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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)
      2017年, 第57卷, 第7期 上一期    下一期
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    计算机科学与技术
    大迎角非定常气动参数辨识研究  收藏
    张婉鑫, 朱纪洪
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (7): 673-679.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.021
    摘要 ( 19 )   HTML    PDF (1207KB)
    针对现有模型在非定常气动参数辨识中存在的局限性,该文对大迎角机动过程非定常气动特性进行了研究,提出了一种建模方法。该方法结合物理机理,以广义气动导数模型为基础,受到Wiener模型建模思想的启发,建立了动态特性和静态特性分解的模块化级联模型。通过平方相关系数评价各模型项对非定常特性的贡献,确定最终模型结构,并给出了参数估计中相关的数据处理方法。用类F-22模型的风洞试验数据验证了提出的辨识方法,结果表明:模型辨识精度高,相对误差可控制在5%以内,可以有效地描述工程中非定常气动参数。
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    基于故障树的域名解析故障分析方法  收藏
    许海燕, 王营康, 杜跃进, 闫健恩, 张兆心
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (7): 680-686.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.022
    摘要 ( 17 )   HTML    PDF (1100KB)
    域名系统(domain name system,DNS)是Internet的重要基础设施,其核心功能是域名解析。为保证域名解析的可用性以及解析结果的正确性,需要参与解析的域名服务器正常、 稳定工作。该文针对域名解析过程中的安全性问题,提出了一个域名解析故障分析方法。首先,根据域名解析过程的依赖关系构造依赖图;其次,运用故障树分析法挖掘出了保证域名解析的关键服务器集合和引起域名解析故障的关键服务器集合,用来定位DNS重点防护区域;最后,使用该方法对单个域名和Alex Top 50 000的域名进行了解析故障分析。结果发现,部分域名区域配置存在不合理的依赖关系,这将导致非必要的域名解析过程,加重DNS服务器的解析负载。
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    无线Mesh网络恶意节点检测模型  收藏
    杨宏宇, 李航
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (7): 687-694.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.023
    摘要 ( 23 )   HTML    PDF (1363KB)
    针对现有恶意节点检测方法对无线Mesh网络恶意节点检测效率低的问题,该文提出一种基于移动Ad-hoc网络更优方案(better approach to mobile Ad-hoc networking,BATMAN)路由协议的恶意节点检测模型(malicious node detection model based on BATMAN,MNDMB)。在无线Mesh网络中使用BATMAN路由协议,在网络节点上安装源节点消息解析模块,根据解析模块生成的参数和相应阈值的比较判断出可疑节点,通过一致性投票机制计算出可疑节点置信值作为恶意节点判定的标准。仿真验证结果表明:与现有方法相比,MNDMB在无线Mesh网络中具有较高的恶意节点检测率和较低的误报率。
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    安全策略及设计规范的半形式化方法  收藏
    邓辉, 石竑松, 张宝峰, 杨永生, 刘晖
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (7): 695-701.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.024
    摘要 ( 21 )   HTML    PDF (1274KB)
    对安全功能要求的错误理解会在IT产品中引入内在的安全缺陷。半形式化方法可提高描述安全功能要求的准确性,增强设计的合理性,从而有助于降低引入安全缺陷的风险。因此,该文将重点研究产品安全策略及设计规范的半形式化描述及验证方法。首先,论述了通过分析安全功能接口,从安全功能要求中提取安全策略,以及从模块设计中提取设计规范的一般方法,给出了降低耦合性的子系统和模块划分规则;其次,通过选择和改进现有的半形式化工具,给出了描述安全策略以及设计规范的半形式化方法;最后,以IC卡芯片产品的测评为例,通过对部分安全策略以及设计规范进行半形式化处理,论证了产品所采取的安全策略可使安全功能要求得以充分满足,且相应的设计规范也是合理的。结果表明:该文所建立的半形式化方法在一定程度上适于所有信息技术产品的安全测评。
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    视觉系统光学渐晕效应非线性补偿方法  收藏
    丁莹, 范静涛, 权巍, 韩成
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (7): 702-706.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.025
    摘要 ( 25 )   HTML    PDF (1203KB)
    视觉系统在工业生产等领域的应用越来越广泛,而光学渐晕效应直接影响着成像系统采集图像的质量,进而影响了视觉检测的精度。该文提出了一种光学渐晕效应非线性补偿方法,基于对渐晕效应的原理分析,定义了图像的相对曝光量,利用耦合采样解耦重建的方式,求解相机响应函数,构建渐晕效应补偿模型对图像进行渐晕效应校正,从而保证光学系统成像质量。实验结果表明:该方法具有可行性,能够有效消除镜头的渐晕效应,为视觉检测系统的高精度检测提供了保障。
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    基于GSPAP的子带自适应声反馈消除算法  收藏
    梁维谦, 郑方, 陈朝阳, 陈高鋆
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (7): 707-712.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.026
    摘要 ( 21 )   HTML    PDF (1275KB)
    声反馈抑制需求鲁棒、 高效的自适应滤波器。该文提出一种基于Gauss-Seidel伪放射投影(Gauss-Seidel pseudo affine projection,GSPAP)的子带自适应声反馈消除算法。通过加权重叠相加滤波器组进行子带划分,子带上采用参考信号的自相关矩阵取代能量对滤波器的自适应步长进行归一化;在自相关矩阵的迭代公式中引入基于输入信号和参考信号能量最大值的自整定系数,增强算法鲁棒性;选用二阶 GSPAP 迭代法对自相关矩阵解算求逆,以平衡算法性能与复杂度。实验结果表明:在相同滤波器长度的条件下,该文方法获得11~22 dB的稳态增益增量,比时域归一化最小均方误差(normalized least mean square,NLMS)方法提升20%~55%。
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    水利水电工程
    地下能源储库群激光测量模拟与参数设计  收藏
    吕小宁, 刘晓丽, 段云岭, 汤志立
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (7): 713-719.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.027
    摘要 ( 12 )   HTML    PDF (2924KB)
    实际的激光测量中往往无法综合考虑激光测量参数的影响,导致激光测量参数设计不合理,测量数据质量不高。该文基于激光测量参数的影响特点,综合考虑多个影响因素,建立了激光测量参数的控制标准和地下能源储库测量参数设计模型,并对具体的测量参数进行了流程设计。结合实际的地下能源储库的工程参数及工程要求,实现了固定式和移动式激光测量方法的测量模拟和参数设计,并采用设计的测量参数进行了地下能源储库的激光测量,得到了较高质量的测量数据。结果表明:激光测量模拟与参数设计方法是一种有效地满足复杂工程应用和测量要求的参数优化设计工具。
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    CFD-DEM耦合计算中的体积分数算法  收藏
    刘德天, 傅旭东, 王光谦
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (7): 720-727.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.028
    摘要 ( 17 )   HTML    PDF (2305KB)
    CFD-DEM耦合方法已越来越广泛地应用于多相流研究,流体体积分数模型是其连接宏观尺度(连续介质)与微观尺度(离散介质)的桥梁。该文提出了一种基于特征点剖分的SKM(statistical kernel method)改进型体积分数算法,通过在颗粒空间影响范围的三维方向上布置特征点,实现对所影响CFD网格的标记和对颗粒体积的分解,将CFD网格的迭代搜索转化为空间特征点的识别;结合算法参数优化,有效解决传统算法在并行计算中内部边界处的截断误差,显著提升计算效率。数值实验表明:改进的算法可以有效处理颗粒粒径D与CFD网格尺寸L相当时的情形,覆盖传统的颗粒不解析(unresolved particle,L >> D)耦合方法与颗粒解析(resolved particle,D >> L)耦合方法间的过渡区域。该算法有助于拓展CFD-DEM耦合计算中颗粒粒径的适用范围,在大规模固液耦合模拟计算中具有广泛应用前景。
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    水位骤降环境土工织物加固土坡的离心模型试验  收藏
    张嘎, 罗方悦, 刘扬, 王爱霞
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (7): 728-731,737.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.029
    摘要 ( 34 )   HTML    PDF (1619KB)
    土工织物是土石坝堤和土坡的常用加固手段,其在水位骤降环境下对土坡的加固机理尚未阐明。该文进行了水位骤降离心模型试验,观测了土工织物加固土坡与素土坡的变形破坏过程。试验结果表明:土工织物显著减小了土坡的位移并提高了土坡稳定性;土工织物存在着与水位变化无关的分界点,其内侧和外侧分别表现为约束土坡变形和被土坡约束的不同性质;土工织物通过其与土坡的相互作用,将土坡内部的约束传递到坡外部,使土坡的变形分布更均匀,阻碍了“变形局部化发展到一定程度”这一滑裂面形成的前提条件的发生。
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    基于动态收益的水电开发利益分配模型  收藏
    陈文超, 强茂山, 夏冰清, 郑腾飞
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (7): 732-737.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.030
    摘要 ( 31 )   HTML    PDF (937KB)
    水库移民问题的本质是利益分配问题,需要通过水电开发利益重分配加以解决。该文通过引入动态收益率评判指标,建立了水电开发利益分配数学模型,给出了实现目标收益率情况下移民补偿和水电上网电价的试算求解法以及不同边界条件下模型的拓展形式;应用建立的模型,对中国西南地区某大型水电项目进行了案例分析。研究结果表明:当前水库移民是各主要参与方中收益率最低的一方,开发企业和电网企业收益率处于居中位置,而地方投资企业收益率最高;该大型水电项目蕴含着巨大的水能资源经济租空间,完全具备调节移民补偿和水电电价的能力,证明了模型及结果的合理性。该文建立的利益分配模型丰富了移民补偿理论,成果和结论对移民工作和政策制定有指导意义。
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    基于水电工程企业的组织网络协作与组织能力的交互关系研究  收藏
    雷振, 唐文哲, 孙洪昕, 尤日淳
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (7): 738-746.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.031
    摘要 ( 28 )   HTML    PDF (1282KB)
    组织网络协作和组织能力关系研究对指导企业优化配置资源和能力提升具有重要指导价值。已有研究多关注组织内部或外部等局部视角,侧重组织某单方面能力,对二者交互关系缺少全局性的量化分析,且较少关注工程建设领域。该文基于中国水电工程企业调研数据,系统揭示组织内部、 外部网络协作与组织各方面能力的交互关系,为企业绩效提升和能力建设提供全局性指导。均值排序显示了不同水电企业组织网络协作和能力状态。聚类分析揭示了工程企业能力的资源导向本质。典型相关和回归分析表明:内部协作对组织能力的作用大于外部协作;内部协作与资源动态转化能力、 外部协作与基础资源能力之间的交互表现较为突出;不同类型企业中网络协作与能力关系存在较小差异。研究结果可指导企业合理分配资源,促进项目绩效提升和企业可持续发展。
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    汽车工程
    电动车用可控式离心离合器力矩特性  收藏
    宋海军, 宋健, 方圣楠, 李飞, 台玉琢, TRUONG Sinh Nguyen
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (7): 747-752.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.032
    摘要 ( 32 )   HTML    PDF (1259KB)
    接合速度和力矩调节特性建模是可控式离心离合器在电动车自动变速器上应用的关键。该文首先通过分析离合器力矩特性的影响因素,建立了离心蹄块摩擦接合状态的力矩平衡方程,得到离合器力矩原始解析模型。其次,对离心蹄块的均布离心力和蹄鼓间接触压力合理简化,进一步得到离合器力矩β解析模型。对β为0°~90°的离合器接合速度调节特性和力矩调节特性进行计算分析,结果表明:该模型能够满足电动车用自动变速器对离合器特性的要求。最后,建立离合器虚拟样机,对离合器力矩调节特性进行验证,结果表明β解析模型能够反映离合器力矩调节基本特性。
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    轴向变密度铝泡沫件的动态和静态压缩实验与有限元模拟分析  收藏
    吕振华, 孙靖譞
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (7): 753-762.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.033
    摘要 ( 24 )   HTML    PDF (3647KB)
    针对工程中常见的厚度方向变密度的闭孔铝泡沫材料,该文通过动态和静态压缩实验与模拟分析,探讨了大尺度变密度铝泡沫部件变形与吸能特性分析的有限元模型构建方法。对变密度铝泡沫大试样的准静态压缩和冲击压缩实验研究表明:厚度方向变密度铝泡沫材料的压缩过程呈现从低密度层开始的逐层屈服变形伴随整体变形的特性,与密度均匀的铝泡沫材料的变形特性显著不同。该文建立了变密度铝泡沫大试样的分层变密度变尺度有限元模型和近似的密度和尺度均匀的有限元模型,计算结果对比分析表明:分层变密度变尺度有限元模型能够模拟实际材料的逐层屈服变形特性,计算的试样准静态和冲击压缩变形与吸能特性等与实验结果相符;而基于均匀模型的计算结果则不能模拟逐层变形特性,与实验结果及理论特性明显不相符。分层变密度变尺度有限元模型的单元尺度会影响逐层屈服变形特性模拟结果,基于单元尺度接近实际铝泡沫材料胞元尺度的分层有限元模型的计算结果与实验结果一致性较好。这些研究结果对各种结构的铝泡沫材料应用研究具有重要意义。
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    物理与工程物理
    基于心冲击信号的心率检测  收藏
    张先文, 张丽岩, 丁力超, 魏荣荣, 王婕, 唐劲天
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (7): 763-767.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.034
    摘要 ( 22 )   HTML    PDF (1170KB)
    心冲击信号(ballistocardiogram,BCG)是由心脏搏动和大动脉血液循环引起的人体对外压力的变化,可用于无接触心脏活动检测。该文使用PVDF(polyvinylidene fluoride)压电薄膜,研制心冲击信号-心电信号(electrocardiogram,ECG)联合采集设备,并提出自适应模板匹配算法,基于心冲击信号计算心动周期,实现心率实时检测。采集24名健康成年人信号,对比ECG与BCG在心率检测方面的差异,同时评价算法的有效性。结果表明:BCG和ECG在计算心率方面无显著差异,自适应模板匹配算法查准率达到99.77%,查全率达到99.56%,准确性符合要求。
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    载钆液闪探测器的稳定性测试与探测效率刻度  收藏
    王力, 杜强, 康克军, 岳骞
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (7): 768-773.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.035
    摘要 ( 12 )   HTML    PDF (2467KB)
    中国暗物质实验(China dark matter experiment,CDEX)合作组设计并研制了大体积载钆液体闪烁体快中子探测器,用于中国锦屏地下实验室(China JinPing underground laboratory,CJPL)的快中子本底测量。该探测器基于反冲质子信号与钆俘获热中子产生的γ信号之间的符合测量方法,有效地抑制环境γ本底,提高对快中子的探测灵敏度。该文对该探测器进行了稳定性测试和单能中子探测效率刻度,实验结果表明:该探测器稳定可靠,且具有良好的中子、 γ信号甄别能力,以及较高的探测效率,适合对地下实验室极低通量快中子进行测量。
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    航空航天与工程力学
    不同组分对航空煤油物性替代模型的影响  收藏
    裴鑫岩, 侯凌云
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (7): 774-779.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.036
    摘要 ( 28 )   HTML    PDF (1535KB)
    该文旨在建立航空煤油RP-3的热物性替代模型,为换热计算与实验奠定基础。首先,通过对比已有研究中的8种航空煤油替代模型,分析各模型对比热的计算结果的影响,选择了具有代表性的直链烷烃、 环烷烃和苯类物质3类组分进行分析。其次,研究各类组分对热物性参数的影响,结果表明组分的影响主要表现在拟临界点温度处对应物性值的预测上。最后,基于理论分析比较提出了4组分物性替代模型,经实验验证,在不同压力下的比热容、 密度、 黏度3个物性计算结果与实验值符合良好。
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    核能与新能源工程
    基于位错密度的体心立方晶体塑性本构模型  收藏
    聂君锋, 汤镇睿, 张海泉, 李红克, 王鑫
    清华大学学报(自然科学版). 2017, 57 (7): 780-784.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2017.25.037
    摘要 ( 24 )   HTML    PDF (1358KB)
    晶体塑性理论是将晶体微观尺度的位错运动与宏观尺度的塑性形变相结合的重要理论,提供了在细观尺度内研究材料力学行为的有效方法。位错的密度变化对金属晶体的硬化行为有着重要的影响。该文在晶体塑性理论的基础上引入位错运动理论,建立基于位错密度的体心立方晶体(body center cubic,BCC)塑性本构模型,研究BCC的力学行为;并借助ABAQUS有限元软件,编写UMAT子程序,实现对BCC结构的铁单晶及多晶单轴拉伸试验的数值模拟。结果表明:该本构模型能有效地模拟铁单晶及多晶单轴拉伸的力学行为。
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