清华大学学报（自然科学版）

清华大学学报（自然科学版）

2022年, 第62卷, 第12期

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信息科学

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环境计算：概念、发展与挑战收藏

魏泽洋, 刘毅, 王春艳, 张佳, 边江, 姚琳洁, 林斯杰, EWEKaijie

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 1839-1850. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.21.006

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环境计算是一个新的交叉学科概念, 是以解决复杂环境问题为目标, 以计算为过程载体, 进行环境过程数值分析和(或)环境数据分析的定量化研究过程的统称。这一概念支持将环境科学和计算科学的多种交叉融合方式纳入同一框架下进行讨论, 以梳理环境计算的发展脉络、归纳研究模式和识别前沿方法。该文阐述了环境计算的基本概念和主要特征, 归纳了1.0模式——基于过程机理的环境计算、2.0模式——数据驱动的环境计算和3.0模式——面向未来的融合环境计算的方法学特点和典型应用, 分析理论驱动和数据驱动相融合的环境计算发展趋势, 探讨了环境计算潜在创新与突破方向, 并提出环境计算研究面临的基础理论、关键技术及应用场景、算力以及学科交叉等方面的重要挑战。

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As-Stream：一种针对波动数据流的算子智能并行化策略收藏

李维, 李城龙, 杨家海

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 1851-1863. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.21.024

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大量研究提出了从在线资源管理层面来优化波动数据流的方法, 却忽略了从流应用层面来优化算子并行度。例如, 在Apache Storm中, 算子并行度一旦设置就无法进行动态调整。该文提出了一种针对波动数据流的算子智能并行化策略As-Stream, 显著提升了流计算平台的性能。该方法在弹性智能监控模块中基于无监督学习和自适应分析对参数进行实时调优。As-Stream包括并行瓶颈识别、参数计划生成、参数迁移转换和参数迁移调度算法。该系统在Apache Storm平台上实现, 并在真实的分布式流计算环境中进行了大量测试。结果表明, As-Stream性能比现有通用调度策略有显著提升：当资源充足时, 平均吞吐量提高了2.4倍; 当资源受限时, 平均延迟减小了44%。

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分布式数据中心信息能量协同优化策略收藏

刘迪, 曹军威, 刘明爽

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 1864-1874. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.21.016

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随着数据中心规模的不断扩大, 其能耗巨大的问题也日益突出。分布式数据中心既可以通过计算任务在多个数据中心间的分配实现功率的转移, 也可以通过单个数据中心的功率控制实现功耗和计算时延的均衡。这2种优化手段相互耦合, 且面临着来自于信息层和能量层的多元不确定性的影响, 需要快速可靠的控制手段实现数据中心信息层和能量层的协同优化。该文首先构建了分布式数据中心协同优化调节架构, 并分析了多数据中心计算任务分配与单数据中心功率优化的动态特性。其次, 构建了基于动态微分方程的信息层和能量层耦合优化问题的统一调节模型。最后, 综合考虑系统运营成本及计算时延构建目标函数, 引入最优控制理论对该问题求解, 实现数据中心信息能量的秒级协同优化控制。仿真结果表明, 相比分钟级的控制, 基于该策略的快速控制能够较好的追踪可再生能源出力以及计算任务的波动, 从而有效提升系统的经济效益及可再生能源就地消纳率。

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大动物SPECT系统设计与数值模拟收藏

张旨晗, 刘辉, 吕振雷, 侯岩松, 孙立风, 王石, 吴朝霞, 刘亚强

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 1875-1883. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.26.041

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该文选用了一种现有的大动物单光子发射断层成像(single photon emission computed tomography, SPECT)探测器架构, 在此基础上对其中的准直器系统进行了参数设计。通过理论计算视野(field of view, FOV)中心点的空间分辨率和探测效率以及投影交叠比例并设置一定约束条件, 选出了6组设计方案作为评估对象, 并利用了一种性能评估方法, 通过计算选定像素的局部脉冲响应的对比度恢复系数(contrast recovery coefficient, CRC)和方差, 对6组不同准直器设计方案进行了评估, 给出了最优化的设计方案, 并通过热圆柱模型的数值模拟成像实验对该设计方案进行了成像效果验证。理论计算和数值模拟结果表明：该设计方案在满足视野中心探测效率不低于0.03%的情况下, 热圆柱成像空间分辨率不低于3.0 mm, 达到了技术指标要求。

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水利水电工程

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特高拱坝施工期多维信息模型研究与实践收藏

谭尧升, 陈文夫, 林恩德, 林鹏, 周天刚, 周孟夏, 刘春风, 裴磊, 梁程, 尚超, 杨鹏博, 姚孟迪, 李向前, 李俊平

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 1884-1895. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.26.038

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信息模型是一种应用于现代工程设计、建造与项目管理的新型协同管理工具。基于水利水电工程施工期信息模型表达不全面、信息数据流通不畅等问题, 在物联网、区块链和人工智能等信息技术迭代更新日益频繁的背景下, 将先进信息技术与特高拱坝建造过程深度融合, 提出一种使用建筑信息模型(building information modeling, BIM)的项目协作管理方法。该文通过借鉴BIM技术和信息模型理念, 构建了特高拱坝施工期多维信息模协作管理体系, 研究多维信息模型构建方法与实现过程; 采用Visual C#网络编程技术, 研发了涵盖工程进度、质量、安全和合同等内容的特高拱坝施工期多维信息模型管理平台。以白鹤滩300 m级特高拱坝为例, 在应用实践中实现了大坝设计与施工全过程的信息化与智能化管理。该平台改善了传统水电工程信息散乱、流动效率低的问题, 利于控制施工进度和工程建设质量、辅助精准施工和技术优化, 推动项目管理水平和行业技术发展。

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淤地坝对次洪事件侵蚀动力及输沙的调控作用收藏

曾鑫, 孙凯, 王晨沣, 安晨歌, 雷慧闽, 李鹏, 傅旭东

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 1896-1905. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.22.026

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淤地坝对流域产沙的调控作用是黄土高原水土保持与治理研究中的焦点问题。该文以黄土高原岔巴沟三川口站的控制流域为例, 采用一维沟道非平衡输沙模型, 研究了单座淤地坝对次洪事件的水沙调控作用。结果发现：无坝和有坝情形的计算域出口径流侵蚀功率与输沙模数之间均为幂函数关系, 但无坝情形下的幂函数关系不能推广到有坝情形, 体现了淤地坝的调控作用, 并且淤地坝淤积状态、洪水频率是淤地坝调控作用的重要影响因素。进一步研究发现, 淤地坝存在拦沙失效淤积比例, 对于特大洪水到一般洪水, 失效淤积比例在88.3%~93.6% 之间, 而工程中的经验常数值仅适用于小洪水情形。

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基于等效孔隙网络模型的水动力弥散数值模拟收藏

张兴昊, 林丹彤, 胡黎明

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 1906-1914. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.22.011

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等效孔隙网络模型基于统计参数描述多孔介质中复杂的孔隙结构, 常用于分析多孔介质中渗流和机械弥散等物质运移过程的微观机理, 但对溶质运移过程中分子扩散作用的研究相对较少。该文基于等效孔隙网络模型研究了多孔介质中溶质的对流、分子扩散和机械弥散过程, 对多孔介质中溶质的运移规律进行研究。通过对等效孔隙网络模型参数进行敏感性分析, 研究了多孔介质孔隙结构特征对有效扩散系数的影响; 通过对比仅考虑机械弥散与同时考虑分子扩散和机械弥散的计算结果, 讨论了分子扩散对于水动力弥散过程的影响。计算结果表明：有效扩散系数受到孔隙体积与孔喉扩散能力的共同影响, 与孔喉曲率负相关, 与配位数和连接数比值正相关; 分子扩散作用与对流导致的机械弥散过程有耦合作用, 分子扩散作用加速了溶质在低流速区域的运移。该文揭示了分子扩散作用影响水动力弥散过程的微观机理, 为孔隙网络模型中的溶质运移通量计算提供了理论依据。

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基于群层次分析法的振冲碎石桩填料方法比选收藏

陈道想, 林鹏, 丁鹏, 李果, 陈涛, 余卓憬

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 1915-1921. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.26.032

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该文基于群层次分析法(analytic hierarchy process, AHP), 利用箱线图和Spearman等级相关系数分析, 通过Python语言编程计算各决策层相关参数, 建立多准则群决策模型, 破除了调研问卷数据可靠性不足及AHP一致性检验难通过的弊端。该文依托中国西南地区某水电站深厚覆盖地基振冲碎石桩处理工程, 研究了碎石桩填料方案比选决策, 结果表明：项目建设的不同参与方对不同的技术路线偏好不同, 设计人员和科研工作者更倾向于选择创新性强的技术路线, 而业主、施工和监理更倾向于比较成熟可靠的方案。根据决策结果, 现场开发了一种智能上料装置和方法, 可用于解决振冲碎石桩施工面临的填料数量和品质不精准难题, 提高了深厚覆盖地基振冲碎石桩的施工质量水平。

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基于无人机的长河段表面流场测量系统与应用收藏

曹列凯, DETERTMartin, 李丹勋

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 1922-1929. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.21.012

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针对自然河流长河段表面流场测量, 建立了巡航模式下的无人机图像测速系统。首先在测流河段两岸布置地面控制点并向水面投掷示踪粒子, 无人机巡航拍摄示踪粒子沿程运动影像, 采用多视角运动结构恢复算法校正无人机影像, 并利用粒子图像测速算法计算局部河段流场, 最终拼接生成全河段流场。该系统应用于水电站引水渠和城市河流顺直河段, 得到了大范围、高空间分辨率和高覆盖度的全河段流场, 流场空间分布准确反映了测流区域的水体运动特征; 与声学Doppler剖面流速仪和旋桨流速仪结果相比, 断面流向速度变化趋势一致, 测流相对误差分别为±10%和±5%, 符合野外测量精度要求。该系统精度合理, 应用性强, 满足了长距离河段高空间分辨率流场测量需求。

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基于可控载荷的混流泵叶轮设计及试验研究收藏

韩亚东, 谭磊, 刘亚斌

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 1930-1937. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.26.031

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叶片泵是将机械能向流体能量转换的流体机械, 叶轮是其核心过流部件。该文基于正反问题迭代设计方法, 开展混流泵叶轮设计研究。速度矩沿轴面流线的分布规律由四次函数给定, 通过中点参数和出口斜率控制速度矩, 进而分析速度矩分布规律对叶轮性能的影响。结果表明：增大速度矩中点值, 会增加叶片进口至叶中位置的载荷, 提升叶轮做功能力。速度矩中点值主要影响叶顶附近的相对速度分布和主流区的轴向速度分布。在清华大学流体机械综合试验台开展混流泵能量特性和空化特性测量, 结果表明：混流泵高效运行区平坦宽广, 最高效率为82.17%, 空化比转速为1 289。

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混流泵启动过程瞬态性能理论模型收藏

鲁阳平, 马灿, 谭磊, 韩亚东

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 1938-1944. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.26.007

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混流泵在启动过程中, 内部会出现流动冲击和旋转失速等现象, 瞬态性能十分复杂。该文通过混流泵瞬态扬程方程和管路系统阻力方程的联立求解, 建立了一套混流泵启动过程瞬态性能理论预测模型。通过给定转速加速曲线, 得到混流泵启动过程中流量和扬程随时间的变化规律。同时, 构建了混流泵与管路系统的三维几何模型, 数值计算得到了混流泵启动过程瞬态特性, 结果与理论模型预测结果吻合较好, 验证了该理论预测模型的准确性。启动过程中, 流量增大滞后于转速上升, 转速加速结束后流量缓慢增长并最终趋于稳定。混流泵瞬态扬程可分为稳态项扬程、加速项扬程和惯性项扬程。加速项扬程和惯性项扬程在启动过程中影响较大。

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气候变化下的黄河源区化学风化收藏

陈毅, 吴保生, 李敏慧

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 1945-1952. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.22.039

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高海拔流域是全球气候变暖背景下地球系统演变的重要前哨。该研究基于青藏高原黄河源区唐乃亥水文站2002—2019年间的径流量序列与水化学数据重建了该时期的化学风化过程, 探讨了气候变化下青藏高原黄河源区化学风化特征。2002—2019年, 黄河源区温度明显上升, 降水量和径流量出现增长; 年度化学风化速率在30.9~78 t·km^-2之间, 平均值为53.2 t·km^-2, 是全球平均化学风化速率的2倍以上。黄河源区年度化学风化速率随流域温度的上升呈现增加的趋势, 平均每年增加1.13 t·km^-2。在全球气候变暖背景下, 青藏高原高海拔流域在陆地与海洋之间的物质交换和平衡大气CO₂浓度中均发挥着重要作用。

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黄土高原植被作用下黄河数字流域模型坡面侵蚀模块改进收藏

王晨沣, 傅旭东, 张玍, 龚正, 覃超

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 1953-1963. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.22.014

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植被是影响坡面侵蚀的重要因素, 如何在基于物理机制的侵蚀产沙过程中考虑植被作用仍是目前亟需解决的关键问题。该文基于土壤分离能力与泥沙输移能力双重限制的坡面侵蚀产沙机制, 建立了考虑植被作用的坡面侵蚀模型。采用黄土高原典型流域径流小区数据对所建模型进行验证, 结果表明：不同土地利用下该模型的决定系数为0.84~0.94, Nash-Sutcliffe有效系数为0.83~0.93, 相对误差为-16.1%~14.2%。与黄河数字流域模型现有坡面侵蚀模块(决定系数0.01~0.51, Nash-Sutcliffe有效系数-74.45~0.48)相比, 该文所建立的模型明显改善了不同土地利用和植被作用下的侵蚀产沙过程模拟, 模拟产沙量的相对误差绝对值降低13%~96%, 还具有与分布式流域水沙模型集成和应用的潜力。

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城镇化和功能疏解对北京市蒸散发的影响收藏

刘家宏, 刘创, 周晋军, 邵薇薇

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 1964-1971. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.26.035

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快速城镇化改变了城市土地利用结构, 致使城市区域的蒸散发发生变化。城市区域除了常见下垫面的蒸发, 建筑内部的蒸发耗水也不可忽略。根据下垫面的不同功能, 城镇建设用地可分为道路、绿地、水面和建筑4种类型, 该文以北京市城六区为例, 在2000、2015和2018年的城镇化水平下, 综合自然蒸散发和建筑内部蒸发耗水, 研究了城镇化和非首都功能疏解进程对城市区域蒸散发的影响, 结果表明：城镇化进程对城镇建设用地的蒸散发具有显著增强作用, 其中人口密度是影响其蒸散发的关键因素; 非首都功能疏解降低了城市社会用水的聚集程度, 同时也降低了城市区域蒸散发。根据各类下垫面对区域蒸散发的贡献率可知, 建筑体和绿地蒸散发占据主体地位。

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工程项目组织间激励作用机理研究收藏

王运宏, 胡森昶, 唐文哲, 强茂山

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 1972-1979. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.25.046

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我国工程建设行业已进入向高质量发展转型的新阶段。在工程行业追求项目绩效提升和行业可持续发展的过程中, 激励作为一种重要的项目管理工具, 能够发挥不可忽视的积极作用。然而, 现有研究侧重于对激励的现状和策略进行描述, 缺乏对其内在作用机理的揭示。该文提出了组织间激励作用机理理论模型, 通过问卷调研收集来自中国工程企业的实证数据, 并利用偏最小二乘法结构方程对模型进行分析验证。分析结果揭示了组织间激励与组织间关系、项目资源、组织能力以及项目绩效之间的作用机理; 验证了组织间激励既能够直接促进项目绩效的提升, 又能够改善组织间关系和项目资源供给, 从而间接促进项目绩效的提升; 强调了将组织间关系转化为项目资源以及将项目资源内化为组织能力的重要性。研究结果为激励在我国工程行业的推广提供了理论依据, 为在工程项目中的应用提供了实践指导。

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机械工程

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多源信息拟合摩擦系数的回归集成模型收藏

孙悦, 何可, 张执南

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 1980-1988. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.25.048

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机器系统运动部件摩擦系数(coefficient of friction, COF)的实时监测是一项具有挑战性的难题, 智能感知和数据技术的发展为利用摩擦学关联信息对摩擦系数进行预测提供了可能性。该文利用摩擦磨损试验过程中的声音、振动等多源摩擦关联信息, 形成时间截面化的摩擦信息数据集, 针对摩擦系数拟合问题建立了K折交叉验证双层堆叠的回归集成模型, 定义了范围性评估的评价指标, 并通过多种载荷试验数据对模型进行了检验。结果表明所建立模型能够有效提炼摩擦信息的关联特性, 从而实现对摩擦系数的准确拟合及预测, 该方法对不同载荷条件数据具有通用性。

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一种基于轮廓误差的NC数据补偿方法收藏

张云, 梁光顺, 张赟, 李燕

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 1989-1995. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.26.029

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误差补偿是提升数控机床加工精度的重要手段。该文利用三坐标测量机, 测量精加工后六边形凹槽表面上部分点的三坐标, 并根据理想模型计算轮廓误差。以镜像反变形的思路, 对刀位点连线中点处的轮廓误差进行补偿, 得到新的NC数据。在一个立式加工中心上进行对照实验, 结果表明：误差补偿后, 零件的轮廓误差绝对值最大值降低了48.1%, 加工精度得到明显改善。基于轮廓误差的NC数据补偿方法, 对以直线加工路径构成的零件有很强的适用性。以刀位点连线中点为补偿对象有利于误差测量和程序设计。

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基于ABAQUS的超低温阀门阀芯偏转密封失效分析收藏

陈齐垚, 郭飞, 余武江, 郑茂琦, 王太平, 贾晓红, 黄兴

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 1996-2002. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.26.021

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安全阀依靠阀芯与阀座间的紧密贴合实现对流体介质的密封。阀芯与导向孔之间的配合间隙易使阀芯产生偏转, 进而导致密封配合界面出现不能消除的间隙, 致使阀门工作异常。该文基于ABAQUS软件, 对阀芯偏转工况下的密封界面进行了力学分析, 研究了阀芯偏转角度与阀门密封失效之间的关系, 通过提取仿真计算结果, 确定了该型阀门在常温与超低温工况下阀芯在保证密封性能的前提下允许的最大偏转角度。从阀芯偏转对阀门密封性能影响的角度, 提出了一套完整的仿真计算方法, 为阀门导向配合的公差设计和密封机构的尺寸设计提供了理论基础和参考。

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船舶分段堆场的改进图模型与三阶段调度策略收藏

陈俊宇, 田凌, 代菁洲

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 2003-2012. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.25.031

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船舶分段堆场调度对控制分段建造中的物流成本具有重要意义。针对现有研究中存在堆场模型难以准确表达平板运输车在堆场内的转弯而限制优化效果，调度策略适用的调度规模小，优化效果有待提高的问题，该文通过引入融合了堆位和平板运输车信息的节点，构造分段堆场的改进图模型，准确表达了转弯，使堆场模型更接近实际。提出了求解各个阶段调度方案的船舶分段堆场三阶段调度策略，提出快速求解算法加快求解速度，通过解耦堆位分配顺序和分段入场顺序，提出阻挡分段预测算法优化入场分段堆位分配。在模拟船厂环境的多堆场调度仿真中，将堆场的非生产性转运率降低到10%，验证了该文堆场模型和调度策略的有效性。

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基于同步压缩小波变换的接地扁钢缺陷电磁超声SH导波检测方法收藏

周恺, 张睿哲, 叶宽, 李鸿达, 王哲, 黄松岭

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 2013-2020. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.25.032

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接地网对电力系统的可靠运行起到至关重要的作用，然而，接地网的埋地环境使得接地装置易产生缺陷，因此需要及时开展接地网的检测。该文针对电力系统接地扁钢，提出基于线性调频激励和同步压缩小波变换的SH导波检测方法。首先，设计了永磁体阵列SH导波换能器，该换能器结构简洁，适合用于扁钢结构。其次，使用线性调频信号激励换能器，研究了同步压缩小波变换，在时频平面对导波重叠信号进行辨识，有效区分了不同缺陷以及端面。随后，利用有限元仿真和试验，验证所提出信号分析方法，计算得到的距离定位误差均在3%以内，证明了该方法可以对导波走时进行准确提取，对缺陷高精度定位。最后，和短时Fourier变换、Wigner分布的结果进行比较，验证了同步压缩小波变换高时频聚集性的优势。

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基于弯曲刚度的阶梯转子等效梁单元方法收藏

张卫锋, 李东杰, 张可, 周明

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 2021-2028. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.21.011

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为提高阶梯转子建模过程中梁单元弯曲刚度的计算精度，采用基于弯曲刚度的锥形等效梁单元对阶梯处进行建模。基于ANSYS三维实体单元计算阶梯轴弯曲时截面突变处的弯曲刚度，并通过最小二乘法得到锥形梁单元的最优尺寸，给出了梁单元尺寸随阶梯轴尺寸的变化规律。同样地，给出了整体式圆盘的弯曲刚度等效规律。通过转子动力学分析对所提出的等效方法进行验证，结果表明，采用本文方法等效后的梁单元计算得到的转子临界转速与传统梁单元和45°等效方法相比更接近参考值。

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材料科学

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BCC-Fe中1/ 2[111]刃型位错与[010]位错环相互作用的分子动力学研究收藏

林盼栋, 聂君锋, 刘美丹

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 2029-2034. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.25.003

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研究压力容器(reactor pressure vessel，RPV)钢的辐照效应，需要从微观上揭示位错运动以及位错与辐照缺陷相互作用机理，从而为评估RPV钢在辐照作用下的宏观力学行为提供依据。该文采用分子动力学(molecular dynamics，MD)方法研究体心立方晶体(body center cubic，BCC)Fe中1/2[111]刃型位错与[010]位错环的相互作用，并分析了温度和位错环半径对相互作用过程以及临界剪切应力(critical resolved shearing stress, CRSS)的影响。结果表明：刃型位错与位错环相互作用包括混合位错段的形成、位错段的扫掠、螺旋偶极子的形成以及刃型位错挣脱位错环等过程；温度会促进位错环的吸收，并且刃型位错挣脱位错环所需的CRSS与温度有关，温度越高，CRSS越小。位错环半径越大，1/2[111]刃型位错扫掠的[010]位错段的长度越长，则临界剪切应力也就越大。

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由非晶态氢氧化钛水热合成氧化钛纳米管及其光催化性能研究收藏

凯丽, 汪丽娜, 史志铭

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 2035-2042. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.25.047

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氧化钛(TiO₂)纳米管的合成方法对其微结构及光催化性能有很大影响。目前，大多数研究主要以锐钛矿晶体或锐钛矿与金红石的混合晶体合成纳米管为研究对象。为考查前驱体对TiO₂纳米管形成过程及光催化性能的影响，该文研究了以非晶态氢氧化钛(Ti(OH)₄)为钛源水热合成TiO₂纳米管的工艺，分析了水热合成产物在后处理过程中物相和形貌的演变，并对TiO₂纳米管的物理化学性质进行了表征。研究结果表明：水热合成的最佳温度和时间分别为150 ℃和16 h；对产物依次水洗、酸洗、再水洗，最后在400 ℃煅烧2 h，获得结晶度好的锐钛矿纳米管。转变过程为水热反应诱发了非晶态Ti(OH)₄转变为薄片状钛酸钠(Na₂Ti₃O₇)；水洗和酸洗诱发了Na₂Ti₃O₇向钛酸(H₂Ti₄O₉)纳米管的转变；煅烧促进H₂Ti₄O₉纳米管向锐钛矿纳米管的转变。400 ℃煅烧2 h的纳米管具有最高的光催化降解性能。

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环境科学

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污染背景下的大气新粒子生成事件研究进展收藏

尹扬娜, 刘子锐, 胡波, 王跃思

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 2043-2052. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.25.049

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新粒子生成(new particle formation，NPF)是大气颗粒物的一个重要来源，对全球气候、区域环境质量乃至人体健康均有重要影响。过去几十年，随着新粒子及前体物监测仪器的不断发展，国内外研究者开展了一系列的外场观测实验来关注不同大气环境下的NPF事件。自从在污染大气背景下频繁观测到NPF事件以来，高凝结汇(condensation sink，CS)下的新粒子成核和增长机制逐渐成为国际大气化学领域的研究热点。该文梳理了近年来污染地区——以中国超大城市为代表的NPF研究进展，重点阐述了NPF事件发生和发展特征、诱发因素、成核机制以及贡献新粒子增长的关键化学组分，并进一步探讨了与区域NPF事件相关的气候效应和环境影响，结合当前研究现状对未来开展污染背景下新粒子事件研究的发展方向进行了展望。

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汉语[S+V+O]简单句式的语义和句法加工研究——ERPs实验证据收藏

杨思琴, 江铭虎

清华大学学报（自然科学版）. 2022, 62 (12): 2053-2060. DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.25.008

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句法优先说和语义中心论是句子加工理论中两大对立的观点。该文以N400和P600效应为主要观测和分析对象，探究汉语中没有修饰成分的“主语(名词)+谓语(动词)+宾语(名词)”句式(简称为汉语[S+V+O]简单句式)中语义违反句、句法违反句和语义句法双违反句在大脑中的认知加工机制。图像结果显示，语义违反句、句法违反句和语义句法双违反句在300~400 ms之间均引发了N400效应。其中，语义违反句和句法违反句的N400波幅近似，但是，语义句法双违反句的N400波幅明显比语义违反句和句法违反句的N400波幅更负。在4种类型句子中，只有语义违反句出现了P600趋势。实验结果表明，汉语[S+V+O]简单句式加工可能不契合句法优先说。同时也发现，该句式与“把”字句和“被”句所引发的脑电成分也有不同。基于此，该文推论大脑对句子的加工可能因语言种类和不同句子的结构形式而有所差异。

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