水利水电工程

  • 天然河道分级恒定流数学模型的适用性问题

    姚鹏程;夏春晨;梁慧;曹志先;

    应用有限差分法离散分级恒定流数学模型和有限体积法离散非恒定流数学模型,以长江中游宜昌至汉口段为实例,对水位、流量、含沙量和河床冲淤量进行计算分析。结果表明:从上游至下游,分级恒定流数学模型与非恒定流数学模型的计算水位差异有减小的趋势,流量差异则逐渐增大,洪峰和沙峰到达时间比非恒定流数学模型的计算结果提前,含沙量、河床冲淤量和河床高程在部分断面与非恒定流数学模型的结果存在明显差异;随着计算河段的缩短,差异略有减小;随着计算历时的增加,河床冲淤量和河床高程计算差异持续增加。分级恒定流数学模型的计算耗时更长,且计算河段和历时越长,2个模型计算耗时相差越大。建议谨慎应用分级恒定流数学模型。

    2023年02期 v.56;No.311 129-138页 [查看摘要][在线阅读][下载 1148K]
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  • 岩体开挖爆破滚石碰撞破碎过程模拟

    熊峻巍;卢文波;唐杰伟;郑祥;陈明;

    基于叶巴滩水电站高边坡爆破开挖的工程背景,利用动力有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立了爆破滚石-地面碰撞破碎模型,研究了滚石碰撞破碎形态及对后续运动的影响,比较了滚石入射速度、滚石形状和碰撞部位、坡面类型对碰撞破碎的影响,分析了滚石初始裂隙宽度和裂隙产状对碰撞破碎难易程度的影响。数值模拟结果表明:滚石的碰撞破碎使得个别块石具有更大的横向飞散距离,其破碎程度和运动影响范围主要与法向撞击速度、撞击部位和坡面类型有关;滚石初始裂隙的存在使滚石与地面碰撞后更易发生破碎,且一般沿初始裂隙发生剪切破坏。

    2023年02期 v.56;No.311 139-147页 [查看摘要][在线阅读][下载 1109K]
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  • 非交错的中心龙格库塔方法求解有干湿面的浅水方程组

    刘敏;李订芳;罗一鸣;董建;

    提出一种具有和谐性、保正性和守恒性的非交错中心格式来求解带有干湿面的浅水方程组。根据间断底部的构造定义上、下水位阈值,再基于交错单元的水位值和水位阈值的大小关系判断非交错单元的干湿状态。对干界面和干湿面处的水位值,通过调整相邻单元的水位斜率使其得到修正,保证了格式的和谐性。采用中心龙格库塔方法和构造本质非振荡线性函数使格式在时间和空间方向均具有二阶精度。最后,通过数值算例验证了格式的和谐性、保正性、守恒性和稳健性。

    2023年02期 v.56;No.311 148-159+225页 [查看摘要][在线阅读][下载 1368K]
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  • 凿岩机钻头破岩机理分析及岩体可掘性预测

    尤明龙;谭飞;焦玉勇;涂福彬;田湖南;

    为分析凿岩机钻头的破岩机理,提高破岩效率,预测掘进岩体的等级,运用离散元方法对凿岩机钻头的破岩过程进行分析。模拟了不同级别围岩、不同地应力条件下的破岩过程,得到了不同类型围岩下的钻进破岩力及其破岩比功。对影响岩体等级的岩体主要参数进行敏感性分析,得到了峰值破岩力和均值破岩比功与岩体单轴抗压强度的关系、岩体单轴抗压强度与场切深指数(field penetration index, FPI)的关系。通过FPI值的范围对岩体进行可掘性预测和围岩质量分级。研究成果可为实际工程使用凿岩机开挖过程中的岩体可掘性评价及围岩动态分级提供一定参考。

    2023年02期 v.56;No.311 160-169页 [查看摘要][在线阅读][下载 1180K]
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  • 基于云模型和组合赋权的水库泥沙淤积影响多级模糊综合评价

    张明旺;侍克斌;朱跃亮;

    将专门研究不确定性问题的云理论引入到水库泥沙淤积影响等级的多级模糊评价中,解决其存在的不确定性和模糊性问题。同时,主观赋权和客观赋权在评估水库泥沙淤积影响时都存在一定的缺陷,通过组合赋权法计算得到满足水库泥沙淤积影响的综合分析结果,构建基于云模型和组合赋权的水库泥沙淤积影响多级模糊综合评价模型。最后,选定某水库为研究区,对该水库的泥沙淤积影响等级进行评价,极大地提高了评价结果的鲁棒性,并将评价结果和评语层云模型结合用MATLAB仿真显示。研究结果表明:该水库泥沙淤积影响等级处于重度影响和特重度影响之间,相关研究可为开展水库泥沙淤积影响的研究提供帮助。

    2023年02期 v.56;No.311 170-178页 [查看摘要][在线阅读][下载 1000K]
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土木建筑工程

  • 某大型轴流压缩机组框架式基础动力特性研究

    熊晔;何让鹏;白强强;陈孜孜;

    针对某轴流压缩机机组框架式基础,分别不考虑与考虑地基-基础-结构的共同作用,使用ABAQUS有限元软件,进行了模态分析与动力稳态分析计算,得到了轴流压缩机组框架式基础的自振特性与动力稳态响应曲线,同时研究了不同模态阻尼比条件下的基础振动线位移的变化规律。结果表明:不考虑共同作用时的基础动力稳态响应大于考虑共同作用时的动力响应;模态阻尼比对基础顶板振动线位移的幅值有较大影响,模态阻尼比越大,基础顶板振动线位移的幅值越小,而不同模态阻尼比下的基础顶板振动线位移随扰力频率变化的幅频曲线分布规律基本保持一致。

    2023年02期 v.56;No.311 179-187页 [查看摘要][在线阅读][下载 1318K]
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  • 钢管混凝土加固锈蚀损伤柱偏压性能数值计算分析

    蒋燕鞠;梁鸿骏;李旺鹏;

    采用电化学加速锈蚀方法获取20个不同锈蚀损伤柱,并利用钢管混凝土加固法对其中13个锈蚀损伤柱进行加固。通过偏心受压试验,获得了锈蚀柱和加固柱的破坏形态、承载力和荷载-挠度变形曲线。在试验研究基础上,建立了钢管混凝土加固锈蚀钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)柱偏压性能有限元模型,并将有限元计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明,所建的有限元模型能够准确模拟出加固柱的破坏形态,加固柱承载力试验值与计算值之比的均值为0.956、标准差为0.031、变异系数为0.032,所建有限元模型可以较为准确地计算钢管混凝土加固锈蚀RC柱的偏压性能。利用该模型对加载过程中加固柱各部分的应力分布、发展情况、偏心距的影响以及钢管对受压弯曲内侧和外侧混凝土的约束作用进行了详细分析,进一步揭示了加固柱的受力机理。

    2023年02期 v.56;No.311 188-196页 [查看摘要][在线阅读][下载 1275K]
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  • 低影响开发措施的调蓄池代用模型应用研究

    李江云;蒋颖龄;李瑶;林进昌;

    将暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM)中的调蓄池模型作为低影响开发(low impact development,LID)设施的代用模型进行雨洪模拟,工程应用中可在没有具体LID参数条件下,采用所研究模型替代LID措施进行城市雨洪径流过程模拟。根据研究区域下垫面的用地性质、建设年份、建筑密度判断LID实施的难易程度,并采用模糊综合评判法将其分为5种地块,在5种地块上设置LID,根据单位面积调蓄深度(地块调蓄总容积与地块面积的比值)的大小,给出不同地块的LID最佳组合范式,并将各地块的LID方案采用代用模型进行替换。将代用模型应用于工程实例进行模拟,得到该排水区在不同重现期条件下的降雨径流过程,评价排水区实施LID措施的应用效果。

    2023年02期 v.56;No.311 197-203页 [查看摘要][在线阅读][下载 1056K]
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  • 基于子模型法的对拉式预应力闸墩锚固竖井优化研究

    司政;李成宇;张倩;吕琦;

    为解决对拉式锚固竖井预应力闸墩应力集中问题,对锚固竖井尺寸进行优化,以降低锚固竖井周边拉应力。以某工程对拉式锚固竖井预应力中墩为研究对象,采用三维有限元法建立预应力闸墩整体模型进行计算分析,并从整体模型中切割出锚固竖井子模型,切割边界上施加整体模型计算得到位移值,从整体模型与子模型应力计算结果可知,切割边界上应力基本相同,验证了子模型法的合理性。在此基础上,基于ANSYS优化模块零阶优化算法对锚固竖井尺寸进行优化,采用优化后的尺寸进行应力变形计算时,正常和检修2种工况下Z向最大拉应力均降低了1.1 MPa;应力集中区正常运行工况下Y向拉应力及检修工况Z向拉应力分别减小了1.0、0.7 MPa;锚固竖井顶面X、Z向拉应力区明显减小。运用子模型法和尺寸优化技术对预应力闸墩锚固竖井进行优化,可有效降低锚固竖井周边拉应力及拉应力区范围,可为工程设计提供技术支撑。

    2023年02期 v.56;No.311 204-210页 [查看摘要][在线阅读][下载 1057K]
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  • 基于透射法的钢绞线预应力无损检测研究

    龙士国;许文宗;唐海翔;唐好文;

    利用COMSOL进行不同应力下锚具声学特性的有限元分析,并通过试验对不同应力下的锚具进行声学特性试验研究,对时域信号进行傅立叶变换得到频谱信号,对频谱信号进行归一化及对数正态分布拟合,得到钢绞线预应力与对数标准差λ之间的关系。结果表明:对数标准差λ与钢绞线预应力之间存在着良好的对数函数关系,在不同钢绞线预应力下,可以通过测量锚头的对数标准差λ来确定钢绞线预应力值,为钢绞线预应力的检测提供了一种方便、快捷的测量方式。

    2023年02期 v.56;No.311 211-217页 [查看摘要][在线阅读][下载 1025K]
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计算机技术及应用

  • 基于扩张因果卷积的城市客流量预测算法

    周蜀杰;曾园园;江昊;

    人群的迁移行为可以通过时空相关轨迹和用户上网行为进行记录。通过分析用户的上网行为分布情况发现,用户在不同场景下的浏览内容具有一定的偏好性,据此构建了融合用户上网行为及迁移行为异构信息网络表征城市人群的转移行为。基于该异构信息网络,提出了一种基于扩张因果卷积的城市客流量预测模型,采用扩张因果卷积模块捕捉客流量分布特征和用户上网行为特征,并构建了异构信息融合模型来融合客流量分布特征与用户上网行为特征。客流量分布特征提取是通过不同时间尺度下时间序列提取客流量时间依赖关系,用户上网行为特征提取是根据2种场景下的用户上网内容。特征提取采用扩张因果卷积减少了模型层数,提高了模型效率。异构信息融合模型融合了多维特征信息,提高了模型在预测有突发事件时的即时客流量的准确率。

    2023年02期 v.56;No.311 218-225页 [查看摘要][在线阅读][下载 1030K]
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  • 基于聚类的多维数据交叉融合的台区网格化划分方法

    王书峰;蒋宇飞;许贤泽;包小千;

    针对常规台区网格化方法不涉及电力设备运行相关信息且不能自动更新已建成台区配电网最低层级电网网格的问题,为满足台区电网优化调度的需求,提出一种基于聚类的多维数据交叉融合的台区网格化划分方法。综合用电单位负荷记录、报修数据、台区气候情况等多维数据,结合CLARANS(clustering large application based upon randomized search)聚类、Chameleon聚类方法的特点,优化台区网格划分结果。实验结果表明:所提的划分方法更加适用于台区电网调度,实现了已建成台区配电网最低层级网格划分的自动化处理,提升了网格化规划的实用性、有效性。

    2023年02期 v.56;No.311 226-232页 [查看摘要][在线阅读][下载 924K]
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  • 面向6G的全双工D2D通信物理层安全策略

    马蓓;

    针对6G赋能的智能时代下低时延、超高速、万物互联的海量机器类通信要求,基于物理层的安全防范技术已经成为传统信息安全机制的有效补充保障技术。基于多阶迭代干扰对齐(multi-phase iterative interference alignment, MPIIA)算法,利用反馈信道状态信息,提出了一种抵御被动式恶意攻击的物理层安全防范方案。算法依据全双工通信特点,首先,在反向阶段,利用反向信道对接收信号进行线性组合反馈给发送端;其次,在前向阶段,将反馈信号迭代与发送信号进行线性组合形成发送方案;通过设计编码矩阵,实现了全双工的多阶干扰对消,并极大地恶化了恶意用户的性能,从而保障物理层的安全。仿真结果表明,与传统的半双工D2D(device-to-device)通信相比,所提算法可以实现2倍的系统容量,同时保证智能D2D通信网络的最优自由度。

    2023年02期 v.56;No.311 233-236页 [查看摘要][在线阅读][下载 889K]
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  • 基于时间同步优化和特征筛选的无人机单目视觉惯导联合定位方法

    谭立超;

    针对全球定位系统(global positioning system,GPS)/北斗失能场景下无人机无法正常定位工作的情况,提出了一种基于单目相机和惯性传感器的状态估计方法。该方法采用单目相机和惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)联合估计无人机6自由度状态,通过运动建模迭代优化图像和IMU时间同步偏差,并以DBSCAN(density-based spatial clustering of applications with noise)聚类筛选鲁棒的视觉特征,用于提高定位精度、减少计算时间。在公共数据集上将所提方法与现有典型算法进行对比,结果表明,所提方法在定位精度与计算时间上取得了较优平衡。

    2023年02期 v.56;No.311 237-243页 [查看摘要][在线阅读][下载 977K]
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动力与机械工程

  • 基于GSA优化VMD-DBN的水电机组故障诊断

    王卫玉;侯凯;何葵东;莫凡;金艳;陈启卷;

    提出了基于引力搜索算法(gravitational search algorithm, GSA)优化变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)并结合深度置信网络(deep belief network, DBN)的水电机组故障诊断方法。首先,以变分模态分解能量误差最小化为目标,利用GSA并行优化各样本下VMD的2个典型分解参数(分解层数K和惩罚因子α);然后,对分解降噪后的信号进行重构,并对重构后的信号构造由能量熵、奇异谱熵以及峭度组成的特征向量;最后,将构建的特征向量输入DBN构建的水电机组故障诊断模型。通过与已有方法比较可知,所提模型可以有效地提取水电机组的故障特征,且故障识别准确率更高。

    2023年02期 v.56;No.311 244-250页 [查看摘要][在线阅读][下载 1130K]
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  • 基于有限元模拟的越障导线飞车安全性分析

    郭鹏程;俞琦;兰鹏;

    越障导线飞车的安全性体现在结构强度与带电作业人员体表场强防护两方面。运用有限元分析方法,选取越障导线飞车作为研究对象,考虑其在承载最大载荷的作业工况下,利用SolidWorks构建仿真模型,然后采用ANSYS Workbench、COMSOL Multiphysics分别对越障导线飞车架体从应力与带电作业人员体表场强分布进行仿真分析。分析结果表明,所构建的飞车模型在负载最大允许工作载荷(300 kg)时,其应力分布满足载荷要求;同时,在典型带电作业工况下,飞车内作业人员体表场强远低于带电作业规定的防护标准。

    2023年02期 v.56;No.311 251-256页 [查看摘要][在线阅读][下载 983K]
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