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ISSN 1000-0054
CN 11-2223/N
创刊于 1915 年 (月刊)
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  • 清华大学学报(自然科学版)
      2022年, 第62卷, 第2期 上一期   
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    专题:建设管理
    基于BIM和规则推理的施工进度计划自动编排  收藏
    郭红领, 叶啸天, 任琦鹏, 罗柱邦
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 189-198.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.22.001
    摘要 ( 3 )   HTML    PDF (9983KB)
    进度计划是施工管理、施工过程模拟的重要依据,自动生成进度计划能够提高编制准确性和效率。但是,现有相关研究大多采用基于案例或模板的方式,无法实现项目的精确匹配,且仅考虑了空间上的约束关系,未梳理详细的知识规则。该研究面向建筑工程中常见的装配整体式项目,分解适用于进度计划自动生成的施工基本活动,建立编码体系,分析各类构件或施工活动之间的约束规则,推理各施工活动间的逻辑顺序,并基于工业基础类(IFC)格式的建筑信息模型(BIM)提取工程量来计算施工活动持续时间,最终实现构件级进度计划的自动生成。该研究结果可为施工过程模拟及施工自动化提供施工进度,支持智能施工机械的有效运行。
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    基于BIM和数据驱动的智能运维管理方法  收藏
    胡振中, 冷烁, 袁爽
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 199-207.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.22.003
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (5632KB)
    建筑信息模型(BIM)的普及提升了建筑运维管理的效率。然而,基于BIM的智能运维仍在数据获取、管理与分析方面面临挑战。该文结合BIM和数据驱动技术,研究了智能运维管理的方法,包括:通过机电设备逻辑关系的自动生成,实现对运维BIM信息的扩充增强;通过提出数据立方模型,实现基于BIM的动态运维信息管理;以及结合聚类、频繁模式挖掘与神经网络等多种机器学习方法,实现对上述运维数据的挖掘分析,辅助智能运维决策。该研究成果有效地减少了运维人员工作负担、提高了运维数据价值,有助于提升运维管理智能化水平。
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    大型工程安全隐患管理协作特征挖掘  收藏
    张东成, 强茂山, 江汉臣, 黄钰洁
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 208-214.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.22.045
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (7860KB)
    大型工程建设的安全隐患管理对保障施工安全具有重要意义。该文基于某大型工程信息系统3年多记录的安全隐患管理协作数据,采用文本挖掘技术,包括自动分词、词性标注和词频-逆向文件频率(TF-IDF)算法等,提出一套隐患特征提取和分类方法,可用于隐患特征的动态分析,以实时掌握工程现场的安全隐患管理状态。基于该特征挖掘方法,分别进行了隐患特征与隐患类型、单位角色的交互分析,并进一步探索隐患特征对整改效率的影响。该研究为工程现场的安全隐患管理提供了方法的支撑,有助于抓住隐患管理重点,提升管理效率。
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    智能施工平台关键作业场景、要素及发展路径  收藏
    张昊, 马羚, 田士川, 郭红领
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 215-220.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.22.004
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (3604KB)
    智能建造技术正在快速发展中,越来越多的智能建造产品相继出现,智能施工平台就是其中一种典型产品,但尚处于初期发展阶段。目前在智能施工平台研发过程中,尚缺乏对其关键作业场景、要素及未来发展路径进行系统研究。该文通过文献综述和专家访谈分析了国内外典型的施工平台案例,依托建筑工程施工梳理智能建造下施工平台的关键作业场景和要素。从关键作业场景、自动化程度、安全监管和系统效益4个维度出发,提出智能施工平台未来发展的机械化、单项工序半自动化、多项工序半自动化、多项工序全自动化、全自动化5个阶段,为智能施工平台的健康发展提供参考。
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    建设行政主管部门的安全领导力特征及关键维度  收藏
    马琳瑶, 王尧, 黄玥诚, 李鹏程, 方东平
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 221-229.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.22.043
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1924KB)
    建筑业安全领导力的重要意义已经得到广泛认同,但现有研究大多聚焦于建设项目的内部干系人,尚未对建设行政主管部门这一重要外部干系人的安全领导力进行系统研究。该文首先基于建设行政主管部门的规范、监管与服务职能,从组织安全目标、领导-成员互动关系和领导力风格3个方面,分析了建设行政主管部门的安全领导力特征。然后,通过主题分析归纳了以身作则、愿景激励、关注尊重和绩效管控4个建设行政主管部门安全领导力关键维度,并确定了各维度下的二级指标。数据统计结果表明,“强管制、弱引导”是中国建设行政主管部门安全领导力现阶段的突出特点。该研究结果能够帮助建设行政主管部门深入理解、评估与提升自身的安全领导力,对于改善行业安全生产具有实践价值。
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    国际工程HSE管理和项目绩效影响因素分析  收藏
    孙洪昕, 尤日淳, 唐文哲
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 230-241.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.22.002
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2703KB)
    国际工程项目管理需要应对复杂的内外部环境因素。该研究为中国海外承包商构建了国际工程健康安全与环境(HSE)管理和项目绩效影响因素模型,并通过问卷调研收集的实证数据对模型加以验证。研究结果表明:内外部环境因素均可以显著提升项目HSE管理水平;外部环境因素既可以直接也可以通过HSE管理间接作用于项目绩效;内部环境因素只能通过HSE管理间接作用于项目绩效。该研究从理论层面揭示了外部环境、内部环境、HSE管理和项目绩效之间的作用关系,从实践层面提出了国际工程项目管理策略,为中国海外承包商市场开拓和项目履约提供了借鉴和指导。
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    基于伙伴关系的国际EPC项目风险管理  收藏
    王腾飞, 王运宏, 沈文欣, 唐文哲
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 242-249.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.22.008
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1193KB)
    在“一带一路”倡议的推动下,中国企业积极参与国际工程设计-采购-施工(EPC)市场竞争。风险管理是决定国际EPC项目成败的关键,然而已有研究仅从概念层面提出伙伴关系在风险管理中的应用,缺乏对其内在机理的分析和系统性实证。该文提出基于伙伴关系的风险管理理论模型,并通过问卷数据和偏最小平方法结构方程对模型进行验证。该研究结果揭示了国际EPC项目伙伴关系、风险管理与项目绩效之间的作用机理;验证了总承包商与利益相关方的伙伴关系有助于加强接口管理、组织能力与合同管理,进而实现风险的有效控制和项目绩效的持续提升;并强调了伙伴关系和风险管理对于项目绩效具有重要作用。该研究结果有助于指导中国EPC总承包商有针对性地提高风险管理水平。
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    城市地下综合管廊PPP项目回报结构案例研究  收藏
    赵国富, 王守清
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 250-258.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.22.005
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1395KB)
    政府和社会资本合作(PPP)模式在国内城市地下综合管廊建设运营中发挥了重要作用,但项目实践中对回报机制与回报结构还缺乏深刻认知,对其影响因素及适用的定量分析工具还缺乏全面研究。该文从实务案例入手,对国内进入执行阶段的71个城市地下综合管廊PPP项目的回报机制与回报结构开展系统性的结构化研究。通过利益相关分析洞见综合管廊项目的民生属性及入廊企业的利益诉求,按照“实质重于形式”的原则剖析综合管廊PPP项目回报机制及回报结构类型,对影响回报结构的因素进行全面分析和重点分析。在此基础上,提出以折现现金流模型为基础、以净现值-内部回报率为核心的回报结构模型,为社会资本方投标报价、合同磋商、回报率跟踪监测和项目再谈判提供了定量分析模型,并完善了城市地下综合管廊PPP项目风险分担和投资回报研究。
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    专题:防灾减灾
    突发事件分析的EOC概念模型  收藏
    钱静, 刘奕
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 259-265.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.22.040
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (5179KB)
    突发事件包含信息类型繁多,内在逻辑复杂。为解决突发事件分析领域缺乏支持信息结构化表达方法的问题,该文提出一种针对突发事件分析的框架模型——要素-对象-结果(EOC)模型。EOC模型首先定义突发事件包含的“要素”“对象”“结果”“环境”“响应与管理”和“情景”6个基本概念,然后在关联上述6个概念组成成分的基础上构建突发事件分析框架,实现从概念和数学上对突发事件进行分析和呈现。火灾案例研究表明:EOC模型能够辅助实现突发事件相关信息从非结构化、半结构化到结构化的分析、表达和存储,并实现定性和定量呈现突发事件发展全过程。
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    应对内涝灾害的城市韧性评估模型及应用  收藏
    李正兆, 傅大放, 王君娴, 闵克东, 张骏彧
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 266-276.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.22.037
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (6696KB)
    传统的防灾减灾理念下,内涝风险评估通常只考虑基础设施的抵御能力和气象、地形等自然条件。随着系统韧性理论的发展,政府和市民的防控意识、应急处理和灾后恢复等方面均需要纳入到风险评估和对策之中。该文提出了一套用于评估城市应对内涝灾害的综合能力的指标体系,包含13个方面共41个基础指标,并在该指标体系基础上构建了韧性评估模型;以内涝风险较高的圩区城市江苏省昆山市为例,进行了韧性评估模型的应用,结果表明昆山市高新区韧性最高,应对内涝灾害的能力最强。结合指标体系和评估结果,对韧性较差区域提出了针对性提升策略。
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    基于凸壳理论的监控摄像头部分遮挡场景下火焰定位方法  收藏
    王冠宁, 陈涛, 米文忠, 梁晓良, 王汝栋
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 277-284.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.22.038
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (4105KB)
    利用视频分析技术开展火焰定位对火灾事故调查意义重大。为解决实际火灾中监控摄像头部分遮挡场景下起火部位难以确定的问题,该文基于凸壳理论研究了此场景下火焰定位方法。利用油盘火模拟室内火灾现场,布置彩色电荷耦合器件(CCD)摄像头使之被部分遮挡,收集火灾现场监控视频进行分析。首先利用火灾现场监控摄像头收集火焰视频并进行预处理;其次利用凸壳算法计算火焰中心的像素坐标;最后基于单目视觉原理,利用世界坐标系和成像平面坐标系的矩阵变换关系,定量计算出起火部位与监控摄像头的相对位置。实验结果表明:针对监控摄像头部分遮挡场景建立的基于凸壳理论和单目视觉原理的火焰定位方法,可以较好地实现起火部位的快速定位,为火灾事故调查工作的顺利开展提供了有力的工具。
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    高温后密肋复合墙体框格单元损伤  收藏
    孙静, 吴君怡, 赵秀丽
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 285-293.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.21.038
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (3558KB)
    密肋复合墙结构体系因节能、减震等诸多优点,在中国部分地区得到了广泛应用。火灾会降低建筑的使用性能,严重威胁人民生命财产安全。为了研究高温后密肋复合墙体框格单元(multi-ribbed composite wall cell,MCWC)的受力特性,该文以MATLAB为编程平台,计算模型选用MCWC的弹塑性损伤刚架-斜杆模型,定义模型中各子单元高温损伤变量,编制了高温后MCWC受力分析程序MRCS-T,得到高温后MCWC局部损伤值。利用局部损伤值,基于能量分析方法,构造整体损伤指标,据此给出高温后MCWC的5个损伤状态和每个阶段损伤限值,为高温后MCWC承载力的评估提供了理论依据。
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    能源与动力工程
    流体性质对液滴碰撞壁面影响的数值研究  收藏
    杜宇轩, 闵琪, 李衍智, 都家宇
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 294-302.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.21.021
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (5133KB)
    不同学者对液滴碰撞动力学的研究结论具有差异,研究的流体种类也较为单一。该文建立的研究体系包含了水、甘油水溶液、硅油、常温液态金属在内的9组流体,将流体黏度、表面张力的研究范围扩展至1~970 mPa·s、20~500 mN/m,通过相场法数值模拟,补充低Reynolds数Re的液滴碰撞数据,探索已有理论的适用性。研究表明:碰撞初期,铺展因子β随无量纲时间τ变化的已有理论主要适用于Re>100的情况。最大铺展因子βmax与Weber数We在毛细力区满足βmaxWeb,在黏性力区满足βmaxReb,与已有理论相符,壁面润湿性对指数b的影响具有规律。最小中心厚度hmin*仅在We≥10时与已有理论hminRe-0.5相符;We<;10时,hmin*受到壁面润湿性和表面张力的明显影响。而当Re趋近于1时,βmaxhmin*由液滴初始动能和壁面润湿性决定,偏离上述幂函数规律。
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    高压氢气射流火焰的数值模拟  收藏
    巴清心, 赵明斌, 赵泽滢, 黄腾, 王建强, 李雪芳, 肖国萍
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 303-311.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.26.022
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (11109KB)
    高压氢气泄漏并发生点火是氢火灾事故的核心场景,也是氢安全研究的基本内容。该文对高压氢气泄漏后立即点火、延迟点火以及有防护墙存在时的延时点火3种场景进行了数值模拟仿真,分析了点火时间、防护墙对温度和超压的影响。结果表明:氢气泄漏后在喷口处立即点燃会形成射流火焰,该过程不会产生明显的超压;泄漏一段时间后再进行点火,将由点火中心产生压力波并向外传播,并随着与点火中心距离的增大,最大超压降低,燃烧稳定后形成的射流火焰与立即点火时基本一致;防护墙有效削弱了压力波及火焰向墙后方的传播,墙后方的超压及温度明显降低。因此,合理设置防护墙可以缩小危险范围,缩短安全距离。
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    考虑余热利用的工业园区全局热集成  收藏
    冀峰, 孙小静, 刘琳琳, 都健
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 312-320.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.25.009
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (7936KB)
    考虑工业园区中的余热再利用,将公用工程系统、换热器网络(heat exchanger network,HEN)、制冷系统进行同步综合是降低园区整体能耗的关键。针对该问题,该文提出了一个基于数学规划思想的工业园区全局热集成方法。通过分析热量相关系统间的潜在作用关系,建立了一个经工艺流股余热发生蒸汽,并考虑厂际间HEN、热公用工程系统、循环水系统和吸收式制冷循环(absorption refrigeration cycle,ARC)系统耦合关系的全局热集成超结构,通过构建混合整数非线性规划(mixed-integer nonlinear programming,MINLP)数学模型,以经济性最优为优化目标设计园区内流股的换热匹配、多等级蒸汽的分配权衡、以及冷冻水和冷却水的使用。其中,过程热流股发生的蒸汽与公用工程蒸汽作为园区热源为过程冷流股和ARC系统提供多等级蒸汽;冷却水与冷冻水系统作为园区冷源满足工艺热流股和ARC系统的制冷需求。最后,通过案例计算分析了余热利用对园区全局能量分配的影响。结果表明:考虑余热利用的全局热集成方法能显著降低园区总体能耗及投资,证明了所提方法的有效性。
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    土木工程
    基于IFC 4.1标准的EICAD路线数据转换方法  收藏
    曹炳勇, 施新欣
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 321-330.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.22.010
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (9074KB)
    为了改善二三维路线数据的交互方式,提出了一种基于工业基础类(IFC)4.1标准的EICAD路线数据转换方法。首先分析IFC 4.1标准中路线信息模型的结构层次以及属性继承关系,并通过解析EICAD平竖曲线设计文件,建立EICAD参数数据与IFC线元属性之间的映射关系。以Visual Studio 2019为开发平台,借助xBIM解析工具包,用C#语言开发基于IFC 4.1标准的EICAD路线数据转换程序,该程序用于验证所提出的转换方法。结果表明:所开发的程序能够实现将EICAD平竖曲线设计文件转换为IFC路线文件,且在导入建筑信息模型(BIM)应用软件后可以较为完整地还原路线设计信息。与传统的基于DWG文件的交互方式相比,所提出的方法能够在保证路线精度和软件兼容性的条件下,实现EICAD路线数据与BIM应用软件间的有效传递。
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    对热环境评价指标“标准有效温度SET”的重新解读  收藏
    纪文杰, 杜衡, 朱颖心, 曹彬, 连之伟, 刘淑丽, 杨昌智
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 331-338.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.22.024
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1825KB)
    标准有效温度(SET)是基于二节点热生理模型建立的评价指标,在热舒适领域有广泛应用。然而,一直以来由于对SET等效标准环境的误解以及一些计算参数的差异,导致对SET存在误用。该研究概述了SET指标的建立发展过程,并基于Gagge在1986年版本中的定义对该指标进行了重新解读,更正了对SET标准环境的错误认识。此外,该文指出等效标准环境中的参数是随代谢率可变的,进而修正了SET的计算方法,为SET指标的未来应用指明了方向。
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    堆石混凝土单轴受压力学性能  收藏
    王辉, 马嘉均, 周虎, 何世钦, 金峰
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 339-346.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.21.019
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (9369KB)
    该文进行了堆石混凝土(RFC)和自密实混凝土(SCC)试件单轴受压试验,得到了完整的应力-应变全曲线,对比分析了2种混凝土试件的破坏形态、峰值应力、峰值点应变、弹性模量及全曲线特征,给出了相应的应力-应变全曲线方程。结果表明,RFC破坏界面不仅存在堆石骨料与SCC基体之间的界面,而且存在堆石骨料自身的破裂面。在破坏后期,由于堆石骨架的作用,RFC试件的应力-应变全曲线下降段较为平缓。与SCC试件相比,RFC试件的平均峰值应力和峰值点应变分别降低了29%和51%,平均弹性模量增大了42%。RFC试件中堆石骨料的形状、摆放位置及堆石骨料与SCC基体之间的粘结都影响其力学性能,使得RFC试件试验结果离散大。由方程得出的RFC与SCC的理论应力-应变全曲线与试验全曲线吻合较好。
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    计算机科学与技术
    集成加权软投票的众包真值推理方法  收藏
    张桦, 沈菲, 蒋世豪, 张灵均, 徐宏
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 347-354.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.22.015
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2747KB)
    为了提高众包的质量并获取高质量的标注数据,已有许多基于真值推理的众包标注方法被提出。传统真值推理利用多噪声标签作为输入,通过聚合策略推断出真实标签,该过程只考虑了实例的标签而忽略了实例的特征,且忽略了不同工人对不同实例的标注质量。该文引入实例的特征以最大程度地挖掘实例中蕴含的有用信息。通过计算众包实例属于每一个类别的概率,得到新划分的众包数据集;提出一种基于元学习的集成分类器,在新数据集上训练并利用相似度计算得到工人权重,即工人对不同的实例有不同的标注能力;在投票模型的基础上引入工人权重,提出加权软投票的方法用于推测标签。在公开数据集和创建的数据集上的实验结果表明,所提出的方法优于现有的真值推理算法。
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    基于EDLATrust算法的社交网络信息泄露节点概率预测  收藏
    朱唯一, 张雪芹, 顾春华
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 355-366.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.22.018
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (3273KB)
    在社交网络信息传播过程中,信息转发在用户之间广泛使用,但是存在着隐私信息在信息发布者未授权的情况下遭到泄露的问题。预测发现隐私信息泄露节点,对杜绝该类安全隐患具有重要意义。该文针对隐私信息泄露节点预测问题,提出了一种基于估计器的分布式学习自动机的信任推断(EDLATrust)算法,该算法能够推断社交网络中非直连节点之间的信任值,并减少算法收敛次数。基于信息转发时通常采用的线性传播和群传播2种典型传播模型,设计了满足信任传播模型的3种特征,采用XGBoost算法进行节点链接关系预测。该算法实现了对社交网络信息泄露节点的概率预测,利用该预测概率可以有效辅助推断信息传播过程中的信息泄露节点,从而提高了社交网络信息传播的安全性。在3个社交网络数据集上的实验表明,使用该算法能够有效地预测信息转发链当中信息的泄露节点,保护了用户的隐私安全。
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    机械工程
    焊接热源参数优化方法研究及验证  收藏
    张红卫, 桂良进, 范子杰
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 367-373.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.25.011
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (7323KB)
    焊接过程温度场的准确计算,对焊接残余应力及变形分析起着决定性作用。焊接热源中的形状参数直接决定焊接温度场的分布,而热源形状参数的确定一般需要根据实际焊缝形状使用试算法反复调整,效率和精度对研究人员的经验依赖性强。该文提出了一种热源形状参数优化模型,可用于各类热源形状参数的估计。使用多软件协同计算的方法,实现对优化模型的求解。通过对试验案例进行有限元模拟,与试验结果进行了对比验证。结果表明,基于该文提出的热源形状参数优化方法,可减少重复建模的工作量,并得到最优的热源参数,降低了焊接温度场模拟的效率与精度对研究人员经验的依赖性。
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    搅拌头结构对搅拌摩擦焊缺陷形成机制的影响  收藏
    杨智勇, 李武鹏, 张宇, 李志强, 李卫京
    清华大学学报(自然科学版). 2022, 62 (2): 374-384.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.22.039
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (12114KB)
    采用不同结构的搅拌头和工艺参数,焊接热输入和材料流动行为不同,焊缝缺陷的类型也不同。基于Deform软件建立了A7N01材料搅拌摩擦焊仿真模型,通过焊接试验的测温曲线和缺陷完成了模型准确性评价。对比分析了3种搅拌头对焊接缺陷形成的影响。搅拌头结构不同,不同深度处的材料粒子点的切向填充速度不同。圆台搅拌头焊接多出现隧道缺陷、犁沟缺陷,平面搅拌头焊接多出现半隧道半犁沟缺陷。工艺参数与搅拌头的匹配度不同,在焊缝前进侧会出现不同类型的缺陷,并针对该问题提出了预防缺陷的二维工艺参数窗口。与圆台搅拌头相比,平面搅拌头焊接时可用的焊接工艺参数更广。
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