济南大学学报(自然科学版)杂志

济南大学学报(自然科学版)杂志2024年第01期

• 基于传递矩阵法的足式机器人四连杆腿部机构正向与逆向动力学分析

  赵鑫宇，宋延松，朱晓蕙，刚宪约，柴汇

  为了保证足式机器人腿部机构的控制准确性与实时性，利用向量代数方法，对足式机器人四连杆腿部机构进行几何运动学分析；根据有限元形函数理论，建立足式机器人四连杆腿部机构典型构件的质量离散方法；在几何运动学分析的基础上，基于力矩平衡原理，分别进行正向与逆向动力学分析；利用线性变换原理并结合传递矩阵法，建立足式机器人四连杆腿部机构正-逆向动力学统一模型，并利用Adams软件建立足式机器人四连杆腿部机构虚拟样机模型，进行正向与逆向动力学仿真实例分析。结果表明，所建立的足式机器人四连杆腿部机构正-逆向动力学统一模型与虚拟样机模型3个油缸力与3个方向足底力的误差分别小于1%与3%,验证了所建立的足式机器人四连杆腿部机构正-逆向动力学统一模型能够精确地求解油缸力与足底力。

• 基于改进经验模态分解的直流串联电弧故障检测

  吴泳恩，王宾

  针对直流系统中存在强噪声干扰时串联电弧故障检测准确度较低的问题，提出一种基于改进自适应噪声完备集合经验模态分解和模糊k均值聚类相结合的直流串联电弧故障检测方法；首先运用改进自适应噪声完备集合经验模态分解方法分解回路电流信号，得到多个本征模态函数；然后计算各本征模态函数的Hurst指数值以区分噪声分量和有用分量，将Hurst指数值大于0.5的有用分量进行重构；最后计算重构信号的峰峰值特征量和模糊熵特征量以构建特征向量作为模糊k均值聚类的输入，通过聚类中心的不同位置识别正常与故障状态。仿真与试验结果表明，所提出的方法区分系统正常与故障状态准确度为100%,区分系统干扰与故障状态准确度为93%,能有效识别直流串联电弧故障。

• 植物角质层蜡质组成、生物合成及响应外界胁迫功能研究进展

  刘亚欣，高小妹，黄梦月，裴腊明

  为了探讨植物角质层蜡质在植物响应生物胁迫与非生物胁迫中的功能，为改良植物性状、提高作物品质及作物遗传育种提供新的资源，对植物角质层蜡质的组成、生物合成途径及功能进行综述：植物角质层蜡质主要由长链脂肪酸及其衍生物即烷烃、醛类、酮类、初级醇、次级醇和蜡酯等组成；生物合成途径可分为3个步骤，即C16、 C18脂肪酸的从头合成、 C16、 C18脂肪酸延伸形成长链脂肪酸和长链脂肪酸通过酰基还原途径和脱羰基；植物角质层蜡质在植物响应干旱、紫外线辐射和抗病虫害等非生物和生物胁迫中发挥重要功能。指出利用新的生物技术对蜡质功能及作用机制进行深入研究，探讨植物的抗逆性，是今后的研究方向。

• TiO2纳米颗粒形貌对热管工作性能的影响

  牛艳芳，蒋丽丽，王冬至，杜润生，赵蔚琳

  为了研究介质形貌对热管工作过程的影响，利用水热法制备棒状、片状、菱状3种形貌的TiO2纳米颗粒，采用两步法制备3种形貌TiO2-水纳米流体，对热管内不同形貌工作介质的导热性能、热管工作过程的启动性能、等温性能和热阻进行试验研究，分析TiO2纳米颗粒形貌对热管工作性能的影响。结果表明：热管内片状TiO2-水纳米流体的导热系数大于菱状、棒状TiO2-水纳米流体和基液水的；当加热功率相同时，片状TiO2-水纳米流体热管启动温度最低，为(38.2±0.5)℃,并且相对于棒状、菱状TiO2-水纳米流体热管，片状TiO2-水纳米流体热管稳定工作时蒸发段与冷凝段的平均温度差减小2～3℃,总热阻减小4.4%～28.3%。

• 基于动态规划法的调水工程闸泵切换优化调度方案

  孟钰婕，刘吉贵，王维平，曲士松

  针对跨流域调水工程运行线路中经验型闸泵切换启闭形式的问题，选取位于山东省德州市中心城区潘庄引黄灌区马颊河左岸辛店闸至沟盘河水库整条线路为研究区域，基于动态规划的正向递推法，以调水线路经济最优、调水最快为目标函数分别建立2个调水过程模型；利用Python语言对2个调水过程模型进行计算，确定不同运行阶段的闸泵切换方式、开启时刻及开启时长，得到流量与水位相结合的经济优且调水快的闸泵切换优化调度方案。结果表明，沟盘河水库初始水位为影响总运行费用及总调水时间的主要因素，闸泵切换优化调度方案可使运行费用降低20%,总调水时间缩短8%,提升了调水线路的经济效益与运行效率。

• 中国耕地面积-粮食产量重心迁移轨迹特征及空间错位关系

  王楠，陈从喜，郭文华，李士伟，齐书花，朱先云，苏宇，李政，高宇

  为了探究粮食资源和耕地利用效率的协调统一，利用2000—2019年中国耕地面积和粮食产量数据，以省域为研究对象，基于重心模型和空间错位指数，系统分析全国耕地面积、粮食产量重心迁移轨迹特征及空间错位关系。结果表明：研究期内耕地面积重心与粮食产量重心变化方向不尽相同，耕地面积重心从河南省博爱县向东北移动，而粮食产量重心则先从河南省舞阳县向东北后再向东向平移；全国的粮食产量和耕地面积主要集中在中水平区和中低水平区，且由东到西呈现正向错位到负向错位的分布特征；耕地面积和粮食产量受资源禀赋影响较大，但经济发展水平、人口、降水量和积温水平等因素也具有一定的推动作用。

• 冲击荷载下钢筋混凝土梁抗冲击性能研究进展

  张晓燕，杨涛春，王银，谢群，陈文文

  针对冲击荷载下钢筋混凝土梁抗冲击性能研究广泛并取得许多有价值成果的研究现状，对国内外众多学者基于试验、数值与理论等方法开展的大量工作与研究成果进行综述，包括冲击荷载的研究、材料的应变率效应、钢筋混凝土梁的动态响应与破坏机制、设计评估方法；根据钢筋混凝土梁破坏规律与特点，对破坏模式进行归纳总结，并提出基于承载力的破坏模式判别准则；指出未来钢筋混凝土梁抗冲击研究重点应包括冲击荷载的计算、钢筋混凝土梁破坏判别与简化响应计算。

• 超大地面荷载下盾构工作井叠合结构的力学响应

  宋博，刘俊岩，刘燕，宋享桦，扈萍，李春林，张亮亮，孙文昊

  为了解决现行盾构工作井的设计缺乏对超大地面荷载作用的验算问题，通过开展室内缩尺模型试验，研究盾构工作井从施工期到服役期在超大地面荷载下地下连续墙与主体结构侧墙所构成叠合结构的力学响应，并考虑盾构工作井周围土体中地下水的作用，探讨土体抗剪强度减小对超大地面荷载最大值的影响。结果表明：在超大地面荷载作用下，盾构工作井中隔墙的抗压刚度较大，以受压的形式承担了大量的荷载效应，导致叠合结构上部容易发生低应力水平下的整体水平位移，进而在围护结构底部发生失稳，导致整体破坏；主体结构侧墙在施工期的初始挠度及叠合结构整体水平位移使得叠合结构中地下连续墙承担了大部分内力；通过观测室内缩尺模型中叠合结构的变形量，由模型数据换算得到盾构工作井顶部极限超载为445.5 kPa,远大于盾构工作井周围土体地基承载力特征值130 kPa,验证了采用地基承载力对超大地面荷载下地面硬化进行设计的安全、可靠性。

• 折线应力路径条件下粉质黏土力学特性试验研究

  刘连栋，刘燕，李春林，张亮亮

  为了探究先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下粉质黏土的变形规律、孔压变化以及强度指标，以济南市某隧道附近的粉质黏土原状土样为研究对象，采用K0固结先侧向卸荷后轴向加荷不排水剪切试验，并在卸荷阶段选取3个不同的卸荷比，模拟先基坑开挖后坑边大吨位吊装特殊工况下的应力路径，然后进行等压固结不排水常规三轴剪切试验和K0固结侧向卸荷不排水剪切试验，并对比3种试验结果。结果表明：先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下的偏应力-轴向应变试验曲线为非线性曲线，粉质黏土的破坏强度与卸荷量有关，卸荷量越大，则破坏强度越小；减围压阶段产生负孔压，轴向加压阶段孔压随着轴向应变的增加呈先增大后减小的趋势，在同一初始固结围压下，粉质黏土的卸荷比越小，则剪切时产生的最大孔压越大；先基坑开挖后坑边大吨位吊装的特殊应力路径条件下粉质黏土的卸荷比越大，则有效黏聚力越大，有效内摩擦角越小，与等压固结不排水常规三轴剪切试验相比，有效内摩擦角偏小，有效黏聚力随卸荷比的不同而偏大或偏小。

• 窄幅钢箱连续组合梁受力性能有限元分析

  黄荆，莫时旭，刘晓贝，郑艳

  为了解决钢-混凝土组合梁负弯矩区开裂以及钢箱受压屈曲问题，提出采用窄幅钢箱连续组合梁对钢-混凝土组合梁进行优化，并在窄幅钢箱连续组合梁桥面翼板的负弯矩区采用超高性能混凝土材料部分替代强度等级为C40的混凝土，形成超高性能混凝土-窄幅钢箱连续组合梁，进一步优化窄幅钢箱连续组合梁受力性能；采用有限元分析软件ABAQUS建立超高性能混凝土-窄幅钢箱连续组合梁有限元模型，在验证模型适用性的基础上，分析窄幅钢箱连续组合梁的受弯过程，并对窄幅钢箱连续组合梁翼板、钢筋、钢箱云图进行对比。结果表明：窄幅钢箱连续组合梁中混凝土的充填跨度对窄幅钢箱连续组合梁刚度存在一定的影响，超高性能混凝土材料显著改善了翼板的抗裂性能，翼板受拉区损伤面积减小95%以上；当采用超高性能混凝土材料完全替代普通混凝土材料时，窄幅钢箱连续组合梁的刚度、开裂荷载、极限荷载等性能得到较大改善。

• 基于改进最小二乘支持向量机组合模型的深基坑沉降变形预测

  刘清龙，吕颖慧，秦磊，赵鹏

  为了提高深基坑沉降变形预测精度，及时为深基坑支护施工提供指导，提出一种改进最小二乘支持向量机组合模型；通过引入自适应噪声完备集合经验模态分解方法分解原始深基坑沉降变形数据，并结合粒子群优化算法和遗传算法对最小二乘支持向量机进行参数寻优，对分解的数据分别训练、预测后再叠加，得到最终预测结果；应用所提出模型对济南市某深基坑的累积沉降量进行预测，同时与其他模型对比，验证所提出模型的实用性和优越性。结果表明：所提出模型预测深基坑累积沉降量的平均相对误差为0.035%,均方误差为0.080 9 mm2,均方根误差为0.283 8 mm,所提出模型的准确性远优于其他模型的；自适应噪声完备集合经验模态分解方法的引入更有利于在深基坑沉降变形预测方面发挥最小二乘支持向量机的优势。

• 土结构性对软土振动排水量的影响

  苗永红，朱天骋，殷杰

  针对当前振动排水法加固软土地基未考虑土结构性影响的研究空白，以衡量振动排水效果的标准中最具代表性的振动排水量为研究对象，探讨土结构性对软土振动排水量的影响；通过掺入不同质量的水泥调节软土的胶结程度，使用盐粒构造大孔隙结构，对孔隙比分别为1.3、1.5、1.7,掺入水泥的质量分数分别为2%、4%、6%,掺入盐粒的质量分数分别为0、 5%、10%的结构性软土进行围压分别为40、70、120 kPa的振动排水试验，分析孔隙比、胶结程度、大孔隙结构3个结构性因素影响下软土的振动排水效果。结果表明：孔隙比对结构性软土振动排水效果的影响最大，在相同围压时，结构性软土的振动排水量随着孔隙比的增大而增大，随着胶结程度和大孔隙结构的增大而减小；围压的增大会劣化结构性软土的振动排水效果；在中、低围压时，胶结程度对结构性软土振动排水效果的影响较大且随着围压的增大而逐渐减小，大孔隙结构对结构性软土振动排水效果的影响较小。