最新刊期
      2017 年 第 49 卷 1 期

        科学前沿

      • 谢和平,高峰,鞠杨,张茹,高明忠,邓建辉
        2017, 49(1): 1-8. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.001
        摘要：中文摘要: 习近平主席指出“向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题”，开发深地资源已经成为未来中国科技发展的重要方向。目前人类对于地球深部的认知相当匮乏。因此，超前布局、抢占深地研究高地、积极推动深地基础前沿大科学问题探索已迫在眉睫。本文从深地能源和人类生存的角度出发，深度剖析了深地资源开发和深地空间利用的必然趋势，提出向地球深部进军研究的3个层次内容，即深地地质结构探测、深地行为规律研究及深地环境利用与资源开发。同时，围绕关系国家全局的地下空间资源开发、能源储备、核废料处置等国家长远战略，提出深地科学研究领域的3个颠覆性技术构想，即深地矿产资源的流态化开采、深地空间与地下城市、深地实验室与深地空间舱。最后，针对深地岩石力学、深地渗流力学、深地地震学与地球物理学、深地微生物能量溯源等国际最前沿的深地基础科学问题，明确了深地科学研究的若干重要研究方向，即原位保真取芯技术，深地非常规岩石力学行为，深地结构与开采的透明推演理论，深地地震学与地球物理学，深地微生物学，深部资源开采与能源储存，深地地下水赋存、运移及水质变化，地下空间生态、能量循环系统等。基于若干颠覆性技术构想的攻关和若干重要研究方向的探索，构建中国独有、世界领先的深地基础性科学前沿研究阵地。  
        关键词：深地科学;深地资源开发;深地矿产资源流态化开采;深地空间利用;深地实验室;深地空间舱   
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      • 章毅,郭泉,王建勇
        2017, 49(1): 9-18. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.002
        摘要：中文摘要: 大数据蕴含巨大的社会、经济、科学价值，已成为学术界与企业界关注的重点。其关键技术可划分为三大层次：数据平台、分析平台和展示平台，其中分析平台是大数据转化为价值的桥梁。一般来说，大数据拥有体量浩大（volume）、多源异构（variety）、生成快速（velocity）、价值稀疏（value）的“4V”特性，扩大了大数据的价值空间，同时也为大数据的分析技术带来巨大挑战。其中三大挑战比较显著，即多源异构大数据、大量非结构化数据存储、大数据价值稀疏且变化快。其三大核心科学问题为大数据的表达、存储和预测问题。由于传统的数据分析方法难以胜任，发展新的大数据分析方法势在必然。人脑是天然的大数据处理引擎。神经网络是一种模拟人脑大数据分析机制的计算方法，是目前大数据分析中最成功的方法。神经网络的研究主要包括：模拟大脑神经网络结构，构建神经网络结构模型；模拟大脑神经网络的记忆机制，发展学习算法。神经网络的研究历史历经波折。近年来，随着当代计算机计算能力的不断提升，基于神经网络的大数据分析方法取得了巨大成功，尤其是在各应用领域，如语音大数据分析、图像大数据分析、医学大数据分析等，引领了人工智能的发展。AlphaGo在人机围棋大战中获胜，引起了广泛关注。“大数据+神经网络”已成为驱动创新、推动社会发展和改变人类生产生活方式的一种重要力量。以大数据和神经网络为线索，回顾大数据的基本概念与关键技术，梳理神经网络研究的基本框架，可以发现它们之间默契切合、互相促进的关系。一方面，神经网络具有强大的特征提取与抽象能力，能够整合多源信息，处理异构数据，捕捉变化动态，是大数据实现价值转化的桥梁。另一方面，体量浩大的大数据为神经网络提供了充足的训练样本，使得训练越来越大规模的神经网络成为可能。尽管“大数据+神经网络”在众多应用领域已经取得了突破，但是，仍然存在需要解决的核心科学问题。面向神经网络的研究中，神经网络的结构尚需进一步研究，神经网络的大小依然缺少理论性的指导，神经网络的学习算法仍然存在一些内在的问题。围绕大数据分析的三大核心科学问题，需要研究如何保证在高维空间中稀疏表达仍可维持数据的一致性，如何实现“只存储知识而不存储原始数据”，如何刻画数据的时空关联以实现大数据的预测。因此，仍然需要对该领域持续投入，加强应用研究和理论研究，尤其应进行跨领域的研究，即与人脑的大数据处理相呼应，结合认知科学、神经科学等相关学科的知识，以解决神经网络和大数据应用中的核心科学问题，推动基于神经网络方法的大数据分析研究。  
        关键词：大数据;神经网络;人工智能   
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        发布时间：2023-11-14

        聚焦国家重点研发计划

      • 王超
        2017, 49(1): 19-26. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.003
        摘要：中文摘要: 水电工程生态环境效应与调控是国际水利科学研究的长期热点。中国西南地区属于典型的生态脆弱区，水电高坝大库梯级开发将会改变河流的水沙过程，从而影响河流中生源要素的生物地球化学行为及相应的物质场、能量场、化学场和生物场，最终改变河流生态系统。项目针对西南地区脆弱的生态现状，凝练出两大关键科学问题：1）西南水电开发下河流物质流能量流过程演变及累积效应；2）梯级高坝大库对河流重要生物、生境扰动与生态系统响应机制。提出3个亟需攻克的关键技术难题：1）水电梯级开发多目标生态水文过程调控及工程技术；2）梯级水电开发下重要鱼类保护与生境修复关键技术；3）维持大河流域生态系统稳态的保护与修复技术。最后，将三大关键技术难题细分为四大前沿研究方向及展望：1）总体遵循“非生物层（水、沙、盐、温）-生物层（微生物、藻类、底栖动物、珍稀特有鱼类）-系统层（水生生境、岸坡过渡带、水-陆耦合系统、流域）”层级递进的路线，开展生态影响机制与修复研究；2）阐明流域梯级水库（群）对关键生源要素生物地球化学过程的影响及其累积效应，构建多维度、多层次的耦合作用模型；3）揭示梯级高坝大库对河流关键物种及其生境的扰动规律，分析生态系统对水电开发的响应过程，以及鱼类生境修复及高坝过鱼技术；4）河流健康问题的研究已从概念研究向应用研究转化，在河流生态修复和生态调度中的应用是其未来的发展方向。  
        关键词：梯级开发;高坝大库;生态保护;环境影响   
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      • 练继建,杨阳,胡少伟,常晓林,翁永红,姚烨
        2017, 49(1): 27-32. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.004
        摘要：中文摘要: 特大水利水电枢纽防洪、发电、通航运行调控复杂且安全运行保障难度大。为破解特大水利水电枢纽长期安全运行的难题，满足特大水利水电枢纽长期安全运行的重大需求，基于国内外研究现状和工程实践，项目凝练了该领域三大共性科学技术问题：1）高速水流、高压瞬变流、高水头渗流等水力致灾机理与复杂运行环境高坝结构和近坝库岸调控响应及性能衰减规律；2）枢纽运行安全控制指标与综合评价理论方法创新；3）枢纽运行安全多因素耦联监测检测新技术与装备研发。面向具体枢纽安全问题，提出五大亟需突破的前沿技术：1）防洪与泄洪安全实时调控技术；2）水力发电系统耦联动力安全及智能运行技术；3）枢纽发电、泄洪、通航联合优化调控技术；4）枢纽运行初期风险调控与安全保障技术；5）复杂运行环境下高坝结构及库岸长期安全稳定运行技术。最后，指出特大水利水电枢纽调控与安全运行未来的研究方向应围绕理论机理方法创新、监测仪器装备创新、枢纽安全运行保障技术创新、实时调控技术创新、系统集成技术创新等几个方面展开。  
        关键词：水利水电枢纽;泄洪;发电;通航;调控;安全运行   
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      • 卢金友,刘兴年,姚仕明
        2017, 49(1): 33-40. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.005
        摘要：中文摘要: 长江流域面积1.8×106 km2，人口和国民生产总值均超过全国的40%，是中国水资源配置的战略水源地、水电开发的主要基地、连接东中西部的“黄金水道”和珍稀水生生物的天然宝库，在中国经济社会发展中具有重要的战略地位。近些年来，在自然条件和人类活动的双重影响下，长江泥沙时空分布与产输过程发生了重大变化，给河流开发利用与保护均带来了显著影响，而沿江经济社会快速发展和生态文明建设不断对长江泥沙提出调控要求。同时，河流工程建设和泥沙资源化利用的发展也使长江泥沙调控具备了基本条件。但泥沙兼具灾害性与资源性，泥沙调控与河流功能发挥之间存在着矛盾与统一，需要深入研究。国家重点研发计划项目“长江泥沙调控及干流河道演变与治理技术研究”以揭示长江泥沙输移分布与河流开发及保护之间的耦合作用关系，研究提出满足沿江经济社会和生态环境需求的长江泥沙调控、河道演变与治理的基本理论和关键技术为总目标；重点研究长江泥沙来源与时空分布变异规律和趋势，河道演变对水沙输移变化的响应机制，控制性水利水电工程联合运用下长江干流和洞庭湖、鄱阳湖的水沙输移规律，河床重塑过程与驱动机制及其防洪、航运和岸滩利用等多重效应，长江泥沙多维耦合与协同调控的理论和方法，并研发多尺度、多目标与多过程泥沙联合调控技术和河道治理技术。通过项目研究，预计将揭示多因素影响下长江来水来沙时空变异特征与趋势、水沙输移与河道演变的响应机制；定量预测控制性水库联合运用下长江和洞庭湖、鄱阳湖泥沙输移与冲淤过程，揭示长江河道的重塑过程、相对平衡状态与驱动机制，阐明河流系统再造的防洪、航运及岸滩利用等多重效应；构建长江泥沙调控的理论框架，建立泥沙调控指标体系、方法和模型；研发江河湖库多尺度、多目标与多过程泥沙联合调控技术和河道综合治理技术，并予以示范。项目研究将推动河流动力学学科发展，促进长江水沙资源利用与保护，为流域社会经济发展和河流生态保护提供基础保障，具有显著的社会经济与环境效益。  
        关键词：长江;水沙条件变化;泥沙调控;河床演变;河道治理   
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        发布时间：2023-11-14

        水利与土木工程

      • 迟世春,聂章博,贾宇峰
        2017, 49(1): 41-49. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.006
        摘要：中文摘要: Bouc-Wen光滑滞回模型因其能够描述动力荷载下的复杂非线性，广泛应用于材料的动力分析。为研究筑坝料在循环加载条件下动剪切模量和阻尼比以及累积变形等复杂动力特性，将Bouc-Wen模型应用于土体，绘制应力应变滞回圈并分析其模型参数；采用参数敏感性分析方法研究Bouc-Wen模型，并对动力试验数据进行数值模拟；讨论模型参数变化对土体应力应变滞回圈及动剪模量和阻尼比的影响。根据国内外筑坝料动力试验数据统计得到筑坝料模量衰减及阻尼比增长的均值曲线，应用MATLAB软件编制遗传算法程序确定模型参数；利用GDS动三轴仪探究糯扎渡土石坝的心墙掺砾土在循环荷载下的累积变形特性，并应用Bouc-Wen模型对循环三轴试验测得的应力应变滞回圈进行数值模拟。基于参数分析和数值拟合结果，本文提出适用于筑坝料的Bouc-Wen模型参数范围；筑坝料动剪模量衰减曲线和阻尼比增长曲线拟合结果均方误差小于0.4%；糯扎渡掺砾土循环三轴试验8个振动周期累积应变试验值与模型预测值分别为1.2%和1.18%。基于本文研究得到的模型参数范围，Bouc-Wen模型可以有效地模拟筑坝料动模量阻尼和累积变形特性，为筑坝料动力分析提供帮助。  
        关键词：筑坝料;Bouc-Wen模型;动剪切模量;阻尼比;累积应变   
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      • 徐强,陈健云,刘静,李静,曹阳
        2017, 49(1): 50-59. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.007
        摘要：中文摘要: 近半个世纪以来，中国成为世界上建坝数量最多的国家。需要评估爆炸荷载对于大坝的安全的影响。本文为研究水下不同炸点接触爆炸对混凝土重力坝上游有折坡段和上游无折坡段两种坝型的动力响应以及破坏状态影响，进行了两种坝型的混凝土重力坝水下接触爆炸的动力响应及损伤破坏特性的对比分析。利用数值模拟方法计算了炸药在空气中爆炸对于混凝土板的损伤破坏，并与物理实验的结果进行对比。通过计算结果对比验证了所使用数值模型的正确性和可靠性。以混凝土重力坝上游有折坡段和上游无折坡段两种坝型为研究对象，考虑炸药-库水-空气-混凝土重力坝结构之间的动力耦合关系，对比分析了水下接触爆炸冲击荷载作用下，两种坝型的挡水坝段坝体的动态响应及损伤破坏分布特性。通过对比分析可知：混凝土重力坝上游有折坡段的挡水坝段减小了水下接触爆炸对坝体的加速度、速度及位移的动力响应。混凝土重力坝上游无折坡比有折坡坝型的挡水坝段在水下接触爆炸冲击荷载作用下损伤范围更大、更为严重。通过以上结果可得到结论：混凝土重力坝上游折坡段可以有效地散射爆炸产生的应力波，减小混凝土重力坝的损伤破坏程度。  
        关键词：数值模拟;混凝土重力坝;水下接触爆炸;动力响应;损伤   
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      • 谭乔凤,雷晓辉,王浩,王旭
        2017, 49(1): 60-69. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.008
        摘要：中文摘要: 汛限水位动态控制本质上是风险调度的范畴，其最主要的风险源来自于入库洪水的不确定性。不仅包括由于预报误差带来的实时调度风险，还包括由于设计阶段对于设计洪水不确定性考虑不周而存在的潜在防洪风险。本文针对梯级水库，提出了一种考虑库容补偿和设计洪水不确性的汛限水位动态控制域求解新方法。通过分析梯级水库库容补偿调度原理，定义了水库极限汛限水位上限值，并给出了考虑设计洪水不确定性的防洪风险定量表达式。以Copula函数为工具建立上游和区间天然来水的联合概率密度函数，求出下游遭遇某一设计洪水时，上游可能出现的洪水范围，从而得到考虑梯级水库调蓄作用的不确定性设计洪水。通过反复迭代计算最终得到兼顾防洪风险与兴利效益的汛限水位动态控制域。将该方法运用在考虑潘口库容补偿作用的黄龙滩汛限水位动态控制域计算中，并与同频率法和典型年法比较，得到以下结论：1）所提方法能通过挖掘历史洪水信息，为模拟梯级水库设计洪水不确定性提供参考信息；2）相对于同频率法和典型年法，所提方法推求的汛限水位动态控制域更加的安全；3）黄龙滩水库汛期运行水位可以从[240，247]m变为[240，248.21]m。可使汛期来水较多的2000年和来水较少的1994年分别增加发电量0.13和0.11×108 kW·h。所提方法能充分考虑梯级水库库容补偿和设计洪水的不确定性，能得到不增加防洪风险的水库汛限水位动态控制域。  
        关键词：汛限水位;动态控制域;库容补偿;不确定性;风险   
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      • 蔡玉鹏,杨志,徐薇
        2017, 49(1): 70-77. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.009
        摘要：中文摘要: 三峡水库蓄水后，坝下水温变化对四大家鱼关键生活史阶段造成一定影响。本文使用水温变化指标定量评价蓄水后水温的改变程度，分析水温改变对四大家鱼自然繁殖的影响。基于宜昌水文站1983-2013年长系列逐日水温资料，建立了25个具有生态意义的水温参数，利用变动范围法计算了三峡水库蓄水后25个水温参数变化度，对高度改变的水温参数采用线性回归方法评估其变化倾向，基于F检验法检验回归效果。分析四大家鱼自然繁殖时间与水温参数变化的关系，研究四大家鱼自然繁殖对水温过程变化的响应。结果表明：整体水温改变度达44.2%，高度改变的水温参数有7个，分别是1、4、10、11、12月平均水温、最低水温出现日期、水温达到18℃日期，水温改变度达87.9%、75.8%、74%、100%、100%、74%、89.9%，说明三峡水库蓄水后坝下水温发生显著变化；下泄水温在消落期4、5份偏低趋势明显，较蓄水前平均降低2.3、1.7℃，由于4、5月水温偏低导致水温达到18℃的日期发生显著变化，由蓄水前4月19日推迟至蓄水后5月4日，平均推迟15 d。四大家鱼自然繁殖时间与水温达到18℃的日期密切相关，下泄水温偏低造成其自然繁殖时间推迟，首次产卵推迟至5月中旬，整个繁殖季节由4-7月份压缩至5-6月份，研究成果为三峡水库开展生态调度提供科学支撑。  
        关键词：三峡水库;水温变化指标;四大家鱼;生态调度   
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      • 何干皓,李龙国,刘铁刚,苟思
        2017, 49(1): 78-85. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.010
        摘要：中文摘要: 由极端降水事件所导致的灾害对自然和社会系统的影响十分严重。以岷江流域为研究区域，探索不同概率分布对该流域不同地区降水极值的适用性，并揭示其统计特征。基于流域内15个气象站1962-2012年逐日降水数据，分别采用年极大抽样和百分位法从中提取年极大降水序列（AM）和超门限峰值降水序列（POT）。选取广义极值分布（GEV）和广义帕雷托分布（GPD），采用L-矩参数估计法得到两种分布函数的参数。根据K-S检验结果评价拟合效果并确定最优分布，计算不同重现期水平下的降水量。结果表明：1）GEV分布拟合AM序列时，有5个站点属于极值Ⅱ型分布，其余属于Weibull分布；拟合POT序列时，所有站点均属于极值Ⅱ型分布。2）AM序列的最优分布全为GEV分布；POT序列有13个站的最优分布为GPD分布，仅有2个站为GEV分布；GPD分布不适宜拟合雅安站的AM序列。3）流域降水极大值集中在岷江中下游地区，上游降水相对较少。4）在雨量较少的地区，两种分布推算的不同重现期降水量相差不超过6 mm；对于多雨地区，当重现期为50、100 a时，这种差值大于20 mm。通过分析，认为两种分布皆可用于岷江流域降水极值的拟合，GEV分布更适用于拟合AM序列，GPD分布更适用于POT序列，但两种分布拟合各自最适宜的样本序列时难以比较。AM序列和POT序列最优分布推算的不同重现水平下的降水量存在差异，这种差异随重现期增大而增大，同时也与站点降水量相关。  
        关键词：岷江流域;降水极值;重现期;概率分布;L-矩   
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        机械工程

      • 王凯,姚进,邓星桥,王进戈
        2017, 49(1): 86-94. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.011
        摘要：中文摘要: 为了获得无侧隙端面啮合蜗杆副的动力学特性，分析不同结构类型的蜗杆之间承载能力、变形间的关系。利用有限元法，建立蜗杆端面啮合杆副的动力学分析模型，对啮合瞬间进行瞬态动力学分析。首先，根据建立的端面蜗杆的动力学模型，进行瞬态动力学分析，分别得到端面啮合蜗杆副的接触应力、等效应力和总变形。其次，对无侧隙端面啮合蜗杆副的动力学特性进行理论分析与比较，分别比较分析无侧隙端面啮合蜗杆副与无侧隙环面蜗杆副、无侧隙端面啮合蜗杆副与双滚子端面啮合蜗杆副的瞬态动力学性能及变形的情况。结果表明：有限元分析中端面啮合蜗杆副的应力、应变云图表明，啮合瞬间，蜗轮蜗杆至少同时啮合8对齿，可以清晰地看到最大应力在齿顶；同等条件下，端面啮合蜗杆副的接触应力较无侧隙双滚子包络环面蜗杆减小超过33%；端面啮合蜗杆副的最大等效应力仅为无侧隙双滚子包络环面蜗杆的22%；端面啮合蜗杆副较双滚子端面啮合蜗杆副具有较强的抗变形能力，当t≥0.056 5 s双滚子端面啮合蜗杆副随时间变形影响显著。几种新型蜗杆副的分析和比较可以反映其动/静力学特性，从而为该新型蜗杆在减速器等领域中的应用提供理论依据和工程应用价值。  
        关键词：端面啮合蜗杆;瞬态动力学分析;承载能力   
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      • 陈东菊,薛斌,高雪,范晋伟,张飞虎
        2017, 49(1): 95-102. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.012
        摘要：中文摘要: 基于载荷增量法和扰动压力法，研究液体液压主轴系统的动态性能。通过有限差分法求解计入微尺度速度滑移效应的不定常油膜压力分布的雷诺方程，并得出非线性油膜力。应用载荷增量法和扰动压力法求解反映油膜动态特性的4个动态刚度和阻尼系数，并用于转子轴心轨迹的动力学描述，求解存在偏心质量下的转子轴心轨迹，实现液压主轴系统的流-固耦合分析。研究结果表明：速度滑移对液压主轴的动态刚度和阻尼性能造成了一定的影响。动刚度系数Kxx、Kxy、Kyx和Kyy受滑移影响降低的最大比率分别为4.85%、4.85%、7.20%、7.16%，速度滑移降低了油膜阻尼系数Cyx、Cxy和Cyy，阻尼系数Cxx受滑移影响比较复杂；随着转子偏心质量距的不断增加，主轴轴心运行轨迹在不断扩大，系统的稳定性不断降低。最后，通过液压主轴回转精度实验验证了轴心轨迹模型的正确性和有效性。  
        关键词：液压轴承;速度滑移;轴心轨迹;特征系数;偏心质量   
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        发布时间：2023-11-14
      • 张彦斐,李春霞,宫金良
        2017, 49(1): 103-108. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.013
        摘要：中文摘要: 传统刚度分析方法只能得到规则结构的刚度解析表达式，而针对不规则构件，通常采用将复杂构件简化为规则件的办法求解，由于过度简化得到的刚度矩阵精确度下降。为了便于进行面向刚度的机械系统参数优化设计，必须解决不规则构件的规范化刚度矩阵求解问题。以3-URS（U-虎克铰、R-转动副、S-球铰）并联机构中U型轴复杂构件为例，提出一种基于多元线性回归原理求解复杂构件刚度矩阵的方法。将刚度矩阵的每个元素看作回归系数，采用ANSYS分析得到力和位移值的多组数对，基于多元线性回归理论求解回归系数，并将其组成6×6的刚度矩阵。由于该刚度矩阵主要应用于后续的刚度矩阵叠加，为降低计算难度，提高计算效率，在保证一定精度的前提下，对回归方程中的每一个回归系数作t检验，剔除不显著变量，对方程形式进行简化。对简化后的方程进行F检验和拟合优度检验，验证方程的回归效果。应用该方法求解了U型轴复杂构件的刚度矩阵，通过实验给出了24组样本数据，依据多元线性回归分析得到6×6刚度矩阵，进行t检验后部分矩阵元素变为零，在对其进行F检验和拟合优度检验后得到机构的刚度矩阵。在相同外力作用下，对构件变形量应用该理论计算得到的刚度矩阵的理论计算值和ANSYS分析值进行了对比，结果表明最大误差仅为0.11%，验证了方法的准确性。  
        关键词：不规则构件;刚度矩阵;多元线性回归;综合检验   
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        发布时间：2023-11-14
      • 张磊安,魏修亭,陶黎明,隋文涛
        2017, 49(1): 109-114. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.014
        摘要：中文摘要: 风电叶片逐渐向大型化方向发展，为了提高大型风电叶片疲劳试验的激振能力、缩短测试周期，两激振源联振已成为疲劳测试方法中具有前景的发展方向。首先进行两激振源的耦合特性试验，设计了激振源转速、相位和叶片振幅的测试方案。当2个激振源初始转速设定为35 r/min时，风电叶片在该激振源作用下进行试验，得出2个激振源转速差在±5 r/min范围内波动、相位也存在耦合现象，叶片振幅变化絮乱。为了提高两激振源的同步效果，在分析现有控制策略的基础上，采用并联交叉耦合结构，开发了滑模变结构同步控制算法，并利用李雅普诺夫函数证明了该算法的渐近稳定性。最后，搭建了一套10 MW级大型风电叶片疲劳试验平台，开发了基于分布式网络总线的疲劳激振控制系统，将该滑膜变结构控制算法应用于aeroblade 2.0~54.38风电叶片两点激振试验。试验结果表明，在两激振源转速均为35 r/min时，两激振源的转动步调一致，相位也能基本保持同步，此时叶片振幅最大，且非常稳定。在不同的初始速度驱动下，分别设定为40和30 r/min，2个激振源的转速均能快速跟随并分别保持。由于两者转速不一致，导致叶片振幅发生波动。上述试验结果表明，虽然2个激振源之间的机电耦合是固有存在的，但是设计的滑模变结构控制算法能使2个激振源的转速、相位步调一致，具有良好的鲁棒特性，有效地保证了疲劳试验的顺利进行。  
        关键词：风电叶片;激振系统;耦合;解耦算法;疲劳试验   
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        发布时间：2023-11-14

        化学工程与材料工程

      • 李建明,杨建勋,李月丽,王怀金
        2017, 49(1): 115-122. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.015
        摘要：中文摘要: 烟气催化脱硫反应器主要通过在含有脱硫催化剂的填料表面发生脱硫反应，实现降低出口烟气的SO2浓度，使之达到排放标准。为了准确预测脱硫率，需要探明脱硫反应器的主要结构和操作参数对其的影响。借助于ANSYS软件，利用脱硫有效容积逐渐减少的稳态计算方法，模拟反应器内的非稳态流动和催化氧化反应，可以探明烟气SO2浓度、空速和填料高度对脱硫率的影响，找到反应器脱硫率随时间变化及出口SO2浓度随时间变化的规律，并通过流动模拟数据和实验结果的对比修正适合催化脱硫的计算模型。研究结果表明：在脱硫催化剂加热阶段对脱硫速率的影响较大，会使脱硫率降低；进口烟气SO2浓度的增加会使反应器脱硫率下降、出口SO2浓度增大；空速对脱硫率有较大的影响，过高或过低的空塔气速均不利于脱硫系统的运行；催化剂床层高度越高，脱硫率越高。因此，考虑到实际工业操作中烟气加热催化剂阶段的影响，对反应速率常数表达式进行温度修正，所得的结果可与工业试验数据很好的吻合；将实际工况中反应表面的减少简化为反应空间的减少，并将床层划分为若干个子空间，采用逐渐减少计算域催化反应总空间容积进行非稳态流动和化学反应模拟是可行的；为了达到较高的脱硫率，空速在0.2~0.3 m/s的范围内选取较为合适；催化剂填料床层高度适宜的范围为1 600~1 800 mm。这些为工程设计提供了重要的依据。  
        关键词：烟气;催化;脱硫;数值模拟   
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        发布时间：2023-11-14
      • 杨天恩,熊计,李体军,郭智兴,郑启文,孙磊,倪磊
        2017, 49(1): 123-131. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.016
        摘要：中文摘要: 球磨是金属陶瓷制备中的关键工艺，滚动球磨是目前成本较低、在实际工业生产中应用最广泛的球磨方式。为了量化分析球磨时间对Ti（C0.7，N0.3）基金属陶瓷的影响，采用湿混的方法在固定的球料比、球磨机转速和球磨介质添加量的条件下，研究球磨时间因素对Ti（C0.7，N0.3）的晶粒尺寸、应变和晶格常数的影响，以及对烧结后的Ti（C0.7，N0.3）基金属陶瓷微观组织和物理力学性能如收缩率、密度、硬度和横向断裂强度的影响。结果表明，随球磨时间增加，Ti（C0.7，N0.3）晶粒尺寸下降，而微观应变增加。同时，Ti（C0.7，N0.3）的晶格常数也增加，这与晶粒微观应变增加以及少量原料的氧化加剧有关。对烧结后的微观组织而言，球磨时间的增加导致金属陶瓷硬质相平均晶粒尺寸下降，但是当球磨时间达到72和96 h的时候，金属陶瓷中出现了0.1 μm左右的孔隙，这与球磨过程中氧含量的增加导致烧结时脱气反应以及Ti（C，N）硬质相和Ni粘接剂之间的润湿性变差有关。Ti（C0.7，N0.3）基金属陶瓷微观组织中白芯结构数量随球磨时间的增加明显减少了，芯中Mo含量的下降而Ti含量的增加是白芯数量下降的原因。环形相随球磨时间的增加变薄了，这一现象与不同尺寸的颗粒溶解度以及颗粒的均匀性有关。另外，随着球磨时间的增加，Ti（C0.7，N0.3）基金属陶瓷的硬度增加，而横向断裂强度随球磨时间的增加先增加后下降，其中孔隙对横向断裂强度的损害作用要大于晶粒细化对强度提高的作用。  
        关键词：Ti(C;0.7;,N;0.3;)基金属陶瓷;球磨时间;晶格常数;微观应变;芯环结构   
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        发布时间：2023-11-14
      • 杨颖,邓钦祖,王如梦,张永丽,郭洪光,张鹏,蒋玮炜,孙泽宇
        2017, 49(1): 132-137. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.017
        摘要：中文摘要: 为充分利用过渡金属对过氧单硫酸盐（PMS）的催化活性，同时解决残余金属所带来的水体二次污染问题，实现催化剂的重复利用，将磁性Fe3O4颗粒和Co负载在还原氧化石墨烯（RGO）表面合成新型多相复合磁性材料（CF-RGO），对比了PMS、RGO、CF-RGO、RGO/PMS、Co/PMS和CF-RGO/PMS等6种体系去除橙红7（AO7）的效果，并考察了不同初始pH、CF-RGO初始投量、AO7初始浓度对CF-RGO激活PMS去除水中AO7的影响。试验结果显示：PMS、RGO、CF-RGO和RGO/PMS体系基本不能去除水中AO7，而CF-RGO/PMS和Co/PMS体系则能有效去除AO7，且CF-RGO/PMS体系去除AO7的能力显著高于Co/PMS体系。对于CF-RGO/PMS体系，随着pH的增加，AO7的去除率先增大后减小，并在pH=5.0时达到最大去除率；CF-RGO初始投量对体系去除AO7的影响差异不大，总体呈正相关性；AO7初始浓度的不断增加会减弱体系的去除能力，从而降低AO7的去除率。同时，叔丁醇（TBA）和乙醇（ETOH）的投加证实了CF-RGO/PMS体系的自由基在pH=5.0时以硫酸自由基（·SO4-）为主，说明·SO4-对AO7的去除占主导作用。此外，重复使用该催化剂3次后发现其催化活性和稳定性均较好，Co、Fe等残留金属的检测结果也表明该催化剂对水体的二次污染极小。研究表明：CF-RGO作为催化剂可快速、高效地激活PMS去除水中AO7，且重复利用效果好、二次污染小；在pH=5.0，AO7、PMS初始浓度分别为0.03、0.2 mmol/L，CF-RGO初始投量为0.003 g的条件下，CF-RGO/PMS体系去除AO7效果最佳，去除率最高达95.8%。  
        关键词：磁石墨烯;过渡金属;硫酸自由基;橙红7;去除率   
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        发布时间：2023-11-14
      • 杨茂,甄文娟,陈慧,单志华
        2017, 49(1): 138-143. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.018
        摘要：中文摘要: 实验在pH 1.0，温度40℃，避光条件下，通过高碘酸钠对细菌纤维素（BC）进行氧化，制得双醛细菌纤维素（DHBC）。然后在温度50℃，pH 6.0，DHBC与不同用量的明胶溶液进行作用制得双醛细菌纤维素/明胶（DB-G）3种复合材料（DB-G5，DB-G10，DB-G15）。通过FTIR谱图分析，DB-G中的CO的伸缩振动吸收峰（1 740 cm-1）消失了，相应地在1 600~1 680 cm-1和1 500~1 550 cm-1出现了典型的酰胺Ⅰ的v（CO）和酰胺Ⅱ v（N-H）的红外吸收峰，随着明胶比例增加，吸收峰变宽并发生部分紫移。根据模拟体液（SBF）降解测试结果，DHBC及DB-G表现出了良好的可降解性，降解周期为60~90 d。利用比表面积与孔径分布及SEM的测试分析，DB-G5、DB-G10、DB-G15的孔径变化呈现出了不断减小的趋势。通过TG/DTG的热解温度测试结果，与BC相比，DHBC热解温度迅速降低，最大失重温度（Tmax）下降80.1℃。然而与明胶发生交联后，热分解稳定性得到明显提高，DB-G的Tmax均大于340℃，但DB-G10和DB-G15的Tmax却不足2℃。抗张强度测试表现出类似的情形，与DB-G10相比，DB-G15没有随着明胶用量的进一步提高。综合分析认为，m（DHBC）：m（明胶）以1：10最为合适，即DB-G10可作为一种潜在的组织工程支架材料。  
        关键词：细菌纤维素;明胶;支架材料   
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        发布时间：2023-11-14

        CTCIS会议推荐论文

      • 陈兴蜀,江天宇,曾雪梅,尹学渊,邵国林
        2017, 49(1): 144-150. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.019
        摘要：中文摘要: 针对实际网络异常检测要求高检测率、低误报率的问题，提出了一种基于多维时间序列的检测方法。首先，通过对实际网络流量进行长期观测，提取多维特征对网络流量进行描述；然后，利用时间序列分析方法对多维特征进行预测，计算预测值与真实值的时间序列偏离度，并且实时更新偏离度，适应多变的网络环境；最后，利用支持向量机（SVM）算法对偏离度向量进行分类判别，判断是否发生异常。目前该方法已应用于校园网关键服务器的实时监测与防护工作中，实际服务器流量的预测、告警结果表明，该方法可以有效检测网络中的异常流量。  
        关键词：异常检测;时间序列;网络流量;多维特征;网络安全   
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        发布时间：2023-11-14
      • 赵波,马骏,肖钰,刘育博
        2017, 49(1): 151-158. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.020
        摘要：中文摘要: 针对TrustZone架构中，恶意CA长时间占用会话资源引起DOS攻击的问题，提出了一种TrustZone架构中的会话调度方案（TSSP）。结合TrustZone会话执行的特点，给出了会话等待队列、执行队列的构建方法，同时引入了等待队列会话优先级、执行队列会话剩余价值的计算方法，在此基础上，对会话调度策略进行详细的阐述。通过实验证明了本方案能够保证高优先级的会话优先执行，同时能够有效抵抗由于恶意CA长时间占用会话资源引起的DOS攻击。最后，从安全与性能两个方面对加入会话调度机制后的系统进行评估。实验结果表明，加入调度机制后，在保证系统安全性的基础上，增加的性能开销在0.01~0.27 s之间。  
        关键词：DOS攻击;会话调度;安全   
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        发布时间：2023-11-14
      • 房鼎益,张恒,汤战勇,陈晓江
        2017, 49(1): 159-168. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.021
        摘要：中文摘要: 随着计算机和网络的发展，软件核心算法面临着被逆向的威胁越来越大。虚拟机软件保护方法作为一种新型的软件保护方法，利用虚拟化技术保护软件的核心算法。因虚拟指令很难被理解，故其保护强度较高。但是，该方法仍无法抵御基于语义的攻击方法对虚拟机保护后的软件攻击，由此给软件安全带来了严重的威胁。针对现有的各类虚拟机软件保护方法无法应对目前恶意攻击者基于语义攻击的问题，提出了一种抗语义攻击的虚拟机软件保护方法即DAS-VMP。该方法分析了基于语义攻击的关键技术，依此研究出抵抗语义攻击的方法。从程序内部的数据流和执行流出发，通过设计数据流混淆引擎对虚拟机中虚拟解释器（Handlers）进行数据流混淆，使程序内部的数据流结构变得复杂多样，从而攻击者无法进行数据流的分析。隐藏虚拟机中的谓词信息，以抵抗攻击者的符号执行技术，同时将单一进程虚拟机设计为双进程虚拟机，控制软件运行过程中的执行流，使软件的执行过程更加难以被追踪，最终使经过保护后的软件呈现出一种复杂的数据流和执行流，从而阻止攻击者通过基于语义的攻击方法进行逆向分析。理论分析表明，DAS-VMP能够有效抵抗基于语义的攻击，与两款商业虚拟机保护系统的比较表明DAS-VMP对系统的性能开销较小。  
        关键词：虚拟机软件保护;数据流混淆;语义攻击   
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        发布时间：2023-11-14
      • 陈伟,闫晓霜,戴成瑞
        2017, 49(1): 169-175. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.022
        摘要：中文摘要: Android的开源性带来开发便利的同时，也带来了攻击的便利，如用户隐私信息的窃取。针对Android应用程序中的隐私泄漏问题，设计了基于静态污点分析的自动化检测系统——LeakDetector。该系统使用泄漏类型判断决策森林来检测应用程序中的隐私泄漏情况。首先，基于同类型相似性思想，构建了类型化泄漏数据库；其次，利用随机森林算法，将泄漏数据库转化成泄漏类型判断决策森林，再利用多方投票提高检测结果的合理性，并增加可重复利用性，减少检测人员的工作量；最后，此系统还提供了对泄漏点的逆向定位功能，该功能可以丰富简洁的检测结果，获取应用程序中存在的隐私泄漏数据流的泄漏源和泄漏点。从15个应用市场中收集了65个天气类应用程序构建泄漏数据库，并生成判断决策森林。以一个新的天气类应用程序作为待检测对象，利用判断决策森林进行隐私泄漏情况检测。共得到12条隐私泄漏数据流，其中，包括通过网络泄漏设备信息、将设备信息记录到本地日志、将本地日志存入content中、通过网络发送本地日志、通过网络发送文件5种泄漏类型。通过逆向定位功能找到了对应的泄漏源和泄漏点。结果表明，该系统可以检测出类型化应用程序的隐私泄漏情况，准确率为91.6%，并能逆向定位到隐私泄漏的泄漏源和泄漏点。  
        关键词：隐私泄漏;Android系统;逆向定位;机器学习   
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        发布时间：2023-11-14
      • 于洪涛,周倩楠,张付志
        2017, 49(1): 176-183. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.023
        摘要：中文摘要: 针对有监督检测方法在检测托攻击时准确率不高的问题，提出一种基于项目流行度和新颖度分类特征的托攻击检测算法。首先，根据真实概貌和攻击概貌在选择评分项目方式上不同，从流行度和新颖度角度，提出有效区分正常用户和攻击用户的特征；然后，基于这些特征提出一种集成检测框架，通过Boosting提升技术产生多个差异较大的基分类器，并且通过融合带有权重的基分类器的预测值得到最终的检测结果。实验结果表明，基于项目流行度和新颖度分类特征的托攻击检测算法能够提高攻击检测的准确率和召回率。  
        关键词：托攻击;项目流行度;项目新颖度;Boosting技术;集成检测   
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        发布时间：2023-11-14
      • 龚晓庆,周祥,汤战勇,房鼎益,彭瑶,陈峰
        2017, 49(1): 184-190. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.024
        摘要：中文摘要: 针对污点分析方法导致程序数据流泄密的问题，提出了一种基于可执行代码的反污点分析方案。通过开发过程中植入标记或保护过程中输入关键代码地址两种方式实现对关键代码的定位。设计了去污点的反污点分析保护方法，用于保护程序中的敏感数据，提高程序的抵抗污点分析能力。同时，为了满足保护方法的多样性，分别针对数值替代、数值匹配和栈操作设计了3种不同的反污点分析保护方法。实验结果表明，提出的方法可以有效的增强反污点分析能力且不会造成较大的性能损耗。  
        关键词：动态分析;数据流保护;污点分析;逆向分析   
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        发布时间：2023-11-14
      • 钟卫东,孟庆全,张帅伟,汪晶晶
        2017, 49(1): 191-196. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.025
        摘要：中文摘要: 针对构建新的密码结构抵抗DPA攻击尤其是glitch攻击的问题，通过将输入变换到复合域GF（（（22）2）2）求逆，再变换回有限域GF（28）输出的方法构造了一个低消耗的AES的S盒；并基于秘密共享的思想分仿射变换、求逆变换、逆仿射变换3步对S盒进行分组，得到一个新的S盒。新的S盒在求逆变换中采用4×4的正确项分组法，相比于Nikova提出的经典方案，减少了实现所占用的空间，降低了消耗。通过分析验证，本文方案具有较为优良的消耗特性，且对1阶DPA攻击及glitch攻击具有与Nikova方案同等级的抵抗能力。  
        关键词：秘密共享;AES;1阶DPA攻击;glitch攻击;S盒   
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      • 詹静,杨静
        2017, 49(1): 197-205. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.026
        摘要：中文摘要: 由于工业控制系统（industrial control system，ICS）系统中的通信协议在设计之初很少考虑安全性，传统的ICS网络专用协议很容易遭到来自TCP/IP网络的远程攻击。本文通过增加可信硬件，结合远程证明方法设计了一种新的可信Modbus/TCP通信协议，提高使用专用通信协议的ICS网络安全性。修改了ICS网络中现场设备和控制设备中原有Modbus/TCP通信栈以达到双向认证的目的。利用远程证明方法基于白名单对Modbus/TCP客户机、服务器双方身份和安全状态信息进行认证。这些信息的更新由在线的证明服务器维护并推送给现场设备以减轻通信负担。协议数据通过2种方式受到保护：一是，通信过程中的消息认证密钥由可信硬件保护，只有拥有可信硬件绑定密钥的合法设备才能解密，保证通信数据无法在不被发现的情况下被篡改；二是，加密协议的敏感操作信息的密钥也受到可信硬件的保护。目前，还没有其他公开文献将可信组件引入Modbus/TCP通信环境中以保证其安全性。提出的可信Modbus/TCP协议具备完整性、可认证性、新鲜性和机密性4个安全属性。协议由HLPSL语言描述，使用SPAN工具验证，未发现可被攻击者利用的入侵路径。协议性能消耗最大的是认证子协议密码相关功能，但该消耗仅存在于首次通信前和周期性验证失败后。若采用针对ICS环境优化后的专用可信硬件，替代本文使用的通用可信硬件，相关开销将大幅降低。因协议字段的增加造成通信开销较小，仅为μs级。提出的可信Modbus/TCP协议能够满足ICS正常业务性能要求，既能防范非法通信实体，又能防范原本合法但因系统被篡改后不再可信的通信实体对协议通信发起的攻击。  
        关键词：通信安全;安全协议;工业控制系统;Modbus/TCP;远程证明   
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        发布时间：2023-11-14
      • 李洪成,吴晓平
        2017, 49(1): 206-212. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.027
        摘要：中文摘要: 针对传统告警聚合与关联方法在合理性和准确性上的不足，提出了基于多级划分思想的告警聚合方法和基于马尔可夫链模型的告警关联方法。首先，使用入侵检测消息交换格式来描述网络告警，利用告警的时序接近关系进行时间窗口的自动扩展，将时间间隔小于预设阈值的告警划分到同一个时间窗内；进而，分别根据攻击类型、时间窗口、子网掩码、IP地址和端口信息依次划分告警，利用属性匹配方法进行子网级、主机级和服务级聚合，有效聚合攻击者利用同一路由器、傀儡主机或服务端口实施攻击而产生的相似告警；在此基础上，利用1阶马尔可夫链模型生成告警关联图，将攻击类型间的条件转移概率作为关联图的有向边，并利用告警的时序紧邻关系计算出攻击类型间的转移概率。实验中，利用入侵检测系统Snort的最严格模式处理DARPA2000流量数据，得到LLDoS1.0攻击场景所对应的入侵告警集合；利用本文方法对集合中的5类告警进行聚合和关联，通过参数寻优得到自扩展时间窗口最理想的间隔阈值，使得告警多级聚合结果能够有效精简告警，并与告警源IP和源端口的分布情况一致；通过比较告警关联结果与攻击场景的官方描述来计算告警关联的准确率。与传统方法进行对比，本文方法的告警关联准确率为97.94%，比传统方法提高了2.29%。  
        关键词：攻击检测;告警聚合;自扩展时间窗口;多级划分;马尔可夫模型   
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        发布时间：2023-11-14

        信息工程

      • 赵永威,李婷,蔺博宇
        2017, 49(1): 213-220. DOI: 10.15961/j.jsuese.2017.01.028
        摘要：中文摘要: 针对矢量量化编码的量化误差严重，而稀疏编码只是一种浅层学习模型，容易导致视觉词典对图像特征缺乏选择性的问题，提出了一种基于深度学习特征编码模型的图像分类方法。首先，采用深度学习网络无监督的受限玻尔兹曼机（RBM）代替传统的K-Means聚类及稀疏编码等方法对SIFT特征库进行编码学习，生成视觉词典；其次，对RBM编码添加正则化项分解组合每个特征的稀疏表示，使得生成的视觉单词兼具稀疏性和选择性；然后，利用训练数据的类别标签信息有监督地自上而下对得到的初始视觉词典进行微调，得到图像深度学习表示向量，以此训练SVM分类器并完成图像分类。实验结果表明，本文方法能有效克服传统矢量量化编码及稀疏编码等方法的缺点，有效地提升图像分类性能。  
        关键词：图像分类;视觉词典模型;深度学习;稀疏编码;受限玻尔兹曼机   
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        发布时间：2023-11-14
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