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.5 P.329-412

<<< CONTENTS >>>

Articles

Characteristics of orifices for modeling nonlinear power take-off in wave-flume tests of oscillating water column devices

Fang He, Zhenhua Huang

DOI: 10.1631/jzus.A1600769 Downloaded: 2798 Clicked: 4658 Cited: 1 Commented: 0(p.329-345) <Full Text> <PPT> 2037

Chinese summary <49> 振荡水柱装置波浪水槽试验中用于模拟非线性能量俘获系统的孔口特性

目的：在振荡水柱装置研究中，通常通过不同的孔口几何特征来改变能量俘获系统的特性，但其具体流动特性却鲜有报道。本文探讨孔口几何特征（形状、尺寸和开孔率等）对流动特性的影响机制，理解影响能量俘获系统特性的关键因素，研究其对振荡水柱装置水动力特性和波能提取的影响规律，并评估波能提取性能指标的有效性。
创新点：1. 提出了两点测量法来重构振荡水柱腔室内液面；2. 建立了孔口流动特性与孔口几何特征的关系式；3. 提出了仅测量腔室内气压即可获得波能提取功率的方法；4. 该方法可扩展至非二维矩形腔室及斜向波。
方法：1. 采用不同尺寸狭缝孔和圆形孔来模拟非线性能量俘获系统；2. 通过一系列波浪水槽试验，对振荡水柱装置的水动力特性及波能的提取展开研究；3. 采用二次损耗系数和收缩系数来描述孔口往复流动特性，并构建其与孔口几何特征的关系；4. 通过两点测量法获取振荡水柱腔室内的准确信息；5. 评估压力波动系数和液面放大系数作为振荡水柱装置波能提取性能指标的有效性。
结论：1. 两点测量法能够重建二维矩形振荡水柱腔室内液面的瞬时空间分布，消除了单点法的测量偏差；2. 孔口相对厚度及振荡气流对可被视为薄壁的圆形孔的影响可以忽略不计，但对不能视为薄壁的狭缝孔的影响显著；3. 本文提出的二次损耗系数经验公式可用于（1）通过孔口几何尺寸设计其流动特性和（2）通过仅测量腔室内气压来计算波能提取功率；4. 用作振荡水柱装置的波能提取性能指标时，压力波动系数比液面放大系数更为可靠。

关键词组：波能提取；振荡水柱；孔口特性；二次损耗系数；收缩系数；水动力效率

Effect of bedding direction of oval particles on the behavior of dense granular assemblies under simple shear

Dan-da Shi, Jian-feng Xue, Zhen-ying Zhao, Yan-cheng Yang

DOI: 10.1631/jzus.A1600689 Downloaded: 2976 Clicked: 4774 Cited: 0 Commented: 0(p.346-362) <Full Text> <PPT> 2088

Chinese summary <39> 椭圆颗粒层理面定向对密实颗粒试样单剪力学特性的影响

目的：利用离散元数值模拟技术，从宏细观角度探究单剪受荷模式下，颗粒定向引起的层理面效应对数值试样强度与变形特征、应力-剪胀关系以及组构各向异性演化的影响及其机理。
创新点：1. 分析了单剪受荷条件下应力主轴偏转引发的主应力与主应变增量之间的非共轴效应，针对密实颗粒试样，研究了初始层理面倾角对非共轴应力-剪胀关系的影响；2. 从细观力学角度，研究了应力主轴偏转条件下初始不同层理面试样的应力诱发组构各向异性特征，提出了一个可以考虑初始层理面效应的应力-接触力-组构经验关系式。
方法：1. 采用离散元团聚颗粒方法构建初始不同层理面定向的数值试样；2. 采用傅里叶级数近似法对数值试样细观组构各向异性演化规律进行统计和定量数学分析；3. 通过与已有文献数值模拟和室内试验结果的对比，探讨密实颗粒数值试样的单剪特性及非共轴应力-剪胀关系。
结论：1. 初始层理面定向显著影响数值试样的单剪强度与体变特征，且在定量上能与室内物理试验结果进行对比；2. 在单剪受荷模式下，初始层理角越大，非共轴效应越显著；3. 随着应力主轴的偏转，颗粒定向各向异性主方向逐渐趋于大主应力面作用方向，而接触法向各向异性的主方向基本垂直于颗粒定向各向异性主方向。4. 本文提出的应力-接触力-组构关系式能够较好的反映颗粒定向对试样抗剪强度的影响。

关键词组：初始组构各向异性；颗粒定向；单剪；非共轴；离散单元法

Explicit finite element analysis and experimental verification of a sliding lead rubber bearing

Yi-feng Wu, Hao Wang, Ai-qun Li, Dong-ming Feng, Ben Sha, Yu-ping Zhang

DOI: 10.1631/jzus.A1600302 Downloaded: 6112 Clicked: 5844 Cited: 0 Commented: 0(p.363-376) <Full Text> <PPT> 2192

Chinese summary <37> 一种可滑移式铅芯橡胶支座的显式数值模拟与试验验证

目的：随着隔震技术在工程结构中的逐步推广应用，橡胶隔震支座的试验与数值模拟都得到国内外工程研究人员的重视。其中后者因支座大变形时计算较难收敛、铅芯与周边橡胶以及钢板的复杂接触关系较难模拟、采用隐式积分算法时计算规模较难控制等问题，目前仍是这一方向的研究热点。本文旨在探讨基于显式积分算法对一种新型可滑移式铅芯橡胶支座进行准确可行的数值模拟的方法。
创新点：1. 探究基于显式积分算法的隔震支座数值模拟方法；2. 采取多种方法有效地控制了数值模拟计算规模，同时实现了较高的数值模拟精度；3. 采用程序中提供的3种接触方式较好地模拟了支座中存在的复杂接触关系。
方法：本文主要采用4种方法减小数值模拟计算规模：1. 激活程序内置的质量缩放功能；2. 合理增大支座中对支座竖向刚度与水平剪切性能影响较小的非关键部件--叠层钢板的厚度；3. 合理减小叠层钢板的弹性模量；4. 考虑到支座中所有材料均未考虑材料的率变效应，即加载速率对支座的力学性能没有影响，本文数值模拟中所用加载频率为实际加载频率的10倍。此外，本文采用了一般接触、绑定接触与单边接触模拟支座中不同的接触关系。
结论：1. 显式积分的计算时间步长由2.4×10^-7 s增大到3.5×10^-6 s；2. 与试验结果对比验证了本文提出的基于显式积分算法对该新型可滑移式铅芯橡胶支座进行数值模拟的方法的准确实用性；3. 该支座在纯压作用下，部分铅芯发生塑性变形，而在最大剪切位移时，铅芯发生了很大的塑性流动变形；4. 与采用隐式算法对该支座进行数值模拟研究所用时间相比，显式算法所用时间少很多。

关键词组：显式算法；可滑移式铅芯支座；计算时间步长；接触关系；试验验证

A method for the global optimization of the tooth contact pattern and transmission error of spiral bevel and hypoid gears

Yao-bin Zhuo, Xue-yan Xiang, Xiao-jun Zhou, Hao-liang Lv, Guo-yang Teng

DOI: 10.1631/jzus.A1600240 Downloaded: 5488 Clicked: 5004 Cited: 0 Commented: 0(p.377-392) <Full Text> <PPT> 2010

Chinese summary <41> 一种螺旋锥齿轮齿面接触区和传动误差的全局优化方法

目的：传统的齿面接触分析技术存在调整参数繁多、控制目标不明确和不包含传动误差优化等缺陷。本文旨在提出一种齿面接触区和传动误差的全局优化设计方法，以得到满足齿轮传动性能要求的小轮产形轮节锥参数及机床调整参数。
创新点：1. 提出了新的确定各节锥参数之间几何关系的计算公式，并建立了节锥参数与曲率参数的相关公式；2. 提出以齿面接触区长半轴、接触线方向角和传动误差曲线交点纵坐标为优化目标，以齿面法曲率和短程挠率为控制参数，以复合形法约束处理的遗传算法为求解途径的齿面接触特性全局优化设计方法。
方法：1. 分析常见齿面接触区和传动误差曲线的缺陷及其原因（图1）；2. 提出全局优化目标（图2），进行节锥参数和曲率参数分析，从而确定控制参数（图3~6），建立优化方程并进行求解算法分析（图7和8），然后进行实例计算分析（图9和10）；3. 建立齿轮副传动系统有限元分析模型，验证优化方法的正确性（图11~13）。
结论：1.优化设计的实例分析表明，优化目标、控制参数和优化算法具有良好的匹配性；2. 通过优化目标与控制参数的相关性分析，得出了控制参数的影响特征；3. 通过有限元分析验证，优化设计结果达到了预期的齿轮传动性能指标。

关键词组：螺旋锥齿轮；齿面接触；传动误差；优化设计；遗传算法；有限元分析

Numerical model and multi-objective optimization analysis of vehicle vibration

Peng Guo, Jun-hong Zhang

DOI: 10.1631/jzus.A1600124 Downloaded: 3537 Clicked: 4997 Cited: 1 Commented: 0(p.393-412) <Full Text> <PPT> 1763

Chinese summary <33> 基于数值算法的车辆动力学模型及数值求解方法精度的对比研究

目的：通过采用不同数值方法求解不同的车辆动力学模型，为车辆动力学模型研究提供参考；结合正交试验和多目标优化算法来分析各个参数对车辆性能的影响权重，采用多目标优化算法进行车辆动力学多目标优化分析，为车辆的设计提供参考依据。
创新点：研究不同数值方法的求解精度，为车辆动力学求解方法提供新途径；采用正交试验设计研究车辆各参数的影响权重，为车辆设计提供参考；采用多目标优化算法设计车辆，能兼顾车辆多个方面的性能。
方法：采用不同动力学求解算法、正交试验设计和多目标优化分析方法。
结论：1. 基于不同数值求解算法的研究表明，Hamming法要优于Newmark法和有限差分法，四阶Hamming法的精度不如龙格库塔法；2. 正交试验可得到各参数对车辆动力学的影响权重，但忽略了参数间的交互效应；3. 经过多目标优化设计，衡量车辆振动性能的两个指标分别减少了7.22%和6.82%。

关键词组：车辆；Hamming法；龙格库塔法；数值算法；动力仿真