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滑坡碎屑流冲击刚性挡墙动力响应的数值模拟分析

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水利水电技术(中英文) 2024年

作者：严彬彬高歌刘新颖邢爱国上海交通大学海洋工程国家重点实验室

【目的】刚性拦挡结构是一种被用于减弱滑坡碎屑流致灾强度的工程措施。为研究碎屑流运动路径的坡度与碎屑流体积对于碎屑流冲击刚性拦挡结构的动响应的影响，【方法】文章利用fish语言开发不同形状的块体(clump)簇颗粒，并基于室内滑... 详细信息

【目的】刚性拦挡结构是一种被用于减弱滑坡碎屑流致灾强度的工程措施。为研究碎屑流运动路径的坡度与碎屑流体积对于碎屑流冲击刚性拦挡结构的动响应的影响，【方法】文章利用fish语言开发不同形状的块体(clump)簇颗粒，并基于室内滑槽试验结果，开展了三维离散元数值模拟研究(PFC3D)，探究滑坡冲击动力特性、冲击力、堆积形态与能量演变过程。【结果】能量演化过程和冲击力时程曲线结果显示：在整个滑坡过程中，摩擦耗能占总能量消耗的约80%；对于35°，40°，45° (H = 15cm)，峰值冲击力与残余堆积力的比值随着坡度的增大(35°，40°，45°，其中H = 15cm)而不断增大(1.064，1.380，1.538)。【结论】模拟结果表明：块体(clump)簇颗粒能够较好地被用于模拟颗粒的形状作用，为碎屑流冲击动力学的离散元模拟提供一定的参考；摩擦耗能是碎屑流发生时主要的能量耗散形式；坡度的增大会加快滑坡滑动进程，增大峰值动能，形成更大的峰值冲击力与残余堆积力；碎屑流体积的增大会增加坡度对于碎屑流运动能力的影响，使得堆积体在坡体与拦挡结构上的长度显著增加。

关键词：滑坡碎屑流拦挡结构离散单元法数值模拟冲击动力学

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深水桥梁浮式基础系泊体系研究

中国公路学报 2024年

作者：向升冷欣泽程斌上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海交通大学海洋工程全国重点实验室

浮式桥梁在深水软弱地基水域具有良好的应用前景，其浮式基础动力特性受下部系泊体系影响显著，目前相关研究较为有限。针对斜向索系泊、张力腿系泊、组合式系泊三种体系浮式基础开展了1:70水动力缩尺模型试验，结合结构固有频率、幅值... 详细信息

浮式桥梁在深水软弱地基水域具有良好的应用前景，其浮式基础动力特性受下部系泊体系影响显著，目前相关研究较为有限。针对斜向索系泊、张力腿系泊、组合式系泊三种体系浮式基础开展了1:70水动力缩尺模型试验，结合结构固有频率、幅值响应算子和功率谱密度曲线对各体系浮式基础的动力特性进行了研究和对比，明确了不同系泊体系的适用波浪环境。进一步基于水动力数值模拟对组合式系泊体系开展了考虑不同斜向索-张力腿刚度比和整体系泊刚度的参数分析，得到了系泊索刚度设置对此类浮式基础的影响规律。研究结果表明：斜向索系泊体系具有较宽的高响应频带，各自由度运动耦合关系明显，仅适用于低浪高水域；张力腿系泊体系的低频水平运动显著，相同不规则波作用下的水平运动响应可达其他两类体系的2.3倍，不适用于存在低频涌浪的水域；组合式系泊体系的水平运动幅值响应算子峰值较大，但高响应出现在较窄频带内，通过调节系泊索刚度使结构水平共振频率远离波浪谱峰频率，可有效降低结构动力响应，此类体系的适用范围较广。本研究可为深水桥梁浮式基础的后续研究与应用提供参考借鉴。

关键词：桥梁工程浮式基础模型试验系泊系统水动力响应

考虑不确定延迟的并联式气电混合动力系统模式切换控制

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上海交通大学学报 2024年

作者：傅圣来陈俐陈自强上海交通大学海洋智能装备与系统教育部重点实验室海洋工程国家重点实验室

并联式气电混合动力系统排放少、动力性好，在低碳船舶上的应用前景广阔。但是，受多个执行延迟不确定的影响，混合动力模式切换过程中传动轴系易发生转速异常波动甚至剧烈冲击。本文提出级联内模控制（Internal Mode Control，IMC）思... 详细信息

并联式气电混合动力系统排放少、动力性好，在低碳船舶上的应用前景广阔。但是，受多个执行延迟不确定的影响，混合动力模式切换过程中传动轴系易发生转速异常波动甚至剧烈冲击。本文提出级联内模控制（Internal Mode Control，IMC）思路，设计显式包含名义延迟信息的滤波器，提高转速跟踪性能，消除延迟的影响。首先建立动力传动系统动力学模型，然后根据切换过程以离合器为分界的传动机理，设计级联IMC，包括抗饱和补偿器、两级跟踪控制器和两级抗干扰控制器，推导满足不确定延迟上界的鲁棒稳定性条件。仿真与台架试验结果表明，级联IMC对不确定延迟具有良好的鲁棒性，显著降低模式切换过程轴系冲击度，实现平稳切换。

关键词：气电混合动力系统模式切换控制不确定延迟级联内模控制鲁棒性

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粉煤灰在磷酸镁水泥体系中的作用机制研究

材料导报 2024年第17期38卷 25-31页

作者：孟祥瑞刘源涛陈兵王立艳上海交通大学海洋工程全国重点实验室上海200240 上海交通大学上海市公共建筑和基础设施数字化运维重点实验室上海200240 吉林建筑大学材料科学与工程学院长春130118

本工作采用粉煤灰(Fly ash,FA)替代一部分(≤30%)氧化镁对磷酸镁水泥(MPC)砂浆进行改性,研究了粉煤灰在MPC体系中的活性和作用机制,分析了FA对MPC物理力学性能和微观结构的影响。结果显示,FA在MPC体系中体现了复杂的物理和化学效应。球... 详细信息

本工作采用粉煤灰(Fly ash,FA)替代一部分(≤30%)氧化镁对磷酸镁水泥(MPC)砂浆进行改性,研究了粉煤灰在MPC体系中的活性和作用机制,分析了FA对MPC物理力学性能和微观结构的影响。结果显示,FA在MPC体系中体现了复杂的物理和化学效应。球形粉煤灰颗粒具有滚动轴承的功能,优化了MPC的流动性;FA不仅填充了MPC的微孔隙、微裂缝,还体现了“晶核效应”,为MPC水化提供了成核位点,促进水化产物鸟粪石(MgNH_(4)PO_(4)·6H_(2)O)的生成,使MPC的微观结构变得致密,从而提高了MPC的力学性能。此外,在水化热激活下,FA中的Al_(2)O_(3)会参与反应,生成少量磷酸铝相无定型凝胶。

关键词：磷酸镁水泥粉煤灰作用机制工作性力学性能

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船舶复合储能的混动系统能量管理策略研究

舰船科学技术 2024年第4期46卷 135-142页

作者：王绗林李铁武燊王欣然上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

以并联复合储能的船舶柴电混合动力系统为研究对象,基于Matlab/Simulink对柴油机、可逆电机、动力电池、超级电容、电源转换器等建立仿真模型,在此基础上开发了基于逻辑规则的能量管理策略。针对港口拖轮工况波动频率高、幅度大等特点,... 详细信息

以并联复合储能的船舶柴电混合动力系统为研究对象,基于Matlab/Simulink对柴油机、可逆电机、动力电池、超级电容、电源转换器等建立仿真模型,在此基础上开发了基于逻辑规则的能量管理策略。针对港口拖轮工况波动频率高、幅度大等特点,分别研究在不同的动力电池初始电池荷电状态下,纯柴油机驱动、柴油机-电池混合驱动、柴油机-电池-电容复合储能驱动等动力系统架构的柴油机油耗、储能系统的等效油耗、系统的总油耗以及氮氧化物的排放。结果显示,在拖轮典型工况下,采用柴油机-电池-电容复合储能驱动的系统总油耗相比纯柴油机驱动形式的油耗平均低6.63%,比柴油机-电池混合驱动形式平均多降低11%的油耗,氮氧化物排放量减少8%。

关键词：混合动力复合储能系统能量管理 Simulink

基于BAS的模糊PID解耦算法在船舶动力定位中的应用

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舰船科学技术 2024年第6期46卷 13-19页

作者：耿骏杰孟帅上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

模糊PID应用于船舶动力定位控制时,因无法保证量化比例因子选取到最优值可能限制控制性能。基于某动力定位船舶的三自由度运动模型,利用串联补偿解耦算法消除船舶横荡与首摇控制量的相互影响,选取纵荡与横荡的时间乘绝对误差积分(Integr... 详细信息

模糊PID应用于船舶动力定位控制时,因无法保证量化比例因子选取到最优值可能限制控制性能。基于某动力定位船舶的三自由度运动模型,利用串联补偿解耦算法消除船舶横荡与首摇控制量的相互影响,选取纵荡与横荡的时间乘绝对误差积分(Integrals of Time-weighted Absolute Error,ITAE)之和为目标函数,尝试利用天牛须搜索算法(Beetle Antennae Search algorithm,BAS)对模糊PID中的量化比例因子进行优化。利用Matlab/Simulink,采用PID、模糊PID、基于BAS的模糊PID等3种控制策略,对定点定位工况下动力定位船舶在无干扰和瞬时干扰条件运动响应进行仿真。研究发现,相比于PID和模糊PID,基于BAS的模糊PID在纵荡和横荡运动控制上可显著提高控制精度并减少超调量,进而可改善动力定位系统性能。

关键词：动力定位模糊PID 解耦控制天牛须搜索算法

基于层次分析-模糊综合评价法的深海采矿车通行性评估

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中国造船 2024年第3期65卷 135-149页

作者：卢昌宇杨建民陈启航上海交通大学船舶与海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院三亚572024

采矿车在海底非结构化地形的安全通行对深海矿产资源开发具有重要意义。论文基于富钴结壳矿区的环境、地形及地质等特征确定了影响深海采矿车通行性的主要因素,提出融合层次分析-模糊综合评价(AHPFCE)法的通行性评估方法。建立了包括底... 详细信息

采矿车在海底非结构化地形的安全通行对深海矿产资源开发具有重要意义。论文基于富钴结壳矿区的环境、地形及地质等特征确定了影响深海采矿车通行性的主要因素,提出融合层次分析-模糊综合评价(AHPFCE)法的通行性评估方法。建立了包括底质特征、微地形特征和其它海洋环境因素以及9个相关指标的影响通行性的层次评估模型;根据层次分析和专家评价确定各指标的权重因子,并利用模糊综合评价法得到隶属度矩阵;建立基于AHP-FCE法的综合通行性评估方法。结果表明,该方法能评估深海采矿车在模拟矿区的通行性,验证了AHP-FCE评估方法的可行性。

关键词：层次分析-模糊综合评价法深海采矿车复杂海底矿区非结构化地形通行性评估

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外部搭载对潜艇操纵性影响的数值研究

中国造船 2024年第4期65卷 53-65页

作者：郑自强邹璐邹早建王璇上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海交通大学海洋智能装备与系统教育部重点实验室上海交通大学海洋工程全国重点实验室中国船舶科学研究中心

为研究外部搭载装置对潜艇操纵性的影响，采用RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方法对搭载某水下航行器的SUBOFF潜艇约束模运动进行数值模拟。基于获得的水动力导数，评估外部搭载对潜艇动态稳定性与机动性的影响。首先，对SUBOF... 详细信息

为研究外部搭载装置对潜艇操纵性的影响，采用RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方法对搭载某水下航行器的SUBOFF潜艇约束模运动进行数值模拟。基于获得的水动力导数，评估外部搭载对潜艇动态稳定性与机动性的影响。首先，对SUBOFF斜航运动水动力参数计算结果进行网格收敛性分析，并将数值结果与试验数据对比，验证数值方法的可靠性。其次，数值预报搭载状态下的SUBOFF潜艇在垂直面与水平面上典型的静态和动态约束模运动的水动力和力矩，并通过拟合曲线求取相应的水动力导数。在此基础上，用操纵性衡准数评估潜艇稳定性与机动性。结果显示，未搭载与搭载状态下的SUBOFF潜艇均不具有稳定性，且在搭载状态下其稳定性会进一步降低；外载装置能改善潜艇垂直面的应舵性和水平面上的回转性。

关键词：潜艇操纵性外部搭载约束模运动水动力导数数值模拟

适用于无人水下潜航器电池管理系统的SOC-SOH联合估计

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浙江大学学报（工学版） 2024年第5期58卷 1080-1090页

作者：卢地华周胜增陈自强上海船舶电子设备研究所上海201108 水声对抗技术重点实验室上海201108 上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

为了提高无人水下潜航器(UUV)电池管理系统状态的估计精度,提出荷电状态-健康状态(SOC-SOH)联合估计方法.搭建测试台架,采用4组锂离子电池进行全寿命周期下的充放电测试,获取不同老化程度下的特性数据.经理论推导和实验分析设计四维表... 详细信息

为了提高无人水下潜航器(UUV)电池管理系统状态的估计精度,提出荷电状态-健康状态(SOC-SOH)联合估计方法.搭建测试台架,采用4组锂离子电池进行全寿命周期下的充放电测试,获取不同老化程度下的特性数据.经理论推导和实验分析设计四维表征因子,建立基于改进支持向量回归(SVR)的SOH估计模型.探究电池状态的耦合关系,建立基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的SOC估计模型,采用遗忘因子递推最小二乘算法(RLS)更新模型参数,利用SOH对SOC估计结果进行修正.通过不同工况的实验进行验证,结果表明:四维表征因子和电池容量相关性好,SOH估计模型精度高,SOC估计模型精度在联合修正后得到提升.所提的联合估计方法具有较高的通用性和可靠性,可以作为有效的嵌入式电池管理系统状态估计算法.

关键词：无人潜航器(UUV) 锂离子电池 SOC-SOH联合估计扩展卡尔曼滤波(EKF) 支持向量回归(SVR)