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2014年 第20卷 第2期    刊出日期：2014-04-26

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特稿

A Model Structured in Classes for the Study of Student Population Evolution

PEREIRA Edgar1, ROSA Cecilia2, SILVA Jacques3

2014, 20(2):  127-137.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.020

摘要 ( 1272 )   PDF (852KB) ( 773 )  

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This paper presents an application of a metapopulation model structured in classes for the study of population evolution of a network of schools. The global dynamics are considered in two parts, the local, where the evolution for each grade in a cycle is ac-counted, and the metapopulation or the movement of students between schools. Simulation of the model is presented.

A Pair of Mixed Generalized Sylvester Matrix Equations

HE Zhuo-heng, WANG Qing-wen

2014, 20(2):  138-156.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2014.01.021

摘要 ( 1883 )   PDF (241KB) ( 853 )  

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In this paper, some necessary and sufficient solvability conditions for the system of mixed generalized Sylvester matrix equations A₁X − Y B₁ = C1, A₂Y − ZB₂ = C₂ are derived, and an expression of the general solution to this system is given when it is solvable. Admissible ranks of the solution, and admissible ranks and inertias of the Hermitian part of the solution are investigated, respectively. As an application of the above system, solvability conditions and the general Hermitian solution to the generalized Sylvester matrix equation are obtained. Moreover, we provide an algorithm and an example to illustrate our results.

通信与信息工程

基于 RBF 神经网络的头相关传输函数的个性化建模方法

黄青华, 李 琳, 赖士村

2014, 20(2):  157-164.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.019

摘要 ( 1828 )   PDF (618KB) ( 841 )  

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采用主成分分析方法提取头相关传输函数 (head-ralated transfer function, HRTF) 的 个性化系数, 计算了影响HRTF 的人体参数的拉普拉斯得分, 并联合 Pearson 相关系数提取出对HRTF 影响显著的关键人体参数; 构建了径向基函数 (radial basis function, RBF) 神经网络, 学习关键人体参数到头相关传输函数个性化系数的非线性映射模型, 利用简单的人体参数测量估计出待测者的个性化头相关传输函数. 通过实验仿真与偏最小二乘回归 (partial least squares regression, PLSR) 法比较可知, RBF 神经网络个性化学习方法的性能优于PLSR 法.

高精度故障电弧检测多传感器数据融合算法

徐秦乐1, 张金艺1,2,3, 徐惠政1, 李若涵2, 张晶晶2

2014, 20(2):  165-173.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.018

摘要 ( 2155 )   PDF (38KB) ( 484 )  

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 由于故障电弧的物理特性复杂, 且电路中存在与故障电弧波形相似的负载, 因此传统 检测故障电弧的方法误判率较高. 提出了一种多传感器数据融合算法, 用于提高故障电弧的检测精度. 该算法包括自适应加权融合算法和神经网络融合算法, 实现了对温度传感器、声音传 感器和弧光强度传感器所获取的传感信号的数据融合. 自适应加权融合算法克服了单个传感 器的不确定性, 实现了同质传感器中故障电弧特征的提取, 为神经网络融合算法提供了精确的测试样本数据; 神经网络融合算法可自行调整各类异质传感器的权重, 使故障电弧的辨识率更高. 实验结果表明, 该算法可有效提取故障电弧的特征, 辨识精度超过98%, 实现了高精度的故障电弧检测.

新型开路短路枝节加载三频带通滤波器

李好,肖中银,储君君,刘洋,徐晓雪,马全问

2014, 20(2):  174-179.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.004

摘要 ( 1854 )   PDF (1124KB) ( 829 )  

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采用开路短路枝节加载开环谐振器,设计了一种新型的3个通带中心频率独立可调的三频带通滤波器.由于谐振器的结构对称,因此采用传统的奇偶模分析法.滤波器的第一和第三通带由偶模谐振频率产生,通过改变加载枝节的电长度和阻抗比可调节偶模谐振频率.滤波器的第二通带由奇模谐振频率产生,通过改变环的电长度和阻抗可调节奇模谐振频率.该滤波器的3个通带中心频率为1.57GHz(GPS),2.4GHz (WLAN)和3.5GHz (WIMAX), 3dB带宽分别为2.5%, 4.7%和2.0%,测量结果与电磁仿真结果基本吻合.

计算机工程与科学

三值光学计算机MPI编程技术在超算集群中的使用

张 茜1,2, 金 翊1,2,3, 宋 凯1,2, 高 桓1,2

2014, 20(2):  180-189.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.001

摘要 ( 2464 )   PDF (941KB) ( 1024 )  

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建立 MPI 程序中三值光学计算机(ternary optical computer, TOC)和 CPU 在指令级别上协同工作的技术. 在该技术中, TOC 节点作为服务端, 运行等待连接的进程;CPU 上运行的 MPI 进程作为客户端, 使用以SHDX 为前缀的一类扩充指令来请求与TOC 连接. TOC 和 CPU 连接之后, MPI 进程将指令级别上的服务要求和数据一并发送给TOC 节点, TOC 发挥其处理器可构成复合运算器及数据位数众多的优势来处理数据, 并将计算结果回送给客户端的MPI 进程. 该过程实现了 CPU 在指令级别上调用TOC 来协同工作的目的. 目前, 设定一个超级计算机系统可以融入10 个TOC 节点, 每个TOC 节点可以打开8 个服务端口, 未来的版本可能扩大这两个限制. 实验结果证明了该技术的正确性.

基于关联语义链网络的文本聚类方法

何 祥, 骆祥峰

2014, 20(2):  190-198.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.003

摘要 ( 2264 )   PDF (1050KB) ( 778 )  

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 基于关联语义链网络提出了一种自适应分裂的文本聚类方法. 该方法通过从关联语义链网络中检测出各个社团结构作为文本集中的类别, 以避免对聚类数目的预先确定. 同时, 针对高维稀疏的词向量导致的文本之间或文本与类之间相似性低的问题, 将关联语义链网络中词与词之间的关联关系映射到文本与类之间的关联关系中去, 以增强文本与类之间关系的强度. 通过与其他主要聚类方法进行实验对比, 发现该聚类方法不仅能够对文本集合进行准确的聚类, 而且能够较准确地确定聚类中心数目和识别出文本集中的话题信息.

数理化科学

多重边界约束对三壁碳纳米管振动特性的影响

吴冰洁, 彭香武, 刘 亮, 王青占, 郭兴明

2014, 20(2):  199-206.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.012

摘要 ( 1462 )   PDF (389KB) ( 628 )  

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主要研究了三壁碳纳米管在多重边界约束条件下的振动特性. 基于Euler 梁模型将三壁碳纳米管模拟成三重相合梁系统, 其中管间通过范德华力 (van der Waals force) 相合, 但内管、中管、外管处于不同的边界约束中, 并研究了FFC (free-free-clamped) 型多重边界约束对 三壁碳纳米管振动的影响. 结果表明, FFC 型多重边界约束会导致三壁碳纳米管共振频率的降低, 尤其在低阶振动模态上; 同时, 这种影响会随着碳纳米管长度的增加而减弱.

缝隙引流叶轮的优化设计

孙 涛, 陈红勋, 朱 兵, 张维勇

2014, 20(2):  207-213.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.008

摘要 ( 1882 )   PDF (1924KB) ( 586 )  

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以带缝隙引流叶片的低比转速离心泵叶轮为研究对象, 研究了缝隙引流叶片的位置对低比转速离心泵水力性能的影响. 基于叶片参数化设计、网格划分、CFD(computational fluid dynamics)计算和后处理过程全自动集成的优化平台, 以离心泵叶轮水力效率最大化为目标函数, 采用实验设计法(design of experiments, DOE)和序列二次规划法(sequential quadratic programming, SQP)组合策略进行优化设计. 将优化后得到的新叶轮和原始叶轮进行对比分析发现, 优化后泵流道内堵塞情况减少, 扬程提高, 0.6Q 工况以后优化叶轮的效率比原始叶轮高, 同时最高点效率提高了2% 以上. 研究结果表明, 该设计方法切实可行.

低雷诺数下沿正弦壁面下落液体薄膜的频谱特性

黄小龙, 胡国辉

2014, 20(2):  214-220.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.009

摘要 ( 1853 )   PDF (950KB) ( 699 )  

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沿结构壁面下落的非定常液体薄膜的表面波具有复杂的特性. 对不同频率周期性扰动下沿正弦波纹壁面的薄膜流动进行了数值模拟, 并采用流体体积 (volume of fluid, VOF) 法捕捉流体界面, 分析了表面波的空间演化过程. 结果表明, 表面波的演化过程是由扰动频率决定的行波和由壁面结构决定的静态波相互作用的结果. 通过同步压缩小波变换对表面波进行空间频谱分析, 研究了壁面结构对行波波数的影响, 以及行波和静态波之间的动力学行为.

镍催化卤代烷烃交叉偶联反应的配体忧化

徐海亮1, 张玉薇2, 王书林1, 梁 硕1, 童玮琪1

2014, 20(2):  221-227.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.006

摘要 ( 2280 )   PDF (574KB) ( 816 )  

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两个结构相似的卤代烷烃直接经过镍催化还原偶联反应生成新的 C(sp³ )—C(sp³ ) 键 一直是有机合成中的难点. 通过前期的研究发现, 采用 Zn 作还原剂, Ni(cod)₂ 作催化剂, 在 Pybox 类配体存在的条件下, 可以成功地实现不同卤代烷烃的交联反应, 不过其中一个卤代烷烃必须使用 3 mol 的用量. 为了进一步提高反应的效率, 采用 2 mol 的 1-溴丁烷和 1 mol 的 4-溴-1-对甲苯磺酰基哌啶为模型进行反应, 通过优化反应条件, 特别是对配体结构的修饰, 进一步提高不活泼烷基卤代物的还原交叉偶联反应效率. 研究结果表明, Pybox 类配体是效果较好的配体, 而二齿配体在吡啶存在的条件下也能得到中等期望值的产率. 这一结果为今后进一步优化反应提供了参考依据.

土木工程

外荷载变电压作用下软黏土电渗固结试验研究

刘飞禹 ,张乐 ,王军 ,张斌

2014, 20(2):  228-238.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.005

摘要 ( 1706 )   PDF (1203KB) ( 645 )  

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针对电渗法与外荷载联合作用进行了室内试验,设计了9组对比试验,包括在相同外荷载作用下改变电渗电压、在相同电渗电压作用下改变外荷载作用以及单纯外荷载作用下的普通固结试验.对各组试验中的电路电流、土体出流、土体含水率分布、土体沉降、土体电导率、pH值等指标进行了量测,分析了外荷载、电渗电压对电渗过程的影响,并在外荷载与电渗电压之间建立了一定的联系.试验结果表明,增加外荷载对土样排水的促进作用优于提高电压梯度;外荷载作用能够促进阴极排水口处的出流量;在40 kPa外荷载作用下的普通固结与在0.5 V/cm电压梯度作用下的电渗固结作用及效果相当,在1 V/cm电压梯度作用下的电渗固结与在50 ∼60 kPa外荷载作用下的普通固结作用效果相当.研究及结果表明,外荷载与电渗法联合作用和单纯电渗法及单纯预压法相比,能够显著提高地基处理效果.

静压桩沉桩及已打入桩遮拦效应的数值模拟

秦世伟, 莫 泷, 周艳坤

2014, 20(2):  239-249.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.010

摘要 ( 1610 )   PDF (806KB) ( 598 )  

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采用三维有限差分软件 FLAC3D 建立了数值模型, 对比了圆孔扩张理论的解析解与数值解, 并在此基础上建立了桩实体单元基于位移贯入法模拟桩-土间摩擦作用, 且与相关文献中施加节点力模拟摩擦效应的方法进行了对比, 二者的计算结果较吻合. 基于此数值模拟方法 对静压桩单桩、双桩的沉桩过程进行计算分析, 并就已打入桩体对沉桩过程中土体位移的影响 进行研究, 得到以下结论: 模拟桩-土问摩擦效应的两种方法中, 位移贯入法计算所得土体水平位移在地表处较大, 这是因为桩体以固定速度向下运动时, 为阻止圆孔缩径而约束了其径向位移, 消除了摩擦效应对土体水平作用的影响. 沉桩结束后, 在大于地表下1/4 桩长深度范围内 的土体水平位移较大, 是主要的变形区域. 上部土体沉降较大, 而下部土体沉降较小, 其中距地 表下1/8 桩长至 1/4 桩长处沉降最大, 说明已打入桩的存在改变了土体水平位移的大小, 更使得土体水平位移随深度的变化趋于线性. 待打入桩的沉桩过程使得已打入桩身产生一定的倾斜. 由于沉桩扩孔的影响, 受到水平挤压的桩前土体在已打入桩的阻隔下沿着桩身向上隆起, 表明已打入桩的存在改变了土体位移的分布模式, 最终达到了减小水平位移的目的. 

淮安膨胀土的土水特性

吴义高, 孙德安

2014, 20(2):  250-260.  doi:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.007

摘要 ( 1818 )   PDF (3832KB) ( 933 )  

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以淮安膨胀土为研究对象, 使用压力板法、滤纸法和蒸汽平衡法等3 种不同的控制或量测吸力的试验方法, 分别对其压实土样进行土水特性试验, 得出了吸力范围为 0∼378 MPa 的土水特征曲线. 试验结果表明, 在初始干密度相近的情况下, 低吸力范围内脱湿曲线和吸湿曲线有明显的滞回现象, 且当吸力大于100 MPa 时, 滞回现象基本消失; 滤纸法测出的土水特征曲线落在主脱湿和主吸湿曲线的滞回圈内. 由蒸汽平衡法所得的高吸力范围土水特征曲线 可以看出, 吸力接近于1 000 MPa 时含水率接近于零. 滤纸法的试验结果表明, 在土水特征曲线用饱和度和吸力关系表示的情况下, 当吸力较小时, 干密度大的土水特征曲线处于干密度小的右上方; 当吸力较大时, 干密度对土水特征曲线的影响不大.