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2012年 第18卷 第5期    刊出日期：2012-10-30

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特稿

DNA弹性非线性：刚柔共济的奇妙组合

肖衡

2012, 18(5):  441-447.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2012.05.001

摘要 ( 2426 )   PDF (1253KB) ( 1191 )  

相关文章 | 多维度评价

在与细胞组织的相互作用过程中，DNA分子经由弹性大变形和形态转换途径实现其生物功能，因而DNA弹性的精确表征对深入了解DNA功能具有本质意义.然而，由于深刻非线性，在完整直接意义上，DNA弹性的内蕴力学特征仍有待揭示，基于该内蕴特征的显式直接表征一直尚未获得.提出可经由组合软/硬线弹簧的简单途径了解DNA弹性非线性， 由此表明DNA弹性非线性源于高柔度和高刚度的奇妙组合.该发现揭示出DNA弹性深刻非线性的内蕴几何特征，从而给出直至裂断的全变形范围显式直接张力-伸长公式.该公式首次给出表征DNA弹性的一组完整特性常数，并给出单、双链DNA分子的统一表征.该研究结果在独立于任何子结构细节的直接普遍意义上导出.

基于畅通可靠度的道路网络结构可靠度

徐旭,付蓉

2012, 18(5):  448-453.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2012.05.002

摘要 ( 1927 )   PDF (1597KB) ( 1144 )  

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在传统道路结构可靠度研究基础上，引入道路网络可靠度计算方法，提出道路网络结构可靠度研究方法.同时，在已建立的道路网络结构可靠度的基础上，以道路畅通可靠度为衡量标准，分析了道路发生拥堵时交通流量分配对道路网络结构可靠度的影响.

通信与信息工程

Kinect深度图像快速修复算法

王奎1,安平1,2,张兆杨1,2,程浩1,李贺建1

2012, 18(5):  454-458.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2012.05.003

摘要 ( 5292 )   PDF (2899KB) ( 3332 )  

相关文章 | 多维度评价

深度提取是基于“纹理+深度”自由立体视频系统的关键技术，而立体视频实际应用系统需要高效快速的深度图提取.提出一种针对Kinect提取深度图的快速修复算法.首先，对Kinect提取的彩色纹理图和深度图进行对齐裁剪，并采用背景填充算法对裁剪后的深度图进行初步修复；然后，对初步修复后的深度图进行基于颜色匹配的快速修复，得到质量较好的可用深度图.实验结果表明，本算法能有效修复原始深度图中由于遮挡而引起的空洞，获取的深度图整体平滑度好、边缘清晰；在普通PC机上达到25~30 帧/s的处理帧率，实现了深度图的实时提取.

新型多阶跃枝节加载双频带通滤波器

黄春艳,肖中银,寇鑫,储君君,李好

2012, 18(5):  459-463.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2012.05.004

摘要 ( 2277 )   PDF (2161KB) ( 979 )  

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提出一种新型的、各中心频率可调的多阶跃枝节加载双频滤波器，该微带双频滤波器采用多阶跃阻抗结构，通过增加更多的自由度来调节中心频率.由于谐振器为对称结构，所以采用传统的奇-偶模分析方法.通过调整阶跃阻抗的阻抗比和电长度，可以很容易获得一个可独立调节各个中心频率的双频滤波器.该滤波器工作在2.44 GHz（WLAN）和3.50 GHz(WiMAX)这两个频段，3 dB相对带宽分别为6%和2.6%，测试结果和仿真结果基本吻合.

基于SAR测量的改进型VIE降雨反演算法

郑和,谢亚楠,万智龙,刘文渊

2012, 18(5):  464-469.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2012.05.005

摘要 ( 1817 )   PDF (2213KB) ( 871 )  

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提出一种新型降雨反演算法，该算法是对沃尔塔积分方程（Volterra integral equation,VIE）降雨反演算法的改进.首先，对雷达接收到的回波数据进行预处理，得到降雨起点和降雨宽度等信息；然后，仅利用沃尔塔积分反演算法处理少量特定区域，通过深度挖掘数据变化的规律来分析得出降雨分布的类型和降雨速率；最后，根据通常研究对象的分布对称性，结合已经获得的信息反演得到整个区域的降雨分布情况.通过仿真结果可知，该算法高效、计算速度快，并且具有较高的精度.

基于RSSI的WSN节点室内定位分析

金彦亮,薛用,张勇

2012, 18(5):  470-474.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2012.05.006

摘要 ( 2565 )   PDF (1471KB) ( 1404 )  

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基于实验的基础，对基于接收信号强度（received signal strength indication，RSSI）的无线传感器网络（wireless sensor network，WSN）节点室内定位的几种不同情况进行分析.根据室内无线传播模型和实际测量数据得到RSSI室内传播模型；比较在不同位置的未知节点定位精度的不同；针对三点定位结果不理想的问题，采用粒子群优化（particle swarm optimization，PSO）算法对定位结果进行优化；比较不同数量的源节点对于节点定位精度的影响.当信标节点数量比较多时，通过筛选一些可靠的信标节点来提高定位精度.

宽带单层开孔式双波段双极化SAR天线的设计

孟子芮,钟顺时,孙竹,沈文辉

2012, 18(5):  475-479.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2012.05.007

摘要 ( 2073 )   PDF (3505KB) ( 1097 )  

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提出一种新型共用口径L/C双波段双极化单层开孔式结构的合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)天线，这种新型结构旨在提高L/C双波段双极化共口径SAR天线中L波段的天线带宽.对天线进行仿真、加工和测试.测试结果表明，L波段的反射系数不大于-10 dB的相对带宽达到13.7%，C波段相对带宽达到17.0%.实验结果验证了新型结构的有效性.

数理化科学

树依能量的排序

王文环,徐薇薇

2012, 18(5):  480-483.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2012.05.008

摘要 ( 2020 )   PDF (554KB) ( 985 )  

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令T_n是顶点个数为n的树的集合.已有学者针对T_n中树依能量从小到大的排序提出了两个猜想,其中一个猜想是T_n中两个图能量的比较，另一个是T_n中当n≥7 117 599时的第10小至第12小能量树.该文证明这两个猜想成立；确定T_n中当n≥7 117 599时前12个具有较小能量的树.

一个含单参数半离散的Hilbert不等式

杨必成

2012, 18(5):  484-488.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2012.05.009

摘要 ( 1933 )   PDF (571KB) ( 865 )  

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应用权系数的方法及参量化思想,建立一个具有最佳常数因子的、含单参数λ∈(0,4] 且半离散的Hilbert不等式,并考虑其引入多参数的最佳推广式及等价式.

热格子Boltzmann方法分析及应用

陈杰,钱跃竑

2012, 18(5):  489-495.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2012.05.010

摘要 ( 2283 )   PDF (4206KB) ( 1931 )  

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格子Boltzmann方法（lattice Boltzmann method,LBM）是一种基于气体动理论的介观计算方法，其物理背景清晰、边界处理简单，已成功应用于等温（或无热）流动中.简要介绍现有的几种热格子Boltzmann模型，并运用几种热格子模型求解热Couette流、方腔自然对流等典型算例，对比不同热格子模型的数值稳定性、准确性、模型的计算效率等.将两种热格子模型用于多孔介质内的流动与传热问题中，对比热格子模型在处理复杂结构时的数值特性.

一个动态边值问题解的存在性讨论

王远弟,石本磊

2012, 18(5):  496-499.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2012.05.011

摘要 ( 1797 )   PDF (694KB) ( 904 )  

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讨论源于流体动力学的一类抛物型方程非局部动态边值问题.结合Sobolev-Slobodeckij空间和不动点定理证明解的存在唯一性.

机电工程与自动化

基于Quest的生产线物流系统仿真

张晓光,林财兴,赵翠莲

2012, 18(5):  500-505.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2012.05.012

摘要 ( 2061 )   PDF (2160KB) ( 1001 )  

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随着计算机仿真技术的发展，数字化生产线物流系统的应用研究逐步受到重视.物流系统的仿真可以有效地发现生产线的瓶颈环节，避免投资建设的风险.以某企业的生产制造系统为例，利用Quest实现对该系统的优化仿真，指出系统出现的瓶颈环节并分析造成该问题的原因.然后，在一定的优化目标下，对系统进行优化配置，并对比配置前后的统计参数，从而为整条生产线的最终物流优化方案的确定提供决策参考.

基于双目视觉的服务机器人仿人机械臂控制

徐昱琳,杨永焕,李昕,陈万米,晁衍凯

2012, 18(5):  506-512.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2012.05.013

摘要 ( 2277 )   PDF (2638KB) ( 1655 )  

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机械臂逆运动学、目标识别与定位是服务机器人手臂控制中的关键技术.为了更好地与复杂多变的非结构化环境进行交互，提出一种应用于服务机器人平台的基于双目视觉的仿人机械臂控制方法.给出一种针对6自由度手臂的逆解算法，并采用基于双目视觉与颜色分割的目标识别方法.然后,根据识别出的目标三维坐标信息控制机械臂完成特定任务.本方法在家庭服务机器人上得到了验证.

SPI总线用于双处理器通信的数据链路层设计及其实现

孙斌,胡越黎,王昆

2012, 18(5):  513-518.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2012.05.014

摘要 ( 2128 )   PDF (3059KB) ( 2086 )  

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提出一种基于串行外设接口（serial peripheral interface，SPI）总线的双处理器间通信的数据链路层设计方法.该方法中的双向SPI总线具有占用引脚少(仅比SPI总线多一根线)、有完善的数据链路层协议控制的优点，能够保证数据透明地在双处理器之间进行传输.以一款带有显示单元的车身总线控制器为应用对象，采用ARM9和S12作为双处理器实现双向通信，并对这一通信方法的实现和应用情况进行描述.实验表明，采用该方法设计的协议比较完善，能够满足实际工程中的需求，对于其他SPI的应用也有很好的借鉴价值.

计入三维热效应对可倾瓦推力轴承动力特性的影响

何加猛,王小静,祁高安,黄敏

2012, 18(5):  519-524.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2012.05.015

摘要 ( 2018 )   PDF (3541KB) ( 1141 )  

相关文章 | 多维度评价

在考虑三维热效应的情况下，研究线支撑可倾瓦推力轴承的动力特性.建立广义雷诺方程、完整的三维能量方程、瓦体的热传导方程和温粘关系，联立求解非线性偏微分方程组，计算油膜的刚度和阻尼系数.研究表明：温度变化对可倾瓦推力轴承的动力特性有较大影响；与不计入热效应的线支撑可倾瓦推力轴承相比，计入三维热流体的可倾瓦推力轴承的油膜刚度和阻尼系数会增大，其理论计算结果更接近实际工况；随着载荷、入口温度的增加以及转速的减小，油膜的刚度和阻尼也会随之增大.

土木工程

深埋圆形隧洞饱和土-衬砌简谐振动的解析解

杨骁,闻敏杰

2012, 18(5):  525-530.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2012.05.016

摘要 ( 1804 )   PDF (2789KB) ( 982 )  

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在频率域研究深埋圆形隧洞饱和粘弹性土体-衬砌系统耦合简谐振动的动力学特性.根据弹性理论和饱和多孔介质理论，分别得到衬砌和饱和粘弹性土体的稳态动力响应；通过衬砌边界条件以及衬砌与饱和土界面的连续性条件，得到衬砌边界均布简谐载荷作用下饱和土-衬砌系统稳态振动时的位移、应力和孔隙水压力等的解析表达式.考察物理和几何参数对系统动力学特性的影响.研究结果表明：孔隙水的渗透性对系统动力特性影响显著，不透水情形下系统响应远大于透水情形下的响应，且不透水情形下，衬砌厚度对系统响应具有显著影响.然而，土骨架与孔隙水相互作用系数和土体泊松比等对系统响应影响很弱.

煤矸石推剪试验的颗粒离散元细观模拟

段巍1,2,张孟喜1

2012, 18(5):  531-538.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2012.05.017

摘要 ( 1880 )   PDF (5351KB) ( 1334 )  

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以现场推剪试验为基础，基于二维颗粒离散元(two dimensional particle flow code,PFC^2D)建立煤矸石推剪试验模型.通过不同级配和孔隙率反映治理前后不同密实度的矸石散粒体，较好地模拟煤矸石现场推剪试验的推力-位移曲线；对比分析治理前后推剪模型推力-位移曲线的差异性，从细观力学角度验证推剪试验中矸石颗粒的运动规律.颗粒离散元模拟结果表明：治理前后推剪模型都存在接触力沿滑裂面传递的现象；由于碾压作用，治理后推剪模型的接触力呈倒月牙形分布;治理后煤矸石试样在推剪完成后，其颗粒接触力与水平方向的夹角比治理前更大，集中分布区域更狭窄.通过颗粒位移矢量图确定推剪试验的滑裂面，解决了煤矸石推剪试验中滑裂面难以确定的问题.

缓冲材料参数对核废料处置库近场影响的二维有限元分析

秦爱芳,赵飞,赵小龙

2012, 18(5):  539-544.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2012.05.018

摘要 ( 2250 )   PDF (2523KB) ( 874 )  

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以高放射性核废料地质处置的FEBEX原位试验作为数值计算模型，利用有限元软件Code-Bright，通过改变膨润土初始渗透系数、初始吸力和初始进气值，得到热-水-力(thermo-hydro-mechanical,THM)耦合作用下处置库关闭后缓冲层饱和度和吸力的变化规律，以及以上3个因素对这些性状影响的敏感程度，研究结果可为核废料处置库缓冲材料的选取提供参考.

CFRP布加固圆形木梁抗弯性能的试验

欧阳煜,李游

2012, 18(5):  545-550.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2012.05.019

摘要 ( 1900 )   PDF (4329KB) ( 963 )  

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对在实际工程中已经受损的木梁加固后的结构性能进行研究.通过对8根圆形木梁进行静力试验，研究碳纤维增强复合材料（carbon fiber reinforced polymer，CFRP)布加固受损木梁的抗弯性能，包括破坏特性、极限荷载、刚度、截面应变等结构性能.试验结果表明，CFRP布加固受损木梁具有良好的效果,能够有效提高木梁的承载力和刚度.研究结论对碳纤维工程加固的应用具有一定的参考价值.