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

<<<                         CONTENTS                         >>>

Articles

Urban railway ground vibrations induced by localized defects: using dynamic vibration absorbers as a mitigation solution

Georges Kouroussis, Sheng-yang Zhu, Bryan Olivier, Daniel Ainalis, Wan-ming Zhai

DOI: 10.1631/jzus.A1800651 Downloaded: 549 Clicked: 2736 Cited: 0 Commented: 0(p.83-97) <Full Text>   <PPT>  198

Chinese summary   <9>  轨道局部缺陷引起的城市轨道交通地面振动--应用动力吸振器作为减振措施

目的:基于动力吸振器理论提出一种控制城市轨道交通地面振动的有效措施.
创新点:1. 确定动力吸振器安装在车辆或轨道上的最优位置和动力学参数; 2. 采用提出的两步分析法真实模拟布鲁塞尔有轨电车在通过轨道局部缺陷时引起的地面振动; 3. 探明动力吸振器安装在车辆或轨道上对控制地面振动的有效性.
方法:1. 通过对列车-轨道耦合动力学系统进行模态分解,得出在不同位置安装动力吸振器的最优动力学参数; 2. 采用所提出的两步法预测不同工况下城市轨道交通的地面振动:首先建立多体车辆与轨道耦合动力学模型,计算作用在土体上的动力作用,然后建立三维土体有限元模型,模拟动力作用引起的地面波传播及周边的地面振动.
结论:将动力吸振器安装在车辆上是降低城市轨道交通地面振动的有效措施.

关键词组:动力吸振器; 道岔; 钢轨接头; 地面振动; 布鲁塞尔有轨电车

A uniform air flow distribution design strategy for use in tunnel transverse ventilation systems

Ming-nian Wang, Tao Deng, Li Yu, Xu Wang

DOI: 10.1631/jzus.A1800230 Downloaded: 1664 Clicked: 931 Cited: 0 Commented: 0(p.98-108) <Full Text>   <PPT>  178

Chinese summary   <7>  隧道横向式通风系统中的等量送风设计方法研究

目的:公路隧道在采用横向式通风系统时,送风道内的空气应通过送风孔均匀地输送至隧道内,以满足整个隧道范围内的新鲜空气补充和污染物稀释的需求. 但是,目前的隧道通风设计规范并没有明确的等量送风设计方法,且业界关于该问题的研究也极为缺乏. 考虑到多页对开式风阀在风量调整方面的便利性与实用性,本文旨在通过明确风阀风阻特性以及等量送风管道内外静压的分布规律,研究一种通过调整风阀开角来实现风孔风量控制的理论设计方法.
创新点:1. 结合量纲分析与数值模拟分析方法得出多页对开式风阀的风阻特性; 2. 通过对等量送风道内外部建立一元伯努利方程,得出等量送风管道内的静压分布规律; 3. 结合风阀风阻特性以及管道内外静压分布规律,得出一种基于压力平衡的风阀叶片开角理论调节方法,且该方法可以实现各风孔送风风量的理论控制.
方法:1. 利用量纲分析方法得出多页对开式风阀风阻特性的影响因素; 2. 利用二维和三维数值分析方法计算得出不同叶片开角和风速比值条件下的风阀阻力系数(表2和图6); 3. 通过理论分析,在送风道内部和风阀内外侧断面间建立一元伯努利方程,得到风道内的风速与静压分布规律,以及通过调节开角实现风量控制的理论设计方法; 4. 利用数值分析方法对研究得到的等量送风理论设计方法进行可行性验证(图9和10).
结论:1. 影响多页对开式风阀风阻特性的2个因素分别是风阀的叶片开角和风道与风阀内的风速比值; 2. 结合等量送风管道内静压分布规律以及风阀风阻特性,可以通过调整叶片开角实现风阀送风风量的理论控制; 3. 数值验证结果表明,通过控制叶片开角来实现风阀出风风量的理论控制方法具备可行性且精度较高.

关键词组:多孔送风管; 计算流体力学; 局部阻力; 等量送风; 横向通风

Effect of epistasis on the performance of genetic algorithms

Sajad Jafari, Tomasz Kapitaniak, Karthikeyan Rajagopal, Viet-Thanh Pham, Fawaz E. Alsaadi

DOI: 10.1631/jzus.A1800399 Downloaded: 470 Clicked: 2110 Cited: 0 Commented: 0(p.109-116) <Full Text>   <PPT>  168

Chinese summary   <4>  上位效应对遗传算法可靠性的影响

目的:探讨遗传算法的局限性和实用性,并分析基于相互作用产生的上位效应对遗传算法可靠性的影响.
创新点:1. 指出遗传算法缺陷的根源; 2. 基于测试样本函数定义目标函数,以判断遗传算法的适用性.
方法:1. 基于非上位效应函数(表1)和上位效应函数(表2),以及非上位效应函数F4和上位效应函数F6的结构图来验证遗传算法可靠性; 2. 通过计算样本函数(公式(1))和遗传算法流程(图3)表达遗传算法的工作原理. 3. 利用克洛弗函数(公式(2))和计算不同结构角下的函数分布(图4),进一步判断匹配度(表3)和计算效率(表4); 定义新的目标函数(公式(9))和一组新的变量(公式(10))来实现变量相关性解离.
结论:1. 对当前遗传算法存在的不足给出了独到见解,并认为正定性的假设并非可以保证遗传算法实际的有效性和优化性. 2. 定义成本代价函数用以判断遗传算法可靠性,并分别考虑上位性和非上位性效应两种情形. 当成本代价函数在非上位性效应下时,遗传算法是有效的; 否则,可以把N维函数降级为N个一维函数,从而采用更简单的算法来判断. 基于一些通用的基准,进一步设计三类样本函数来证实以上判断,且这些样本函数适合于上位性效应情形和非上位效应情形. 3. 遗传算法的瓶颈在于主算子和相干匹配性; 可以通过破坏某些结构来实现变量关系的解离,从而抑制相干匹配性对遗传算法的影响. 希望相关读者在处理实际优化问题时能验证作者关于上位效应的定性结论,并给出更可靠的方法来表征这种效应.

关键词组:上位性效应; 遗传算法; 相干匹配性; 叠加性; 优化; 成本代价函数

Comparison of different cellular structures for the design of selective laser melting parts through the application of a new lightweight parametric optimisation method

Rubén Paz, Mario D. Monzón, Philippe Bertrand, Alexey Sova

DOI: 10.1631/jzus.A1800422 Downloaded: 403 Clicked: 1891 Cited: 0 Commented: 0(p.117-132) <Full Text>   <PPT>  177

Chinese summary   <5>  通过新型轻量化参数优化方法比较激光选区熔化部件设计的不同细胞结构

目的:1. 提出一种在外型不变的部件内模拟不同细胞结构的方法; 2. 发展激光选区熔化(SLM)部件轻量化参数设计的新方法; 3. 利用这一方案实现优化设计并比较不同细胞结构的质量.
创新点:1. 提出基于拉丁超立方实验设计、遗传算法、克里金元模型和有限元方法的轻量化优化方案; 2. 该方法可通过较少的采样获得良好的结果并能克服几何奇点(内部网格细化算法)的问题.
方法:1. 进行内部细胞结构的生成和参数化; 2. 根据输入数据(设计变量和约束条件等)采用拉丁超立方实验设计模拟所选样本; 3. 利用先前的数据创建克里金元模型并利用预测的元模型来计算遗传算法演化过程中的适应函数; 4. 将模拟实现的优化结果添加到数据中更新元模型,并通过数次重复迭代提高元模型的准确度直至误差小于5%; 5. 将这一概念应用于不同的几何结构,然后通过SLM加工制造优化后的几何结构,并在弯曲载荷下进行测试.
结论:1. 该优化算法通过适当的参数化克服了SLM技术的相关限制,可适用于SLM部件的优化; 2. 立方单元格在计算机辅助设计定义、参数化和时间优化等方面有一些优势,但和有限元分析的估计结果相比,其存在的缺乏坚实支撑的水平条(悬挂结构)会造成机械性能损失; 3. 将立方单元结构与用户自定义的参数化增强相结合可以得到更有效的设计结果(更高的比刚度),但更多的设计变量也延长了所需要的优化时间.

关键词组:参数优化; 细胞结构; 激光选区熔化; 有限元分析; 实验设计; 精细化

Static response of functionally graded multilayered one-dimensional hexagonal piezoelectric quasicrystal plates using the state vector approach

Yun-zhi Huang, Yang Li, Lian-zhi Yang, Yang Gao

DOI: 10.1631/jzus.A1800472 Downloaded: 341 Clicked: 2132 Cited: 0 Commented: 0(p.133-147) <Full Text>   <PPT>  177

Chinese summary   <4>  基于状态向量法分析功能梯度一维六方压电准晶层合板的静态响应

目的:功能梯度准晶材料有助于减缓层合板界面处的应力集中现象,提高层间粘接强度,从而提升层合板表面的耐磨性. 本文旨在建立功能梯度压电准晶层合板的力学模型,并研究功能梯度变化和叠放顺序对层合板的影响.
创新点: 1. 首次将状态向量法推广到功能梯度压电准晶板的分析中; 2. 假设功能梯度函数的变化形式为幂函数和指数函数; 3. 在准晶层中观察到声子场应力和电势的不敏感点.
方法:1. 通过联立三大基本方程,推导出准晶板的状态方程,并求解该微分方程,得到单层准晶板的解析解; 2. 通过引入功能梯度函数,使解析解中的描述各材料特性的值能够沿厚度方向呈现梯度变化; 3. 采用传递矩阵法,求出多层准晶板的解析解; 4. 通过仿真模拟,将所得结果与已有文献进行对比,验证所提方法的可行性和有效性.
结论: 1. 准晶层合板中的功能梯度效应随着梯度参数的增加而增大,且材料参数的变化对声子场、相位子场以及电场的响应均产生影响. 2. 在功能梯度 效应下,从准晶层中观察到了声子场应力和电势的不敏感点. 3. 与准晶作为中间层相比,准晶作为表层时机械载荷引起的位移响应更小. 研究结果可以为压电准晶元器件的设计提供理论参考.

关键词组:状态向量法; 功能梯度准晶; 压电; 板

Experimental and numerical investigations of film flow behaviors in resonance section over corrugated plates

Ya-qiong Guo, Ning-xin Liu, Lai Cai, Wei-rong Hong

DOI: 10.1631/jzus.A1800191 Downloaded: 452 Clicked: 838 Cited: 0 Commented: 0(p.148-162) <Full Text>   <PPT>  193

Chinese summary   <3>  波纹板薄膜流体共振现象的数值及实验研究

目的:探究薄膜流体共振现象的内在机理.
创新点:1. 提出薄膜流体共振区的概念. 2. 提出共振现象与雷诺数的范围有关、而不是与某一特定的雷诺数有关的观点.
方法:1. 使用有限体积法对薄膜流进行数值模拟计算. 2. 为了验证模拟的准确性,运用粒子图像测速法进行实验测量.
结论:1. 薄膜流体共振可以使自由表面的振荡最大化. 2. 共振现象与雷诺数的范围有关,而不是与特定的雷诺数有关. 3. 在共振区域中,薄膜表面的振动增强,底部涡流被抑制,并且这些都有利于传热传质效率的提高.

关键词组:薄膜流体; 共振区; OpenFOAM; 粒子图像测速法; 波纹板

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