超大跨悬索桥缆-塔自平衡体系抗震性能研究

以采用缆-塔自平衡体系的张靖皋长江大桥为研究背景，建立了三维动力分析模型，对超大跨悬索桥缆-塔自平衡体系的振动特性、关键参数、抗震性能及空间地震动影响进行了分析。研究结果表明：自平衡体系南、北塔主塔-梁相对位移相较于缆塔固结体系减小了61%,南、北塔塔底弯矩相对位移相较于缆塔固结体系减小了60%和40%,索鞍滑动位移小于限位间隙(0.4 m),由于固结体系和自平衡体系横向力学特性相近，因此其横向地震响应相差不大；考虑地震动空间效应后，地震响应的相位和幅值较一致激励均发生了变化，其中梁端位移变化最大，相较于一致激励增大了14.8%。综上所述，张靖皋长江大桥采用缆-塔自平衡体系相较于对应的固结体系抗震性能更优。     

空间组合拱桥吊杆张拉力的确定

确定拱桥吊杆在成桥状态时合理内力的方法，主要有指定受力状态法（刚性支承连续梁法、零位移法等）、无约束的吊杆力优化（弯曲能量最小法、弯矩最小法等）、有约束的吊杆力优化（索量最小法、最大偏差法等）。以位移、成桥时整体受力状态、弯矩为控制目标来确定中山-桥在成桥状态下吊杆的合理张拉力，并分析了这几种方法的优缺点。     

降雨条件对车载激光雷达性能影响的试验研究

激光雷达是自动驾驶车辆最为关键的传感器之一，被广泛用于车辆定位、目标检测与跟踪等任务。然而，激光雷达的点云数据会受到恶劣天气（如雨、雾、雪等）的严重影响，致使自动驾驶全天候行驶仍然面临着巨大挑战。为了量化评估恶劣天气对激光雷达性能的影响，分析了降雨环境下激光雷达的性能，基于构建的场地降雨模拟系统控制降雨量，通过多视角的静、动态试验定性与定量分析激光雷达测距精度、典型目标点密度、有效检测距离等性能参数与降雨量之间的关系。试验结果表明：车辆作为目标物时，目标物上的激光点云受降雨的影响最大，相较于无雨环境，中雨时打在汽车上的激光点数降低幅度超过了60%，检测距离下降了69%，并且随着降雨量的增大激光雷达对目标的有效检测距离持续下降；试验方法和结果对于测试评价自动驾驶性能及提升降雨环境下的激光感知能力具有重要意义。     

基于顶压及侧碰简化模型的轿车车身B柱结构优化设计

综合考虑车顶强度和侧面碰撞的安全性能,对某轿车的B柱结构进行优化设计。基于顶压和侧碰的简化模型对B柱内板分成上下两部分进行焊接,将其高强度钢选型和厚度作为离散设计变量,同时对材料成本、车顶最大承载作用力、B柱侵入速度和侵入量进行约束,建立B柱结构优化的数学模型。采用移动最小二乘法构造近似模型,结合遗传算法对B柱拼焊板结构进行优化设计。结果表明:在优化计算效率大大提高的同时,材料成本降低了8. 0%,B柱结构总质量降低了19. 3%,B柱侵入速度、侵入量分别减小了5. 6%和3. 5%,车顶承载能力提高了17. 3%,有效提高了车顶强度和侧面碰撞的安全性能。     

空间组合拱桥吊杆张拉力的确定

确定拱桥吊杆在成桥状态时合理内力的方法,主要有指定受力状态法（刚性支承连续梁法、零位移法等）、无约束的吊杆力优化（弯曲能量最小法、弯矩最小法等）、有约束的吊杆力优化（索量最小法、最大偏差法等）。以位移、成桥时整体受力状态、弯矩为控制目标来确定中山一桥在成桥状态下吊杆的合理张拉力,并分析了这几种方法的优缺点。     

液化天然气库存路径问题建模与算法

考虑液化天然气（LNG）的在途挥发、转移挥发与库存挥发对配送成本与风险的影响，根据LNG风险特性采用蒸汽爆炸模型量化库存和运输风险，并针对传统单因素风险评估方法的不足，结合多源数据（兴趣点密度、土地生产总值产出率和人口密度）构建多因素复合风险评估指标反映事故严重程度的空间异质性，建立库存路径问题双目标优化模型，实现多周期LNG库存和配送方案的联合优化。根据问题的特征，设计基于贪婪策略预优化并结合变邻域搜索（VNS）的多目标粒子群（MOPSO）混合优化算法，且通过标准测试函数对改进前后的MOPSO算法和非支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）进行比较；与NSGA-Ⅱ相比，MOPSO在结合VNS前后分别具有32%和42%的收敛性优势，结合VNS混合优化相比原始MOPSO有15%的收敛性优势。最后，以广州地区LNG加气站供应体系进行案例分析。研究结果表明：库存与运输成本存在利益背反关系，且在短暂缺货时总成本较低；忽略挥发的影响会导致小批量频繁补货，从而增加不必要的运输成本；LNG挥发成本占总成本的10%~20%，库存挥发率对成本影响较大，但对风险影响很小，当库存挥发率低于2%时投资降低挥发率带来的经济效益较大，当超过2%时，投入产出比迅速降低；风险限值约束对路径选择和成本影响较大，20%风险限值的降低带来了10%总成本的提高，但20%风险限值的提高仅降低5%的总成本，说明总成本在逐步接近不考虑风险时的最低值，存在优化上限。     

HMA和SMA最佳油石比快速确定法

以何种分析方法，揭示了热拌沥青碎石混合料（HMA）和沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）的最佳油石比与合成集料毛何种相对密度Gsb、表观相对密度Gsa及沥青相对密度Gb间的内在关系。从而当集料配比组成确定，有了Gsb、Gsa、Gb后，在未做沥青混合料试验之前，即可求得最佳油石比。进而计算最大理论密度Gmm。并可分别求得有效沥青油石比，集料吸入沥青油石比。经多项工程初中检验，证明可行。     

基于某轿车正面碰撞的A柱折弯分析与优化

介绍了汽车碰撞仿真的基本理论,按照中国新车评价规程（C-NCAP）规范,以A柱折弯程度为研究对象,建立了汽车整车有限元模型,采用LS-DYNA求解器求解,仿真分析了轿车正面碰撞后A柱的折弯程度,以降低A柱折弯程度为优化目标,分别对前纵梁、吸能盒、前围板以及A柱进行了材料和结构优化,对比优化前后的仿真结果,得知优化后A柱折弯程度显著降低,B柱下端加速度基本不变。     

出口道左转交叉口信号控制鲁棒优化方法

为了提高出口道左转交叉口在现实交通需求和供给波动环境中的适应性，权衡运行效率与稳定性，对其鲁棒优化方法进行研究。在对出口道左转交叉口运行特点和饱和流率进行分析的基础上，提出从交通需求分布、基本饱和流率分布和实际运行车速分布3个方面考虑交通的波动性，以适应出口道左转交叉口交通供给波动与控制方案相关联的特征。在此基础上，分别以平均值-标准差最小、条件风险值最小和最大值最小化为目标，建立3种信号控制鲁棒优化方法，并基于遗传算法建立求解算法。通过算例分析，对鲁棒优化算法的准确性、平均值-标准差模型的参数取值和3种鲁棒优化方法优化效益进行分析。研究结果表明：所建立的鲁棒优化方法可实现交通需求和供给波动下出口道左转交叉口信号控制与设计车速的优化设计，相较于传统控制方案其在保证效率的前提下提高了控制方案运行的稳定性；平均值-标准差模型和条件风险值模型对于各项指标均表现较好，可在保障平均延误维持较优值的基础上（案例中车均延误增加小于3%）显著改善运行效果的稳定性（案例中延误标准差减少约40%）；最小-最大模型对延误最大值的优化效果最佳，但其对于控制方案的整体效率会造成较大的负面影响（案例中车均延误增加了8.19%）。     

考虑频繁换道倾向的交通流元胞自动机模型

为揭示频繁换道对交通流的影响,构建一种考虑频繁换道倾向的元胞自动机模型。对NGSIM车辆轨迹数据进行提取、统计分析,研究车辆速度、车头间距对车辆换道倾向的影响;改进换道概率函数刻画上述影响,并定义驾驶行为倾向函数表征频繁换道对目标车道紧邻后车的影响,构建考虑频繁换道倾向的双车道元胞自动机STCA-FLC模型。结果表明:STCA-FLC模型较STCA模型在车流密度小于13辆/km时,车辆平均速度、流量最大分别提高约6.67%、3.02%;在车流密度大于13辆/km时,车辆平均速度、流量最大分别降低约9.48%、14.91%。     

纯电动汽车传动系统-电机结构参数协同设计优化

提出一种纯电动汽车传动系统与电机结构参数协同设计优化方法，来提高纯电动汽车动力性与经济性，同时降低永磁同步电机齿槽转矩以降低电机的振动噪声。首先，以电机结构参数为输入，额定转矩与齿槽转矩为输出，开展了基于电机多参数仿真和不同机器学习预测模型精度的研究，并建立永磁同步电机额定转矩和齿槽转矩的高精度机器学习预测模型；其次，利用电机基本设计参数（额定转矩、峰值转矩、额定转速、峰值转速）以及峰值效率构建永磁同步电机效率map图的快速预估数学模型；再次，基于电机齿槽转矩预测模型以及电机效率map图的快速预估数学模型，建立电机结构参数与效率特性的映射关系；最后，以电机结构参数和传动比为优化变量，整车动力性、经济性以及电机齿槽转矩为优化目标，运用遗传算法进行多目标优化。仿真结果表明，相较于优化前，优化后的整车性能0-100 km/h加速时间缩短了27.3%,15 km/h最大爬坡度提高了40.5%,WLTC工况能耗减少了1.6%，电机齿槽转矩降低了42.2%。     

基于综合优化法的矮塔斜拉桥成桥索力优化

为确定矮塔斜拉桥合理成桥索力,提出一种索力综合优化法。该方法以影响矩阵法为基础,采用数据标准化法将2种或以上不同类型的离散数据变为无量纲的统一化数据,以结构控制截面位移及弯矩综合最小为目标进行索力求解。以南京地铁宁句线矮塔斜拉桥为算例,采用最小弯曲能量法、刚性支承连续梁法和综合优化法对成桥状态的索力进行计算,将计算结果与原设计成桥索力进行对比。结果表明：对于矮塔斜拉桥,在恒载作用下,采用综合优化法计算得到的索力及主梁弯矩分布最为合理;在运营阶段,综合优化法计算得到的索力与原设计索力相比,主梁上、下缘最大压应力分别降低3.3%、3.8%,并且主梁应力分布更优。     

基于改进人工势场的无人驾驶动态规划算法研究

无人驾驶决策算法可以分为端到端的决策算法与分层式决策算法，分层式算法由于可解释性强、鲁棒性高而被大多数主机厂采用。规划模块是分层式决策算法中的核心模块，它承接感知与地图模块的信息并输出驾驶轨迹或动作，而人工势场法由于规划效率高、信息提取能力强，被越来越多地应用于无人驾驶决策规划领域。但现阶段的人工势场存在未考虑目的地因素或建立目的地单点引力场导致远距离引力过大、方向错误的问题，无法应对复杂交通环境。针对这些问题，提出一种无人驾驶“行车意图-风险复合场”(Driving Intention & Risk Field, IRF)，根据目的地、车辆、道路边界等要素各自的特点分别建模，并以势场的形式统一在IRF中。创建考虑全局规划的全局引力场，将全局规划路径离散成等距离的路径点，并动态选取感兴趣范围内的路径点进行全局引力场的构建。为了验证模型的性能，搭建IRF-SAC动态规划算法平台，并在CARLA仿真环境分别设置高速公路场景、十字路口场景和环岛场景。研究结果表明:相比于NF-SAC和FSM，IRF-SAC算法在安全性、舒适性、通行效率上均有显著提升；在高速公路场景下，IRF-SAC显示出较强的路径跟踪精度和鲁棒性，最大位移偏差相对于NF-SAC和FSM算法分别下降了44.8%、70.2%；在十字路口场景下，与NF-SAC及FSM算法相比，平均危险系数分别降低12.0%、20.6%，纵向加速度均方根分别降低13.2%、44.9%，行驶时长相较于FSM算法减少了39.2%；在环岛场景下，与NF-SAC及FSM算法相比，平均危险系数分别降低了31.7%、52.9%，纵向加速度均方根分别降低了27.0%、19.0%。     

基于级联YOLOv7的自动驾驶三维目标检测

针对图像和原始点云三维目标检测方法中存在特征信息残缺及点云搜索量过大的问题，以截体点网（frustum PointNet, F-PointNet）结构为基础，融合自动驾驶周围场景RGB图像信息与点云信息，提出一种基于级联YOLOv7的三维目标检测算法。首先构建基于YOLOv7的截体估计模型，将RGB图像目标感兴趣区域（region of interest, RoI）纵向扩展到三维空间，然后采用PointNet++对截体内目标点云与背景点云进行分割。最终利用非模态边界估计网络输出目标长宽高、航向等信息，对目标间的自然位置关系进行解释。在KITTI公开数据集上测试结果与消融实验表明，级联YOLOv7模型相较基准网络，推理耗时缩短40 ms/帧，对于在遮挡程度为中等、困难级别的目标检测平均精度值提升了8.77%、9.81%。     

车用CFRP层压圆柱壳冲击损伤分析及最小穿透能量预测

为了探究碳纤维增强复合材料（CFRP）在汽车曲面零部件上的应用前景,该文以碳纤维增强复合材料（CFRP）层压圆柱壳作为对象,研究其在落锤冲击工况下的损伤与吸能特性。基于复合材料均质化方法,建立CFRP层压圆柱壳落锤冲击的多尺度模型,探究曲率半径对冲击损伤和能量吸收的影响;并采用非线性拟合方法建立了最小穿透能量与层压圆柱壳材料参数、结构参数及落锤参数之间的函数关系,实现概念设计阶段最小穿透能量的快速预测,对比仿真结果拟合公式的误差在20%以内。结果表明：相较于平板,层压圆柱壳的峰值载荷宽度更大、更平稳。在60 J冲击作用下,层压圆柱壳各铺层损伤面积相对均匀,其中纤维损伤与曲率半径无关,基体损伤面积随曲率半径增大而增大;当曲率半径为100 mm时,层压壳承载及抵抗变形能力较好,具有较好的抗冲击性;当曲率半径为200 mm时,层压壳耗散能量最多,吸能效果较好。     

基于分析驱动设计的封闭白车身轻量化多目标优化

本文旨在进行基于分析驱动设计的封闭白车身轻量化多目标优化。首先建立隐式参数化封闭白车身模型,以快速实现有限元模型的变化与更新。进而对生成的有限元模型进行模块化设置。结合参数化模型和模块化设置实现了封闭白车身后台全自动运算的功能。以封闭白车身质量最小、扭转刚度最大为目标,车身1阶弯曲模态、弯曲刚度和弯扭工况强度为约束,板件厚度、主断面位置和主断面形状等54个参数为设计变量,采用NSGA-Ⅱ算法,对封闭白车身进行轻量化多目标优化。优化算法根据性能梯度变化和相应的搜索功能实现了"分析驱动设计"的理念。优化结果表明,封闭白车身质量降低32.41kg,轻量化率达7.63%。除白车身静态弯曲刚度降低0.74%之外,其他性能均得到提升,最大的改善率为2.69%。     

纳米SiO_2改性水泥混凝土抗盐冻性能研究

通过慢冻法试验以单位面积剥蚀量及相对动弹模量为评价指标研究不同掺量下纳米SiO_2改性混凝土抗盐冻融循环能力,并进行三点弯曲试验,研究其断裂韧度及断裂能损失率,基于此建立水胶比W/B=0.31时的盐冻融损伤回归方程。结果表明:经过纳米SiO_2改性的混凝土抗盐冻融性能明显提升,在60次冻融循环之内,2.0%掺量下最大可分别提升混凝土约70%单位面积剥蚀量、24.2%相对动弹模量、29.5%断裂韧度及10.9%断裂能,且纳米SiO_2存在最佳掺量范围1.5%～2.0%;在W/B=0.31时,纳米SiO_2改性混凝土单位面积剥蚀量、相对动弹模量、断裂韧度损失率以及断裂能损失率与其掺量、冻融次数之间存在较为显著的数学关系。     

盐—冻融循环作用下废旧轮胎橡胶粉改性沥青混合料性能研究

该文采用三轴蠕变试验和低温小梁弯曲试验,以蠕变速率、5 000次循环对应的应变、抗弯拉强度、最大弯拉应变、弯曲劲度模量、应变能密度等指标对盐冻循环条件下热拌、温拌沥青混合料的高、低温性能进行了研究。结果表明:沥青混合料在经历盐冻融循环后,蠕变速率和5 000次循环对应的应变都增大,高温性能下降,且冻融循环次数相较于盐溶液浓度对沥青混合料高温性能影响更大;抗弯拉强度、最大弯拉应变、应变能密度显著降低,弯曲劲度模量增大,低温性能降低,且盐冻融循环作用的初期,各指标衰变程度较大;盐溶液浓度在10%附近时,对沥青混合料的高、低温性能影响最大;温拌沥青混合料的高、低温性能都优于热拌沥青混合料。     

盾构管片壁后新型同步双液浆开发及工程应用

针对盾构施工中管片易发生上浮、错台等不良现象，通过室内试验对促强干粉（A料）、液体激发剂（B料）不同掺比的同步双液浆进行物理特性测定，并基于此开发出一种新型可调节初凝时间的同步双液浆。研究结果表明： 1）合理调配A料、B料掺比，同步双液浆的初凝时间可控制在30~60 min； 2）新型双液浆的初凝时间、流动度主要由B料控制，随着B料掺比的增加，初凝时间、流动度显著减小，当B料掺比大于3%后趋于稳定； 3）新型双液浆结石体强度由A料、B料共同控制，当A料、B料掺比分别为1.5%、3.5%时，结石体强度基本达到最大值； 4）A料与B料的最优掺比分别为1.5%~3.71%、1%~2.2%。在广州市中心城区地下综合管廊工程采用该新型同步双液浆，管片拼装质量得到了大幅提高，表明开发的新型双液浆具有良好的充填性与泵送性，克服了单液浆和传统双液浆在全断面围岩地层同步注浆的施工难题。     

热塑性碳纤维/尼龙6复合材料界面优化及零件快速成型工艺研究

碳纤维复合材料具有质轻高强等优势,是绝佳的轻量化材料,但汽车常用的碳纤维复合材料以环氧树脂等热固性树脂为基体,大规模应用会面临不易回收的难题。热塑性碳纤维复合材料具有易回收的优势,但其如何提升碳纤维与热塑性树脂的界面结合力及零件成型效率是行业难题。本文以热塑性碳纤维/尼龙6复合材料为研究对象,针对商品化碳纤维/尼龙6界面相容性差的问题,创新设计一种新型的可溶性共聚酰胺上浆剂,将碳纤维/尼龙6的界面强度提升74.2%,显著提升了碳纤维/尼龙6的综合性能。同时,优化预浸料制备和连续模压成型的工艺参数,将碳纤维顶盖横梁的模压生产效率提升至3.4 min/件,满足汽车行业大批量产节拍要求。同时,碳纤维/尼龙6顶盖横梁具有极高的弯曲强度和模量,与钢制件相比轻量率达68.8%。综上,本文为热塑性碳纤维复合材料（易回收）在汽车上的批量化应用提供了创新解决方案。