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Journal of Zhejiang University SCIENCE A
ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly
2025 Vol.26 No.12 P.1141-1272
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: 3388 Clicked: 1896 Cited: 0 Commented: 0(p.1141-1162) <Full Text><PPT> 151
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
Junhui ZHANG, Pengyuan JI, Lizhou FANG, Jinyuan LIU, Dandan WANG, Jikun AI, Huaizhi ZONG, Bing XU
DOI: 10.1631/jzus.A2500142 Downloaded: 1616 Clicked: 1528 Cited: 0 Commented: 0(p.1163-1178) <Full Text><PPT> 195
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
Lianxing LIU, Xinggang JIANG, Enze YING, Zhefei SUN, Daxi GENG, Deyuan ZHANG
DOI: 10.1631/jzus.A2500209 Downloaded: 1632 Clicked: 1307 Cited: 0 Commented: 0(p.1179-1196) <Full Text><PPT> 160
1新疆医科大学基础医学院生理学教研室， 中国乌鲁木齐市， 830017
2新疆地方病分子生物学重点实验室， 中国乌鲁木齐市， 830017
3新疆医科大学校级科研平台神经生理基础与临床转化重点实验室， 中国乌鲁木齐市， 830017
4浙江大学医学院生物物理系， 浙江大学附属第一医院肾脏病中心， 中国杭州市， 310058
5良渚实验室， 中国杭州市， 311121
摘要：瞬时受体电位香草素亚型1（transient receptor potential vanilloid subtype 1，TRPV1）是一种多模态激活的钙离子通透性非选择性阳离子通道蛋白，广泛分布于全身各部位，在伤害感觉神经元中表达显著。该离子通道在生理与病理状态下均发挥关键作用，不仅介导多种刺激的应答反应，还参与维持机体稳态。TRPV1凭借其对温度变化、化学配体及电压波动的独特响应能力，成为理解与调控正常生理功能的关键靶点，同时也为疾病诊断与治疗提供重要依据。本文系统综述了TRPV1的结构、门控机制及其生理和病理作用，强调了其在多种疾病中的潜在治疗价值。本综述全面概述TRPV1的多重功能，旨在为未来研究提供思路，并推动以TRPV1为靶点的新疗法研发，从而助力提升人类健康水平。
关键词组：瞬时受体电位香草酸亚型1（TRPV1）；结构；门控机制；治疗靶点
Shuangxi LIU, Ruizhe FENG, Yuxin WEI, Wei HUANG, Binbin YAN
DOI: 10.1631/jzus.A2400512 Downloaded: 2939 Clicked: 1820 Cited: 0 Commented: 0(p.1197-1210) <Full Text><PPT> 215
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
Zhihao ZHU, Hexuan LIU, Rongjun CHENG
DOI: 10.1631/jzus.A2500331 Downloaded: 1461 Clicked: 636 Cited: 0 Commented: 0(p.1211-1228) <Full Text><PPT> 152
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: 2675 Clicked: 1724 Cited: 0 Commented: 0(p.1229-1243) <Full Text><PPT> 134
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
Beikun WANG, Yaohui LU, Da FENG, Chuan XIAN, Yueheng XIANYU
DOI: 10.1631/jzus.A2400529 Downloaded: 3294 Clicked: 2966 Cited: 0 Commented: 0(p.1244-1257) <Full Text><PPT> 247
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
Songbo WU, Tian LI, Jiye ZHANG
DOI: 10.1631/jzus.A2500022 Downloaded: 2438 Clicked: 1559 Cited: 0 Commented: 0(p.1258-1272) <Full Text><PPT> 129
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um/u0-(x/b)r或um/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