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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)
      2021年, 第61卷, 第1期 上一期    下一期
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    专题:汽车部件
    动力保持型三挡AMT动力学特性  收藏
    李飞,宋健,方圣楠,宋海军
    清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (1): 1-10.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.020
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (7456KB)

    该文研究了纯电动客车动力保持型三挡电控机械式自动变速器(AMT)的动力学特性,该AMT可消除换挡时的动力中断。利用Lagrange方程,建立动力保持型三挡AMT动力学模型;采用MATLAB/Simulink,对安装动力保持型三挡AMT和未安装变速器的目标车型,作了加速、减速全过程仿真和动力性对比;通过模型得到换挡过程中离合器、制动器的力矩曲线,分析了驱动电机输入转矩和主减速器输出转矩;结合动力学方程,验证了换挡过程动力保持的可行性。结果表明:安装动力保持型三挡AMT,有助于改善纯电动客车的动力性,实现换挡时的动力保持。

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    双气室式液阻减振器阻尼特性的三维流固耦合有限元仿真分析  收藏
    徐文雪,吕振华
    清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (1): 11-20.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.021
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (17070KB)

    利用双气室式液阻减振器的较精细三维流-固耦合有限元仿真分析模型获得了减振器的高速阻尼特性,并进行了实验验证。系统地分析了双气室式液阻减振器在不同初始气室容积、初始充气压强下的高速阻尼特性,并与相应的单气室式液阻减振器的阻尼特性进行了对比。单气室式液阻减振器压缩室内气室会增加压缩行程中油液的空化可能性,双气室式液阻减振器可克服这一问题,但会导致行程初期阻尼力的延迟反向。选择较小气室容积、较大充气压强的参数匹配方案可获得较好的阻尼特性;阻尼力反向迟滞时长比值随活塞振动频率的增大而增大;在活塞位移幅值相同的工况下,压缩行程迟滞阻尼力比值随频率的增大(2.5~15 Hz)而减小,伸张行程迟滞阻尼力比值随着活塞振动频率的增大先增大(2.5~10 Hz)、后减小(10~15 Hz)。该研究结果对于双气室式液阻减振器的设计具有重要意义。

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    鼓式制动器疲劳寿命预测  收藏
    王晓颖,范子杰,边疆,桂良进
    清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (1): 21-27.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.21.007
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (9052KB)

    鼓式制动器是重型商用车的关键安全部件,研究其疲劳寿命预测方法具有重要的工程意义。制动鼓的开裂是鼓式制动器失效的主要形式。该文首先建立并验证了鼓式制动器温度-应力顺序耦合的有限元模型,并获取了加速疲劳工况下制动鼓的动态应力曲线;然后拟合了高温状态下内表面材料的应力应变关系,代入动应力曲线作为疲劳载荷,使用Manson-Coffin-Basquin模型计算得到内表面各点的失效寿命;最后借助加速疲劳试验结果验证了鼓式制动器的疲劳寿命预测方法。该方法分析了制动器在实际工作过程中的热机载荷波动,考虑了制动鼓材料高温状态性能下降的影响,能够满足工程中制动器失效行为预测的使用需要,可为后续的优化设计奠定基础。

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    机械工程
    NL201HA数控卧式车床X轴热误差建模及补偿  收藏
    罗勇,邵珠峰,王立平,丘嘉豪,盛哲瑾
    清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (1): 28-35.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.022
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (5278KB)

    该文分析了数控卧式车床热误差对机床加工精度的影响。利用红外热像仪、位移传感器和温度传感器记录热误差数据,建立热误差模型和热误差补偿系统。利用红外热图像和相关分析,对关键测温点的位置进行了优化。然后,建立了车床主轴径向(X方向)热误差的线性回归模型。实验结果表明:线性回归模型是鲁棒的,适用于机床热误差建模。利用线性回归模型开发了基于Siemens828D型数控系统及S7-300PLC(可编程逻辑控制器)的热误差补偿系统。检测结果表明:轴径向热误差由原来的10 μm减少到5 μm以内,精度提高50%以上。

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    电极极性和保护气体种类对TIG电弧辅助MIG焊引弧性能的影响  收藏
    汤莹莹,朱志明,符平坡,张天一
    清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (1): 36-41.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.023
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (8124KB)

    通过电信号-高速摄像采集系统记录钨极惰性气体保护-熔化极惰性气体保护(TIG-MIG)复合焊引弧过程中的电压-电流信号和电弧图像,研究了TIG焊和MIG焊的电极极性接法、MIG焊保护气体种类对TIG电弧辅助MIG焊引弧性能的影响。试验结果表明:MIG焊采用直流反接是TIG电弧辅助MIG焊依靠细长放电通道实现非接触引弧的必要条件,TIG焊采用直流正接还是反接仅影响TIG电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的容易度;MIG焊非接触引弧是由于TIG电弧外层的电子向MIG焊丝末端移动,在途中与周围的保护气体发生频繁碰撞并使之部分电离,产生大量正负带电粒子,导致间隙的电导率显著提高,以致间隙在低电压下发生了电击穿;相比Ar+1% O2(体积分数)和Ar+15% CO2(体积分数),MIG焊在纯Ar中实现非接触引弧更容易。

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    截瘫助行外骨骼髋关节离合式弹性驱动器  收藏
    刘宇霖,李银波,卢仁浩,关鑫宇,季林红
    清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (1): 42-49.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.21.015
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (6479KB)

    外骨骼能够帮助截瘫患者行走和康复训练。动力助行外骨骼对患者自身的肌肉力量要求较低,但其驱动电机尺寸、重量较大;无动力储能助行外骨骼不需要电机,但对患者的肌力有一定要求,长时间行走容易导致患者疲劳。该文结合两者优势,设计了一种基于棘轮棘爪机构的离合式弹性驱动器,作为助行外骨骼机器人的髋关节驱动器。在支撑期,截瘫患者依靠自身肌力和拐杖转移重心,同时电机将能量储存在扭簧里;在摆动期,已充分储能的扭簧迅速释放能量帮助患者向前迈腿。该文建立了驱动器在支撑期(扭簧储能)和摆动期(扭簧释能)的动力学模型,并以峰值功率为优化目标,优化参数包括电机角加和减速度。仿真结果显示,对比直接用电机和减速器驱动患者髋关节,该驱动器可显著减小电机平均功率和峰值功率,因此可以通过离合式弹性驱动器特殊的设计,选用额定力矩和功率低的小电机,达到减小电机、关节驱动器乃至外骨骼整体结构的尺寸和重量的目的。

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    环境科学与工程
    降雨特征对多雨城市海绵改造小区径流控制效果的影响  收藏
    印定坤,陈正侠,李骐安,贾海峰,刘正权,沈雷
    清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (1): 50-56.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.029
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (5065KB)

    为科学定量评价不同降雨特征对多雨城市海绵改造小区径流控制效果的影响,该文基于在线监测和模型模拟相结合的方法,以某多雨地区海绵城市试点区内一个典型小区为研究对象,布置代表性的监测点对其排口流量和悬浮物(suspended solid,SS)进行连续在线监测。在此基础上构建暴雨洪水管理模型(storm water management model,SWMM),开展海绵小区改造对径流水量控制和水质净化效果评价的实证研究。利用实测在线降雨水量水质数据对模型关键参数进行率定和验证,Nash-Sutcliffe效率系数均大于0.71。在实际场次降雨和典型年降雨情景下,模拟分析了海绵改造对雨水径流水量控制和水质净化的效果。结果表明,海绵改造后,小区范围内的年径流总量控制率为52.9%,年径流削减率为28.0%,污染物负荷削减率为66.3%。整体而言,共计81场降雨事件下的径流控制率均达到70%以上。同时,研究发现极端降雨事件与各降雨事件下的降雨特征均对场降雨径流控制能力有不同程度的影响。研究区2009年内平均场降雨控制率为86.5%,而当分别不考虑极端小降雨/暴雨事件时,平均场降雨控制率为79.9%和88.2%。降雨量与雨前干期对场降雨径流控制能力的影响较大,在小雨(< 15 mm)、中雨(10~25 mm)及大雨(>25 mm)3种不同情况下,研究区的场降雨径流平均控制率分别为98.1%、73.8%和52.9%。在雨前干期大于等于6 d的降雨事件下(共15场),场降雨径流控制率均达到90%以上。而降雨历时与平均雨强对场降雨径流控制率的影响并不显著。

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    城市轨道交通地下车站站台噪声评价方法  收藏
    侯博文,曾钦娥,费琳琳,李佳静
    清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (1): 57-63.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.019
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2221KB)

    为提出适用于中国城市轨道交通地下车站运营期间的站台噪声评价方法及指标与限值,该文通过调研国内外城市轨道交通噪声评价标准及法规,系统对比了各国评价方法、评价指标及限值的异同。选取中国某典型地下车站开展了运营期间站台噪声及振动现场测试,分析了站台不同位置噪声及振动的分布情况。结果表明:该站台两端的噪声显著大于站台中部,既有规范中测点位置难以反映运营期间站台两端区域乘客的感受,建议在进行噪声评价时也应考虑两端位置处;站台最大A声级在站台两端位置达到88.4~90.4 dB(A),与站台振动叠加后会导致乘客的烦恼度显著增加,建议增加最大A声级作为辅助评价指标;1 h等效连续A声级实测结果为75.3~79.4 dB(A),高于现行规范中的铁路沿线环境噪声限值,会对在站内长期停留的乘客或站台工作人员造成一定影响。

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    工程物理
    水中铀的分离富集方法综述  收藏
    汪向伟,梁漫春,李钢,何水军
    清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (1): 64-69.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.21.011
    摘要 ( 1 )   HTML    PDF (899KB)

    铀的利用是核能开发的重要内容,然而,铀及其化合物进入水体会对环境和人类健康造成严重危害,因此水中铀的分析以及处理备受关注。该文从实验室水中铀分析以及环境含铀水体治理两方面对当前水中铀分离富集主流方法进行了阐述,详细介绍了各种方法最新研究进展以及当前存在的问题。最后总结了目前水中铀分离富集方法的优缺点和应用现状,并对水中铀分离富集方法的发展趋势进行了展望。

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    基于多智能体的突发事件下城市应急管理机制仿真  收藏
    孙潇潇,黄弘,李瑞奇
    清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (1): 70-76.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.26.022
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (1211KB)

    随着城市化进程的加快,高密度的城市人口和庞大的城市体量使得城市安全的重要性日益凸显。随着国家机构改革与应急管理部的成立,针对突发事件下新型城市应急管理体系的研究具有重要意义。该文从美国、英国与日本的城市应急管理体系入手,通过对这些国家的应急管理体系的分析,总结出3类城市应急管理机制模型,并建立了相应的突发事件模型。使用多智能体仿真对这3类应急管理机制的运行模式进行了模拟仿真,并基于模拟结果,对这3类城市应急管理机制的运行效率进行了定量评估,结果表明:“整合型”机制的优点在于更合理的任务分配与职能分工,“协调型”机制的优点在于更加流畅有序的沟通和决策。

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    电子工程
    三维人脸识别研究进展综述  收藏
    罗常伟,於俊,于灵云,李亚利,王生进
    清华大学学报(自然科学版). 2021, 61 (1): 77-88.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.21.016
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (3413KB)

    近年来,三维人脸识别研究取得了较大进展。相比二维人脸识别,三维人脸识别更具有优势,主要特点是在识别中利用了三维形状数据。该文首先根据三维形状数据的来源,将三维人脸识别分为基于彩色图像的三维人脸识别、基于高质量三维扫描数据的三维人脸识别、基于低质量RGB-D图像的三维人脸识别,分别阐述了各自具有代表性的方法及其优缺点;其次分析了深度学习在三维人脸识别中的应用方式;然后分析了三维人脸数据与二维图像在双模态人脸识别中的融合方法,并介绍了常用的三维人脸数据库;最后讨论了三维人脸识别面临的主要困难及发展趋势。

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» 2023年度优秀论文、优秀审稿人、优秀组稿人评选结果
  2023-12-12
» 2022年度优秀论文、优秀审稿人、优秀组稿人评选结果
  2022-12-20
» 2021年度优秀论文、优秀审稿人评选结果
  2021-12-01
» 《清华大学学报(自然科学版)》2020年度“优秀论文奖”和“优秀审稿人奖”颁发
  2020-11-03
» 2020年度优秀论文、优秀审稿人评选结果
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» 第十六届“清华大学—横山亮次优秀论文奖”暨2019年度“清华之友—日立化成学术交流奖”颁奖仪式
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» 热烈祝贺清华2018年度国家科学技术奖获奖创历史新高!
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» 第十五届“清华大学-横山亮次优秀论文奖”暨2018年度“清华之友—日立化成学术交流奖”颁发
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