山东大学学报 (工学版)

基于非对称U型金字塔重建的轻量级人脸超分辨率网络

蒋桐雨,陈帆,和红杰

2022, 52(1): 1-8, 18. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.312

摘要 ( 818 )

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为解决深度卷积神经网络在人脸超分辨率任务中模型复杂并难以实际应用的问题, 提出一种轻量级人脸超分辨率网络。利用残差编码块构成的编码结构进行特征提取, 在解码结构中引入金字塔重建从而实现快速准确的超分辨率。为降低解码块中上采样操作的参数量, 采用基于分辨率选择的非一致通道扩宽策略。为避免增加分支, 通过热图损失引入人脸先验知识。试验结果表明, 本研究提出的模型轻量有效地实现了超低分辨率人脸图像的超分辨重建, 以较低的模型复杂度, 重建出视觉质量优于其他先进方法的超分辨率人脸图像。

基于模式划分的空调能耗混合填补方法

孙鸿昌,周风余,单明珠,翟文文,牛兰强

2022, 52(1): 9-18. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.308

摘要 ( 684 )

PDF (6838KB) ( 89 )

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针对公共建筑能耗监测平台采集的空调能耗数据存在缺失、异常等问题,提出一种将无监督学习与监督学习结合的基于模式划分的空调能耗混合填补方法。利用k-means聚类算法将空调能耗数据划分至制冷、制热和独立新风3种运行模式中。在制冷及制热模式下,提出了一种BP神经网络(back propagation neural network, BPNN)和改进粒子群优化算法(ameliorate particle swarm optimization, APSO)相结合的混合填补策略,进行能耗填补,采用随机森林(random forest, RF)作为特征提取策略,用改进的惯性权重和速度更新方程的APSO优化BPNN的初始参数;在独立新风模式下,采用k最邻近算法(k-nearest neighbor, kNN)填补能耗。青岛市某商场空调能耗试验数据分析结果表明,与RF-APSO-BPNN算法、BPNN算法、小脑神经网络算法(cerebellar model articulation controller, CMAC)相比,本研究方法填补空调能耗的平均百分比误差分别减少了53.44%、69.39%、62.15%。RF-APSO-BPNN-kNN混合方法填补空调能耗更优于其他算法。

函数型数据的分裂转移式层次聚类算法

孟银凤,杨佳宇,曹付元

2022, 52(1): 19-27. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.301

摘要 ( 619 )

PDF (4014KB) ( 107 )

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针对函数型数据无穷维、低信噪比和动态时变等导致传统聚类方法性能降低、运行速度变慢和结果可解释性变差等问题,提出一种分裂转移式层次聚类(split transfer hierarchical clustering, STHC)算法,与传统层次聚类算法相比,具有能够发现内部层次关系和无需设定聚类个数的特点,选择适当的函数主成分个数重构样本,达到降低曲线噪声的作用。对重构样本进行分裂转移式层次聚类,根据内部准则选出最优聚类个数,并在仿真数据和真实数据上与其他几种函数型数据聚类方法进行试验比较。结果表明,本研究提出的STHC算法具有良好的性能表现和较低的运行时间,同时能够识别出函数型数据的多层次结构,提高聚类结果的可解释性。

台风作用下建筑结构的研究进展

田利,张来仪,王彦明,刘俊才

2022, 52(1): 28-38. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.406

摘要 ( 826 )

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通过对国内外的台风风场模拟、现场实测、风洞试验及建筑结构在台风作用下的风振响应4个方面的研究进展进行论述，关注了人民生产生活影响重大的各类建筑结构，总结台风作用下结构的研究现状和存在的问题。展望了对台风作用下建筑结构需要深入研究的问题。

粉土基泡沫轻质土三轴力学特性

张宏博,刘明朋,孙玉海,杨强,宋修广,李晓亮

2022, 52(1): 39-46. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.113

摘要 ( 801 )

PDF (7901KB) ( 193 )

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引入黄泛区粉土作细集料,介绍一种新的路基填料:粉土基泡沫轻质土。为研究粉土基轻质土的压缩及剪切性能,进行了三轴试验,并考虑围压、湿密度和粉土掺量对力学性能指标的影响。结果显示:三轴试验下的粉土基轻质土的应力-应变曲线符合典型的弹塑性模型,曲线整体上可分为线弹性段、弹塑性段及应力平台阶段;粉土基轻质土的破坏形态在低围压下符合典型的剪切破坏特性,但是当围压较高时多呈端部压碎破坏;围压的增大使得峰值应力增大,但粉土掺量的增大则会降低峰值应力,密度与峰值应力可以近似用指数函数模拟。通过摩尔-库伦强度准则研究粉土基轻质土的抗剪强度,结果显示,粉土基轻质土是一种抗剪性能良好的材料,其内摩擦角与黏聚力随密度提高很大,但是粉土的掺入会降低抗剪性能。基于试验数据,采用椭圆屈服面拟合粉土基轻质土的屈服点,建立了屈服面参数与湿密度与粉土掺量的经验性关系。

薄壁闭口曲线箱梁在温度梯度下的平面外变形

杨则英,赵凤金,张鹏,刘阳宇东,孙英琳

2022, 52(1): 47-57. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.508

摘要 ( 634 )

PDF (1916KB) ( 81 )

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为计算薄壁闭口曲线箱梁由温度梯度引起的内力和位移,基于曲线梁的基本微分方程和最小能量原理,将一次扭转超静定简支曲线梁作为基本结构,考虑薄壁闭口曲线箱梁的翘曲效应,提出一种平面曲线梁温度变形简易解析计算方法。将解析计算结果与有限元计算结果进行对比验证,发现解析计算结果的相对误差小于5%,得出该解析计算方法在计算薄壁闭口曲线箱梁在温度梯度下的平面外变形时具有足够的精度。

基于斜桩支护的框架结构基坑变形分析

张福海,周玉石,刘学港,秦承帅,孙子正,张一鸣

2022, 52(1): 58-65. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.076

摘要 ( 561 )

PDF (5894KB) ( 94 )

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基于数值分析方法与修正剑桥模型理论,针对土-斜桩-框架桩体系共同作用下基坑变形问题, 运用有限元软件ABAQUS模拟斜桩竖向沉降、地下连续墙水平侧移、地表竖向沉降、框架桩水平侧移的受力变形情况。在基坑施工过程中,当斜桩布置较为密集时,上部框架桩结构易受斜桩近距离作用,甚至存在因操作不规范导致的局部搭接,产生较长时间内共同作用,引起较大桩侧变形甚至结构沉降。通过数值分析工具,对多工况参数如斜桩夹角、框架桩尺寸、框架桩与斜桩间距进行参数敏感性分析,获得了结构的力学响应特征及长期变形规律。

水泥粉煤灰-改性水玻璃注浆材料试验研究与应用

夏冲,李传贵,冯啸,赵宏魁,张思峰,武剑峰

2022, 52(1): 66-73. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.106

摘要 ( 742 )

PDF (7614KB) ( 165 )

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为解决传统注浆材料在大体积充填注浆时成本高、固废材料利用低、凝胶时间控制不精确等问题,提出水泥粉煤灰-改性水玻璃注浆材料。通过室内试验分析改性水玻璃配比、改性水玻璃体积分数和粉料比例对浆液初凝时间、终凝时间、流动度及单轴抗压强度的影响规律;通过工程现场试验,研究该注浆材料的可泵性、操作性,利用物理探测方法,对注浆治理效果进行评价。结果表明,水泥粉煤灰-改性水玻璃注浆材料的初凝时间为8~70 s、终凝时间为2~9 min;初凝时间随改性水玻璃体积分数的增加而增长,终凝时间随改性水玻璃体积分数的增加而缩短;凝胶时间与粉料中粉煤灰的质量分数呈正比;浆液流动度与改性水玻璃体积分数及粉料中粉煤灰质量分数成正比;粉煤灰质量分数与浆液结石体抗压强度呈负相关,改性水玻璃体积分数(水泥粉煤灰浆液与改性水玻璃体积之比)为1∶0.6或1∶0.4时,水泥粉煤灰-改性水玻璃注浆材料固结体的7 d抗压强度达到峰值9.35 MPa和6.86 MPa;水泥粉煤灰-改性水玻璃注浆材料可提高固废利用率,且各性能满足注浆需要,在实际应用中可依据工程要求调整配比,为类似的注浆工程提供参考。

粗粒氯盐渍土路用性能试验研究

邓苗毅,闫启耀,王金山

2022, 52(1): 74-84. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.063

摘要 ( 738 )

PDF (4737KB) ( 139 )

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为探究粗粒氯盐渍土的路用性能,通过室内动三轴试验和承载比试验,研究粗粒氯盐渍土的动态回弹模量和承载比CBR(California bearing ratio, CBR)受应力级位、含水率及含盐量影响的演变规律。试验结果表明:动态回弹模量随围压、体应力的增加而增大,随偏应力的增大而减小,CBR随单位压力的增大而增大;含盐量和含水率越高,应力对动态回弹模量和CBR影响越明显;相同应力水平下,随含水率、含盐量的增高,动态回弹模量和CBR的降低幅度逐渐增大,且盐分影响较水分更为显著。数据分析发现,所测得回弹模量与CBR最小分别为51.05 MPa和11.98%,均满足路基规范对填料路用性能的要求,并评价了该类盐渍土作为路基填料的可行性。研究成果为有效利用粗粒盐渍土填筑路基提供科学依据。

土石坝加固拓宽坝体变形及稳定性分析

郑俊峰,陈晓燕,马正,陈青

2022, 52(1): 85-92. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.121

摘要 ( 719 )

PDF (9829KB) ( 164 )

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采用FLAC^3D有限差分计算软件模拟分析土石坝拓宽施工过程中及工后坝体变形和受力特性,揭示新旧坝体间相互作用机制,评价拓宽坝体稳定性。结果表明:新旧坝基之间存在差异沉降,拓宽后坝基底部沉降变形呈“勺形”,最大位移在新建坝基形心下方;新旧坝体界面间土体处于受剪状态,存在滑坡风险;新建坝基对坝体心墙具有挤密作用,可减小渗流作用下坝体水平位移,控制坝顶沉降变形;拓宽后在渗流作用下坝体内土体最大位移区域向上游移动;经稳定性分析,扩建后坝体整体运营良好,安全系数满足规范要求。

基于FEM-SPH耦合的TBM滚刀切削仿真与试验研究

耿麒,张俊杰,汪珂,路宇峰,谢立扬,叶敏

2022, 52(1): 93-102. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.344

摘要 ( 751 )

PDF (10053KB) ( 136 )

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针对现有隧道掘进机(tunnel boring machine, TBM)滚刀切削过程有限元仿真难以复现密实核传力演化机制所致的“刀下超破、刀间欠破”问题,采用有限元方法(finite element method, FEM)和光滑粒子流体动力学(smooth particle hydrodynamics, SPH)相耦合的数值方法构建TBM双滚刀顺次回转切削的三维仿真模型,选用基于Rankine拉伸截断的摩尔-库伦(Mohr-Coulomb, M-C)弹塑性本构模型,通过模拟单轴压缩和巴西劈裂试验中试样损伤失效过程确立SPH粒子临界转化阈值,开展全尺度TBM刀盘掘进试验以验证所建仿真模型。进行多组仿真研究刀间距对切削效果、法向力、滚动力、比能的影响规律。仿真结果表明:所建仿真模型可直观复现密实核演化、侧向裂纹联通和刀间碴块飞溅等宏观物理现象;仿真与试验的滚刀平均法向力、滚动力相对误差分别为2.2%和11%,验证了仿真模型的可靠性;当刀间距在60~110 mm变化时,切削比能随刀间距增大呈先减小后增大的趋势,最优刀间距为90 mm。本研究所建仿真模型和所得研究结果可为TBM滚刀破岩研究提供新思路。

滨海岩溶注浆充填体性能研究

周勇,李召峰,左志武,王川,林春金,张新,姚望

2022, 52(1): 103-110. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2022.058

摘要 ( 704 )

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为研究海水侵蚀作用下充填材料的服役性能,对试样进行单轴抗压强度和低场核磁测试,研究了质量分数为5%的SO^2-₄和质量分数为3.5%的Cl^-侵蚀下充填材料的变化规律,揭示不同侵蚀离子对石灰石尾矿基充填材料力学性能的影响。试验结果表明:Cl^-和SO^2-₄对石灰石尾矿基充填材料抗压强度具有提升作用,随着Cl^-和SO^2-₄质量分数的增加,充填材料孔径及孔隙率均呈现减小的趋势,结石体中少害孔的个数随着养护龄期的增加而逐渐增多,多害孔的个数减少。在侵蚀条件下SO^2-₄和Cl^-对充填材料中硅铝质组分的水化反应具有促进作用,C-S-A-H凝胶和N-C-S-A-H凝胶增多,生成的水化产物充填了孔隙,使结构更加密实;同时SO^2-₄可与水化产物C-S-A-H凝胶发生反应,生成钙矾石,充实孔隙,使孔隙率减小。研究成果对滨海岩溶充填工程服役性能评价具有一定指导作用。

考虑风光多维时空相关性的电源规划方法

李文升,王宪,米元泽,曹永吉,刘晓明,张恒旭,刘子菡

2022, 52(1): 111-119, 127. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.424

摘要 ( 787 )

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提出考虑风光多维时空相关性的电源规划方法。基于Copula理论和风光出力概率分布建立考虑风光多维时空相关性的风光出力模型, 将出力场景应用于双层电源规划模型中, 提出考虑风光多维时空相关性的电源规划方法。上层是以总规划费用最小为目标函数的投资决策模型, 下层是以运行经济性和调峰特性最优为目标的短期运行优化模型。通过某地区算例验证分析了所提方法的有效性。结果表明，考虑风光时空相支性能够降低数据模拟误差，提高规划方法的经济效益，改善调峰特性。

考虑灵活性需求的电力系统优化调度

孙东磊,孙可奇,杨金叶,曹永吉,袁振华,刘冬,张恒旭

2022, 52(1): 120-127. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.425

摘要 ( 944 )

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提出一种考虑灵活性需求的电力系统优化调度方法。基于多维Copula函数构建风光出力联合概率分布模型,以描述其时空相关特性,并利用该模型进行随机生产模拟。构建量化指标来评估电力系统的灵活性裕度,并以经济性最优为目标,建立考虑灵活性需求的随机优化调度模型。基于确定性等价转化方法和分段线性化方法,将上述随机非线性规划模型转换为确定性线性规划模型求解。结合算例,对所提模型及其求解方法进行了验证。

基于复杂网络理论的多直流馈入受端电网优化分区方法

赵康,田浩,马欢,杨冬

2022, 52(1): 128-134. doi:10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.484

摘要 ( 597 )

PDF (2856KB) ( 153 )

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提出一种适用于基于复杂网络理论的多直流馈入受端电网多目标优化分区方法。利用复杂网络理论分析电网的复杂网络特性和物理特性本质,构建加权模块度指标和平均输电距离指标,以评价网络分区质量和电网输电效率。考虑电网分区对多直流馈入系统的影响,采用加权多馈入短路比(multi-feed short-circuit ratio, MISCR)量化受端电网强度,建立电网分区方案评价指标集合。以最大化加权模块度和MISCR、最小化平均输电距离为目标,构建三目标优化模型,通过工程经验削减分区方案可行域,并基于NSGA-Ⅱ算法进行求解。以某省级电网为例,对比分析了所提方法的有效性。算例分析结果表明,所提方法具有更好的综合分区效果,更适用于多直流馈入受端电网。

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