最新刊期
      2018 年 第 50 卷 1 期

        聚焦国家重点研发计划

      • 赵长生,赵伟锋,张翔,贾凌云,苏白海,周建辉
        2018, 50(1): 1-8. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800023
        摘要：目前，安全有效、特异高效、集成便携成为血液净化耗材及体外循环设备的发展方向。为解决临床和产业重大需求，满足先进血液净化材料及设备的迫切需求，凝练了4个关键研究目标：1）聚醚砜原材料、纺丝生产线、血液透析膜和滤器实现国产化，研发小型血液透析器和血滤器。2）研发与个体化治疗配套的高效特异抗体、β2–微球蛋白和内毒素吸附剂。3）研发佩戴式人工肾装置。4）建立产学研医实时联动机制和评价规范。相应地，研究内容包含：1）解决聚醚砜生产的稳定性和纯化技术、中空纤维膜血液相容性，研发聚醚砜原材料、纺丝生产线、抗凝高通血液透析膜和滤器。2）解决高效特异吸附材料的可控合成、仿生分子刷的有效控制和特异抗体的批量生产，研发高效特异β2–微球蛋白、内毒素吸附剂，建立抗体吸附剂生产线。3）解决微型泵和微型监测装置的制备技术和透析液的再生，研发佩戴式人工肾装置。4）解决生物材料和医疗器械的研发与临床脱节问题，建立产学研医全程实时联动体系和临床评价平台。基于以上内容，以期为国内乃至世界尿毒症患者带来福音，基本解决此类病症对人类和社会所造成的危害。  
        关键词：血液净化治疗;高通抗凝血液透析器;高效特异性血液灌流器;佩戴式人工肾   
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      • 饶志宏,方恩博
        2018, 50(1): 9-21. DOI: 10.15961/j.jsuese.201701043
        摘要：软件与系统漏洞是国家网络空间安全的重要战略资源。中国关键基础设施和重要信息系统部分核心技术受制于人，软件与系统漏洞普遍存在的现状短期之内无法根除，需要开展深层次、大规模、智能化漏洞挖掘研究；随着移动互联网、工业控制网和物联网等领域的新技术和新应用的推广，现有漏洞挖掘分析技术体系不能满足新的需求；此外，中国漏洞研究团队资源相对分散，国家层面漏洞研究协作机制尚未形成，难以支撑国家对漏洞战略资源的把控。以提升国家开展漏洞战略资源把控能力为导向，针对软件与系统漏洞研究现状，目前亟待解决的四大难题，即漏洞挖掘分析智慧性弱、大流量监测精度低、危害评估验证难、规模协同能力缺。围绕四大难题开展攻关：一是,软件与系统漏洞智慧挖掘方法及关键技术，包括模糊推理经验库的构建方法、基于基因图谱的漏洞挖掘方法、智能引导优化问题、基于策略的漏洞识别方法。二是,软件与系统漏洞分析与可利用性判定技术，包括漏洞成因分析技术、程序异常路径构造技术、同源性漏洞分析技术、漏洞可利用性判定技术、多场景漏洞分析平台建设。三是，基于网络流量的漏洞分析与检测技术，包括利用动静态方法的漏洞攻击样本检测技术、研制软件漏洞攻击样本自动化检测原型系统、针对疑似网络攻击流量的深度检测与智能识别技术、网络攻击样本自动化分析与精准验证、面向攻击流量的漏洞检测与综合服务平台。四是，漏洞危害评估与验证技术，包括基于硬件虚拟化的动态污点分析技术、漏洞自动利用技术、研制基于虚拟环境的漏洞自动化验证系统、漏洞危害性评估体系和危害性评估算法。五是，漏洞规模化协同挖掘分析技术研究与应用，包括多任务多引擎自适应均衡规模化漏洞挖掘技术、多维度多任务智能协同技术、开放协作的知识复用技术、面向多计算环境的规模化协同漏洞发掘的一体化平台、规模化协同条件下漏洞挖掘、分析和可利用性评估技术、规模化协同漏洞发掘一体化平台在典型行业的应用验证。通过以上研究内容实现以下五个方面创新：一是，基因图谱定式复盘，基于基因图谱构建与经验知识复用的漏洞智慧挖掘技术；二是，多源分析多态利用，基于多源漏洞分析的多态可利用性评估技术；三是，动静结合意图推演，大流量环境下基于数据驱动与行为认知关联的攻击检测技术；四是，状态切片叠加复现，活体漏洞库构建技术；五是，智能连接迭代适应，多任务多引擎自适应均衡规模化漏洞挖掘技术。最终，构建集漏洞挖掘、分析、监测、评估、验证于一体的规模协同平台，形成知识复用、智能连接、开放协作的生态系统，为国家摸清网络空间安全家底、扭转攻防博弈被动局面提供技术支撑。  
        关键词：软件与系统漏洞;智慧挖掘;可利用性判定;大流量安全监测;漏洞危害评估;规模化协同   
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        水利与土木工程

      • 黄莉,刘士和
        2018, 50(1): 22-27. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700775
        摘要：关洲河段属典型的主流年内交替型分汊河道，三峡水库蓄水后该河段河势出现了较大变化。关洲河段河势调整对下游松滋口分流变化的影响作用逐渐凸显，也越来越受关注。作者利用实测的2002—2013年的河道地形资料和1984—2017年的水文观测数据，首先分析了三峡水库蓄水运用后关洲河段的河道演变特点，然后从河道冲淤、左汊发展与左汊主汊的维持时间等3个方面研究了上游河势调整对松滋口分流的影响。研究成果表明：三峡水库蓄水后，关洲河段以枯水河槽冲刷为主，枯水河槽冲刷量约占平滩河槽总冲刷量的90%；冲刷形式由起初的冲刷下切逐渐转化为冲刷左侧低滩及河床组成较细的左汊；分汊段深泓高程由左高右低转变为左低右高；枯水期右汊的主汊地位有所减弱；左右汊主流年内易位的临界流量呈现减小的趋势；枯水河槽的冲刷将引起中小流量（小于20 000 m3/s）时松滋口分流能力的减小，但随着关洲河段河道冲刷的逐步完成这一变化会有所削弱；关洲左汊的发展有利于增加较大流量（大于20 000 m3/s）时松滋口的分流比，且这一流量持续的时间越长，即左汊维持主汊地位的时间越长，松滋口年分流比越大。但左汊的过度发展可能会引起关洲河段主流不再发生年内交替，而是长期稳定在左汊河道，建议有关部门加强对关洲左汊河道的监测。  
        关键词：松滋口分流;河势;三峡水库;年内交替型;关洲河段   
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      • 岳书波,曾剑,陈永平,张芝永
        2018, 50(1): 28-35. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700495
        摘要：强烈掺气的涌潮潮头在向河口上游推进的过程中对整个水域的环流结构、泥沙的输移、污染物的扩散乃至整个河口区域的生态平衡等都将产生巨大的影响，因此针对涌潮潮头掺气特征的研究就显得尤为重要。作者在玻璃水槽中模拟了涌潮潮头，运用高速摄像记录系统拍摄涌潮潮头掺气的状态，并对其破碎状态进行观测、统计和分析。通过试验中涌潮潮头形态与涌潮Froude数之间的响应关系与现实中二者之间的响应关系的一致性，检验了试验中所模拟的涌潮潮头形态的合理性。涌潮潮头破碎掺气要历经4个阶段且不断重复，最终在潮头形成一系列的气泡云；通过对比不同工况下涌潮潮头掺气的形态，提出潮头形态的变化主要与落潮流速和涌潮潮头高度相关。为深入定量地研究涌潮潮头的掺气特性，定义涌潮潮头的掺气长度，其与潮前水深及其流速、涌潮潮头的高度及其传播速度等因素密切相关；利用量纲分析确定涌潮潮头的相对掺气长度与涌潮强度和涌潮Froude数之间的函数关系后，运用非线性回归分析试验数据得到计算涌潮潮头掺气长度的经验公式；最后通过对钱塘江盐官段涌潮潮头掺气长度的几组观测值与经验公式计算值的对比与误差分析，验证了经验公式的实用性，为更好地预测涌潮潮头掺气的特征提供了量化的基础。  
        关键词：涌潮;潮头掺气;掺气长度;涌潮强度;涌潮Froude数   
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      • 叶晨,张晨玲,张绍培,杨奉广,王协康
        2018, 50(1): 36-42. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700708
        摘要：漂石阶梯阵列是山区流域暴雨山洪过程常见河床形式，能显著影响水流结构，增大水流阻力和河床抗冲力，同时也制约着漂石河床演变过程。基于野外典型漂石河段调查，通过水槽试验，探讨了山区河流漂石阶梯阵列河床的水动力特征。试验结果表明：不同的漂石阶梯行距对于水流流速及其紊动强度影响明显，三向紊动强度大体沿水深方向呈现先增大后减小趋势，横向与垂向的紊动强度峰值点位置都位于0<$y/h$≤0.2水深处，近底逆流在垂向及主流方向的作用范围分别为$1D$与$2D$（$D$为漂石粒径），漂石下游的近底逆流作用范围与漂石粒径呈正相关。漂石阵列对近床湍流具有“均匀化”作用，随着漂石排列密度的增大可显著降低近底的紊动强度。  
        关键词：山区河流;漂石阶梯阵列;流速分布;紊动强度   
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      • 沈位刚,赵涛,唐川,戴峰
        2018, 50(1): 43-50. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700208
        摘要：落石在与地面碰撞的过程中易发生破碎，形成较多能量大、形状各异的岩石块体，从而增加了落石的危害性。长期以来，由于对落石破碎后的运动轨迹、能量演化、块体尺寸分布等的量化存在较大困难，并且落石的破碎解体还没有被考虑到落石的运动学分析中。因此，研究落石的冲击破碎机理，判断落石是否破碎及预测破碎块体的大小将促进落石运动分析的进一步发展。本文运用离散单元方法建立落石与地面的数值模型，落石由紧密黏结的球形颗粒组成，刚性地面由一层固定颗粒代替，研究落石在不同速度撞击下的破碎特征，分析落石破碎特征与冲击加载率的关系。结果表明：落石在撞击地面后，内部瞬间产生大量的裂纹，这些裂纹相互贯通，便将落石破裂成不同大小的块体；随着冲击加载率的增大，落石内部产生的裂纹急剧增加，致使落石破碎的块体数目增多，块体尺寸减小；落石的破碎程度与加载率呈线性正相关关系，破碎块体数量和最大块体尺寸与加载率呈幂函数关系，且破碎块体的尺寸分布特征符合三参数极值分布。  
        关键词：落石;离散元法;加载率;破碎;尺寸分布   
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      • 周永强,程永锋,朱照清,卢智成,朱泽奇,盛谦
        2018, 50(1): 51-61. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700466
        摘要：为有效减轻变电站等输电设施震害，保障输电工程的安全，选定了具有代表性的4个岩质边坡作为本文的研究对象，开展了不同岩性、地形、地质的地震动传播特性研究，初步确定了不同地形地质条件下边坡放大系数，并与《建筑物抗震设计规范》（QB 50011—2010）（以下简称规范）进行对比。得到以下结论：对均质和非均质成层类型边坡，其放大系数大小基本排序为：上软岩下硬岩>软岩>中硬岩>上中硬岩下硬岩>硬岩；对于覆盖土层岩质边坡，不同厚度的土层对放大系数影响很大，与均质边坡完全不同；软弱夹层岩质边坡的放大系数与均质岩质边坡基本一致，只是前者大于后者，差值都在0.1之内，说明当软弱夹层的厚度比较小时，软弱夹层对放大系数的影响与坡高、坡度、岩性无关；不同的夹层厚度对边坡的放大系数影响基本上呈半正弦形式；通过分析傅里叶谱，发现高边坡具有明显的放大效应，而低边坡却不明显；软岩的傅里叶幅值明显大于中硬岩和硬岩，而硬岩和中硬岩则基本相同，因此从频谱特性上也可以说明岩性不同，场地效应也不同，且坡高越大，这种区别就更加明显；在中低高度（80 m以下），傅里叶幅值几乎随坡度保持不变，且在此高度范围缓倾边坡的最大幅值基本相同，而对于高边坡，则会有所不同，坡度越陡，幅值越大，基本成线性增大趋势；对于非均质成层的边坡，坡高不同，傅里叶谱不相同，主频段也不相同；软弱夹层岩质边坡的傅里叶谱基本与相对应的均质边坡的傅里叶谱相同，无关坡高的影响，不同夹层厚度的傅里叶谱基本一致，说明夹层厚度对傅里叶谱的影响不大。与规范的放大系数相比，软岩类型均质边坡放大系数计算值基本与其相同，而对于中硬岩、硬岩和上中硬岩下硬岩等类型边坡放大系数计算值则都小于规范值，随着坡高及坡度的增加，计算值与规范值的差距则在逐渐增加，表明所参考的规范对坡高和坡度的规定限制得比较小，应扩大对坡高、坡度的规定。该研究可以为变电站工程设计提供技术支持。  
        关键词：不同地形地质;场地效应;频谱特性;抗震设计规范;岩质边坡   
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      • 曾开华,杨维汉,张常光,戴红涛
        2018, 50(1): 62-70. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600984
        摘要：巷道最优支护可以实现新奥法安全经济的最佳支护状态，根据软岩流变控制原则和统一强度理论，合理考虑中间主应力与强度准则选取的影响，推导两种稳定蠕变准则下巷道最优支护力和围岩允许最大位移的理论解答，给出公式适用条件、应用步骤，并进行两个工程实例验证，分析中间主应力、岩石长期强度及围岩抗剪强度参数等对巷道最优支护力与围岩允许最大位移的影响规律。结果表明：本文理论解答可退化为文献已有结果，具有较好的可比性；所得公式表达简洁，参数易于确定，具有良好的工程应用前景；两种稳定蠕变准则的巷道最优支护参数的变化规律一致且整体差异较小，但应力偏张量第三不变量准则相应解答的适用范围更广；中间主应力效应和强度准则选取对巷道最优支护参数的影响显著，Mohr-Coulomb准则的结果过于保守，难以发挥围岩的强度潜力；岩石长期强度是巷道最优支护设计的关键参数，围岩黏聚力相比内摩擦角对巷道最优支护参数的影响更为明显，应充分考虑岩石强度参数的变异性。所得结果可为软岩巷道的最优支护设计与施工提供理论指导和建议。  
        关键词：软岩巷道;统一强度理论;稳定蠕变准则;最优支护   
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      • 邹先坚,王川婴,韩增强,汪进超,王益腾
        2018, 50(1): 71-78. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700397
        摘要：深部岩体地应力的测量对岩土力学与工程地质具有重要的意义。由于传统的地应力测试过程较为复杂，在深孔中更是难以实现，因此本文提出一种利用全景立体钻孔成像技术和受力状态下钻孔形态特征快速、有效、准确地确定地应力方向的测量方法。该方法利用基于双锥镜成像原理的全景立体钻孔成像技术获得钻孔孔壁同一位置不同视角的两幅立体像对图像，通过对像对图像构建钻孔孔径形态数值以刻画钻孔孔壁的几何形态特征。根据地应力的作用下圆形钻孔孔壁变成椭圆形孔壁，进而推导出圆形孔壁变成椭圆之后的标准椭圆方程，并建立椭圆形态参数与地应力方向的关系。据此，结合全景立体钻孔成像技术获得钻孔孔壁的几何形态（椭圆形孔径），计算出椭圆长轴与坐标轴的方向，进而测得孔内的地应力方向。最后利用标准模型进行模拟测试。结果表明该方法测量的钻孔几何形态与实际的应力方向保持一致，验证了该方法的正确性和可靠性。该方法应用了最新的钻孔成像技术，在不依赖岩体物性参数的前提下，实现了基于钻孔形态的地应力方向的直接获取，为深部岩体地应力的测量提供一种新的途径和测试方法。  
        关键词：地应力方向;立体像对成像;椭圆方程;钻孔形态;孔径变化   
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      • 朱雅琴,张法星,许唯临
        2018, 50(1): 79-84. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700410
        摘要：目前各种曝气池运行时曝气产生的气泡云团形态差别很大，气泡群时空分布不均，导致氧转移效率在曝气池中的分布存在差异，能耗高。为了弄清楚盘式曝气气泡云团的形态特征及其时空分布，利用高速摄像技术和摄影测量技术，对室内清水曝气实验模型中的气泡云团轴线长度、径向尺度和形态演化进行了观测。结果表明:实验范围内气泡云团轴线形状与水流流速分布曲线形状基本类似，气泡群轴线长度与水深之比介于1.03～1.30之间。曝气量由0.25 m3/h增大到2.0 m3/h时，气泡云团轴线长度和气泡的驻留时间先增大后减小。随着曝气量增大，气泡云团形状变得不规则，且随时间变化越频繁。多个曝气盘曝气时，上游的气泡云团会影响下游气泡云团的形态。在流向和展向上，气泡云团宽度基本相同；在水深方向上，由曝气盘向水面沿程增大，0.5$h$0、0.8$h$0处气泡云团平均宽度明显大于0.2$h$0处的宽度。不同水深处，气泡云团的宽度随时间随机变化；0.8$h$0处气泡云团宽度随时间的变化最剧烈。气泡群的平均宽度随曝气量增大而增加，曝气量为0.25、1.0、2.0 m3/h时，气泡云团的平均宽度分别为曝气盘直径的1.00～1.50倍、1.60～2.50倍和1.75～3.50倍。盘式曝气形成的气泡云团在水中可被划分为3个区域：底部的调整区、近自由面区和中部的紊动扩散区，不同区域内的气泡的受力和运动特性不同。气泡云团分区为气泡受力和运动的建模计算提供了依据。  
        关键词：曝气池;气泡云团;轴线长度;扩散特性   
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      • 王增辉,夏军强,张俊华,李涛
        2018, 50(1): 85-93. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700549
        摘要：小浪底水库支流众多，支流库容占总库容的41.3%，干支流倒回灌对干流洪水演进和库区淤积过程有重大影响，为此作者提出了考虑干支流倒回灌影响的水库1维明流及异重流耦合模型。推导了不同类型倒回灌引起的水沙控制方程附加项，并提出了相应的水沙耦合形式的浑水明流与异重流控制方程。针对不同的倒回灌形式提出相应的倒回灌流量计算方法：对于干流水位涨落引起的干支流倒回灌，提出了零维水库法在使用有限体积法的数学模型中的实现方法；对于异重流向支流的倒灌，采用考虑支流底坡影响的异重流倒灌流量公式加以计算。将这两种方法与已建立的水库1维明流与异重流耦合模型结合，模拟了2006年小浪底水库调水调沙实验的完整过程，对库区内水位下降、上游段冲刷及人工异重流形成与发展均做出了较为准确的模拟。模拟结果显示，干支流倒回灌过程对于异重流厚度变化过程和调水调沙出库沙量有显著影响，对于汛前泄水阶段库区水位下降速度也有一定影响，支流淤积在一次异重流过程淤积总量中可达43.5%。相对于简化干支流倒回灌过程的计算方法，该模型对异重流排沙比的预测效果更好，证明其有助于实现更加科学合理的调水调沙方案设计。  
        关键词：异重流;调水调沙;干支流倒回灌;小浪底水库   
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      • 樊立敏,符文熹,魏玉峰,周洪福
        2018, 50(1): 94-100. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700063
        摘要：为确定岩石节理的剪切强度，在MTS815型程控伺服岩石刚性试验机上对含不规则、无充填岩石节理试件进行三轴试验。利用伺服控制系统连续获得同一试件在不同围压条件下对应的最大轴压，并根据弹性力学理论求得不同围压下节理面的正应力和剪应力。对每一试件的试验结果按线性Mohr-Coulomb准则拟合获得摩擦角和内聚力，利用MATLAB软件的曲线拟合工具对所有试件的正应力和剪应力分别进行线性Mohr-Coulomb准则拟合、幂函数拟合和非线性Barton公式拟合，对比其拟合效果可知：1）线性Mohr-Coulomb准则拟合明显比幂函数拟合和Barton公式拟合要差，尤其是在低正应力条件下线性Mohr-Coulomb准则拟合高估了岩石节理的剪切强度；2）幂函数和Barton公式拟合的曲线几乎重合，且总体反映了岩石节理剪切强度的非线性特征；3）在较高正应力下，线性Mohr-Coulomb准则、幂函数和非线性Barton公式对应的剪切强度均偏高。同时，为估计拟合公式基本参数的合理性，根据试验成果对Barton公式基本参数进行了比较可靠的区间估计。  
        关键词：岩石节理;三轴试验;剪切强度;非线性拟合;参数区间估计;Barton公式   
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      • 王 　喆,孙立成,刘洪涛,谢果,唐继国,鲍静静
        2018, 50(1): 101-106. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700295
        摘要：随着大型集成芯片等电子设备的释热率不断升高，普通的微通道热沉（MHS）已很难满足其散热需求。自相似微通道热沉（SSHS）作为一种新的换热结构设计，与一般的微通道热沉（MHS）相比，具有更好的综合性能和应用前景，但SSHS内部依然存在一定的流量分配和换热不均等缺陷。为克服SSHS自身的缺陷，提高其工作性能，本文将原有的入口分流通道改为渐缩式设计，以缓解SSHS原型设计中流量分配不均的缺陷；同时，利用数值方法在分析各结构参数影响基础上进行优化设计。鉴于SSHS内每个换热单元结构均相同，选择了一个完整的换热单元进行模拟分析和参数优化，计算单元包含10个溢流通道、半个入口分流通道与半个出流通道。换热工质为水，单元的流量范围为0.27～0.90 kg/h，工作压力为常压，盖板热负荷为1 MW/m2，计算模型为层流模型（$Re$范围150～500）。数值分析结果表明：对于原型设计，入口分流通道末端存在较强烈的滞止效应，直接导致各溢流通道之间流量分配不均，溢流通道间的流量分配相差9.5～12.9倍，且流量分配不均直接导致换热不均，盖板外壁面的温差达到了10.8～12.1 ℃。通过将分流通道改为渐缩式斜坡结构，可以一定程度上消除滞止效应的影响。经过优化对比分析发现，随着斜坡角度的增加，流量分配的均匀性和换热均匀性均得到进一步提高，但同时也导致流动阻力有一定的增加。综合考虑后，确定斜坡角度为4.3°时，可在计算参数范围内使优化结构获得最佳的综合性能。虽然导致系统压降最大增加12%左右，但使流量分配从最大相差12.9倍降至仅相差2.7倍，平均换热均匀性提高了50%以上。改进和优化后的设计可为SSHS的推广应用提供参考和借鉴。  
        关键词：微通道;热沉;散热;电子设备;自相似结构;优化   
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        发布时间：2024-01-10

        信息工程

      • 郭兵,张鹏博,沈艳,黄义纯,曹亚波
        2018, 50(1): 107-112. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700175
        摘要：研究芯片功耗中动态功耗部分，针对传统动态节能技术动态电压与频率调节（dynamic voltage and frequency scaling，DVFS）技术未能考虑预测CPU未来阶段行为的不足，提出BP-DVFS节能策略。为了提高下一阶段CPU利用率的预测准确性，更准确地对CPU进行动态调频进而降低其运行功耗。构建了一种FPU-CPU（forward predict utilization CPU）模型。模型假设下一时间段CPU利用率与CPU运行资源有关的事件特征量存在非线性函数关系，从处理器运行时环境出发提取出与CPU资源紧密相关的5个特征量进行度量，采用BP神经网络进行拟合训练。用训练后得到的神经网络预测CPU下一阶段的利用率，进行CPU处理不同类型任务程序的功耗仿真实验。并在相同实验条件下与常用的3种CPU调频策略实验结果进行对比。实验结果表明，在CPU处理不同类型任务程序时，采用BP-DVFS策略进行调频的CPU功耗都低于其他3种策略进行调频的CPU功耗。通过实验验证，本文提出的方法提高了预测CPU利用率的准确度，降低了CPU运行时功耗。同时验证了假设的合理性与有效性以及此方法实现CPU低功耗运行是有效的。  
        关键词：节能;DVFS;BP神经网络;动态电压与频率调节   
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      • 黄宏程,孙欣然,胡敏
        2018, 50(1): 113-119. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700093
        摘要：为了揭示信息在社交网络中传播的内在规律，对社交网络的信息传播过程进行深入的研究，社交网络的信息传播过程除了受信息本身的吸引力和社交环境的影响，同时受节点对消息的态度的影响。然而，现有信息传播模型对节点态度考虑不足，不能体现节点态度的差异对信息传播所产生影响。本文结合传染病模型并考虑节点态度，提出了一种基于节点态度的社交网络信息传播模型，旨在分析节点态度对信息传播的影响，为研究社交网络的信息传播机理提供理论依据。首先，考虑到不同节点的态度及其变化规则的差异，从个体角度出发，基于节点行为定义了节点态度及其更新原则。其次，在传统传染病动力学SIRS模型基础上，结合信息传播与传染病感染扩散类似的传播机理，综合考虑节点态度对信息传播状态转移的影响，利用社会学习理论得到一种基于节点态度的社交网络传播模型。该模型能够分析节点态度对信息传播的影响，给出传播规则，并刻画信息传播的演化规律。最后，采用新浪微博的真实数据对本文的传播模型进行了仿真实验，仿真结果验证了节点态度影响着信息的传播，证明了本文所提模型能够更准确地描述信息传播规律，反映社交网络的信息传播过程。  
        关键词：社交网络;信息传播模型;SIRS;节点态度   
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      • 董占奇,陈忠,张贤达
        2018, 50(1): 120-124. DOI: 10.15961/j.jsuese.201600532
        摘要：认知无线电系统中，如何进行有效地频谱感知是关系到次用户系统传输效能的首要问题，也是认知无线电长期的研究热点之一。传统的认知无线电中，频谱感知只发生在特定的感知阶段，而忽略了决策、传输阶段信息对频谱感知的支持作用。提出了一种充分利用传输阶段的信息进行频谱感知的方法，并基于感知结果优化下一阶段的发射功率分配。考虑基于解码信息的频谱感知算法，在传输阶段，次用户接收机在接收到次用户发射机的信息后，对信息进行解码；之后，将次用户信息从接收信号中去除，利用剩余的信号检测主用户的工作状态，并根据状态的不同，优化次用户下一阶段的发射功率。数值仿真结果表明，相对于传统的衬底式认知无线电算法（传输阶段的信息没有被用于频谱感知），在对主用户造成相同的平均干扰情况下，提出的算法能够在一定程度上提升次用户平均信道容量。提出的算法通过对传输阶段信息的二次利用，能够为频谱感知行为提供更多的可用信息，提升检测主用户当前工作状态的正确率，在对主用户造成一定的平均干扰约束下，更加精确地控制次用户自身的传输参数，从系统机制的层面上提高了对通信信道的综合利用率。  
        关键词：认知无线电;传输阶段;频谱感知;功率分配   
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        发布时间：2024-01-10
      • 谢中华,马丽红
        2018, 50(1): 125-132. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700156
        摘要：为了更有效地表达图像的高阶稀疏结构，提出基于图稀疏正则化的压缩感知重构算法，通过图论方法描述图像稀疏系数间的相关性。首先，采用图结构化稀疏度量表征图像的非局部相似性，并化简稀疏系数的完全图结构为仅与均值节点连接的星图结构，以实现更高效的稀疏表达；然后，通过加权范数的形式体现稀疏系数的不同重要性，达到自适应恢复的目的。进一步，提出求解星图稀疏模型的近似消息传递算法，通过引入辅助变量，使得权值参数和稀疏系数的优化问题更易求解。实验结果表明，所提出的算法在客观质量和主观质量上优于其他基于非局部稀疏模型的重构算法，验证了星图稀疏模型的有效性。  
        关键词：压缩感知;非局部相似性;星图稀疏;加权范数;近似消息传递   
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      • 倪磊,达新宇,王舒,梁源
        2018, 50(1): 133-139. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700160
        摘要：为了增强卫星通信信号的隐蔽性和安全性，提出一种基于物理层信息加密的加权分数傅里叶变换（WFRFT）调制方式。结合WFRFT的低概率截获特性以及无线信道状态信息（CSI）的动态唯一性，在WFRFT系统中构造一个具有加密性质的酉矩阵，克服了传统WFRFT方法的不足，增加了信号处理的多样性。加密酉矩阵的生成利用了卫星通信系统的物理层信道特征，合法通信双方通过约定方式将合法信道的CSI转化为相位旋转因子，并以此为密钥完成对传输信号的加密和解调。仿真结果表明，经酉矩阵加密后的卫星信号在保持原WFRFT信号统计特性的基础上具有更复杂的星座分布，窃听者的误码率始终保持在0.5左右，有效保证了信息的安全传输。  
        关键词：卫星通信;加权分数阶傅里叶变换;物理层;信道状态信息   
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        电气工程

      • 佃松宜,吉蕊,苏敏
        2018, 50(1): 140-148. DOI: 10.15961/j.jsuese.201601419
        摘要：针对熔化极气体保护焊中电流与弧长非线性时变系统难以建立精确的模型，且在焊接过程中，系统存在各类不确定因素并易受到内外界扰动的问题，提出一种改进的无模型自适应控制方法。首先，设计了带有可测与不可测干扰以及不确定因素的动态线性化泛模型，采用参数估计算法在线估计伪偏导数，引入干扰观测器实时补偿逼近内外界扰动和不确定因素；进而，通过构建准则函数设计出弧长系统的控制律通，在此基础上，得到改进的无模型自适应控制方案；最后，证明了该方法的鲁棒稳定性。仿真结果表明：与现有无模型自适应控制方案相比，所提出方法具有良好的跟踪性能和更快的响应速度；当焊接过程中遇到可测和不可测干扰以及不确定因素时，所提出的控制方法具有更强的鲁棒性，从而确保了焊接过程中弧长的稳定和较好的控制品质。  
        关键词：熔化极气体保护焊;无模型自适应控制;非参数动态线性化;干扰观测器   
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        发布时间：2024-01-10

        机械工程

      • 李剑锋,赵宏伟,张雷雨,于洋
        2018, 50(1): 149-156. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700484
        摘要：传统摆动从动件凸轮机构具有体积小、价格低廉、运动特性良好、可产生复杂运动规律等优点，在印刷机械、农业机械、纺织机械、自动化办公设备等方面有着广泛的应用。随着自动化机械不断朝着高速化、精密化、轻量化的方向发展，对传统的摆动从动件凸轮机构提出了更高的要求。传统摆动从动件凸轮机构在实现大摆角范围输出时需要较大结构尺寸，且凸轮与从动件间多为单个高副接触，承载能力较弱，使其应用受到了一定程度的限制。作者以活齿传动和凸轮机构为基础，提出了一种综合两种传动形式优点的摆动输出活齿凸轮机构，具有齿数灵活、摆角范围宽、可按多种既定凸轮曲线规律摆动输出的特点。介绍了摆动输出活齿凸轮机构的结构组成及传动原理，通过引入凸轮曲线运动规律建立了输入–输出凸轮转角关系，推导了输入、输出凸轮的理论廓线方程和实际廓面方程。给出了凸轮理论廓线曲率公式，分析了凸轮理论廓线曲率最值的变化规律以及凸轮实际廓面不发生干涉的条件。由图形结果可以看出，输入、输出凸轮理论廓线曲率最值分别出现在齿顶及齿根处、始末端点处，其最大值曲线随比值e/R变化过程中存在增长拐点、顶点，并且干涉最先发生在理论廓线的最大偏置距的廓面截线上。因此，在凸轮实际廓面参数R、e、r取值过程中，应满足活齿半径r不超过限定值的条件，并尽量保证比值e/R小于曲线增长拐点所对应的比值且远离曲线顶点所对应的比值，以使凸轮廓面不发生干涉，机构能够平稳运转。  
        关键词：活齿凸轮机构;摆动输出;廓面方程;曲率分析;廓面干涉   
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      • 王秋晓,付晓艳,谭健,张光艳
        2018, 50(1): 157-163. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700592
        摘要：电子机箱采用轴流式风机进行强迫通风散热是电力电子元件比较常用的散热方式，通过对轴流式风机出口截面空气流速的分析，可以推论出空气以类似螺纹状形态在机箱内流动，从而猜测电路板位置不同时局部表面传热系数（${h_x}$）变化规律也是不同的。采用实验分析与仿真模型相结合的办法对${h_x}$的变化规律进行了研究。实验结果与仿真结果基本吻合，结果表明，当只改变电路板竖直方向的位置时局部表面传热系数${h_x}$分布规律也会发生改变，当电路板平行散热风扇中心轴水平放置，且电路板的长边与散热风扇中心轴平行时，${h_x}$沿电路板的长度方向的变化是先减小后增大的，电路板竖直方向位置的改变主要影响${h_x}$沿电路板宽度方向的变化规律，且随着距离轮毂中心距离的增大，电路板上元器件温度较高的位置沿电路板的宽度方向由电路板的中间位置不断向边缘移动。此研究能够为散热风扇安装位置以及电路板的热设计提供重要的依据，对电子设备的热设计具有重要的意义。  
        关键词：电子机箱;散热;强迫风冷;局部表面传热系数   
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      • 李学刚,魏世民,廖启征,张英
        2018, 50(1): 164-170. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700482
        摘要：为弥补精确点法、优化法和数值图谱法等已有方法的不足，进一步提高带预定时标平面连杆机构刚体导引综合的精度与效率，提出一种基于傅氏级数的平面四杆机构刚体导引综合的代数求解方法。依据平面四杆机构连杆转角函数是周期性函数的性质，根据傅氏级数理论，建立了用傅氏级数描述的平面四杆机构连杆转角函数的数学公式，并通过离散傅立叶变换得到连杆转角函数傅氏级数展开的谐波参数，将机构连杆转角函数表示成了以输入曲柄转角为自变量的函数，进而通过分析平面运动中刚体导引标线转角函数与机构连杆转角函数之间的内在联系，得到了二者谐波参数间的函数关系。在此基础上，根据复矢量理论，建立了平面四杆机构的封闭矢量方程，将由傅氏级数表示的连杆转角函数带入机构封闭矢量方程，通过消元、化简将方程进一步转化为仅由机构基本尺寸参数、连杆转角函数谐波参数和输入曲柄转角表示的复数方程。依据复指数的性质，得到了含有机构基本尺寸参数和连杆转角函数谐波参数的表达式，根据前面分析得到连杆转角函数与刚体导引标线转角函数谐波参数间的函数关系进行变量代换，确定了刚体导引标线转角函数谐波参数与机构基本尺寸参数间的函数关系。依据这一函数关系建立了新的平面四杆机构刚体导引综合设计方程，利用配析消元法进一步将综合设计方程化简为含有机构基本尺寸参数和刚体导引标线转角函数谐波参数的一元三次方程，求解得到了方程的解析解，建立了由刚体导引标线转角函数的谐波参数直接计算机构基本尺寸的通用公式。平面四杆机构的基本尺寸确定后，应用离散傅里叶变换计算得到刚体导引位置的谐波参数，根据刚体导引位置和连杆转角函数谐波参数间的关系，推导得到了机构实际尺寸和安装位置参数的计算公式。在理论分析的基础上，进一步归纳总结明确了使用该方法进行机构刚体导引综合的具体步骤，建立了一种求解带预定时标平面四杆机构刚体导引综合问题的代数新方法，并依据综合步骤利用MATLAB软件编写求解程序，通过综合设计实例验证了该方法的有效性和可行性。结果表明：该方法在实现了直接进行带预定时标刚体导引机构综合的同时，克服了精确点法受机构未知量个数限制，无法实现更多刚体导引位置综合的不足。与已有数值图谱法和优化法相比，该方法不需要预先建立数值图谱库，也不需要提供优化初值，其通过方程求解得到综合设计结果，具有求解精度高、计算速度快、可重复性强的优点，更加便于计算机编程，为开发方便快捷的机构综合软件提供了理论基础。  
        关键词：连杆机构;刚体导引综合;傅氏级数;代数法   
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      • 罗岚,侯力,赵斐,吴阳,白青松
        2018, 50(1): 171-179. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700511
        摘要：根据变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的加工原理与推导得到的齿面方程，确定方程各相关参数的取值范围，基于得到的齿面方程，依据微分几何，得到变双曲圆弧齿线圆柱齿轮凹、凸面主曲率的计算方法；基于空间啮合原理，计算齿轮副在某一输入角速度下两齿面啮合点处的相对运动速度；根据已得到的齿面曲率、相对运动速度计算方法，推导变双曲圆弧齿线圆柱齿轮副滑动率的计算公式。最后，以某一确定设计参数的变双曲圆弧齿线圆柱齿轮副作为算例，计算其主曲率、诱导法曲率和滑动率，分析其变化趋势；并计算不同设计参数下的滑动率，分析设计参数对其影响，以此作为分析该齿轮副设计及优化的参考。结果表明：对变双曲圆弧齿线圆柱齿轮来说，模数越大，齿数比越小，齿线半径越大，则滑动率的变化范围越小，齿轮副在运转过程中的磨损更均匀；就磨损而言，大模数、小齿数比、大齿线半径的齿轮具有更好的性能。建立变双曲圆弧齿线圆柱齿轮副滑动率与磨损之间的量化关系，反映出其正相关关系，为齿轮磨损量的计算提供参考。  
        关键词：变双曲圆弧齿线圆柱齿轮;几何特性;主曲率;相对运动速度;滑动率;磨损   
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        发布时间：2024-01-10
      • 章文峰,卢义玉,汤积仁,陆晓辉
        2018, 50(1): 180-186. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700149
        摘要：针对前混合磨料射流磨料速度模型中存在的磨料受力考虑不全，无法体现磨料加速度、阻力系数以及雷诺数等关键参数的变化等问题，以固液两相流理论为基础，建立了磨料在高压管路、喷嘴内的速度模型，并基于等分法和迭代算法的数值求解方法，求解了磨料速度模型。计算结果与参考文献的平均百分比误差在5%之内，验证了该算法的正确性。同时，利用该速度模型得到了磨料在高压管路和喷嘴内的速度、加速度、阻力系数以及雷诺数的变化规律：高压管路内，磨料速度随磨料运动距离的增加逐渐增大，最后无限接近于水的速度；磨料加速度和雷诺数随磨料运动距离的增加逐渐减小，最后会趋于零；而阻力系数则随磨料运动距离的增加逐渐增大。喷嘴收敛段内，磨料速度随磨料运动距离的增加逐渐增大；磨料加速度、阻力系数以及雷诺数随磨料运动距离的增加有一个先减小后增加的过程。喷嘴直线段内，磨料速度随磨料运动距离的增加逐渐增大；磨料的加速度、雷诺数和阻力系数随着磨料运动距离的增加逐渐减小。  
        关键词：磨料射流;速度模型;等分法;迭代算法;加速度;阻力系数;雷诺数   
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        发布时间：2024-01-10
      • 李海,王伟,黄璞,杜丽,张心羽
        2018, 50(1): 187-195. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700435
        摘要：随着数控机床结构复杂化以及运行状态数据呈现多样性、时序性的特点，为了有效解决数控机床未来状态难以准确预测的难题，提出一种基于多维时间序列的数控机床状态预测方法。首先，采用OPC（OLE for process control）技术进行数控机床状态数据采集，结合Min-max标准化和自回归移动平均模型完成了数据预处理，建立了多维时间序列状态模型及度量模型，采用特征向量、特征趋势距离标示状态模型，并利用差异度进行多维时间序列状态匹配分析。其次，通过建立时间窗口滑动模型，利用时间窗口长度和滑动时长获取数控机床历史状态集合，进一步提出基于窗口滑动的多重匹配技术，利用$\beta $–耦合相似度量标准寻找与当前状态矩阵相似度最大的历史状态集合，并根据相似性阈值得到最优滑动时长和预测时长。然后，采用密度空间聚类算法进行状态序列分析，得到了表征机床当前时刻状态的最佳历史状态矩阵，并以此状态的下一时刻作为预测状态。最后，对数控机床主轴四项参数开展了数控机床状态预测实验，通过状态序列相似性分析得到最佳预测时长为24 s，滑动单位为2 s，并利用状态序列聚类分析完成状态序列匹配。预测结果表明，基于多维时间序列的状态预测方法的最大误差、平均误差、均方误差和相对误差均低于传统的AR预测模型，验证了所提出的状态预测方法的有效性和准确性。  
        关键词：数控机床;多维时间序列;多重匹配;状态预测   
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        发布时间：2024-01-10

        化学与材料工程

      • 曹小建,王宠,王清远
        2018, 50(1): 196-202. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700325
        摘要：钛合金植入物与人骨弹性模量相差较大，易产生应力遮挡而导致假体松动和骨质变化，临床上虽然在钛合金假体表面镀生物活性膜，但膜厚度仅数微米，有必要研究能同时提高植入物组织相容性和生物力学性能，又降低应力遮挡效应的方法。在静荷载25 N、振幅30 μm、冲击数36 000次/mm2下对Ti6Al4V钛合金进行超声表面冲击强化（UNSM）处理，对UNSM处理后的表面形貌、强塑性变形层（表面纳米层）、模拟体液中的极化曲线、腐蚀形貌、表面沉积物、预腐蚀两周后的疲劳行为、纤维软骨细胞的黏附等进行分析，并与复合表面（UNSM+TiN镀膜）处理试样进行对比。结果表明：超声冲击后表层获得约40 μm深的纳米晶层；尽管冲击后Ti6Al4V表面的腐蚀电流密度和点腐蚀增强了，但模拟体液预浸泡两周后Ti6Al4V钛合金108周次的疲劳强度仍被显著提升；内部裂纹均萌生于100～250 μm深的粗晶变形层内，因为该粗晶变形层内残余压应力迅速减小，塑性和韧性较表面纳米层低；经模拟体液浸泡后，纳米表面形成的钙磷沉积物结节显著增多；表面积的增加和合适的表面粗糙度促进了软骨纤维细胞的早期黏附；UNSM处理后再覆盖TiN膜能进一步提升Ti6Al4V的生物相容性。纳米晶弹性模量的减小和晶粒尺寸的梯度变化有助于对抗应力遮挡，复合表面纳米化技术对金属植入物的发展有积极的意义。  
        关键词：超声表面冲击;极化曲线;模拟体液;腐蚀疲劳;纤维软骨细胞   
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        发布时间：2024-01-10
      • 陈志,赵鹏,王金红,吉华
        2018, 50(1): 203-210. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700583
        摘要：多数干气密封端面流场分析是在假设平行间隙的前提下进行的，而工作状态下由于力变形和热变形的共同作用，两密封环的端面呈近似线性收敛型的楔形间隙。作者对平行及不同锥角的收敛型气膜流场进行了模拟分析，讨论了端面变形锥角对干气密封性能的影响。使用ANSYS软件对气膜流场模型进行前处理，对于流场中气体密度和黏度的变化，采用用户自定义函数（UDF）将密封介质的密度和黏度定义为压力的函数，再利用Fluent软件对气膜流场进行数值模拟计算。发现本文采用的变密度变黏度方法对干气密封楔形气膜流场的模拟是可行的。收敛型气膜锥角$\beta $使气膜径向压力分布发生改变，压力分布为连续光滑的上凸曲线。与平行间隙对比，发现其螺旋槽槽根处的压力明显下降，但随着$\beta $的增大，压力下降速度越来越缓。在相同的工况下，随着$\beta $的增大，总体气膜厚度增加，而端面内径处膜厚先减小后增加，外径处膜厚和泄漏量随着锥角的增大一直增加，并且在某一锥角后泄漏量增加明显。在0$\le \beta \le$0.000 50 rad的范围内得出膜厚和泄漏率与$\beta $的关系式，并建议0$\le \beta \le $0.000 30 rad。随着$\beta $的增大，端面螺旋槽产生的气体动压效应作用减弱，而端面径向楔形效应作用增强并起到使端面开启的主导作用。  
        关键词：干气密封;楔形间隙;螺旋槽;气膜流场;数值模拟   
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