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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)
      2020年, 第60卷, 第4期 上一期   
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    机械工程
    焊接电弧形貌判别模型及钨极高度的影响规律  收藏
    朱志明, 程世佳, 于英飞, 符平坡
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (4): 285-291.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.037
    摘要 ( 2 )   HTML    PDF (5421KB)
    在不同的焊接工艺参数下,电弧具有不同的几何形貌,焊接工艺参数的改变会实时地引起电弧形貌发生变化。借助高速摄像和图像处理技术,通过将弧柱边缘像素点的坐标从图像坐标系转换至以弧柱质心为原点的极坐标系,该文提出了一种基于极坐标的电弧形貌判别模型,实现了电弧形貌的有效识别,并研究了不同焊接电流下电弧形貌与钨极高度的定量关系。试验结果表明:在不同的焊接电流和钨极高度下,电弧存在扁锥形、钟罩形、长锥形和长条形4种典型形貌。电弧呈现钟罩形时,电弧的横向摆动幅度较小,有利于焊接电弧的稳定燃烧和保证焊缝成形质量。随着焊接电流的变化,不同电弧形貌对应的钨极高度范围也会发生改变。基于电弧形貌的钨极高度控制策略,为自动化焊接中实时控制钨极高度提供了新途径。
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    单摆角五轴数控机床摆头几何误差测量与精度验证  收藏
    王立平, 张世珍, 王冬
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (4): 292-298.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.006
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (3557KB)
    摆角精度是影响五轴数控机床加工性能的关键因素,而对摆头各项几何误差进行准确测量是机床实际应用过程中的重要技术环节。该文以一台用于航空发动机机匣加工的单摆角五轴数控机床为研究对象,对其摆头几何误差进行了测量,并完成了精度验证。首先,介绍了摆头直驱五轴数控机床的整体结构,针对主轴端面至A轴回转中心距离偏差、摆头摆动扇面与YZ平面偏差和主轴轴线与A轴轴线高度差等摆头主要几何误差,提出了实用的测量方法,并开展了相应的测量实验;其次,对摆角定位精度进行了检测并分析了相应的位置偏差;最后,完成了机匣模拟试件切削。检测结果表明试件符合加工要求,充分证明了样机具有良好的摆角精度。该文所提出的误差测量方法为提升五轴数控机床的实际加工性能奠定了基础。
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    基于性能退化数据的数控转台单子样可靠性分析  收藏
    张云, 于广, 王立平, 姜楠
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (4): 299-305.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.049
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1783KB)
    针对数控转台可靠性高、寿命长、失效样本数据少的情况,采用基于性能退化数据的可靠性评估方法进行研究。在试验过程中通过测量转台不同角度回转精度的性能退化量扩充试验数据,根据试验数据计算得出数控转台的伪失效寿命值。为了提高转台可靠性评估结果的准确率,采用虚拟增广原理扩展试验数据,再对扩展试验数据采用数学方法进行分析。结果表明:该方法可对数控转台的可靠性进行评估,得到数控转台的可靠度、失效分布密度函数和预期平均寿命等可靠性指标。该方法节省了试验成本与时间。
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    电子工程
    高空平台与地面协同广播中的无线资源配置  收藏
    段海宁, 张彧, 宋健
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (4): 306-311.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.032
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1838KB)
    高空平台通信系统覆盖范围广、组网成本低、通信容量大,适合为地面用户提供可靠的多媒体广播多播业务。该文针对高空平台与地面系统协同广播的场景,提出了一种兼顾能效与谱效的下行多址接入和资源分配优化算法。根据活跃用户的位置分布,首先以提高发射能效为目标为每个业务选择合适的信道资源,然后根据同类信道内不同业务的服务质量要求,采用联合正交与非正交多址接入的混合下行多址接入策略,以实现频谱效率和接收端复杂度的折中。仿真结果表明:相比传统的正交多址接入和单一信道传输算法,该算法在复杂度损失较小的情况下显著节约了发射成本,且具有更高的资源配置灵活性。
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    基于变量相关性分解方法的稀疏线性方程组并行求解算法  收藏
    刘珊瑕, 靳松, 王文琛, 汪宇航, 王瑜
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (4): 312-320.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.005
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2868KB)
    稀疏线性方程组的求解是许多大规模科学计算任务的核心环节。目前,并行算法的发展为稀疏线性方程组的求解提供了新的思路和强有力的工具。然而,现有的并行算法存在一些缺陷,如最优子矩阵的划分难以获得、并行任务间的同步开销较大等。针对上述问题,该文提出一种基于变量相关性分解方法的稀疏线性方程组并行求解算法。该算法首先对系数矩阵进行不完全LU分解,得到上三角和下三角方程组,然后在这2个方程组求解过程中利用y与x的关系分解变量的相关性,同时并行计算变量的独立部分值,最后将所有的独立部分值相加得到变量的最终值。由于算法中变量的求解无需等待其所有前继变量计算完成即可进行部分值计算,因此有效减少了算法的执行时间,进而提高了算法的求解速度及并行度。实验结果表明:与调用cusparse库函数实现的并行求解方法相比,该文提出的算法能将稀疏线性方程组的求解速度提升了50%以上。
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    物理与物理工程
    基于Bayes网络的建筑火灾风险评估模型  收藏
    疏学明, 颜峻, 胡俊, 吴津津, 邓博誉
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (4): 321-327.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.036
    摘要 ( 2 )   HTML    PDF (1884KB)
    为评估建筑火灾动态风险,从防火工程的角度将火灾发展过程划分为"火情-火警-火险-火灾"4个阶段,分别研究了不同阶段的主要风险评估参数。采用Bayes网络方法构建了动态风险评估模型,确定了网络结构与参数。采用敏感度分析法研究了评估参数对火灾风险的影响程度。以2座典型建筑为例,分别计算得到每个阶段风险和综合风险。研究结果表明:建筑火灾风险是一个动态变化的过程,各阶段风险、评估参数均存在差异;评估节点和依赖关系构成了因果网;评估模型可以有效地将消防监测终端采集的消防大数据与人工智能分析技术相结合,有助于提升建筑消防安全管理的智能化水平。
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    典型拐卖妇女犯罪团伙网络特征分析  收藏
    黄忠良, 翁文国
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (4): 328-333.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.045
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2034KB)
    拐卖妇女犯罪严重危害社会秩序和公共安全。该文按照受害人特征将拐卖妇女案件划分为3类,并分别选取一个典型案件构建拐卖妇女犯罪网络,利用社会网络分析方法分析了其整体特征、成员特征和共同犯罪的影响因素。结果表明:拐卖妇女犯罪网络呈现出星型结构的特征,具有明显的"核心-边缘"结构。共同的国籍或地域来源以及亲属、熟人等关系对共同犯罪具有正向影响。研究可以为警方预防、控制和打击拐卖妇女犯罪提供参考。
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    基于Kalman滤波和生物传热模型的实时磁共振温度成像精度提升  收藏
    吴锦超, 仇诗涵, 李沐恒, 韦兴, 陈秉耀, 应葵
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (4): 334-340.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.039
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (8164KB)
    磁共振温度成像能够为肿瘤热疗消融提供实时、全局的温度场监控,是保障消融安全、有效进行的重要技术手段。然而,临床中磁共振温度成像信噪比较低,该现象在选用快速成像序列时尤为严重。针对这一问题,该文提出了基于Kalman滤波和生物传热模型对磁共振温度成像进行滤波的方法。该方法将生物传热模型改写成Kalman滤波方法的状态转移矩阵形式,并将模拟温度和磁共振测温值相结合,以获得具有高精度和高信噪比的估计温度。临床仿真实验表明,该方法能将测温均方根误差从6℃降至2℃;仿体实验表明,测量值与真实值的均方根误差从1.927℃下降到0.735℃,且信噪比显著提升。
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    利用脱气膜技术检测水中14C  收藏
    何敬涛, 梁漫春, 陈安滢, 岳峰, 何水军
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (4): 341-347.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.047
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2299KB)
    针对目前较为流行的水中14C检测方法的氮气消耗量大、耗时较长等问题,该文将脱气膜技术引入水中14C的检测。设计了一套可行的采用脱气膜技术的水中14C分离装置,并通过实验验证了该装置在酸性条件下工作的可行性,分析了该装置的影响因素、氮气消耗、耗时等性能。实验结果表明:采用脱气膜技术的水中14C分离方法对无机碳回收率达到95%,耗时短,氮气消耗少,应用于水中14C检测具有明确优势。
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    土木工程
    基于RCM方法的建筑设备维护策略定量化决策模型  收藏
    马智亮, 向星磊, 任远
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (4): 348-356.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.045
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (1304KB)
    建筑设备系统维护策略决策科学性的缺乏导致设备的维护成本长期居高不下。为解决该问题,将以可靠性为中心的维护(RCM)方法引入到建筑设备系统维护策略的决策中,以提高决策水平。首先分析建筑设备系统组成并辨识出其中的关键设备,然后从失效率、失效可检测性和失效后果3个方面评价关键建筑设备的失效风险。聚焦关键设备建立维护策略的定量化决策模型,并提出对应的Monte Carlo仿真求解方法。以某建筑空调系统风管的维护策略决策为例,对该模型的有效性进行验证。结果表明,与现行维护策略相比,利用该模型可节约成本约18.5%。
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    建筑能耗与环境监测系统标准化数据提取技术  收藏
    胡振中, 袁爽
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (4): 357-364.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.037
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (1932KB)
    目前,中国国内的建筑能耗和环境参数监测并未形成统一的标准,不同的能耗监测系统互不兼容,导致绝大部分的建筑能耗与环境监测数据无法有效集成和融合,造成了数据资源的严重浪费。该文首先定义了面向建筑动态监测数据的能耗与环境参数数据模型,并提出了建筑动态能耗数据的提取与集成的方法,同时开发与实现了相应的建筑能耗数据提取软件模块,并在实际工程中进行了验证。最后,对此技术的相关问题和应用前景进行了讨论。
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