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煤棚表面风压的多尺度长短期记忆神经网络预测方法

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工程力学 2024年第S01期41卷 179-186页

作者：火婧刘士杰张珍刘庆宽石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043

风荷载是影响大跨度空间结构安全性和稳定性的关键因素之一,因此研究结构表面风压对煤棚结构设计具有重要意义。风洞试验是获取煤棚结构表面风压的主要方法,但其存在成本较高和耗时较长的问题。利用风洞试验积累的大量数据发展风压快速... 详细信息

风荷载是影响大跨度空间结构安全性和稳定性的关键因素之一,因此研究结构表面风压对煤棚结构设计具有重要意义。风洞试验是获取煤棚结构表面风压的主要方法,但其存在成本较高和耗时较长的问题。利用风洞试验积累的大量数据发展风压快速预测方法是目前的研究热点之一。该文以长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)神经网络为基础,建立了煤棚结构风压时序预测模型,该模型利用高斯平滑将实验数据分为光滑数据和脉动数据,进而分别训练大尺度网络和小尺度网络。结果表明:所提出的多尺度网络预测模型可以实现对煤棚表面风压的快速预测,且相比于传统LSTM神经网络,多尺度LSTM神经网络具有误差小、精度高等优势。因此,基于LSTM的多尺度神经网络可以为煤棚等大跨空间结构表面风压提供依据。

关键词：煤棚长短期记忆风压预测神经网络大跨空间结构

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排渗失效下尾矿库溃坝三维模型试验研究

水利学报 2024年第6期55卷 735-743页

作者：张力霆马文君刘雅帆张少雄周玎李鑫石家庄铁道大学河北石家庄050043 河北省应急管理科学研究院河北石家庄050000 石家庄职业技术学院河北石家庄050000 铜源国际工程设计研究有限公司河北秦皇岛066000

针对尾矿库渗透破坏模式,为克服二维试验槽边壁效应对模型渗流走向及溃决位置的影响,本文以某尾矿库为原型,基于自主设计的三维尾矿库溃坝模型试验平台,进行了排渗设施失效诱发的尾矿库溃坝模型试验研究,揭示了该尾矿库的溃决模式及溃... 详细信息

针对尾矿库渗透破坏模式,为克服二维试验槽边壁效应对模型渗流走向及溃决位置的影响,本文以某尾矿库为原型,基于自主设计的三维尾矿库溃坝模型试验平台,进行了排渗设施失效诱发的尾矿库溃坝模型试验研究,揭示了该尾矿库的溃决模式及溃决机理。结果表明:(1)排渗失效导致的溃坝呈现局部流土破坏-坝体累计变形-深层滑动面发展贯通-整体突发失稳的渐进伴突发型溃决演化模式;(2)坝体孔隙水压力骤变是坝体发生滑动破坏的关键响应指标,预示着坝体将在短时间内由滑动体前后缘局部散浸软化、流土、塌陷转变为大范围溃决,可作为坝体溃决事故的前兆信息;(3)排渗失效导致的尾矿库溃坝过程具有渐进性和突发性的特点,发生散浸与流土破坏的过程时间较长,发生深层滑动和溃决的时间短暂,该特征可为尾矿库渗透破坏隐患治理及坝体溃决应急响应提供参考。研究结果对尾矿库溃坝的灾害预防具有重要的现实意义。

关键词：尾矿库模型试验孔隙水压力流土破坏坝体溃决

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线形布置双矩形柱的平均气动力特性试验研究

振动与冲击 2024年第5期43卷 20-30,81页

作者：姜会民杨群范佳豪刘小兵石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043

为研究线形布置双矩形柱的平均气动力特性,采用刚性模型测压风洞试验测试并分析了宽高比为1∶4的双矩形柱在不同风向角和不同间距比下的平均阻力系数和平均升力系数,并与单矩形柱的试验结果进行了对比分析。在此基础上,通过分析平均风... 详细信息

为研究线形布置双矩形柱的平均气动力特性,采用刚性模型测压风洞试验测试并分析了宽高比为1∶4的双矩形柱在不同风向角和不同间距比下的平均阻力系数和平均升力系数,并与单矩形柱的试验结果进行了对比分析。在此基础上,通过分析平均风压分布进一步揭示了线形布置双矩形柱平均气动力系数的干扰机理。风向角α的变化范围为0°~90°,间距比P/B(双矩形柱的中心距与矩形柱宽度之比)的变化范围为1.2~8.0。研究结果表明:双矩形柱的平均阻力系数可分为0°≤α≤30°和30°<α≤90°两类;上游矩形柱的平均升力系数可分为0°≤α≤75°和75°<α≤90°两类;下游矩形柱的平均升力系数可分为0°≤α≤20°和20°<α≤90°两类。平均气动力系数的放大效应主要体现在上游矩形柱,平均阻力系数最大为单矩形柱的1.5倍,平均升力系数最大为单矩形柱的2.1倍。

关键词：双矩形柱线形布置平均气动力系数平均风压分布风洞试验风向角间距比

顺向正弦来流条件下圆柱气动力和绕流流场数值模拟研究

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振动与冲击 2024年第6期43卷 216-224页

作者：于春放靖洪淼王仰雪张记涛邵林媛刘庆宽石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043

为深入了解顺向阵风来流对圆柱气动力和流场特性的影响,开展了雷诺数(Re)为1000的圆柱绕流三维大涡模拟,研究了不同频率顺向正弦来流对圆柱气动力和流场结构的影响规律,详细分析了升阻力系数、斯特劳哈尔数(St)、回流长度、分离角和尾... 详细信息

为深入了解顺向阵风来流对圆柱气动力和流场特性的影响,开展了雷诺数(Re)为1000的圆柱绕流三维大涡模拟,研究了不同频率顺向正弦来流对圆柱气动力和流场结构的影响规律,详细分析了升阻力系数、斯特劳哈尔数(St)、回流长度、分离角和尾流结构等参数的变化规律。顺向正弦来流速度为U=U_(0)+Asin(2πft),其中来流频率f的变化范围为0~0.3 Hz,U_(0)为平均速度,A为竖向正弦来流的振幅,设为0.15U_(0)。研究结果表明:圆柱阻力系数卓越频率(即主导频率)与正弦来流频率基本一致,升力系数存在3个明显的频率峰值,分别对应涡脱频率与来流频率之差、涡脱频率、涡脱频率与来流频率之和。随着正弦来流频率f增大,St先减小后增大,在f=0.25 Hz时达到最小值,而回流长度先增大后减小,且在f=0.15 Hz时达到最大值。当f≤St时,分离角不变,而顺流向最小速度逐渐增大;当f>St时,分离角逐渐增大.

关键词：圆柱绕流大涡模拟顺向正弦来流气动力流场

一种轻量化尺度感知调制Swin Transformer模型的轴箱轴承故障诊断方法

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西安交通大学学报 2024年第9期58卷 83-93页

作者：邓飞跃郑守禧郝如江石家庄铁道大学机械工程学院石家庄050043 河北省工程机械动力与传动控制重点实验室石家庄050043

针对当前Transformer网络模型运算效率偏低,且难以用于复杂工况条件下高速列车轴箱轴承故障诊断的问题,提出了一种基于时频多域融合与轻量化结构的尺度感知调制Swin Transformer(SMST)模型的轴箱轴承故障诊断方法。首先,采用格拉姆角场... 详细信息

针对当前Transformer网络模型运算效率偏低,且难以用于复杂工况条件下高速列车轴箱轴承故障诊断的问题,提出了一种基于时频多域融合与轻量化结构的尺度感知调制Swin Transformer(SMST)模型的轴箱轴承故障诊断方法。首先,采用格拉姆角场法、双谱法与Chirplet变换法,将轴承振动信号转化为时域、频域与时频域内的二维图像,基于多域特征融合思想集成为新的特征图像;然后,设计了一种新的轻量化结构SMST模块,在其内部实现了卷积运算与Transformer自注意力运算的进一步融合;最后,在层次化模型框架中引入特征金字塔模块(FPB),弥补不同层输出特征的不一致性,实现了上下文信息的特征深度融合及复杂工况条件下轴箱轴承故障诊断。实验结果表明:相比格拉姆角场法、双谱法、Chirplet变换法、短时傅里叶变换法、连续小波变换法等单一领域图像生成方法,时频多域融合方法生成的图像特征信息表征能力更好;所提网络模型在1010、760、505 r/min这3种转速变工况任务中的轴箱轴承故障识别准确率分别为99.88%、99.92%与99.96%;对比ResNets、GoogleNet、ViT、Swin Transformer和SMT这5种模型,所提方法的故障识别准确率更高,模型轻量化程度更好。所提方法可为实际工况中列车轴箱轴承故障诊断提供参考。

关键词：故障诊断轴箱轴承多域融合轻量化尺度感知调制

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防雪栅对铁路路堑风致雪堆积防治效果研究

铁道学报 2024年第4期46卷 148-155页

作者：马文勇李赛魏腾博李江龙孙元春李飞强石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 石家庄铁路职业技术学院河北石家庄050061

针对铁路路堑易发生严重积雪灾害的问题,采用风洞试验方法,研究了防雪栅在减轻风致积雪灾害方面效果,为铁路线路防灾工程设计提供参考。在风洞中,首先分别试验了在6.5、7.5、8.5 m/s风速下边坡比为1∶4和1∶1.5的路堑内雪粒堆积演化过程... 详细信息

针对铁路路堑易发生严重积雪灾害的问题,采用风洞试验方法,研究了防雪栅在减轻风致积雪灾害方面效果,为铁路线路防灾工程设计提供参考。在风洞中,首先分别试验了在6.5、7.5、8.5 m/s风速下边坡比为1∶4和1∶1.5的路堑内雪粒堆积演化过程;然后布置防雪栅,在相同试验条件下观测其在减轻路堑积雪灾害方面的效果;最后根据测量数据计算对比有无防雪栅时路堑路面积雪量差异,定量评估防雪栅防治效果。此外,采用数值模拟手段分析防雪栅、路堑周围流场变化情况,进一步解释防雪栅的防雪机理。结果表明:上风侧坡度较缓的半开敞式路堑积雪严重;防雪栅能有效减轻路堑积雪灾害;漂移雪粒首先在背风侧距离防雪栅较远处沉积,随吹风持续积雪范围向两端延伸;防雪栅使来流风速在其背风侧急剧减弱致使漂移雪粒发生沉积,雪粒输运强度减小,从而实现挡雪减灾目的。

关键词：风吹雪风洞试验防雪栅路堑积雪分布

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6种半干旱地区园林绿化植物综合适应性评价

林草资源研究 2024年第1期 73-81页

作者：周龙杨晓雪段晓晨石家庄铁道大学管理学院石家庄050043

综合评价半干旱地区园林绿化植物的综合适应性,可以有效解决半干旱地区盲目选择园林绿化植物的问题。以典型半干旱地区大同市云州区园林绿化试验区移栽的6种候选园林绿化植物为研究对象,采取专家咨询法,选取园林绿化植物综合适应性评价... 详细信息

综合评价半干旱地区园林绿化植物的综合适应性,可以有效解决半干旱地区盲目选择园林绿化植物的问题。以典型半干旱地区大同市云州区园林绿化试验区移栽的6种候选园林绿化植物为研究对象,采取专家咨询法,选取园林绿化植物综合适应性评价指标,结合层次分析法和CRITIC客观赋权法确定评价指标权重,采用模糊综合评价法进行综合评价,计算各植物综合适应性得分,并通过试验区种植试验进行验证。结果表明:1)影响植物综合适应性的一级评价指标有3个:观赏特性、生长特性、生态适应性;对应的二级指标共有15个:观花、观果、彩叶、观型特性,树高、地径、冠幅生长量、繁殖能力,抗旱性、耐寒性、耐热性、抗病虫害性、抗盐碱性、抗涝性、抗风性能力。2)综合适应性得分:水栒子>蓝叶忍冬>卫矛>蒙古扁桃>岩生忍冬>金花忍冬,水栒子综合适应性得分最高,与试验区种植试验结果一致。水栒子对半干旱地区环境的综合适应性很强,可以作为半干旱地区园林绿化工程植物。

关键词：半干旱区绿化植物层次分析法 CRITIC 模糊综合评价

基于结构重参数化与自适应注意力的复杂路面快速识别模型

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中国公路学报 2024年第3期37卷 245-258页

作者：王雪玮李思渊梁晓李韶华郑津津石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 石家庄铁道大学河北省交通工程结构力学行为演变与控制重点实验室河北石家庄050043 石家庄铁道大学机械工程学院河北石家庄050043 中国科学技术大学工程科学学院安徽合肥230026

在复杂行驶环境下快速准确地识别前方路面类型,是车辆主动控制系统及时做出预判的关键前提。针对现有方法未能兼顾精度和速度且难以在车端部署的问题,提出一种基于结构重参数化与自适应注意力的路面分类模型,可对车辆前方的沥青、水泥... 详细信息

在复杂行驶环境下快速准确地识别前方路面类型,是车辆主动控制系统及时做出预判的关键前提。针对现有方法未能兼顾精度和速度且难以在车端部署的问题,提出一种基于结构重参数化与自适应注意力的路面分类模型,可对车辆前方的沥青、水泥、冰雪、沙土、花砖、石板、湿滑等复杂路面进行快速准确的甄别。首先,构建以水平/垂直/方形/点形等多分支异构卷积为核心的特征提取骨干网络。其次,提出一种轻量高效的注意力机制,能够根据特征尺寸自适应地聚合空间上下文信息,并根据特征维度自适应地进行局部跨通道交互,使模型聚焦于高相关的路面特征。在此基础上,引入结构重参数化思想,对模型的训练周期和推理周期进行解耦,在训练时通过多分支学习获得高裕度的特征表示,而在推理时将多分支结构等价转换为直铺式单支路结构,在不牺牲模型性能的前提下获得轻量化的部署模型以及显著的推理加速。试验结果表明:提出的模型能够在复杂行驶环境下有效识别路面类型,以6.57×10^(6)的参数量取得99.14%的全场景分类精度和96.48%的新场景分类精度,同时具有496.28帧·s^(-1)的服务器推理速度和33.89帧·s^(-1)的边缘推理速度。与现有其他主流模型相比,提出的模型取得了准确性、实时性和轻量化的良好平衡,具备对复杂多变场景的高适应性,在车前路面类型识别任务上有明显优势。

关键词：交通工程路面类型识别自适应注意力结构重参数化推理速度轻量化模型复杂路面

塌陷区上覆加筋路基力学行为演化与变形机理细观研究

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第4期55卷 1523-1536页

作者：王志杰高古顺杨广庆熊保林秦岩孟猛石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 土工合成材料应用河北省工程研究中心河北石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 河北供水有限责任公司河北石家庄050011

为深入揭示塌陷区上覆加筋路基力学行为演化与变形机理,本文基于室内试验建立塌陷区上覆加筋路基离散元数值分析模型,从细观层面分析不同筋材长度、塌陷区宽度、路基高度条件下颗粒间接触力链分布、颗粒间相对位移、筋材弯曲变形与拉力... 详细信息

为深入揭示塌陷区上覆加筋路基力学行为演化与变形机理,本文基于室内试验建立塌陷区上覆加筋路基离散元数值分析模型,从细观层面分析不同筋材长度、塌陷区宽度、路基高度条件下颗粒间接触力链分布、颗粒间相对位移、筋材弯曲变形与拉力、土拱比等变化规律,进而探究筋材长度、塌陷区宽度、路基高度对加筋路基力学行为与变形机理的影响规律。研究结果表明:合理的加筋长度能够使筋材有效承担上部路基荷载并限制路基填料颗粒间的相对位移;本研究中当筋材长度L=500 mm时,限制路基填料颗粒间相对位移的效果最佳,此时,筋材拉力达到最大值,筋材的弯曲变形达到最小值,颗粒间接触力链形状表现为完整拱形;在锚固比相同的条件下,塌陷区宽度越大,土拱效应的发挥程度就越低,土拱比就越小,颗粒间接触力链形状由完整拱形演变为2条未闭合的斜边,随着塌陷区宽度的增加,路基变形范围和筋材变形逐渐增加,加筋效果逐渐减弱;随着路基高度的增加,能够有效限制土拱效应的退化并使土拱效应得到充分发挥,颗粒间接触力链形状由2条和路基底部具有一定夹角的斜边演变为完整拱形,筋材拉力逐渐增大,筋材水平与竖向位移均逐渐减小,路基变形范围形状由矩形变为环状椭圆形且宽度基本不变。

关键词：加筋路基局部塌陷区土工织物力学行为变形机理离散元模拟

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