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磁热耦合下的比例电磁铁热稳健性再设计

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 89-98页

作者：刘宸宇王安麟李晓田刘家铭李晓祥同济大学机械与能源工程学院上海201804

针对工程机械比例阀用电磁铁的耐久性问题,为提高在随机载荷条件下抵抗热失效的能力,综合多物理场耦合理论与稳健性优化理论,提出了比例电磁铁的参数化再设计模型。以一种具有盆式吸合结构的比例电磁铁为研究对象,通过稳态电磁测试和温... 详细信息

针对工程机械比例阀用电磁铁的耐久性问题,为提高在随机载荷条件下抵抗热失效的能力,综合多物理场耦合理论与稳健性优化理论,提出了比例电磁铁的参数化再设计模型。以一种具有盆式吸合结构的比例电磁铁为研究对象,通过稳态电磁测试和温度分布测试,验证了所提出的参数化模型的有效性,并在保证电磁算力精度的前提下,标定了系统中量值模糊的导磁、传热等参数;以电磁铁和线圈主要结构参数为控制因子,以生产工艺条件不确定性导致的线圈漆包铜导线线径随机误差为噪声因子,基于田口方法设计正交试验,定义了多因素加权的比例电磁铁热稳健性再设计评价函数;以挖掘机现场试验获得的比例电磁铁热负载作为响应计算热源,在不导致线圈绝缘破损失效的许用温升约束下,进行关键结构参数在噪声扰动下系统响应变异最小的再设计。研究结果表明:线圈长度和匝数是影响电磁铁热稳健性的主要因素,由绕线工艺决定的线圈窗口形态决定了系统的导磁、传热能力。文中提出的比例电磁铁热稳健性再设计方法对于磁热耦合下的机电产品定制化设计具有工程化参考价值。

关键词：比例电磁铁线圈多物理场耦合热稳健性再设计田口方法

LQ550冷轧高强薄钢板高周疲劳性能试验研究

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建筑结构学报 2024年第4期45卷 189-197页

作者：王雅倩李元齐同济大学土木工程学院上海200092

冷弯型钢具有冷加工便捷、截面高效灵活、连接方便等优势,在冷弯型钢结构体系中得到广泛应用,同时疲劳破坏作为重要破坏形式之一,其研究对冷弯型钢的进一步推广具有重要意义。而新修订GB 50018—202X《冷弯型钢结构技术标准》(报批稿)中... 详细信息

冷弯型钢具有冷加工便捷、截面高效灵活、连接方便等优势,在冷弯型钢结构体系中得到广泛应用,同时疲劳破坏作为重要破坏形式之一,其研究对冷弯型钢的进一步推广具有重要意义。而新修订GB 50018—202X《冷弯型钢结构技术标准》(报批稿)中,尚无关于冷弯型钢抗疲劳设计的相关条文。为此,对0.8 mm和1.2 mm两种厚度、不同取材方向的LQ550冷轧高强薄钢板进行了拉伸高周疲劳试验,采用最小二乘法拟合得到反映疲劳性能的S-N曲线,并与现行相关规范和Q690高强钢已有疲劳试验曲线进行对比。试验结果表明:沿轧制方向取材的钢板疲劳性能优于垂直于轧制方向取材的钢板疲劳性能;厚度越大,沿轧制方向取材的钢板疲劳性能越差,垂直于轧制方向取材的钢板疲劳性能越好;两种厚度的钢板合并拟合且在95%保证率下,沿轧制方向的母材疲劳极限应力分别比AISC 360-2016、AISI S100-2016、GB 50017—2017的理论计算值提高192%、172%、165%,垂直于轧制方向的母材疲劳极限应力分别提高103%、88%、84%,即受轧制影响,钢板的疲劳性能远高于普通钢的;垂直于轧制方向取材的钢板疲劳性能和高强钢的相近。

关键词： LQ550冷轧高强薄钢板高周疲劳性能 S-N曲线轧制方向钢板厚度

固体氧化物燃料电池（SOFC）阳极模型预测性能不确定性分析

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洁净煤技术 2024年

作者：刘姣杨建飞蔡黎明同济大学汽车学院

固体氧化物燃料电池（SOFC）运行过程中存在对流、扩散、表面反应、电荷转移反应等复杂物理化学现象，耦合反应动力学模型的电极仿真模型可以实现对SOFC性能的预测。相较于Bulter-Volmer方程，使用多步基元反应模型可以更准确地描述实... 详细信息

固体氧化物燃料电池（SOFC）运行过程中存在对流、扩散、表面反应、电荷转移反应等复杂物理化学现象，耦合反应动力学模型的电极仿真模型可以实现对SOFC性能的预测。相较于Bulter-Volmer方程，使用多步基元反应模型可以更准确地描述实际电极反应动力学。但目前多步基元反应模型的参数取值误差较大，对模型预测准确性影响显著，为降低模型预测不确定性，本工作针对以加湿氢气(H2/ H2O)为燃料的SOFC系统建立了阳极模型，计算了阳极极化曲线。对模型动力学与热力学参数开展了敏感性分析，筛选出11个敏感参数，并对阳极模型分别进行正向与反向不确定性分析，基于不确定性分析结果优化了模型预测性能。结果表明，开发的阳极优化模型对1023.15K与1123.15K两个温度下的极化曲线预测误差分别由原来的33.12%、34.51%降低到8.61%、15.47%，预测准确性得到提高。

关键词：燃料电池电化学动力学模型参数估值优化贝叶斯理论

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铝合金板式节点受弯滞回性能试验研究

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第3期51卷 20-30页

作者：郭小农王幸业陈劭臻张锦东同济大学土木工程学院上海200092

为研究铝合金板式节点的受弯滞回性能,并与静力性能进行比较,完成了4个足尺试件的滞回加载及单调加载试验,并采用通用有限元软件ABAQUS对试验加载全过程进行数值模拟,得到了铝合金板式节点的破坏模式、弯矩-转角关系及耗能能力.采用分... 详细信息

为研究铝合金板式节点的受弯滞回性能,并与静力性能进行比较,完成了4个足尺试件的滞回加载及单调加载试验,并采用通用有限元软件ABAQUS对试验加载全过程进行数值模拟,得到了铝合金板式节点的破坏模式、弯矩-转角关系及耗能能力.采用分配梁对两杆进行对称加载,节点域为纯弯段.研究结果表明铝合金板式节点为典型半刚性节点,根据受力过程可分为弹性阶段、螺栓滑移阶段、孔壁承压阶段和破坏阶段,并得到节点弯矩-转角关系曲线.节点破坏模式为杆件净截面拉断,裂缝由杆件端头最外排螺孔处开始扩展.节点在破坏前无明显预兆,为典型脆性破坏,荷载-位移曲线没有下降段.节点滞回加载的骨架曲线与单调加载曲线接近,但滞回加载过程节点的累积损伤,导致节点延性低于单调加载.增加螺栓数量可改善节点耗能性能,使滞回曲线更加饱满.

关键词：铝合金板式节点滞回曲线网壳

CFRP板纵向加固RC柱在水平低周循环荷载下的力学性能研究与应用

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第7期51卷 148-163页

作者：强旭红陈岩松姜旭谭成同济大学土木工程学院上海200092

开发了一种纵向粘贴CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer,碳纤维增强复合材料)板的RC(Reinforced Concrete,钢筋混凝土)柱抗弯加固系统,该加固系统由纵向粘贴在柱表面的预制CFRP板和防止柱底CFRP板脱粘的混凝土加厚层组成.为研究纵向... 详细信息

开发了一种纵向粘贴CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer,碳纤维增强复合材料)板的RC(Reinforced Concrete,钢筋混凝土)柱抗弯加固系统,该加固系统由纵向粘贴在柱表面的预制CFRP板和防止柱底CFRP板脱粘的混凝土加厚层组成.为研究纵向粘贴CFRP板对RC柱的抗弯性能影响,设计并开展了5根足尺矩形RC柱的水平低周循环加载试验.研究结果表明:粘贴CFRP板加固能有效延缓柱的开裂;柱的破坏模式得到明显改善;相较于未加固柱子,粘贴1层CFRP板和2层CFRP板加固的RC柱极限承载力分别提高了15.1%和17.4%;加固后柱的抗弯承载力和刚度得到提高,但增加CFRP板的层数对极限强度和刚度没有显著影响,反而会降低柱的延性,相较于仅采用增大柱底截面的方式加固的对照柱,粘贴1层CFRP板和2层CFRP板加固的试验柱的延性系数分别降低16.2%和35.1%;试验过程中,由于柱与基础节点承载力的限制,CFRP的最大应变仅达到极限应变的24%,抗拉强度未得到充分发挥.该加固方法已在某医院加固工程中得到应用,跟踪研究表明,加固后柱子的抗弯承载力有明显提升,加固方法得到工程业界的认可.

关键词：钢筋混凝土柱抗弯加固水平低周循环加载碳纤维增强复合材料板纵向粘贴

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山区大跨度混合梁独塔斜拉桥的合理横向减震体系

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应用基础与工程科学学报 2024年第1期32卷 258-272页

作者：张世春管仲国同济大学土木工程学院上海200092

针对适合山区河谷地形的典型大跨度混合梁独塔斜拉桥的合理横向减震体系,以金沙江特大桥为工程背景,分析了结构的显著非对称特征、动力特性及地震响应规律.提出了基于影响矩阵的减震体系阻尼器合理参数的计算方法,并以三角形钢阻尼器为... 详细信息

针对适合山区河谷地形的典型大跨度混合梁独塔斜拉桥的合理横向减震体系,以金沙江特大桥为工程背景,分析了结构的显著非对称特征、动力特性及地震响应规律.提出了基于影响矩阵的减震体系阻尼器合理参数的计算方法,并以三角形钢阻尼器为例,探讨了其收敛性及影响因素.结果显示:大跨度混合梁独塔斜拉桥横向减震体系下各位置处的阻尼器合理屈服力与相应横向固定体系的支座剪力之间存在着明显的相关性,采用合适的阻尼器初始屈服力和影响矩阵可以有效地提高迭代计算的速度和稳定性.基于辅助墩与边墩的刚度比,探究了不同河谷地形下斜拉桥各墩/塔位置处的阻尼器合理屈服力.当边跨所处河谷边坡较陡峭时,宜在各墩/塔位置处均设置阻尼器,可以较好地控制辅助墩的墩-梁相对位移,并对各墩/塔进行有效减震,而当边跨所处河谷边坡较平缓时,可仅在主塔和过渡墩位置处设置阻尼器,能达到与各墩/塔位置处均设置阻尼器时相似的减震效果.

关键词：独塔斜拉桥显著非对称性横向减震体系影响矩阵法阻尼器合理参数地形影响

基于钢框架梁柱焊接节点超低周疲劳性能的焊接孔构造优化研究

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建筑结构学报 2024年第4期45卷 206-215页

作者：吴雨杭李元齐同济大学土木工程学院上海200092

强往复荷载作用可能导致钢框架梁柱节点的焊接孔处发生超低周疲劳(ULCF)断裂,将数值模拟的应力应变状态代入循环孔洞扩张模型(CVGM)是预测ULCF断裂的普遍方法。将上述方法扩展至改进循环孔洞扩张模型(ICVGM),可用于各类焊接孔形节点的... 详细信息

强往复荷载作用可能导致钢框架梁柱节点的焊接孔处发生超低周疲劳(ULCF)断裂,将数值模拟的应力应变状态代入循环孔洞扩张模型(CVGM)是预测ULCF断裂的普遍方法。将上述方法扩展至改进循环孔洞扩张模型(ICVGM),可用于各类焊接孔形节点的断裂预测,给出优化的焊接孔形。为此,基于既有试验数据提出ICVGM参数标定方法,确定Q355钢的相关参数;将ICVGM预测结果与钢框架节点局部试件断裂试验结果进行对比,揭示二者的一致性,验证ICVGM较CVGM的准确性;同时,采用ICVGM获得不同焊接孔形节点的断裂倾向,提出优化建议及合理孔形。有限元参数分析表明:增加焊接孔长度可以降低节点的断裂倾向;采用半圆形及FEMA-350推荐孔形节点的断裂倾向最低;优化孔形使得断裂位置由热影响区转移至母材,从而提高节点延性。

关键词：梁柱焊接节点往复作用超低周疲劳断裂改进循环孔洞扩张模型参数标定优化焊接孔形

爆炸荷载作用下砌体填充墙对RC框架结构损伤破坏的影响

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振动与冲击 2024年第3期43卷 93-104,157页

作者：陈公轻吴昊吕晋贤陈德同济大学土木工程学院上海200092

砌体填充墙作为非结构构件在建筑结构抗爆分析中常被忽略,而实际爆炸事故中填充墙多发生严重破坏,从而影响爆炸波的传播及其与结构的相互作用以及结构的损伤破坏等级。基于精细化数值仿真方法评估外部爆炸作用下砌体填充墙对钢筋混凝土(... 详细信息

砌体填充墙作为非结构构件在建筑结构抗爆分析中常被忽略,而实际爆炸事故中填充墙多发生严重破坏,从而影响爆炸波的传播及其与结构的相互作用以及结构的损伤破坏等级。基于精细化数值仿真方法评估外部爆炸作用下砌体填充墙对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构损伤破坏的影响。首先,采用LS-DYNA有限元分析软件分别对典型砌体填充墙和含填充墙RC框架的近区爆炸试验进行复现,验证所采用的填充墙简化微观建模方法、材料本构模型和参数,以及任意拉格朗日欧拉爆炸荷载施加方法和爆炸波-结构流固耦合算法的适用性。进一步结合结构混合单元建模方法,开展了美国联邦应急管理署规定的普通轿车炸弹(454 kg TNT当量)在底层边柱位置爆炸下,6度、7度和8度抗震设防烈度的典型6层纯框架和含填充墙框架结构动力行为的数值仿真分析,考察了爆炸波传播路径,以及结构的动态响应、损伤破坏和抗倒塌机制。结果表明:该工况中填充墙能够有效阻挡爆炸波的传播,作用于目标柱相邻内柱上的超压峰值降低95%,减轻了内部构件的损伤程度;但同时加剧了结构迎爆面的损伤破坏,如3种抗震设防烈度的含填充墙框架目标柱柱中侧向位移较纯框架分别增加21.4%、31.1%和14.8%;不同抗震设防烈度的纯框架和含填充墙框架的顶层目标柱竖向位移基本相同,即抗震设防烈度及砌体填充墙对框架结构整体倒塌行为的影响可以忽略。

关键词：爆炸荷载砌体填充墙 RC框架数值模拟抗震设计

上海软黏土的非水相有机液体固结渗透仪渗透试验

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第10期52卷 1543-1550页

作者：高彦斌居奕含同济大学土木工程学院上海200092

在饱和黏性土的非水相有机液体(NAPL)渗透试验中,NAPL-土的相互作用易导致土样收缩而产生侧壁渗漏,影响试验结果的可靠性。采用固结渗透仪开展了上海淤泥质黏土的煤油渗透试验,研究竖向固结压力pv的大小和土样结构性对侧壁渗漏以及试验... 详细信息

在饱和黏性土的非水相有机液体(NAPL)渗透试验中,NAPL-土的相互作用易导致土样收缩而产生侧壁渗漏,影响试验结果的可靠性。采用固结渗透仪开展了上海淤泥质黏土的煤油渗透试验,研究竖向固结压力pv的大小和土样结构性对侧壁渗漏以及试验结果的影响。研究结果表明,絮凝结构的原状土样在pv为50 kPa、200 kPa下均存在侧壁渗漏,测得的渗透系数偏大,在pv=400 kPa下可得到可靠的试验结果。对于分散结构的重塑土,在pv=400 kPa下仍然存在侧壁渗漏。根据原状土样的孔径分布以及在pv=400 kPa下的渗透试验结果,讨论了上海淤泥质黏土中NAPL渗透的基本特性,对了解沿海软黏土中NAPL类污染物的迁移特征有指导价值。

关键词：非水相有机液体渗透试验饱和黏性土侧壁渗漏固结渗透仪