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

2017 Vol.18 No.1 P.1-82

<<< CONTENTS >>>

Articles

Dynamic time-cost-quality tradeoff of rockfill dam construction based on real-time monitoring

Deng-hua Zhong, Wei Hu, Bin-ping Wu, Zheng Li, Jun Zhang

DOI: 10.1631/jzus.A1600564 Downloaded: 2860 Clicked: 4354 Cited: 0 Commented: 0(p.1-19) <Full Text>

Chinese summary <35> 基于实时监控的面板堆石坝施工进度-成本-质量动态均衡

目的：施工进度-成本-质量均衡是面板堆石坝工程成功的关键。目前的均衡研究建立在静态经验数据上，仅针对规划和设计阶段，难以适应施工过程的动态性和不确定性。基于面板堆石坝施工质量实时监控技术，考虑动态决策偏好，本文提出施工进度-质量-成本动态均衡方法，以实现面向过程管理的进度-质量-成本均衡。
创新点：1. 提出基于面板堆石坝施工质量实时监控技术的施工进度、质量和成本动态预测方法；2. 提出施工决策偏好动态量化方法；3. 提出施工进度-质量-成本多目标均衡求解算法。
方法：1. 通过分析实时监控数据，更新仿真模型参数，仿真得到施工进度，再推导出质量和成本（图4、公式（8）和（10））；2. 采用层次分析法，动态量化施工过程中的管理者决策偏好，得到进度-质量-成本三目标间的权重（图5）；3. 采用改进的带精英策略的非支配排序遗传算法（公式（13）），求解动态均衡问题的Pareto解，并运用逼近理想解的排序法筛选出最优折衷方案（图5）。
结论：1. 基于实时监控进行施工进度、质量和成本的动态预测，提高了均衡结果与实际施工过程的一致性；2. 动态量化决策偏好，并在优化求解中予以考虑，有助于最优折衷方案的筛选；3. 在施工过程中任意阶段开展的施工进度-质量-成本动态均衡适应了施工条件的动态变化，可有效指导现场施工管理。

关键词组：施工进度-成本-质量动态均衡；面板堆石坝；实时监控；决策偏好

Experimental study of the pinned double rectangular tube assembled buckling-restrained brace

Zi-qin Jiang, Yan-lin Guo, Ai-lin Zhang, Chao Dou, Cai-xia Zhang

DOI: 10.1631/jzus.A1600483 Downloaded: 2286 Clicked: 4887 Cited: 2 Commented: 0(p.20-32) <Full Text> <PPT> 1829

Chinese summary <28> 铰接双矩管装配式防屈曲支撑试验研究

目的：通过双矩管装配式防屈曲支撑的滞回试验研究，探讨防屈曲支撑可能存在的破坏模式及各设计参数对支撑耗能性能的影响，验证支撑端部构造细节的合理性，提出支撑设计建议。
创新点：1. 试验研究铰接双矩管装配式防屈曲支撑的滞回性能；2. 获得4种支撑破坏模式。
方法：通过对7根铰接双矩管装配式防屈曲支撑的滞回性能试验，研究支撑外围盖板厚度、内核加强翼板高度和外围槽钢翼缘高度等参数对防屈曲支撑破坏机理及耗能性能的影响。
结论：1. 外围盖板厚度太薄，支撑易发生端部折曲破坏；2. 端部转动受限制的支撑，其滞回性能优于纯铰接防屈曲支撑，但支撑连接节点处的附加弯矩不容忽视；3. 支撑均表现出优良的屈曲耗能性能，验证了试验试件端部构造细节的合理性。

关键词组：双矩管装配式防屈曲支撑；端部构造；滞回性能；破坏模式；高强螺栓

Wind characteristics near the ground during typhoon Meari

Xu Wang, Peng Huang, Xian-feng Yu, Xin-rong Wang, Hai-ming Liu

DOI: 10.1631/jzus.A1500310 Downloaded: 2561 Clicked: 3823 Cited: 0 Commented: 0(p.33-48) <Full Text> <PPT> 1868

Chinese summary <31> 台风"米雷"近地层风特性实测研究

目的：对台风"米雷"作用下上海浦东近海岸边近地风特性进行全场监测记录，获得10 m、20 m、30 m和40 m高度处的风速实测数据，以研究台风过程中的平均风速风向、湍流度、阵风因子、湍流积分尺度和脉动风速功率谱等近地风特性。
创新点：1. 利用浦东实测基地的测风塔，获得10 m、20 m、30 m和40 m高度处台风"米雷"的风速实测数据。2. 对台风"米雷"作用下的近地风特性进行分析，并对不同风特性参数之间的相互关系进行研究。
方法：1. 在浦东实测基地建立40 m高的测风塔，利用现场实测的方法，研究台风"米雷"作用下的近地层风场特性；2. 利用经验公式拟合的方法，将现场实测结果与经验公式所得结果进行比较，并分析它们之间的差异。
结论：1. 各向湍流积分尺度均呈现随平均风速的增大而增大的趋势，在10 m、20 m和40 m高度处各向湍流积分尺度的均值之比分别为1:0.69:0.08、1:0.61:0.09和1:0.65:0.13；2. 当平均时距大于10 min时，u和v方向的湍流积分尺度随平均时距的增大而增大，但w方向的湍流积分尺度基本不随平均时距的改变而改变；3. 台风初期惯性子区各湍流分量功率谱的分布斜率小于-5/3，随后逐渐满足Kolmogorov 5/3率，纵向脉动风速功率谱与von Karman 经验谱吻合较好，而横向和竖向脉动风速功率谱与von Karman 经验谱在高频段有所偏差。

关键词组：台风"米雷"；现场实测；湍流积分尺度；衰减系数；功率谱

Residual stress analysis and bow simulation of crystalline silicon solar cells

Chih-Hung Chen, Hsuan-Teh Hu, Fu-Ming Lin, Hsin-Hsin Hsieh

DOI: 10.1631/jzus.A1500279 Downloaded: 3326 Clicked: 4297 Cited: 0 Commented: 0(p.49-58) <Full Text> <PPT> 1931

Chinese summary <25> 矽晶太阳能电池的翘曲模拟与残留应力分析

目的：建立一套系统的方法来模拟矽晶太阳能电池的翘曲行为，进而分析因翘曲而产生的残留应力。
创新点：1. 利用纳米压痕实验及电子显微镜测量材料性质及结构尺寸，帮助有限元分析更准确地模拟太阳能电池的翘曲行为；2. 提出了2个针对不同矽晶太阳能电池因翘曲产生的简易残留应力的计算公式。
方法：1. 利用纳米压痕实验测量铝胶及银胶的材料性质，使用电子显微镜测量铝胶及银胶的结构尺寸；2. 建立非线性有限元分析模型并与实验结果进行比较（图6），得出不同矽晶太阳能电池残留应力分布结果（图7）；3. 将简易残留应力公式（公式（6）和（7））和有限元分析得到的结果进行比较（图9）。
结论：1. 建立了一套有效模拟矽晶太阳能电池翘曲行为的分析方法，该方法包含3个部分: （1）纳米压痕实验测量铝胶和银胶的材料性质；（2）电子显微镜测量细部结构尺寸；（3）非线性有限元分析。利用此方法模拟的翘曲行为较其它计算方法更贴近实验结果。2. 该方法不仅能分析不同矽晶太阳能电池的翘曲行为，而且能提供除了翘曲以外的其它信息，比如残留应力。本文提出了2个较为简易的残留应力计算公式，计算不同矽晶太阳能电池因翘曲而产生的残留应力。3. 该方法考虑了银胶对矽晶太阳能电池翘曲的影响，在实际应用中可以帮助分析不同银胶的网印方式对矽晶太阳能电池翘曲的影响。本文以帮助某公司设计太阳能电池为例，证明了利用该分析方法在实际应用中帮助公司分析银胶网印的可行性。

关键词组：翘曲；矽晶太阳能电池；残留应力；有限元分析

Skin friction reduction characteristics of variable ovoid non-smooth surfaces

Xiao-wen Song, Peng-zhe Lin, Rui Liu, Pei Zhou

DOI: 10.1631/jzus.A1500324 Downloaded: 2917 Clicked: 4648 Cited: 0 Commented: 0(p.59-66) <Full Text> <PPT> 1922

Chinese summary <28> 变异卵圆形凹坑非光滑表面的气动摩擦减阻研究

目的：仿生非光滑表面具有降低表面摩擦阻力的作用，传统的非光滑结构有沟槽和凹坑等。本文旨在研究变异卵圆形凹坑非光滑表面的气动摩擦减阻特性及其减阻机理。
创新点：1. 以仿生学理论为基础，提出变异卵圆形凹坑结构模型，突破现有非光滑结构类型的局限； 2. 采用参数构造的方法研究变异卵圆形各构造参数对表面摩擦阻力减阻的影响。
方法：1. 采用半径、半轴和坑深3个尺寸参数对变异卵圆凹坑结构进行几何定义，并将非光滑结构以一定纵向间距按矩形排布布置在仿真模型底部；2. 以3个尺寸参数和纵向间距设计"三水平四因素"正交实验，在不同气流流速下进行数值模拟仿真；3. 通过速度矢量、边界层厚度变化和压力分布研究变异卵圆形凹坑非光滑表面的气动摩擦减阻机理。
结论：1. 变异卵圆形非光滑表面具有一定的气动摩擦减阻效果，和光滑表面相比，在空气来流速度为24 m/s时，有10%的减阻效果；2. 正交实验分析表明，4个试验因素对减阻效果的影响从大到小排列分别为：半径、坑深、半轴和纵向间距；3. 变异卵圆形凹坑表面增加了边界层的厚度，降低了近壁面区域的速度梯度，减少了剪切力，从而起到了减少摩擦阻力的效果。

关键词组：变异卵圆形凹坑；非光滑表面；数值模拟；表面摩擦减阻

Design and fabrication of an surface acoustic wave resonator based on AlN/4H-SiC material for harsh environments

Wei-zhong Wang, Ji Liang, Yong Ruan, Wei Pang, Zheng You

DOI: 10.1631/jzus.A1600028 Downloaded: 3112 Clicked: 4892 Cited: 1 Commented: 0(p.67-74) <Full Text> <PPT> 1917

Chinese summary <29> 面向恶劣环境的基于AlN/4H-SiC材料的声表面波谐振器设计与制作

目的：在高温等恶劣工作环境下，燃气轮机有着迫切的温度等工况参数的实时监测需求。声表面波（SAW）技术与微机电系统（MEMS）技术的结合可提供一种很有发展前景的解决方案。本文旨在探讨SAW 谐振器的设计与仿真方法，研究高质量c轴择优取向的AlN压电薄膜制备工艺及与MEMS工艺兼容的SAW谐振器制作工艺，并测试其电学性能以验证SAW谐振器设计与制作的正确性与可行性。
创新点：1. 首次在耐高温材料AlN/4H-SiC上设计、仿真及制作SAW谐振器并测试电学性能；2. 在4H-SiC上得到了高质量c轴择优取向的AlN压电薄膜并开发了一套与MEMS工艺兼容的SAW谐振器制作工艺。
方法：1. 通过对SAW谐振器所有结构参数的设计与仿真，得到谐振器的谐振频率与反谐振频率等（图2和3）；2. 利用磁控溅射方法在4H-SiC衬底上溅射高质量c轴择优取向的AlN压电薄膜，再利用光刻、湿法腐蚀等MEMS工艺制作SAW谐振器（图4）；3. 通过扫描电镜和X射线衍射等手段，检测AlN压电薄膜质量（图5和6）及器件制作结果（图7）；4. 利用网络分析仪测试SAW谐振器电学性能并与仿真结果相比较，验证SAW谐振器设计仿真方法和MEMS制作工艺的可行性和有效性（图8）。
结论：1. 基于耐高温材料AlN/4H-SiC，成功设计并制作出SAW谐振器（尺寸：1107 μm×721 μm）；2. 在4H-SiC上得到了高质量c轴择优取向的AlN压电薄膜，衍射峰为36.10°，摇摆曲线半高宽仅1.19°；3. SAW谐振器电学性能测试结果与仿真结果一致，证明其设计仿真方法正确有效、MEMS制作工艺可行。

关键词组：SAW谐振器；AlN/4H-SiC；恶劣环境；MEMS技术；燃气轮机

Technical note

Large amplitude free vibration of a flexible panel coupled with a leaking cavity

Yiu-yin Lee

DOI: 10.1631/jzus.A1600145 Downloaded: 2138 Clicked: 3875 Cited: 0 Commented: 0(p.75-82) <Full Text> <PPT> 1432

Chinese summary <26> 与裂缝腔联结的弹性板的大幅自主震动

目的：板腔系统中的裂缝会导致共振特性发生变化。本文旨在探讨裂缝的影响，推导其中的关系与相关公式，并控制计算精确的程度。
创新点：1. 通过椭圆积分方法破解控制方程，推导裂缝腔联结的弹性板的共振频率；2. 建立理论模型，成功计算不同情况下弹性板的共振频率。
方法：1. 通过理论推导，计算裂缝腔大小、震动幅度与共振频率之间的关系（公式（10）~（12））；2. 与其它方法得到的数据进行比较，验证所提方法的可行性和有效性（图3和4）；3. 通过仿真模拟，推导裂缝腔对弹性板共振频率的影响（图5a~5c）。
结论：1. 板腔系统中的裂缝会导致共振频率出现重大变化；2. 裂缝会导致一个额外的低频率共振点。

关键词组：大幅自主震动；椭圆积分方法；声音与震动