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

2016 Vol.17 No.11 P.841-922

<<< CONTENTS >>>

Articles

Direct reliability-based design optimization of uncertain structures with interval parameters

Jin Cheng, Ming-yang Tang, Zhen-yu Liu, Jian-rong Tan

DOI: 10.1631/jzus.A1600143 Downloaded: 2628 Clicked: 5179 Cited: 1 Commented: 0(p.841-854) <Full Text> <PPT> 1942

Chinese summary <28> 含区间参数的不确定性结构直接可靠性设计优化

目的：为提高含区间参数不确定性结构的可靠性，提供一种基于区间模型的不确定性结构的高效可靠性设计优化方法。
创新点：1. 提出结构性能指标区间可靠度的统一计算公式；2. 提出区间可靠度违反度的概念和基于区间可靠度违反度的优于关系准则；3. 提出并实现区间可靠性优化模型的高效直接智能求解算法。
方法：1. 借鉴图表法并克服其局限，给出计算区间可靠度的统一公式（公式2）；2. 利用Kriging近似模型和内层遗传算法计算结构性能指标在不确定性参数影响下的变化区间，从而计算出区间可靠性优化模型中各结构性能指标的区间可靠度及其违反度；3. 基于区间可靠度违反度的优于关系准则，通过外层遗传算法实现各结构设计矢量的直接优劣排序和区间可靠性优化模型的直接智能求解；4. 通过典型算例（图3和4、表2）和工程应用实例（图8和9、表7）验证所提方法的有效性和相比间接求解方法的优越性。
结论：1. 考虑结构性能指标可靠性要求的不确定性结构区间可靠性设计优化模型能够有效反映实际工程中提高不确定结构可靠性的需求；2. 引入区间可靠度违反度的概念和基于可靠度违反度的优于关系准则，利用嵌套遗传算法和Kriging近似模型可实现不确定性结构区间可靠性优化模型的直接高效智能求解；3. 提出的区间可靠性优化模型直接求解方法能比间接方法获得更优的解。

关键词组：可靠性设计优化；不确定性结构；区间可靠性违反度；优于关系准则；直接区间优化；嵌套遗传算法

Framework of mechanical symmetry breaking theory and its application to innovative design

Qing-ying Qiu, Shao-jian Wang, Pei-en Feng, Yu-xuan Qi, Li-xin Li

DOI: 10.1631/jzus.A1500199 Downloaded: 2323 Clicked: 3714 Cited: 0 Commented: 0(p.855-872) <Full Text> <PPT> 1658

Chinese summary <24> 机械对称破缺的理论框架及其应用

目的：为满足各种功能和性能的需求及难以避免的约束和限制条件，形形色色的对称破缺现象普遍存在于各类机械系统、部件和零件之中。但目前国内外均没有对机械对称破缺种类、作用及其应用方法进行系统研究的报道。通过本文，读者能系统地了解对称破缺在机械系统中的存在和作用规律，并能够在机械设计中科学地应用对称破缺，更好地实现和发挥机械的预期功能和效益。
创新点：1. 创建机械对称破缺的概念和分类体系。2. 揭示对称破缺与产品需求之间的关联性，提出应用对称破缺实现机械功能、性能和约束需求的8个设计原理。3. 发明一种具有对称破缺特征的链传动结构新方案，且其传动平稳性显著优于现有链传动。
方法：1. 分析和借鉴生物学、材料结构学和建筑学等多学科中对称破缺的研究和应用成果。2. 分析一千多个应用对称破缺的机械实例，并从中提炼和总结对称破缺在机械中的效用和应用规律。3. 将归纳出的规律应用于对称破缺创新机械的实践。
结论：1. 对称破缺普遍存在于机械中，并起着不可或缺的作用。2. 通过对大量机械实例中对称破缺所起作用的系统分析能够获取对称破缺作用于机械的规律性知识。3. 应用上述规律性知识能实现机械产品的创新。

关键词组：机械对称破缺；概念体系；设计原理；设计方法和进程；创新实践

Chip morphology predictions while machining hardened tool steel using finite element and smoothed particles hydrodynamics methods

Usama Umer, Jaber Abu Qudeiri, Mohammad Ashfaq, Abdulrahman Al-Ahmari

DOI: 10.1631/jzus.A1600023 Downloaded: 3673 Clicked: 4569 Cited: 0 Commented: 0(p.873-885) <Full Text> <PPT> 1709

Chinese summary <24> 基于有限元和光滑粒子流体动力学的硬质工具钢切屑形貌预测方法研究

目的：获得有效的高精度切屑形貌仿真方法。
创新点：通过比较不同切削参数下采用光滑粒子流体动力学模型和有限元模型仿真获得的切屑形貌，证明光滑粒子流体动力学模型可以很好地实现对节状切屑的仿真，而不需要额外的几何或基于网格的切屑分离准则。
方法：基于有限元和光滑粒子流体动力学的切削形貌仿真方法。
结论：通过比较不同切削参数下采用光滑粒子流体动力学模型和有限元模型仿真获得的切屑形貌，证明了基于裂纹形成与扩展理论，采用合理疲劳参数的标准Johnson-Cook模型完全可以实现对节状切屑形成过程的仿真，也即无需采用修正的Johnson-Cook模型。同时证明了有限元模型和光滑粒子流体动力学方法均可满足不同切削速度和进给量条件下的切削力和切屑形貌仿真。

关键词组：切屑形貌；有限元；光滑粒子流体动力学；淬硬工具钢；锯齿形切屑

Upper bound analysis for estimation of the influence of seepage on tunnel face stability in layered soils

Wei Liu, Bettina Albers, Yu Zhao, Xiao-wu Tang

DOI: 10.1631/jzus.A1500233 Downloaded: 3387 Clicked: 4627 Cited: 2 Commented: 0(p.886-902) <Full Text> <PPT> 1780

Chinese summary <27> 成层土中地下水渗流对盾构隧道开挖面稳定影响上限分析

目的：盾构隧道在成层土中掘进时，地下水渗流容易引起盾构开挖面失稳破坏。本文提出考虑地下水渗流的机动场模型，探讨成层土中地下水渗流规律，研究渗流对开挖面稳定性的影响，并提出渗流条件下成层土中盾构支护压力的计算方法。
创新点：1. 提出考虑地下水渗流盾构开挖面失稳机动场的模型；2. 建立成层土中地下水渗流模型； 3. 推导考虑地下水渗流的盾构开挖面极限支护压力上限解。
方法：1. 根据已有工程案例，对渗流条件下成层土中盾构开挖面失稳进行受力分析（图5），并提出开挖面失稳机动场模型（图6）；2. 通过上限分析，推导得到盾构开挖面失稳极限支护压力计算公式（公式29）；3. 对成层土中地下水渗流进行数值模拟，并采用理论模型（图15）对渗流规律进行表征；4. 研究极限支护压力对地下水渗流因素的敏感性。
结论：1. 地下水渗流在失稳土体内部产生渗流力作用，在盾构开挖面上也对支护压力产生抵消作用。2. 提出成层土中考虑地下水渗流的失稳机动场模型，并推导出极限支护压力上限解； 3. 在盾构土舱未进行渗透性改良的条件下，成层土中地下水渗流在1200 s内达到稳定，其中，穿越层渗流方向主要为水平向，而覆土层中主要为竖向渗流；4. 考虑渗流影响，本文上限解预测的支护压力值更为合理。

关键词组：开挖面稳定；上限分析；支护压力；地下水渗流；成层土

A charging management-based intelligent control strategy for extended-range electric vehicles

Wen Song, Xin Zhang, Yi Tian, Li-he Xi

DOI: 10.1631/jzus.A1600036 Downloaded: 2225 Clicked: 4834 Cited: 1 Commented: 0(p.903-910) <Full Text> <PPT> 2125

Chinese summary <27> 增程式电动汽车智能充电管理控制策略研究

目的：为了充分利用外界充电条件，减少现有增程式电动汽车燃油消耗，结合当前运行工况、整车运行状态以及相距充电站距离等信息，通过合理调整整车需求功率在增程器与动力电池之间的分配，使得增程式电动汽车在到达充电站时荷电状态（SOC）降低到理想充电范围，提高了整车从充电站获取清洁电能的效率。
创新点：1. 根据车辆当前状态，建立电池需求电量估算模块和増程器输出功率计算模块；2. 在司机决定进入充电站充电后，控制电池SOC在车辆进入充电站时降到最低。
方法：1. 通过对使用环境进行分析，建立智能控制策略，在不同的运行工况下对增程器采用不同的控制方式。通过理论推导，建立动力电池需求电量估算模块（公式2）；2. 通过仿真计算，将所提出的智能控制策略与初始控制策略进行对比。
结论：1. 与整车原策略相比，本文提出的智能控制策略能够根据车辆当前运行工况，控制增程器采用不同的工作方式；2. 在司机决定到充电站充电时，根据当前SOC值，确定最佳增程器关闭时刻，可使增程式电动汽车在到达充电站时，SOC降低到理想充电范围，提高动力电池从充电站获取清洁电能的能力。

关键词组：运行状态识别；增量算法；并行计算；电动汽车

Review

Review: Generation III pressurized water reactors and China’s nuclear power

Yong Wang, Ji-en Ma, You-tong Fang

DOI: 10.1631/jzus.A1600035 Downloaded: 3134 Clicked: 3964 Cited: 0 Commented: 0(p.911-922) <Full Text> <PPT> 1824

Chinese summary <25> 世界三代压水堆主要机型技术分析

概要：本文针对目前主要的第三代压水堆机型EPR、AES2006以及CAP1400，从核电厂设计理念，综合性能、安全性和经济性等方面进行对比分析。在此基础上，结合福岛核事故，探讨中国商用核电未来的技术发展方向。通过对EPR、AES2006以及CAP1400的对比分析发现，尽管它们采用了不同的设计理念和技术方式，但作为目前第三代商用压水堆的代表机型，其目标都在于提高核电厂的整体性能、安全性能和经济性，从而在提高安全性的前提下，强化其相比于其他发电方式的竞争力，获得政府、公众和业主的支持。第三代压水堆技术的主要努力方向在于：在安全方面，进一步强化纵深防御体系，将设计加强工况（包括全厂断电、商用飞机撞击和预期未能停堆的瞬态等）纳入设计考虑的范畴；设置预防和缓解严重事故的措施；考虑极端外部事件设防（包括地震和洪水等）。再者，对非能动安全与能动安全两者之间的关系定位、相互衔接进行优化设置，从而更好的保障核安全。此外，严重事故下设备和仪表的可用性成为福岛核事故后需要特别关注的问题。从经济性的角度讲，加强设计简化和标准化，及时将EPR、AES2006以及CAP1400的首台组的建造经验反馈到后续机组，改进可建造性和模块化从而确保经济性和缩短建造周期。从运行的角度讲，考虑国内核电装机容量的增加、较长的设计寿命以及其他可再生能源的并网，核电设计需强化负荷跟踪的能力。长期来看，需要考虑可能的气候变化，从而确保核电站（沿海和内陆）具有较强的应对极端气候以及较高环境温度和冷却水升温的能力。

关键词组：第三代压水堆技术；性能；安全性；经济性；核电