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膜结构在暴雨积水时材料模型研究

上海交通大学学报 2023年第2期57卷 213-220页

作者：庞妍卿强王沙沙张翔宇龚景海上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

在遭遇暴雨时,坡度比较小的膜面容易积水,准确模拟出此时膜面的变形有助于保障结构安全,现有研究采用的膜材线性本构模型不适用于模拟膜结构在暴雨下的变形.通过在膜结构上进行均布荷载加载试验,模拟膜面遭遇暴雨作用下的力学行为,获得... 详细信息

在遭遇暴雨时,坡度比较小的膜面容易积水,准确模拟出此时膜面的变形有助于保障结构安全,现有研究采用的膜材线性本构模型不适用于模拟膜结构在暴雨下的变形.通过在膜结构上进行均布荷载加载试验,模拟膜面遭遇暴雨作用下的力学行为,获得结构积水时的变形形态.采用膜材线性与双折线本构模型,分别建立膜结构有限元模型并进行荷载分析,通过对比有限元模型和实际结构的变形,选取适合模拟膜结构在暴雨下变形的膜材本构模型.数值模拟结果显示:与采用线性本构模型模拟的结构变形相比,采用膜材双折线本构模型模拟出的结构变形更接近试验测得的变形.研究成果可为膜结构在暴雨积水作用下的膜材本构模型选用和分析计算提供参考.

关键词：膜结构积水膜材材料模型数值模拟变形预测

水下视觉SLAM的图像滤波除尘与特征增强算法

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机器人 2023年第2期45卷 197-206页

作者：胡瀚文王猛程卫平刘宗霖陈苗苗上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

将视觉SLAM(同步定位与地图创建)方法应用于水下环境时,扬起的沉积物会导致SLAM特征点提取与追踪困难,而且人工光源的光照不均匀还会引起特征点分布不均与数量较少。针对这些问题,设计了一种水下图像半均值滤波除尘与光照均衡化特征增... 详细信息

将视觉SLAM(同步定位与地图创建)方法应用于水下环境时,扬起的沉积物会导致SLAM特征点提取与追踪困难,而且人工光源的光照不均匀还会引起特征点分布不均与数量较少。针对这些问题,设计了一种水下图像半均值滤波除尘与光照均衡化特征增强算法;根据水中杂质的像素特征,按照“检测-滤波”的顺序采取从外至内的半均值滤波过程消除扬起的沉积物在图像内造成的干扰;同时,通过统计光照均匀、充足区域内的像素分布,得到同一地形下不同位置处的环境特征相似的规律,并将其用于求解水下光照模型,将图像还原为光照均衡的状态,以此来增强图像的特征,进而实现更多有效特征点的提取。最后,利用该滤波与增强算法对多种海底地形数据集进行处理,并在ORB-SLAM3算法下测试运行。结果表明,滤波与增强后的数据集能够将特征点提取数量和构建地图的点云数量平均提高200%。综上,图像滤波除尘与特征增强算法能够有效提高视觉SLAM算法的运行效果与稳定性。

关键词：水下视觉SLAM 图像特征增强图像特征提取

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一种基于路网抗震韧性的路段重要度评价方法

上海交通大学学报 2023年第10期57卷 1250-1260页

作者：陈轶钦黄淑萍上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

路段韧性重要度评价对于提升路网抗震韧性水平至关重要.以韧性的增加值(RAW)为评价指标,提出了一种基于路网抗震韧性的路段重要度评价方法.借助动态贝叶斯网络(DBN)双向推理能力,以初始DBN为基准,不同时刻路段连通状态为证据,更新路网... 详细信息

路段韧性重要度评价对于提升路网抗震韧性水平至关重要.以韧性的增加值(RAW)为评价指标,提出了一种基于路网抗震韧性的路段重要度评价方法.借助动态贝叶斯网络(DBN)双向推理能力,以初始DBN为基准,不同时刻路段连通状态为证据,更新路网韧性曲线,计算路网韧性的增加值,评价不同时刻路段韧性重要度,并以青岛市市南区局部路网为实例验证路段重要度评价方法.结果表明:同一时刻不同路段的韧性重要度不同;同一路段的韧性重要度与维修速率成正相关;不同路段的韧性重要度对时间的敏感程度不同.提出的重要度评价方法重新定义并量化了不同时刻路段抗震韧性重要度,识别了韧性重要度较高且对时间较敏感的路段,将有限的维修资源向该部分路段倾斜的震后恢复策略与加固韧性重要度较高路段的震前预防策略能够更有效地提高路网抗震韧性水平.

关键词：路网抗震韧性路段韧性重要度动态贝叶斯网络韧性增加值

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沉管隧道基础灌砂过程监测及填充状态评价

振动与冲击 2023年第24期42卷 204-211页

作者：徐子瑶车爱兰周晗旭袁刚烈韩兆龙上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海2000240

沉管隧道的沉降主要由荷载、基础充填层等控制,基础充填层的填充状态直接影响沉管隧道的长期服役性能。由于基础充填层施工属于隐蔽工程,目前的砂量控制、压力监测、位移测量及施工后潜水探摸等间接测试方法,无法满足基础层填充效果评... 详细信息

沉管隧道的沉降主要由荷载、基础充填层等控制,基础充填层的填充状态直接影响沉管隧道的长期服役性能。由于基础充填层施工属于隐蔽工程,目前的砂量控制、压力监测、位移测量及施工后潜水探摸等间接测试方法,无法满足基础层填充效果评估的要求;利用弹性波响应强度与填充层映射关系,结合支持向量机算法,提出了基础灌砂充填状态评价模型;采用弹性波测试技术实时监测广州车陂路沉管隧道基础灌砂过程,对采集的弹性波数据进行时域、频域和时频域的分析,确定影响填充状态的弹性波特征参数;填充过程中灌砂层实时变化,各项特征参数均呈现动态波动的特征;根据砂盘形成机制将基础填充状态定义为砂盘形成、砂盘扩展两个状态,将灌砂总时间前30%采集的弹性波数据样本定义为未灌满状态,将砂盘扩展状态中与管节抬升、压力等监测结果一致的弹性波数据样本定义为灌满状态,开展支持向量机模型训练,模型查准率为87.5%。利用该模型对新修建的管节的砂盘扩散半径进行实时监测,结果表明随着灌砂的进行,砂盘扩展速度在进程前期快速衰减,后期趋于平稳且受到边界条件干涉的砂盘扩展速度比不受干涉的砂盘高23%。该管节工后沉降控制在2.5 cm内,验证了模型的有效性。

关键词：基础灌砂弹性波监测状态评价

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旁靠双浮体系统耦合运动时域分析

中国造船 2023年第3期64卷 80-89页

作者：陈天文范菊上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

旁靠外输是海洋工程领域常见的作业形式,而浮体之间存在狭窄的间隙会产生复杂的水动力相互干扰。应用三维频域势流理论和阻尼盖模型,对旁靠双浮体系统进行频域计算,然后基于间接时域法开展该旁靠系统运动的时域模拟。研究结果表明,阻尼... 详细信息

旁靠外输是海洋工程领域常见的作业形式,而浮体之间存在狭窄的间隙会产生复杂的水动力相互干扰。应用三维频域势流理论和阻尼盖模型,对旁靠双浮体系统进行频域计算,然后基于间接时域法开展该旁靠系统运动的时域模拟。研究结果表明,阻尼盖模型能有效抑制水动力系数异常的共振幅值和改善时延函数的振荡特性。当波峰频率接近间隙水动力峰值频率时形成间隙共振,对时域运动计算结果影响较大。在横浪条件下,旁靠系统会产生较大的横向相对位移,加装防撞系统可在一定程度上控制该相对位移。

关键词：间隙共振阻尼盖法旁靠外输系统间接时域法水动力相互干扰

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风生浪各阶段特征演化数值模拟

力学学报 2023年第8期55卷 1662-1672页

作者：柴冰刘成上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

风波增长现象广泛存在于自然中.尽管通过实验研究已经提出了多种理论假设,但由于风场和波场的随机性和多尺度特性,未能通过实验获得可靠的原理解释其机理.随着计算流体力学的发展,对风波演化进行数值模拟以研究其生成机理更为便利.文章... 详细信息

风波增长现象广泛存在于自然中.尽管通过实验研究已经提出了多种理论假设,但由于风场和波场的随机性和多尺度特性,未能通过实验获得可靠的原理解释其机理.随着计算流体力学的发展,对风波演化进行数值模拟以研究其生成机理更为便利.文章基于自主开发的直角网格两相流求解器,结合高阶数值格式和VOF(volume of fluid)界面捕捉方法,对阶段和指数增长阶段组成.为分析能量特征,计算了能量集中的主要波数,并结合波高、波斜率与波数的变化与实验相对比.在一维波数空间中统计能量分布,与Kolmogorov-ZakharovE (k)~k^(-15/4)幂律进行对比.在二维波数和时域空间中,增长前期应用Phillips线性增长理论和共振加强后的增长模型对风波线性增长阶段进行验证;增长后期应用Miles理论对风波指数增长进行验证.揭示了风波增长不同阶段的机理特征,观察到在指数增长开始前,波浪的线性增长存在初始响应阶段、风压稳定阶段和风压受扰阶段,分别具有不同的机理特征.证明了波浪演化的初始线性阶段是由湍流波动产生的随机尾流叠加占主导,而后期的指数增长阶段是由增长率和摩擦速度正相关占主导.原始的Phillips理论仅在增长初始响应阶段准确,使用共振加强修正后则在初始响应后也符合实际增长,而Miles理论仅在单色波阶段时才准确.相较于对波陡有限制的动态曲线网格求解器,应用5阶WENO (weighted essentially non-oscillation)和动量-质量一致推进方法修正的VOF方法也可用于分析风波增长问题的求解,并能准确捕捉到更多风波增长的细节.

关键词：风生浪多阶段增长定量预测 VOF多相流动量-质量一致推进方法

一种基于反光带方案的ARV对接视觉定位算法

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机器人 2022年第5期44卷 574-588页

作者：殷国程吴超上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

针对自主遥控潜水器(ARV)近距离水下对接面临的定位方法效果不佳、定位信息误差较大等问题,设计了一种基于反光带方案的水下视觉定位算法。首先提出一种基于Q学习的混合鲸鱼优化算法(QHWOA)来提高算法的收敛精度和收敛速度,并以中继器... 详细信息

针对自主遥控潜水器(ARV)近距离水下对接面临的定位方法效果不佳、定位信息误差较大等问题,设计了一种基于反光带方案的水下视觉定位算法。首先提出一种基于Q学习的混合鲸鱼优化算法(QHWOA)来提高算法的收敛精度和收敛速度,并以中继器对接口外布置的反光带为目标,利用QHWOA算法优化Otsu目标函数分割对接图像;然后提出基于PCA(主成分分析)降维法的关键点提取算法来提取关键轮廓与关键点;最后采用SRPnP算法解算ARV与中继器的相对位姿。通过水下对接实验进行关键点像素提取误差和视觉定位误差的计算,结果表明定位误差满足水下对接的精度要求。该算法能够在ARV水下对接时输出有效定位信息,引导ARV与中继器对接。

关键词：自主遥控潜水器单目视觉定位水下对接图像处理鲸鱼优化算法

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网联车混行条件下交通流量融合方法

华南理工大学学报（自然科学版） 2022年第5期50卷 49-55页

作者：李潇汪涛张毅李朝阳上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

未来智能网联车与非网联车混行将带来更多的多源交通数据;为了提高数据的可靠性,结合传统交通数据获取方式提出了一种基于粒子群优化径向基神经网络的多源交通数据融合方法。首先选取不同来源的数据构建多源数据集并设置对照数据,利用El... 详细信息

未来智能网联车与非网联车混行将带来更多的多源交通数据;为了提高数据的可靠性,结合传统交通数据获取方式提出了一种基于粒子群优化径向基神经网络的多源交通数据融合方法。首先选取不同来源的数据构建多源数据集并设置对照数据,利用Elbow Method方法和K-Means算法对多源数据集进行聚类,再以聚类中心坐标为参考构建相应径向基神经网络,最后在神经网络训练过程中引入粒子群算法,以融合结果与对照数据的差值作为粒子群算法迭代的目标函数,帮助求解神经网络中的参数。使用MATLAB实现神经网络并选取一组多源交通流量进行测试,同时再把这组交通流量数据用卡尔曼滤波算法融合,将两种方法的融合结果进行对比。结果表明:相比于传统卡尔曼滤波,使用粒子群优化的径向基神经网络对混行条件下的多源交通流量进行融合时数据误差均降低60%以上。

关键词：智能网联车混行多源数据融合粒子群优化径向基神经网络卡尔曼滤波

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考虑焊缝影响的膜结构优化裁剪研究

建筑结构学报 2022年第9期43卷 286-293页

作者：杨燕卿强龚景海庞妍上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

膜结构的真实应力状态对于荷载分析至关重要,然而荷载分析通常在与设计应力相对应的找形形态上进行,这样可能导致无法发现潜在的结构隐患。提出了一种考虑焊缝影响的膜结构优化裁剪及组装分析的方法。该方法通过将二维单元的节点坐标作... 详细信息

膜结构的真实应力状态对于荷载分析至关重要,然而荷载分析通常在与设计应力相对应的找形形态上进行,这样可能导致无法发现潜在的结构隐患。提出了一种考虑焊缝影响的膜结构优化裁剪及组装分析的方法。该方法通过将二维单元的节点坐标作为关键点,基于初始裁剪膜片迭代进行几何非线性有限元分析得到优化裁剪膜片,并通过膜片组装和平衡分析得到真实应力状态使最终形状最接近设计形状。在裁剪和组装平衡分析中将焊缝模拟为索单元来考虑焊缝长度方向的影响,通过修正膜单元的纬向模量来考虑焊缝宽度方向的影响。通过三个经典算例(中国帽模型、充气球模型、鞍型模型),分别进行了裁剪过程中是否考虑焊缝影响的对比分析,考虑焊缝得到的组装形态与设计形状的偏差分别降低了31.7%、96.4%、46.2%,证明了该方法可以保证实际组装形态的形状更接近设计形状。

关键词：膜结构焊缝裁剪分析组装分析真实应力分布