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ISSN 1000-0054
CN 11-2223/N
创刊于 1915 年 (月刊)
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中国化工行业经济与资源环境影响的投入产出分析  收藏
陈定江, 偏子豪, 朱兵, 胡山鹰
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (9): 773-778.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.043
Abstract  (0) PDF (941KB) (23)
该文利用投入产出模型及相关的定量分析方法,研究了2002至2015年期间中国化工行业与国民经济发展的关联关系,以及这期间中国化工行业产生的环境影响与其他行业之间的联系。结果表明:中国化工行业对整个国民经济总产值的拉动作用高于各行业的平均值,国民经济发展对化工行业的依赖程度超过其余所有行业。中国化工行业的生产活动所消耗的化石能源和所产生的工业二氧化硫中,有超过75%隐含在其他行业的最终产品当中,并且该比例随着时间推移逐渐缓慢上升。
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中国聚氯乙烯树脂与助剂动态物质流分析  收藏
蒋晓斌, 江健, 周文戟, 陈定江, 郭宝华, 朱兵
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (9): 779-786.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.21.010
Abstract  (0) PDF (2273KB) (13)
中国已成为全球最大的聚氯乙烯(PVC)塑料生产国和消费国,并面临着PVC塑料广泛使用所带来的各种环境风险。该文构建了用于定量测算PVC树脂及其助剂流量和存量的动态物质流模型,以展现PVC树脂及其助剂在8类制品、6大应用领域和4类废弃物管理方法之间的复杂流动路径与存量分布。结果表明,1978—2017年PVC树脂和助剂的累计产量为2.54亿t。城镇化的推进使得硬制品逐渐占据PVC塑料制品主流,但软制品仍是PVC助剂的主要流向;建筑材料占据了PVC树脂总存量的65.8%、PVC助剂总存量的41.9%,是未来潜在的最大废弃源;尽管存在潜在环境与健康风险的助剂在助剂总流入量中的占比已从62.2%下降至41.5%,但仍有0.15亿t有毒助剂以存量的形式留存在社会与环境中,并将在其使用过程中通过迁移和扩散对人类和环境造成持续性负面影响。虽然由于数据可得性的限制使得该文结果存在一定的偏差,但不确定性分析表明该文的计算结果可信度较高。未来必须加强对废PVC塑料的废物管理,通过技术进步和政策引导提高环保助剂的使用比例。
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基于三重移相控制的双有源桥DC-DC变换器性能综合优化  收藏
谷庆, 袁立强, 赵争鸣, 段任之, 陆子贤
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (10): 785-795.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.024
Abstract  (0) PDF (3784KB) (188)
双有源桥DC-DC变换器(DAB)在三重移相(TPS)控制下拥有3个独立的控制自由度,通过移相自由度的合理组合可以减小DAB的电流应力,然而软开关分析表明,当DAB的电流应力处于最优状态时,系统的效率并不一定是最优的。该文在电流应力优化控制的基础上,提出一种同时考虑电流应力和效率的DAB性能综合优化方法。首先,基于DAB的开关组合规律建立了TPS控制下DAB的损耗模型,通过换流回路分析,对任意开关组合下功率半导体器件的通态损耗、开关损耗,磁性元件的铜耗和铁耗分别进行计算。在此基础上,引入效率优化权重,构建综合考虑电流应力和效率的优化目标函数,采用二维遍历算法寻优获得DAB综合性能最佳时的工作点。实验对比了单独优化电流应力或者效率时DAB的性能差异,通过合理选择效率优化权重,使得实验样机在传输6 kW功率时的效率绝对增加了0.83%,而电流应力只增加了0.5 A。该方法可以在基本不增加电流应力的前提下,有效提高DAB的效率。
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面向区域电能路由器的高效仿真建模方法  收藏
易姝娴, 袁立强, 李凯, 沈瑜, 赵争鸣
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (10): 796-806.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.021
Abstract  (0) PDF (10428KB) (110)
随着区域电能路由器功率等级的提升,其拓扑结构和控制策略设计越来越复杂。如果基于装置的详细拓扑搭建仿真模型,则会导致装置或系统的电磁暂态仿真效率十分低下。针对已有的围绕电力电子装置或系统高效仿真建模方法的不足,该文基于暂态等值模型,提出了适用于区域电能路由器的高效仿真建模方法。该方法通过级间解耦方法,将复杂的电路网络分割成若干个子网,并通过模块及模块组合的Thevenin等效方法降低了单个网络的节点数量,从而实现了对节点导纳矩阵的降阶处理,提高仿真效率。该方法可适用于装置的稳态及负载切换、故障时装置的运行调试,也可适用于与电网的联合仿真。基于一台10 kV/1 MW四端口区域电能路由器进行测试,证明了该方法的快速性和准确性。
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极性变换过程的电弧图像同步错时拍摄及其动态行为观测  收藏
符平坡, 朱志明, 程世佳
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (10): 815-822.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.016
Abstract  (0) PDF (2425KB) (31)
对变极性钨极惰性气体(tungsten inert gas,TIG)保护焊电流换向过程中的电弧形态和电流变化信息进行同步采集及综合分析,有助于深入认识极性变换过程中电弧的动态变化机理。然而,变极性过程持续时间短,对电流信息和电弧图像的同步采集精度以及图像采集设备的采集频率和图像分辨率都提出了较高要求。该文综合运用数据采集卡的同步输入与输出功能及高速摄像的同步触发功能,实现了变极性过程的焊接电流和电弧图像的同步采集,同步误差可控制在2 μs以内,同时,利用脉冲触发电压周期与变极性周期的差值,实现了以较低的采集频率和较高的图像分辨率而获得了近似连续变化的电弧图像,降低了对图像采集设备的性能要求。在此基础上,对焊接电弧动态行为随电流的变化规律进行初步分析,发现变极性过程中电弧形态变化滞后于电流变化,电流过零时刻及前后不会发生电弧熄灭现象,且电弧灰度最低时刻出现在极性变换后的电流恢复阶段,研究结果为进一步改善变极性TIG焊的电弧燃烧稳定性指明了方向。
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用于Boost变换器的无负载电流传感器滑模-预测控制策略  收藏
石冰清, 赵争鸣, 魏树生, 聂金铜, 林云志
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (10): 807-814.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.013
Abstract  (0) PDF (5719KB) (74)
Boost变换器作为升压DC-DC变换器被广泛应用于光伏发电、储能及电动车领域。然而由于Boost变换器的右半平面零点的频域特性,传统的PI控制策略会限制变换器的动态性能,在较大负载突变的情况下造成较大的输出电压波动,进而造成过压或欠压故障;预测控制可以有效提高动态性能、避免调整控制参数以及可增加系统约束,但由于系统参数不匹配及对损耗的忽略会造成输出电压的稳态静差。为了减小负载突变带来的电压波动同时兼顾稳态特性,本文提出了无负载电流传感器的滑模-预测控制策略,外环采用滑模面生成电感电流指令值,内环采用无差拍预测控制,并使用了滑模观测器来观测电流。该控制策略不需要负载电流传感器,相比PI控制器,不仅可以同时减小负载突变时的输出电压波动和过渡时间,还可以有效限制稳态静差。实验验证了该套控制策略的性能优越性。
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铝合金筒壁电弧增材制造数值模拟中分段弧形体热源模型的建立  收藏
董明晔, 赵玥, 贾金龙, 李权, 王福德, 吴爱萍
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (10): 823-830.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.024
Abstract  (0) PDF (9061KB) (43)
为提升铝合金筒壁电弧增材制造数值模拟的计算效率,基于Goldak移动双椭球体热源在圆弧路径上的分段化与ABAQUS的二次开发,阐述了分段弧形体热源的数学推导过程;建立了有限元模型并进行了移动体热源、材料参数与边界条件的试验验证,模拟结果与试验结果吻合良好;利用3种分段策略进行计算并分析了计算精度与效率。分段策略的数值模拟结果与移动体热源的对比表明:热循环曲线的变化趋势一致,峰值温度的计算误差在8%以内;残余应力云图的分布规律一致,且计算结果对热源的分段段数不敏感;利用一段、四段、八段弧形体热源进行计算的总时间分别节约了98.24%、77.51%、65.96%。
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基于摩擦力的机械臂零重力系统卸载性能  收藏
田斯慧, 唐晓强, 代海林, 李煜琦
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (10): 831-837.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.024
Abstract  (0) PDF (7140KB) (90)
空间机械臂在地面零重力系统进行模拟实验前,需先用装有传感器的模拟机械臂对模拟系统的卸载性能进行评定,以保证系统工作时的可靠性。该文首先建立了一个七关节机械臂在地面零重力系统中的动力学模型,计算了各关节扭矩,并以扭矩作为模拟系统卸载性能的评价指标。接着采用连续性摩擦模型对系统进行摩擦力参数辨识,通过实验结果反推出系统的摩擦力特性,并对关节扭矩进行修正。修正后的计算扭矩更接近实验值,保证了理论建模的准确性。该模型可以预测出未安装传感器的空间机械臂在模拟系统中运行时的力学参数,保证实验的安全。
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2UPU/SP 3自由度并联机构的动力学性能评价  收藏
王潇剑, 吴军, 岳义, 许允斗
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (10): 838-846.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.023
Abstract  (0) PDF (5142KB) (55)
动力学特性是并联机构的一项重要性能。该文以一种用于航天复合材料加工的混联机器人中的2UPU/SP并联机构为研究对象,考虑两个UPU运动学支链的平面约束特性,建立了该3自由度并联机构的运动学模型,并基于虚功原理,推导了动力学模型。给出一种动力学性能评价指标,该指标以一个驱动力为单位量且其他驱动力小于或等于单位量时的动平台最大加速度来评价并联机构的加速性能。基于给出的动力学性能评价指标,对2UPU/SP并联机构的线加速度和角加速度分别进行评价,并与一种传统的2UPS/UP并联机构进行比较,结果表明2UPU/SP机构具有更好的加速度性能。
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基于MPI+OpenMP混合编程模式的大规模颗粒两相流LBM并行模拟  收藏
何强, 李永健, 黄伟峰, 李德才, 胡洋, 王玉明
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (10): 847-853.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.019
Abstract  (0) PDF (5903KB) (44)
针对大规模三维颗粒两相流全尺度模拟并行计算问题,该文采用MPI+OpenMP混合编程模式,其中机群节点采用MPI并行计算,节点内部采用OpenMP进行细粒化的并行计算,并根据格子Boltzmann方法(LBM)颗粒两相流的特点进行OpenMP程序并行优化设计,提出了一种适用于大量颗粒的三维颗粒两相流LBM并行计算模型。以颗粒沉积问题为例,在集群计算机平台对并行算法的加速性能进行测试。计算结果表明:该算法具有良好的加速比及扩展性,并且其计算量具有颗粒数量不敏感的优点,适用于大规模多颗粒两相流问题的研究。
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SWAT模型流域划分方法在平原灌区的改进及应用  收藏
姜婧婧, 杜鹏飞
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (10): 866-872.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.033
Abstract  (0) PDF (1402KB) (69)
不准确的子流域定义会影响土壤和水评估工具(SWAT)模型在平原灌区的模拟结果。针对SWAT模型流域划分,提出基于数字高程模型(DEM)预处理和SWAT模型自动与自定义划分方法联用的改进方法,并以内蒙古河套灌区九排域为例进行应用。结果表明:相较于SWAT原有自动划分方法,改进方法能够生成案例区域特定级别排沟对应的所有子流域,子流域边界识别率、河网识别率、总流域覆盖率分别提升61%、4%、4%;基于改进划分方法构建的SWAT模型水文模拟结果与实际情况吻合良好。改进方法能够有效提升SWAT模型在平原灌区特定级别的水文管理中的适用性。
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基于客流规律的地铁车站客流风险分析  收藏
李子浩, 田向亮, 黎忠文, 周炜, 周志杰, 钟茂华
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (10): 854-860.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.028
Abstract  (0) PDF (8029KB) (94)
地铁车站类型识别和客流风险识别对地铁安全运营管理有着重要的作用。基于深圳地铁AFC(automatic fare collection)系统数据,采用无关值和异常值清理、聚合、均值滤波、标准化、主成分分析等数据清洗步骤,提取不同时段客流比例、不同天数客流比例和换乘客流比例等特征。运用Gauss混合模型(GMM)对工作日和周末客流进行聚类,分析客流出行规律,辨识车站类型及其对应的客流风险时段,提出车站客流风险分析方法,通过大数据分析对车站类型和客流风险进行识别。分析结果对掌握车站大客流风险情况,避免大客流冲击造成的拥挤踩踏等群体性事件的发生,保障乘客安全具有指导意义。
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基于辐射场梯度变化的变权重网格划分方法  收藏
何良, 李华, 赵原, 刘立业, 曹勤剑, 李君利
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (10): 861-865.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.026
Abstract  (0) PDF (2570KB) (38)
三维辐射场数据是进行剂量评估与优化的基础,为了更好地解决辐射场数据的快速计算与三维可视化显示的难题,该文基于辐射场梯度变化提出了一种变权重的非均匀网格划分方法,可根据辐射场的梯度变化划分出疏密程度不同的三维计算网格,兼顾辐射场数据的计算精度与计算效率,并使用点核积分程序对该网格划分方法进行了计算验证。结果表明,在计算精度几乎相同时,变权重的非均匀网格划分方法能够有效地缩短辐射场的计算时间,较大程度地提高点核积分方法的计算效率,同时该网格划分方法也表现出更好的辐射场显示效果。该研究可为点核积分方法在核设施三维辐射场可视化计算与剂量评估方面的应用提供技术支持。
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基于危险系数的施工工人不安全行为评估  收藏
郭红领, 张知田, 郁润
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (11): 873-879.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.030
Abstract  (0) PDF (1643KB) (240)
施工现场不安全行为的管控措施呈现静态、局部、标准化等特征,较难适用于动态变化的各类现场不安全行为的管控,因此有必要建立更好的方法来评估施工现场不安全行为,从而有针对性地采取管控措施。该文提出了基于危险系数的施工现场工人不安全行为评估方法,即依据"事故-场景"对不安全行为进行逐层分类后,采用不安全行为发生的频繁程度、不安全行为引起各类事故的可能性以及各类事故后果的严重程度来构建不安全行为的危险系数,以对工人的不安全行为进行持续评估,并根据评估结果对行为进行危险程度分级与管控资源配置。实际案例应用表明:该评估方法能够提高不安全行为管控的有效性与针对性,进而提高施工现场的安全水平。
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二手房价格离散程度与住房信息搜寻行为关系  收藏
张红, 于璐僮, 李林峻, 李维娜
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (11): 880-886.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.029
Abstract  (0) PDF (933KB) (48)
二手房市场存在明显的价格离散现象和大量的信息搜寻行为,对二者间关系的研究有助于探索二手房市场的规律。首先对二手房市场内价格离散程度、信息搜寻次数、信息搜寻成本之间的关系进行理论分析并提出相应待检验假设,然后设计并实施二手房市场搜寻实验,利用实验数据实现对假设的检验。研究表明:提高二手房市场价格离散程度将导致买家信息搜寻次数增加;买家增加信息搜寻次数能引起二手房市场价格离散度的降低;信息搜寻成本下降将推动二手房买家信息搜寻次数增加。建议通过降低信息搜寻成本来引导二手房市场价格离散程度下降,以提高二手房市场的成熟度。
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Allan方差方法分析环形激光陀螺仪噪声的性能评估  收藏
黎奇, 白征东, 赵思浩, 戴东凯, 邢海峰
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (11): 887-894.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.009
Abstract  (0) PDF (3129KB) (96)
为验证Allan方差方法用于不同状态下不同类型陀螺仪噪声分析的适用性,该文系统总结了Allan方差方法用于分析室温(~25℃)下静态环形激光陀螺仪噪声的方法,对该陀螺仪常见的5个主要噪声项以外的其他噪声项作了补充说明。对中国自主生产的某型号环形激光陀螺仪和目前使用较广泛的MPU 9250微系统惯性测量单元中的陀螺仪分别进行静态和动态下的多次实验与对比分析,结果表明:在对陀螺仪噪声特性充分了解的前提下,Allan方差方法可以对静态下不同类型陀螺仪的若干主要噪声项进行建模与概算,以满足全球导航卫星系统/惯性导航系统(GNSS/INS)的组合系统中Kalman滤波器参数设置的需要。若干实验分析结论对《IEEE单轴干涉式光纤陀螺仪试验程序和格式指南的标准规范》中经典Allan方差方法作了补充解释。通过对比Allan方差及相关常用数据分析方法,概述了其一般适用性。Allan方差方法可以为改进精密仪器的设计与制造、提高惯性产品实际使用精度等提供依据。
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定位测姿系统室外三维动态检定场的几何设计  收藏
黎奇, 白征东, 黎琼, 吴斐, 陈波波, 辛浩浩, 程宇航
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (11): 895-901.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.026
Abstract  (0) PDF (9074KB) (43)
为检测多传感器组合定位测姿系统的整体精度水平,需建立定位测姿系统室外三维动态检定场,并完善多传感器组合系统的整体精度检定方法。该文提出了定位测姿系统动态检定的基本方法,设计了室外三维动态检定场的几何模型,分析了检定场几何模型的设计指标。使用中国自主研发的某型号高精度多传感器组合定位测姿系统在检定场进行了实际检测,并与检定场静态、动态标定结果进行了对比,结果表明:该系统检测结果与检定场设计参数一致,在使用经典方差和Allan方差等方法对测距、横向、垂向等误差进行统计分析后,能较为准确地反映出该定位测姿系统整体短期精度水平。该检定技术既可作为定位测姿系统整体精度检定的一种手段,还能为行业制定相关仪器检定规范提供方案。
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长期荷载和氯盐环境耦合作用对钢筋混凝土梁挠度的影响  收藏
何世钦, 曹泽阳, 刘伟杰, 李鹏飞
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (11): 902-909.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.022
Abstract  (0) PDF (4800KB) (178)
准确预测侵蚀环境下在役钢筋混凝土梁的长期变形规律是保障其结构长期性能与耐久性能的重要方面。通过不同荷载水平与氯盐腐蚀环境耦合作用下钢筋混凝土梁的长期变形试验,研究了腐蚀环境下梁长期挠度增长的规律,采用ACI209R预测模型分析梁试件的长期挠度,并与试验结果进行对比。结果表明:在荷载-氯盐腐蚀环境下,试验梁的挠度持续增长。初期增长较快,10 d后增长速率变慢,150 d后进一步变缓,300 d后由于腐蚀程度增大,挠度发展又出现增长加快趋势,耦合作用效果明显。荷载水平对腐蚀环境下混凝土构件的挠度变形影响明显,干湿交替环境使挠度发展出现波动趋势。由于ACI209R预测模型未考虑钢筋锈蚀的影响,其计算结果并不能与试验结果完全吻合。
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地震作用下含软弱层锚固岩质边坡界面剪切作用  收藏
言志信, 李亚鹏, 龙哲, 翟聚云, 靳飞飞
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (11): 910-916.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.011
Abstract  (0) PDF (4293KB) (49)
针对地震作用下全长黏结锚杆锚固岩质边坡锚杆-砂浆界面上和砂浆-岩体界面上,即两锚固界面上的剪切作用,利用FLAC3D软件分别采用实体单元和接触面单元建立含软弱层锚固顺层岩质边坡数值模型,探究了水平向简谐波作用下两锚固界面上的剪切作用和锚杆轴力分布以及它们的演化规律。结果表明:采用实体单元和接触面单元相结合的建模方式可行,锚固界面剪切作用和脱黏破坏均可得到很好的体现和反映,两锚固界面上的剪应力和锚杆轴力的分布不均匀,软弱层处剪应力为零而轴力最大;随地震动持续输入,两锚固界面剪应力和锚杆轴力呈递增之势,锚固界面发生脱黏破坏并向锚杆两端发展,远离中性点的锚固界面得以调用,峰值剪应力向锚杆两端转移。揭示了地震作用下含软弱层锚固顺层岩质边坡破坏机理,对岩土锚固的研究和设计施工均具有重要意义。
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服务系统中冷启动服务协作关系挖掘与预测  收藏
郝予实, 范玉顺
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (11): 917-924.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.022
Abstract  (0) PDF (1003KB) (47)
Web服务系统中大量无使用记录的服务和不断发布的新创建服务被称为冷启动服务。为了帮助服务组合开发者了解冷启动服务的特性,提高冷启动服务的关注率与使用率,从而增强服务系统的元素多样性和系统鲁棒性,该文提出了一种冷启动服务协作关系挖掘与预测方法。该方法利用服务描述重构和功能主题分析为每个服务建立功能属性向量。对非冷启动服务,基于其历史协作关系和功能属性向量为其建立协作属性向量。通过对冷启动服务功能属性向量与非冷启动服务协作属性向量进行相似性比较,实现冷启动服务组合协作关系预测。真实数据集上的实验结果证明该方法在预测效果上显著强于当前最优方法。
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模型驱动的武器装备系统效能评估方法  收藏
魏海龙, 李清, 黄诗晟, 徐支勇, 蒲宇狄, 杨少波
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (11): 925-933.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.023
Abstract  (0) PDF (2616KB) (53)
现代武器装备系统具有造价高、层级多等特点,其效能评估存在着评估成本高、层间效能影响关系模糊等难点。该文在基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE)方法论的基础上,构造了模型驱动的系统效能评估方法,将系统建模引入效能评估,通过模型的分析和仿真,支持效能数据的获取与计算。与传统方法相比,该方法实施成本低、针对性强,显著提高了系统设计优化和开发决策的效率。该方法与系统设计之间结合紧密,适用于武器装备系统发展建设的全生命周期各个阶段,并且可实现不同粒度系统层级的精细化效能评估。以舰艇损管系统(damage control system,DCS)为例,验证了该方法的有效性。
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西部大开发政策对中国经济的影响——基于Bayes动态隐变量模型的中国地区经济联动性研究  收藏
刘淳, 张健
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (11): 934-939.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.25.002
Abstract  (0) PDF (1051KB) (46)
为了考察全国性整体经济波动和地区性的经济波动对各地经济发展的不同贡献,该文基于中国地区化经济发展不平衡的现状,将Bayes动态隐变量模型引入中国宏观经济的研究。通过从可观测到的宏观经济变量中识别出隐含经济变量,该文将中国宏观经济的整体波动分解为3个部分:全国因子、地区因子和各经济变量独有的波动项。通过对中国经济在1980-2015年的变动历史的分析,发现地区的产出和投资主要受全国因子波动的影响,而地区消费的波动主要受地区因子的影响。另外,通过对中国"西部大开发"战略实施前后经济变动的分析,发现该战略提高了全国因子对西部地区的影响,特别是对投资影响最大。
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财政分权及财政压力冲击下的地方政府收支行为  收藏
张原, 吴斌珍
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (11): 940-952.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.035
Abstract  (0) PDF (1663KB) (56)
该文利用2002年中国所得税收入分享改革这一政策变化来考察财政分权及其带来的财政压力如何影响地方政府财政收支行为,测算外生所得税分享政策造成的地市级政府的收入损失,使用双重差分法分析财政压力下地市级政府财政收支结构的变化。研究发现:财政压力增大时,地市级政府可以通过多种收入政策工具的调整来勉强维持本级财力及一般公共预算支出的增长;收入支出的结构会发生变化,收入损失越大,地市级政府非所得税税收收入的征税力度及基金收入征税力度提高越多;同时,财政支出上倾向增加基建支出。
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基于几何指标的边界元法单元积分精度评估和修正  收藏
黄君豪, 陈永强
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (11): 953-960.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.012
Abstract  (0) PDF (2343KB) (37)
该文提出基于几何指标来评估边界元法单元积分精度并对其进行修正来改善求解精度的方法。奇异性几何指标定义为源点到被积单元的最短距离与单元长度的比值。对于离散后的边界元法网格,利用求积误差上界公式得到各单元奇异性几何指标与积分精度的关系,通过该网格节点几何信息估算出全部单元的积分精度。通过矩阵的误差传递公式估算代数方程组求解结果的最大相对误差,将其作为全局精度指标。若该指标大于指定值,说明存在局部单元积分精度不足而影响结果精度的情况,必须对单元积分精度进行修正和提高。提出采用sinh变换法对精度不满足要求的单元积分进行修正。数值结果表明:该方法可以仅基于网格的几何信息,在不改变原计算流程和几乎不增加计算量的条件下,保证边界元法整体刚度矩阵系数精度和最终求解精度,且易于数值实施。
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西北典型节水灌溉技术综合性能的层次分析与模糊综合评价  收藏
蒋光昱, 王忠静, 索滢
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (12): 981-989.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.015
Abstract  (0) PDF (910KB) (56)
中国西北地区幅员辽阔但水资源短缺,生态环境脆弱,节水灌溉发展迅速。合理评价节水灌溉技术的综合性能对其可持续发展十分必要。该文综合考虑西北地区生态环境脆弱性、经济发展水平、气候地理特性、灌溉发展趋势和劳动力成本等因素,提出节水灌溉技术在西北干旱半干旱地区的综合性能的评价指标体系,以生态性、经济性、适应性、精量性和智能性为准则层,共23个评价指标,通过层次分析法和模糊综合评价法确定评价指标的权重和等级阈值,并对滴灌、喷灌和小畦灌3种典型节水灌溉技术的综合性能进行了评价。结果表明:节水灌溉技术综合性能的优先序为经济性、适应性、生态性、智能性、精量性,各准则层权重最大的指标分别为亩均工程投资、水量适应性、地下水超采抑制程度、省工率和灌溉水利用系数;滴灌、喷灌和小畦灌在西北地区的综合性能评级分别为优异、一般、一般。该评价方法和结果可为当地节水灌溉技术的合理评价与选择应用提供参考。
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泥沙输移对山洪特征值时空分布的影响——以北京“7.21”山洪为例  收藏
宋云天, 曾鑫, 张禹, 安晨歌, 马美红, 傅旭东
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (12): 990-998.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.023
Abstract  (0) PDF (3692KB) (75)
该文以北京房山红螺谷沟"7.21"洪水为例,计算分析了泥沙输移、河床冲淤对最高洪水位、最大流速、峰现时间等山洪特征值的影响。通过动床模型与不考虑泥沙输移的定床模型结果对比分析,发现在"7.21"洪水条件下,水-沙-河床的相互作用导致断面最高洪水位较定床情形普遍抬升,最大抬升约1.5 m,局部河段受淹致灾的可能性显著增大,淤积受淹断面淹没时间显著延长,但最大流速有所下降;在河床冲淤影响下,自上游至下游沿程各断面达到最高水位的时间并非单调递增,进而说明不能以个别监测点位的水位变化结果判断整个河段的洪水涨落趋势。该结果对山洪灾害的风险分析、监测预警与工程防治具有参考作用。
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明渠湍流对数律的诊断函数分析  收藏
钟强, 郑枫川, 杨宇晨, 邓兆宇
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (12): 999-1005.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.036
Abstract  (0) PDF (4231KB) (64)
明渠水力学的传统观点认为,明渠湍流平均流速分布的对数律是与Reynolds数和Froude数无关的普适律。由于Karman常数与摩阻流速难以分离,且平均流速分布与对数律的偏离是一个渐进过程,因此导致目前对对数区的范围以及Karman常数的取值存在较大争议。该文引入诊断函数分析了高频粒子图像测速系统(PIV)测量所得光滑明渠恒定均匀湍流数据。当平均流速分布严格满足对数律时,诊断函数为常数。分析结果表明,在该实验的Reynolds数条件下,诊断函数在全水深都不存在水平段,即平均流速分布没有严格意义的对数区。根据实验和直接数值模拟的结果趋势推测,随着Reynolds数增加,流速分布将会出现严格意义的对数区,并且其范围会逐渐增大。当Reynolds数足够大时,明渠湍流的Karman常数将落在0.334和0.415之间,对数区范围将小于76 < y+ < 0.5 Reτ
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非饱和亲水性和疏水性砂的剪切行为  收藏
陈宇龙, 孙欢
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (12): 961-966.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.027
Abstract  (0) PDF (1608KB) (108)
弯月面水膜的存在会影响非饱和土的抗剪强度。土的亲水性和疏水性影响着其物理-力学行为、接触角和毛细压力。在非饱和土力学领域,迄今积累的岩土技术知识多局限于亲水性土。该文利用人工合成的疏水性砂,研究了弯月面水膜的存在对疏水性和亲水性非饱和砂剪切性能的影响,讨论了基质吸力对剪切强度的作用。结果显示:弯月面水膜对非饱和状态砂的剪切行为存在较大的影响。亲水性砂的剪切强度和剪胀性均大于疏水性砂。对于疏水性砂,砂中水分并非以弯月面水膜的形态存在,而是以水珠的形态存在于颗粒表面,初始饱和度对剪切强度影响较小,但对剪胀性影响较大。对于亲水性砂,剪切强度随着初始饱和度的减小而增大。
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堆石骨料对混凝土层面剪切性能影响的试验研究  收藏
任明倩, 安雪晖, 谭妮, 李鹏飞
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (12): 967-974.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.029
Abstract  (0) PDF (1421KB) (87)
堆石混凝土层间界面上露出的块石棱角与周围自密实混凝土的相互作用决定了堆石混凝土的层间抗剪性能。该文设计并完成了24个堆石混凝土施工缝小型直剪试验,通过在施工缝上布置不同抗剪堆石骨料,研究了堆石骨料露出高度、数量和强度以及竖向荷载对堆石混凝土施工缝抗剪性能的影响。试验结果表明堆石骨料对堆石混凝土施工缝抗剪性能有显著影响。试验出现了2种典型的破坏模式:堆石骨料周围混凝土的挤压塑性破坏和堆石骨料直接剪切破坏。堆石骨料露出高度、数量和强度以及竖向荷载的变化会引起施工缝的抗剪性能和破坏模式变化。参考普通混凝土裂缝剪力传递理论,提出了堆石混凝土层间界面抗剪承载力公式,该方法考虑了外露堆石的几何特征,能够体现出不同的破坏模式。利用试验结果对所提出的公式进行验证,验证结果表明所提出的方法能够有效评估堆石混凝土的层间抗剪性能,为今后堆石混凝土层间抗剪能力的设计提供了有益的参考。
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面向逐日产沙模拟的SWAT模型封闭与检验  收藏
李二辉, 王冰洁, 傅旭东
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (12): 975-980.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.025
Abstract  (0) PDF (2516KB) (75)
针对SWAT(soil and water assessment tool)模型逐日产沙模拟中含沙量-流速关系的尺度匹配问题,给出了日尺度产沙模拟的最大含沙量封闭关系。该文采用黄河中游砒砂岩区9个水文站长系列实测水沙资料,确定日输沙率-日流量的幂函数型关系曲线,提供了SWAT模型日尺度最大含沙量的封闭关系。并将封闭的SWAT模型用于皇甫川流域水沙产输过程模拟,采用空间嵌套的皇甫站和沙圪堵站实测资料进行模型验证。结果表明:皇甫站率定期和验证期日输沙过程的Nash-Sutcliffe效率系数(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient,NSE)分别为0.70和0.66,决定系数R2分别为0.74和0.68;沙圪堵站率定期和验证期NSE分别为0.78和0.72,R2分别为0.78和0.74;未进行封闭模型的沙圪堵站率定期和验证期NSE分别为0.36和0.26,R2分别为0.39和0.26。表明封闭后的SWAT模型显著提高了模拟效率,能够用于黄土高原砒砂岩地区泥沙逐日过程模拟。
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