最新刊期
      2018 年 第 50 卷 2 期

        聚焦国家重点研发计划

      • 谢和平,昂然,李碧雄,邓建辉,莫思特,陈志禹,唐明静,尹聪
        2018, 50(2): 1-12. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800263
        摘要：本文系统分析了中国中低温地热发电的现状和技术瓶颈，提出了热伏材料概念，以大尺寸单晶热伏材料及其相应的热伏器件等为关键技术切入点，系统提出了高效、稳定的中低温地热热伏发电以及基于冷、热、电联供一体化的工程实施和精准对接的技术原理和构想。该技术构想突破了传统中低温地热发电通过机械能转化为电能的局限性，利用大尺寸单晶热伏材料将热能直接高效转化为电能，这一创新技术研发对保持中国在地热发电领域尤其是中低温区领域的国际核心竞争力、获取自主知识产权、实现地热能高效利用和规模开发具有重要的战略指导意义。同时，该战略性技术构想有望引领全球地热发电新的技术革命，以奠定中国在中低温地热发电领域处于全球领先地位，从而实现地热资源的清洁绿色可持续利用。  
        关键词：中低温地热发电;热伏材料;大尺寸单晶;温差发电;工程化对接技术   
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        发布时间：2024-01-10
      • 杨超,杨柳,李向阳,袁绍军
        2018, 50(2): 13-23. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800240
        摘要：目前大量化学品经过氧化反应制造，如重要的有机化工原料环氧丙烷（PO）、环氧氯丙烷（ECH）和盐酸羟胺等，现有工艺存在严重的“三高”问题，在环保、经济和安全性方面需全面提升。国内自主创新的H2O2氧化工艺是以H2O2为氧化剂、在钛硅分子筛催化下的氧化反应，具有原子经济、环境友好等优点。但该过程是强放热的多相快反应，反应器设计与工程放大亟需解决高效混合、快速换热和安全性等问题，而氧化副产物的高效分离则是另一共性问题。基于以上问题，本研究进行了从基础研究到工业应用的全链条设计和一体化实施，重点解决H2O2氧化体系的分子混合与界面传递机理、跨尺度传递与反应耦合机制和反应器放大规律及过程强化新途径3个共性科学问题。研究完成后将形成多个自主产业化成套技术，建成2个H2O2绿色氧化体系工业示范装置（环氧丙烷工业示范装置、盐酸羟胺工业示范装置）以及环氧氯丙烷成套新技术工艺包，同时，打破国外技术的封锁与垄断，颠覆和淘汰污染环境严重的现有工艺，实现节能环保绿色清洁生产。  
        关键词：H2O2氧化;反应器;环氧氯丙烷;环氧丙烷;盐酸羟胺   
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        发布时间：2024-01-10

        水利与土木工程

      • 倪小东,左翔宇,孙达明,刘忠
        2018, 50(2): 24-31. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700849
        摘要：堤基侵蚀型管涌是汛期堤防工程中常见的一种渗透变形现象，其发生完全位于堤基或坝体内部，通常不易被发现，难以及时采取相应措施予以控制。同时，随着侵蚀型管涌的发展，堤基进一步会产生不均匀沉降，最终威胁大坝的安全，因而其发展机理和破坏特性的研究一直是国内外研究的热点和难点。为探究堤基侵蚀型管涌的发生发展过程及破坏规律，通过引入多色填充砂示踪方法实现了对土样中填充细料颗粒运移的顺序和方向进行判别，从而更直观地揭示管涌发展过程。根据不同管涌土判别方法选取了3种间断级配的土样进行侵蚀型管涌双层堤基砂槽模型试验，并对现有管涌土判别方法的有效性进行了比较。同时，考虑变水头条件和土料级配两种因素对管涌侵蚀结果的影响，分析“扰动”作用与管涌发展的关系。通过研究表明：侵蚀型管涌破坏始于管涌口周围的细料流失，随着渗透侵蚀的发展，细料起动和流失位置均逐渐向上游发展；侵蚀过程中细料的流失具有明显的渐进性，而细料起动可以发生在侵蚀范围之外；外部因素或渗流稳定因素造成的“扰动”作用对侵蚀型管涌过程具有促进作用。  
        关键词：双层堤基;侵蚀型管涌;彩色砂示踪;模型试验   
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      • 胡亚元
        2018, 50(2): 32-41. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700610
        摘要：针对砂井地基顶部存在垫层和底部存在下卧层的现状，采用半透水边界反映其对砂井地基固结的影响。假定地基变形符合等应变条件，考虑水平向渗透系数沿半径发生变化，建立上下边界为半透水边界时真空预压砂井地基的固结理论，通过分离变量法获得固结度和沉降的级数解析解答，分析底部透水系数、顶部透水系数、井阻、渗透系数沿半径分布特性对砂井地基固结度和沉降的影响规律。研究表明：当底部半透水时，最终负孔压和有效应力呈沿地基深度衰减的变化规律。当其他条件相同时，底部透水系数越大的地基固结度越大，但最终沉降和径向固结时间因子相同时的固结沉降却越小。当底部边界不透水时，最终沉降不会随着顶部透水系数改变而改变，但当底部边界半透水或完全透水时，最终沉降随着顶部透水系数增大而增大；顶部透水系数越大的地基固结度越大，径向固结时间因子相同时的固结沉降也越大。均匀井阻的大小不会影响负压最终竖向分布特性，也不会改变最终沉降，但会明显降低砂井地基固结度，延长固结完成时间。渗透系数径向分布模式会对砂井地基的固结度产生影响；其中不考虑涂抹作用的工况1计算的固结度最大，假定涂抹区渗透系数恒定的工况2计算的固结度最小，假定涂抹区内渗透系数向原状土渗透系数线性过渡的工况3计算的固结度介于两者之间。半透水边界对真空预压砂井地基固结过程的影响规律与堆载预压砂井地基相比存在明显不同。  
        关键词：砂井地基;真空预压;半透水边界;固结沉降;固结解析理论   
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      • 钟炜辉,宋晓燕,孟宝,巩乐
        2018, 50(2): 42-49. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700569
        摘要：栓焊连接是钢结构建筑中常用的节点形式之一，该节点的受力性能和破坏方式与钢框架结构的抗倒塌性能密切相关。针对栓焊连接节点，采用备用荷载路径法，选择两跨三柱型梁柱子结构作为研究对象，对3个不同跨度比（1∶0.6、1∶1.0、1∶1.4）的弱轴栓焊连接梁柱子结构试件进行单调静力加载试验，对比分析了连续倒塌条件下3个试件的破坏模式、力学性能和抗力机制。试验结果表明：3个试件的破坏过程均为梁端受拉翼缘先后发生断裂，进而断裂截面部分内力转由腹板螺栓传递，且梁端受压翼缘屈曲，最终由于梁柱节点处梁腹板螺栓孔发生剪切破坏或梁腹板、节点板断裂使试件丧失承载力。通过分析试件的失效机理可知，3个试件的抗力机制发展过程经历了梁机制阶段、梁机制向悬链线机制转变的过渡阶段、悬链线机制阶段。弱轴栓焊连接节点具有较高的冗余度，当受拉翼缘断裂后节点仍具有一定的转动能力，剩余结构通过梁柱之间可靠的拉结力及梁端产生的较大转角保证悬链线效应能够充分发挥，且在之后的大变形中起主导作用，而梁柱节点变形的快速增大有利于梁柱子结构通过梁柱构件间的协同工作继续承担荷载。对不等跨弱轴栓焊连接梁柱子结构试件，其初始断裂部位往往位于跨高比较小的短梁，且短梁相比长梁的悬链线效应更为显著。  
        关键词：弱轴连接;栓焊连接节点;梁柱子结构;抗倒塌性能;悬链线效应   
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      • 王知深,李勇,朱维申,薛翊国,虞松,王旌,董振兴
        2018, 50(2): 50-59. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700418
        摘要：在进行埋深较大的地下洞室施工时，由于岩体的脆性特征，在高地应力作用下洞室围岩容易出现劈裂破坏。因此，在深部岩体开挖过程中，对围岩劈裂破坏区域的预测格外重要。本文从能量耗散原理出发，结合横观各向同性模型，采用劈裂破坏准则对模型单元应力状态进行判断，得到新的自定义横观各向同性计算模型，在此基础上对大岗山水电站大型地下洞室群开挖过程中的稳定性进行计算。在大岗山水电站大型地下洞室群开挖工程现场开展洞周围岩劈裂破坏区的监测，测得主厂房在进行各个开挖步开挖时主厂房与主变室之间岩桥中围岩的位移及劈裂破坏的情况。将现场监测结果与不同本构模型的稳定性分析计算结果进行对比，结果表明：大岗山水电站地下洞室群在进行开挖时，考虑能量耗散的横观各向同性模型计算所得的主厂房下游边墙劈裂区平均深度与现场监测结果最为接近。考虑能量耗散的横观各向同性模型可较好地反映主厂房与主变室之间岩桥内部围岩位移变化趋势，与现场监测情况吻合度较高；使用摩尔库伦模型及横观各向同性模型计算得到的曲线与监测值有较大区别。根据稳定性分析结果，主厂房下游边墙吊车梁位置关键点和主厂房洞中关键点开挖后洞壁出现的位移较大，其最大水平位移为29.46 mm；主厂房拱顶在开挖初期位移较大，拱顶竖直位移最大值为10.58 mm；主变室拱顶竖直位移为10.06 mm。对比其他现有的有限差分模型，考虑能量耗散的横观各向同性模型计算结果与实际监测值最接近，可以反映不同开挖步时围岩内部关键点位移的变化趋势。因此，在高地应力地区地下洞室开挖时，可使用该模型对洞周围岩的劈裂区进行预测与分析，并参考计算结果对关键区域加强监测与管理，从而减小围岩劈裂破坏对洞室稳定性的影响。  
        关键词：高地应力;地下厂房;能量耗散;横观各向同性;现场监测;劈裂破坏;稳定性分析   
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      • 梅世昂,陈生水,钟启明,阎志坤
        2018, 50(2): 60-66. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700828
        摘要：通过对国外土石坝文献中溃坝案例数据信息进行校验整理，并补充收集到的相关国内溃坝案例，形成了一个包含154个溃坝案例的基础数据库。在此基础上，针对均质坝和心墙坝两种坝型，对模型输入变量进行无量纲化处理，选择库容形状参数、水位比参数及坝高参数等作为自变量进行回归分析，建立了可模拟土石坝溃口峰值流量、溃口最终平均宽度和溃坝历时的数学表达式。该溃坝参数经验模型可反映坝型、溃坝方式、溃坝时库容、水位、坝高、溃口深度等参数对溃口峰值流量、溃口最终平均宽度和溃坝历时的影响。此外，通过对国内外常用的溃坝参数经验模型的统计分析发现，本文模型相较于已有的模型，依据的土石坝溃坝案例数据库信息更为翔实，输入变量较易获取，对溃坝参数的影响因素考虑更加全面，特别是能更好地反映坝体特征和当前水力条件对溃坝参数的影响。针对数据库中的相关案例，使用本文模型与常用经验模型进行计算验证，通过整体均方根误差和可决系数的计算，发现本文模型在整体上具有更好的适应性、计算精度和拟合效果。再基于不同的坝型和溃坝方式，选取4组国内外典型案例进行分析，发现本文模型在整体上计算结果较为准确，进一步验证了本模型的合理性和优越性。  
        关键词：土石坝;溃坝数据库;溃坝参数模型;模型对比   
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      • 李相辉,张庆松,张霄,蓝雄东,左金鑫
        2018, 50(2): 67-76. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700413
        摘要：断层破碎带是诱发塌方、突泥等地质灾害的重要构造因素，但针对断层治理的注浆理论与技术研究进展缓慢。依托永莲隧道F2断层突水突泥灾害注浆治理工程，分析断层破碎带介质特点并划分介质类型，进而建立注浆概念模型；分别建立3种介质注浆控制方程研究3种类型介质条件下注浆扩散规律；通过注浆试验模拟非均质断层破碎带注浆扩散过程，基于浆脉分布情况与注浆压力、介质应力变化规律，分析了注浆扩散过程规律。结果表明：由于成分与密实度的差异，断层破碎带介质可分为松散型、软弱型与密实型3种介质，3种介质中浆液分别以渗透、压密、劈裂等扩散形式为主。易压缩且结构面数量较多的介质更利于浆液的扩散；密实型介质中劈裂扩散范围与介质结构面数量呈正相关，与压缩模量、注浆速率呈负相关。非均质断层破碎带注浆扩散过程可分为优势充填与劈裂扩散两个阶段，注浆压力变化曲线由缓慢上升至陡降的突跳点，即两阶段分隔点；优势充填阶段主要发生在松散型与软弱型介质中，注浆压力上升慢，浆液集中扩散；劈裂扩散阶段注浆压力上升较快，主要发生在密实型介质中。针对松散型与软弱型介质形成的不良地质区，提出定域注浆控制技术，并在永莲隧道突水突泥灾害治理工程中应用，取得了良好的注浆治理效果。  
        关键词：断层破碎带;注浆概念模型;注浆扩散   
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      • 甘永德,刘欢,贾仰文,牛存稳,仇亚琴,魏娜
        2018, 50(2): 77-83. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700680
        摘要：膨胀性土壤吸水膨胀变形，具有复杂的水文特性及力学性质，其分布范围广泛，对国民经济有着重大影响，开展膨胀性土壤水分运动研究具有重要的实际意义和理论意义。目前的土壤水分运动研究多针对非膨胀性土壤，相关研究成果不适用于描述膨胀性土壤水分运动过程。土壤膨胀变形主要是土壤膨胀力和自重应力综合作用的结果，土壤受力变形特征随土壤深度的变化而变化。为量化土壤膨胀变形对土壤水分运动参数的影响，采用土壤膨胀特征曲线和土壤应力–应变关系曲线建立包括饱和含水量、饱和导水系数、饱和比容积等在内的膨胀性土壤饱和水分运动参数计算模型。以黄绵土和娄土为典型膨胀性土壤，基于室内试验开展不同厚度土壤饱和水分运动参数的测定，验证所提出的参数计算模型的适用性和可靠性。结果表明：土壤饱和水分运动参数的计算值与实测值间的相对误差均小于10%，${ Nash}$效率系数均大于0.85，均方根误差均小于0.07，说明该模型可以较好地模拟计算膨胀性土壤饱和水分运动参数。研究成果既丰富了土壤水分运动理论研究，也为膨胀性土壤水分的利用和管理提供参考。未来研究将深入探讨不同初始含水量和初始容重下，土壤自重应力和膨胀力对饱和水分运动的影响，以期进一步提高模型性能。  
        关键词：膨胀性土壤;土壤水分运动;饱和含水量;饱和导水率;饱和比容积   
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      • 江方利,黄炜斌,李基栋,刘刚,陈仕军,马光文
        2018, 50(2): 84-90. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700262
        摘要：梯级水电站中长期经济调度是一个典型非线性优化问题，通常要求在满足复杂的水力、电力约束条件，兼顾求解效率的同时实现梯级发电量最大。为有效解决这一问题，通过改进标准蝙蝠算法（bat algorithm，BA）更新策略和引入差分进化算法（differential evolution，DE）变异、选择操作，提出一种改进的蝙蝠算法（improved bat algorithm，IBA）。对标准蝙蝠算法更新策略进行以下改进：1）蝙蝠个体脉冲频率不随种群迭代而更新；2）蝙蝠个体脉冲发射率和脉冲音量随种群迭代而更新；3）无条件接受全局搜索产生的新解，有条件接受局部搜索产生的新解；4）改进飞行速度公式，缩小新个体与当前种群最优个体的偏离值。同时，针对蝙蝠算法种群多样性差、易陷入局部最优的缺点，引入差分进化算法中的变异、选择操作，实现动态控制变异概率。建立兼顾梯级最小出力最大化的梯级总发电量最大模型，利用大渡河流域瀑布沟、深溪沟、枕头坝一级梯级水电站经济调度问题实例，从流域长系列径流资料中选取典型年，对IBA的主要控制参数（缩放因子、最大迭代次数）进行测试与分析。采用IBA、BA、逐步优化算法（POA）对同一典型年进行模拟调度。从枯期出力特征、梯级发电量、算法运行时间3项指标综合来看，对于复杂的梯级水电站经济调度问题，改进的蝙蝠算法能够在枯水期给电网提供尽可能大而稳定的出力，同时缩短计算时间，获得更高精度解。  
        关键词：优化调度;改进蝙蝠算法;差分变异;梯级水电站   
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      • 刘清园,李永,李嘉,张鹏,张志广
        2018, 50(2): 91-98. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700794
        摘要：针对采用传统生态基流量计算方法所确定的流量难以兼顾生态效益和经济效益的难题，提出了一种适宜于混合式水电站的生态流量过程的优化模式。以栖息地加权可用面积为决策指标，认为优化前后基流量所对应加权可用面积相同时河道生境不发生较大改变，通过优化天然河道生境不适区的方式调整引水比使生态经济效益达到联合最优。以昌波水电站为例，选取长丝裂腹鱼为保护目标，利用丁坝对减水河道生境不适区进行优化，结合目标水生生物繁殖敏感期对水力生境的需求，重点研究了生境不适区的水文情势变化情况并确定了优化后的全年河道生态流量过程。结果表明：当选取3个生境不适区进行优化时，河道生态基流量为多年平均流量的10%，所对应的栖息地加权可用面积为87 782.02 m2，而传统方法所得的基流量为多年平均流量的20%，所对应的栖息地加权可用面积为87 726.2 m2。在保证水力生境条件不变的情况下，前者的流量比后者降低了10%。依据优化后所得生态基流量及对河道涨落水率的研究结果推求得到的昌波水电站生态流量过程，在满足目标鱼类生存繁殖所需水量的同时，较好地保留了天然栖息地的径流涨落变化和流量脉冲过程，为营造保护鱼类适宜生境和确定优化混合式电站生态流量过程提供了示范，同时为电站的生态调度管理提供了依据。  
        关键词：混合式电站;长丝裂腹鱼;生态流量优化;引水比;生态流量过程   
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        信息工程

      • 韩松臣,黄畅昕,李炜,程鹏
        2018, 50(2): 99-104. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700179
        摘要：为了解决雾天可见光图像降质问题，提出一种简单、高效的去雾算法。为充分利用可见光图像的色彩信息和近红外图像的细节信息，首先，根据暗通道估算出可见光图像中雾的浓度，根据雾浓度对可见光图像进行分区；然后，分别对可见光和近红外图像进行平稳小波分解，结合雾浓度分区和脉冲耦合神经网络（pulse coupled neural network，PCNN）分别融合可见光与近红外图像的高频分量和低频分量，复原得到一幅清晰而不失真的图像；最后，引入引导图像滤波对融合图像做滤波处理，平滑分区边缘的同时保留源图像的边缘信息。为验证算法的有效性，与当前主流去雾算法进行对比实验，对比指标包括去雾图像的信息熵、均值、标准差，以及算法运行时间。实验结果表明，在相同图像分辨率条件下，本文算法去雾后图像视觉效果更加理想，同时，无雾区域能够很好地保持色彩信息，反映图像细节和清晰化的各项指标优于其他算法，而且算法处理时间显著降低。  
        关键词：图像去雾;近红外图像;图像融合;暗通道   
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      • 吴玉成,刘统,曹猛,杨婷婷
        2018, 50(2): 105-111. DOI: 10.15961/j.jsuese.201601079
        摘要：针对大规模MIMO系统中导频污染问题，提出一种基于路径损耗执行用户分组的导频调度策略（pilot scheduling based on path loss to perform user grouping，PLUG），该策略以用户受导频干扰程度为依据将用户划分为中心用户组和边缘用户组，受导频污染较轻的中心用户分配相同导频，受导频污染严重的边缘用户分配正交导频，从而抑制导频污染的影响。PLUG策略假定每个小区的边缘用户数相同，为提高PLUG策略灵活性，进一步提出一种改进的基于路径损耗执行用户分组的导频调度策略（improved pilot scheduling based on path loss to perform user grouping，IPLUG），该策略利用判决参数实现每个小区边缘用户数的动态选取，成功地避免一些信道条件好的用户被误划为边缘用户造成导频开销浪费，或信道条件差的用户被误划为中心用户导致通信质量下降，提高了用户分组的准确性和合理性。理论分析和仿真结果表明，所提策略均能在不明显降低中心用户性能的前提下显著提高小区边缘用户的信道估计归一化MSE、上行链路SINR和上行可达速率。由此可知，所提策略可有效抑制大规模MIMO系统的导频污染并降低通信中断概率。  
        关键词：大规模MIMO;导频污染;导频调度;用户分组   
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      • 高明,孙成越,林少兴,王勇
        2018, 50(2): 112-117. DOI: 10.15961/j.jsuese.201601413
        摘要：为进一步提高块对角化预编码算法的性能，提出一种多用户多输入多输出下行链路中基于Givens变换的正交三角（QR）分解改进块对角化算法（QR-Givens-BD）。在块对角化预编码算法中，首先需要求出预编码矩阵的前半部分来解决多用户干扰问题，然后求出预编码矩阵的后半部分来降低用户自身天线间的数据干扰。在求解预编码矩阵的前半部分时，使用的核心算法是矩阵的正交化算法，矩阵的正交性的强弱将直接影响块对角化预编码算法的误码率性能的好坏。因此，针对块对角化预编码算法中的矩阵正交化算法，使用基于Givens变换的QR分解正交化算法替换原有正交化算法，求解预编码矩阵的前半部分，从而获得信道干扰矩阵零空间的正交基。通过对矩阵采用本方法进行正交分解，可以获得正交性更好的正交矩阵，从而进一步降低系统误码率。仿真结果表明，本文所提出的算法与传统的块对角化算法相比，在降低了计算复杂度的同时大幅提高了系统的误码率性能；与基于Gram-Schmidt正交化的改进块对角化算法相比，在略微增加复杂度的前提下可以提高3～5 dB的误码率性能。  
        关键词：多输入多输出;预编码;块对角化;计算复杂度;误码率   
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        发布时间：2024-01-10
      • 江逸茗,马海龙,卜佑军,申涓,贺磊
        2018, 50(2): 118-125. DOI: 10.15961/j.jsuese.201601266
        摘要：虚拟网映射算法主要解决的是如何通过对资源的合理规划，在底层网络上承载更多的虚拟网络。跨域映射能够为虚拟网提供更多的底层资源，但跨域映射策略一方面需要考虑如何降低跨域映射带来的额外开销，另一方面还需要考虑如何满足网络运营商的自私性。为解决该问题，提出一种面向收益最大化的虚拟网跨域映射策略。为了建立虚拟网拓扑分割和本地映射方案的同步求解模型，该策略首先通过对本地基础设施提供商的域视图进行转换，在模型中引入域节点的概念；然后,设计了一种基于竞价的本地基础设施提供商选择策略；最后,设计了一种基于遗传进化思想的本地映射算法对模型进行求解，该算法根据虚拟网映射的约束，对遗传进化算法的初始化和染色体交叉等步骤进行相应修改。算法生成的映射方案将把虚拟节点和链路优先映射在本地域里，同时尽可能地减少虚拟链路对底层域间链路带宽资源的占用。本策略支持根据跨域映射的实际额外开销情况对参数进行调节，从而生成使本地基础设施提供商收益最大化的分割方案。仿真实验表明，若跨域映射带来的额外开销越大，则本策略将越倾向于减少跨域虚拟链路的数量；从映射效果上来看，由于本策略比同类型策略消耗的映射开销要小，所以在实际收益和映射接受率等指标方面都有明显提高。  
        关键词：虚拟网;跨域映射;收益;映射开销   
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      • 苏玉泽,孟相如,赵志远,李振涛
        2018, 50(2): 126-132. DOI: 10.15961/j.jsuese.201601265
        摘要：针对传统虚拟网络映射算法映射效率较低，且对底层网络中物理节点可靠性评估较为片面而导致虚拟网络可靠性较差的问题，提出一种节点可靠感知的高效虚拟网络映射算法。首先，为了提高虚拟网络映射算法的映射效率，综合考虑全局网络拓扑和局部网络拓扑，分别将节点中心度和物理节点就近距离引入虚拟网络节点映射以减少链路映射资源消耗，提出节点重要度指标，并将其作为虚拟节点排序依据；其次，为降低物理节点失效危害，将物理节点使用度、最近一次故障时刻和节点发生故障次数作为物理节点可靠性度量指标，提出物理节点可靠度；然后，利用节点重要度和物理节点可靠度提出物理节点可靠重要度指标，并作为物理节点的排序依据；最后，分别对虚拟节点和物理节点进行排序，并进行虚拟网络映射。仿真结果表明，该算法相比于其他算法提高了虚拟网络映射成功率、长期平均收益和收益开销比，降低了虚拟网络易损率，同时与其他单一指标的节点可靠性度量方法相比，本文提出的节点可靠性度量方法具有更低的虚拟网络易损率。验证了本文提出的节点可靠感知的高效虚拟网络映射算法兼顾了虚拟网络映射的高效性和可靠性。  
        关键词：虚拟网络;节点可靠性;高效;映射算法   
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      • 王阳,钟勇,周渭博,杨观赐
        2018, 50(2): 133-140. DOI: 10.15961/j.jsuese.201601076
        摘要：直方图能够直观描述数据分布，在数据库查询优化中起着重要作用。然而在分布式云数据库场景中，现有直方图构建方法存在并行资源利用率低，网络传输量较高的问题。针对该问题，基于关系型云数据库提出一种等宽直方图的分布式并行构造方法。首先，根据集群中分布式存储的数据无关性，基于master-slave架构在直方图任务开始前由集群中请求发起节点对经RPC（remote procedure call）协议获取到的多个工作节点最值数据比较得到数据表在整个集群的全局最大值、最小值；然后，考虑到算法运行过程中数据传输量的优化，集群中工作节点对本地数据扫描、排序，划分至依据全局最值信息构建的直方图桶内，实现聚合子直方图的并行构建以提高集群计算资源利用率；最后，请求发起节点对并行构建的多个子直方图中边界值相等的桶频率值聚合得到全局直方图。算法利用分布式思想实现了关系型云数据库中直方图的构建，将计算任务划分成多个子任务并行执行，子直方图信息代替数据分片的传输大幅优化了网络带宽的负载。算法已应用于关系型云数据库内核以优化SQL语句执行路径的初始扫描开销、数据选择率等关键参数。人工合成数据与评分数据的实验结果证明，算法运行过程中的网络传输量与数据库表中元组个数无关，且具有良好的可拓展性。  
        关键词：关系型云数据库;等宽直方图;数据分布;并行计算;网络传输量   
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        发布时间：2024-01-10

        可信计算与信息安全

      • 陈兴蜀,马晨曦,王文贤,高悦,王海舟
        2018, 50(2): 141-147. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700626
        摘要：目前，跨文本集的话题发现模型（cross-collection LDA，ccLDA）只适用于各个数据源话题相似度很高的场景，而且其全局话题和每个数据源的局部话题会强制对齐，存在词语稀疏的问题。针对ccLDA模型中的不足，提出了改进的跨文本集话题发现模型（improved ccLDA，IccLDA）。该模型在采样时先判断词语属于全局话题还是局部话题，再分别进行采样，避免了ccLDA模型中全局话题和局部话题必须对齐的缺点，进而降低了词语在全局话题和局部话题的分散程度，使该模型可以适用于多数据源的场景。在公开数据集上进行了多数据源文本集的话题发现实验，并进行了话题比较性分析。实验结果表明，在设置不同的话题数时，IccLDA模型的困惑度值均低于LDA模型和ccLDA模型，表明IccLDA模型具有更优的建模能力。最后，在真实数据集上开展了进一步实验验证，证明了本文提出的改进模型不仅建模能力优于原始模型，还可以有效地发现各个数据源讨论的公共话题和每个数据源讨论的局部话题，更适用于多数据源场景的文本话题发现。  
        关键词：话题检测;话题模型;LDA;多数据源;IccLDA   
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      • 许力,王栋城,苏彬庭,王峰
        2018, 50(2): 148-153. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700635
        摘要：无线Mesh网络客户端的强移动性使得其需要在无线Mesh路由器之间进行频繁切换。为了解决当前无线Mesh网络中的切换认证方案无法同时实现高效率和高隐私保护的问题，利用密码学中的基于身份盲签名的思想，提出了一种具有隐私保护的高效的无线Mesh网络匿名切换认证方案。首先，无线Mesh路由器向认证服务器发送自己的身份标识获取用于生成用户假名时所使用的公私钥对。其次，无线Mesh客户端通过向无线Mesh路由器发送盲消息请求切换认证过程中所需要的假名。最后，无线Mesh客户端向目标路由器发送预先获取的假名完成切换认证。一方面，本方案利用基于身份的密码技术，有效地减少了整个网络系统由于传统公钥证书的生成、管理、撤销所产生的消耗。另一方面，本方案通过盲签名技术，使得客户端只需使用提前获得的假名进行切换认证，在实现对用户的真实身份信息与运动轨迹保密的同时，能有效地对客户端的数据隐私进行保护。安全分析表明该方案满足双向认证、匿名性、可撤销性和抵抗攻击性等安全要求；性能分析表明，本方案中无复杂的双线性对运算，而且仅需两次握手就能实现切换认证过程。与其他方案相比较，能有效地降低通信代价并减少计算次数，进而减轻认证服务器的负载以及提高认证效率。  
        关键词：无线Mesh网络;认证;数据隐私;密码学   
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      • 杨超,张红旗,苏锦海,王凯,姜皇勤,曾光
        2018, 50(2): 154-162. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700625
        摘要：针对目前对于广域量子密钥网络的认识不足、理论研究还不成熟的问题，以目前实际可行的由可信中继节点构成的量子密钥网络为对象，分别从系统结构、内部密钥关系、工作机制3个方面建立了广域量子密钥网络结构模型、密钥信息模型、行为模型，对广域量子密钥网络进行了详细研究。首先，从系统论角度出发，在现有量子密钥网络结构研究的基础上，根据密钥中继基本原理将量子密钥网络划分为5层，阐述了各层的详细组成及其之间的关系；其次，从信息论角度出发，将量子密钥网络抽象为由节点间密钥共享关系构成的密钥信息图，并且形式化定义了其中的节点、边等组成元素，进而，通过图论基本原理进一步描述了量子密钥网络5层结构模型的内部密钥信息关系；最后，从控制论角度出发，通过将量子密钥网络的密钥分发过程分解为基本的密钥关系建立、共享密钥生成两个基本操作，以密钥信息图逐层演进的方式详细展示了广域量子密钥网络的基本运行原理。通过分析表示，本文提出的量子密钥网络模型实现了量子密钥分发的分层并行流水密钥分发，能够保证密钥分发的安全性，为广域量子密钥网络的后续相关理论与技术研究奠定了基础。  
        关键词：QKD网络;量子密钥分发;密钥网络模型;可信中继   
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      • 王亚辉,张焕国,王后珍
        2018, 50(2): 163-169. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700629
        摘要：量子算法的出现给现有的公钥密码体制带来了严峻挑战，其中，最具威胁的是Shor算法。Shor算法能够在多项式时间内求解整数分解问题和离散对数问题，使得当前应用广泛的RSA、ElGamal和ECC等公钥密码体制在量子计算环境下不再安全，因此研究量子计算环境下的密码破译就有重大意义。解决整数分解问题是Shor算法攻击RSA的核心思想，但攻破RSA并非一定要从解决整数分解问题入手。作者试图从非整数分解角度出发，设计攻破RSA密码体制的量子算法。针对RSA公钥密码体制的特点，通过量子傅里叶变换求出RSA密文$C$模$n$的$e$次根进而得到RSA的明文$M$。即不通过整数分解问题攻破了RSA。与以往密码分析者通过分解模数$n$试图恢复私钥的做法不同，直接从恢复明文消息入手，给出一个对抗RSA密码体制的唯密文攻击算法。研究表明，本文算法的成功概率高于利用Shor算法攻击RSA的成功概率。同时本文算法具有如下性质,即不通过解决整数分解问题实现攻破RSA，且避开了密文$C$模$ n$的阶为偶数这一限制。  
        关键词：信息安全;密码学;RSA密码;量子计算   
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        发布时间：2024-01-10

        机械工程

      • 余德平,张敏,黄玮海,刘金光,姚进,陈东生
        2018, 50(2): 170-176. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700360
        摘要：超声椭圆振动切削技术（ultrasonic elliptical vibration cutting，UEVC）是近年来发展起来的一种超精密加工技术，其加工装置的结构设计是当前研究的难点之一。通过分析现有的超声椭圆振动切削装置，设计了一种基于圆弧型柔性铰链结构的超声椭圆振动装置，利用有限元分析工具对该装置进行模态分析，找出了影响其谐振频率的关键结构参数并用全局优化模块优化参数，使装置的某一阶纵振和弯振模态的谐振频率一致，同时，对该装置进行了多场耦合分析以预测不同相位下的刀尖运动轨迹。仿真分析表明，后盖板长度的变化会引起纵振和弯振模态谐振频率的显著改变，而底座厚度的变化对纵振和弯振模态的谐振频率几乎都没有影响，顶端长度的变化仅对弯振模态的谐振频率有一定程度的影响。基于上述仿真分析及优化，制造出UEVC装置的样机并测量其谐振频率和振动特性，测量结果显示该装置的谐振频率测量值与仿真结果吻合较好，所开发的装置能在谐振状态下输出椭圆轨迹，同时，可通过调节施加电压的幅值和相位使得刀尖输出不同的椭圆轨迹，能用于脆性材料微结构曲面的加工。此外，对该超声椭圆振动切削装置施加频率与装置谐振频率一致的交流电时，其纵振和弯振的振幅将随电压幅值的增加而线性增大，其中弯振振幅对电压幅值的变化更为敏感。  
        关键词：超声椭圆振动切削;有限元分析;柔性铰链;谐振频率   
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        发布时间：2024-01-10
      • 束学道,韩素涛,位杰
        2018, 50(2): 177-183. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700676
        摘要：随着楔横轧工艺的不断创新与产品范围的进一步扩大，阶梯轴楔横轧成形光轴时，由于金属流动的不均匀性导致轴端长度直接影响着轧件轴端质量，从而降低产品的材料利用率。为探明其影响规律，提高轧件端部质量与楔横轧的材料利用率，通过DEFORM-3D有限元软件，采用数值模拟与轧制实验相结合的研究方法，对楔横轧阶梯轴成形光轴的轧制过程进行有限元模拟，通过分析轧制过程中的应力场、应变场及特征点，揭示轧制过程金属流动规律，阐明轧制变形机理；在此基础上，采用交互正交试验设计轴端长度、台阶倾角、台阶长度、断面收缩率4个工艺参数，分析这些参数对轴端凹心的影响关系，即凹心值与轴端长度、台阶倾角成负相关，与台阶长度、断面收缩率成正相关，且随着坯料轴端长度的减小最终轧件端部凹心逐渐增大。应用统计数据软件SPSS 22.0拟合获得各工艺参数与轧件端部质量的关系方程式，以凹心值等于零为目标，获取了最优轴端长度对端部质量的影响方程式。通过轧制实验与模拟对比分析，获得的轧件形状和最终的端部凹心值基本一致，进一步验证了模拟分析的可靠性。本文获得的公式与端面质量的影响规律，可以有效地从理论上提高轧件端部质量，确定闭开联合楔横轧闭式轧制轴端长度，实现楔横轧无料头近净成形。  
        关键词：轴端长度;工艺参数;端部质量;楔横轧;凹心   
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      • 赵新泽,彭文昱,赵美云,王骁鹏,习森明
        2018, 50(2): 184-190. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700551
        摘要：为探究腐蚀条件下复合绝缘子芯棒的力学性能，以FXBW4–110/100型绝缘子为研究对象，在自制绝缘子扭振模拟试验机上，对不同腐蚀条件下的复合绝缘子进行了整体疲劳试验。应用3维形貌仪和光学显微镜对试样断口表面形貌进行宏观与微观分析，结合表面分析技术，研究不同腐蚀试验条件下绝缘子芯棒断裂与其摆动力、扭转力和拉伸力之间的关系。结果表明：当腐蚀溶液呈中性及碱性时，对复合绝缘子芯棒力学性能影响不大，当腐蚀溶液呈酸性时，对复合绝缘子芯棒的腐蚀作用明显，芯棒内部树脂玻璃纤维受到强酸腐蚀时，试样呈平起光亮的结晶状，表层在位错断裂下形成扩展裂纹，绝缘子芯棒切片断面易发生疲劳断裂；绝缘子被酸性盐雾腐蚀不同时间后，酸液渗入芯棒表面与护套粘接处，对芯棒表面或内部的树脂玻璃纤维界面产生腐蚀，当疲劳断裂发生后，其断口表面由光亮平整向灰暗凹凸不平变化，裂纹由河流花样状向贝纹线状变化，形貌由台阶状向纤维散状变化，表面形貌分布的均方根高度和最大凹陷高度也随之减小；随着腐蚀试验时间的增加，芯棒的抗摆动力能力下降，进而降低了绝缘子整体机械力学性能，导致芯棒断裂时间变短，断口分形维数变大，断口表面形貌更为复杂。  
        关键词：复合绝缘子芯棒;断口表面形貌;腐蚀;扭振疲劳;分形维数   
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      • 刘永刚,彭靖宇,秦大同,胡明辉,侯立良
        2018, 50(2): 190-196. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700746
        摘要：目前大多数研究采煤机运动参数优化问题时，普遍采用仅包含1个牵引速度和1个滚筒转速的单滚筒优化模型，但由于双滚筒采煤机两侧滚筒受力情况及截割状态不完全相同，由单滚筒模型所得结果并不完全适用于双滚筒采煤机。作者以某型双滚筒采煤机为研究对象，以牵引速度和左、右滚筒转速3个运动参数作为设计变量，建立了双滚筒运动参数优化模型；利用遗传算法（GA）对双滚筒采煤机运动参数进行优化，并将最优参数下的截割性能与工业参数下的截割性能进行了对比，结果表明最优运动参数下的截割性能更优；对单、双滚筒两种优化模型下的优化结果进行了对比分析，结果显示双滚筒模型优化后的综合截割性能较单滚筒模型优化提高了16.35%，表明双滚筒优化模型下的截割表现更优。  
        关键词：采煤机;双滚筒模型;参数优化;截割性能   
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      • 王骁鹏,彭文昱,田红亮,赵新泽,赵美云
        2018, 50(2): 197-203. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700423
        摘要：由于载荷、接触几何、粗糙表面、热效应等因素的影响，分析不同工作条件下滤波减速器转臂轴承工作界面润滑状态较为困难。为了研究转臂轴承润滑性能，建立转臂轴承的热弹流混合润滑模型。以静力学和运动学建立滤波减速器转臂轴承（球滚动体–滚动轴承）力学模型，结合点接触热弹流混合润滑理论建立轴承热弹流润滑模型，使用离散卷积快速傅里叶变换方法求解弹性变形和表面温升，使用有限差分法求解雷诺方程和能量方程，分析轴承接触副物理尺寸、载荷、卷吸速度和接触副粗糙表面等外部工况对轴承润滑特性以及表面下应力的影响。从数值模拟结果中可以看出：较大滚动体半径有益于轴承润滑油膜形成，提高轴承的承载能力；不同的机械加工表面下接触副平均膜厚和温度随转速和滑滚比变化趋势相同；轴承接触副润滑状态从混合润滑进入全膜润滑状态，油膜内最大温升先减小后增大；提高机械加工表面光洁度有利于提高转臂轴承润滑状态，减小最大表面下应力，提高表面接触强度。本文建立的转臂轴承热弹流混合润滑模型可以模拟接触和流体动压润滑同时存在的混合润滑状态,可以反映转臂轴承在各种工作条件下润滑性能，可以进一步判断其工作效率和使用寿命。  
        关键词：滚动轴承;热弹流混合润滑;粗糙表面;表面下应力   
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      • 张凯,赵武,王杰,郭鑫
        2018, 50(2): 204-211. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700401
        摘要：随着制造业与服务业的不断融合，服务在制造业中发挥着越来越重要的作用。为了辅助设计者在产品设计过程中实现产品的可服务性，提出一种面向服务型制造的产品设计信息集成方法。为实现产品设计信息的集成，首先分析了产品全生命周期中制造与服务之间的关系，提出了制造与服务的融合模式，并以服务型检核表的形式引导设计者进行产品可服务性创新设计。分析了服务型制造各阶段中信息的流动和映射模式，提出了以决策模块、设计模块、制造模块、运行维护模块和回收模块5大模块为驱动的服务型制造信息集成策略，构建了服务型制造信息框架结构。在此基础上，为合理组织产品设计、制造、服务等信息资源并有效支持服务和制造过程，提出了一种基于模块驱动的服务型制造信息集成模型。考虑到产品设计各阶段所需的信息资源需要经过收集、组织、匹配等过程才能为设计者所用，采用本体语义扩展对服务策略和服务知识进行规范表达，以最终实现信息服务。该方法以驱动模块将产品全生命周期中各阶段所需的信息与业务流程建立起联系，用于对服务型制造所需信息资源的追踪和运用。最后，开发了服务型制造产品设计信息集成原型系统，并以废旧印刷电路板的回收作为案例，验证了该方法的可行性和有效性。  
        关键词：服务型制造;产品设计;可服务性;模块驱动;信息集成   
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      • 杨勇,王家序,周青华,李文广,熊林冬
        2018, 50(2): 212-219. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700574
        摘要：时变啮合刚度是齿轮传动系统主要动态激励源之一，研究齿面偏差和齿间滑动摩擦对齿轮啮合刚度的影响，对准确获得齿轮系统动态特性具有重要意义。基于改进的能量法，提出了一个考虑齿面滑动摩擦的直齿轮啮合刚度的完整求解模型。根据加工刀具齿廓参数方程能够求得齿轮渐开线齿廓和过渡曲线的参数方程，并能体现刀具圆角半径对过渡曲线的影响。量化磨损或修形齿轮的齿面偏差并加之于齿廓参数方程，可得出该齿轮单齿对啮合刚度。通过齿形误差带来的齿间间隙和齿间加载变形量之间的协调关系，可求解出齿轮副在双齿啮合区的总刚度。分析了加工刀具圆角半径和齿间滑动摩擦力对齿轮啮合刚度的影响。研究了磨损齿轮的磨损量、修形齿轮的修形长度和外载荷大小对齿轮啮合刚度、齿间载荷分配系数以及传递误差的影响。结果表明：加工刀具圆角半径越大单齿对啮合刚度越高；摩擦力使啮入阶段齿对啮合刚度增大、啮出阶段齿对啮合刚度减小，摩擦系数越大刚度变化量越大；齿面非均匀磨损量会显著降低双齿啮合区刚度并降低重合度，轻载条件下尤为严重；修形齿轮载荷大于修形设计载荷值时，修形效果不明显，而载荷小于修形设计载荷值时，可能出现刚度不足、重合度减小和加载传动误差显著增大等问题。  
        关键词：啮合刚度;摩擦;齿轮磨损;齿廓修形;传动误差   
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        发布时间：2024-01-10

        化学工程与材料工程

      • 周亚男,魏维,颜家振,李宁,许胜,张 　幖
        2018, 50(2): 220-225. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700762
        摘要：为解决传统铸造的钴铬钼烤瓷修复体（CAST）在临床应用中存在的崩瓷、瓷剥落等问题，对激光选区熔覆（selective laser melting，SLM）技术制作的牙科钴铬钼合金进行了金瓷结合性研究，以探求SLM技术在临床应用的可行性。使用SLM成型机制备金瓷结合、热膨胀系数试样，以CAST制作的铸造钴铬钼合金为对比，借助金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、热膨胀仪等分析测试方法，通过对其显微结构、相组成、热膨胀系数、金瓷结合强度及其结合界面的研究综合评价SLM制作的钴铬钼合金的金瓷结合性。研究结果表明：SLM制作的钴铬钼合金的相组成主要包含FCC结构的α相和HCP结构的ε相，不含针状有害相σ相，且α相的含量达到84%；SLM制作的钴铬钼合金在25～500 ℃的平均线膨胀系数为13.874$ \times $10–6/K，低于同类铸造钴铬钼合金试样，金属基体与陶瓷的热匹配性更好；SLM钴铬钼合金的金瓷结合强度为（36.55±1.78）MPa，明显高于铸造合金（P<0.01），且数值稳定性更好；钴铬钼合金与陶瓷的断裂模式是黏附开裂，与结合界面处金属与陶瓷润湿性和内生氧化膜形态有关；SEM分析发现SLM制作的烤瓷件合金与陶瓷的润湿情况较好，无微孔等缺陷，内生氧化膜厚度较厚；CAST制作的铸造烤瓷件合金与陶瓷的润湿性较差，存在微孔等缺陷，内生氧化膜的厚度较薄。通过与CAST制作的铸造钴铬钼合金性能对比发现，SLM制作的钴铬钼合金具有更好的金瓷结合性，这为SLM技术在牙科修复临床应用提供参考。  
        关键词：激光选区熔覆;钴铬钼合金;金瓷结合性;牙科修复   
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        发布时间：2024-01-10
      • 王万,廖立东,干玉娟,李晖
        2018, 50(2): 226-230. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700661
        摘要：7–乙基–14–氨基喜树碱（EAC）是具有良好抗肿瘤活性的新型喜树碱衍生物，为测定静脉注射EAC后原形化合物及其酰胺型代谢产物（EAC-M）在体内的浓度，揭示体内动力学性质，现研究建立了同时定量测定SD大鼠血浆中EAC和EAC-M的UPLC-MS/MS方法。以7–乙基–14–硝基喜树碱（ENC）、吉咪替康（CMT）为内标，血浆样品加入内标溶液和乙腈沉淀蛋白后，以Phenyl-Hexyl柱（2.1 mm$ \times $50 mm，1.8 μm）为分离柱，5 mmol/L醋酸铵水溶液（含0.1%甲酸）-乙腈为流动相梯度洗脱，流速0.5 mL/min。洗脱物经电喷雾离子源（ESI）正离子化，在三重四级杆质谱仪上以多反应监测模式（MRM）测定EAC（m/z 392→291）和EAC-M（392→290）。方法学研究结果显示，内源性物质不干扰待测物和内标的测定。在0.500～250 ng/mL范围内，EAC和EAC-M的浓度与响应值的线性关系良好，定量下限均为0.500 ng/mL。方法的日内、日间精密度（RSD）≤7.6%，准确度（RE）为–4.2%～5.9%。提取回收率为84.4%～98.7%，基质效应为94.8%～104%。高于定量上限浓度的样品，用空白血浆稀释6倍至线性范围，测得的精密度（RSD）为1.8%，准确度（RE）为–10%～–3.0%。样品经设定的稳定性考察条件后，测得的准确度（RE）为–8.6%～11%，RSD<7.2%。药代动力学结果显示，静脉注射后EAC在大鼠体内的清除速率中等，组织分布高。给药后EAC-M在血浆中迅速检出，暴露量约相当于EAC的5%。连续给药5 d，EAC和EAC-M在大鼠体内无明显蓄积。所建立的方法简便、灵敏、选择性强，适用于SD大鼠血浆中EAC及代谢产物EAC-M的测定和药代动力学研究。  
        关键词：7–乙基–14–氨基喜树碱;内酰胺代谢产物;大鼠血浆;超高效液相色谱–串联质谱;同时定量检测   
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