当期目录

2020年 第50卷 第6期 刊出日期：2020-12-20

  

机械工程———海洋工程与技术专题

波浪能发电装置浮体形状参数对俘能性能影响

刘延俊,王伟,陈志,王冬海,王登帅,薛钢

2020, 50(6):  1-8,16.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.160

摘要 ( 1366 )   HTML ( 166 )   PDF (6369KB) ( 1723 )   收藏

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为明确振荡浮子式波浪能装置浮体形状参数对俘能性能与工作稳定性的影响, 建立线性能量输出系统作用下的浮体频域计算模型, 推导俘能功率与俘能宽度比的计算公式, 介绍浮体频域数值模拟步骤, 运用ANSYS-AQWA软件开展研究, 计算并对比不同底面形状和圆台半顶角下浮体的俘能功率与俘能宽度比, 探讨浮体形状参数对其俘能性能的影响规律, 为适用于锚泊浮台的波浪能供电装置浮体形状参数优化提供理论基础。研究结果表明:相对于圆锥和圆球底面, 圆台底面的实际制作可行性高, 且在中频波段的俘能性能与俘能稳定性均优于一般圆柱浮体; 上大下小型圆台浮体的俘能性能和工作稳定性较好, 半顶角增加时, 浮体的俘能性能增加且可改善浮体的中频俘能性能, 可根据工作波况合理选择最佳的半顶角, 使得浮体具有最佳的俘能性能与工作稳定性。

深拖地震线列阵的动力学建模与位置预报

朱向前,魏峥嵘,裴彦良,于凯本,宗乐

2020, 50(6):  9-16.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.084

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鉴于传统反演法无法准确计算线列阵位置,提议搭建拖体-线列阵-阻力伞系统的动力学模型,借助动力学仿真计算线列阵的位置。参照实际海试数据,分别基于传统反演法和仿真法计算线列阵的位置,继而计算海底反射波的走时。通过对比反射波实际的走时记录,表明传统反演结果存在数据错位现象,而动力学仿真结果连续稳定且与实际记录吻合。动力学仿真是一种有效预报线列阵位置的方法。

淹没深度对三自由度波能浮子获能的影响

黄淑亭,翟晓宇,刘延俊,史宏达

2020, 50(6):  17-22.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.035

摘要 ( 1199 )   PDF (6421KB) ( 291 )   收藏

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为明确浮子淹没深度对三自由度浮子装置获能的影响,提出漂浮式与淹没式两种浮子模型,计算并比较在不同淹没深度和波浪条件下浮子的获能特性。浮子模型具有纵荡、垂荡与纵摇3个运动自由度。浮子选用直立圆柱体浮子。淹没深度分别设置为其高度的0.5、1.0、1.5与2.0倍,质量相同。漂浮式浮子模型作为对照,基于线性势流理论与边界元方法,建立浮子水动力学模型,计算浮子水动力学参数及运动响应,并采用线性能量转换(power take-off, PTO)系统阻尼,计算并对比浮子在最优PTO阻尼下的平均输出功率,分析淹没深度对浮子获能的影响。研究结果表明,增大淹没深度可以减小浮子的波浪激励力和平均输出功率。对于三自由度浮子,漂浮浮子在低频波浪下获能特性较好,而具有较小淹没深度的浮子在高频波浪下性能更优。

尾缘襟翼振荡水翼的水动力特性

孙光,王勇,谢玉东,陈晨,张玉兵

2020, 50(6):  23-29.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.052

摘要 ( 1158 )   PDF (6013KB) ( 301 )   收藏

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为了提高振荡水翼的能量提取效率,提出一种带尾缘襟翼的振荡水翼结构,在传统水翼的后端加装尾缘襟翼,利用尾缘襟翼的摆动达到提高功率的目的。建立襟翼摆动的运动方程并对等效攻角方程进行推导。利用CFD软件中的动态和移动网格技术对模型进行数值模拟。仿真结果显示,尾缘襟翼结构增加水翼翼型的拱度,使水翼的攻角增加,进而增加振荡水翼的升力系数和时均功率系数。推导的等效攻角公式与模拟结果一致,等效攻角公式能够较好的预示模拟结果。尾缘襟翼的摆动负功在整个振荡水翼采集功率中占的比例很小。

深海带电插拔连接器力学特性分析

韩家桢,王勇,谢玉东,王启先,张新标,高文彬,李荣兰,张传军

2020, 50(6):  30-39.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.127

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以水下7 000 m工况的深海带电插拔连接器为研究对象,旨在获得湿插拔连接器在深海双重高压下的受力特性和插拔过程中的动密封性能。介绍连接器的插头结构与压力补偿技术;推导压力补偿器工作容积的计算公式;运用Ansys Workbench建立插头内壳体组件与插孔组件的动密封有限元模型,对内壳体、压力平衡膜及内胆进行强度计算;分析由连接器插拔引起的平衡膜内外瞬时压差对膜的应力分布及变形情况;讨论密封件径向压缩量、密封接触面摩擦因数、插拔速度对插拔过程中动密封性能的影响。结果表明:插头插合时,平衡膜外表面应力基本不变,其变形减小;拔出时,平衡膜外表面的应力及变形都逐渐增大。密封件之间的接触压力受密封接触面过盈配合量的影响明显,增大过盈配合量可显著提高动密封区域的接触压力及密封性能,同时也会加剧密封件失效的可能性,密封接触面的摩擦因数、插拔速度对接触压力的影响则较小。

振荡翼改进运动模型的能量捕获性能分析

乔凯,王启先,王勇,谢玉东

2020, 50(6):  40-47.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.202

摘要 ( 1255 )   PDF (3822KB) ( 426 )   收藏

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为了提高振荡水翼的水动力性能和能量捕获效率,基于传统简谐运动模型提出改进运动模型,通过引入俯仰运动系数k,推导改进后俯仰运动规律的一般形式,利用Fluent软件建立水翼的二维模型,综合分析半主动振荡模型下不同俯仰运动系数、折算频率和俯仰振幅等运动参数对水翼能量捕获性能的影响。结果表明:与传统简谐运动模型相比,改进运动模型能够使水翼升力系数在较长时间段内维持较大数值,提高水翼的升力系数和捕能效率;在相同的折算频率和俯仰振幅下,减小俯仰运动系数会增大俯仰角转动的角速度,进而增大俯仰运动所消耗的能量;不同俯仰振幅下对应不同的最优折算频率,折算频率越低水翼的捕能性能越不稳定,俯仰振幅越大,转动俯仰角所消耗的能量越多。在给定参数条件下,水翼的能量转化效率可超过40%。

机器学习与数据挖掘

带特征指标约束描述的设计模式分类挖掘

肖卓宇,何锫,陈果,徐运标,郭杰

2020, 50(6):  48-58.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.229

摘要 ( 1060 )   HTML ( 27 )   PDF (1397KB) ( 512 )   收藏

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为解决设计模式挖掘正确率较低的问题, 提出一种带特征指标约束描述的设计模式分类挖掘方法。归纳了47种特征指标, 给出了设计模式约束定义, 对设计模式特征进行了描述, 以Adapter模式、Command模式、Factory Method模式为例, 分结构型、行为型与创建型3类挖掘设计模式, 设计了3个基准系统与4个经典系统的设计模式挖掘试验。试验结果表明, 本研究方法对基准系统的Adapter模式、Command模式、Factory Method模式挖掘正确率为96.13%、91.67%、72.23%, 对经典系统挖掘正确率分别为84.3%、81.26%、73.17%, 与传统方法比较, 本研究方法取得了较好的效果。

基于NRC和多模态残差神经网络的肺部肿瘤良恶性分类

霍兵强,周涛,陆惠玲,董雅丽,刘珊

2020, 50(6):  59-67.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.235

摘要 ( 1154 )   PDF (2600KB) ( 265 )   收藏

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针对深度卷积神经网络训练时的网络退化、特征表达能力不强等问题,提出一种基于非负表示分类和多模态残差神经网络的肺部肿瘤(residual neural network-non negative representation classification, resnet-NRC)良恶性分类方法。使用迁移学习将预训练残差神经网络模型初始化参数;分别用CT、PET和PET/CT 3个模态的数据集训练残差神经网络,提取全连接层的特征向量;采用非负表示分类器(non-negative representation classification, NRC)对特征向量进行非负表示,求解非负系数矩阵;利用残差相似度进行肺部肿瘤良恶性分类。通过AlexNet、GoogleNet、ResNet-18/50/101模型进行对比试验,试验结果表明,ResNet-NRC分类效果优于其它模型,且特异性和灵敏度等各项评价指标也较高,该方法具有较好的鲁棒性和泛化能力。

中文对话理解中基于预训练的意图分类和槽填充联合模型

马常霞,张晨

2020, 50(6):  68-75.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.236

摘要 ( 1200 )   PDF (953KB) ( 708 )   收藏

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基于预训练和注意机制的意图分类和语义槽填充,提出一种结合双向长短时记忆(bidirectional long short-term memory, BiLSTM)、条件随机场(conditional random fields, CRF)和注意机制的双向编码(bidirectional encoder representations from transformers, BERT)具有双向编码表示和注意机制的联合模型。该模型无需过多依赖手工标签数据和领域特定的知识或资源,避免了目前普遍存在的弱泛化能力。在自主公交信息查询系统语料库上进行的试验表明,该模型意图分类的准确性和语义槽填充F1值分别达到98%和96.3%,均产生有效改进。

融合残差块注意力机制和生成对抗网络的海马体分割

张月芳,邓红霞,呼春香,钱冠宇,李海芳

2020, 50(6):  76-81.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.230

摘要 ( 1490 )   PDF (3203KB) ( 397 )   收藏

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研究一种基于改进的生成对抗网络的深度学习方法对海马体进行分割。提出不同的卷积配置,以捕获由分割网络获得的信息。提出以Pixel2Pixel为基本架构的生成对抗网络模型,生成模型结合残差网络以及注意力机制的编解码结构以捕获更多细节信息。判别网络采用卷积神经网络对生成模型的分割结果和专家分割结果进行判别。经过生成模型和对抗模型不断地传递其损失,使生成模型达到分割海马体的最优状态。使用来自ADNI数据集130名健康受试者的T1加权MRI扫描和相关海马标签作为训练和测试数据,以相似度系数作为评价指标,准确率达到89.46%。试验结果表明,该网络模型可以实现高效地自动分割海马体,对于阿尔茨海默症等疾病的正确诊断具有重要的现实意义。

土木工程

喷扩锥台压灌桩最优构造

李连祥,邢宏侠,李金良,黄亨利,王雷

2020, 50(6):  82-91.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.090

摘要 ( 1581 )   HTML ( 26 )   PDF (6556KB) ( 283 )   收藏

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根据喷扩锥台压灌桩现场试验结果，运用Abaqus软件建立试验数值模型，得到竖向荷载作用下锥台扩径体(下称锥台)对周边土体的影响规律：明确锥台下2D~3D(D为锥台直径)范围土体有挤压作用，锥台下0.5 m处达到极限；锥台上部土体出现应力松弛，在锥台顶部达到极限，影响范围上延1.25D；水平影响范围为1.5D~2.5D；锥台最优喷扩角度为50°~55°；最优扩径比为2~2.75；最优位置为桩端上部D~2D；定喷翼板至桩顶下7~8 m时最佳。最优构造模型可提高承载力19%，建议采用最优构造桩型进一步提高效益，促进该桩应用。

松散地层隧道进洞段管棚注浆加固效应分析

余俊,翁贤杰,樊文胜,张连震

2020, 50(6):  92-100.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.277

摘要 ( 1201 )   PDF (6540KB) ( 264 )   收藏

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依托江西萍莲高速莲花隧道,建立考虑松散地层隧道进洞段管棚注浆加固效应的隧道开挖三维有限元计算模型,实现不同管棚注浆加固参数对隧道开挖稳定性影响的定量分析,在数值计算过程中研究注浆加固区力学参数(弹性模量、黏聚力)、管棚间距、注浆半径等因素对隧道稳定性的影响,并将研究成果应用于依托工程中,验证数值计算结果的正确性。研究结果表明:在隧道进洞段,隧道拱顶区域与掌子面前下方区域存在塑性区,上述2个区域为隧道进洞开挖过程中最易失稳的区域;管棚注浆加固可有效限制围岩变形,降低围岩体积应变,且管棚注浆加固区可有效隔离拱顶区域的围岩塑性区,有利于保证隧道拱顶安全;在整个管棚注浆加固长度内,管棚最大沉降量出现在隧道开挖掌子面附近;管棚最大沉降量的绝对值与注浆加固区弹性模量及注浆半径负相关,而与管棚间距正相关,但管棚间距对管棚最大沉降量的影响程度相比其他2个因素小。

电气工程

电动汽车虚拟储能可用容量建模

李蓓,赵松,谢志佳,牛萌

2020, 50(6):  101-111.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.128

摘要 ( 1381 )   HTML ( 29 )   PDF (2357KB) ( 550 )   收藏

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为实现对广域布点的电动汽车虚拟储能(electric vehicle virtual energy storage，EVVES)的合理调用，通过聚类划分参与EVVES服务的电动汽车类型，结合各类电动汽车车主的用车习惯(如日行驶里程、充放电规律、期望备用出行电量等)、市场对EVVES响应度的影响、可用储能容量冗余设计等多方因素，综合建立可供调度的虚拟储能容量估算模型；结合电力系统对储能参与系统紧急功率支撑、峰谷差调节以及平滑可再生能源输出等有偿辅助服务的技术需求，提出EVVES供需匹配依据。基于蒙特卡洛模拟方法，验证模型实时估算不同时段响应虚拟储能(virtual energy storage，VES)服务的可用容量的实用性，对后续开展EVVES的运营实践奠定了基础。

基于RTDS的配电网一二次融合仿真技术

李志,余绍峰,苏毅方,王蔚,蒋宏图,张伟

2020, 50(6):  112-117.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.683

摘要 ( 1084 )   PDF (1504KB) ( 238 )   收藏

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提出一种基于实时数字仿真仪(real time digital simulator, RTDS)的配电网一二次设备融合仿真技术。阐述配电网一二次设备融合仿真系统的基本要求和总体框架,并给出仿真系统的总体设计方法。从一二次设备数据获取、接口、转换以及算法选取等方面,提出仿真系统的具体实现方法。以采用所提的仿真系统对配电网继电保护算例进行仿真,整个仿真系统的响应时间在2~3个仿真步长,验证了所提一二次设备融合仿真技术的可行性和有效性。

芒刺参数对电晕放电及细颗粒物脱除特性的影响

王磊,李明臻,王翔

2020, 50(6):  118-128.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2019.574

摘要 ( 1050 )   PDF (1725KB) ( 296 )   收藏

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为研究芒刺电极参数对电晕放电及颗粒物脱除特性的影响,建立静电除尘器机理实验台。在不同电压和颗粒物浓度下,分别研究了芒刺厚度δ和芒刺间距L对电晕电流及PM_2.5、PM₁₀脱除效率的影响。结果表明,薄芒刺电极的电晕放电和对各粒径段颗粒物的脱除能力高于厚芒刺电极,其中对粒径为0.2~2 μm的颗粒物的脱除效率提升明显;低电压和高颗粒物浓度时,薄芒刺电极对电晕放电和颗粒物脱除能力的提升尤为明显。随着芒刺间距的减小,电晕电流和颗粒物脱除效率均呈先增大后减小的趋势。芒刺间距为50 mm时,电极的电晕电流最大;芒刺间距为80 mm时,电极对PM_2.5、PM₁₀的脱除效率最高。研究结果为静电除尘器中芒刺电极的设计、选型提供了参考依据。

含不凝气蒸汽在锯齿形表面的凝结传热特性

闫吉庆,王效嘉,田茂诚

2020, 50(6):  129-134.  doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.295

摘要 ( 867 )   PDF (3240KB) ( 205 )   收藏

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为了在含不凝气蒸汽凝结过程中获得更高的热效率,提出新型锯齿形强化板并建立其二维模型,使用Fluent软件对锯齿形强化板和相同规格波纹板的凝结传热特性进行对比研究。建立可同时计算不凝气层及液膜层的凝结传热模型并在数值模拟中通过用户自定义函数进行编译,模型的可靠性通过和相同工况下的试验进行对比得到验证。数值模拟得到两种板型表面的两相流动及热质交换特征,发现相比于波纹板,锯齿形板能够显著提高不凝气层的紊流度,利于相界面处传热传质过程的进行;锯齿形板的液膜会在波节的齿峰处产生周期性的断裂后在下游壁面上重新形成并在波谷处达到最大厚度;相比于波纹板,在所研究工况内锯齿形板的换热能力总体提高60%以上。