基于多目标模拟退火算法的微管网拓扑优化

针对损伤自修复中微胶囊(或空心玻纤)载体在结构上相互独立、互不贯通等不足,研究基于多目标模拟退火算法(multiobject simulated annealing,MOSA),对微管网的拓扑结构进行优化,旨在设计一种具有低体积份数和高流动效率的,具有相互贯通结构特点的微管网载体。首先建立微管网数学模型;其次采用哈迪克罗斯迭代法设计了多目标优化函数,并结合非劣分层和MOSA算法对微管网的拓扑结构进行研究;最后与非劣分层遗传算法(non-dominated sort genetic algorithm II,NSGA-II)进行对比研究,验证了MOSA的优化性能。研究结果表明:微管网的体积份数和沿程水头损失呈负相关性;与NSGA-II相比,MOSA的收敛时长略长,但MOSA解集的支配度及分布均匀程度均优于NSGA-II。     

微胶囊沥青自愈合行为与微观机理

为探究微胶囊沥青自愈合行为及其影响因素，采用原位聚合法制备微胶囊，以宏观试验与微观试验相结合的方法，从微胶囊的应力控释、毛细作用与扩散行为三方面揭示其自愈合行为的微观机理；进行了微胶囊沥青的拉拔-愈合-拉拔试验，采用自愈率(试件愈合后拉拔强度与初始拉拔强度之比)作为评价指标，考察了微胶囊掺量和愈合时间对微胶囊沥青自愈率的影响规律；进行了微胶囊沥青的动态剪切试验，对比疲劳试验前后微胶囊沥青的微观形态，考察微胶囊的应力控释特性；借助荧光显微镜，可视化了芯材在微裂缝中的横、纵向毛细作用与在沥青中的扩散过程；借助显微图像软件中的实时录像功能，观测微胶囊沥青微裂缝的愈合过程；采用红外光谱测试微胶囊芯材和拉拔-愈合-拉拔试验前后微胶囊沥青的官能团，考察芯材在沥青中的释放行为。分析结果表明：微胶囊掺量从0提升至8%时，自愈率从16.70%提高至48.92%,表明微胶囊沥青的自愈率随着微胶囊掺量的增加而逐渐增大，当微胶囊掺量为4%时，愈合120 min的自愈率是愈合10 min的1.85倍，表明微胶囊沥青的自愈率随着沥青愈合时间的延长而逐渐增大，这说明提高荷载休息期和微胶囊掺量对增强微胶囊沥青自愈合性...     

某越野车车架拓扑优化设计

拓扑优化技术能在给定的设计空间内寻求最佳的材料分布。根据某越野车车架的实际尺寸建立其三维拓扑优化设计空间,以车架质量分数为约束条件,车架柔度最小为目标函数,对车架的弯曲工况进行了单工况拓扑优化设计,并针对这一工况选择不同的优化参数进行了多次优化计算,得到了一组相似的拓扑结构,分析并选择合适的拓扑优化参数。应用得到的拓扑优化参数,基于折衷规划的多目标拓扑优化设计方法,针对汽车使用情况选择合适的工况权重因子,对车架进行了3种工况下的多目标拓扑优化设计研究。     

考虑换乘异质性的城市轨道交通时刻表协同优化模型

在城市轨道交通网络化运营条件下，极易导致换乘站的换乘需求差异过大。为提高列车时刻表与换乘需求的匹配度，本文基于网络中换乘站的空间拓扑结构和换乘需求在时间和方向上的特点，通过构建量化换乘差异的协同度指标，建立以列车同步次数最大化为目标的列车时刻表优化模型，优化轨道交通网络线路间成功衔接次数，提升乘客换乘出行效率。针对提出的混合 整数非线性规划模型，本文设计了一种基于天牛须搜索的粒子群优化算法进行求解，并将模型及算法应用于北京市轨道交通网络进行算例分析。结果表明，所构建的模型能依据换乘需求在空间、时间及方向上的差异，利用协同度分级优化轨道交通路网中列车协同状态；优化后全网列车同步到达次数增加33.86%，乘客平均换乘等待时间减少22.75%；相较于PSO和BAS算法，本文所提的算法具有更好的全局搜索能力和求解效率。本文可有效提高轨道交通换乘效率，为提升城 市轨道交通服务质量提供理论参考。     

内置磁流变阀对磁流变阻尼器动力性能的影响

为提高阻尼器在结构尺寸受限时的输出阻尼力，以磁流变阻尼器为对象，研究了内置磁流变阀结构对磁流变阻尼器动力性能的影响；通过改进传统磁流变阻尼器活塞头结构，将磁流变阀内置于阻尼器内，设计了一种内置阀式磁流变阻尼器，阐述了内置阀式磁流变阻尼器的结构与工作原理；对阻尼器的磁路进行了简化，并利用磁路欧姆定律对其进行了磁路分析；根据磁流变阻尼器的工作模式，建立了内置阀式磁流变阻尼器的阻尼力数学模型；利用有限元软件ANSYS对阻尼器的电磁特性进行了仿真分析，得出了不同电流下液流通道内磁感应强度的分布情况；结合阻尼力数学模型，利用MATLAB软件对阻尼器的动力性能进行了仿真分析；为验证阻尼器设计的合理性，搭建试验台对阻尼器的动力性能进行了测试分析，并将试验与仿真结果进行对比。研究结果表明:仿真与试验结果具有较好的一致性；不同外界激励与速度变化对输出阻尼力影响较小，内置阀式磁流变阻尼器能在不同工况下输出稳定的阻尼力；输出阻尼力与阻尼可调系数近乎线性随励磁电流增长；当电流为1.2 A时，输出阻尼力高达7.521 kN，阻尼可调系数可达9.7。可见，内置磁流变阀结构可在受限体积下有效延长阻尼通道长度，使磁流变阻尼器输出较高的阻尼力，且具备较宽的阻尼可调范围。      

基于混合整数非线性规划的接驳公交优化模型

接驳公交线路设计与运营方案优化是轨道交通与地面公交协同发展的研究课题之一，本文分析其在模型构建、规划方法及模型算法等研究方面的不足。以问题为导向，构建基于混合整数非线性规划的接驳公交协同优化模型，通过对模型重构进行求解。并通过实例分析验证模型和算法的有效性。结果发现：第一，以往研究中将线路设计与运营方案协同优化模型较少，本文统筹考虑接驳公交线路设计和发车频率优化构建模型；第二，以往研究中大多考虑多条接驳公交线路与1个轨道站点连接的单一目的地模式，本文通过增加“多对多”约束条件，使模型更加符合现实需求分配；第三，针对混合整数非线性模型求解困难的问题，本文通过模型重构，降低了计算 复杂度；第四，研究实例基于2个轨道站点和17个接驳公交需求点，得到2条接驳线路和相应发车频率，并通过与相同拓扑路网下应用深度优先搜索算法(DFS)求解结果进行对比分析，验证了本文所建协同优化模型的可行性和有效性。     

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最短径路是网络优化中的一个经典问题，Dijkstra算法被公认为是一种十分有效的最短径路的搜索求解算法．本在研究网络一般结构特点的基础上，发现传统Dijkstra算法在每次迭代过程中都需要搜索所有节点的这一缺陷，通过向搜索节点中引入“度”的信息，提出了基于“度搜索”的改进算法，并根据网络的特点，给出了有向网络和无向网络两种情况下存在“度”差异的算法设计方法；算法的整体结构与Dijkstra保持了一致性，没有算法结构的突变，因而通过修改原有Dijkstra程序和重新设计“度搜索”程序都十分容易实现．该算法提高了最短径路的搜索效率，特别是对稀疏网络，算法效率更为明显，其复杂度小于O(｜V｜^2)．     

Al2O3／ZA—12复合材料的组织与性能

本文研究了用挤压铸造法制备Ａｌ２Ｏ３短纤维增ＺＡ－１２合金复合材料的组织和力学性能，对纤维体积分数和温度改变时，复合材料性能的变化规律作了较详细的分析。结果表明：用挤压铸造法可以成功地制备纤维分布较均匀、性能较好的Ａｌ２Ｏ３／ＺＡ－１２复合材料；随着纤维体积分数Ｖｆ的增大，复合材料室温下的硬度、弹性模量单调增大，但抗拉强度延伸率下降；复合材料抗拉强度随温度的下降幅度低于基体，高温下复合材料的抗料的     

单元板式轨道脱空伤损识别的柔度曲率特征值法

为了实现对CRTS Ⅲ板式无砟轨道结构中轨道板板底脱空伤损的识别和定位,首先通过轨道结构模型的模态分析,获取其结构的柔度矩阵,结合高斯曲率和降噪数据处理构建柔度曲率特征值矩阵,利用非伤损区域内反映不规则突起对伤损定位影响的准确性指标和反映识别伤损范围的有效性指标得到合理的测点密度,最后建立多种伤损工况,研究该指标识别的应用范围. 研究结果表明:已脱空轨道板的柔度曲率特征值在伤损区域内存在明显突起,且峰值位置与伤损区域中心吻合,可在无基准参数下有效识别CRTS Ⅰ及CRTS Ⅲ型两种材料性能不同的单元板式轨道板底的隐蔽伤损;针对板底大于0.4 m × 0.4 m的脱空伤损,采用测点密度为0.2 m时有利于降低噪声对伤损定位准确性的影响,提高伤损范围识别的有效性;当轨道板底伤损区域边长大于0.3 m时,可利用柔度曲率特征值进行伤损识别和定位;轨道板柔度曲率最大绝对值随脱空尺寸变大而增加,二者基本呈线性关系,结合柔度曲率特征值的可视化图形可进行伤损面积识别.      

海绵型道路横断面排水设计参数优化

海绵型道路有着出色的排水能力，在雨天时能较显著地提高交通安全，然而其排水设计应与道路几何设计协同考虑。基于海绵型道路路表渗流与产流的规律，建立了二维与三维路面渗流模型。模拟后的结果表明排水情况与车道数为负相关；在车道数增加的情况下，排水功能与横坡为正相关；若横坡坡度相同，纵坡的增加会延长排水路线，导致排水性能变差。基于海绵型道路排水功能保证，对海绵型道路横断面设计参数进行优化。     

多型负泊松比材料-结构协同设计

为提高负泊松比材料的刚度性能,同时保证负泊松比材料的冲击吸能特性,提出材料-结构协同优化设计,以泊松比最小为目标,微观材料设计区域各单元的相对密度为设计变量,优化得到多种体分比下的最优微结构,同时基于刚度最大的优化目标得到宏观结构的材料分布,根据宏观最佳材料分布来指导各微结构间的排列组合,建立多型微结构负泊松比材料模型。仿真结果表明：与单一型负泊松比材料相比,多型负泊松比材料有较好的刚度增强效果和更好的能量吸收能力。     

基于宏观基本图的路网多子区状态一致协同控制

针对基于宏观基本图(MFD)的路网多子区协同控制未考虑各子区拥堵状态差异性及均衡性的问题，本文提出以多子区状态可达一致为目标的子区边界状态反馈控制设计方法. 首先，基于路网 MFD模型建立路网多子区协同模型；进一步，基于部分变量稳定性理论，设计多子区状态可达一致的边界状态反馈控制律.在此基础上，考虑子区拥堵状态的差异性，设计了子区间的协同控制策略，快速缓解子区拥堵状态；同时，提出子区边界输入流的分配优化策略.最后，以潍坊市实际路网为背景建立仿真模型.实验结果表明，本文方法可实现子区交通流分布的均衡性，快速缓解子区拥堵状态，较大幅度地提升路网运行效率.     

多雨地区双块式无砟轨道湿态混凝土力学性能

长期处于水环境中的双块式无砟轨道内部存在不均匀的湿度场，而湿度会对轨道结构的力学性能产生一定的影响. 为研究水环境中双块式无砟轨道内部不同湿度状态下混凝土宏观力学性能，结合水环境中双块式无砟轨道的湿度分布情况，建立了混凝土基质纳观组分（C-S-H）分子动力学模型，对混凝土基质展开多尺度计算，并进行两级均匀化分析. 结果表明:水环境中的双块式无砟轨道结构表层湿度的梯级分化明显，轨道内部的湿度差最高可达38.41%；混凝土的弹性模量和泊松比随饱和度的增加而增大；混凝土饱和度由0增加到100.00%时，支承层、道床板及轨枕混凝土弹性模量的增幅分别可达35.0%、19.5%、16.2%.      

一种新型混凝土裂缝自修复剂的制备及性能研究

混凝土内部存在肉眼不可见的微裂缝,不及时修复会扩展成宏观裂缝,造成不可估量的损失。依据微膨胀、络合沉淀和碳化结晶理论研制了一种能有效修复混凝土微裂缝的新型自修复剂。通过力学性能测试得到修复组分的最佳配比:络合组分∶调凝组分∶储水组分∶增塑组分∶密实组分=1.00∶0.25∶2.00∶3.37∶13.47,在此配比下的裂缝宽度分别由0.27 mm和0.12 mm实现完全修复,冻融循环200次时掺入修复剂后混凝土的相对动弹性模量比未掺加修复剂混凝土高10.8%,抗冻性得到显著优化。XRD和SEM分析显示,修复剂的掺入促进了Ca(OH)_2和Aft的生成,这些物质均匀分散在浆体中,使浆体结构更加密实,孔洞减少、强度提高。     

基于强化学习的干线信号混合协同优化方法

交通拥堵已成为很多大中城市普遍存在的社会问题。信号控制作为缓堵保畅的重要措施之一，愈发受到社会关注。信号优化手段可分为模型驱动和数据驱动两类，且随着交通大数据的不断充实，基于强化学习的数据驱动方法日益成为新兴发展方向。然而，现有数据驱动类研究主要偏重于决策模型设计，缺乏对智能体结构的探讨；同时，在多路口协同方面多采用分布式策略， 忽略了智能体之间信息交互，无法保障区域层面的整体最优性。为此，本文以干线信号为对象， 构建一种多智能体混合式协同决策的信号优化方法。首先，针对交通状态的多样性、异构性及数据不均衡性，设计分布训练-分区记忆的单智能体决策模型，并优化状态空间和回报函数，界定单路口控制的最佳方案；其次，融合分布式和集中式学习的模型优势设计多智能体交互方法，在单路口分布式控制的基础上，设置中心智能体评价局部智能体的决策行为并反馈附加回报以调整局部智能体的决策模型，实现干线多信号的协同运行。最后，搭建仿真平台完成效果测试与算法对比。结果表明：新方法与独立优化和分布式协同相比，在支路交通流基本不受影响的前提下， 干线停车次数分别降低了14.8%和13.6%，具有更好的控制效果。     

硫铝酸盐水泥基超早强快速修补材料 力学性能的试验研究

为改善硫铝酸盐水泥基超早强快速修补材料的力学性能,通过改变胶砂比、水胶比、掺加缓凝剂以及早强剂,对硫铝酸盐水泥基修补材料的抗压强度、抗折强度和胶砂流动度进行了研究。结果表明:随着胶砂比的逐渐增大,硫铝酸盐水泥基修补材料的抗压强度、抗折强度逐渐增加;随着水胶比的逐渐增大,硫铝酸盐水泥基修补材料的抗压强度、抗折强度逐渐降低;掺加了适量缓凝剂的硫铝酸盐水泥基修补材料的流动度保持良好,20min的流动性损失差值仅为120mm,但早期力学性能不能满足快速通车要求,还需要掺加0.2%早强剂,以保证硫铝酸盐水泥基修补材料具有良好的工作性和力学性能。     

FeCoNiCrMnNb_x高熵合金体系的微观组织和力学性能

通过非自耗真空电弧熔炼制备了FeCoNiCrMnNb_x(x=0,0.1,0.25,0.5,0.75)高熵合金,研究了不同Nb含量对其微观组织和力学性能的影响,以及运用热力学软件Therm-Calc进行了相计算.结果表明:FeCoNiCrMnNb_x合金,随着Nb含量的增加,合金体系出现Laves相,并随着Nb含量的增加而增加,这与相模拟结果相吻合;微观组织为枝晶结构,在Nb_(0.25)和Nb0.5合金中出现共晶结构,Nb_(0.75)合金中共晶结构消失;合金维氏硬度增大;合金的屈服强度与Laves相的体积分数呈线性关系.其中,Nb_(0.5)合金达到塑性与强度的良好匹配,其断裂强度为2 025 MPa,断裂应变为28.6%.     

热传导结构概率-非概率混合可靠性拓扑优化设计

研究热传导结构在区间变量和随机变量共存时的拓扑优化设计问题.首先,考虑热传导结构材料物理参数和热载荷同时为区间变量和随机变量两种不同类型的变量,基于概率可靠性及非概率可靠性来衡量结构可靠性;其次,构建了以单元相对导热系数为设计变量,导热材料体积极小化为目标函数,满足散热弱度混合可靠性为约束条件的优化数学模型;最后,采用渐进结构优化法进行了求解.在两个算例中,最优拓扑结构的混合可靠度概率值分别为0.94476、0.94476,均大于各自给定混合可靠度概率值0.928650、0.933129,验证了所建模型的合理性及求解策略的有效性.     

基于应变能的结构拓扑优化设计

基于在优化结构边界和孔洞周围附加人工材料的思路，结合传统渐进结构优化法和单元应变能分析，研究了基于应变能的结构拓扑优化方法，给出了结构拓扑优化的基本原理，导出了具有单元增、删功能的渐进结构优化基本公式。对具有各向同性的均质材料的桥墩和桥梁结构进行了仿真设计，结果显示结构的最大与最小应变能的差距显著减小，其拓扑解类似于工程中出现的结构，表明该方法的基本原理可行、有效。     

钢砂SBS改性沥青混凝土裂纹的感应加热自修复性能

制备了带预切口的钢砂SBS改性沥青混凝土小梁试件,进行了电磁感应加热试验,分析了加热距离、钢砂粒径与钢砂掺量对SBS改性沥青混凝土裂纹自修复性能和路用性能的影响,并提出了相应导电材料使用建议。研究结果表明:加热距离越小,试件感应加热速率越大,当感应线圈距离试件顶面10mm时,试件具有较大的加热速率且便于采用红外摄像机捕捉影像;在混凝土制备时钢砂易于分散,钢砂粒径与掺量越大,混凝土的感应平均加热速率越大,其中,当钢砂体积分数为6%与粒径为1.4mm时,试件顶面具有最大的感应加热速率,为1.25℃·s~(-1);随着钢砂掺量增加,试件的感应热自修复率逐渐提升,试件顶面最高温度达到80℃时,其平均自修复率为89.2%,且当钢砂体积分数为6%与粒径为1.0 mm时,试件具有最高的自修复率,为96.2%;钢砂提高了SBS改性沥青混凝土的高温稳定性,但是对低温抗裂性有一定影响,当钢砂体积分数为6%与粒径为1.0mm时,试件的动稳定度为6 813次·mm~(-1),冻融劈裂残留强度比为93.18%,浸水马歇尔残留强度比为93.88%,同时低温弯曲应变下降为3.155×10~(-3),仍然满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)不小于3.0×10~(-3)的要求;建议采用钢砂体积分数为6%与粒径为1.0mm的SBS改性沥青混凝土用于感应加热自修复路面。