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.11 P.841-926

<<< CONTENTS >>>

Articles

Multi-objective aerodynamic optimization design of high-speed train head shape

Liang Zhang, Ji-ye Zhang, Tian Li, Ya-dong Zhang

DOI: 10.1631/jzus.A1600764 Downloaded: 3694 Clicked: 5706 Cited: 0 Commented: 0(p.841-854) <Full Text> <PPT> 2134

Chinese summary <41> 高速列车头部外形多目标气动优化设计

目的：为改善高速列车明线运行时的气动性能，提出一种基于近似模型的高速列车头部外形多目标气动优化设计方法。
创新点：1. 建立包含转向架区域的高速列车参数化模型；2. 基于近似模型并结合遗传算法，对高速列车头部外形及转向架区域进行多目标气动优化设计。
方法：1. 建立包含转向架区域的原始头型高速列车模型（图2和3），并基于CATIA脚本文件和MATLAB自编程序对列车头部外形进行参数化处理；2. 通过最优拉丁超立方设计方法在设计空间内对优化设计变量进行采样，并采用计算流体动力学方法对样本点中新头型列车气动性能进行计算；3. 基于样本点的列车头型优化设计变量及优化目标（表4），建立优化目标与设计变量之间的近似模型；4. 基于近似模型和多目标遗传算法，对高速列车头部外形进行多目标优化设计，选取其中的一个优化头型与原始头型进行比较，并验证横风下优化头型的可行性。
结论：1. 相较于原始头型列车，无横风时，优化头型列车的整车气动阻力减小2.61%，尾车气动升力减小9.90%；2. 横风下，优化头型列车的整车气动阻力减小2.98%，头车气动侧力减小0.24%；3. 横风下，优化头型列车的头车气动载荷波动幅值有所减小。

关键词组：高速列车；多目标优化；气动性能；参数化模型；克里格模型；遗传算法

Real-time energy management controller design for a hybrid excavator using reinforcement learning

Qian Zhu, Qing-feng Wang

DOI: 10.1631/jzus.A1600650 Downloaded: 2815 Clicked: 5480 Cited: 0 Commented: 0(p.855-870) <Full Text> <PPT> 2109

Chinese summary <31> 基于强化学习的混合动力挖掘机实时能量管理控制器设计

目的：混合动力挖掘机的能量管理策略直接影响着系统的燃油经济性。本文旨在通过研究混合动力挖掘机能量管理系统，得到最优能量管理策略，并开发实时能量管理控制器，降低系统的燃油消耗。
创新点：1. 通过强化学习算法，设计时间无关的实时能量管理控制器；2. 通过极大值原理求得最优能量管理问题的解析解，并用来辅助实时能量管理控制器设计。
方法：1. 建立负载的马尔科夫模型，运用强化学习算法，得到实时能量管理控制器；2. 运用极大值原理，求得最优能量管理问题的解析解，并将其作为初始能量管理策略；3. 通过仿真模拟和实验研究，验证所设计的实时能量控制器的性能。
结论：1. 基于强化学习的能量管理控制器是一个可以在线应用的与时间无关的实时能量管理控制器； 2. 基于强化学习的能量管理控制器优于广泛使用的恒温控制器和等效消耗最小化策略控制器；3. 基于强化学习的能量管理控制器由于其闭环特性可适用于不同类型的作业工况。

关键词组：能量管理；实时性；混合动力挖掘机；强化学习；极大值原理

A load-holding time prediction method based on creep strain relaxation for the cold-stretching process of S30408 cryogenic pressure vessels

Feng-qing Xiao, Ying-zhe Wu, Jin-yang Zheng, Cun-jian Miao, Xiao-bo Zhu

DOI: 10.1631/jzus.A1600798 Downloaded: 3695 Clicked: 5725 Cited: 0 Commented: 0(p.871-881) <Full Text>

Chinese summary <28> 一种基于蠕变应变弛豫的S30408深冷容器应变强化保载时间预测方法

目的：奥氏体不锈钢（ASS）在深冷压力容器中应用广泛。ASS较高的应变硬化特性有助于其产生应变强化。在应变强化过程中，保载时间是影响材料最终变形量的关键参数。基于室温蠕变应变弛豫理论，本文旨在提出一种S30408深冷压力容器应变强化过程中的保载时间预测方法。
创新点：1. 根据室温蠕变应变弛豫理论，保载过程即为材料在室温蠕变中应变速率逐渐减缓、材料结构逐渐稳定的过程；本文据此获得了保载时间的计算模型。2. 结合材料试验与容器试验，将计算模型中涉及的多个微观变量转换为唯一宏观变量--圆柱壳上的最大环向应力，可为常规工业生产提供定量的、具有实际可操作性的技术支持。
方法：1. 根据室温蠕变应变弛豫理论，建立蠕变本构关系，得出保载时间计算模型。2. 通过材料试验，考虑实际生产中的特定条件，将保载时间计算模型的多个微观变量简化为唯一宏观变量。3. 通过在多个工业规模的容器上进行实验，比较验证所提计算方法的可靠性。
结论：1. 室温蠕变应变弛豫理论可以用于描述应变强化保载过程中的材料变化。2. 容器保载时长，即材料应变弛豫时长，与其所承受的最大应力有关。3. 所提出的保载时间计算方法可以为容器保载时间提供可靠预测；其平均绝对误差为7.53%，且绝大部分情况下偏于保守。

关键词组：应变强化；室温蠕变；奥氏体不锈钢；深冷容器

Enhanced understanding on incipient sediment motion and sediment suspension through oscillating-grid turbulence experiments

Wan Hanna Melini Wan Mohtar

DOI: 10.1631/jzus.A1600659 Downloaded: 2169 Clicked: 4200 Cited: 0 Commented: 0(p.882-894) <Full Text> <PPT> 1642

Chinese summary <26> 通过振荡网格实验研究初始泥沙运动和沉积物再悬浮

概要：本文系统地研究了振荡网格生成的湍流效应对初始泥沙运动和沉积物再悬浮的影响，总结了影响泥沙运动和沉积的因素，给出了沉积物在宏观角度移动的基本概念和观点，并详细讨论了湍流对于沉降速度的影响。结果表明，湍流扰动对初始泥沙运动有重要影响。悬浮层内的浓度分布与沉积物特征和湍流结构有关。粒子沉降速度是一个关键参数，它主要受泥沙粒径分布和流体运动影响。

关键词组：振荡网格湍流；初始泥沙运动；沉积物再悬浮

A simplified nonlinear calculation method to describe the settlement of pre-bored grouting planted nodular piles

Jia-jin Zhou, Xiao-nan Gong, Kui-hua Wang, Ri-hong Zhang, Jia-jia Yan

DOI: 10.1631/jzus.A1600640 Downloaded: 3194 Clicked: 5281 Cited: 0 Commented: 0(p.895-909) <Full Text> <PPT> 2155

Chinese summary <26> 一种静钻根植竹节桩非线性简化沉降计算方法

目的：静钻根植竹节桩是一种由预制桩和水泥土组成的组合桩基，其桩身具有预制桩-水泥土和水泥土-桩周土体两个接触面。本文以桩土接触面剪切试验、模型试验和现场试验数据为基础，提出一种静钻根植竹节桩简化沉降计算方法，为静钻根植竹节桩的沉降计算提供依据；并通过所提出的简化计算方法对静钻根植竹节桩桩端水泥土扩大头以及桩周水泥土直径对静钻根植竹节桩承载性能的影响进行研究。
创新点：1. 通过剪切试验对预制桩-水泥土接触面的剪切性能进行研究，得到接触面侧摩阻力与相对位移的关系；2. 建立同时考虑预制桩-水泥土接触面和水泥土-桩周土体接触面作用的静钻根植竹节桩简化沉降计算方法。
方法：1. 通过桩土接触面剪切试验，得到预制桩-水泥土接触面摩擦模型；2. 通过对模型试验结果的分析，得到水泥土-桩周土体接触面摩擦模型；3. 根据试验结果编写静钻根植竹节桩沉降计算程序，通过与试验结果的比较验证所提计算方法的可靠性；4. 通过提出的静钻根植竹节桩简化计算方法对静钻根植竹节桩承载力影响因素进行分析与研究。
结论：1. 预制桩-水泥土接触面摩擦性能远优于水泥土-桩周土体接触面摩擦性能；2. 由于水泥浆的渗透作用，水泥土-桩周土体接触面的初始剪切刚度有所提高；3. 所提出的计算方法能够有效地计算出静钻根植竹节桩单桩在成层土体中的荷载位移关系曲线；4. 桩端水泥土扩大头能够有效地提高静钻根植竹节桩桩端承载性能，并且增加桩周水泥土直径能够提高静钻根植竹节桩承载性能。

关键词组：组合桩基；预制桩-水泥土-桩周土体接触面；桩土接触面初始剪切刚度；弹性-破坏模型；双曲线模型；沉降计算

Damage behavior of steel beam-to-column connections under inelastic cyclic loading

Xi-yue Liu, Yuan-qing Wang, Jun Xiong, Yong-jiu Shi

DOI: 10.1631/jzus.A1600520 Downloaded: 3189 Clicked: 4841 Cited: 0 Commented: 0(p.910-926) <Full Text> <PPT> 1765

Chinese summary <27> 钢框架梁柱节点在强震作用下的损伤性能研究

目的： 钢框架焊接梁柱节点在地震作用下往往容易产生脆性裂纹，裂纹的发展和损伤累积将导致节点延性降低，发生脆性断裂。本文旨在探究节点在地震往复荷载作用下的损伤性能，分析其主要影响因素，提出有效的损伤评估模型，为后续节点损伤数值模拟提供基础，为钢框架的抗震设计提供参考。
创新点：1. 通过足尺节点试验，分析加载幅值、加载历程和荷载峰值对节点损伤性能的影响；2. 基于试验结果，标定并验证3种经验损伤演化模型，提出基于疲劳断裂力学的节点损伤评估模型。
方法：1. 通过对9个足尺梁柱节点试件开展往复加载试验，包括5种变幅加载制度及4种常幅加载制度，分析加载幅值、加载历程和荷载峰值对节点损伤性能的影响；2. 基于试验结果，根据节点损伤特点，在能量模型基础上，推导并拟合适用于节点循环加载的双参数损伤演化方程，并与其他模型进行比较，以验证其准确性；3. 结合疲劳和延性断裂理论，依据损伤机理，定义"有效塑性应变"量化损伤过程，并以疲劳裂纹发展公式为基础，推导适用于计算在极低周循环荷载下节点损伤过程的损伤演化方程。
结论：1. 加载跨幅对节点性能影响较小；加载历程的影响与历程中峰值位移循环次数密切相关；突发性的强峰值对节点造成的损伤最大。2. 节点损伤过程为幂函数形式；通过比较表明，在能量模型基础上推导出的适用于节点循环加载的双参数损伤演化方程，相对于单参数线性模型，能够更准确模拟节点在极低周循环下的损伤过程。3. 基于疲劳断裂力学理论的损伤演化方程物理意义明确，能够描述节点循环损伤试验中所表现出的加速损伤及"损伤拐点"特征。

关键词组：梁柱节点；往复荷载；节点试验；损伤机理；延性断裂