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非饱和路基一维瞬态响应精确解
杨相如;卜力平;陈雪梅;赵云;为反应路基非饱和三相介质的实际状态,将路基视为固相与液相不可压缩、气相可压缩的非饱和多孔介质,基于非饱和多孔介质表述方法,考虑惯性、黏滞和机械耦合作用,建立无量纲化的非饱和路基一维波动方程,以一类非齐次边界为例,通过边界齐次化和特征函数法将问题转化为二阶常微分方程初值问题,并用状态空间法求解,获得单层非饱和路基一维瞬态响应的精确解,通过算例验证结果的正确性。分析单层非饱和路基在阶跃荷载和正弦荷载下一维瞬态响应的特点,结果表明,与可压缩的饱和土和非饱和土不同,不可压缩非饱和路基中只存在1种压缩波,液相饱和度增大,压缩波波速和振动幅值减小。结论可为复杂环境荷载作用下非饱和路基的优化设计和灾害防控提供参考。
基于传感器数据融合的地铁车站隔栏递物检测方法
班魁国;高佼;阮久宏;沈本兰;为解决地铁车站隔栏递物异常行为检测中场景复杂度高、识别难度大和误检率高等问题,本文提出一种基于激光雷达和相机传感器数据融合的检测方法。采用体素差分算法处理激光雷达点云数据,划分检测区域体素单元并建立递物触发机制。采用目标锁定算法融合激光雷达与相机采集的数据,补充人体关键点的深度信息,锁定隔栏递物行为目标物。对时空图卷积网络(spatial-temporal graph convolutional network, STGCN)进行轻量化改造,降低模型复杂度,减少计算时间;引入时间趋势注意力(temporal trend attention, TTA)模型,增强隔栏递物行为姿态时空变化特征的提取能力,形成TTA-STGCN模型,计算隔栏递物行为发生的置信度。通过实验室模拟和地铁车站现场采集隔栏递物数据并制定检测效果评价指标,进行STGCN模型、STGCN-MIN模型、TTA-STGCN模型的训练、验证和测试,在训练阶段,TTA-STGCN模型的准确率比前二者均增大3.73%,整体损失比前二者均减小66.00%;在验证阶段,TTA-STGCN模型的准确率比前二者分别增大3.89%、0.68%,整体损失比前二者分别减小58.95%、58.48%;在测试阶段,TTA-STGCN模型的准确率比前两者均增大3.15%,整体损失比前二者分别减小42.85%、44.40%。进行现场试验,相比STGCN模型、STGCN-MIN模型,TTASTGCN模型的准确率分别增大2.99%、3.49%;精确率分别增大2.28%、1.31%;召回率分别增大4.30%、6.45%;F1分数分别增大0.033 5、0.040 4,表明TTA-STGCN模型显著提高地铁车站特定场景下隔栏递物行为的检测精度。
基于LSTM-MPC四旋翼无人机不平衡负载姿态控制
方应才;张东升;为解决四旋翼无人机姿态控制中不平衡负载及控制系统非线性问题,采用长短期记忆(long short-term memory, LSTM)神经网络与模型预测控制(model predictive control, MPC)优势互补方法,提出LSTM-MPC策略。通过LSTM神经网络预测姿态变化,增强无人机姿态控制系统对误差的预判能力;将MPC作为前馈控制,动态优化控制输入,二者结合显著提高系统控制精度。对四旋翼无人机不平衡负载姿态控制进行MATLAB仿真试验,仿真结果表明:采用LSTM-MPC策略对滚转角、俯仰角和偏航角期望值跟踪效果的均方根误差比采用MPC策略分别减小13.33%、12.31%和11.11%,比采用模糊比例-积分-微分(proportional-integral-derivative, PID)策略分别减小14.05%、25.33%、23.81%。采用某品牌F450四旋翼无人机平台搭载0.6 kg负载开展不平衡负载姿态控制飞行测试,测试结果表明:采用LSTM-MPC策略的四旋翼无人机横滚角、俯仰角和偏航角实际输出结果与期望值的平均误差分别为3.91%、5.31%和1.10%,表明LSTM-MPC策略能有效提高四旋翼无人机不平衡负载姿态控制的飞行稳定性。
基于主梁损伤的预应力混凝土斜拉桥力学性能退化机理研究
刘继文;杨广军;姜作仟;杨世龙;宋涛;为研究车辆及外界因素作用下预应力混凝土斜拉桥主梁力学性能的退化机理,将斜拉索等效为弹性支承,以等效三跨连续梁为基本结构,推导主梁损伤后拉索索力、主梁弯矩及挠度退化规律的解析表达式。研究结果表明:主梁损伤后靠近主梁损伤处的拉索索力增大;主梁损伤后主梁弯矩及挠度变化主要发生在受损跨。算例验证本文给出的主梁损伤后的预应力混凝土斜拉桥力学性能退化理论计算结果的有效性,可用于主梁损伤后斜拉桥主梁力学性能评估。
悬吊桥面系拱桥加固改造安全性分析
张运清;吴军鹏;赵庆云;刘康;为改善以横梁受力为主的悬吊桥面系拱桥受力状态,采用更换吊杆及增设钢管桁架纵梁加固改造方案,以一座系杆拱桥为背景,在恒载、活载、温度荷载组合下分析加固改造后的拱桥结构动力性能。结果表明:吊杆断裂后对同侧相邻吊杆内力影响较大,满足规范规定的3倍安全系数,与断裂吊杆距离越远,对其余吊杆内力影响越小,对断裂吊杆异侧吊杆内力影响较小;吊杆断裂对系梁位移影响明显;对吊杆断裂后钢管桁架的关键部位进行受力验算,结果满足《钢结构设计标准:GB 50017—2017》要求,该加固改造方案确保吊杆断裂后剩余结构的安全性。
地基承载力不足时桥梁施工支架变形规律分析
马文龙;吴国华;董舒静;展玉华;赵瑜隆;为预测支架稳定状况,实现有效预警,采用有限元软件MIDAS CIVIL对桥梁承插形盘扣支架进行建模,模拟单点沉降与区域性沉降工况下支架结构的响应特征。采用现场桥梁原位试验法,将模拟数据与实际测量的支架变形数据进行对比分析,论证采用角度变化阈值进行预压和浇筑过程监控的可行性,并获得支架关键位置的变形规律。结果表明:陀螺仪实际测量的支架变形数据接近模拟数据,施工过程监控角度变化阈值可行。地基承载力不足导致3种不同的沉降工况:一是单点地基承载力不足时,对支架结构中间部分底部平面的四顶角支撑杆实施节点强制位移,4个测点角度变化明显但未超预警阈值,沉降发生在支座底部受支座反力最大的位置;二是部分区域地基承载力不足时,对支架结构的中间部分、左侧部分和右侧部分实施节点强制位移,对关键监测断面产生显著影响,局部结构位移变化明显,角度变化量均在允许阈值内,浇筑工况下部分区域地基承载力不足时的位移折减率和角度递减率变化较小;三是各测点所在杆件底部地基承载力不足时,对监测断面底部节点同步施加节点位移,主要沉降发生在测点底部和周边底部区域,角度阈值随荷载增大而增大,验证基于角度阈值的沉降识别与预警方法的有效性。
微型电动车制动能量再生模拟试验系统建模与仿真
周壮;周长峰;王利民;徐泽;为准确模拟微型电动车制动能量再生工况,采用软件MATLAB/Simulink搭建微型电动车制动能量再生试验系统模型,进行制动能量再生仿真分析,计算驱动电机在强制动和弱制动模式下微型电动车的制动能量再生效率。仿真结果表明:该微型电动车加速踏板开度为95%时,驱动电机在强、弱制动工况下的制动能量再生效率分别为60.4%和14.6%,期望强、弱制动能量再生效率分别为60.0%、15.0%,二者基本吻合;制动减速度越大、制动再生时间越长,制动再生能量越大,驱动电机强制动模式可增大制动再生能量,延长微型电动汽车的续驶里程。
高模量沥青混合料在长寿命沥青路面的路用性能
李兵;为研究高模量沥青混合料在长寿命沥青路面中的路用性能,将高沸点石油融入基质沥青中制备高模量沥青黏结剂(high modulus asphalt binder,HMAB),进行针入度、软化点、脆点和动态模量试验,对掺加HMAB制备的高模量沥青混合料(high modulus asphalt mixture,HMAM)进行动态模量、湿度敏感性、车辙试验和疲劳试验。结果表明:与普通沥青黏结剂相比,HMAB的刚度显著增大,而低温性能降低;在高温条件下,HMAM的动态模量比普通沥青混合料大,抗水破坏性能比普通沥青混合料增大约10%,抗永久变形能力显著优于普通沥青混合料,抗疲劳开裂能力优于普通沥青混合料。
基于流变性能的再生剂用量确定方法
丁彬;徐金玉;袁梦;韩超;为提高就地热再生沥青混合料的综合路用性能,基于车辙因子、蠕变劲度、蠕变速率和临界温差ΔTc等流变性能参数,研究再生剂用量对再生沥青性能的影响,提出根据不同再生剂与回收沥青的质量比下再生沥青连续高温等级和连续低温等级的关系,综合平衡再生沥青高温、低温性能确定再生剂与回收沥青的质量比;根据确定的再生剂与回收沥青的质量比制备沥青混合料,与基于针入度方法确定的再生剂与回收沥青的质量比下沥青混合料的高温、低温性能对比。结果表明:随再生剂与回收沥青的质量比增大,动态剪切流变试验测得的再生沥青车辙因子逐渐减小,弯曲梁流变试验测得的蠕变劲度减小,蠕变速率增大,柔韧性增强。基于连续高温等级和连续低温等级确定再生剂与回收沥青的质量比,以此得到的再生沥青混合料高温性能略降,但浸水马歇尔残留稳定度增大9.4%,冻融劈裂强度比增大7.9%,小梁弯曲破坏应变增大5.5%,能更有效地平衡再生沥青混合料高温和低温性能。
爬壁机器人永磁轮优化设计
闫海涛;徐凤辉;张云;为解决爬壁机器人永磁轮体积较大、质量较大、吸附力较小等问题,以减小永磁轮质量并增大吸附力为设计目标,结合轻量化设计方法,对永磁轮两侧的导磁盘进行结构优化设计。采用电磁场仿真软件Ansys Maxwell对永磁轮进行建模仿真分析,获取磁力线分布情况,通过减少磁力线稀疏区域或对永磁轮吸附铁磁壁面无直接作用区域的导磁材料,增加磁力线密集区域的导磁材料,增大永磁轮的吸附力。通过调整导磁盘的主要结构参数,仿真分析永磁轮与铁磁壁面间吸附力的变化规律,得到吸附力最大时导磁盘的结构参数,对优化后导磁盘的吸附力进行仿真和实物测试验证。结果表明:优化后导磁盘质量为232.54 g,比优化前减小16.24%;优化后永磁轮与铁磁壁面间吸附力仿真结果为487.65 N,比优化前增大20.74%;50次永磁轮拉力测试结果均大于吸附力仿真结果,测试平均拉力为493.63 N,表明优化结构后永磁轮质量和吸附力指标达到设计目标。