作者：黄康四川师范大学四川成都610000

为避免数值化分析中直接处理钢筋与混凝土之间的复杂关系,推导出钢筋混凝土构件轴心受压统一理论公式,做了不同配筋率与不同混凝土强度等级下的钢混棱柱体轴心受压试验,利用试验量测的荷载位移数据,结合Matlab曲线拟合工具的线性回归与... 详细信息

为避免数值化分析中直接处理钢筋与混凝土之间的复杂关系,推导出钢筋混凝土构件轴心受压统一理论公式,做了不同配筋率与不同混凝土强度等级下的钢混棱柱体轴心受压试验,利用试验量测的荷载位移数据,结合Matlab曲线拟合工具的线性回归与拟合功能,建立了一种基于截面配筋率的能够描述钢筋混凝土材料力学性能的统一本构关系。对试验梁进行数值化分析表明,所建立的数值化模型应力应变特征与试验结果吻合较好,证明了该模型在钢筋混凝土实际运用过程中的可行性与适用性。

关键词：钢筋混凝土配筋率强度等级统一本构关系数值化模型

水量-水质-生态需水综合视角下黄河流域水稀缺评估

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水资源保护 2024年第4期40卷 73-81页

作者：陆中桂康哲李巍黄明辉北京师范大学环境学院北京100875 水环境模拟国家重点实验室北京100875 鄂尔多斯市环保投资有限公司内蒙古鄂尔多斯017010

基于水足迹方法从水量水质生态需水综合视角下对黄河流域的水稀缺进行评估。结果表明:2021年黄河流域的蓝水足迹和灰水足迹分别为526.5亿m^(3)和3056.2亿m^(3);仅考虑水量和生态需水时,黄河流域的缺水压力较小,其中85.4%的地级市为低缺... 详细信息

基于水足迹方法从水量水质生态需水综合视角下对黄河流域的水稀缺进行评估。结果表明:2021年黄河流域的蓝水足迹和灰水足迹分别为526.5亿m^(3)和3056.2亿m^(3);仅考虑水量和生态需水时,黄河流域的缺水压力较小,其中85.4%的地级市为低缺水压力,仅10.1%的地级市处于极端缺水压力;纳入水质因素后,仅15.7%的地级市为低缺水压力,而64.0%的地级市处于极端缺水压力,水质因素显著加剧了流域的缺水压力。建议协同推进水资源管理和保护,推广节水技术和水资源循环利用,重点提高农业水资源利用效率和强化农业污染治理,以缓解黄河流域经济发展与水资源限制之间的矛盾。

关键词：水量水质生态需水蓝水足迹灰水足迹水稀缺黄河流域

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黄河流域水稀缺风险评价研究

中国环境科学 2024年

作者：陆中桂康哲李巍黄明辉鄂尔多斯市环保投资有限公司北京师范大学环境学院水环境模拟国家重点实验室

科学评价和防控水稀缺及其风险是实施黄河流域生态保护和高质量发展战略的一项重要任务.已有水稀缺风险(WSR)评价研究多围绕全球、国家和省区尺度且偏重于水量短缺所导致的经济损失，对此，本研究基于黄河流域水稀缺特点及其成因，提出... 详细信息

科学评价和防控水稀缺及其风险是实施黄河流域生态保护和高质量发展战略的一项重要任务.已有水稀缺风险(WSR)评价研究多围绕全球、国家和省区尺度且偏重于水量短缺所导致的经济损失，对此，本研究基于黄河流域水稀缺特点及其成因，提出了综合考虑水量、水质和生态需水因素的流域WSR评估框架，以此评估了2017年黄河流域90个地级市42个部门的直接水稀缺风险损失(DWSR)，并通过构建城市尺度环境拓展多区域投入产出模型((MRIO)，评估了城市间贸易驱动的间接水稀缺风险损失(IWSR).结果表明:1)流域DWSR和IWSR分别约为28941.49亿元和34464.08亿元，贸易导致的间接经济损失大于直接经济损失;2)各城市DWSR和IWSR整体上呈现一定的空间差异性，但高风险城市具有明显的空间集聚性和重合性，主要集中在流域中下游的山东、河南两省，如潍坊、淄博、郑州等;3)IWSR转移主要由各省内的城市间贸易产生，省际间的风险转移没有形成明显的热点区域;4)农林牧渔业、化学工业、石油加工、炼焦和核燃料加工业等部门的DWSR较高，同时也是主要的IWSR出口部门.建议结合识别出的重点城市、关键部门等全面加强WSR管理，协同推进黄河流域节水控水、水质改善和生态用水保障，促进流域水资源节约集约高效利用.

关键词：黄河流域水稀缺风险转移路径综合评估多区域投入产出

转子温度空间分布差异诱发永磁电机局部失磁特性研究

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中国电机工程学报 2024年第6期44卷 2437-2447,I0030页

作者：崔刚熊斌李振国黄康杰阮琳顾国彪中国科学院电工研究所北京市海淀区100190 中国科学院大学北京市海淀区100190

永磁材料磁特性受工作温度影响较大,高工作温度下存在的不可逆失磁现象是永磁电机高可靠性设计的主要瓶颈。针对内置式磁路结构的高功率密度永磁电机用钕铁硼永磁材料的不可逆失磁问题,基于电机全域空间损耗、温度分布的差异,该文提出... 详细信息

永磁材料磁特性受工作温度影响较大,高工作温度下存在的不可逆失磁现象是永磁电机高可靠性设计的主要瓶颈。针对内置式磁路结构的高功率密度永磁电机用钕铁硼永磁材料的不可逆失磁问题,基于电机全域空间损耗、温度分布的差异,该文提出一种永磁体局部失磁分析模型与特性计算方法。通过磁体虚拟分块法建立基于温度、退磁率等变量的永磁材料磁特性分析模型,利用电磁场和温度场双向耦合的三维多物理场计算方法,得到电机转子永磁体损耗、温度和局部失磁的空间分布特性。最后,通过对一台115 kW、8极永磁电机样机转子永磁体温度和转子表面磁场的实验测试,验证了分析模型与计算方法的准确性,为永磁电机局部失磁问题研究及精细化防失磁设计提供依据。

关键词：内置式永磁同步电机双V型磁路结构多物理场耦合温度空间分布局部失磁