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多因素影响下预崩解炭质泥岩动回弹特性研究

土木工程学报 2024年第2期57卷 117-128页

作者：付宏渊杨琪毅曾铃高乾丰文伟陈璐长沙理工大学湖南长沙410114

为探究多因素影响下预崩解炭质泥岩的动回弹特性,通过动三轴试验研究偏应力、最小体应力、含水率、压实度和干湿循环次数对动态回弹模量的影响,并建立考虑上述因素影响的动回弹模量预测模型。研究表明:动回弹模量与最小体应力、压实度... 详细信息

为探究多因素影响下预崩解炭质泥岩的动回弹特性,通过动三轴试验研究偏应力、最小体应力、含水率、压实度和干湿循环次数对动态回弹模量的影响,并建立考虑上述因素影响的动回弹模量预测模型。研究表明:动回弹模量与最小体应力、压实度呈正相关关系,与偏应力、含水率呈负相关关系;在同一围压下,动回弹模量随偏应力增加而降低,降幅区间为14.1%~30.7%;含水率为6%时对应的动回弹模量最大;在围压和偏应力相同时,含水率从6%递增至10%,动回弹模量降幅区间为18.6%~35.5%;压实度从93%递增至96%时,动回弹模量增幅区间为4.47%~20.64%。采用干湿循环损伤因子表征干湿循环次数对动回弹模量的影响,发现损伤因子随干湿循环次数N增加可分为3个阶段,即快速增长阶段(N=0~1)、缓慢增长阶段(N=1~6)和增长稳定阶段(N=6~9)。各因素按显著性由高到低排序依次为:压实度、干湿循环、含水率、偏应力、最小体应力。建立的综合考虑约束效应、剪切效应、压实度、含水率和干湿循环的预测模型具有较高地准确性和适用性,可有效评估和预测湿热地区炭质泥岩路堤的动回弹模量。

关键词：道路工程预崩解炭质泥岩干湿循环动回弹模量预测模型

基于聚类的HPO-BILSTM光伏功率短期预测

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太阳能学报 2024年第4期45卷 512-518页

作者：周育才肖添谢七月付强钟敏长沙理工大学电气与信息工程学院长沙410114 长沙理工大学能源与动力工程学院长沙410114

考虑到光伏发电功率在不同天气类型下的波动性和不确定性,对此提出一种基于模糊C均值聚类算法(FCM)和猎食者优化算法(HPO)优化双向长短期记忆网络(BILSTM)的光伏发电短期功率预测模型。首先对光伏发电数据进行处理和分析,再进行主成分分... 详细信息

考虑到光伏发电功率在不同天气类型下的波动性和不确定性,对此提出一种基于模糊C均值聚类算法(FCM)和猎食者优化算法(HPO)优化双向长短期记忆网络(BILSTM)的光伏发电短期功率预测模型。首先对光伏发电数据进行处理和分析,再进行主成分分析(PCA)降维和FCM聚类算法将数据按天气类型分为阴、晴、雨;最后通过HPO筛选得出BILSTM神经网络的最佳超参数,避免因超参数设置不佳对实验带来的影响,进一步提高实验的准确性和模型的泛化能力。最后通过预测和对比实验进行分析,验证所提方法的优越性。

关键词：光伏发电双向长短期记忆网络功率预测降维聚类优化算法

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基于超声尾波法的钢筋混凝土腐蚀监测研究

振动与冲击 2024年第2期43卷 264-270页

作者：吕铎徐嘉豪胡宏伟易善昌王磊长沙理工大学汽车与机械工程学院长沙410114 长沙理工大学土木工程学院长沙410114

针对现有超声无损检测方法在钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)腐蚀损伤评价方面存在的传播速度偏差问题,提出一种利用尾波干涉(coda wave interference,CWI)表征RC腐蚀情况的监测方法。在混凝土超声传播多重散射基础上,建立CWI腐蚀... 详细信息

针对现有超声无损检测方法在钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)腐蚀损伤评价方面存在的传播速度偏差问题,提出一种利用尾波干涉(coda wave interference,CWI)表征RC腐蚀情况的监测方法。在混凝土超声传播多重散射基础上,建立CWI腐蚀损伤评价指标。搭建快速电化学试验监测了RC在0,1%,2%腐蚀率下的腐蚀过程,通过逐步CWI分析了相对速度变化Δv/v及去相关系数K_(d)的变化规律,探究了换能器布置方式对尾波腐蚀监测敏感性的影响。研究结果表明:Δv/v随着腐蚀时间而逐渐减小,K_(d)随着腐蚀时间而逐渐增大;CWI方法能够有效地监测RC结构腐蚀裂纹的扩展过程,并且具有较好的敏感性;换能器采用垂直、对侧和同侧三种不同布置方式均能检测出RC结构腐蚀开裂,垂直布置方式对RC腐蚀检测的敏感程度更高。

关键词：超声检测尾波干涉(CWI) 钢筋混凝土(RC) 腐蚀多重散射

VS_(2)作为锂离子电池负极材料的第一性原理研究

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物理学报 2024年第11期73卷 110-118页

作者：周斌肖事成王一楠张晓毓钟雪马丹戴赢范志强唐贵平长沙理工大学物理与电子科学学院长沙410114

随着对锂离子电池(LIBs)性能要求的提高,研究开发锂离子电池的新型电极尤显重要.本文采用第一性原理计算研究二硫化钒(VS_(2))作为锂离子电池负极材料的可能性.计算结果表明:VS_(2)具有金属性,费米能级附近的态密度主要来源于钒的3d轨... 详细信息

随着对锂离子电池(LIBs)性能要求的提高,研究开发锂离子电池的新型电极尤显重要.本文采用第一性原理计算研究二硫化钒(VS_(2))作为锂离子电池负极材料的可能性.计算结果表明:VS_(2)具有金属性,费米能级附近的态密度主要来源于钒的3d轨道及硫的3p轨道;Li在VS_(2)单层中优先吸附钒(V)的顶位,Li在VS_(2)表面具有非常好的扩散性,扩散势垒仅为0.20 eV,低于石墨烯,表明Li能够较快地迁移,有利于LIB快速充电-放电过程;VS_(2)机械性能良好,杨氏模量为96.82 N/m,且吸附Li后的杨氏模量与泊松比都未减小,表明VS_(2)在吸附Li以及Li离子扩散迁移过程中,刚性并不会降低;并且计算得到VS_(2)的电池容量(466 mAh/g)比石墨烯更高.研究表明VS_(2)具有出色的导电性能和优异的机械刚性及较高的理论容量,是一种非常有前景的锂离子电池负极材料.

关键词：锂离子电池吸附能第一性原理

铜尾矿改性水泥基地聚合物注浆材料性能与机理分析

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第3期55卷 1107-1119页

作者：付宏渊姚杰邱祥长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410114 长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

为促进岩土工程绿色发展,提高尾矿资源化利用效率,选取铜尾矿制备铜尾矿改性水泥基地聚合物注浆材料,研究水固比、铜尾矿掺量、碱激发剂用量及碱激发剂模数对改性浆液各性能指标的影响规律及微观机理。研究结果表明:掺入尾矿有利于改善... 详细信息

为促进岩土工程绿色发展,提高尾矿资源化利用效率,选取铜尾矿制备铜尾矿改性水泥基地聚合物注浆材料,研究水固比、铜尾矿掺量、碱激发剂用量及碱激发剂模数对改性浆液各性能指标的影响规律及微观机理。研究结果表明:掺入尾矿有利于改善改性浆液力学性能,掺入碱激发剂能提高改性浆液整体的反应程度,减小改性浆液析水率;综合考虑各项性能指标,选取改性浆液最佳配比,即水固比为1.0,铜尾矿掺量为30%(质量分数,下同),碱激发剂用量为4%,碱激发剂模数为1.6;相较于纯水泥浆液,改性浆液最佳配比黏度减小11.1%,流动度增大22.3%,析水率减小29.7%,28 d结石体抗压强度仅减小9.5%,耐久性能良好;改性浆液发生地聚合物反应形成了具有三维空间网状结构的C-A-S-H凝胶和N-A-S-H凝胶等胶凝物质。本研究成果可为岩土工程提供高性能低成本的注浆材料,同时还将为尾矿等固废材料资源化利用提供参考。

关键词：岩土工程注浆材料铜尾矿地聚合物碱激发微观机理

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基于等效电路模型和数据驱动模型融合的SOC和SOH联合估计方法

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电工技术学报 2024年第10期39卷 3232-3243页

作者：刘萍李泽文蔡雨思王文夏向阳长沙理工大学电气与信息工程学院长沙410114

针对电池SOC与SOH估计结果相互影响,单独估计准确度不高的问题,该文提出了一种基于等效电路模型和数据驱动模型融合的SOC和SOH联合估计方法。通过构建考虑老化和SOC的电池二阶RC等效电路模型,采用带遗忘因子的递推最小二乘法,在不同SOC... 详细信息

针对电池SOC与SOH估计结果相互影响,单独估计准确度不高的问题,该文提出了一种基于等效电路模型和数据驱动模型融合的SOC和SOH联合估计方法。通过构建考虑老化和SOC的电池二阶RC等效电路模型,采用带遗忘因子的递推最小二乘法,在不同SOC和SOH的情况下,对电池的参数进行在线辨识,实现电池参数在线辨识与电池SOC和SOH估计的耦合。以锂离子电池自SOC=20%到恒流充电阶段结束所需时间为输入,电池SOH值为输出,训练GPR模型,实现电池SOH估计。将输出的SOH估计值与电池的额定容量相乘,得到电池的实际容量,更新二阶RC状态空间方程,采用扩展卡尔曼滤波算法对电池进行SOC估计,实现电池SOH估计和SOC估计之间的联合。采用牛津大学电池退化数据集和NASA随机使用电池数据集进行算法验证,结果表明,所提联合估计方法能够在电池的生命周期内较准确地跟随锂离子电池SOC和SOH的真实值。

关键词：锂离子电池荷电状态健康状态高斯过程回归带遗忘因子的递推最小二乘法

湿热环境下多孔功能梯度圆管的非线性弯曲行为

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力学学报 2024年第1期56卷 141-148页

作者：陈央刘晓军彭旭龙陈得良长沙理工大学土木工程学院长沙410114

圆管作为重要的工程结构,广泛应用于各个领域,其几何特征特殊,传统的梁理论不能满足其内外表面切应力为0的边界条件,采用合适的梁理论对其进行研究至关重要.文章采用一种修正的高阶剪切变形梁理论,研究了湿热环境下多孔功能梯度圆管的... 详细信息

圆管作为重要的工程结构,广泛应用于各个领域,其几何特征特殊,传统的梁理论不能满足其内外表面切应力为0的边界条件,采用合适的梁理论对其进行研究至关重要.文章采用一种修正的高阶剪切变形梁理论,研究了湿热环境下多孔功能梯度圆管的非线性弯曲行为.考虑材料物性与温度相关,基于修正的高阶剪切变形梁理论和von Kármán非线性理论,利用最小势能原理,建立了多孔功能梯度圆管的非线性弯曲控制方程,采用二次摄动法对控制方程进行求解,通过数值算例讨论了孔隙分布模型、孔隙率、梯度指数、内半径、湿度和温度对多孔功能梯度圆管非线性弯曲行为的影响.提出了针对湿热环境下多孔功能梯度圆管的非线性弯曲行为分析方法,得到了该问题的半解析解,将为优化多孔功能梯度圆管的结构和材料参数提供理论依据.结果表明:当孔隙率较大时,非均匀孔隙分布模型比均匀孔隙分布模型的多孔功能梯度圆管具有更好的抗弯曲变形能力,因此在实际轻量化设计过程中,孔隙分布应优先采用非均匀分布模型.

关键词：多孔功能梯度材料湿热环境修正高阶梁理论非线性弯曲几何非线性

悬浮隧道支撑锚索在管体运动状态下的动频率与湿模态

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振动与冲击 2024年第2期43卷 271-279页

作者：朱灿刘炎易壮鹏长沙理工大学土木工程学院长沙410114

悬浮隧道(submerged floating tunnel,SFT)是一种潜力巨大的水下交通结构,其支撑锚索频率、模态的精确获取对识别结构动力性能至关重要。该研究提出了一种管体运动状态下求解锚索“动频率”和“湿模态”的新颖方法,将锚索等效为梁或弦... 详细信息

悬浮隧道(submerged floating tunnel,SFT)是一种潜力巨大的水下交通结构,其支撑锚索频率、模态的精确获取对识别结构动力性能至关重要。该研究提出了一种管体运动状态下求解锚索“动频率”和“湿模态”的新颖方法,将锚索等效为梁或弦建立了四类考虑锚索抗弯刚度、湿重等因素的力学模型。在对运动悬浮隧道结构进行拟静态处理,及通过静平衡时锚索顶张力与该索支撑范围内净浮力相等的原则确定结构基本参数的前提下,研究了管体竖向周期运动过程中锚索动频率与湿模态的分布规律。获取了锚索动频率带及其上限、下限与管体浮重比、锚索倾角、竖向高度及管体运动幅值之间的对应关系与参数敏感区间,得到了锚索湿模态对湿重展向效应、竖向高度等因素的敏感程度,可为进一步深入研究锚索涡振频率锁定、参数振动提供新的处理思路。

关键词：悬浮隧道(SFT) 支撑锚索管体运动动频率湿模态

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欠驱动TORA系统的自耦PID控制策略

控制与决策 2024年第3期39卷 853-860页

作者：熊屹林曾喆昭长沙理工大学电气与信息工程学院长沙410076

针对欠驱动旋转激励平移振荡器(translational oscillations with a rotational actuator, TORA)系统的控制问题,使用一种自耦PID (self-coupling proportional-integral-differential, SCPID)控制方法.该方法首先利用坐标变换使TORA系统的质心映射为Huygens振动中心,以实现新系统控制输入解耦,避免零动态不稳定问题;然后对Huygens振动中心设计平移位置的SCPID控制器,同时获得小球偏转角度的虚拟指令,进而设计小球偏转角度的SCPID控制器,从而实现TORA系统的平衡点跟踪控制;最后在复频域对闭环控制系统的稳定性进行严格的数学分析和证明.仿真及与其他方法的结果对比表明,所设计的控制算法简单高效,在欠驱动控制系统领域具有实际的应用价值.

关键词：欠驱动TORA系统坐标变换 Huygens振动中心自耦PID控制鲁棒稳定性