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), 1.490 (2019), 2.263 (2020).


Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

   Cover:  <42>
      
Contents:  <36>

CONTENTS

Articles

Adaptive robust control of soft bending actuators: an empirical nonlinear model-based approach

Cong Chen, Jun Zou

DOI: 10.1631/jzus.A2100076 Downloaded: 849 Clicked: 1093 Cited: 0 Commented: 0(p.681-694) <Full Text>   <PPT >  84

Chinese summary   <5>  软弯曲执行器的自适应鲁棒控制:一种基于经验非线性模型的方法

目的:为软体机器人系统提供统一且完整的动力学建模方法,并且基于建立的模型设计控制器,以实现软体机器人的精确位置控制.
创新点:1. 提出了一种经验非线性模型及其辨识方法,提高了气动软体机器人建模的精度;2. 建立了不平衡气动比例阀的准静态流量模型,实现了气动系统的动力学建模;3.基于模型,设计了自适应鲁棒控制器,实现了软体机器人的精确位置控制.
方法:1. 将传统线性模型的参数设置为位置的函数,使用泰勒展开、系统滤波和最小二乘方法,实现任意阶次的经验非线性模型辨识;2. 对不平衡气动比例阀进行阀芯受力分析,推导阀芯位置的准静态方程,进而推导准静态流量模型;3. 通过轨迹跟踪对比实验,验证所提出的模型和控制器的有效性.
结论:1. 实验结果表明,仅使用滑模控制器,就可以实现较高精度的轨迹跟踪,这证明了所提建模方法的有效性;2. 使用自适应鲁棒控制器,并在传统滑模控制器的基础上在线更新参数,可以有效提高轨迹跟踪精度.

关键词组:气动软弯曲执行器;经验非线性模型辨识;不平衡气动比例阀建模;自适应鲁棒控制;轨迹跟踪

A method to avoid the cycle-skip phenomenon in time-of-flight determination for ultrasonic flow measurement

Cheng-wei Liu, Ze-hua Fang, Liang Hu, Yong-qiang Liu, Rui Su, Wei-ting Liu

DOI: 10.1631/jzus.A2000284 Downloaded: 889 Clicked: 1173 Cited: 0 Commented: 0(p.695-706) <Full Text>   <PPT >  79

Chinese summary   <1>  一种在超声波流量测量中避免渡跃时间跳波的方法

目的:超声波渡跃时间(TOF)的准确检测是超声波流量测量中最重要的一步.测量环境(如流体介质、温度等因素)的变化,会导致超声波波形发生变化,进而引起TOF检测的跳波问题,带来流量测量误差.本文旨在提出一种TOF检测算法,避免跳波问题的出现.
创新点:1. 根据超声波信号的波形特征,提出了基于单一超声波信号的起振点判定方法,进而抑制跳波问题的发生;2. 针对实际应用中常见的频变和采样率低的问题,提出了优化方法,使所提方法更具实用性.
方法:1. 依据超声波信号的周期性和幅值特征,提出单周期信号间相关系数和平均功率相结合的判定因子,据此对超声波信号进行判定并寻找起振点,再根据起振点来确定TOF,从而抑制跳波问题;2. 应用基于过零点的信号分割方法和基于FFT的信号插值方法,解决信号频率变化和采样率低带来的实用性问题;3. 根据超声波信号波形易受温度影响的特性,利用流量标定台设计并进行相应实验,使用自制的超声波流量传感器采集大量波形剧烈变化的信号用于计算TOF,并与传统方法进行对比,验证所提方法在抑制跳波问题方面的有效性;4. 使用标定台在不同温度下对超声波流量计进行标定,使用不同的TOF确定方法,展示跳波问题对流量计精度的影响,并对此进行理论分析.
结论:1. 介质温度等因素会影响超声波信号的波形,进而引起TOF检测的跳波问题.2. 超声波信号在周期性和单周期的平均功率上都与噪声信号有所差异;所提方法从这两方面出发,可准确找到信号起振点,进而抑制跳波问题.

关键词组:超声波流量测量;渡跃时间;相关系数;信号功率;双阈值法

Wave filtering and firing modes in a light-sensitive neural circuit

Xiu-fang Zhang, Jun Ma

DOI: 10.1631/jzus.A2100323 Downloaded: 445 Clicked: 614 Cited: 0 Commented: 0(p.707-720) <Full Text>   <PPT >  83

Chinese summary   <2>  光敏神经元电路的选频和放电模态研究

目的:研究视觉神经元对光信号识别和响应的物理学机制,以及其控制策略.
创新点:1. 以光敏神经元电路为例,设计了基于Heaviside函数的滤波标准,并对多频段信号源进行滤波,揭示了光敏神经元对光信号选频的机制;2. 该方法也可以适用于揭示听觉系统选频机制.
方法:1. 把光电管连接到一类简单的电阻-电感-电容(RLC)神经元电路中,光电管中激发的电流会驱动神经元电路来产生各种模态;2. 以混沌电路输出作为外界宽频信号源,设计一类滤波函数标准对宽频信号进行选频.
结论:1. 选频过程类似于视觉神经元对外界光照频段的选择,设计不同的选频阈值可以控制滤波信号的频段和幅度,进而影响神经元的放电模态和斑图,即神经元对外界光照要么不响应,要么产生恰当的放电模态;2. 选频标准的核心在于滤波函数的上限和下限阈值;从实验角度可以在光电管阴极镀膜或者在光电管窗口多次镀膜来对入射光进行过滤或者增强投射;在设定阈值频率之外的光照则被光电管的镀层材料吸收,达到滤波的目的.

关键词组:光敏神经元;神经元电路;光电管;分岔;信息编码

Compressive behavior of hybrid steel-polyvinyl alcohol fiber-reinforced concrete containing fly ash and slag powder: experiments and an artificial neural network model

Fang-yu Liu, Wen-qi Ding, Ya-fei Qiao, Lin-bing Wang, Qi-yang Chen

DOI: 10.1631/jzus.A2000379 Downloaded: 948 Clicked: 1248 Cited: 0 Commented: 0(p.721-735) <Full Text>   <PPT >  76

Chinese summary   <1>  包含粉煤灰和矿渣的钢-聚乙烯醇混杂纤维混凝土的抗压力学性能试验与人工神经网络模型

目的:通过系列室内试验以及建立的人工神经网络(ANN)模型研究钢-聚乙烯醇(PVA)混杂纤维混凝土的抗压力学性能,探究不同纤维含量和纤维混合比对钢-PVA混杂纤维混凝土抗压性能的影响.
创新点:1. 进行了不同纤维含量和纤维混合比的钢-PVA混杂纤维混凝土抗压试验,揭示了钢-PVA混杂纤维混凝土的抗压性能.2. 考虑23项输入参数,建立了ANN模型模拟钢-PVA混杂纤维混凝土的抗压性能,很好地再现了试验结果,并揭示了不同纤维含量和纤维混合比对钢-PVA混杂纤维混凝土抗压性能的影响规律.
方法:1. 通过抗压试验,分析不同纤维含量和纤维混合比对钢-PVA混杂纤维混凝土抗压性能的影响;将试验结果与既有文献数据结合,建立ANN模型的数据库.2. 考虑23项输入参数,建立ANN模型,并进行参数优化、训练和测试以及敏感性分析.3. 对比分析ANN模型和传统损伤模型,验证并论证ANN模型的正确性和优势.4. 通过参数敏感性分析,揭示纤维含量和纤维混合比对钢-PVA混杂纤维混凝土抗压性能的影响.
结论:1. 与损伤模型相比,ANN模型能够更好地模拟钢-PVA混杂纤维混凝土的抗压性能,包括抗压强度、峰值应变和应力-应变曲线.2. ANN模型可以考虑23项混杂纤维混凝土组分的影响,包括纤维特征、混凝土组成成分和素混凝土力学性能.3. 抗压试验结果和ANN模拟结果都表明,钢纤维对混杂纤维混凝土的抗压性能影响大于PVA纤维.

关键词组:试验;ANN模型;混杂纤维混凝土;抗压性能;应力-应变曲线

Dynamic response analysis of airport pavements during aircraft taxiing for evaluating pavement bearing capacity

Qian Dong, Jian-hua Wang, Xian-min Zhang, Hao Wang, Jing-nan Zhao

DOI: 10.1631/jzus.A2000378 Downloaded: 861 Clicked: 1321 Cited: 0 Commented: 0(p.736-750) <Full Text>   <PPT >  80

Chinese summary   <1>  基于飞机滑行刚性道面振动基频的承载力评价方法

目的:目前的道面承载力评价需要在航班结束后进行,存在难以找到合适时间进行测试和模拟加载的缺陷.本文旨在通过分析飞机滑行过程中道面的振动响应,建立道面振动基频与承载力的关系,以实现飞机运行情况下道面承载力评价.
创新点:1. 根据飞机的真实运营情况,考虑升力的影响,确定了飞机的随机动荷载;2. 分析了道面全宽度及11 m深度内的振动响应,确定了振动响应变化规律以及对振动基频影响最为显著的因素.
方法:1. 通过理论推导,建立飞机-道面系统平衡方程;考虑升力的作用,并结合边界条件,求解飞机的动荷载.2. 通过仿真模拟,分析了全部道面范围内振动基频的变化规律及道面远端振动基频的影响因素.3. 通过现场测试,验证测试方法的有效性和可行性.
结论:1. 当飞机的滑行速度超过15 m/s时,在升力的影响下,飞机的随机动荷载随着飞机滑行速度的增加持续下降;当飞机的滑行速度固定时,随着道面平整度变差,动荷载增大.2. 沿横断面方向,道面中心处的振动基频仅比远端大2%;从面层至土基,振动基频不变,仅振幅逐渐减小.3. 土基动回弹模量对道面远端振动基频的影响最为显著,可达43%左右,其次是面层厚度与基层厚度,而面层弹性模量与基层回弹模量对振动基频的影响最小.

关键词组:刚性道面;飞机动荷载;振动基频;不停航测试

Carbon self-doped polytriazine imide nanotubes with optimized electronic structure for enhanced photocatalytic activity

Hui Zhang, Zhen Yang, Yu-qi Cao, Zhi-gang Mou, Xin Cao, Jian-hua Sun

DOI: 10.1631/jzus.A2000386 Downloaded: 883 Clicked: 1069 Cited: 0 Commented: 0(p.751-759) <Full Text>   <PPT >  81

Chinese summary   <1>  碳自掺杂聚三嗪亚胺纳米管的电子结构优化及其光催化产氢和降解四环素性能

目的:聚三嗪亚胺(PTI)较小的共轭体系导致其光生电荷转移受限,光催化活性较低.本文旨在通过碳自掺杂来优化PTI的电子结构,提升电荷传递效率,以提高体系光催化活性.
创新点:1. 通过碳自掺杂提高产物C-PTI的比表面积,优化其电子结构,提升电荷传递效率;2. 提高C-PTI的光催化分解水产氢和光催化降解四环素的活性.
方法:1. 采用X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜、透射电镜、紫外-可见漫反射光谱等手段对产物进行表征和能带结构研究;2. 通过光电化学测试和荧光发射光谱,研究产物中光生电荷的分离和传递效率;3. 通过光催化分解水产氢和光催化降解四环素的实验,评价产物的光催化性能.
结论:1. 以葡萄糖为碳源,采用一种绿色简便的方法成功制备了碳自掺杂PTI光催化剂;2. 碳自掺杂使产物具有更大的比表面积、更负的导带位置、更正的价带位置以及更高的电荷传递效率;3. 合成的C-PTI在光催化分解水产氢和光催化降解四环素的反应中都表现出更高的活性.

关键词组:PTI;光催化;产氢;降解四环素

Correspondence

Correspondence: Centrifuge model testing to ascertain vertical displacements of a pile under cyclic lateral loads

Gang Zheng, Ji-bin Sun, Tian-qi Zhang, Yang Jiao, Yu Diao

DOI: 10.1631/jzus.A2000477 Downloaded: 880 Clicked: 1069 Cited: 0 Commented: 0(p.760-766) <Full Text>   <PPT >  82

Chinese summary   <2>  水平循环荷载下单桩沉降的离心机试验研究

目的:探究单桩在水平循环荷载作用下的沉降行为.
创新点:1. 采用离心机模型试验,研究水平循环荷载作用下单桩的沉降规律;2. 揭示了水平循环荷载作用下单桩的沉降机理.
方法:1. 利用自主研发的伺服加载系统,在100g条件下对单桩施加水平循环荷载,并采用数字图像关联处理技术分析单桩的沉降规律;2. 同时针对两个重要参数(即竖向荷载和水平位移幅值)开展正交试验,明确两个参数对桩体沉降的影响.
结论:1. 在水平循环荷载作用下,桩侧摩阻力将会损失,不平衡力传向桩端,从而让桩体发生沉降;2. 作用在桩顶的竖向荷载越大,或水平位移幅值越大,桩沉降越大;3. 在水平循环荷载作用下,端承桩抗沉性能优于摩擦桩.

关键词组:桩;水平循环荷载;沉降;侧摩阻力损失;不平衡力传递



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