基于数字孪生的舰船蒸汽动力总体模型框架研究

[目的]为了实现舰船蒸汽动力系统的数字化、网络化和智能化,提出一种总体数字孪生模型应用体系。[方法]从物理对象、过程要素、生命周期及虚拟空间这4个维度,提出基于数字孪生的舰船蒸汽动力系统总体“四维思想模型”,并创建总体全生命周期的“五阶体系模型”,涵盖概念论证、系统设计、总装建造、试验试航及运维保障这5个典型的阶段。通过引入大数据、物联网、云计算、人工智能和基于模型的系统工程等先进技术,形成由物理层、接口层、数据层、模型层、调度层、功能层及应用层组成的舰船蒸汽动力系统总体数字孪生“7层架构模型”。[结果]舰船蒸汽动力系统虚拟设计分析及试验平台的验证结果表明,数字孪生体系框架可以有效支撑系统方案设计、操作运行分析及试验方案评估,从而实现舰船全生命周期中物理空间与虚拟空间的交互协同。[结论]研究成果可为舰船蒸汽动力系统的总体数字化设计提供参考。     

斜交条件下预制拼装地道结构设计研究

以上海S7公路一期工程斜交条件下的下穿地道为例,对纵缝采用凸凹榫接头的预制拼装体系与封闭框架的现浇工艺体系进行结构受力对比,结果发现,设计中通常假定凸凹榫处采用铰接进行模拟存在不合理之处.因此,从方便工程设计的角度出发,提出预制拼装斜交地道结构体系的受力计算模型可考虑利用封闭框架体系的等效计算模型,但需将凸凹榫位置处的内力值适当提高20％～30％.该研究成果已在依托工程成功应用,可以为类似工程提供参考与借鉴.     

深中通道泄洪区下部结构宽墩对大悬臂盖梁受力的影响分析

独柱墩盖梁由于占地小、净空大、景观效果好,在市政桥梁工程甚至跨海桥梁工程中得到广泛应用.但由于采用独柱墩,墩柱横向尺寸较大,在盖梁受力分析时需考虑墩柱对盖梁受力的影响.以深中通道工程为背景,采用各种计算模型对其泄洪区引桥下部结构宽墩独柱盖梁进行详细的受力计算分析,对比分析各种模型的设计安全性和宽墩对盖梁受力的影响,从而对盖梁的设计计算提出建议.     

水平荷载作用下斜桩群桩的有限元分析

采用三维有限元数值方法对斜桩群桩在水平荷载作用下的承载特性进行了研究,对比了相同布置形式的3×3直桩和斜桩群桩的各项响应差异.分析结果表明,在3倍桩径桩间距条件下,斜桩群桩中基本不存在与直桩群桩相类似的群桩效应.斜桩群桩由于较好地发挥了基桩的轴向承载特性,故而整体抵抗水平荷载的能力显著高于直桩群桩.     

轨道高架桥下基坑开挖的相关措施及研究分析

近年来,越来越多的工程建设与已建轨道的关系越来越密切,施工环境也越来越复杂.以春申湖路快速化改造中元和塘东隧道基坑下穿轨道2号线号线高架为例,通过开挖施工中采取的一系列技术措施(MJS工法、开挖工序安排、应用支撑自动轴力补偿系统、加强监测等),并运用数值模拟软件,建立地上地下整体模型,将结果与过程监控数值对比,确保了轨道交通结构稳定和运营安全,为今后难度大、复杂程度高的城市建设施工提供了很好的借鉴作用.     

桩基非对称局部冲刷条件下土体应力变化解析解

传统桩基局部冲刷坑模型主要采用对称形态的坑体来分析,然而实际问题中局部冲刷坑体常为非对称,这使得桩基处于更不利的状态。评价桩基承载力的关键之一是合理计算冲刷坑造成的土体应力状态变化。而对于桩周形成非对称冲刷坑时土体应力变化,目前仍然没有较为完善和严格的理论分析方法。针对该问题,根据已有试验得到的非对称局部冲刷坑形态,提出非对称冲刷坑内土体应力计算的平面应变简化模型;并基于弗拉曼解在半无限空间中的应用,将冲刷坑以上土体看做荷载并引起土体内应力重分布,得到非对称冲刷坑下土体应力分布计算的平面应变解析解。通过有限元中的"生死单元法"模拟非对称局部冲刷坑的形成过程,并将有限元得到的冲刷坑内土体应力结果与解析解计算结果进行对比,验证解析解的正确性。随后基于该方法考虑桩尺寸的影响,得到非对称局部冲刷坑形成后桩周土体的垂直及水平有效应力计算方法,并与有限元计算结果进行了对比。结果表明：在考虑桩尺寸时,解析解计算结果略保守。在此基础之上,对非对称冲刷坑参数的敏感性进行分析,指出桩上、下游侧冲刷深度差值对桩周土体的应力影响较大,得到了非对称冲刷坑下桩周土体的垂直有效应力及水平有效应力差的变化规律,研究结果可为工程设计提供参考。     

基于TD3算法的人机混驾交通环境自动驾驶汽车换道研究

提高人类驾驶人的接受度是自动驾驶汽车未来的重要方向,而深度强化学习是其发展的一项关键技术。为了解决人机混驾混合交通流下的换道决策问题,利用深度强化学习算法TD3（Twin Delayed Deep Deterministic Policy Gradient）实现自动驾驶汽车的自主换道行为。首先介绍基于马尔科夫决策过程的强化学习的理论框架,其次基于来自真实工况的NGSIM数据集中的驾驶数据,通过自动驾驶模拟器NGSIM-ENV搭建单向6车道、交通拥挤程度适中的仿真场景,非自动驾驶车辆按照数据集中驾驶人行车数据行驶。针对连续动作空间下的自动驾驶换道决策,采用改进的深度强化学习算法TD3构建换道模型控制自动驾驶汽车的换道驾驶行为。在所提出的TD3换道模型中,构建决策所需周围环境及自车信息的状态空间、包含受控汽车加速度和航向角的动作空间,同时综合考虑安全性、行车效率和舒适性等因素设计强化学习的奖励函数。最终在NGSIM-ENV仿真平台上,将基于TD3算法控制的自动驾驶汽车换道行为与人类驾驶人行车数据进行比较。研究结果表明：基于TD3算法控制的车辆其平均行驶速度比人类驾驶人的平均行车速度高4.8%,在安全性以及舒适性上也有一定的提升;试验结果验证了训练完成后TD3换道模型的有效性,其能够在复杂交通环境下自主实现安全、舒适、流畅的换道行为。     

基于子结构的大型桥梁有限元模型修正方法

实际桥梁结构的整体有限元模型修正时自由度和单元数量较多,待修正参数多,有限元模型修正精度和效率低。为了提高有限元模型修正的效率,提出基于子结构的有限元模型修正方法。子结构方法是化整体分析为局部分析的方法,与直接修正大型桥梁有限元模型相比,子结构方法只需要计算每个子结构少量低阶模态,得到整体结构的特征解及特征解灵敏度,形成模型修正的目标方程和灵敏度矩阵,进而缩短模型修正时间。将基于子结构的模型修正方法用于怒江特大桥主桥(上承式钢桁拱桥)有限元模型修正,结果表明:修正后桥梁的前10阶频率与桥梁的模拟实测频率值相吻合,且模型修正时间仅为传统整体方法的56%。     

引江济淮工程派河口船闸通航水流条件及改善措施

派河口船闸是引江济淮派河口枢纽重要组成部分,位于派河入巢湖口门段,建设条件复杂。综合已有工程、河道边界和相关规划,提出了复线船闸平面布置初拟方案。采用定床河工模型试验的技术手段对船闸下游引航道与口门区通航水流条件开展了详尽研究,探明了节制闸泄洪时下游通航水域纵向和横向表面流速、流态特征,分析了通航水流条件不满足规范要求的原因,指出可通过岸线平顺、新开泄洪分流通道和控制临界安全泄洪流量等措施进行改善。优化后的方案可满足设计要求,为工程设计和今后运行管理提供技术支撑。     

基于元胞自动机的高速铁路列车群追踪运行仿真模型

为分析高速铁路列车在追踪间隔缩小时的运行状态,根据准移动闭塞系统原理,设置列车区间运行和车站运行的演化规则,建立准移动闭塞条件下基于元胞自动机的列车群追踪运行仿真模型。利用元胞自动机对京沪高速铁路线路"上海虹桥—南京南"运行图中追踪运行的10列车进行建模仿真,分析仿真结果验证到达间隔时间是制约追踪间隔的瓶颈,并得出后行列车满足追踪间隔4 min或3 min的情况下,其运行速度不受前行列车的干扰。