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基于模型试验的风力机基底应力分布特征及平面度修正

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第1期55卷 346-354页

作者：周炎明邓宗伟刘文劼高乾丰范子坚长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 湖南城市学院设计研究院有限公司湖南长沙410008 长沙理工大学桥梁工程安全控制技术与装备湖南省工程技术研究中心湖南长沙410114 湖南城市学院土木工程学院湖南益阳413049 湖南省交通科学研究院有限公司湖南长沙410007

为有效掌握风荷载作用下风力发电机地基的复杂应力分布,提出关于基底应力平面分布假定的修正方法。以相似法则为理论基础,建立山区风力发电机地基缩尺物理模型试验系统,模拟不同平均风速和脉动风时间步长时的水平风荷载,测试不同风荷载... 详细信息

为有效掌握风荷载作用下风力发电机地基的复杂应力分布,提出关于基底应力平面分布假定的修正方法。以相似法则为理论基础,建立山区风力发电机地基缩尺物理模型试验系统,模拟不同平均风速和脉动风时间步长时的水平风荷载,测试不同风荷载下的基底静压力和动压力,研究应力的分布模式、变化规律,提出基底应力的平面度修正方法。研究结果表明:风速越大,基底静压力越大;而当风速一定时,基底各点的压力差异随着时间步长增加而加大,因此,低频脉动风更容易威胁地基稳定性;在不同工况下,动压力仅为静压力的1/20~1/12,故可采用拟静力法对风力机基底应力进行计算;若按常用的建筑规范基底应力计算方法,会低估基底应力差异,结果偏于不安全,而进行平面度修正后,应力修正值与实测值更加接近,这证明了利用平面度修正的合理性,也意味着基础设计埋深可更大,这为山区风力机的地基基础安全设计提供了新思路。

关键词：风力机模型试验地基应力分布平面度基础埋深

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基于改进白鲨优化的DIC位移测量方法

激光技术 2024年

作者：李君雷宗宇蔡子峥付海波长沙理工大学桥梁结构安全控制湖南省工程实验室长沙理工大学土木工程学院

为了提高数字图像相关方法中整像素位移搜索算法的性能，引入了白鲨优化算法，并通过采用tent混沌映射、引入动态非线性时间因子、设置自动终止条件和增加三步搜索法等措施进行改进；为了提高亚像素位移求解精度和效率，将双三次插值、... 详细信息

为了提高数字图像相关方法中整像素位移搜索算法的性能，引入了白鲨优化算法，并通过采用tent混沌映射、引入动态非线性时间因子、设置自动终止条件和增加三步搜索法等措施进行改进；为了提高亚像素位移求解精度和效率，将双三次插值、改进白鲨优化算法和曲面拟合法相结合，提出了一种改进的曲面拟合法，通过数值模拟实验和低碳钢拉伸实验对算法的性能进行分析。结果表明，改进白鲨优化算法搜索成功率高达100%，计算时间与粒子群算法相当，仅是粗-细搜索法的1/4；改进曲面拟合法的计算精度与牛顿-拉普森(N-R)法相当，但计算耗时仅为N-R法的3.50%；改进白鲨优化算法可快速、准确地实现整像素位移搜索；改进曲面拟合法具有较高的计算精度和计算效率，且在实际测量中依旧能保持较好的稳定性。该研究为数字图像相关方法的改进和应用提供了参考。

关键词：测量与计量数字图像相关方法白鲨优化算法曲面拟合法位移测量

公路转弯段线形指标对混凝土护栏安全性能的影响

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华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第1期52卷 90-99页

作者：杨永红唐祖德王醇朱冠儒华南理工大学土木与交通学院广东广州510640 广东省隧道工程安全与应急保障技术及装备企业重点实验室广东广州510545 长沙理工大学公路工程教育部重点实验室湖南长沙410114

公路转弯段的线形设计指标对护栏的安全性能有重要影响。文中基于路侧安全领域广泛使用的有限元软件LS-DYNA,通过模拟和实车试验对比验证模型的有效性,建立货车与混凝土护栏复杂碰撞试验模型,模拟计算得到车辆碰撞护栏的详细动画,作为... 详细信息

公路转弯段的线形设计指标对护栏的安全性能有重要影响。文中基于路侧安全领域广泛使用的有限元软件LS-DYNA,通过模拟和实车试验对比验证模型的有效性,建立货车与混凝土护栏复杂碰撞试验模型,模拟计算得到车辆碰撞护栏的详细动画,作为平曲线路段上护栏安全性能的直观感受,将行车道半径、路面超高、车辆速度作为变量,研究和量化主要线形指标对混凝土护栏安全性能的影响。结果表明:道路半径接近与设计速度对应的极限最小半径时,车辆的翻滚角增大,车辆易碰撞护栏发生侧翻;行车道路面超高6%为混凝土护栏安全性能的临界点,采用大于6%的超高会使车辆沿护栏迎撞面爬坡跃升的高度增加,车辆更容易发生侧翻,设计时应避免大超高(6%以上)和小半径极值的组合;在曲线路段,碰撞速度对护栏安全性能的影响明显,整体式货车车速达90 km/h后,发生侧翻的风险明显增加。文中研究成果可为道路曲线路段路侧的线形安全设计提供理论基础。

关键词：道路工程公路线形指标混凝土护栏碰撞试验安全性能

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钢桥面板焊缝多疲劳裂纹耦合扩展试验

中国公路学报 2024年第5期37卷 267-277页

作者：鲁乃唯戴歆文王鸿浩罗媛长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 湖南工业大学土木工程学院湖南株洲412000

随着在役钢桥面板老龄化进程,顶板焊缝处疲劳裂纹大量萌生并持续扩展,诱发多裂纹间的耦合扩展与融合现象,形成的长裂纹是在役桥梁的重大安全隐患。为研究钢桥面板焊缝处近源多裂纹耦合扩展特性,制作了含初始缺陷的钢桥面板足尺模型,开... 详细信息

随着在役钢桥面板老龄化进程,顶板焊缝处疲劳裂纹大量萌生并持续扩展,诱发多裂纹间的耦合扩展与融合现象,形成的长裂纹是在役桥梁的重大安全隐患。为研究钢桥面板焊缝处近源多裂纹耦合扩展特性,制作了含初始缺陷的钢桥面板足尺模型,开展了多裂纹耦合扩展试验研究,监测了裂尖的静态与动态热点应力,对比了裂纹近端点与远端点的扩展速率,捕捉了多裂纹间的耦合扩展行为。采用FRANC3D-ABAQUS交互技术模拟分析了多裂纹间的应力强度因子放大效应,对比分析了裂纹尺寸与深度对多裂纹耦合扩展速率的影响规律。试验与数值分析结果表明:多裂纹耦合效应主要作用于相邻裂纹尖端区域,耦合效应随着裂尖间距的缩小而持续增加;试验模型裂纹萌生初期的测点应力幅下降约15%,裂纹耦合阶段的近端点与远端点应力幅降幅分别为68.4%和21.6%,焊缝应力幅的衰减与裂纹扩展速率呈正相关,当裂纹贯穿顶板时焊趾处应力幅趋近于零;多裂纹之间的耦合效应随着裂纹深度的增加而趋于明显,形态比为a/c=1.5的裂纹耦合效应最明显,其交互因子达到1.169。

关键词：桥梁工程正交异性钢桥面板模型试验多裂纹耦合扩展热点应力

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公路施工便道圆曲线半径与加宽设计指标

长安大学学报（自然科学版） 2024年第3期44卷 43-53页

作者：杨永红朱冠儒王醇郑涛张宇华南理工大学土木与交通学院广东广州510640 长沙理工大学公路工程教育部重点实验室湖南长沙410114 广东省隧道工程安全与应急保障技术及装备企业重点实验室广东广州510545

为补充便道线形设计指标选择依据,提高便道建设质量和通行安全,从便道运输车辆特点出发,研究便道半径与加宽2个平曲线关键指标。首先,调研中国9条高速公路及1条省道建设工程中的便道建设情况,选用挖掘机、自卸车、半挂汽车列车和运梁车... 详细信息

为补充便道线形设计指标选择依据,提高便道建设质量和通行安全,从便道运输车辆特点出发,研究便道半径与加宽2个平曲线关键指标。首先,调研中国9条高速公路及1条省道建设工程中的便道建设情况,选用挖掘机、自卸车、半挂汽车列车和运梁车作为代表车型。然后,根据车辆结构与道路几何关系计算车辆空间通过性,得到自卸车、半挂车和运梁车3种代表车型加宽值设置要求和半径通过性限值,提出基于重型车辆重心后移的自卸车和半挂汽车列车横向稳定性验算方法。最后,对比横向摩擦因数为0.3和0.8的2种便道在不同超高条件下受横向稳定性限制的圆曲线半径值与采用公路横向力系数计算所得的半径值,并推荐出对应代表车型的平曲线关键指标以供便道设计参考。研究结果表明:自卸车与半挂汽车列车半径通过性限值为12 m,整体式运梁车为48 m,牵引式运梁车为14.5 m,具体车型要求的便道半径与加宽值差别较大;影响车辆横向稳定性主要因素为速度、重心位置和路面摩擦因数,在路面横向摩擦因数为0.3情况下,车辆较容易发生横向滑移,在路面横向摩擦因数为0.8情况下,车辆较容易发生横向倾覆;提高超高可显著降低一般最小半径值,对横向稳定性影响较小;自卸车和半挂汽车列车转向半径采用横向力系数计算所得值均符合横向稳定要求。

关键词：道路工程施工便道圆曲线半径加宽值通过性转向稳定性

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高能量密度液流电池关键材料与先进表征

储能科学与技术 2024年第1期13卷 143-156页

作者：闫苏钟芳芳刘俊伟丁美贾传坤长沙理工大学能源与动力工程学院储能研究所湖南长沙410114 张家港德泰储能装备有限公司江苏苏州215627

氧化还原液流电池具有安全性能高、可深度充放电、设计灵活等优势,在大规模储能领域得到了广泛关注,是实现“双碳”目标的一种重要储能技术。然而,较低的能量密度限制了液流电池的应用前景,因此亟需开发高能量密度的液流电池体系。液流... 详细信息

氧化还原液流电池具有安全性能高、可深度充放电、设计灵活等优势,在大规模储能领域得到了广泛关注,是实现“双碳”目标的一种重要储能技术。然而,较低的能量密度限制了液流电池的应用前景,因此亟需开发高能量密度的液流电池体系。液流电池的能量密度取决于电池关键材料的性能,尤其是正、负极电解液中活性物质的溶解性和电解液的电化学活性。因此,液流电池关键材料的开发和性能表征是液流电池领域中的重要研究方向。本文综述了高能量密度液流电池的主要构建策略,着重讨论了多电子转移体系、提高活性物质溶解度、半固态流体电池和氧化还原靶向反应液流电池四种提升电池能量密度的方法,并介绍了当前液流电池领域中的先进原位表征技术,包括原位拉曼光谱、原位紫外-可见吸收光谱、原位红外光谱和原位核磁共振技术。本文总结了高能量密度液流电池关键材料的研究进展,明确了原位表征技术在揭示复杂电化学反应机理中的重要作用,并对高能量密度液流电池的应用场景进行了展望。

关键词：电化学储能技术液流电池能量密度原位表征

基于MSGWO-LSTM的车桥非线性系统地震响应预测研究

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：刘汉云王子逸韩艳王力东胡朋国巍余志武长沙理工大学土木工程学院中南大学土木工程学院

强震下高铁桥梁结构易进入非线性阶段，导致系统响应增大难预测，可能威胁行车安全。为此，本文提出融合多策略灰狼优化-长短期记忆网络（MSGWO-LSTM）代理模型，提升高速铁路车-桥耦合非线性系统地震响应预测精度。建立车桥耦合系统Ope... 详细信息

强震下高铁桥梁结构易进入非线性阶段，导致系统响应增大难预测，可能威胁行车安全。为此，本文提出融合多策略灰狼优化-长短期记忆网络（MSGWO-LSTM）代理模型，提升高速铁路车-桥耦合非线性系统地震响应预测精度。建立车桥耦合系统OpenSees非线性模型，基于大量地震动动力分析，构建桥梁位移、车体加速度和轮轨力响应数据库；在传统LSTM代理模型基础上，引入Dropout层以防止模型训练过拟合，引入灰狼优化算法（GWO）进行超参数自动选优，从而构建并训练了GWO-LSTM代理模型；采用多类评判指标，考虑结构线性/非线性、不同车速等工况，对比传统LSTM和GWO-LSTM两个代理模型的预测效果；发现GWO-LSTM在部分工况不满足需求，故融合多策略提出MSGWO-LSTM代理模型，进一步提升模型的预测精度。研究结果表明：GWO-LSTM代理模型预测的R2稳定在0.95～0.99之间，MAE、MSE和RMSE等评价指标均接近0，且MAPE指标大多数控制在1%左右，明显优于传统LSTM代理模型，说明GWO-LSTM显著提升了车-桥耦合系统地震响应预测精度；考虑多变量相互影响的多输入多输出模式比单输入单输出模式所构建的代理模型，非线性适应性与泛化性更好；在多输入多输出和非线性工况下，GWO-LSTM模型预测响应有小部分预测指标超过10%限值，而MSGWO-LSTM所有预测指标均小于限值，进一步提升了模型的预测精度和泛化能力。

关键词：桥梁工程地震响应预测 LSTM代理模型高速铁路 OpenSees

基于组合赋权-集对分析的明挖隧道下穿桥梁涉路工程安全性评价

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公路 2024年第4期69卷 200-207页

作者：杨永红王醇朱冠儒郑涛华南理工大学土木与交通学院广州市510640 广东省隧道工程安全与应急保障技术及装备企业重点实验室广州市510545 公路工程教育部重点实验室(长沙理工大学) 长沙市410114

为明确明挖隧道下穿既有桥梁项目的总体安全状况,从桥梁工程、隧道工程、施工技术、组织管理、人员因素5个方面构建涉路工程安全评价指标体系,包含明挖基坑深度、基坑距桥桩最小距离等20个因素,提出基于组合赋权和集对分析模型的明挖隧... 详细信息

为明确明挖隧道下穿既有桥梁项目的总体安全状况,从桥梁工程、隧道工程、施工技术、组织管理、人员因素5个方面构建涉路工程安全评价指标体系,包含明挖基坑深度、基坑距桥桩最小距离等20个因素,提出基于组合赋权和集对分析模型的明挖隧道下穿桥梁涉路工程安全评价方法。首先利用博弈论综合层次分析法与熵权法获得的主客观权重,得出各指标组合权重,然后采用集对分析模型得到项目风险等级。建立了明挖隧道下穿桥梁涉路工程安全评价流程,以广州市南沙区某明挖隧道下穿桥梁涉路项目为例,进行安全性评价分析。结果表明:该涉路项目安全等级为低风险,项目中较为敏感的因素是地质条件、明挖基坑深度、基坑距桥桩最小距离。安全评价模型的评价结果可以直观明晰地反映出涉路项目的安全状况,对预防事故的发生具有参考意义。

关键词：道路工程涉路工程安全性评价下穿桥梁组合赋权集对分析

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特急曲线水利隧洞针梁台车设计与施工

施工技术（中英文） 2024年第8期53卷 54-59页

作者：刘翔刘云龙魏波汤宇尹来容童昌中铁五局集团第一工程有限责任公司湖南长沙410117 长沙理工大学汽车与机械工程学院湖南长沙410114

水利基础设施建设过程中,特急曲线水利隧洞具有弯多、弯急的特点。普通针梁台车在此类隧洞工程施工中,出现弯道碰壁、受压变形等诸多问题,传统施工装备与技术的适应性难题亟待解决。以金沙江向家坝灌区北总干渠一期工程望江岩隧洞衬砌... 详细信息

水利基础设施建设过程中,特急曲线水利隧洞具有弯多、弯急的特点。普通针梁台车在此类隧洞工程施工中,出现弯道碰壁、受压变形等诸多问题,传统施工装备与技术的适应性难题亟待解决。以金沙江向家坝灌区北总干渠一期工程望江岩隧洞衬砌施工为依托,在传统全圆针梁台车既有设计方法的基础上,开展加大单次衬砌长度、整体快速拆合、优化结构形式、改变脱模方式、实现高通用性等方面研究;研制特急曲线水利隧洞全圆针梁台车,创新台车不同状态下的施工工法,解决了台车在曲线处行走时会触碰隧洞壁,台车过特急曲线隧洞需重复拆卸及安装,衬砌完成后上、下侧模在受力状态下出现模板反向咬合等问题,有效推动了特急曲线隧洞施工装备设计方法革新。实际应用结果表明,所开发的特急曲线水利隧洞全圆针梁台车及其相关施工技术大幅度提高了特急曲线水利隧洞施工效率,降低了施工成本,保证了施工安全和工程质量。

关键词：水利工程隧洞台车模板设计施工技术