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ISSN 1000-0054
CN 11-2223/N
创刊于 1915 年 (月刊)
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无同步器的电机-变速器直连系统换挡过程建模与控制  收藏
曾远帆, 陈红旭, 王立军, 田光宇, 周伟波
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (11): 910-919.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.26.018
Abstract  (0) PDF (4642KB) (80)
换挡过程的动力中断和冲击是制约多挡位变速器系统在纯电动汽车中大规模应用的主要原因。该文以无同步器的电机-变速器直连系统为研究对象,运用多体动力学原理建立能够准确描述其换挡过程动力学特性的混杂自动机模型;基于该模型各个阶段的动力学特性,设计了转速主动同步与转角主动同步协同的换挡控制策略,在换挡过程中实现了接合套和接合齿圈的转速与转角的精确同步。仿真实验结果表明:换挡过程的混杂自动机模型与实际过程相符,换挡控制策略能够使无同步器的电机-变速器直连系统实现快速、无冲击的换挡,将动力中断时间缩短到350 ms内。
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基于核极限学习机的飞行器故障诊断方法  收藏
宋佳, 石若凌, 郭小红, 刘杨
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (10): 795-803.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.26.005
Abstract  (0) PDF (4856KB) (220)
针对高超声速飞行器反作用控制系统(reaction control system,RCS)的推力器故障,展开了基于核极限学习机(kernel extreme learning machine,KELM)的故障诊断方法研究,并对该诊断方法进行了参数优化和核函数优化,为飞行器执行器故障提供了快速准确的诊断方法。结果表明:该方法可以克服对飞行器模型的依赖,以数据驱动的方式对飞行器执行器故障实现快速准确的诊断。
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基于个性化导联选择策略的脑机交互康复训练临床初步研究  收藏
贾天宇, 钱超, 李翀, 季林红, 刘爱贤, 方伯言
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (11): 920-926.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.017
Abstract  (0) PDF (4542KB) (100)
脑机交互(BMI)技术可识别人体运动意图,并控制机器人辅助卒中患者患肢动作,有效刺激肢体运动及感觉反馈神经环路。卒中患者的损伤类型、损伤程度和损伤部位极具个性化,大脑皮层中运动意图的表达可能会出现不同程度的迁移现象。该文提出一种基于个性化导联选择策略的脑机交互康复训练方法,将患者运动意图表达脑区作为BMI系统信号采集点。该研究共纳入3位卒中患者,分别完成10 d的康复训练,采用基于个性化导联选择策略的BMI康复训练方法,所有患者分别在训练前、后进行临床量表评价和脑电信号(EEG)评估。结果显示:受试者在训练后Fugl-Meyer量表评分提升,其中1位出现运动诱发电位,表征神经通路激活。该基于个性化导联选择策略的脑机交互康复训练方法应在大量患者样本中进一步验证。
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多线程程序数据竞争随机森林指令级检测模型  收藏
孙家泽, 阳伽伟, 杨子江
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (10): 804-813.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.002
Abstract  (0) PDF (1931KB) (106)
数据竞争是典型的多线程程序并发缺陷。由于多线程程序中存在不确定性的交织,数据竞争很难被检测出来。该文以多线程数据竞争的5个相关属性作为特征,构建了多线程程序数据竞争随机森林指令级检测模型。首先基于happens-before关系与lockset算法指令级检测数据竞争,同时用汇编源码信息来剔除隐形同步对,然后利用happens-before关系与lockset算法的分析结果训练多线程程序数据竞争随机森林检测模型。在Pin上实现了多线程程序数据竞争检测工具AIRaceTest。利用GitHub中多线程程序的插桩结果作为样本集来训练随机森林模型,模型精度可达92.1%。对Google data-race-test、Parsec基准程序3.1中的经典多线程程序的检测结果表明:AIRaceTest与Eraser、Djit+以及Thread Sanitizer这3种目前常用的数据竞争检测工具相比,数据竞争的误报和漏报分别降低了约10.6%和12.3%,在线程数较多的情况下,时间和内存开销分别降低了41.8%和22.4%。
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多传感器数据融合的复杂人体活动识别  收藏
宋欣瑞, 张宪琦, 张展, 陈新昊, 刘宏伟
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (10): 814-821.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.003
Abstract  (0) PDF (5270KB) (234)
基于传感器的人体活动识别被广泛应用到各个领域,但利用多种异构传感器识别日常的复杂人体活动,仍然存在很多问题。对多个异构传感器数据进行数据融合时,存在兼容性问题,导致对并发复杂活动识别准确率较低。该文提出基于多传感器决策级数据融合的多任务深度学习模型。该模型利用深度学习自动地从每个传感器原始数据中进行特征提取。利用多任务学习的联合训练方法将并发复杂活动分为多个子任务,多个子任务共享网络结构,相互促进学习,提高模型的泛化性能。实验表明:该模型对周期性活动的识别准确率可达到94.6%,非周期性活动可达到93.4%,并发复杂活动可达到92.8%。该模型比3个基线模型的识别准确率平均高出8%。
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分布式流处理系统的时间感知分组算法  收藏
杨李杨, 陈思远, 张展, 朱和一, 左德承
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (10): 822-828.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.004
Abstract  (0) PDF (2424KB) (174)
随着对实时数据流处理需求的增加,分布式流处理系统的发展也越来越受到关注。大量的倾斜的数据流以及复杂分布式系统的异构性对当前的分布式流处理系统的分组策略提出了挑战。目前已有的分布式流处理分组策略通常关注并行实例之间元组数量的均衡性,而忽视了系统异构性对分组策略造成的影响。该文提出了一种时间感知分组算法,通过对分布式流处理系统存在的网络异构性和处理能力异构性的分析,综合考虑流处理系统中各下游算子实例的处理时间以及上游算子与下游算子之间的通信时间,并根据键值的频率不同制定不同的路由策略,在较小的开销下使系统达到负载均衡。在Apache Flink分布式流处理系统上进行的实验结果表明:时间感知分组算法比已有的分组算法在系统吞吐量上提高了10%,在平均处理延迟上降低了33%。
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基于BM25算法的问题报告质量检测方法  收藏
陈乐乐, 黄松, 孙金磊, 惠战伟, 吴开舜
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (10): 829-836.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.002
Abstract  (0) PDF (1127KB) (142)
问题报告作为记录和跟踪缺陷的载体,为解决软件质量问题提供依据。目前软件测试常以多人、并行的方式进行,海量问题报告的去假与去重等整合过程正面临严峻的挑战。因此,该文提出一种基于BM25算法的问题报告自动化检测方法,在对问题报告进行预处理后,依据测试需求和测试报告样本建立匹配库,利用BM25算法计算两者的相似度得分,并以此为依据检测问题报告的正确性。在软件测试大赛的数据上进行实验,结果表明该文提出的方法能够正确评判大部分问题报告,有效提高了去假与去重效率。
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最小游程切换点标记编码压缩方法  收藏
詹文法, 陶鹏程
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (10): 837-844.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.26.003
Abstract  (0) PDF (2215KB) (76)
针对集成电路所需测试数据量庞大、测试成本过高的问题,该文提出了最小游程切换点标记编码压缩方法,将原始测试数据压缩,达到减少测试成本的目的。该方法将测试集按若干向量分组编码,利用组内向量游程切换范围的重叠关系合并游程切换点,可以将组内所有测试向量的游程位置用一个向量表示出来,突破了传统编码压缩要用编码字后缀表示游程长度的限制,相较于传统编码压缩,极大地缩短了编码字。该方法解压规则简单,硬件开销小,ISCAS 89标准电路实验结果表明:该方案压缩效果优于其他几类编码压缩方案,可为测试数据量过大提供有效解决方法。
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城市冠层粗糙度对暴雨云团运动和降雨落区的影响  收藏
邢月, 刘家辉, 倪广恒
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (10): 845-854.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.011
Abstract  (0) PDF (19672KB) (60)
城市下垫面因其特殊的动力学和热力学特性,会对降雨产生影响。该研究以雄安新区为例,利用中尺度气象模式(WRF)对2016年7月20日的大规模暴雨事件进行模拟,采用不同城市冠层粗糙度方案设置,研究城市冠层粗糙度对暴雨云团运动和降雨落区的影响。结果表明,城市冠层粗糙度对暴雨云团的运动和降雨落区有显著影响:当城市冠层粗糙度较小时,云团经过城市时被加热,产生水汽辐合和雨岛效应,从而增加城区和下风向的降雨;当城市冠层粗糙度较大时,云团在城市上风向停留,使城市上风向降雨增加;城市冠层粗糙度进一步增加会改变暴雨云团的运动方向,使城市周边降雨增加。该研究评估了城市冠层粗糙度对降雨的影响,为未来城市规划与建设提供了科学依据,对城市降雨模拟的参数选择具有参考意义。
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基于旋转x-t平面的河渠水流反向演算  收藏
王家彪, 赵建世, 雷晓辉, 王浩, 廖卫红
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (10): 855-863.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.015
Abstract  (0) PDF (3889KB) (117)
水流反向演算在水利工程中应用广泛。由于水流具有沿程坦化的特性,直接反向求解水动力方程存在误差放大、结果不稳定的问题。该文将水流正向演算模型所在的x-t平面逆时针旋转90°后,构建了水流反向演算模型。该研究将正向模型的初始、边界条件分别变换为反向模型的边界、初始条件,解决了逆向数值迭代不稳定、不收敛的问题。经理想河道案例验证后,将反向模型应用于西江天然河道案例,结果表明模型稳定性好、模拟精度高,能有效反算出不同情景下的水流入流过程。该研究对于使用水流反向演算的水利工程具有实用价值。
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粒子图像时间间隔对体视PIV测量误差的影响  收藏
陈启刚, 钟强
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (10): 864-872.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.044
Abstract  (0) PDF (13478KB) (52)
体视粒子图像测速(stereoscopic particle image velocimetry,SPIV)技术是根据2台相机各自连续拍摄的至少2帧粒子图像测量平面三维流场,其测量结果的精度与粒子图像时间间隔的设置有关。利用层流和明渠紊流实验数据,分析粒子图像时间间隔对SPIV测量精度的影响,结果表明:当时间间隔满足1/4准则时,层流整体测量精度随时间间隔的增加而提高,但在速度梯度较大区域,当判读窗口内粒子间位移差不满足2/3准则时,测量精度会随时间间隔的增加而降低;明渠紊流外区测量精度未发现随时间间隔发生显著变化,但近壁区过大的速度梯度使2/3准则不再被满足,测量精度随时间间隔增加而显著降低;当不满足1/4准则时,各流动的测量误差均增大。利用SPIV开展平面三维流场测量时应遵循以下实用原则:粒子图像时间间隔应满足1/4准则,在此基础上,速度梯度较小的流动尽量使用较大的时间间隔,而速度梯度较大的流动宜取满足2/3准则条件的最大时间间隔。
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基于BIM的合规性自动审查  收藏
林佳瑞, 郭建锋
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (10): 873-879.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.013
Abstract  (0) PDF (2676KB) (275)
建筑工程合规性审查是确保设计或施工方案满足规范,建设绿色、安全、舒适的工程的关键环节。传统人工核对方式对人员的经验及其水平要求高,存在尺度不一、低效漏项、人为操控等弊端。该文对近年来合规性自动审查的有关研究应用作了全面调研和综述,建立了基于建筑信息模型(building information model,BIM)的合规性自动审查研究框架,并从审查规则解译表达、信息建模扩展、规则推理执行及结果输出表现等方面综述了研究现状和不足之处。最后,指出合规性自动审查的研究方兴未艾,尽管已取得了丰硕的成果,但是仍面临信息模型异构和语义鸿沟,规则自动解译和开放、灵活共享,复杂空间关系分析和大规模推理等巨大挑战。
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基于源活度反演计算的γ辐射场数据重构方法  收藏
李华, 赵原, 曹勤剑, 何良, 李君利, 刘立业
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (10): 880-886.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.014
Abstract  (0) PDF (2582KB) (101)
三维辐射场是反映核设施内真实外照射分布的重要数据库,可为核设施现场建立有效的屏蔽措施及确定合理的作业方案提供数据基础。为了重构出与实际较为相符的三维γ辐射场,结合点核积分理论,该文利用最小二乘法和Gauss-Seidel迭代算法,建立了基于源活度反演计算的γ辐射场重构方法,研究了所选取测量点位置对源活度反演结果的影响,并结合某核电现场的实地测量数据对该重建方法进行了实验验证与计算分析。结果表明:在现场实验中基于源活度反演算法重构出的γ辐射场数据与相对应的测量数据之间的偏差约为10%,能够满足核设施现场辐射防护的计算需要,可为其现场的辐射防护最优化提供技术支持。
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带式制动器动态制动力矩特性  收藏
李飞, 宋健, 方圣楠, 卢正弘, NGUYEN Truong Sinh
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (11): 887-894.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.21.005
Abstract  (0) PDF (8319KB) (164)
带式制动器作为动力保持型三挡自动变速器(automatic mechanical transmission,AMT)换挡执行元件之一,其动态力矩特性对换挡品质至关重要。为进一步研究带式制动器的动态力矩特性,论文建立了带式制动器有限元模型,设计了样机实验台架,完成了不同工况的实验测试。结果表明:动态制动力矩不仅与制动鼓转速、制动力大小、制动力作用半径等因素有关,同时也取决于制动力加载的速度;相同条件下,制动力加载速度越快,制动带产生的动态制动力矩越小,并从动水升力角度作了定性分析。依据实验结果,提出等效动摩擦因数、等效力矩输入系数及补偿系数的概念,得到动态制动力矩的经验公式,从而将制动力加载速度融入到动态制动力矩中。
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锌空燃料电池老化实验研究与机理分析  收藏
陈东方, 裴普成, 宋鑫
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (11): 895-901.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.022
Abstract  (0) PDF (6102KB) (92)
耐久性不足严重制约了锌空燃料电池的商业化发展,对电池的老化特性及机理进行实验研究和分析十分必要。该文基于电池应用时面临的单次稳定运行、长周期连续稳定运行、停机储存和周期性启停循环等主要工况提出了锌空燃料电池的耐久性测试评价方法,开展了老化实验。研究了不同工况下电池的老化特性,并结合实验结果分析了老化机理。最后,从电解液管理、延长空气电极寿命和电池管理3个方面提出了延缓电池老化的方法。实验结果表明:该文提出的耐久性测试评价方法可用于锌空燃料电池的老化特性及耐久性提升方法的研究。
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底部爆炸条件下车内乘员损伤风险仿真评估  收藏
王波, 何洋扬, 聂冰冰, 许述财, 张金换
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (11): 902-909.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.26.021
Abstract  (0) PDF (2993KB) (91)
在近年来发生的几场局部战争中,地雷及简易爆炸物造成了大量人员伤亡。为了解车辆底部爆炸条件下车内乘员的损伤特点,构建了包含乘员、车体结构及爆炸流场的仿真模型,研究了车辆乘员身体主要部位损伤风险。利用LS-DYNA的流固耦合算法求解爆炸流场与车体结构的相互作用,分析了爆炸冲击的传递路径及乘员典型运动姿态。基于人体有限元模型,以6 kg及8 kg TNT 2个爆炸当量工况为研究对象,对车辆乘员头部、脊椎、骨盆及下肢等身体部位进行损伤风险评估。仿真结果表明:对于佩戴安全带的乘员,其足踝部及胫腓骨损伤的风险最高,其次为骨盆及胸腰椎。研究结果可为车辆防护设计提供参考,从而提高乘员安全性。
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基于飞轮转速自适应规划的伺服线能量管理  收藏
彭发忠, 张朋, 王立平, 邵珠峰, 杨迪, 杨快
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (11): 927-933.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.014
Abstract  (0) PDF (3523KB) (57)
大型伺服冲压线中的主驱动电机功率通常达到MW量级,由于需要驱动滑块频繁加减速,容易造成巨大的电网冲击和电能损失。为了保证大型伺服冲压线的平稳高效运行,能量管理系统是不可或缺的重要功能模块。该文针对采用飞轮储能的大型伺服冲压线的能量管理方法展开研究,基于梯度投影算法和B-样条曲线速度规划,提出了一种半周期飞轮转速自适应规划算法。该算法在引入约数周期正弦扰动时表现出较好的抗干扰能力,避免了飞轮转速突变的问题。利用Simulink建立了伺服冲压线的理论仿真模型,仿真结果表明:所提出的飞轮转速自适应规划算法能够显著改善进线功率和母线电压的波动,为大型伺服冲压线的能量管理提供了一种有效方法。
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上楼自然行走质心机械能分配与代谢消耗规律  收藏
兰箭, 张继文, 付成龙, 陈恳
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (11): 934-942.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.26.017
Abstract  (0) PDF (2615KB) (53)
上楼自然行走的质心机械能分配和代谢消耗对于深入研究上楼行走的机理具有重要的意义。该文建立了上楼行走模型,定义了反映质心机械能分配和代谢消耗的相关参数,建立了这些参数与垂直地面反力之间的数学关系,通过实验测试和讨论分析,得到质心机械能分配的规律为:在双腿支撑期和单腿支撑期内,单腿做功的平均功率均小于一步内的平均质心功率,双腿支撑期前腿和后腿做功比较均衡,前腿略大,能量分配的规律使垂直地面反力曲线形状变化小,并有利于单腿支撑期时保护膝关节。质心机械能代谢消耗的规律为:上楼自然行走比较节能,但并非最节能,表现为垂直地面反力曲线略凹,这种能耗方式可以避免踝关节提前跖曲和产生过大的跖曲角度。
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项目工作扰动下的项目型组织人力资源管理制度  收藏
安楠, 强茂山, 郑俊萍, 温祺
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (11): 943-950.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.012
Abstract  (0) PDF (896KB) (67)
项目型组织的人力资源管理制度配置应充分考虑项目频繁发起和结束带来的扰动。该研究通过问卷调研了155个中国项目型组织的人力资源管理制度配置和项目工作扰动程度,构建了两者关系的定量分析模型,揭示了项目工作扰动对人力资源管理制度配置的两方面影响:提高能力、增强激励和提供机会的人力资源管理制度是应对项目工作扰动的有效响应机制;项目工作扰动会影响人力资源管理制度的实施条件和发挥效果。
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青藏高原典型流域河网特性及控制因素  收藏
李敏慧, 陈毅, 吴保生
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (11): 951-957.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.030
Abstract  (0) PDF (5152KB) (90)
青藏高原地区由于地质构造运动活跃、高原气候独特,导致河网水系具有一定的空间差异性与发育程度多样的特点。该文以洮河、雅砻江和拉萨河3个典型流域为代表,对青藏高原的河网水系特性及控制因素进行了研究。基于90 m分辨率的SRTM DEM数据,利用DEMRiver程序提取了青藏高原3个子流域的河网与干流纵剖面。计算得到雅砻江、洮河和拉萨河流域分支比分别为4.46、5.00和4.37,河长比分别为2.35、2.71和2.30;洮河和拉萨河的纵剖面凹度值分别为-0.129和-0.082,呈下凹形态,雅砻江的纵剖面凹度值为0.009,呈上凸形态。对比原始定义和斜率法得到的Horton比,结合流域气候条件和构造活动,分析了不同级别河流特性的控制因素。结果表明,气候作用在青藏高原河网低级别河流的平面结构及纵剖面形态中得到了较好地体现;而雅砻江流域构造运动强烈,区域河网被破坏,河网试图通过河流袭夺以恢复平衡状态,构造运动控制着该区域高级别河网的平面结构及纵剖面的演变。
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入口空气参数分布对薄膜式全热交换器性能影响的数值研究  收藏
沈志杰, 闵敬春, 段江菲
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (11): 958-966.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.010
Abstract  (0) PDF (13636KB) (66)
薄膜式全热交换器是一种可同时回收热量和湿份的空气-空气热回收装置,其换热芯由具有良好透湿性的膜材料制成,通常用来减少建筑能耗并改善室内空气品质。由于全热交换器内部通道分布不均或外部干扰,全热交换器入口空气可能存在分布不均的情况。该文采用数值计算研究了薄膜式全热交换器入口空气参数分布对全热交换器传热传质特性的影响,包括入口空气温度、含湿量和速度分别呈线性和抛物线分布的情况。建立了全热交换器传热传质模型,通过数值计算得到了不同入口条件下全热交换器的显热效率、潜热效率和全热效率以及全热交换器薄膜两侧的温、湿差分布云图。结果表明:入口空气参数的线性分布对全热交换器效率影响较为明显,而抛物线分布对效率影响很小,但二者对薄膜两侧的温、湿差分布均有影响;传热传质相互影响并存在耦合,但传热对传质的作用很弱;入口空气温度和含湿量分布越不均匀,越容易出现反向传热传质现象,从而恶化传热传质。
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北京大兴国际机场鼓形焊接空心球节点力学性能  收藏
陈志华,温锁林,刘红波,王小盾,高昊天,王留成,朱邵宁
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (12): 967-976.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.033
Abstract  (0) HTML   PDF (17062KB) (378)

北京大兴国际机场被英国《卫报》评选为“新世界七大奇迹”榜首。该文以北京大兴国际机场航站楼屋盖钢结构所采用的新型鼓形焊接空心球节点为研究对象,完成了鼓形焊接空心球节点足尺模型的抗拉和抗压破坏试验,揭示了节点的受力特点和失效机理;建立了精确的有限元数值模型,经试验数据验证后,研究了鼓面位置、是否加肋、鼓面数、壁厚、球径等因素对鼓形焊接空心球节点极限承载力的影响规律。在足尺试验和数值模拟研究成果基础上,提出了鼓形焊接空心球节点轴压和轴拉承载力计算公式与设计方法,为今后鼓形焊接空心球节点的分析与设计提供了技术支撑。

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我国航站楼用能和室内环境质量调研与实测分析  收藏
余娟,林波荣,黄彦祥,赵海湉,朱颖心
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (12): 977-984.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.037
Abstract  (0) HTML   PDF (2663KB) (125)

了解和掌握航站楼用能和室内环境运行特征,对于指导绿色机场节能和服务品质提升建设具有重要意义。该文通过对我国不同气候区22座航站楼用能情况函调和9座航站楼室内环境品质实测,获得了我国航站楼能耗与室内环境现状特点,主要包括:1)航站楼单位建筑面积年电耗为129~281 kWh/(m2·a),均值为180 kWh/(m2·a),单位旅客电耗为0.79~3.15 kWh/人,均值为1.90 kWh/人;2)空调系统和照明系统运行电耗最大,占比航站楼电耗分别为61%和17%;3)在夏季公共区域空气温湿度相比设计的Ⅰ级舒适度等级标准,达标率不足50%,在冬季基本能够达到设计的Ⅱ级舒适度等级以上标准,达标率约71%~96%,不达标时段主要为室内偏热,尤其夏季室内太阳辐射直射区域热舒适状况有待改善;4)航站楼室内CO2质量分数平均值不高于700×10-6;5)航站楼日间大部分公共区域天然采光照度值可达到300~500 lx,夜间照度远不足标准要求的200 lx;6)室内噪声强度处于较高水平,平均值在55~70 dB,去除广播时段最低值也高于60 dB。结合4 500位旅客的主观问卷回访,研究共归纳总结了10项关键问题,并从航站楼节能和室内环境品质及功能服务提升方面,提出了11条针对性的技术和管理优化建议。结合现阶段航站楼节能和室内环境提升实践及研究趋势,验证了研究成果的时效性。研究成果可为我国绿色机场的建设和发展提供翔实的数据基础、科学的技术支撑和保障。

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基于椭圆双β喷枪模型的喷涂轨迹优化  收藏
华霄桐,张思敏,刘兴杰,陈志良,王国磊,陈恳
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (12): 985-992.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.020
Abstract  (0) HTML   PDF (6849KB) (81)

喷涂轨迹优化是保证最终涂层高质量的重要环节,直接作用于涂层的成形过程。该文针对平面喷涂提出一种轨迹优化方法,通过互补喷枪模型的优化求解,实现高效、高质量的平面喷涂,并在此基础上针对NURBS(non-uniform rational B-spline)自由曲面喷涂,受启发于绘画时人们采用不同尺寸的画笔描绘不同精细程度的物体,提出可变尺寸画笔的喷涂概念,利用喷涂距离的变化实现喷幅尺寸大小的变化,同时利用变速喷涂,增强喷涂优化方法对各种复杂曲面的处理能力。通过仿真与实验验证,该文提出的方法喷涂平面时,膜厚均匀度损失了1.64%,而漆料利用率提升了13.54%;喷涂自由曲面时,膜厚均匀度由31.68%提升到4.79%。实验结果验证了该文提出方法的有效性。

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基于虚拟现实的自动驾驶模式中晕动受试者的脑电特征  收藏
赵蕾蕾,李翀,季林红,杨铁牛
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (12): 993-998.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.001
Abstract  (0) HTML   PDF (1288KB) (81)

晕动症是旅行中的一个普遍问题,研究显示近1/3人群在乘坐海、陆、空各种交通工具时受此困扰。晕动症的发病机制较为复杂,尚无统一定论,其中感觉冲突假说认为晕动症主要由人体前庭、视觉及本体感受不匹配引起。自动驾驶模式时司机不操纵汽车,感觉冲突加剧,更容易受晕动症的影响。该文通过模拟驾驶实验研究自动驾驶对受试者生理状态的影响。实验招募了11名健康受试者参与模拟驾驶实验,通过结合虚拟现实(virtual reality,VR)技术的6自由度驾驶模拟器平台向受试者同时提供视觉和前庭刺激,并同步采集受试者在自动驾驶和主动驾驶时的主观晕动评分以及脑电信号,对比受试者在自动驾驶和主动驾驶时的晕动状态差别,分析晕动评分与脑电特征值的相关性。结果表明:自动驾驶时受试者的自主晕动评分平均比主动驾驶时高2分,且随着晕动程度的增加,大脑运动中枢(FC2,Cz)、感觉中枢(CP5,P3)和视觉中枢区域(POz)的脑电信号中θ波功率谱密度的重心频率有升高的趋势,且自动驾驶比主动驾驶模式下高。将受试者在主动驾驶和自动驾驶下的脑电图(electroencephalogram,EEG)重心频率数据进行配对t检验(p < 0.05),结果表明受试者在自动驾驶模式下更容易产生晕动症状,并初步验证了脑电信号量化评估晕动程度的可行性。

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经颅直流电刺激对注意力广度的影响  收藏
王建凯,吴方芳,狄雅政,张洁,李翀,季林红
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (12): 999-1006.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.025
Abstract  (0) HTML   PDF (2754KB) (64)

该文探讨经颅直流电刺激(transcranial direct-current stimulation,tDCS)是否能提升注意力广度,并通过脑电(electroencephalogram,EEG)分析探讨其中的机理。实验招募7名健康被试,每名被试完成3次实验,每次实验接受不同的tDCS刺激方案并完成注意力广度任务。3种tDCS刺激方案分别为:对背外侧前额叶皮层进行阳极tDCS、阴极tDCS以及假刺激。结果显示:相较于假刺激组,阳极tDCS组被试的注意力广度有显著地提升(p=0.034 7),而阴极tDCS组则有显著降低(p=0.029 4)。脑电分析显示:在字符串长度为3~5的难度下,阳极tDCS组被试的刺激前Alpha波功率(prestimulus Alpha power)有显著地降低,阴极tDCS组无此现象。本研究验证了tDCS提升注意力广度的有效性,以及分析了其如何影响脑电。

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针对关节限位优化的7自由度机械臂逆运动学解法  收藏
胡奎,张继文,董云飞,吴丹
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (12): 1007-1015.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.019
Abstract  (0) HTML   PDF (2065KB) (100)

为解决机械臂运行过程中避让关节限位的问题,该文以S-R-S构型的7自由度机械臂为对象,提出了一种机械臂逆运动学优化算法。首先,引入臂角变量,推导得到含臂角变量的逆运动学封闭解,并在此基础上,将关节限位和臂角可行范围进行映射;其次,定义一种包含权重函数的避限位优化目标函数,其中权重函数取值与关节实际位置有关;最后,通过线性展开方法简化臂角与关节位置的关系式,从而将原有复杂形式的优化目标函数简化为二次函数,结合求得的臂角可行范围完成优化求解,实现关节避限位。计算结果表明:该算法可以有效避让关节限位,且直观、简单、运算效率较高,可以进行实时运算。

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基于分层结构的伺服压力机滑块轻量化设计  收藏
彭发忠,王传英,柴恒辉,邵珠峰,王帅奇,王博文
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (12): 1016-1022.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.016
Abstract  (0) HTML   PDF (7671KB) (60)

滑块是伺服压力机的重要组成部分,滑块质量直接影响压力机制造成本和精度。针对目前大型伺服压力机的滑块仍然存在结构不尽合理和质量过大的问题,该文以滑块结构轻量化为目标,结合滑块的结构特点和不同优化方法的优缺点,提出了一种基于分层结构的滑块轻量化设计方法。给出了实用的载荷分析模型以及边界条件的确定方法,作为ANSYS优化分析的基础。考虑到滑块上半部分所起的连接和支撑作用,在保证功能约束的前提下,采用拓扑优化实现其材料的最大化切除;对参数结构较为明确的滑块下半部分展开参数优化,优化隔板的厚度以及布局。利用ANSYS软件对整体优化方案进行了验证,在保证刚度要求的基础上,整体优化方案降低了滑块质量,实现了滑块轻量化。该文所提方法为机械产品的轻量化设计提供了一种有效途径。

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一种新型数控机床可靠性试验加载机构动力学评价方法  收藏
王煜天,丘嘉豪,吴军,张彬彬
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (12): 1023-1029.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.031
Abstract  (0) HTML   PDF (3220KB) (85)

针对数控机床可靠性快速试验过程中缺乏多维力加载装置的问题,该文提出了一种具有高刚度、高加载能力的新型三轴加载机构,并研究其动力学建模及评价方法。在机构运动学分析的基础上,分析了机构奇异性,并建立其动力学模型。基于Jacobian矩阵,给出了加载机构速度传递性能的评价方法。基于动能方法,求解了加载机构的惯性矩阵,并给出了三维加载机构的加速性能评价方法。对加载机构的动力学模型、速度传递性能及加速性能进行了仿真研究。仿真表明加载机构在XY平面加速性能的各向同性较好,Z向加速性能优于XY向,满足加载机构在Z向需要快速运动的需求。

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含坡度隧道车辆阻塞下全尺寸火灾实验  收藏
杨宇轩,刘畅,仇培云,龙增,钟茂华
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (12): 1030-1038.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.028
Abstract  (0) HTML   PDF (5881KB) (43)

针对含坡度隧道火灾烟囱效应和阻塞效应对烟气扩散影响机理欠明确等问题,该文以国内某城市轨道交通线路为研究对象,开展了车辆阻塞下的全尺寸火灾实验研究。通过改变通风方式和车辆的阻塞状态,重点研究了气流速度、烟气温度竖直分布、烟气层分布和烟气蔓延时间等问题。结果表明:通风方式和车辆阻塞效应均会使火灾区域的流场产生变化,进而对气流速度、烟气分布和烟气蔓延时间造成影响。此外该文建立了烟气蔓延速度模型,揭示了车辆阻塞条件下含坡度隧道的火灾烟气特性和运移扩散规律,可为地铁火灾烟气控制和人员疏散提供数据和理论支撑。

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