Journal of Zhejiang University

Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000,Monthly.

JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018).

Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

2015 Vol.16 No.8 P.597-680

<<< CONTENTS >>>

The Third Special Part-Issue on High-Speed Railways Technology (Guest Editor: You-tong FANG)

Optimal condition-based maintenance strategy under periodic inspections for traction motor insulations

Jian Zhang, Ji-en Ma, Xiao-yan Huang, You-tong Fang, He Zhang

DOI: 10.1631/jzus.A1400311 Downloaded: 2983 Clicked: 5512 Cited: 1 Commented: 0(p.597-606) <Full Text> <PPT> 2155

Chinese summary <53> 基于周期性监测的牵引电机绝缘最优视情维修决策

目的：充分利用寿命信息，并考虑冲击效应对维修策略的影响，提出符合牵引电机绝缘运行特征的最优视情维修策略。
方法：1. 采用正常状态、潜在故障状态与功能故障状态描述牵引电机绝缘运行状况；2. 应用泊松过程描述随机高电压冲击；3. 以单位时间的运行成本为目标函数，以监测间隔和预防性维修寿命阈值为优化变量，建立最优视情维修决策模型。
结论：该模型能显著降低牵引电机绝缘功能故障的风险，同时降低单位时间运行成本。

关键词组：牵引电机绝缘；视情维修；预防性维修；冲击

A combined simulation of high speed train permanent magnet traction system using dynamic reluctance mesh model and Simulink

Xiao-yan Huang, Jian-cheng Zhang, Chuan-ming Sun, Zhang-wen Huang, Qin-fen Lu, You-tong Fang, Li Yao

DOI: 10.1631/jzus.A1400284 Downloaded: 3576 Clicked: 5372 Cited: 1 Commented: 0(p.607-615) <Full Text>

Chinese summary <49> 基于动态磁网络和Simulink的高速铁路牵引传动系统联合仿真

目的：提出基于动态磁网络和Simulink的高速铁路牵引传动系统的动态参数模型，提高高速铁路牵引传动系统仿真分析的准确度。
方法：将动态磁网络计算得出的动态参数L_d，L_q等以查表的形式嵌入Simulink模型，有效地实现动态参数。
结论：该动态参数模型能在不显著增加仿真运算量和仿真时间的条件下有效地提高计算的准确度。

关键词组：高速铁路牵引传动系统；永磁电机；动态参数模型；动态磁网络；Simulink

3D thermal analysis of a permanent magnet motor with cooling fans

Zheng Tan, Xue-guan Song, Bing Ji, Zheng Liu, Ji-en Ma, Wen-ping Cao

DOI: 10.1631/jzus.A1400293 Downloaded: 4526 Clicked: 9043 Cited: 1 Commented: 0(p.616-621) <Full Text> <PPT> 2237

Chinese summary <43> 配有冷却风扇的永磁电机三维热分析

目的：提出一种适合永磁电机的冷却系统设计方案，降低电机本体温度。
创新点：提出一种适合永磁电机热分析的CFD仿真模型。
方法：采用计算流体动力学方法对包含冷却风扇的永磁电机进行空间三维热力学分析和优化设计。
结论：本文提出并优化后的冷却风扇可有效降低永磁电机的最高和平均温度。

关键词组：轴向磁通永磁电机；计算流体动力学；冷却风扇；电机驱动；热分析

Microstructure and properties of cold drawing Cu-2.5% Fe-0.2% Cr and Cu-6% Fe alloys

Guo-huan Bao, Yi Chen, Ji-en Ma, You-tong Fang, Liang Meng, Shu-min Zhao, Xin Wang, Jia-bin Liu

DOI: 10.1631/jzus.A1400285 Downloaded: 3275 Clicked: 4651 Cited: 2 Commented: 0(p.622-629) <Full Text> <PPT> 2224

Chinese summary <41> 冷拉拔Cu-2.5% Fe-0.2% Cr和Cu-6% Fe合金的显微组织与性能

目的：探索Cu-Fe合金中纳米尺寸和微米尺寸的Fe相的变形行为及区别。
方法：1. 通过热处理在Cu-2.5% Fe-0.2% Cr合金中得到纳米级的Fe析出相，在Cu-6% Fe中得到微米级的Fe析出相；2. 通过冷拉拔手段使铜合金从棒状逐步变形成线材；3. 使用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜观察微观组织，并用万能电子试验机测量抗拉强度，用标准四点法测量电阻率。
结论：1. 通过热处理在Cu-6% Fe合金中得到尺寸约5 μm的初生Fe颗粒，在Cu-2.5% Fe-0.2% Cr合金中得到尺寸约50 nm的次生Fe颗粒； 2. 初生Fe颗粒在冷拉拔过程中转变成丝带状纤维，Cu/Fe相界面密度随变形量增加而增加，从而使Cu-6% Fe合金的强度和电阻率都随之增大；3. 次生Fe颗粒即使在η=6的时候也难以变形，保持着球形的形貌，同时高密度的位错环绕着Fe颗粒；Cu-2.5% Fe-0.2% Cr合金的强度随变形量增加而增大，遵循Orowan强化机制；Cu-2.5% Fe-0.2% Cr合金的电阻率几乎保持不变，因为Cu/Fe相界面密度在冷拉拔过程中几乎不变；4. 尺寸效应和Fe析出颗粒与Cu基体的非共格界面对Fe析出颗粒在冷拉拔过程中不变形起到重要作用。

关键词组：铜合金；变形；显微组织；强度

Civil Engineering

A new approach for time effect analysis in the settlement of single pile in nonlinear viscoelastic soil deposits

Zhen-ya Li, Kui-hua Wang, Shu-hui Lv, Wen-bing Wu

DOI: 10.1631/jzus.A1400329 Downloaded: 3139 Clicked: 5743 Cited: 2 Commented: 0(p.630-643) <Full Text> <PPT> 2444

Chinese summary <47> 非线性粘弹性土中单桩沉降时间效应分析新方法

目的：提出一种新的简便方法，计算非线性土中单桩沉降的时间效应以及沉降稳定之后桩身侧摩阻力和桩身轴力的分布情况，为桩基础的设计提供参考。
创新点：1. 考虑土体的非线性（包括桩侧土和桩端土），计算结果更接近实际情况；2. 采用基于行波分解的波动分析程序，计算桩身任意位置处的沉降，并据此计算任意位置处的侧摩阻力和桩身轴力；3. 该方法既可以用于分析单桩沉降的时间效应，也可以计算不同加载等级下桩的最终沉降量，为设计提供参考。
方法：1. 采用线性阻尼器模拟土体的粘性，双曲线模型和理想弹塑性模型分别模拟桩侧土和桩端土的非线性，采用基于行波分解的波动分析程序得到桩身不同位置处的沉降、侧摩阻力及轴力计算公式（式(15)、(25)、(31)、(33)、(35)和(36)）；2. 分析在不同桩土参数情况下，桩顶沉降随时间的变化规律（图6、8、10和12）及桩身侧摩阻力和桩身轴力分布情况（图7、9、11和13）；3. 将计算结果与工程实测结果进行对比，以验证理论模型的可行性（图14和15）。
结论：1. 单桩沉降的时间效应非常显著，并受到桩土参数的影响；2. 本文提出的方法能够较准确地模拟工程实际情况。

关键词组：沉降；时间效应；双曲线模型；理想弹塑性模型；波动分析程序

Development and application of a statistical constitutive model of damaged rock affected by the load-bearing capacity of damaged elements

Ting-chun Li, Lian-xun Lyu, Shi-lin Zhang, Jie-cheng Sun

DOI: 10.1631/jzus.A1500034 Downloaded: 3161 Clicked: 6118 Cited: 3 Commented: 0(p.644-655) <Full Text> <PPT> 2472

Chinese summary <439> 考虑受损基元承载影响的岩石统计损伤本构模型及工程应用

目的：建立三轴压缩作用下考虑受损基元承载影响的岩石材料损伤本构关系，并将其应用于工程实际。
创新点：1. 进行岩石损伤机理分析，探讨损伤阈值存在的原因，提出损伤修正系数，确定受损基元与无损基元的应力分配关系；2. 建立能够反映岩石破裂全过程的损伤本构模型，验证模型的合理性并实现其程序化。
方法：1. 通过数值计算探讨岩石在初始缺陷下的损伤劣化机理，将不同初始状态的岩石定义为不同岩性的无损材料，建立合理的损伤模型；2. 基于Mohr-Coulomb准则，结合连续损伤和统计理论，推导基于受损基元承载影响的岩石材料本构方程；3. 与前人试验数据及理论成果进行对比，验证本构模型的合理性，最后利用C++语言编译的动态链接库（DLL）实现有限差分软件FLAC^3D的二次开发，实现模型的工程应用。
结论：1. 岩体损伤劣化是无损基元发生物理性状改变导致材料刚度变小的结果，受损基元与无损基元的应力分配关系与岩体的瞬时损伤状态和应力状态有关；2. 建立的岩石损伤本构模型与试验数据的拟合精度较高，能够准确地描述岩石的应力-应变关系；3. 数值模拟结果与现场监测数据的吻合程度较高，表明该模型能够合理反映软弱岩体的损伤劣化效应。

关键词组：岩石材料；损伤基元；统计理论；承载能力；本构模型

Research on the wind-induced aero-elastic response of closed-type saddle-shaped tensioned membrane models

Yue Wu, Zhao-qing Chen, Xiao-ying Sun

DOI: 10.1631/jzus.A1400340 Downloaded: 2629 Clicked: 5238 Cited: 3 Commented: 0(p.656-668) <Full Text> <PPT> 2168

Chinese summary <41> 封闭式鞍形张拉膜模型风致气弹响应研究

目的：明确张拉膜结构风致气弹响应特征及气弹失稳机理。
创新点：1. 采用无接触测量技术设计鞍形张拉膜结构气弹模型风洞试验；2. 研究鞍形张拉膜结构的气弹响应特征；3. 给出鞍形张拉膜结构的失稳机理。
方法：1. 在风洞中测量两个形状相同但预张力不同的封闭式鞍形张拉膜结构气弹模型在不同风速下的均匀流中的位移响应及膜面上方不同高度的风速时程；2. 通过对位移响应及风速时程进行分析，明确结构的响应随风速变化特征及气弹失稳原因。
结论：1. 膜结构在风荷载作用下变形到平衡位置，并围绕该平衡位置以特定振幅进行振动； 2. 大部分风向角下，多个模态被激发，结构振幅及各阶模态阻尼比随风速增大而逐渐增大； 3. 特定风向角下，只有单阶模态被激发；低风速下，结构振幅和模态阻尼比随风速增大而缓慢增大；超过一定风速后，结构发生涡激共振引起的气弹失稳，振幅随风速增大开始迅速增大，达到不发生涡激共振时的2-4倍，结构阻尼比随风速增大发生迅速衰减；随着风速的继续增大，结构振动中可能出现其他模态的气弹失稳；4. 结构前两阶模态的无量纲气弹失稳临界风速约为0.8-1.0。

关键词组：膜结构；风致响应；气弹失稳；气弹模型；涡激共振

Chemical Engineering

Synthesis and characterization of magnetic porous Fe₃O₄/poly(methylmethacrylate-co-divinylbenzene) microspheres and their use in removal of Rhodamine B

Jie Shan, Li Wang, Hao-jie Yu, Yu-lei Tai, Muhammad Akram

DOI: 10.1631/jzus.A1500096 Downloaded: 2853 Clicked: 4431 Cited: 0 Commented: 0(p.669-679) <Full Text>

Chinese summary <39> 磁性多孔四氧化三铁/聚（甲基丙烯酸甲酯-co-二乙烯基苯）微球的制备、表征及其去除罗丹明B的应用研究

目的：通过悬浮聚合法合成含有Fe₃O₄磁性核的多孔聚合物微球，研究不同单体比例、致孔剂类型及用量对所合成磁性微球的形貌影响以发现最佳反应条件，最终将所合成的磁性多孔微球应用于从水溶液中去除阳离子染料罗丹明B，并证明成功。
方法：1. 通过改进的悬浮聚合法合成了磁性多孔四氧化三铁/聚（甲基丙烯酸甲酯-co-二乙烯基苯）；2. 通过红外及能谱表征产物的组成，使用扫描电镜及透射电镜表征产物的表面及内部形貌，通过热失重分析表征产物的聚合物包覆率，通过X射线粉末衍射表征产物的晶型，使用压汞法表征产物的多孔性及孔结构，利用超导量子干涉仪测定产物的磁性能；3. 通过紫外分光光度法验证产物对于罗丹明B的吸附及其效果。
结论：1. 通过改进的悬浮聚合法成功合成磁性多孔四氧化三铁/聚（甲基丙烯酸甲酯-co-二乙烯基苯）；2. 表面聚合物的包覆并不影响四氧化三铁的晶型；3. 产物的形貌及孔结构受到单体甲基丙烯酸甲酯与致孔剂二乙烯基苯的比例、致孔剂类型及用量等多方面影响；4. 所合成的产物对于罗丹明B有很好的吸附效果，同时具有很好的重复利用性；5. 所合成的聚合物在废水中重金属的去除、酶固定化、药物的靶向释放及生物分离等方面都有潜在应用价值。

关键词组：Fe₃O₄/poly(MMA-co-DVB)；多孔；染料去除

Erratum to: Effects of index angle on flow ripple of a tandem axial piston pump

Bing Xu, Shao-gan Ye, Jun-hui Zhang

DOI: 10.1631/jzus.A14e0309 Downloaded: 2137 Clicked: 3781 Cited: 0 Commented: 0(p.680-680) <Full Text>