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《山东大学学报(工学版)》
Journal of Shandong University (Engineering Science)
主管单位:中华人民共和国教育部
主办单位:山东大学
主编:李术才
编辑出版:山东大学自然科学学报编辑部
ISSN:1672-3961 CN:37-1391/T
邮发代号:24-221
2020年 第50卷 第5期 刊出日期:2020-10-20
  
    控制科学与工程
    一类非线性混沌系统的自适应滑模同步
    程春蕊,毛北行
    2020, 50(5):  1–6.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.573
    摘要 ( 9 )   PDF(440KB) ( 4 )   收藏
    基于自适应滑模控制方法,研究一类非线性混沌系统在模型不确定和外部扰动的情况下的同步问题。设计一种新的非奇异终端滑模面,并证明其稳定性。利用Lyapunov稳定性理论,推导出一种滑模控制律,将误差系统轨迹驱动到滑模面上,保证发生滑模运动。应用上述控制方案得到一类带有模型不确定性和外部扰动项的整数阶及分数阶非线性混沌系统的同步。以分数阶Victor-Carmen系统为例进行数值仿真,验证了本研究提出的滑模控制技术的适用性和有效性,并验证了本研究的理论结果。
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    含对数项分数阶T混沌系统的滑模同步
    孟晓玲,毛北行
    2020, 50(5):  7–12.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.395
    摘要 ( 7 )   PDF(2017KB) ( 2 )   收藏
    利用Barbalat引理、分数阶稳定性理论,通过构造合适的分数阶线性滑模面和分数阶比例积分滑模面,设计合理的控制器,实现整数阶、分数阶T混沌系统滑模同步控制。研究结果表明:一定条件下,分数阶T混沌系统的驱动-响应系统能够达到滑模同步,用Matlab数值仿真验证了结论的正确性。
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    土木工程
    基于BP神经网络算法的结构振动模态模糊控制
    王志伟,葛楠,李春伟
    2020, 50(5):  13–19.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.509
    摘要 ( 11 )   PDF(2277KB) ( 3 )   收藏
    为了更合理、方便地控制土木工程结构地震动力反应,提出基于反向传播(back propagation, BP)神经网络的结构振动模态模糊控制算法。以结构地震动力反应数据训练神经网络建立结构分析模型,以时域模态坐标作为被控变量,实现系统降阶,使建立模态模糊控制规则所需要的模糊推理数量处于可接受范围内,并以体系能量最小作为控制目标制定控制规则。建立结构动力反应模糊控制数值模型,根据计算地震动力反应评价所提出算法的减震效果。结果表明:经过训练的BP神经网络可以准确地预测结构的地震动力反应,并可以据此建立模糊控制规则。仅对结构第一阶振型采用模态模糊控制就能达到满意的减震效果。采用主动质量驱动(active mass driver, AMD)最优控制力幅作为各楼层控制力的论域时,模态模糊控制减震效果与其存在差距;增大控制力的论域,可以得到更好的减震效果。
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    砂土介质中颗粒浆液扩散距离变化规律
    冯啸,夏冲,王凤刚,张兵
    2020, 50(5):  20–25.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.746
    摘要 ( 5 )   PDF(2294KB) ( 2 )   收藏
    基于质量守恒方程、线性滤过定律、Darcy定律及边界条件,建立层流条件下颗粒浆液扩散距离的理论模型。采用自主研发的单体组配式渗透注浆装置,研究不同水灰比、不同流速条件下浆液扩散距离的变化规律,并将忽略渗滤理论值、考虑渗滤理论值、模型试验值进行比对分析。结果表明,恒定流速v0条件下,忽略渗滤效应的浆液扩散距离与实际不相符;浆液水灰比、注浆流速均与扩散距离呈正相关。水灰质量比1∶1时,模型试验值与考虑渗滤理论值偏差18.4~20.8 cm,偏差率68.9%~71.9%;水灰质量比2〓∶1时,模型试验值与考虑渗滤理论值偏差20.7~23.4 cm,偏差率27.0%~28.2%。研究成果可指导注浆钻孔间距设计,具有一定的工程应用价值。
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    预应力中空棒构件设计与力学特性
    林超,张程林,王勇
    2020, 50(5):  26–32.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.425
    摘要 ( 5 )   PDF(5570KB) ( 2 )   收藏
    为满足装配式建筑节点接缝混凝土抗震性能的需要,以一种自平衡预应力中空棒为研究对象,研究接缝位置短杆件施加预应力的效果。根据力的平衡机理,对结构内部钢棒施加压力使结构外部钢管协调受力拉伸,达到设计预应力后由螺母锁定,将杆件埋入到装配式节点接缝混凝土,浇筑早强灌浆料,待固结达到预定强度释放反力棒,依靠外螺纹结构与混凝土的粘结力自锚实现接缝混凝土施加预应力。力学性能分析方面,研究杆件张拉阶段、静置松弛阶段应力变化及损失情况,验证了杆件张拉完成至放张前应力存储的有效性,通过分析杆件放张后应力分布、预应力损失等参数,验证了杆件应用到节点混凝土后传递应力的机理及有效性,并采用有限元方法分析预应力混凝土构件应力分布规律。研究结果表明预应力中空棒技术作用于装配式节点接缝混凝土具有较高的抗震和耗能能力,对装配式建筑节点混凝土高抗震性能的实现提供了一种新的技术手段。
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    隐伏溶洞对隧道围岩稳定性影响规律及处治技术
    陈禹成,王朝阳,郭明,林鹏
    2020, 50(5):  33–43.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.042
    摘要 ( 6 )   PDF(10039KB) ( 1 )   收藏
    以鄂西山区隧道工程实例为依托,在溶洞调查与统计分析的基础上,从岩溶的溶洞体积、形态特征、溶腔充填物特征以及涌水通道类型等方面,对鄂西山区岩溶进行分类,得到鄂西山区岩溶发育特征,即溶腔体积不等、形态多样、溶腔充填物种类多、涌水通道复杂。采用数值模拟方法,分析不同位置的隐伏溶洞对隧道围岩的应力场、位移场影响情况,得出随隐伏岩溶位置变化,围岩应力分布有所不同;溶洞位置由隧道顶部向隧道底部变化过程中,隧道顶部围岩最大沉降由大到小依次为拱肩延长线、边墙一侧、拱脚延长线、拱顶上方、底板下方;随着溶洞位置的降低,隧道拱顶围岩水平最大收敛值由大到小依次为拱肩延长线、拱顶上方、边墙一侧、底板下方、拱脚延长线;随着溶洞位置的降低,隧道周边围岩沉降量由大到小均为拱顶、拱腰、拱脚、底板。基于岩溶类型特征、数值模拟围岩应力场、位移变化情况结果,提出岩溶区隧道揭露溶洞处治原则。以花果山隧道为例,开展溶洞处治原则与方法应用,提出针对性的处治方案。
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    硬岩隧道纯钢纤维混凝土管片应用
    徐振,李德明,王彬,詹谷益,张世杰
    2020, 50(5):  44–49.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.085
    摘要 ( 7 )   PDF(5512KB) ( 0 )   收藏
    在前期钢纤维混凝土材料性能试验、管片力学性能试验的基础上,采用FLAC 3D对硬岩隧道纯钢纤维混凝土管片施工进行数值模拟,并在青岛市地铁1号线开展现场试验。结果表明,与普通管片相比,纯钢纤维混凝土管片具有更好的抗裂性能,可有效减少裂缝的产生,减少约60%缺棱掉角现象;采用纯钢纤维混凝土管片可更为有效的控制地表沉降、侧壁收敛、拱顶沉降;硬岩隧道一般工况下管片处于全截面受压状态,无需配置受拉钢筋,钢纤维完全取代受力钢筋是切实可行的。
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    机械与能动工程
    柔性Rushton桨的振动特性
    刘欣,杨锋苓
    2020, 50(5):  50–55.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.009
    摘要 ( 4 )   PDF(1980KB) ( 1 )   收藏
    为了避免柔性Rushton桨的共振现象,研究搅拌桨的固有频率。采用试验测试的方法,研究该桨在静止及不同转速时的时域特性,并基于快速傅里叶变换法,得到频域特性。结果表明:静止状态下柔性叶片的振动能量主要集中在1~7 Hz的频带上,不同转速时柔性叶片的振动能量主要集中在各自峰值对应的频带上,其中在47~52 Hz的频带上,试验测量的各转速数据均有加速度峰值分布。在转速为2.5 r/s时,加速度幅值明显增大,主振频率等于固有频率2.5 Hz,可判定此时发生共振。因此,通过试验测试得到共振转速的方法,可为柔性桨合理选择转速提供依据。
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    湿法脱硫塔一维传热传质性能模型理论与试验
    陈保奎,孙奉仲,高明,史月涛
    2020, 50(5):  56–63.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.539
    摘要 ( 8 )   PDF(1016KB) ( 1 )   收藏
    为预测湿法脱硫系统(wet flue gas desulfurization, WFGD)浆液温度,提出湿烟气绝热饱和温度的概念,推导浆液温度与入口烟气温度及含湿量的函数关系。基于预测的浆液温度,建立脱硫塔内液滴运动、热质传递及压差分布一维耦合数学模型;分析脱硫系统三维不均匀性对于模型准确度的影响;用龙格-库塔法对模型进行迭代求解,探讨脱硫塔内主要运行变量(浆液颗粒直径、烟气入口温度及液气比)对传热传质的影响,获得相关参数的一维分布规律。为验证模型的正确性,分别进行现场测试和物模试验。结果表明,预测的浆液温度与现场实测温度有较好的一致性,最大相对误差为4.56%;浆液颗粒直径是影响传热传质的主要因素;颗粒在下降过程中速度迅速衰减,并趋向于最终不变值;烟气温度沿塔高呈指数规律分布。与模型预测温度及压力相比,物模试验温度分布与压力分布的最大相对误差分别为4.72%和6.46%。模型具有较高的准确度,对脱硫塔的设计、运行及SO2的传质研究有指导意义。
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    电气工程
    虾米腰弯管内置导流板优化
    祁金胜,曹洪振,石岩, 杜文静, 王湛
    2020, 50(5):  64–69.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.093
    摘要 ( 12 )   PDF(5096KB) ( 5 )   收藏
    为研究虾米腰弯管内流场分布,改善管内流场均匀性,采用Realizable k-ε模型对加装导流板前后的弯管内湍流二次流动进行三维数值模拟研究。结果表明:虾米腰弯管内未布置导流板时,在流体转弯后水平直管段出现较大范围的低速区,同时出现回流现象,气流分布极不均匀且阻力损失较大。布置导流板后,能有效改善弯管内流体的流动特性并降低系统能量损失。分析不同数量、不同结构、不同布置方式的导流板对弯管内流场均匀性、进出口压降的影响,提出虾米腰弯管内导流板最优布置方式为:导流板的数量为3块、中心角为60°、导流板均靠后布置。
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    基于BP神经网络的短期光伏集群功率区间预测
    孙东磊,王艳,于一潇,韩学山,杨明,闫芳晴
    2020, 50(5):  70–76.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.706
    摘要 ( 5 )   PDF(3970KB) ( 3 )   收藏
    针对大规模光伏并网给电力系统安全稳定运行带来的严峻挑战,考虑传统单一光伏场站功率预测的局限性,以区域性光伏集群功率为研究对象,提出一种基于BP神经网络的光伏集群功率的区间预测方法。通过互信息方法对变量进行相关性分析,提取关键解释变量作为输入变量,利用主成分分析进行数据降维,解决了光伏集群功率预测大数据处理的问题。利用神经网络在数据挖掘和非线性关系拟合方面的优越性,将神经网络和非参数概率预测相结合,量化光伏集群功率预测结果的不确定性。实验算例采用中国某地区10个光伏场站,利用未降维的原始数据与本研究所提出的数据降维方法进行对比,分别计算80%和90%预测区间,结果表明,本研究所提出的预测方法预测区间带更窄,具有更好的预测效果。利用本研究所提模型预测了某天超前72 h的80%和90%置信区间,验证了该方法的可行性和先进性。
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    偏心方圆节扩散管数值模拟
    曹洪振,祁金胜,袁宝强,杜文静,王湛
    2020, 50(5):  77–82.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.169
    摘要 ( 6 )   PDF(3664KB) ( 2 )   收藏
    采用ANSYS Fluent对底部相切的偏心方圆节扩散管进行数值模拟。试验数据验证数值模型的准确性。比较同心方圆节与偏心方圆节流场的差异,探究扩散管长度对流场的影响,通过添加导向板对高扩散角的偏心方圆节进行优化。模拟结果表明,偏心方圆节扩散管长度与烟道总压降和流场均匀性呈非线性关系,增大扩散管长可降低局部损失。高扩散角的偏心方圆节添加导向板可降低管道局部损失,提高流场均匀性。
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    烟气成分对湿式电除尘器电晕放电特性的影响
    王磊,张玉磊,李兆东,张金峰,王翔
    2020, 50(5):  83–89.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.748
    摘要 ( 11 )   PDF(1116KB) ( 2 )   收藏
    建立单通道线板式湿式电除尘器机理实验台,考察烟气中主要成分(O2、H2O和粉尘)对湿式静电除尘器放电特性的影响。随着烟气成分(O2、H2O和粉尘)浓度的增加,空间静电场中负电荷密度增加,电场分布均匀性提高,抑制电晕放电,电晕电流降低;随着电压升高,烟气成分对电晕放电的抑制作用减弱。其中,烟气中O2的体积分数增加引起电晕电流下降的速率不为常数,O2体积分数小于6%时,下降速率明显减小。烟气中液相水滴附着在电晕线表面引起表面电场畸化,起晕电压降低,击穿电压提高,湿式静电除尘器的工作电压窗口增大。电晕电流与烟气中粉尘浓度呈线性相关关系,粉尘粒径越小对电晕放电的抑制作用越明显。
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    含电极式电锅炉的地区电网电源侧综合效益分析
    葛维春,李昭,赵东,李振宇,叶青,傅予,于娜
    2020, 50(5):  90–98.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.571
    摘要 ( 3 )   PDF(1429KB) ( 1 )   收藏
    为了研究提升地区电网风电消纳能力后的综合效益情况,兼顾现行的电力调峰辅助服务交易规则,建立基于熵权法的地区电网综合效益的综合评价指标。综合考虑风电功率的不确定性和有偿调峰辅助服务费用等因素,基于整体模型法建立地区电网综合效益的评估模型。采用算例试验对所提模型进行仿真验证,算例结果分析表明,电源侧配置电极式电锅炉方案相较于替代方案可以提高地区电网风电消纳能力,为系统提供充足的灵活性,能够有效提升地区电网电源侧综合效益。
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    基于特征频带相电流提取的故障选相和选线方法
    张贺军,王鹏,徐凯,石访
    2020, 50(5):  99–106.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.024
    摘要 ( 7 )   PDF(2018KB) ( 3 )   收藏
    为有效提高故障选相和选线的准确率,提出基于三相暂态电流信号小波分析的故障选相和选线方法。通过母线处故障相和两健全相的暂态电流差异判断出故障相;对各条线路的暂态电流进行小波包的分解和重构,计算各条线路暂态电流在特征频带内的重构系数比值,利用此值的差异辨识故障线路;在PSCAD仿真软件中搭建包含架空线-电缆混合线路的10 kV典型配电网模型,考虑不同中性点接地方式和过渡电阻大小,利用多组仿真算例验证了所提出故障选相和选线方法的正确性。
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    化学与环境
    环境中高氯酸盐的来源、水污染现状与处理工艺研究进展
    高宝玉,宋雯,姚广平,岳钦艳
    2020, 50(5):  107–117.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.572
    摘要 ( 6 )   PDF(2942KB) ( 1 )   收藏
    高氯酸盐具有高稳定性、高水溶性、强氧化性和低挥发性,广泛应用于军工制造、航空航天与工业生产等领域。伴随着空气流动和水体迁移,越来越严重的高氯酸盐水体污染现象已在全球范围内引起广泛关注。有关高氯酸盐的来源、水体污染现状和治理工艺,国外已开展了较为全面的研究与调查,我国仍处于起步阶段,严重忽视高氯酸盐的环境污染问题,缺乏对其系统深入的处理工艺研究,更缺少相关环境质量标准与安全浓度限值。综述了高氯酸盐的来源、危害和水污染现状,分析了世界已有的高氯酸盐浓度限值标准,并重点总结了高氯酸盐处理工艺的研究进展,以期为我国高氯酸盐污染问题的深入研究和相关法律法规的制定提供借鉴与参考。
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    基于微博数据的台风“山竹”舆情演化时空分析
    张岩,李英冰,郑翔
    2020, 50(5):  118–126.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.371
    摘要 ( 3 )   PDF(5326KB) ( 0 )   收藏
    将情感分析模型、动态演化模型、话题聚类模型、网络社团模型结合地理可视化技术应用到台风的灾害评估中。将微博情绪与台风灾害联系起来,从情感值与讨论热度两个角度入手,根据台风“山竹”相关话题的25 798条微博数据,完整的展示本次事件网络舆情的演化过程,通过隐含狄利克雷分布(latent dirichlet allocation, LDA)主题模型挖掘用户关注话题,发现台风登陆事件与湖南收费站事件对公众情绪的消极影响;抽取台风“山竹”相关微博中蕴含的地理位置信息,建立广东省21个城市的网络社团模型,检验用户情绪、城市词频、用户位置、网络节点活跃度等指标探测受灾城市的能力;根据广东省38个气象站点的24 h最大降雨数据进行空间插值。降水主要集中在广东南部地区,阳江市发生特大暴雨,引发了严重的洪涝灾害,其情绪值也是最低的。
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