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

2023 Vol.24 No.8 P.653-748

Cover:

<156>

Contents:

<200>

<<< CONTENTS >>>

Research Articles

Vibration suppression of composite panel with variable angle tow design and inerter-based nonlinear energy sink

Chen ZHOU, Jian YANG, Yingdan ZHU, Chendi ZHU

DOI: 10.1631/jzus.A2200578 Downloaded: 422 Clicked: 569 Cited: 0 Commented: 0(p.653-672) <Full Text> <PPT> 193

Chinese summary <33> 基于变角度纤维铺缝与惯容型非线性能量汇的复合材料层合板减振研究

作者：周宸^1,2，杨建^2,3，祝颖丹^1,4，朱晨迪⁵
机构：¹中国科学院宁波材料技术与工程研究所，浙江省机器人与智能制造装备技术重点实验室，中国宁波，315201；²宁波诺丁汉大学，机械、材料与制造工程系，中国宁波，315100；³宁波诺丁汉大学，国际海洋经济与技术学院，中国宁波，315100；⁴中国科学院大学，材料与光电研究中心，中国北京，100049；⁵大连理工大学宁波研究院，中国宁波，315016
目的：工程复合材料结构经常受到动载荷而发生振动。本文研究通过变刚度纤维铺缝设计和附加惯容型非线性能量汇实现结构减振。
创新点：1.本文发展子结构分析方法，系统研究了纤维角度和不同非线性能量汇的设计参数对复合材料板结构受迫振动的位移和能量响应；2.从振动功率流角度研究变刚度复合材料层合板的受迫振动响应和减振性能。
方法：1.通过子结构法，研究线性和非线性无能量汇的各个参数对于整体结构在受迫振动下的能量传递的影响；2.通过仿真模拟，研究变角度纤维铺层对结构自由振动和受迫振动响应的影响；3.通过实验研究，获得复合材料板结构的自由频率，并与解析法、仿真法所得结果进行交叉对比，验证方法的准确性。
结论：1.变角度纤维铺层设计可以有效地改善结构的自由振动与受迫振动响应；2.通过调整纤维的铺层角度，可以改变主要模态振型和振动功率流的主要传递路径；3.非线性能量汇的使用可有效降低结构响应，从而达到良好减振的效果。

关键词组：复合材料层合板；变刚度；子结构方法；惯容；非线性能量汇；功率流分析

Numerical study of wheel–rail adhesion performance of new-concept high-speed trains with aerodynamic wings

Yang CHEN, Lin JING, Tian LI, Liang LING, Kaiyun WANG

DOI: 10.1631/jzus.A2300025 Downloaded: 512 Clicked: 618 Cited: 0 Commented: 0(p.673-691) <Full Text> <PPT> 175

Chinese summary <12> 气动升力协同高速列车轮轨黏着性能仿真研究

作者：陈旸，敬霖，李田，凌亮，王开云
机构：西南交通大学，牵引动力国家重点实验室，中国成都，610011
目的：升力翼产生的气动升力在实现列车减重的同时将会减弱轮轨黏着性能，容易引起车轮空转/抱死等问题。本文旨在探究气动升力、列车速度、轮轨接触条件和轨道不平顺等因素对轮轨黏着性能的影响机制，并提出轮轨黏着性能评价方法，为减少车轮空转打滑现象和保障高速列车在气动升力作用下安全平稳运行提供参考。
创新点：1.根据典型轮轨黏着-滑动特性提出了将轮轨可用黏着和轮轨黏着裕量作为轮轨黏着性能的评价指标；2.建立了气动升力协同高速列车动力学模型，并探究了多种升力工况下的轮轨接触力响应及轮轨黏着性能。
方法：1.引入气动升力协同高速列车气动特性，建立考虑轮轨接触与悬挂系统非线性的气动升力协同高速列车动力学模型（图1）；2.根据轮轨黏滑特性提出轮轨黏着性能评价指标（公式(9)和(10)），并由Polach模型得到不同轮轨接触条件下轮轨可用黏着和轮轨垂向力及列车速度的映射关系（图5）；3.基于多体动力学仿真，开展气动升力协同高速列车的轮轨黏着性能参数研究。
结论：1.气动载荷和制动力矩共同作用导致的轴重转移是四组轮对黏着状态不一致的主要原因；2.气动升力和列车速度对轮轨可用黏着和轮轨黏着裕量存在耦合影响；3.水、油等"第三介质"的污染会显著降低轮轨黏着性能，并导致在某些升力工况下的减载轮对达到黏着饱和；4.在一定误差范围内，轨道不平顺对轮轨黏着性能评价的影响不大。

关键词组：高速列车；轮轨黏着；气动翼；多体动力学

Research on the sampling performance of a new bionic gravity sampler

Yongqiang GE, Jiamin HE, Jin GUO, Peihao ZhANG, Hao WANG, Ziqiang REN, Xiaoling LE, Ying WANG, Yuhong WANG, Jiawang CHEN

DOI: 10.1631/jzus.A2200442 Downloaded: 578 Clicked: 725 Cited: 0 Commented: 0(p.692-709) <Full Text> <PPT> 215

Chinese summary <10> 新型仿生重力采样器采样性能的研究

作者：葛勇强¹，何家敏¹，郭进^{1, 2}，张培豪¹，王豪^1,2，任自强^1,2，乐晓凌¹，王荧^1,2，王玉红¹，陈家旺^1,2,3
机构：¹浙江大学，海洋学院，中国舟山，316021；²浙江大学，海南研究院，中国三亚，572025；³海洋感知技术与装备教育部工程研究中心，中国舟山，316021
目的：重力取样方法对实现海底沉积物取样和了解海底沉积环境和资源至关重要。本文提出一种能够实现低干扰快速取样的非光滑表面的仿生取样管，其表面具有凹凸结构，并对其取样性能（贯入深度、取样长度、贯入阻力和取样率）展开详细讨论和研究。
创新点：1.基于理想理想弹塑性材料的孔扩张模型和史密斯波动方程推导取样器贯入过程的力学特征；2.建立数值模拟框架，模拟重力取样过程，并研究取样管参数对重力取样效果的影响；3.设计仿生非光滑重力取样管，通过数值模拟研究非光滑形态参数的减粘降阻特性；4.建立试验模型，开展室内及潮滩取样器贯入及取样试验。
方法：1.通过实验分析，对比常规重力取样管和仿生取样管的取样效果（图8和9）；2.通过理论推导，建立重力取样管和周围沉积物的力学关系（公式(3)~(7)）；3.通过仿真模拟，运用耦合的欧拉-拉格朗日方法在重力取样器取样过程中，对比不同参数的取样器的取样性能，验证所提仿生非光滑重力取样器的低扰动和快速取样性（图4~6）。
结论：1.重力取样器的取样效果与取样管的刀口倾角、壁厚以及长径比相关，通过数值模拟得到了不同参数对取样效果的影响；2.非光滑表面对仿生取样管的采样性能有明显促进作用，通过数值模拟验证了凹坑比凸包的促进效果更好；3.运用参数分析方法，对非光滑表面形态特征进行单一变量分析，得到了较优的参数组合。

关键词组：重力取样器；仿生取样管；非光滑表面；取样性能；减阻

Co₃O₄-ZnO/rGO catalyst preparation and rhodamine B degradation by sulfate radical photocatalysis

Zhanmei ZHANG, Yi ZHANG, Xilin CHEN, Ziran HUANG, Zuqin ZOU, Huaili ZHENG

DOI: 10.1631/jzus.A2200490 Downloaded: 423 Clicked: 618 Cited: 0 Commented: 0(p.710-721) <Full Text> <PPT> 180

Chinese summary <8> Co₃O₄-ZnO/rGO催化剂的制备及在硫酸盐自由基光催化降解罗丹明B的应用

作者：张占梅^1,2，张毅¹，陈熙琳¹，黄紫然¹，邹祖琴¹，郑怀礼³
机构：¹重庆交通大学，水利水运工程教育部重点实验室，中国重庆，400074；²国家内河航道整治工程技术研究中心，中国重庆，400074；³重庆大学，环境与生态学院，中国重庆，400044
目的：罗丹明B（RhB）作为一种合成染料被广泛应用在工业生产中，若不及时处理则会在自然界累积并对环境造成伤害。本文旨在制备出一种Co₃O₄-ZnO/rGO催化剂，并通过构建过硫酸盐光催化体系以实现RhB的降解。此外，本文还探究制备条件（水热时间、rGO掺杂量和煅烧温度等）对材料催化性能的影响，并提出可能的反应机理。
创新点：1.通过水热法制备Co₃O₄-ZnO/rGO，并探究其制备条件（水热时间、rGO掺杂量和煅烧温度等）对催化剂性能的影响；2.构建过硫酸盐光催化氧化体系实现了对RhB污染物的高效降解。
方法：1.通过实验分析，推导Co₃O₄-ZnO/rGO制备条件对其催化性能的影响；2.通过表征分析，对Co₃O₄-ZnO/rGO中各元素组成及表面形态进行分析；3.通过实验分析UV/Co₃O₄-ZnO/rGO/PMS对RhB的降解效率。4.通过反应前后表征对比及UV-Vis等手段探究催化氧化反应机制，并提出可能的反应机理。
结论：1.Co₃O₄-ZnO/rGO制备过程中rGO掺杂量及煅烧温度对催化性能的影响较大。2.所构建的UV/Co₃O₄-ZnO/rGO/PMS体系对RhB具有良好的去除效率；在主要自由基SO₄^??和?OH的作用下，RhB去除率在40min内可达90.40%。3.Co₃O₄-ZnO/rGO相比Co₃O₄/rGO及ZnO/rGO有更好的催化性能，这主要是因为Co₃O₄和ZnO之间异质结的生成促进了电子空穴对的重组。

关键词组：Co₃O₄-ZnO/rGO催化剂；罗丹明B；异质结；光催化；过硫酸盐

Determination of the dynamic characteristics of locomotive drive systems under re-adhesion conditions using wheel slip controller

Guosong WU, Longjiang SHEN, Yuan YAO, Wensheng SONG, Jingchun HUANG

DOI: 10.1631/jzus.A2300158 Downloaded: 472 Clicked: 522 Cited: 0 Commented: 0(p.722-734) <Full Text> <PPT> 187

Chinese summary <8> 黏着控制对机车再黏着性能及驱动系统动态特性影响

作者：吴国颂¹，沈龙江^2,3，姚远¹，宋文胜⁴，黄景春⁴
机构：¹西南交通大学，牵引动力重点实验室，中国成都，610031；²株洲电力机车有限公司，转向架研发部，中国株洲，412001；³株洲电力机车有限公司，大功率交流传动电力机车系统集成国家重点实验室，中国株洲，412001；⁴西南交通大学，电气工程学院，中国成都，610031
目的：大功率重载机车采用轮对空心轴架悬驱动系统降低轮轨动作用力，但采用六连杆空心轴联轴器导致驱动系统的扭转刚度相对较小，对轮对驱动系统黏滑振动不利。本文旨在研究黏着条件改变时，黏着控制对驱动系统动态特性以及机车再黏着性能的影响，从黏着控制与驱动系统参数合理匹配的角度提出提高机车黏着利用的措施。
创新点：1.通过建立机车牵引与黏着控制联合仿真模型，研究黏着控制对机车再黏着性能以及驱动系统黏滑振动影响；2.研究黏着控制器参数与机车驱动系统参数匹配不合理时导致的机电耦合振动。
方法：采用联合仿真方法，建立SIMPACK-MATLAB/SIMULINK联合仿真模型。在SIMPACK中建立包含完整驱动系统、齿轮传动系统、钩缓装置和轮轨蠕滑负斜率特性的机车牵引列车模型，在MATLAB/SIMULINK中建立黏着控制模型，通过动力学仿真研究黏着控制对驱动系统动态特性以及机车再黏着性能的影响。
结论：1.驱动系统发生黏滑振动时，轮对纵向振动与扭转振动通过切向力耦合；2.减小平均滑动率(再黏着控制)和动态滑动率(增加驱动系统刚度)是抑制驱动系统黏滑振动的有效措施；3.机车驱动系统与黏着控制需合理匹配，否则会导致驱动系统机电耦合振动。

关键词组：重载机车；再黏着性能；驱动系统；机车防滑控制；联合仿真模型

Effects of potassium channel blockage on inverse stochastic resonance in Hodgkin-Huxley neural systems

Xueqing WANG, Dong YU, Yong WU, Qianming DING, Tianyu LI, Ya JIA

DOI: 10.1631/jzus.A2200625 Downloaded: 403 Clicked: 578 Cited: 0 Commented: 0(p.735-748) <Full Text> <PPT> 178

Chinese summary <7> 钾离子通道阻塞对Hodgkin-Huxley神经系统中反随机共振的影响

作者：王雪琴，余东，吴勇，丁钱铭，李天宇，贾亚
机构：华中师范大学，物理系，中国武汉，430079
目的：研究钾离子通道阻塞对单个Hodgkin-Huxley神经元和小世界网络中反随机共振（ISR）的影响，并分析背后的动力学机制。
创新点：1.探究钾离子通道阻塞对反随机共振的影响；2.在小世界网络中考虑阻塞不均匀对反随机共振的影响。
方法：1.以放电率作为统计量，研究钾离子通道阻塞对神经元放电率的影响（图2和3）；2.通过分岔分析，探究钾离子通道阻塞对反随机共振所产生影响背后的动力学机制（图4）；3.探究部分阻塞的神经元网络中反随机共振对耦合强度的依赖性（图8和13）；4.通过相空间和网络中神经元的放电分布等分析不同反随机共振曲线背后的动力学机制（图10~12）。
结论：1.对于单个神经元，离子通道噪声引起的ISR现象只发生在较小的钾离子通道阻塞率范围内；分岔分析表明这一小范围是受外部偏置电流影响的双稳态区域。2.对于小世界神经元网络，ISR存在的原因是在中等强度噪声下双稳态神经元的放电受到抑制。3.当双稳态和单稳态神经元之间存在电位差，且耦合强度增加时，抑制作用被抵消。4.在较小的耦合强度下，网络阻塞比的增加会导致ISR持续时间变短；当耦合强度增加时，ISR在网络阻塞比较大的情况下更为明显；ISR现象由网络阻塞比、耦合强度和离子通道噪声共同决定。