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基于数据驱动的车身结构智能设计与分析

汽车工程 2024年第7期46卷 1273-1281,1272页

作者：曹榕华钧伟李永成郭方俐侯文彬大连理工大学汽车工程学院大连116024 大连理工大学宁波研究院宁波315016

概念设计作为汽车设计流程的重要阶段,需要快速地进行方案设计和方案评估。目前一般采用参数化设计和CAE相结合的方法,实现基于分析的车身结构概念设计。随着机器学习和深度学习算法的发展和成熟,智能设计方法将成为车身结构设计主要创... 详细信息

概念设计作为汽车设计流程的重要阶段,需要快速地进行方案设计和方案评估。目前一般采用参数化设计和CAE相结合的方法,实现基于分析的车身结构概念设计。随着机器学习和深度学习算法的发展和成熟,智能设计方法将成为车身结构设计主要创新技术。本文使用数据驱动和优化设计相结合的方法,自主研发了车身结构智能设计软件工具(S-iVCD)。首先,基于残差网络和热力图回归算法提取车身结构特征点,实现车身结构概念模型的自动化建模。其次,基于高斯过程采样收集车身结构数据集,采用全连接神经网络模型构建了车身结构网络模型,通过将车身各部件参数输入训练好的网络模型,实时得到车身整体性能的结果。最后,将数据驱动计算与移动渐近线算法结合,快速实现考虑质量、弯曲刚度和扭转刚度的车身结构多目标优化设计。通过与有限元实例对比,计算结果的误差在允许范围内,优化计算时间大为缩短,轻量化率达到了7.4%。由此表明基于数据驱动的车身结构优化设计方法对于汽车概念设计阶段提高效率是有效的。

关键词：车身结构设计轻量化数据驱动分析全连接神经网络

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直立宽大结构局部冰压力幅值研究

船舶力学 2024年第4期28卷 561-570页

作者：彭鑫王国军付仰华黄亚婷董睿张大勇大连理工大学海洋科学与技术学院辽宁盘锦124221 大连理工大学工程力学系辽宁大连116023 大连理工大学宁波研究院浙江宁波315000

为了明确极区直立宽大结构局部冰压力幅值及压力面积曲线的影响因素,本文首先对ISO 19906规范中的局部冰压力计算方法进行了分析,发现其局限性较大。其次,基于离散元方法模拟不同海冰条件与多种尺度结构的相互作用,发现局部冰压力幅值... 详细信息

为了明确极区直立宽大结构局部冰压力幅值及压力面积曲线的影响因素,本文首先对ISO 19906规范中的局部冰压力计算方法进行了分析,发现其局限性较大。其次,基于离散元方法模拟不同海冰条件与多种尺度结构的相互作用,发现局部冰压力幅值随冰厚的增大而明显增大,随结构宽度的增大而减小;局部冰压力幅值及其标准差随宽厚比的增加而减小,表现出明显的尺寸效应。最后,采用方形区域平均法研究了冰厚和宽度两种尺寸因素对压力-面积曲线参数的影响,选取某种相似工况与ISO规范进行对比。验证了离散元模拟方法处理局部冰压力-面积曲线的合理性,可为平台的抗冰性能分析和结构设计提供一定依据和参考。

关键词：直立宽大结构局部冰压力离散元方法尺寸效应方形区域平均法

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侧式进/出水口偏流出流下的大涡模拟

水科学进展 2024年第1期35卷 132-144页

作者：郭港归刘亚坤魏杰曹泽张帝大连理工大学建设工程学院辽宁大连116024 中国电建集团中南勘测设计研究院湖南长沙410014

实际工程中受地形地质条件影响,引水洞在水平上存在转角,导致出流工况来流不均,进/出水口内部紊流特性的复杂程度显著提升。利用大涡模拟对某带水平弯段抽水蓄能电站侧式进/出水口进行数值计算,其流速、概率密度分布与模型试验吻合较好... 详细信息

实际工程中受地形地质条件影响,引水洞在水平上存在转角,导致出流工况来流不均,进/出水口内部紊流特性的复杂程度显著提升。利用大涡模拟对某带水平弯段抽水蓄能电站侧式进/出水口进行数值计算,其流速、概率密度分布与模型试验吻合较好。结果表明:偏流出流下进/出水口各流道分流比分别为0.64、0.81、1.26和1.29,水平方向流速分布极为不均;垂直方向主流靠近中下部,垂向雷诺切应力在扩散段内呈一正一负峰值分布,该现象主要由中上部的流动分离和底部的壁面剪切造成;两中间流道的回流区高度大于两边流道,导致中间流道的拦污栅更易受到反向流速影响;流动分离使拦污栅附近存在三轴漩滚,靠近过水断面中上部和底部产生2处能量集中的低频脉动,且各流道在偏流条件下的紊动强度相比均匀来流的紊动强度分别提高11%、25%、29%、3%,不利的水流流态和较高的紊动强度可能对拦污栅造成威胁。

关键词：侧式进/出水口偏流出流雷诺切应力流动分离低频脉动

运载工具喷水推进跌落射流气-液两相流动特性和空气夹带机理研究

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中国造船 2024年第2期65卷 179-188页

作者：刘辉崔晓慧林翔宁德志周波大连理工大学船舶工程学院大连116024 大连理工大学建设工程学院大连116024 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连116024

采用数值模拟与试验相结合的方法,考虑喷口几何形状、射流速度和跌落高度等因素,研究跌落射流气-液两相流动特性和空气夹带机理,分析跌落射流初始砰击过程和空腔的非稳态演化,讨论流场压力和速度的分布规律。研究结果表明:自由液面、跌... 详细信息

采用数值模拟与试验相结合的方法,考虑喷口几何形状、射流速度和跌落高度等因素,研究跌落射流气-液两相流动特性和空气夹带机理,分析跌落射流初始砰击过程和空腔的非稳态演化,讨论流场压力和速度的分布规律。研究结果表明:自由液面、跌落液柱、空腔、气泡和液滴等相间界面时空变化复杂;根据自由液面下方的气泡数目、分布和形成间隔,可确定无夹带、开始夹带、间歇夹带和连续夹带4种空气夹带模式;各影响因素的耦合会改变气泡羽流的穿透特征。根据射流跌落高度和射流速度建立了空气夹带图谱。研究成果可为提高运载工具的喷水推进效率和进行结构优化设计提供技术支撑。

关键词：喷水推进跌落射流气-液相间界面多相流动特性空气夹带机理

碎冰环境下通气航行体出水流场演化及载荷特性研究

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中国造船 2024年第2期65卷 155-166页

作者：张松林威孙铁志段金雄大连理工大学船舶工程学院大连116081

为探究碎冰对水下航行体出水过程的影响,基于计算流体动力学方法,结合重叠网格技术和接触耦合算法,建立了水下航行体与冰-水混合物相互作用的数值模型。考虑航行体与海冰的碰撞作用,对航行体穿越冰-水混合物的出水过程开展数值模拟,并... 详细信息

为探究碎冰对水下航行体出水过程的影响,基于计算流体动力学方法,结合重叠网格技术和接触耦合算法,建立了水下航行体与冰-水混合物相互作用的数值模型。考虑航行体与海冰的碰撞作用,对航行体穿越冰-水混合物的出水过程开展数值模拟,并与已有的试验数据进行对比,验证了该方法的合理性。基于建立的数值计算方法,开展了有碎冰和无碎冰工况下航行体出水过程中的运动特性和流场演化研究。研究表明,碎冰的存在使流场演化更加剧烈,改变了通气空泡的演化过程和溃灭形式,航行体的运动特性和表面载荷演化与碎冰的关联较为密切。

关键词：航行体出水碎冰环境流场演化载荷特性

深厚覆盖层上土石坝防渗墙损伤开裂精细化分析及防渗功能评价

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水利学报 2024年第2期55卷 147-157页

作者：邹德高屈永倩孔宪京刘京茂冉从勇张丹大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学水利工程学院辽宁大连116024 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司四川成都610072

混凝土防渗墙是覆盖层上土石坝坝基的关键防渗结构,由于防渗墙与覆盖层的刚度和尺度差异巨大,通常的数值分析方法难以保证精度,且现有基于强度的安全评价方法,无法适应防渗墙作为防渗结构而非承载结构的功能评价要求。本文提出了比例边... 详细信息

混凝土防渗墙是覆盖层上土石坝坝基的关键防渗结构,由于防渗墙与覆盖层的刚度和尺度差异巨大,通常的数值分析方法难以保证精度,且现有基于强度的安全评价方法,无法适应防渗墙作为防渗结构而非承载结构的功能评价要求。本文提出了比例边界元-有限元耦合跨尺度离散、塑性损伤模型和内聚力模型分离描述压损伤和受拉开裂、破损后防渗功能目标评价的精细化分析方法,实现了深厚覆盖层上土石坝防渗墙的性态演化评价。研究结果表明:超深覆盖层上悬挂式防渗墙在两岸底部因近似垂直于岸坡的高压应力发生压损伤,类“外伸梁”的面内弯曲变形使靠近防渗墙两岸的顶部和底部区域产生坝轴向高拉应力导致槽段间出现竖向裂缝;在防渗墙两岸的上游侧局部设置辅助防渗措施,可有效降低防渗墙破损后的渗流量。本文方法揭示了混凝土防渗墙的损伤开裂模式,定位了防渗墙薄弱区域,评价了防渗墙损伤开裂对防渗功能的影响,量化防渗措施效果,实现了防渗墙从传统承载能力评价到功能性态评价的跨越,可为深厚覆盖层上土石坝防渗墙的安全评价和设计优化提供理论和技术支持。

关键词：深厚覆盖层防渗墙损伤开裂分析防渗功能性态评价

流化床DBD等离子体耦合CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)催化修复阿特拉津污染土壤

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环境科学学报 2024年第1期44卷 400-413页

作者：瞿莹郭凤艳崔宇韬谭玉玲朱金伟李杰姜楠中国环境科学研究院北京100012 大连理工大学环境学院大连116024 大连理工大学电气工程学院大连116024

我国由于工农业快速发展、农药化肥大量使用等原因形成大量重度有机污染场地,环境风险极高,迫切需要发展高效、快速的有机污染土壤修复技术.本研究提出流化床介质阻挡放电(DBD)等离子体耦合CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)催化修复阿特拉津(ATZ... 详细信息

我国由于工农业快速发展、农药化肥大量使用等原因形成大量重度有机污染场地,环境风险极高,迫切需要发展高效、快速的有机污染土壤修复技术.本研究提出流化床介质阻挡放电(DBD)等离子体耦合CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)催化修复阿特拉津(ATZ)污染土壤的方法.同时,表征分析了催化剂的物化性能,考察了气体流速和活性组分负载量对ATZ降解效果的影响,最后揭示了流化床DBD等离子体耦合催化作用机理.结果表明,15%CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)催化剂具有最高含量的Ce^(3+)和表面吸附氧(Oads),能够提供丰富的氧空位.等离子体耦合催化系统在充分流化状态下显示出优越的降解性能,尤其在气体流速为1.0 m·s^(-1)和活性组分负载量为15%的实验条件下,流化床DBD等离子体耦合催化系统中ATZ降解效率(85.4%)和能量效率(0.149 mg·kJ^(-1))经过12 min放电处理后均达到最优值,比流化床DBD等离子体系统分别提升了21.4%和22.1%.放电产生的高能电子及其轰击背景气体产生的化学活性物质与ATZ分子发生碰撞反应.耦合催化之后Ce^(4+)和Ce^(3+)之间的氧化还原循环促进氧空位的形成,吸附并分解O_(3)和O_(2)为其它活性氧物质.以上活性物质共同攻击ATZ分子及中间产物的侧链C—N键和C—Cl键等,使其最终矿化为CO_(2)和H_(2)O.基于产物鉴定结果及催化作用机理,提出了6条ATZ降解路径,其中,脱烷基化和脱氯-羟基化为主要路径.最后,毒性评价结果表明流化床DBD等离子体耦合催化系统能够降低ATZ中间产物毒性,实现逐步脱毒.

关键词：流化床等离子体介质阻挡放电等离子体催化土壤修复毒性评价

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极地环境下圆管液滴撞击特性分析

船舶力学 2024年第8期28卷 1209-1220页

作者：于东玮吴刚刘志兵纪杨刘晨阳韩雪阳张大勇大连理工大学海洋科学与技术学院辽宁盘锦124221 大连理工大学运载工程与力学学部辽宁大连116023 中国船舶及海洋工程设计研究院上海200021 三沙市南海科学试验中心海南三沙573199

覆冰是威胁极地环境下海洋工程装备上部设施安全运行的潜在危险,而液滴收集系数反映了结冰对象捕获过冷却液滴的有效程度,因而是覆冰生长预测的关键参数。本文采用欧拉法对颗粒两相圆柱绕流进行数值仿真,通过研究液滴的斯托克斯数(St)... 详细信息

覆冰是威胁极地环境下海洋工程装备上部设施安全运行的潜在危险,而液滴收集系数反映了结冰对象捕获过冷却液滴的有效程度,因而是覆冰生长预测的关键参数。本文采用欧拉法对颗粒两相圆柱绕流进行数值仿真,通过研究液滴的斯托克斯数(St)和液滴雷诺数(Rew)两个关键因素,对液滴运动轨迹的影响规律进行分析。研究发现,斯托克斯数对液滴运动轨迹影响明显,在St较大(St>1)时,收集系数完全取决于St,而Rew的影响较弱,随着Rew的增加,整体收集系数和局部收集系数缓慢减小;在St较小(0.26

关键词：极地欧拉法收集系数数值模拟圆柱绕流

基于深度学习的全三维气固两相流时空耦合智能预测

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工程热物理学报 2024年第2期45卷 446-452页

作者：谢心喻王晓放郝祎琛赵普谢蓉刘海涛大连理工大学能源与动力学院大连116024

气固流化床在化工、冶金及制药等领域得到了广泛的研究与应用。对流化床内气固两相流的动力学行为进行深入研究有利于流化床设备的设计和性能优化。本文利用深度学习技术构建了数据驱动的全三维深度时空序列模型,对流化床内气固两相流... 详细信息

气固流化床在化工、冶金及制药等领域得到了广泛的研究与应用。对流化床内气固两相流的动力学行为进行深入研究有利于流化床设备的设计和性能优化。本文利用深度学习技术构建了数据驱动的全三维深度时空序列模型,对流化床内气固两相流三维空间和时间维度的复杂动力学行为进行学习,并实现了对未知来流速度条件下流化床内气相和颗粒相速度场的合理预测。测试结果表明,该全三维智能模型的预测结果与CFD计算结果高度一致,具有较好的泛化能力;此外,该模型比传统的数值仿真速度快数百倍,可以用于流场的快速预测,以缓解数值仿真耗时问题。

关键词：深度学习气固两相流三维时空预测流化床