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纵向肋强化波纹螺旋通道流动与传热性能

农业工程学报 2024年第14期40卷 180-189页

作者：武祥罗桢啸宋克伟张强兰州交通大学机电工程学院铁道车辆热工教育部重点实验室兰州730070

螺旋通道换热器广泛应用于农业工程领域,为了进一步提升螺旋通道的传热性能,该研究提出了一种带纵向肋的矩形截面波纹螺旋通道,数值研究了波纹数和纵向肋几何参数对通道内流体流动与传热性能的影响。结果表明:增加波纹螺旋通道的波纹数... 详细信息

螺旋通道换热器广泛应用于农业工程领域,为了进一步提升螺旋通道的传热性能,该研究提出了一种带纵向肋的矩形截面波纹螺旋通道,数值研究了波纹数和纵向肋几何参数对通道内流体流动与传热性能的影响。结果表明:增加波纹螺旋通道的波纹数,使得通道在层流状态下产生了多涡结构,增加了通道的综合换热性能。在雷诺数Re=750,波纹数n=18时,相比于光滑螺旋通道,波纹螺旋通道内综合换热评价指标最高增加了27.66%。在此基础上,在通道内增加纵向肋,通过数值模拟观察到纵向肋诱导产生了纵向涡。在纵向肋高度不变的情况下,随着纵向肋宽度的增加,通道的综合换热评价指标存在最大值。当Re=250,肋宽为1/3通道宽度,肋高为1/16通道高度时,相比于波纹螺旋通道,纵向肋波纹螺旋通道的综合换热评价指标最高为1.157。在纵向肋宽度一定的情况下,增加纵向肋高度使通道的综合换热评价指标呈现先增大后减小的趋势。研究结果可为纵向肋波纹螺旋通道的设计及优化提供参考。

关键词：传热层流数值模拟计算流体力学螺旋通道波纹纵向肋

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岩层隧道荷载结构响应影响因素分析

中国公路学报 2024年第1期37卷 142-153页

作者：陶伟明周子扬刘议文郭付康卢春房吴林西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610000 中国中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031 中国铁道科学研究院股份有限公司北京100081

为探究岩层隧道各因素对管片荷载结构响应的影响规律,采用理论模型推导了岩层隧道外荷载与结构内力响应及位移响应的解析解。基于岩层隧道管片荷载结构特征,探究了上覆围岩荷载、水头高度、岩层侧压力系数、等效抗弯刚度系数、隧道直径... 详细信息

为探究岩层隧道各因素对管片荷载结构响应的影响规律,采用理论模型推导了岩层隧道外荷载与结构内力响应及位移响应的解析解。基于岩层隧道管片荷载结构特征,探究了上覆围岩荷载、水头高度、岩层侧压力系数、等效抗弯刚度系数、隧道直径、管片厚度以及混凝土等级等7个主要影响因素对管片荷载结构响应的影响规律;并结合成都市锦绣隧道现场监测试验进行了验证。研究发现:上覆围岩荷载增大与岩层侧压力系数的减小将显著增大管片内力与位移响应;水头增大对管片弯矩与径向位移的影响较小,将大幅增大管片轴力水平;等效抗弯刚度系数的增大不影响管片内力响应,但会使结构径向位移小幅减弱;隧道直径增大将导致管片弯矩、轴力与径向位移小幅增大;管片厚度对结构内力响应影响较小,厚度减小将使管片径向位移小幅增大;混凝土等级变化对隧道荷载结构响应影响细微。对比现场监测结果与模型计算结果,所得荷载结构响应规律相似,表明所提出的分析方法具有较高的准确性。

关键词：隧道工程岩层环境现场监测荷载结构响应因素分析

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欧标体系下隧道施工管控

公路 2024年第2期69卷 145-150页

作者：许佳伟王新伟中交二航局第四工程有限公司芜湖市241000 中交二公局第六工程有限公司西安市710075

黑山南北高速公路Smokovac-Matesevo全长43.5 km,合同额8.096亿欧元,是黑山南北高速公路技术和施工难度最大的一段,桥隧比达到60%,建设工期4年。如此高的桥隧占比,如何确保在工期内隧道主体全部完成是一个很重要的问题。结合黑山南北高... 详细信息

黑山南北高速公路Smokovac-Matesevo全长43.5 km,合同额8.096亿欧元,是黑山南北高速公路技术和施工难度最大的一段,桥隧比达到60%,建设工期4年。如此高的桥隧占比,如何确保在工期内隧道主体全部完成是一个很重要的问题。结合黑山南北高速公路项目二分部隧道施工管控中采取的组织模式创新、绩效考核等方法,有效地保证了隧道施工进度、质量、安全等。

关键词：隧道施工管控组织模式创新绩效考核黑山南北高速公路项目

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基于参数相关性分析和机器学习算法的高强混凝土徐变预测

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：梅生启刘晓东王兴举李旭峰武腾程相旭石家庄铁道大学土木工程学院道路与铁道工程安全保障教育部重点实验室石家庄铁道大学交通运输学院

预测混凝土徐变的机器学习模型已经得到研究，但区分混凝土强度较少见到。首先基于NU-ITI数据库，采用三种机器学习模型：反向传播人工神经网络(BPANN)，支持向量机(SVR)和极端梯度提升(XGBoost)建立混凝土徐变的预测模型。结果表明XGBo... 详细信息

预测混凝土徐变的机器学习模型已经得到研究，但区分混凝土强度较少见到。首先基于NU-ITI数据库，采用三种机器学习模型：反向传播人工神经网络(BPANN)，支持向量机(SVR)和极端梯度提升(XGBoost)建立混凝土徐变的预测模型。结果表明XGBoost能很好的预测混凝土的徐变(R2=0.9729)。其次通过对高强混凝土参数间相关性计算，筛选出相关系数最高参数组和最低参数组。基于参数筛选后的XGBoost模型重新对高强混凝土徐变进行计算，发现筛除弱相关参数会使计算结果的鲁棒性降低更明显。本文研究表明，高强混凝土徐变影响参数之间存在不同程度的相关性，筛除强相关参数对模型计算准确性影响较小，而筛除弱相关参数影响较大。研究成果可为高强混凝土徐变的建模提供参考。

关键词：结构工程高强混凝土徐变机器学习模型最大信息相关系数鲁棒性

基于MsTCN-Transformer模型的轴承剩余使用寿命预测研究

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振动与冲击 2024年第4期43卷 279-287页

作者：邓飞跃陈哲郝如江杨绍普石家庄铁道大学机械工程学院石家庄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

剩余使用寿命(remaining useful life, RUL)预测是PHM的核心问题之一,复杂的运行工况往往导致设备部件经历不同的故障退化过程,给RUL准确预测带来了巨大挑战。为此,提出了一种多尺度时间卷积网络(multi-scale temporal convolutional ne... 详细信息

剩余使用寿命(remaining useful life, RUL)预测是PHM的核心问题之一,复杂的运行工况往往导致设备部件经历不同的故障退化过程,给RUL准确预测带来了巨大挑战。为此,提出了一种多尺度时间卷积网络(multi-scale temporal convolutional network, MsTCN)与Transformer(MsTCN-Transformer)融合模型用于变工况下滚动轴承RUL预测。该方法设计了一种新的多尺度膨胀因果卷积单元(multi-scale dilated causal convolution unit, MsDCCU),能够自适应地挖掘滚动轴承全寿命信号中固有的时序特征信息;然后构建了基于自注意力机制的Transformer网络模型,在克服预测序列记忆力退化的基础上,准确学习时序特征与轴承RUL之间的映射关系。此外,通过对轴承不同故障退化阶段所提取的时序特征可视化分析,验证了所提方法在变工况下所提取的时序特征泛化性较好。多种工况条件下滚动轴承RUL预测试验表明,所提方法能够较为准确地实现变工况下轴承的RUL预测,相比当前多种方法RUL预测结果准确性更高。

关键词：剩余使用寿命时序特征时间卷积网络 Transformer网络滚动轴承

基于机器学习的高铁边坡位移预测不确定性度量与应用

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中国铁道科学 2024年第1期45卷 56-67页

作者：邓志兴谢康李泰灃苏谦韩征肖宪普中南大学土木工程学院湖南长沙410083 西南交通大学土木工程学院四川成都610000 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050000

为解决不确定性问题对高铁边坡位移预测精度的影响,引入区间预测理论量化位移预测中的不确定性问题,并建立Bootstrap-GRU-BP混合区间预测模型(BGB模型)。该模型首先采用基于Bootstrap的门控循环单元(Gated Recurrent Unit,GRU)算法度量... 详细信息

为解决不确定性问题对高铁边坡位移预测精度的影响,引入区间预测理论量化位移预测中的不确定性问题,并建立Bootstrap-GRU-BP混合区间预测模型(BGB模型)。该模型首先采用基于Bootstrap的门控循环单元(Gated Recurrent Unit,GRU)算法度量位移预测均值和认知误差的方差,再采用BP算法度量随机误差的方差,然后将位移预测均值、认知误差和随机误差的方差3者结合在一起,量化出一定置信水平下的预测区间。最后,基于杭绍台高铁沿线边坡的监测数据,探讨BGB模型认知不确定性的响应特征,并通过对比多种区间预测模型来验证BGB模型的优越性。结果表明:BGB模型不仅能构造清晰可靠的预测区间,还能提供高精度的点预测结果;改变模型输入特征和预测算法会导致认知不确定性的改变,而BGB模型所构造的预测区间能正确地响应不确定性的变化;对比以极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)和支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)为核心的区间预测模型,BGB模型的区间预测和点预测性均能更优。研究成果可为高铁边坡位移发展提供可靠的预测结果,进而为高铁边坡可靠度分析提供理论基础。

关键词：边坡位移预测不确定性度量区间预测机器学习 Bootstrap算法

基于分数阶的空气弹簧建模及电动汽车主动悬架控制研究

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汽车工程 2024年第7期46卷 1282-1293,1301页

作者：冯桂珍赵东鹏李韶华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 石家庄铁道大学机械工程学院石家庄050043

电控空气悬架系统(electrically controlled air suspension, ECAS)具有调节悬架刚度和车身高度的功能,可有效改善车辆乘坐舒适性和操纵稳定性。以某乘用车ECAS为对象,利用分数阶理论描述橡胶气囊的黏弹性阻尼特性,考虑等效阻尼及滞回... 详细信息

电控空气悬架系统(electrically controlled air suspension, ECAS)具有调节悬架刚度和车身高度的功能,可有效改善车辆乘坐舒适性和操纵稳定性。以某乘用车ECAS为对象,利用分数阶理论描述橡胶气囊的黏弹性阻尼特性,考虑等效阻尼及滞回特性对其热力学模型进行了优化,结果与实验数据吻合良好,验证了优化后的空气弹簧模型的精确性。在此基础上,考虑车辆纵横向动力学特性与Dugoff轮胎模型,建立14自由度整车ECAS动力学模型,提出模型预测(model predictive control, MPC)主动悬架控制方法,以可测变量为控制器输入,实现直线及转向行驶工况下的主动控制。仿真与整车台架实验研究表明,分数阶修正模型可以很好地反映ECAS变刚度特性,基于MPC的主动悬架控制策略能实时调整空气弹簧刚度,控制车身姿态,有效改善电动汽车行驶时的平顺性与稳定性。论文的研究方法为车辆悬架系统建模及主动控制提供了一种新思路。

关键词：空气悬架热力学黏弹性阻尼分数阶模型预测控制

轮轨激扰下轨道车辆轴箱轴承振动与润滑特性分析

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中国机械工程 2024年第4期35卷 580-590页

作者：马巧英杨绍普刘永强石家庄铁道大学交通运输学院石家庄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 石家庄铁道大学机械工程学院石家庄050043

基于赫兹接触和弹流润滑理论建立了考虑轴箱轴承的轨道车辆模型,研究了轮轨激扰对轴箱轴承的振动特性和油膜刚度特性的影响规律。分别采用MATLAB/Simulink和UM软件建立了轴承动力学模型和轨道车辆模型,通过相互作用力实现二者的耦合关... 详细信息

基于赫兹接触和弹流润滑理论建立了考虑轴箱轴承的轨道车辆模型,研究了轮轨激扰对轴箱轴承的振动特性和油膜刚度特性的影响规律。分别采用MATLAB/Simulink和UM软件建立了轴承动力学模型和轨道车辆模型,通过相互作用力实现二者的耦合关系。模拟了轴承和轮对的典型故障形式,并详细分析了这些故障对轴承的振动特性和润滑特性的影响。研究结果表明:润滑可以有效减小轴承的振动;轴承的局部故障将导致油膜刚度的增大,轴承故障和车轮扁疤都对润滑的影响较为显著;此外,轮轨激扰会降低轴承外圈的振动比率,但是会增大车辆其他部件的振动,对车体的振动几乎无影响。

关键词：轴箱轴承弹流润滑建模轮轨激扰振动特性

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泥水盾构排浆系统输送大粒径卵石管道的压力损失

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华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第7期52卷 135-144页

作者：李兴高郭易东孙宇刘泓志北京交通大学土木建筑工程学院/城市地下工程教育部重点实验室北京100044 中交隧道工程局有限公司北京100088

泥水盾构在砂卵石地层掘进时,排浆管道将输送大量大粒径卵石,导致浆体产生不稳定湍流,这给管道压力损失的确定带来了挑战。该研究设计了环流试验装置,以CMC透明黏性浆液为实验用泥浆,建立了基于计算流体动力学与离散单元法(CFDDEM)耦合... 详细信息

泥水盾构在砂卵石地层掘进时,排浆管道将输送大量大粒径卵石,导致浆体产生不稳定湍流,这给管道压力损失的确定带来了挑战。该研究设计了环流试验装置,以CMC透明黏性浆液为实验用泥浆,建立了基于计算流体动力学与离散单元法(CFDDEM)耦合的三维数值模型;以粒径为5~80 mm的卵石为对象,分析了卵石粒径级配、浆液流速、卵石体积分数以及管道倾角对管道沿程压力损失的影响规律。研究结果表明:同一卵石粒径级配、卵石体积分数与管道倾角下,管道沿程压力损失随浆液流速的增加大致呈指数函数规律增加;对于水平管道,不同卵石粒径级配下的管道沿程压力损失差别较小;在低浆液流速(v 处压力存在明显的分层现象。

关键词：泥水盾构大粒径卵石排浆管道压力损失模型试验 CFD-DEM耦合