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

2025 Vol.26 No.12 P.1141-1272

Cover:

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Contents:

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<<< CONTENTS

Research Article

Piezoelectric ultrasonic coupling-based polishing of micro-tapered holes with abrasive flow

Gaoan ZHENG, Xiaoxing WENG, Tong WANG, Pu XU, Weixin XU, Lin LI, Xuefeng XU, Dapeng TAN

DOI: 10.1631/jzus.A2400343 Downloaded: 3157 Clicked: 1751 Cited: 0 Commented: 0(p.1141-1162) <Full Text> <PPT> 46

Chinese summary <3> 基于压电超声耦合的磨粒流微锥孔抛光

作者：郑高安^1,2，翁晓星^1,4，王彤³，徐璞¹，许炜鑫¹，李霖¹，许雪峰¹，谭大鹏¹
机构：¹浙江工业大学，机械工程学院，中国杭州，310014；²浙江水利水电学院，机械工程学院，中国杭州，310018；³济宁学院，机电工程学院，中国济宁，273155；⁴浙江省农业机械研究院茶叶资源利用与农产品加工技术研究所，中国金华，321017
目的：微锥孔是介观尺度流体进行混合、反应与分离等作用的主要场所，其壁面质量对功能效果至关重要。本文旨在探讨压电超声耦合磨粒流的微锥孔抛光技术，研究超声作用下微锥孔流场特性与壁面冲蚀效果之间的定量关系，从而提升微锥孔壁面的加工质量。
创新点：1.建立针对微锥孔内壁面材料去除的压电超声耦合磨粒流抛光模型，并提出一种基于压电超声多能场耦合的颗粒运动求解方法，进而得到压电超声振动下颗粒-壁面碰撞机理和冲蚀特性；2.研究了周期性振动下微锥孔流场压力变化规律和磨粒运动轨迹，并实现了抛光区域冲蚀效果的主动调控。
方法：1.基于压电超声作用下锥孔的扩缩机制，结合DPM方法和改进的壁面处理技术，构建微锥孔脉动流场中的颗粒运动模型（公式(5)）；2.通过数值仿真，运用CFD-DPM方法及Finnie冲蚀模型分析微锥孔扩缩周期内流场的速度和压力分布以及颗粒运动轨迹（图7和8），并探讨振幅与频率对壁面冲蚀率和冲蚀位置的影响（图10和11）；3.通过搭建PU-AP抛光实验平台，定量监测微锥孔表面粗糙度，并综合对比不同抛光时间的抛光效果，验证所提方法的可行性和有效性（图13）。
结论：1.计算得出了PU-AP过程中旋涡形成、磨粒运动和壁面冲蚀的全过程；2.磨粒的撞击频率和位置与微锥孔壁面抛光效果之间存在显著的映射关系，揭示了振动频率和幅值对微锥孔特定区域抛光效果的影响；3.不同抛光时间的对比实验表明，随着加工时间的增加，微锥孔壁面粗糙度显著降低，所以抛光效果得到明显改善。

关键词组：磨粒流加工；微锥孔；压电超声耦合抛光；表面质量；抛光效率

Stable and continuous vertical jumping control of hydraulic legged robots through reinforcement learning

Junhui ZHANG, Pengyuan JI, Lizhou FANG, Jinyuan LIU, Dandan WANG, Jikun AI, Huaizhi ZONG, Bing XU

DOI: 10.1631/jzus.A2500142 Downloaded: 1425 Clicked: 1342 Cited: 0 Commented: 0(p.1163-1178) <Full Text> <PPT> 39

Chinese summary <2> 基于强化学习的液压足式机器人稳定连续的垂直跳跃控制方法

作者：张军辉，姬鹏远，方李舟，刘津源，王丹丹，艾吉昆，纵怀志，徐兵
机构：浙江大学，流体动力基础件与机电系统全国重点实验室，中国杭州，310058
目的：液压式足式机器人由于具有较高的功率质量比，在实现高动态运动方面具有巨大潜力。然而，如何同时保证其运动的稳定性与连续性仍面临挑战。本文旨在提出针对液压足式机器人动态跳跃运动的控制方法，在解决控制器优化过程中参数耦合问题的同时实现运动性能的多方面提升。
创新点：1.建立准真实仿真模型，准确反映液压肢腿单元的动态特性；2.提出基于强化学习的液压足式机器人运动控制框架；3.在样机上实现强化学习策略的部署与验证。
方法：1.基于液压驱动系统的动力学分析，结合物理可行性约束，构建液压肢腿单元的准真实模型；2.运用近端策略优化（PPO）强化学习算法，同时优化轨迹生成器与运动跟踪控制器的参数，并在仿真环境中训练控制策略；3.将训练后的策略部署于样机，在竖直跳跃和前向跳跃的不同工况下验证控制策略的性能。
结论：1.所提出的准真实模型能够准确反映物理样机的性能；2.运用强化学习控制框架的液压肢腿单元能够在仿真中实现连续且稳定的跳跃；3.训练后的策略成功部署于物理样机并在高度跟踪和落地柔顺性方面取得显著提升。

关键词组：足式机器人；深度强化学习；准真实模型；液压系统；跳跃控制

Elliptical ultrasonic side milling for improved surface integrity and fatigue resistance of thin-walled Ti6Al4V components

Lianxing LIU, Xinggang JIANG, Enze YING, Zhefei SUN, Daxi GENG, Deyuan ZHANG

DOI: 10.1631/jzus.A2500209 Downloaded: 1473 Clicked: 1112 Cited: 0 Commented: 0(p.1179-1196) <Full Text> <PPT> 38

Chinese summary <3> 椭圆超声喷丸侧铣用于强化薄壁Ti6Al4V构件的表面完整性与抗疲劳性能

作者：刘连星^1,2，姜兴刚^1,2，应恩泽^1,2，孙哲飞^1,2，耿大喜^1,2，张德远^1,2
机构：¹北京航空航天大学，机械工程及自动化学院，中国北京，100191；²北京航空航天大学，仿生与微纳系统研究所，中国北京，100191
目的：针对薄壁钛合金（Ti6Al4V）构件表面强化效率与效果难以兼顾，以及关键疲劳区域侧铣加工强化研究不足的问题，本文提出椭圆超声喷丸侧铣（UPSM）及双程超声喷丸侧铣（TUPSM）新方法，旨在实现加工与强化同步进行，以探究其表面强化机理与疲劳性能提升效果。
创新点：1.提出适用于薄壁结构关键疲劳区域侧铣加工的UPSM方法，并首创TUPSM工艺，实现加工与强化的高效集成；2.通过运动学分析与二维切削仿真，揭示UPSM中刀具后刀面熨压效应和切削刃冲击效应的双重表面强化机理，以及TUPSM的累积强化机制；3.系统阐明超声振幅和加工循环次数对表面形貌、残余应力、亚表层塑性变形层及疲劳性能的调控作用。
方法：1.建立UPSM刀具运动轨迹模型，并分析其切削与强化过程（图1~3）；2.采用ABAQUS软件进行二维有限元切削仿真，并对比分析常规切削（CM）、UPSM及TUPSM过程中的应力演化、塑性变形（PEEQ）和残余应力（S11）的分布特征，以揭示强化机理（图4、5、S1和S2）；3.通过实验研究，对比分析不同工艺下的切屑形态、表面形貌、表面粗糙度、表面残余应力及亚表层塑性变形层（图9~13）；4.进行高周疲劳寿命测试，并分析疲劳源位置、裂纹扩展路径及疲劳条带特征，以揭示疲劳性能提升机制（图14~17和S3）。
结论：1.UPSM产生带有振动纹理的卷曲切屑，且振幅增至8 μm时出现局部断屑特征；TUPSM产生较为细小的破碎切屑。2.相较于CM，UPSM显著减少表面划痕、鳞片等缺陷。3.UPSM通过刀具后刀面熨压和切削刃冲击效应实现显著的表面强化；在8 μm振幅下，表面残余压应力和亚表层塑性变形层厚度较CM分别提升47.4%和91.5%；TUPSM通过叠加二次熨压和冲击效应，进一步强化表面，且残余应力较CM提升55.5%。4.UPSM显著提升试件疲劳寿命，并使疲劳源萌生位置从表面转移至亚表面甚至内部；在 8μm振幅下，UPSM和TUPSM的疲劳寿命分别达到CM的3.38倍和3.76倍。5.UPSM和TUPSM被证明是一种有前景的钛合金强化技术，可有效提升薄壁构件的疲劳性能，同时实现精密加工。

关键词组：超声喷丸侧铣；Ti6Al4V；表面完整性；疲劳性能；表面强化；精密加工；薄壁结构

Improved coati optimization algorithm through multi-strategy integration: from theoretical design to engineering applications

Shuangxi LIU, Ruizhe FENG, Yuxin WEI, Wei HUANG, Binbin YAN

DOI: 10.1631/jzus.A2400512 Downloaded: 2653 Clicked: 1630 Cited: 0 Commented: 0(p.1197-1210) <Full Text> <PPT> 85

Chinese summary <2> 通过多策略集成改进的浣熊优化算法：从理论设计到工程应用

作者：刘双喜¹，冯睿哲¹，魏宇鑫²，黄伟¹，闫斌斌²
机构：¹国防科技大学，先进推进技术实验室，中国长沙，410073；²西北工业大学，航天学院，中国西安，710072
目的：针对传统浣熊优化算法（COA）存在的种群多样性不足和易陷入局部最优等局限性，本研究通过引入多种改进策略，提出了一种改进型浣熊优化算法（ICOA），以提升算法的收敛精度和全局优化性能。
创新点：1.对ICOA初始化阶段进行改进，丰富种群多样性；2.对ICOA的探索/开发阶段进行改进，避免算法陷入局部最优的倾向。
方法：1.在种群初始化阶段，引入了拉丁超立方体采样以提高样本均匀性并最大程度减少冗余，从而能够更全面地探索搜索空间；2.在探索阶段，引入了莱维飞行策略，提升该算法的全局搜索能力；3.在开发阶段，引入一种自适应局部搜索策略以提高优化性能。
结论：1.所提出的ICOA算法使用12个基准函数进行测试，并与其他优化算法进行比较，发现OA具备更好的优化性能；2.通过在拉伸/压缩弹簧的工程设计问题中的应用，ICOA的适用性和有效性得到证实。

关键词组：改进的浣熊优化算法；拉丁超立方抽样；莱维飞行；自适应局部搜索；多策略；工程应用

Lateral risk prediction and influencing factor analysis of container trucks based on trajectory reconstruction data

Zhihao ZHU, Hexuan LIU, Rongjun CHENG

DOI: 10.1631/jzus.A2500331 Downloaded: 1311 Clicked: 431 Cited: 0 Commented: 0(p.1211-1228) <Full Text> <PPT> 38

Chinese summary <1> 基于轨迹重构数据的集装箱卡车横向风险预测及影响因素分析

作者：祝志豪，刘赫煊，程荣军
机构：宁波大学，海运学院，中国宁波，315211
目的：港口集装箱卡车在运行过程中，车辆微观行为特征复杂多变，易诱发侧擦和追尾等交通冲突事件，进而对道路安全造成潜在威胁。本文旨在研究集装箱卡车运行中关键微观行为特征对交通冲突的影响机理，构建基于可解释性机器学习的冲突预测方法，以提升冲突事件的提前识别能力与分析可信度，从而为主动交通安全管理提供支持。
创新点：1.提出基于二维空间的碰撞时间（TTC）指标，实现了侧擦冲突事件的有效识别，弥补了传统单维TTC方法在侧滑冲突识别中的不足；2.构建面向集装箱卡车的可解释冲突预测模型，通过特征组合与消融试验优化预测性能，并利用沙普利可加性解释方法（SHAP）分析揭示关键微观行为特征的影响机理，为主动安全决策提供支持。
方法：1.通过轨迹重构方法对无人机采集的集装箱卡车交通流数据进行处理，提升轨迹的连续性和物理一致性，为后续特征提取和冲突分析提供可靠数据基础；2.基于二维空间构建TTC指标，实现侧滑冲突事件的识别与提取，并结合微观行为特征构建侧擦和追尾冲突样本集，为冲突预测模型的建立提供数据支持；3.通过多种机器学习模型对典型冲突事件进行短时预测，并采用SHAP方法从可解释性角度分析关键特征对两类冲突的影响机理，验证所提出方法的有效性。
结论：1.轨迹重构能够有效提升无人机采集数据在速度、加速度和加加速度层面的合理性，使其更符合车辆真实运动特性；2.通过考虑车辆在二维空间中的交互关系构建的2D-TTC指标可以有效识别侧滑冲突事件，并揭示横向速度与短时纵向速度特征对冲突发生的显著影响；3.基于微观行为特征构建的冲突预测模型中，梯度提升决策树（GBDT）与极端梯度提升（XGBoost）分别在侧擦和追尾冲突识别中表现最佳，其模型精度与AUC指标均达到较高水平，为主动交通安全管理提供可靠技术支撑。

关键词组：实时冲突预测；集装箱卡车数据集；轨迹重构；可解释性机器学习；侧滑冲突

Preliminary study on evaluation indicators for urban engineering system sustainability

Junjie WU, Duanyang ZHUANG, Xuecheng BIAN, Yunmin CHEN

DOI: 10.1631/jzus.A2400522 Downloaded: 2433 Clicked: 1548 Cited: 0 Commented: 0(p.1229-1243) <Full Text> <PPT> 39

Chinese summary <2> 城市工程系统可持续能力评价指标初探

作者：吴俊杰^1,2，庄端阳^1,2，边学成^1,2，陈云敏^1,2
机构：¹浙江大学，超重力科学与技术研究院，浙江杭州，310058；²浙江大学，软弱土与环境土工教育部重点实验室，浙江杭州，310058
目的：我国城市化已进入中后期阶段，高密度城市工程通过岩土环境耦联形成城市工程系统。强烈的时空耦联性导致城市工程系统服役脆弱性显著，严重削弱了城市可持续能力。本文旨在构建多维度的城市工程系统可持续性评价指标体系，研究不同子系统间的耦联关系，为高密度城市工程系统可持续运维提供量化评估工具。
创新点：1.综述城市工程系统可持续能力评价研究现状及验证方法，指出既有评价研究的不足；2.综合韧性、低碳及环保三种维度，构建包含66项指标的城市工程系统可持续性评价指标体系。
方法：1.通过文献计量与标准化筛选，基于8个城市工程子系统确定66项指标，涵盖韧性、低碳与环保维度；2.基于决策试验与评价试验法和网络分析法相结合的方法和熵权法分别确认评价指标的主、客观权重，并利用最大离差法计算指标组合权重；3.通过对国内6个超大城市的实证分析，验证所构建评价体系的合理性，并根据计算结果提出对应城市工程系统可持续能力的提升方法。
结论：1.本文构建的评价指标体系可以准确合理地量化分析各评价对象的城市工程系统可持续能力，其中，地质灾害监测能力和移动通信保障能力是影响城市工程系统可持续能力最关键的两项指标；2.所选国内超大城市的城市工程系统可持续能力综合评价呈现明显的不均衡性，且同一城市在不同维度上的表现也有明显差异。

关键词组：城市工程系统；岩土环境；时空耦联；可持续能力；评价指标

Aerodynamic characteristics and carbody dynamic stress analysis for high-speed trains passing through a tunnel under crosswinds

Beikun WANG, Yaohui LU, Da FENG, Chuan XIAN, Yueheng XIANYU

DOI: 10.1631/jzus.A2400529 Downloaded: 3087 Clicked: 2719 Cited: 0 Commented: 0(p.1244-1257) <Full Text> <PPT> 116

Chinese summary <2> 侧风作用下高速列车通过隧道的气动特性及车体动态应力分析

作者：王北昆，卢耀辉，冯达，鲜川，鲜于悦恒
机构：西南交通大学，机械工程学院，中国成都，610031
目的：高速列车运行速度的提升显著危及结构安全。本文旨在探究强侧风作用于隧道出入口时，列车通过隧道的流场演化规律，分析气动压力波对车体结构强度的影响，以评估高速列车车体的安全性。
创新点：1.采用改进延迟分离涡模拟（IDDES）湍流模型，解析列车、隧道与侧风的复杂相互作用机制；2.运用顺序耦合方法，实现气动载荷与车体动态应力响应的关联分析。
方法：1.基于计算流体动力学（CFD）模型，模拟不同侧风速度下高速列车通过隧道的流场，揭示侧风对列车周边流体结构的影响；2.采用顺序耦合方法，将积分气动力替代直接CFD压力载荷，计算车体动态应力响应，评估不同侧风速度（0、10、15和20 m/s）下气动载荷对车体动态应力的作用；3.以IDDES湍流模型构建列车-隧道-侧风交互仿真模型，阐明流场与结构响应的关联机制。
结论：1.侧风对列车周围流体结构影响显著，气动载荷易引发车体潜在损伤，增加安全风险；2.气动压力波与车体结构强度存在关联，需关注其对高速列车安全的影响；3.本文采用的IDDES模型与顺序耦合方法，可有效评估侧风下高速列车车体安全风险，为结构设计提供依据。

关键词组：高速列车；侧风；气动载荷；动态应力；安全性评估

Flow field patterns in train compartments based on jet ventilation under variable air volume system: isothermal conditions

Songbo WU, Tian LI, Jiye ZHANG

DOI: 10.1631/jzus.A2500022 Downloaded: 2221 Clicked: 1388 Cited: 0 Commented: 0(p.1258-1272) <Full Text> <PPT> 32

Chinese summary <2> 基于变风量系统射流通风的列车车厢内流场特性研究：等温条件

作者：吴松波，李田，张继业
机构：西南交通大学，轨道交通运载系统全国重点实验室，中国成都，610031
目的：变风量系统在列车中得到了广泛应用，因为它们能为空调提供有效的节能效果。然而，设计阶段通常是在一定的固定气流下进行的，这导致了预期流场与实际流场之间的差异。本文旨在分析基于等温条件的变风量系统下的车内流场特性，进而建立风量与流场参数间的关联方程。
创新点：1.通过数值模拟方法，探究了变风量与列车车厢内流场特性之间的关系；2.基于射流力学理论，建立了通风参数与射流之间的参数关联式。
方法：1.通过数值模拟方法，明晰风量变化与列车车厢内速度分布、涡量分布以及流线分布特征之间的关系（图4~9）；2.基于贴附射流和自由射流的流动理论，构建等温工况下列车车厢内的通风参数关联式（公式(5)~(12)）；3.通过理论推导，得出断面卷吸流量与流量和风口宽度之间的关系（公式(13)~(20)）。
结论：1.刚进入车厢的气流符合附壁射流特性，中间汇合后则符合自由射流特性；2.流场特性与雷诺数（Re）显著相关，且受车内有限空间限制；3.当Re≥2650时，轴向速度符合经典u_m/u₀-(x/b)^r或u_m/u₀-(y/b)^r规律，断面速度呈指数和高斯分布，而射流特征厚度呈线性分布；4.推导显示，卷吸流量主要与初始流量和出风口宽度有关。

关键词组：高速列车；内部流场；通风；数值模拟