摘要：为研究斜拉桥钢桥面板横隔板挖孔细节群的畸变疲劳机理,考虑疲劳应力、焊接残余应力、焊接缺陷等多场耦合作用,建立了斜拉桥全桥足尺数字疲劳孪生模型,实现了钢桥面板典型细节群的数字畸变疲劳试验与模拟。焊接数字孪生模拟时,采用与单元温度相关联的热对流参数表达,可显著改善焊接温度场和残余应力场模拟准确度。数字畸变疲劳试验与模拟结果表明,横隔板挖孔细节群的畸变疲劳裂纹尖端等效应力强度因子幅均大于门槛值,该细节群初始裂纹在运营卡车荷载作用下易于扩展。应变能释放率分析结果表明,横隔板挖孔细节群的畸变疲劳裂纹均是以Ⅰ型裂纹为主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合型裂纹,扩展全过程3种类型裂纹耦合特征显著。该研究成果可为斜拉桥钢桥面板抗疲劳设计与维护提供依据。

摘要：可见光通信(VLC)作为6G的候选技术,具备广阔的免许可频谱、更高的安全级别、避免射频干扰等诸多优势,这些特点使得VLC成为射频通信的有效补充方案.本文设计并优化了一种基于功率域非正交多址(PD-NOMA)技术的室内VLC下行链路通信系统,该系统中包括一块位于信道中间的同时透射和反射智能超表面(STAR-RIS)和一个基于液晶智能超表面(LC-RIS)的接收器.为了评估所设计的系统性能,本文提出了一个和速率最大化问题,并考虑了实际情况下发射机和接收机之间的视距(LoS)路径存在非用户遮挡因素.由于所提出优化问题的非凸性,首先使用二次变换将目标函数转化为一个分式规划(FP)问题,其次采用分步优化算法和凸优化(CVX)工具来获得可行解.此外,本文分析了发光二极管(LED)的数量、入射光波长以及液晶折射率对室内可见光通信系统和速率的影响.数值仿真结果表明,在能量分裂(ES)操作协议下,STAR-RIS和LC-RIS联合辅助的室内VLC系统的和速率明显高于仅有反射智能超表面(RIS)和无LC-RIS的VLC系统.LED灯数量、入射光波长以及液晶(LC)折射率均会在一定程度上对系统性能产生影响.这些研究结果为室内可见光通信系统的设计和优化提供了重要参考.

摘要：针对电动汽车无线充电系统在变电压间歇快速充电过程中由原副边线圈偏移和负载波动引起充电电压不稳定的问题,以及控制器参数大多依靠经验值和试凑法选取的问题,提出一种基于粒子群优化算法的无源控制器(passivity based controller,PBC)与非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer,NDO)相结合的复合控制策略。针对无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统副边DC-DC变换器设计考虑干扰补偿的无源控制器,通过引入非线性干扰观测器对干扰量进行估计,将干扰估计值与无源控制器结合,设计适合电动汽车变电压间歇无线充电系统的PBC-NDO复合控制器,采用粒子群多目标优化算法对复合控制器进行参数寻优,进一步提高控制器的抗干扰性能以及动态响应性能,通过仿真和实验验证该策略的有效性。实验结果表明:复合控制器具有强抗干扰性和动态响应性,充电阶段最大稳态误差偏移率为2%,动态响应时间控制在0.6 ms内。

摘要：针对电动汽车车载充电机的设计过程中普遍存在的电磁干扰频率范围广、干扰源复杂的问题,提出了一种基于端口阻抗测试的等效电路建模和系统级协同仿真方法。首先,通过对车载充电机系统各部件进行阻抗测试和三维电磁仿真,建立了无源器件、端口滤波器和高压屏蔽线缆模型,提取了系统印制电路板关键回路的高频寄生参数。其次,建立了有源器件的仿真电路模拟器等效模型,并通过双脉冲实验验证模型的精度;针对功率因数校正电路控制环节的仿真与建模难以同步实现的问题,采用协同建模的方法构建整个系统的等效电路模型。最后,将各部件模型组合在一起,建立了完整的车载充电机系统传导电磁干扰预测模型,并依据相关测试标准进行了系统传导电磁干扰仿真和实验。结果表明:在150 kHz~30 MHz频率范围内,预测结果与实际结果的误差小于9 dB,具有良好的一致性,表明该模型能够精确预测车载充电机系统高压交流端的传导干扰水平,可以有效指导充电机系统的电磁兼容正向设计。

摘要：金属增材制造的孔隙缺陷问题对增材制造构件的性能有较大影响，如何设置工艺参数以减少此类缺陷是金属增材制造的关键性难题。本文将最优运输无网格法(Optimal transportation meshfree, OTM)与粉末尺度模型相结合直接模拟同轴送粉工艺中的强流固热耦合过程，预测成型结果的孔隙分布与形貌，并与试验结果进行对比验证方法的准确性。在此基础上，基于数据驱动思想探究工艺参数-孔隙的影响规律，结合多岛遗传算法(Multi-island genetic algorithm, MIGA)获得设计空间内最佳工艺参数。结果表明：采用优化后的工艺参数仿真得到的构件形貌完整、且孔隙率明显下降，与验证试验构件的孔隙率、宽度和高度测量结果最大误差不超过5%，表明结合粉末级直接数值仿真技术和优化设计方法是实现金属增材制造工艺参数优化的可行策略。

摘要：风驱雨作为建筑围护结构中最重要的湿源,对建筑围护结构的热湿性能、力学性能、耐久性、建筑能耗和碳排放等均有重要影响。很多学者对建筑立面风驱雨展开深入的研究,但研究对象多为独栋建筑。实际上,中国建筑多以建筑群落的形式存在,建筑自身对风场有干扰,建筑群内各建筑立面的风向和风速均可能会发生较大变化,从而影响入侵到建筑立面的风驱雨。为了揭示建筑群内各建筑立面的风驱雨捕集特性,基于风相和雨相质量和动量守恒原理,采用欧拉多相流方法建立并验证建筑风驱雨模型,并应用该模型对建筑群立面的风驱雨捕集特性进行分析。以广州地区为例,由结果可知:建筑群立面风驱雨捕集比与独栋建筑立面风驱雨捕集比相比有较大差异,其中最大差异高达26.3%,最小差异亦可达5.2%。另外,由于受风阻效应的影响,建筑群内各建筑立面的捕集比也存在差异。

摘要：为提高工程中广泛采用的基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)模型设计优化的可靠性和稳健性,针对RANS模型存在的结构不确定性,通过质心图和雷诺应力的可实现性对其进行合理量化,采用自适应非均匀扰动方法对湍流各向异性张量的特征值和特征空间施加扰动,并对模型预测的不确定区间进行数值估计。提出了一种RANS模型不确定性量化框架下的伴随设计优化方法,探索了该方法在拉瓦尔喷管优化设计中的应用,通过6次模拟获得了不同扰动下的优化几何型线,不同型线所围成的区域(置信区间)反映了模型结构不确定性引起的几何优化差异。研究结果表明:在不同扰动下,优化后的喷管总压损失降低了6.7%~19.2%,实现了喷管性能的稳健提升,获得的置信区间降低了对制造公差的敏感性,从而在一定程度上降低了精度要求和制造成本。研究结果展示了考虑RANS模型不确定性量化的优化设计在航空航天工程应用中的潜在价值和指导作用。

摘要：变电站的噪声污染问题日益严重,声屏障具有经济、实用、降噪效果好的优点,因此设置声屏障成为变电站噪声治理的主要措施。但在实际应用中,声屏障的种类、位置、高度、长度等通常根据以往经验用试凑法确定,可能因结构参数选取不当造成经济损失。以三维空间中倾斜式声屏障的衰减算法为基础,以建筑界限和接收点声压要求等为约束,建立声屏障结构参数的优化模型。将工程中声屏障的最小建造成本作为目标函数,使用MATLAB软件求其最优解。使用该方法对江苏某变电站内变压器的声屏障进行优化设计,并使用Noise System噪声预测软件进行对比验证。结果表明,优化后的声屏障不仅能满足接收点的声压级要求,而且可降低声屏障的安装成本,由此证明了该优化方法的准确性和可行性。

摘要：顺北油田超深油气资源主要存储于碳酸盐岩缝洞中,水平井压裂开发时,井筒方位往往不是最小地应力方向,压裂裂缝容易发生转向,使得储集体沟通效果不理想.为提升压裂裂缝的沟通效果,采用基于离散格点理论和合成岩体技术的数值模拟方法,建立碳酸盐岩储层模型、单溶洞体模型和多缝-洞体模型,系统研究井筒方位角、地质参数(水平应力差和溶洞体孔压)和施工参数(排量和黏度)等因素对裂缝扩展路径及溶洞沟通效果的影响.研究结果表明,偏转半径随井筒方位角、排量和黏度的增大而增大,当排量大于2.88 m^(3)/min时,裂缝转向半径保持稳定;溶洞体孔压越小,溶洞体对水力裂缝扩展的排斥效果越明显;水平地应力差值越大,溶洞体对水力裂缝扩展的影响效果越小,当达到30 MPa时,地应力差完全主导裂缝的扩展;多缝-洞体储层中,随着井筒方位角、排量与黏度增加,裂缝横向沟通距离增加.井筒方位角大于30°或排量超过9 m^(3)/min时对横向沟通距离的增幅减缓;随着施工液量增加,裂缝垂向延伸距离和最大缝长增加;天然裂缝密度增加,裂缝的垂向沟通距离逐渐减少.研究成果可为碳酸盐岩储层酸化压裂方案设计提供理论指导.

摘要：在“双碳”背景下,采用水电解技术制备绿色可持续的氢能源来替代化石能源逐渐成为研究热点.目前,成熟的电解制氢技术均以纯水为原料.但是,由于淡水资源危机的加剧,直接电解海水制氢成为很有前景的替代方案.然而,由于海水自身的特性,如低电导率及复杂的盐分组成,导致了电极腐蚀、催化剂中毒、活性位点阻塞等问题,大大增加了直接电解海水制氢的难度.因此,本文针对直接电解海水制氢技术面临的挑战进行了深入探讨,并系统梳理了近期报道中提出的解决策略与工作进展.首先,阐述了通过掺杂改性、缺陷构造以及界面工程等手段优化电催化剂性能的方法,旨在提升催化剂的活性和选择性,使其在低电导率的环境中仍能高效催化析氢和析氧反应.其次,讨论了在电极表面构建耐腐蚀层或离子阻挡层的技术,以有效抵御海水中的腐蚀性离子对电极材料的侵蚀,以延长其使用寿命.此外,还介绍了通过设计特定的电极结构,创造出有利于电化学反应局部环境的方案,促进离子传输并抑制竞争反应的发生.这些工作揭示了通过合理设计电催化剂、优化电极结构和构建有效的防护层,有望克服海水特性所带来的催化障碍,推动直接电解海水制氢技术向商业化迈进.本文最后对该领域的发展前景进行了分析和展望,以期为直接电解海水制氢催化剂的设计提供参考,为全球能源转型和“双碳”目标的达成提供有力支撑.