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期刊信息/Journal information
中南大学学报（自然科学版）
中南大学
中南大学学报（自然科学版）

中南大学

黄伯云

月刊

1672-7207

zngdxb@csu.edu.cn

0731-88879765

410083

湖南省长沙市中南大学校内

中南大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Central South University（Science and Technology)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是中南大学主办的一本以有色金属和稀有金属为主的综合性学术刊物，主要刊登地质采矿、矿物工程、有色冶金、材料科学与工程、机械工程、自动控制工程、计算机科学、应用数理化等方面的学术论文和科研成果，可供有关高等院校师生，研究院研究人员、厂矿企业及地质队工程技术人员在教学、科研和生产工作中参考。
正式出版
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    车联网中基于多智能体强化学习的边缘服务器选址策略

    李闯纪剑桥胡志刚周舟...
    2567-2577页
    查看更多>>摘要：为解决车联网环境下边缘服务器选址难的问题，提出一种基于多智能体强化学习的边缘服务器部署策略(记为CKM-MAPPO)，重点优化边缘服务器间的负载均衡，同时最小化边缘服务器的时延和能耗。首先，使用Canopy和K-means算法确定边缘服务器部署的数量和初始位置;然后，基于多智能体强化学习算法确定边缘服务器的最优部署位置;最后，通过一系列实验评估所提出算法的准确性和有效性。研究结果表明:与基准算法相比，本文提出的方法的负载均衡度提升了26。5%，时延和能耗分别降低了12。4%和17。9%。

    边缘计算服务器部署车联网负载均衡强化学习

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    边-云计算中一种结合服务产生的服务部署策略

    冯国富刘桂王娟
    2578-2587页
    查看更多>>摘要：考虑到传统的云端服务生成后再下载部署服务的方法存在性能不佳的情况，本文依据感知数据在从边端向云端上传的过程中在各级网络设备中构造生成服务的情况，将服务部署的时间提前到服务生成过程中，结合用户访问特征，提出一种结合服务构造的服务部署策略。该策略包括自底向上的分布式服务构造机制以及自上而下的服务部署机制。研究结果表明:与最少使用更新的服务部署(LRU)策略相比，本文提出的基于服务构造的服务部署(SPSG)策略可以有效减少68。7%的网络负载量，用户请求服务的延迟时间缩短了48。0%，证实了所提策略的有效性。

    边-云计算数据服务化构造服务部署负载延迟

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    基于XGBoost-SVR组合模型的高速公路建造碳排放量预测方法研究

    林宇亮熊锦江邢浩宁曦...
    2588-2599页
    查看更多>>摘要：开展高速公路碳排放量预测是实现交通领域节能减排的重要内容之一。选取高速公路建设中影响碳排放的路基长度、路面面积、桥梁长度、隧道长度等14个参数，采用生命周期评价法(LCA)对高速公路建造碳排放量进行核算，获得80个高速公路碳排放样本，并对碳排放量影响参数的重要性进行分析。通过等值赋权、残差赋权和自适应赋权3种赋权组合方式，建立XGBoost-SVR机器学习组合模型。结合高速公路碳排放样本，通过XGBoost-SVR组合模型训练得到碳排放量预测结果。基于误差和相关指数分析，对3种赋权方式的组合模型预测结果进行评判，并与单机器学习模型结果进行对比。研究结果表明:XGBoost-SVR组合模型融合了XGBoost和SVR模型的优点，其预测效果明显优于单机器学习模型的预测效果;对比等值赋权、残差赋权和自适应赋权，基于自适应赋权的XGBoost-SVR模型预测精度最高，建议应用于高速公路建造碳排放量预测。

    高速公路碳排放量预测组合模型自适应赋权

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    列车荷载作用下CRTS Ⅲ型板式无砟轨道层间离缝水力特性研究

    宋力饶佳琪刘冉蒋丽忠...
    2600-2611页
    查看更多>>摘要：在雨水充沛或排水不畅地区，积水会造成无砟轨道层间离缝扩展显著加速。针对含层间离缝的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道的水力特性问题，建立列车荷载与水耦合作用下的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道-离缝积水双向瞬态流固耦合计算模型，揭示无砟轨道层间离缝内动水压力和水流速度的分布及其峰值的变化规律，并分析列车轴重、行车速度、离缝形态及积水深度对动水压力和水流速度的影响。研究结果表明:随着列车的趋近与远离，层间离缝内固定点处的动水压力与水流速度呈周期性的正负交替变化;动水压力沿着离缝出口方向逐渐减小，其峰值发生在离缝尖端处，而水流速度沿着离缝出口方向逐渐增大，其峰值发生在离缝出口处;动水压力与水流速度峰值随列车轴重增加而线性增大，轴重每增加1 t，动水压力和水流速度峰值分别增加2。850 kPa、0。085 m/s;动水压力峰值与车速呈二次方增大关系，而在车速小于300 km/h时水流速度峰值与车速基本上呈线性关系，超过该车速后流速增长趋势较之前更大;动水压力、水流速度峰值与离缝开口量呈反比关系;动水压力与水流速度峰值都随着离缝深度和离缝积水深度增加而显著增大，且两者都与离缝深度呈3次多项式增大关系，与离缝积水深度呈2次方增大关系。研究结果可为CRTSⅢ型板式无砟轨道在列车荷载与水耦合作用下的层间离缝扩展分析以及养护维修工作提供依据和参考。

    CRTSⅢ型板式无砟轨道层间离缝流固耦合动水压力水流速度

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    沿海地区良态风和台风气候不同时距风速转换系数研究

    黄东梅郑焙元杨曙光苏华海...
    2612-2624页
    查看更多>>摘要：以华南地区某海岸机场区域2012-2021年的风速实测数据为对象，根据这10 a内台风的登陆情况，将其划分为良态风气候和台风气候，研究不同风气候环境下风速时距转换系数的变化规律。研究结果表明:在良态风气候下，月、季、年极值风速的分布规律均符合极值Ⅰ型(Gumbel分布)，统计发现转换系数随时距增大呈指数递减的变化规律，基于此拟合得到良态风气候下月、季、年极值风速的时距转换系数公式;在台风气候下，时距转换系数曲线的平稳程度随台风强度的减小而减弱;时距3 s与10 min的转换系数的分布规律符合极值Ⅰ型分布，30 min、1 h与10 min的转换系数的分布规律符合极值Ⅲ型分布;使用良态风转换系数公式估计台风气候时距3 s与10 min的转换系数时，会存在10%～30%的相对误差，可将转换系数乘以对应的放大系数去近似估计，或直接采用1。63的转换系数。该研究结果可为不同风气候条件的风荷载计算提供参考。

    时距极值风速风速转换系数良态风气候台风气候

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    考虑底部塑性区的深埋隧洞围岩压力上限解

    傅鹤林易海东胡凯巽李鲒...
    2625-2634页
    查看更多>>摘要：基于极限分析理论，提出一种适用于软弱围岩的深埋隧道围岩压力的计算方法。考虑隧道底部塑性变形区的影响，构建纺锤形的破坏模型。基于该破坏模型构建围岩速度场，引入侧压系数λ1和底压系数λ2，推导围岩压力的理论计算公式。根据计算公式进行编程优化计算，分析不同非线性系数m下，侧压系数λ1、底压系数λ2对围岩压力的影响。研究结果表明:随着内摩擦角减小，"纺锤"上下两端塑性区不断向外延伸;非线性系数m对围岩压力有显著影响，当非线性系数一致时，提高侧压系数λ1可以降低拱顶和隧道底部压力，提高底压系数λ2可以降低拱顶和边墙压力;在岩土体非线性特征明显的地区，计算深埋隧洞围岩压力时应考虑底部塑性区。

    深埋隧道极限分析围岩压力上限解

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    大跨无柱地下车站梁-柱节点受力性能的局部多尺度有限元方法

    梁诗洋侯文崎高芸国巍...
    2635-2649页
    查看更多>>摘要：岗厦北综合交通枢纽核心换乘区的中庭51。2 m×48。0 m(南北长度×东西长度)范围为无柱设计范围，其跨度在全国尚属最大。梁-柱节点是该结构传力关键，但数量繁多、类型复杂，且建造过程存在多重体系转换，必须确保节点传力顺畅。基于多点约束方程法(MPC)，提出一种局部多尺度有限元方法(LMFEM)。采用LMFEM方法，进一步研究梁、柱贯通方式对本文依托工程典型梁-柱节点受力性能的影响，发现柱贯通节点整体应力较低，传力顺畅，应力集中不显著，更适用于岗厦北大跨无柱地下空间结构。基于现场监测，将节点受力状态实测值与不同方法所得计算值进行对比分析。研究结果表明:相比于传统局部精细化有限元方法(LRFEM)，LMFEM方法具有建模工作量小、边界条件易于满足圣维南原理、可兼顾计算精度和计算效率的特点;在同等建模规模和网格细度情况下，LRFEM2模型计算值与实测值的最大相对误差为11。8%，LMFEM模型计算值与实测值的最大相对误差为12。5%，但后者具有更少的节点数量和更短的计算时间，而LRFEM方法的计算精度受边界条件和单元网格细度影响较LMFEM方法的大;本文提出的LMFEM方法具有计算精度高、计算效率高、边界条件易明确等优势，可应用于大型复杂工程结构的节点局部受力性能分析。

    局部多尺度梁-柱节点贯通方式大跨无柱结构网格细度边界条件

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    考虑损伤效应的二向不等压深埋圆形隧道弹塑性统一解

    杨益施成华郑可跃雷明锋...
    2650-2662页
    查看更多>>摘要：为了研究二向不等压地应力环境下深埋圆形隧道损伤后的力学响应问题，通过考虑深部围岩的损伤效应，基于统一强度理论建立二向不等压深埋圆形隧道弹塑性解，依托华丽高速东马场隧道验证解的准确性和适用性;研究损伤效应和中间主应力对围岩应力分布和变形的影响，并探讨不同侧压力系数、剪胀系数和支护反力下深埋圆形隧道围岩的损伤程度。研究结果表明:二向不等压深埋圆形隧道开挖后，围岩峰后的损伤效应会加剧隧道的挤压变形，考虑损伤效应的变形计算结果与现场实测结果更接近;中间主应力能提高围岩的承载能力，抑制隧道的挤压变形，不考虑中间主应力会高估隧道的变形潜势;侧压力系数决定围岩损伤区的形状和大小，施工时应根据围岩不同位置的损伤程度对关键变形部位进行注浆加固;剪胀系数越大，围岩的损伤程度越大，损伤区的范围越大;支护反力能抑制围岩的损伤效应，在实际工程中需及时施作支护约束围岩变形，以改善围岩的受力情况。

    二向不等压损伤效应深埋圆形隧道统一强度理论

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    设置结构缝的矩形高层建筑风荷载及风致响应研究

    袁家辉陈水福夏俞超刘奕...
    2663-2676页
    查看更多>>摘要：大长宽比的矩形高层建筑往往需要设置结构缝，设缝后建筑物的风压分布仍由整体建筑外形决定，但各建筑单元的风荷载及风致响应与单一建筑相比会有很大不同。为探究设缝建筑中各单元的风荷载和风振特性，本文以长宽比为3的单一建筑为参照对象，对长宽比分别为6和9、在长边分别设置1道和2道结构缝的矩形高层建筑进行了同步测压风洞试验;分析正交风向下不同建筑单元的三分力系数、功率谱和整体体型系数特性;对不同建筑单元采用同一结构参数计算其风振响应，探讨不同单元的顶层位移和加速度响应随风向角的变化特点，考察正交风向下这些响应的频谱特性。研究结果表明:不同单元的气动力系数和气动力谱差别明显，且短边迎风时的差异大于长边迎风时的差异;考虑全风向角情况，设置结构缝的建筑两侧单元整体体型系数比同等长宽比的单一建筑的小，中间单元整体体型系数与单一建筑的基本相同;两侧单元的顶层平动风振响应比单一建筑的小，扭转风振响应比单一建筑的略大，中间单元的平动和扭转响应都明显比单一建筑的小。因此，设置结构缝的矩形高层建筑不同单元的抗侧力构件应采取差异化布置。

    高层建筑风洞试验结构缝气动力系数整体体型系数风振响应

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    不同细粒含量与间断比下不连续级配砂砾土渗蚀的CFD-DEM数值模拟

    刘垒雷邓刚李维朝陈锐...
    2677-2689页
    查看更多>>摘要：基于CFD-DEM方法，开展了不同细粒含量(质量分数，下同)与间断比下不连续级配砂砾土渗蚀数值试验，从宏细观角度研究了细粒含量与间断比对渗蚀的联合作用机理。研究结果表明:土体侵蚀率随间断比的增大而增加，当间断比G较小(G<3)时，土样内部未发生颗粒迁移现象，表现出较好的内部稳定性，与KÉZDI判别准则吻合。当细粒含量不同时，间断比对渗蚀宏细观特征行为影响程度差异显著。当细粒含量较低(如15%)时，细颗粒较少参与土体内部应力传递，渗蚀过程中土样体积、强接触力链以及细颗粒应力分担系数几乎不发生改变，粗颗粒间孔隙直径增大，导致更多弱接触细颗粒流失，从而使得侵蚀率随间断比增加;相反，当细粒含量较高(如35%)时，参与应力传递的细颗粒比例相对较高，间断比增大导致粗颗粒数量减少，细颗粒流失易导致整个土体力链体系破坏，引起骨架颗粒重组变形，进而释放更多约束颗粒，加剧颗粒流失，故侵蚀率增加是孔隙直径增大和渗蚀过程中土骨架不断发生变形共同作用的结果。

    CFD-DEM渗蚀间断比不连续级配土侵蚀率颗粒迁移

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