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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) (5)
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) (5)
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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MICP拌和固化钙质砂一维固结试验  收藏
郭红仙, 李东润, 马瑞男, 程晓辉
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (8): 593-600.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.018
Abstract  (0) PDF (4305KB) (113)
该文通过一维固结压缩试验,研究基于微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术拌和固化岛礁钙质砂,并改善其压缩特性。总结了完全不同于石英砂的钙质砂的压缩特性;固化试验研究中考虑了粒径级配、相对密度以及反应液浓度对钙质砂压缩特性的影响。试验结果表明:尽管拌和固化钙质砂所用菌液和反应液的用量很小,但是固化后的钙质砂的压缩特性仍有较大改善,压缩指数平均降低了约0.10;固结压缩曲线e-lgp呈现2或3个明显直线段;固化效果受土体粒径级配和相对密度的影响,高浓度反应液更有利于土体压缩性的降低。
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低碱胶凝材料负载微生物应用于混凝土的开裂自修复  收藏
徐晶, 王先志
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (8): 601-606.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.016
Abstract  (0) PDF (1725KB) (45)
利用微生物诱导成矿实现混凝土的开裂自修复,面临的首要问题是对菌体进行负载保护,而载体材料是关键。该文选取了掺入质量分数20%硅灰的硫铝酸盐水泥作为低碱性胶凝负载材料,通过对胶凝材料的pH值以及凝结时间的优化,并评价负载后细菌芽孢的活性,探索出了一个有效的负载体系。混凝土开裂自修复的测试结果表明:借助该负载体系,28 d可使最大约322 μm宽的混凝土裂缝得以完全修复。修复后,混凝土抗压强度恢复到损伤前的84%,水密闭性恢复至未损伤时的水平。
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不同矿化微生物对混凝土裂缝自修复效果影响  收藏
张家广, 许顺顺, 冯涛, 赵林, 李珠
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (8): 607-613.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.009
Abstract  (0) PDF (2820KB) (72)
微生物矿化沉积能够有效地实现混凝土的裂缝自修复,从而延长混凝土结构的服役时间,然而直接掺入混凝土的微生物成活率会显著降低。该文以高孔隙率的膨胀珍珠岩作为微生物载体,研制了具有裂缝自诊断和自修复能力的混凝土,考察了不同类型矿化微生物对混凝土裂缝自修复效果的影响,并对混凝土裂缝处沉淀物进行了微观结构分析。试验结果表明:科氏芽孢杆菌和筛选的好氧型、兼性厌氧型、厌氧型混菌均具有良好的矿化沉积能力,混凝土经修复养护28 d后裂缝修复率分别达到73.3%、83.3%、63.3%和41.5%。微观结构分析结果表明:利用不同类型矿化微生物研制的裂缝自修复混凝土的裂缝处填充物为不同形态的碳酸钙晶体。研究结果可为基于微生物矿化的混凝土裂缝自修复性能研究提供参考。
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砂土中混凝土裂缝的微生物封堵试验研究  收藏
李萌, 由士权, 康绍斌, 程晓辉, 郭红仙
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (8): 614-618.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.021
Abstract  (0) PDF (1587KB) (63)
微生物封堵技术研究表明可以通过向岩土中微生物提供营养物质从而在较短时间形成封堵。该文对砂土中混凝土裂缝利用微生物封堵法进行试验,设置两个试验组灌入不同的营养物质,分别记录试验过程中的环境温度和湿度,对流出液的pH值、电导率、氧化还原电位、OD600及不同种类微生物数量变化进行了检测。结果表明:在灌入不同营养物质25 d后,试块均发生较明显的封堵现象,单位时间内的流量有了显著降低,其中一个灌注马铃薯提取物的试验模型由平均85 mL/h下降至0.5 mL/h,另一个灌注加铁的马铃薯提取物的试验模型由平均70 mL/h下降至0.3 mL/h。研究结果证实了微生物代谢在砂土中混凝土裂缝封堵过程中发挥了重要作用。
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有限土体土压力和边坡安全系数分析  收藏
介玉新
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (8): 619-627.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.018
Abstract  (0) PDF (1483KB) (36)
结合岩土工程近年来的发展,该文针对有限土体土压力、边坡安全系数及临界滑动面的计算方法中存在的问题进行分析探讨,发现现有的计算有限土体土压力的方法存在缺陷,由此计算的土压力会随着土体宽度的减小而趋近于0,违背土力学常识。有限土体土压力应当采用Rankine土压力理论进行计算。采用基于强度储备定义的安全系数,可以无须区分“抗滑力”和“滑动力”。对于给定滑动面,取滑动面上土体的抗剪强度来计算安全系数是由抗剪强度的定义本身所决定的,但土体并不一定能够调整到“最大抗滑能力”。最小安全系数对应的临界滑动面不一定是最先发生滑动的破坏面。该研究对理解相关概念、提高岩土力学的认知水平具有一定意义。
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基于CNN模型的施工现场典型安全隐患数据学习  收藏
林鹏, 魏鹏程, 樊启祥, 陈闻起
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (8): 628-634.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.008
Abstract  (0) PDF (1080KB) (82)
该文旨在通过卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)模型对基础设施建设期典型安全隐患进行数据学习与挖掘,为现场智能安全管控提供方法和依据。依托于Wesafety平台实时统计出的某大型水电站现场安全隐患数据,分析了现场典型安全隐患特征,提出了基于CNN的安全隐患学习与挖掘模型,并定义了模型结构的卷积层、池化层、全连接层以及训练和测试流程,开发了相应的程序。结果表明:该方法提高了基础设施建设现场扁平-闭环安全管理的效率,为智能安全管理提供了崭新的思路,达到了机器自动识别典型隐患的目的,研究结果对建设工程安全隐患自动分类分析具有参考意义。
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抽水蓄能电站极端甩负荷工况球阀协同调节  收藏
黄伟, 杨开林, 郭新蕾, 马吉明, 李甲振
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (8): 635-644.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.013
Abstract  (0) PDF (1617KB) (32)
为解决某些抽水蓄能电站设计方案在极端甩负荷工况下单纯采用优化导叶关闭规律的策略不能将蜗壳和尾水管压力限制在允许范围内的问题,提出了一种进水球阀与导叶协同调节的过渡过程控制策略,并通过一维数值模拟评估了导叶关闭规律、水泵水轮机特性及球阀关闭规律等因素对机组转速、蜗壳及尾水管压力的影响。工程实例表明:进水球阀协同导叶参与调节的控制方式对机组转速、球阀进口压力以及尾水管进口压力的第1波变化影响较小,但可显著降低机组转速和球阀进口压力的第2峰值,提高尾水管进口压力的第2波谷值。该调节方式还可有效避免机组进入小开度下的“S”形不稳定区,达到改善水击压力和减小压力脉动的效果。
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温-水-土-结构耦合作用下寒区梯形衬砌渠道结构形体优化  收藏
王羿, 刘瑾程, 刘铨鸿, 王正中
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (8): 645-654.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.010
Abstract  (0) PDF (3446KB) (40)
为提高寒区大型梯形渠道结构输水及抗冻胀破坏能力,采用分层序列法构建渠道断面水力与抗冻胀双目标优化方法。为准确反映温、水、土等外环境与衬砌结构耦合作用所导致的渠道冻胀变形过程,基于冻土水-热-力耦合冻胀理论建立了衬砌渠道冻胀分析模型。以水力最优为第1层次优化,以所得形体几何参数作为抗冻胀优化的解集空间;在第2层次的抗冻胀优化过程中提出了衬砌结构整体刚度指标,并以整体刚度指标最小作为优化目标,以衬砌允许最大法向位移和拉应力作为约束条件;通过COMSOL软件二次开发对冻胀模型控制方程进行有限元求解。工程算例表明:优化结果体现了对渠道行水和衬砌抗冻胀的改进;与原设计相比,优化后渠道结构整体刚度系数减小30%~48%,提高了对冻胀变形的适应能力。该方法可为类似工程设计提供参考。
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中国风险投资活动的城市与行业扩散机制  收藏
段了了, 孙伟增, 郑思齐
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (8): 655-662.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.017
Abstract  (0) PDF (1974KB) (54)
风险投资是促进高新技术产业发展的重要力量,对于推动产业升级和经济增长具有重要意义。然而,中国风险资本在城市间和行业间的分布不均衡现象突出,不利于落后地区和行业的发展。该文利用中国风险投资事件的微观数据,通过构建投资决策模型,分析风险资本投资初创企业的影响因素。研究结果表明:风险投资者的行业经验与城市经验、初创企业的发展成熟度、联合投资者的行业经验与城市经验都能够显著提高投资概率;同时,风险投资者经验和被投资企业的成熟度有助于推动风险资本进入新城市和新行业,而联合投资者的经验未能发挥预期作用。
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PPP项目控制权配置影响因素及合理配置原则  收藏
王守清, 牛耘诗, 伍迪, 褚晓凌
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (8): 663-669.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.020
Abstract  (0) PDF (951KB) (52)
控制权的合理配置是政企合作(PPP)项目成功的重要前提条件,但在不同项目中配置方案的最优解往往不同,因此控制权配置影响因素和配置原则具有重要的理论与实践价值。该文运用控制权内涵、决策理论和失效模式与影响分析(FMEA)将不同影响因素所体现的项目特征描述为PPP项目中不同决策的3个维度的重要性程度,并采用因子分析方法识别这些影响因素与项目决策之间的关系,提取出PPP项目控制权配置的15个可能影响因素。应用OLS和Logistic两种回归方法探究这些影响因素对PPP项目控制权分配的影响机理。研究结果发现:产品与服务的公共化程度、项目公司的风险管控水平、项目技术的创新化程度等12个影响因素对政企双方的控制权子权利具有不同的影响作用。基于该结论提出了PPP项目控制权合理配置原则的4项针对性建议,即发挥企业专业优势、政府合理放权、保证企业合理收益、实现政企双方的共赢合作。
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人字形面齿轮几何设计与基本特征分析  收藏
冯光烁, 顾永鹏, 兰旭东, 周明
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (8): 670-682.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.015
Abstract  (0) PDF (6853KB) (159)
该文提出了一种新型面齿轮副,即人字形面齿轮副。基于全齿面精确建模的面齿轮副设计方法,建立了人字形面齿轮副的几何设计方法。建立了虚拟产形齿轮的数学模型,推导了人字形面齿轮的数学模型,得到了人字形面齿轮副的精确三维实体模型。基于有限元加载接触分析方法,分析了人字形面齿轮副的基本特征:轮齿接触、圆柱齿轮轴向力、重合度、传动误差、内外侧轮齿齿宽的影响、内外侧轮齿相位的影响。数值研究表明人字形面齿轮副具有如下优点:圆柱齿轮无轴向力,简化了轴承支撑;可以采用大传动比、大螺旋角,承载能力强,振动噪声水平低,适用于高速重载场合;旋转方向敏感度低,适宜用于需要双向转动的场合。该文最后总结了人字形面齿轮副的设计准则。
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基于零偏置电流的磁悬浮电主轴动不平衡力抑制  收藏
荣海, 周凯, 毛飞龙
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (8): 683-688.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.059
Abstract  (0) PDF (1673KB) (41)
磁悬浮系统在偏置电流控制策略下会产生高功耗,造成温升、热变形以及传感器的温漂等,影响转子的悬浮精度。此外,由于动不平衡力、传感器测量失真以及电机偏心磁拉力等因素影响,会引起转速的同频和倍频振动。该文在传统的零偏置电流控制基础上,提出了基于多频率陷波器的动不平衡力抑制策略。首先,利用零偏置电流控制策略来降低磁轴承功耗,针对零偏置电流策略带来的系统非线性,将电流到位移的非线性系统转化为电磁力到位移的线性系统,再采用线性控制策略设计位移控制器。其次,在零偏置电流策略的基础上,引入多频率陷波器来抑制转子的同频与倍频振动。通过实验对比了不开启同频陷波器控制、仅开启同频陷波器控制以及开启多频率陷波器控制3种情况,验证了所提出的多频率陷波器策略能够有效抑制转子的同频与倍频振动。该方法不仅有效地抑制了转子的周期性振动,还大大降低了磁轴承功耗。
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行星车动力学建模及解算方法综述  收藏
冷舒, 居鹤华
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (9): 689-698.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.010
Abstract  (0) PDF (0KB) (153)
深空探测中行星车的动力学建模及实时解算是控制行星车安全行驶的基础。因行星车运动速度很慢,且通过摇臂结构组装而成,故其可以看作多刚体系统。该文介绍了多刚体动力学建模领域的主流方法,分析了上述方法的基本原理,并浅析它们的优缺点。同时因轮土力学的计算结果是行星车的外部作用力,故针对模型解算时存在的轮土力学问题进行调研,得到了钢轮软土模型的解决方案。通过总结上述方法,为行星车动力学建模与实时求解提供了解决思路。
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遥感卫星对区域目标可见性的快速计算方法  收藏
鄂智博, 李俊峰
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (9): 699-704.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.020
Abstract  (0) PDF (2010KB) (133)
遥感卫星对区域目标可见时间窗口的快速计算,对卫星观测规划任务具有重要意义。该文提出了一种快速算法,首先根据卫星视场类型以及与地面点的几何关系,给出判断卫星对地面点可见性的方法;然后通过离散时间步长结合二分搜索的方法,精确计算卫星对单个离散点的可见时间窗口;最后根据所有离散边界点的可见窗口最终得到对区域目标的可见时间窗口。仿真结果表明:该算法具有很高的效率和精度,与STK(satellite tool kit)计算得到的结果偏差在0.01 s量级。
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近距离航天器间碰撞概率线性模型的解析修正  收藏
姜薇, 蒋方华, 李俊峰
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (9): 705-711.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.026
Abstract  (0) PDF (1360KB) (49)
该文提出一种针对近距离航天器间碰撞概率线性模型的解析修正法。原有碰撞概率线性模型较简单,使用条件严格,适用范围有限,不适用于轨道差别较小的相对运动情况。通过分析碰撞概率线性模型计算结果与Monte Carlo仿真计算结果之间的误差,寻找其与航天器间最大和最小相对运动距离之间的近似解析关系,对原有线性模型进行修正,使其更接近真实碰撞概率。仿真结果表明:该方法拓展了原有线性模型的适用范围,并提高了精度。
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基于在线模型辨识的飞行器多约束复合制导技术  收藏
程林, 张庆振, 蒋方华
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (9): 712-719.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.018
Abstract  (0) PDF (2142KB) (44)
针对飞行器再入制导问题,该文引入控制变量参数化、积分问题转换和在线模型辨识等技术,提出一种跨周期迭代的可行轨迹预测校正算法,并结合标称轨迹跟踪算法形成一套多约束复合制导方案。利用一种复合高度-速度(height velocity,HV)飞行走廊,将再入轨迹规划问题简化为单调函数寻根问题。为提高射程预测计算效率,引入Gauss-Legendre求积公式,将积分问题转化为函数计算问题。采用递推最小二乘估计方法,收集历史预测信息,实现模型在线辨识功能,并采用跨周期Newton-Raphson方法完成高度权重系数的在线修正。在标称轨迹跟踪器设计的基础上,开展飞行器数值仿真试验,结果表明:基于在线模型辨识的复合制导方法具有显著的速度优势,且具有优异的自主性和自适应能力。
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航天器姿态机动的敏捷性评估  收藏
印明威, 王贤宇, 李京阳, 宝音贺西
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (9): 720-728.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.012
Abstract  (0) PDF (0KB) (64)
利用最优控制提高传统卫星的敏捷性收益巨大,但风险并存,为了量化敏捷性的改善程度,评估不同航天器的敏捷性,该文提出了一种评估方法。首先,对航天器传统机动和时间最优机动进行了分析。其次,以姿态机动的时间为中间量,构建了近似角加速度包络和等效敏捷包络。然后,引入了敏捷因子和敏捷性曲线的概念,对姿态机动的敏捷性进行定量评估。最后,给出了仿真算例验证方法的可靠性。仿真结果与前人的研究相印证,准确地预估了航天器的平均机动时间。结果表明:该方法可以定量地评估航天器的敏捷性,广泛适合于有角速度、角加速度等各种约束的情况。
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单载波超宽带系统的时域分数级分集方法  收藏
李博华, 裴玉奎
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (9): 729-736.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.028
Abstract  (0) PDF (2586KB) (50)
单载波超宽带(SC-UWB)系统存在长时延密集多径,严重影响系统性能。传统信道均衡方法的均衡效果不够理想,而传统分集方法的硬件复杂度高且数据冗余量大。该文提出一种单载波频域均衡(SC-FDE)与时域分数级分集联合设计方法,以对抗超宽带(UWB)系统的复杂密集多径。该方法在发端为两个或多个信息支路配备一个分集支路;收端先进行SC-FDE,然后将信息支路和分集支路得到的均衡结果进行基于后验概率的分集合并或低复杂度的等增益分集合并,最终恢复出原始数据。该方法具有单天线、低冗余的特点,仅需1.5倍或更低倍数的分集,即可取得良好的分集增益。仿真结果表明:在误码率为10-3下,该方法与SC-FDE相比有3 dB的分集增益。
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用于量子安全直接通信的空间耦合LDPC-BCH码  收藏
王平, 孙臻, 殷柳国, 陆建华
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (9): 737-743.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.025
Abstract  (0) PDF (4068KB) (62)
受光源、光器件和光纤损耗影响,量子安全直接通信系统的信息传输面临删除概率极大、接收概率极低的难题。为保证量子安全直接通信系统信息传输的可靠性,该文提出了基于空间耦合LDPC-BCH码的信道补偿方案,解决了极低码率码字构造和逼近Shannon限实用码字设计2方面的问题。将多个相同的分组LDPC-BCH码通过边连接的方式耦合起来构造得到了空间耦合LDPC-BCH码。建立了空间耦合LDPC-BCH码集的外信息转移函数,并基于外信息转移函数分析了码集的译码门限值。仿真结果表明:与分组LDPC-BCH码相比,空间耦合LDPC-BCH码的译码门限更接近Shannon限,误比特率更低。在信道接收概率为0.4%时,采用传输效率为0.001的空间耦合LDPC-BCH码信道补偿方案,系统误比特率低于10-6
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基于硅PN结发光的量子密钥分发发射单元器件  收藏
黄卫绍, 张巍, 黄翊东
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (9): 744-749.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.017
Abstract  (0) PDF (2365KB) (38)
该文面向便携设备与主机间实现短距离量子密钥分发(quantum key distribution,QKD)的应用场景,基于BB84协议提出一种小型化QKD发射单元器件。该器件采用硅PN结反向击穿作为光源发光机制,配合金属线栅偏振器实现4种不同线偏振态光子的发射。利用光阑和凸透镜实现发射光子的准直输出,并消除不同偏振光子在发射位置上的差别。数值计算结果表明:经过参数优化该器件可以实现大于20 dB的偏振消光比,原始密钥生成率可以达到3 kb/s。该器件结构高度可以控制在5 mm之内,便于在便携设备中应用。
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基于依存树的藏语语义分析  收藏
夏吾吉, 华却才让
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (9): 750-756.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.003
Abstract  (0) PDF (1044KB) (32)
藏语语义依存分析是以藏语依存句法分析为基础的深层语义研究。该文从词法分析和句法分析等浅层研究出发,结合藏语自身语法结构和语义单位之间的关系特点,实现了藏语语义依存分析。在制定了藏语语义依存关系标注规范并设计了藏语语义依存关系特征模板的前提下,采用感知机进行了藏语语义依存分析模型的训练,经实验该模型在人工标注测试语料上的根准确率、依存弧准确率、依存弧类型准确率及完全准确率等4个指标分别达到了89.56%、78.63%、71.67%及32.32%,证实了该模型在藏语语义依存分析任务中具有良好的性能。
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双足负重行走中扁担参数对腰部力矩影响的仿真研究  收藏
许宇宁, 黄京, 陈恳, 付成龙
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (9): 757-764.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.014
Abstract  (0) PDF (1194KB) (33)
扁担通过将重物分配在躯干前后来改变负重的传递路径,从而降低维持躯干竖直所需的腰部力矩。传统针对负重行走的建模研究主要集中在竖直方向而忽略了行走过程中腰部力矩维持躯干竖直所产生的能量消耗。该文建立了具有躯干的扁担负重模型。通过仿真计算获得了行走速度、扁担长度与扁担悬绳长度对负重行走时腰部力矩的影响。研究结果表明:腰部力矩的影响不可忽略,延长扁担、减少重物摆动、恰当的重物合质心位置均有利于降低腰部力矩。实际扁担挑运过程中挑运者对扁担长度、悬绳长度的选择,及扁担挑运过程中挑担者用手控制重物摆动都是为了降低行走中最大腰部力矩及腰部力矩能耗。
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组织细化对AZ91D镁合金腐蚀性能的影响  收藏
刘瞿, 陈高强, 曾申波, 张帅, 潘际銮, 史清宇
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (9): 765-771.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.25.003
Abstract  (0) PDF (8027KB) (41)
镁合金在含电解质水溶液中较差的耐腐蚀性能极大地限制了其工程应用。该文以开发一种有效改进镁合金耐蚀性能的加工工艺为目的,采用搅拌摩擦加工(friction stir processing,FSP)对铸态AZ91镁合金的耐蚀性进行改性处理,并分析了微观组织细化对镁合金耐蚀性的影响规律。通过电化学实验分析发现,加工处理后镁合金在质量分数3.5%的NaCl水溶液中的极化阻抗Rp提高了约1倍。微观组织分析结果表明是因为镁合金中的第二相β-Mg17Al12的形态和分布的改变影响了镁合金的腐蚀过程。一方面,细化的阴极相β-Mg17Al12增大了阳极与阴极的面积比,弱化了镁合金中严重的电偶腐蚀倾向。另一方面,大量细小的第二相β-Mg17Al12在腐蚀过程中再沉积在镁合金的表面形成保护层,显著抑制了α-Mg基体的腐蚀扩展。
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预紧力与非线性作用的螺栓结合部动力学特性  收藏
赵彤, 郭俊杰, 吕玉红
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (9): 772-779.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.014
Abstract  (0) PDF (5492KB) (45)
为研究预紧力对螺栓结合部动力学特性的影响,该文选择一种双螺栓结合部试件作为研究对象,通过理论推导利用集中参数法在试件一阶模态处建立了单自由度简化模型;通过模态实验获得了不同螺栓预紧力下结构一阶动力学特性的变化情况;在激振实验的基础上,利用力状态映射法对结合部在不同预紧力下非线性等效动力学参数进行了辨识。结果表明:结合部非线性会随预紧力降低而增强。在预紧力较低时,对结合部进行准确动力学建模需要考虑非线性因素的影响。
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基于弹性接触下的微幅滚动隔振机构  收藏
管高峰, 徐登峰, 朱煜, 喻强, 李强
清华大学学报(自然科学版)    2019, 59 (9): 780-784.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.25.063
Abstract  (0) PDF (1893KB) (57)
以往将滚动机构用于微幅隔振领域时,其建模通常是基于刚性接触和纯滚动运动的假设,理论与实测固有频率存在较大偏差。为了解决上述问题,该文在弹性接触前提下,考虑接触面弹性变形和微观滑动的影响,根据Lagrange方程建立新的保守系统运动微分方程,进而得到固有频率表达式。以往结果仅包含结构参数,该文表达式还包含了相关材料参数。理论结果表明:接触面之间弹性变形储存的弹性势能是以往研究中固有频率偏差的主要来源;实验结果表明:该文所提出的理论比以往模型更接近实测结果,相较于以往模型70%的偏差,该文所提模型的偏差下降到25%。
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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) (181)
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) (101)
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) (28)
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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