山东大学学报 (工学版)

基于遗传算法的道路安定极限优化求解方法

宋修广,张营超,庄培芝,杨鹤,张海凤,王娟

2021, 51(5): 1-7. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.153

摘要 ( 1270 )

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为解决长期往复车辆荷载作用下道路结构易产生弹塑性变形的问题, 基于静力安定定理研究Hertz荷载作用下半无限空间Mohr-Coulomb结构的安定行为, 引入遗传算法构建往复车辆荷载作用下道路结构安定极限下限值的高效计算方法。通过与现有求解方法进行对比和参数分析, 验证了新方法的准确性，计算过程在10 s内完成。

考虑尺寸效应的桩侧摩阻力修正计算方法

庄培芝,张营超,宋修广,杨鹤,郭志成,胡岩

2021, 51(5): 8-15. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.161

摘要 ( 1174 )

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为研究砂颗粒尺寸效应对桩侧摩阻力的影响, 开展理论分析和室内模型试验研究桩侧摩阻力随桩径、桩表面粗糙度和砂土中值粒径的变化规律, 建立考虑尺寸效应的桩侧摩阻力修正计算方法。考虑尺寸效应后, 通过拟合试验数据得到桩-土界面极限摩擦角与相对粗糙度的关系。为反映尺寸效应对桩侧法向应力增量的影响, 将桩-土界面剪切带视作弹性空心圆柱, 基于小孔扩张理论建立桩侧法向应力增量的改进计算方法, 并通过与模型试验结果对比验证该方法的可靠性。研究表明, 在一定范围内桩侧摩阻力主要受桩-土界面相对粗糙度和桩基与砂土中值粒径的比值两个参数影响, 其中界面相对粗糙度和桩基与砂土中值粒径比值分别通过影响桩-土界面极限摩擦角和法向应力增量进而影响桩侧摩阻力。研究结果可为微型桩等小直径桩基承载力设计提供相应的理论依据。

同步定位与建图技术发展综述

吴建清,宋修广

2021, 51(5): 16-31. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.168

摘要 ( 2270 )

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同步定位与建图(simultaneous localization and mapping, SLAM)技术作为智慧交通领域研究的热点, 是无人驾驶车辆自主规划路径的关键。围绕SLAM技术相关传感器类型、定位、制图、多传感器融合四方面, 从优缺点、适用范围、概率算法、地图类型及融合方式出发, 介绍SLAM技术实现过程中的各个环节, 系统阐述了国内外相关的研究成果。基于多传感器融合SLAM, 分析了目前常见的融合SLAM技术难题, 对SLAM技术的未来发展趋势及实际工程应用做出展望。

建筑结构抗下击暴流研究综述

田利,毕文哲,SIDDIQUISarim Saleem,刘凯悦

2021, 51(5): 32-41. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.102

摘要 ( 1570 )

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介绍国内外对建筑结构抗下击暴流研究的主要科研成果, 从现场实测、解析模型、数值模拟、风洞试验和结构的风振响应分析5个方面展开论述, 关注与人民生产生活息息相关的各类建筑结构, 系统总结现阶段国内外对结构抗下击暴流的研究进展和存在的问题。对建筑结构抗下击暴流的研究方向进行了展望。

电力系统频率动态行为衍变与分析方法需求综述

张恒旭,曹永吉,张怡,李常刚,阮佳程,TerzijaVLADIMIR

2021, 51(5): 42-52. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.174

摘要 ( 1190 )

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低惯量可再生能源发展导致电力系统运行形态发生变化, 频率动态行为愈加复杂, 频率安全稳定面临新的挑战。阐述频率动态响应过程, 综述频率动态行为量化特征和分析方法, 强调基于人工智能分析方法的优势和前景。从可再生能源发电强波动、电源非同步并网低惯量及大功率缺额与连锁故障高风险三个角度, 分析电力系统运行形态变化, 探讨对频率分析与控制的新要求。剖析可再生能源快速发展背景下电力系统等效惯量的内涵, 综述可再生能源虚拟惯量控制方法, 强调多类型虚拟惯量协调控制的优势和前景。总结频率分析与控制领域中亟待研究的重点内容, 给出后续研究建议。

新能源爬坡事件综述及展望

韩学山,王心仪,杨明,于一潇

2021, 51(5): 53-62. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.287

摘要 ( 2462 )

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从爬坡的定义方式、预测方法、控制策略三个层面出发, 对以风电、光伏为代表的新能源爬坡事件进行概述。列举爬坡事件常用的定义并分析其优劣性; 总结爬坡事件目前主流的预测方法，根据是否利用功率预测结果分为直接法和间接法, 并对常用的评价指标进行介绍; 阐述目前爬坡控制策略常用的方法, 按照有无储能参与分为无储能参与的有限度控制策略和有储能参与的联合控制; 对目前研究仍存在的问题和未来重点研究方向进行总结。

海洋波浪能发电装置研究进展

刘延俊,武爽,王登帅,王若宏

2021, 51(5): 63-75. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.234

摘要 ( 3404 )

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为准确把握海洋波浪能利用技术的发展情况, 以海洋波浪能发电装置为出发点, 综述当前的重要研究进展。波浪能装置形式尚未收敛, 以不同的能量捕获方式为分类原则, 介绍振荡水柱式、越浪式和振荡体式3类主流装置的工作原理及其能量转换系统。分析每类装置的优缺点，选取典型工程装置展开详细的介绍。对我国已经完成海试的工程装置情况进行整理, 发现振荡体式是我国当前最主流的装置形式。总结波浪能发电装置性能评价的研究进展, 目前尚未形成统一的评价标准。分别从高效性与稳定性、可靠性与成本和多元化综合平台建设3个方面探讨波浪能发电装置发展所面临的困难及主要的突破方向。

换热器结构发展综述及展望

杜文静,赵浚哲,张立新,王湛,季万祥

2021, 51(5): 76-83. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.423

摘要 ( 3083 )

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主要介绍换热器200余年的发展历程，对不同结构换热器的产生及典型应用进行综述。重点阐述管壳式换热器、板式换热器、微结构换热器和印刷电路板换热器四种不同结构的换热器，及其为了实现强化传热所开展的相关几何参数优化和结构改进的发展工作。分析现有换热器结构设计中存在的问题与限制，总结换热器结构更新的具体建议和发展趋势。

混凝土不同骨料粒径对声发射检测的影响

李军伟,徐飞,王兵,高阳

2021, 51(5): 84-90. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.016

摘要 ( 850 )

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利用声发射技术对不同骨料粒径的混凝土试件进行断铅试验。探究不同骨料粒径对声发射检测混凝土材料定位精度、声速标定、时间参数设定的影响和最优传感器布置方式的选取。结果表明: 骨料是影响声发射检测精度的主要因素之一, 骨料粒径每增大5 mm, 声速下降7.5%;骨料粒径每增大5 mm, 上升时间下降3.5%左右, 且最大上升时间不超过200 μs; 进行“多次多点”测试能合理的确定最优传感器布置方式并有效减小定位误差, 但不能消除误差。

基于数字图像的微观尺度下方解石脉对页岩各向异性的影响

宋怀雷,邬忠虎,李利平,娄义黎,孙文吉斌,刘镐,左宇军

2021, 51(5): 91-99, 106. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.276

摘要 ( 996 )

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通过对牛蹄塘组页岩岩芯进行显微薄片观察和岩芯X射线全岩矿物衍射分析, 并进行7组不同方位角下的直接拉伸数值试验。试验结果表明: 方解石脉对页岩抗拉强度各向异性影响显著, 随着方位角α的增大, 抗拉强度逐渐递减, 抗拉强度的方解石脉结构效应系数随方位角α的增大呈曲线型增长趋势, 在α=90°达到最大, 为0.127;不同角度下的页岩试样破坏模式异常复杂, 大致可归纳为以下3类: 树根形(0°、15°)、台阶形(30°、45°、60°)和河流形(75°、90°), 裂缝优先沿方解石脉扩展, 在水力压裂过程中可能会抑制页岩基质内复杂裂缝网的形成; 不同角度的方解石脉下耗散能的释放也有显著的差异, 当α=0°、15°、30°、45°时, 声发射(acoustic emission, AE)能量在前期较小, 接近峰值应力时快速增加直至最大; α=60°、75°、90°时, AE能量在初期较小, 中期开始增加, 接近峰值应力时最大; 累计AE能量随着应变的增大大致呈指数增加, 增长过程由3个阶段构成: 平缓期、加速期和暴增期。研究成果对页岩储层水力裂缝萌生、扩展预测以及提高采收率等具有重要的参考价值。

波浪动荷载作用下吸力式桶形基础水平承载性能

罗浩天,武科,厉雅萌,徐嘉祥,邢志豪

2021, 51(5): 100-106. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.443

摘要 ( 982 )

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针对波浪、风等水平动荷载作用下吸力式桶形基础的水平极限承载能力，采用显式动力方法，建立波浪动荷载作用下吸力式桶形基础的力学模型，基于无限边界与瑞利阻尼进行模型优化分析，开展相同水平位移条件下静荷载、动荷载(作用时间0.5、1、2、5 s)模式下地基极限承载性能对比研究。研究结果表明，与静荷载作用相比，不同动荷载作用时间下桶形基础的水平极限承载能力变化曲线随着加载时间的增大而降低，逐渐趋近于静荷载承载力曲线；受到海床岩土介质阻尼影响，桶体在水平荷载作用下的旋转中心随着动荷载作用时间的减少而向桶体顶部上移。

基于差分进化算法的配电网智能换相策略

赵云龙,车仁飞,陈家辉

2021, 51(5): 107-113, 121. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.110

摘要 ( 913 )

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结合三相智能换相开关的换相过程, 提出一种以差分进化算法为核心、以混合固态开关为基础的配电网智能换相系统。以三相电流不平衡度和换相开关动作次数为目标, 采用差分进化算法对换相策略进行寻优, 通过初始化、变异、交叉与选择操作, 获得最优的换相策略, 提高了系统的实时性和准确性。通过将磁保持继电器与以绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)为主体的固态开关相结合方式, 提出采用混合固态开关进行快速切换的方法, 使换相开关具有功耗低、通流能力强的特点, 提高了系统的可靠性。通过实际测试验证了算法和切换开关在快速切换与提高换相过程电能质量方面的可行性。

基于NWP辐照度斜面转换的光伏功率预测方法

姜文玲,赵艳青,王勃,冯双磊,裴岩,张菲

2021, 51(5): 114-121. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.104

摘要 ( 1593 )

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短期光伏功率预测统计方法一般采用数值天气预报(numerical weather prediction, NWP)的水平辐照度, 而不是倾斜安装的光伏板上接收到的斜面辐照度, 导致预测精度不足。针对这一问题提出新的辐照度斜面转换方法, 先将散射辐射分为属性不同的分子散射、米散射, 再对两者分别进行斜面转换; 采用该方法将NWP水平辐照度转换为NWP斜面辐照度, 再基于NWP斜面辐照度进行光伏功率建模与预测。算例结果显示, 本方法的预测精度(均方根误差为10.25%、相关性系数为0.914 0)高于直接采用NWP水平辐照度的传统方法。

通风柜下侧挡板和导流板对流场的影响分析

闫睿一,董震,鲁森,赖艳华,吕明新

2021, 51(5): 122-130. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.177

摘要 ( 1173 )

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针对现有通风柜流场存在涡流以及气体逸出的现象, 采用计算流体动力学的方法进行仿真。更改通风柜窗口下侧结构的形状参数, 分别使用不同半径的圆弧挡板, 不同长度的椭圆弧挡板, 以及增设不同半径的导流板。通过分析通风柜内涡流大小以及出现位置来研究结构变化对通风柜内流场的影响, 从而得到结构优化的方向。结果表明, 下侧挡板高度较低且长度较短时, 通风柜的中心位置以及壁面附近存在明显的大涡流; 高度大于50 mm, 长度大于90 mm的挡板可使通风柜中心处及挡板与侧壁面交界处的涡流明显减小。增设导流板可使中心涡流消失, 同时导流板半径不能大于70 mm, 否则会在导流板外侧和末端激发明显的涡流, 为通风柜的合理化设计提供依据。

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