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科学技术与工程
科学技术与工程

明廷华

旬刊

1671-1815

ste@periodicals.net.cn

010-62103284

100081

北京市海淀区学院南路86号

科学技术与工程/Journal Science Technology and Engineering北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊向社会介绍科技界、工程界进展情况和为科学家、工程技术专家开展学术交流服务的一份学术性、知识性和动态性杂志。主要内容包括科学技术发展前景和重大建设工程进展情况，科学技术与工程方面的新成果、新知识、科技界和工程界的热点问题等。适合科技工作者、工程技术专家、领导同志、管理干部和图书资料馆（室）订阅。
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    滨海软土地层隧道衬砌地震动力响应及损伤特征

    胡艳峰薛华坤黄明王炳楠...
    7351-7360页
    查看更多>>摘要：地震作用下穿越软土地层的地铁隧道易受到严重破坏.因此,研究该类型地层下隧道的地震响应及损伤特性对地铁的安全运营至关重要.为此,首先结合分段曲线损伤模型和Druker-Prager弹塑性模型推导出反映混凝土损伤的弹塑性方程.然后借助FLAC3D有限差分程序及二次开发接口建立以混凝土管片损伤模型为基础的土-盾构隧道相互作用模型.最后对水平和竖直方向地震波影响下盾构隧道的动力响应及结构损伤进行研究.研究结果表明:通过FLAC3D数值软件的单轴拉伸和压缩试验得出所建立的混凝土管片弹塑性损伤模型能够很好地反映混凝土的力学损伤特性及材料的软化发展规律,从而验证了该模型的合理性与准确性.盾构隧道的动力响应及损伤度与地震振幅呈现正相关性.水平方向地震波、竖直方向地震波作用下隧道结构的最大损伤增量位置分别为隧道拱脚、拱肩处和隧道两侧处.其中,竖直方向入射地震波对隧道损伤度的影响更为显著.

    盾构隧道软土地层FLAC3D动力响应特征

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    复杂地层深基坑井群降水综合控制方案优化分析

    杨腾添李恒李玉子刘一震...
    7361-7367页
    查看更多>>摘要：为控制工程物料成本及时间成本的投入,实现对复杂地层降水控制措施的合理化选择.以京安城际榆安1号隧道明挖段深基坑降水施工为背景,通过有限元模型分析和现场抽水试验相结合的方法,研究了止水帷幕插入深度、单井抽水速率及抽水时间对深基坑降水效果的影响.结果表明:基坑降水止水帷幕插入比控制在1∶0.9时,基坑降水效率及成本投入最优;抽水时间随单井抽水速率整体呈先快后慢的下降趋势,但增加到一定范围后趋势变缓、相关性减弱,单井最优抽水速率取125 m3/d最优;抽水1～7 d天坑内地下水位降幅较大,达到最大降深的95.2％,以第7天的水位降深为标准进行降水方案设计最合理.可见科学的降水方案不仅有助于水资源保护,也关系到工程降水安全经济进行.

    复杂地层深基坑井群降水止水帷幕抽水速率抽水时间

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    考虑出行舒适度的电动汽车路径优化

    赵军李建华姚敦敏
    7368-7375页
    查看更多>>摘要：针对电动汽车路径规划中出行舒适度的问题,构建了考虑出行者舒适度的电动汽车路径规划模型,基于Dijkstra算法,考虑时间、距离、电动汽车(electric vehicle,EV)能耗及出行者舒适度等多种影响因素下的路径规划仿真,通过相应的测试算例,验证了模型和算法的有效性,进而以南宁市南宁站周边区域进行实例计算与分析,研究结果表明:所构建的最优路径模型,虽然在出行距离、出行时间和出行能耗上比常规的路径规划模型增加了 3.1％、13.3％及4.6％,但是在舒适度上提升了9.4％.研究结论为提高电动汽车出行质量的研究提供了参考.

    出行舒适度Dijkstra算法电动汽车路径优化

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    基于圆弧样条参考路径的改进混合A*泊车路径规划算法

    赵克刚曾润林梁志豪钟浩龙...
    7376-7386页
    查看更多>>摘要：在泊车空间狭窄的条件下,现有的基于混合A*算法的泊车路径规划存在成功率低或规划速度慢等问题,为了解决这一问题,设计了 一种改进混合A*路径规划算法.通过将圆弧样条曲线作为参考路径,并以参考路径上的点作为混合A*算法的目标点,进而搜索出成功泊入车库的路径.根据不同车位宽度进行了基于MATLAB的批量仿真测试,结果表明:改进后的混合A*算法能够显著提高车辆在特定区域泊入车库的成功率,同时具有一定的规划效率.最后基于Prescan、Carsim和Simulink进行了联合仿真实验,验证了所设计算法规划的路径满足实车实验的跟踪要求.

    自动泊车路径规划混合A*算法参考路径圆弧样条

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    基于老年驾驶员的自动驾驶接管振动提示

    郭恒瑞秦华冉令华王中婷...
    7387-7394页
    查看更多>>摘要：老年驾驶员在自动驾驶的接管过程中会出现反应时长增长、记忆力及运动能力下降等问题,振动接管提醒以其占据感知通道与驾驶任务不冲突的特性而优于其他接管提示方式.但不同的振动提示位置及顺序会影响驾驶员的接管能力,因此比较不同风险场景下振动提示的顺序类型对于不同年龄段驾驶员的接管行为和主观感受的差异,以此来帮助老年驾驶员更好地完成接管.共招募6名年轻驾驶员和6名老年驾驶员观看不同风险场景的事故视频,并在事故发生前给予不同振动顺序类型的接管提示.结合主观问卷,比较不同振动类型对于不同年龄段驾驶员的接管紧迫程度以及危险感知的差异.结果表明,驾驶员在低风险场景下的接管意愿更高(F=5.872,P=0.018),且在高风险场景下驾驶员需要更长的接管提前时间来发现出现的风险,老年驾驶员对于自动驾驶汽车的信任显著低于年轻驾驶员(F=30.912,P＜0.001),老年驾驶员在风险的认知方面低于年轻驾驶员.对于老年驾驶员而言,多点依次振动的振动模式提示危险程度以及提示接管紧迫程度效果最好.对于年轻驾驶员而言,多点依次持续振动和多点依次振动提示前方危险程度的效果都很好,多点依次持续振动提示接管紧迫程度的效果最好.

    自动驾驶老年驾驶员振动提示类型接管

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    船用起重机磁流变防摆装置动力学分析和实验验证

    邓晨旭孙海龙赵明慧李云龙...
    7395-7405页
    查看更多>>摘要：为了解决船用起重机在执行吊装转运作业时,货物出现摆动降低工作效率且极易造成安全事故的问题,将磁流变技术引入船用起重机防摆领域,设计了一种机械式防摆装置.推导了船-起重机-吊点-防摆装置-吊重的三维动力学模型.对装置的防摆效果进行分析,结果表明,当输入给磁流变防摆装置恒定电流时,随着电流增大,防摆效果愈加明显,在设定工作背景下,当给定电流2 A时,对面内角及面外角的抑制分别为75％、82％.为了优化控制策略,降低能耗,提高防摆的鲁棒性,设计了变论域模糊PID(variable universe fuzzy PID,VUFPID)控制器.采用VUFPID控制器时,防摆装置对吊重摆动的面内角及面外角的抑制分别为85％和83％,能耗约为113 J;采用A组恒定电流时,防摆装置对吊重摆动的面内角及面外角的抑制分别为60％和68％,能耗约为140 J;采用B组恒定电流时,防摆装置对吊重摆动的面内角及面外角的抑制分别为50％和58％,能耗约为110 J.可见采用VUFPID后,能实现低能耗、效果明显的防摆作用.最后搭建实物样机,验证了磁流变防摆装置的有效性.

    船用起重机磁流变技术防摆动力学模型VUFPID

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    Waspaloy镍基合金高温流变应力及其本构模型构建

    许罗鹏郝梦全熊磊张儒伦...
    7406-7413页
    查看更多>>摘要：针对涡轮发动机涡轮叶片复杂应力状态下的时效变形问题,以涡轮叶片材料Waspaloy镍基合金为研究对象,开展Waspaloy镍基合金时效处理,完成时效态Waspaloy镍基合金600、700和750℃准静态高温力学拉伸 试验.利用Ludwik和Hollomon经验公式预测Waspaloy镍基合金高温塑性段流变应力,引入平均误差(the mean error,Er)和均方根误差(root mean square error,RMSE)评价流变应力的预测准确度.结果表明,时效处理后合金的硬度得到有效提升,而其塑性性能有所降低.Waspaloy镍基合金的抗拉强度和延伸率在600～750 ℃区间范围内与加载温度呈负相关关系.Ludwik模型较Hollomon模型有更高的流变应力预测精度,而在高温高应变区域Ludwik模型预测流变应力仍存在较大误差.在Ludwik模型的基础上引入指数项,修正后的Ludwik模型能更好地预测Waspaloy镍基合金高温塑性段的流变应力.

    Waspaloy镍基合金时效处理流变应力本构模型

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    基于事件触发的旋翼无人机群领导跟随一致性

    闫祁晨沈剑陈鹏云赵晨博...
    7414-7421页
    查看更多>>摘要：针对多六旋翼无人机集群系统通信频律过高的问题,基于六旋翼无人机滑模控制的双环结构控制模型提出了一种基于事件触发的滑模控制方法.该模型由位置子系统和姿态子系统构成,其中位置子系统作为外环控制对象,姿态子系统则作为内环辅助控制对象.在位置子系统中,采用增加事件触发器的滑模控制器,通过引入滑模面和滑模变量的方式,实现对六旋翼无人机群的位置控制.通过Lyapunov稳定性定理对该控制策略下系统的稳定性进行了证明,并证明了不存在Zeno现象的情况.仿真实验结果表明,所提出的控制方案减少了多智能体通信对高频采样的依赖,可见该研究为六旋翼无人机在协同路径跟随方面的应用提供了有益的参考.

    六旋翼无人机群事件触发控制滑模控制趋近律集群控制

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    基于VENN模型的民航飞行员胜任力评估标准优化

    李佳员孙宏李凡王双超...
    7422-7428页
    查看更多>>摘要：传统的飞行训练评估依赖教员的主观评价,且对能力的量化评估标准模糊,难以保证评估的一致性和有效性.基于VENN模型对飞行训练中行为指标展现的数量、频次及威胁与差错管理结果3个胜任力特征进行数学建模,将飞行训练中对科目的检查转化为对能力的量化评估,并结合历史检查工作单数据,提出了一种胜任力评估标准优化方法.最后,以实际的手动飞行操纵技能评估为例,验证了提出方法的有效性.测试结果表明:由算法得出的评分标准获得的技能评分与教员经验给出的评级结果显著相关,且评分保持一致的样本占比83.3％,其余样本评分偏差均在1级以内,表明了提出方法能有效地从历史检查单数据中提取对能力的评估标准,为数据驱动的胜任力量化评估标准制定提供了理论支撑及新方法.

    VENN模型胜任力评估行为指标评估标准

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    基于改进Informed-RRT*算法的舰载机甲板平面路径规划

    龚立雄陈佳霖黄霄肖杪铃...
    7429-7437页
    查看更多>>摘要：针对舰载机甲板路径规划问题,在Informed-RRT*(informed rapidly-exploring random tree)的椭圆采样基础上,提出使用正态分布方式采样的IN-RRT*(informed normal-RRT*)算法.首先,针对舰载机与运动场景建模,定义舰载机运动约束和避障策略;其次,将正态分布采样策略与椭圆采样相结合,获取优质高效采样点;引入人工势场法,自适应调节随机树的搜索步长值;使用向心Catmull-Rom样条插值法对路径进行平滑优化处理;提出针对动态障碍改进的动态窗口法,实现局部动态避障.最后,运用甲板平面环境实验检验算法性能.结果表明,IN-RRT*算法能显著优化搜索时间和搜索路径质量,可应对动态场景规划出合理可行的平滑路径.

    舰载机牵引路径规划Informed-RRT*算法动态避障

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