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本刊入编《中文核心期刊要目总览》2023年版(第10版)
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上海大学学报(自然科学版)第六届编委会第二次工作会议
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2024年 第30卷 第4期 刊出日期:2024-08-30
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考虑宏观碳排放阈值的快速路入口匝道控制
姬杨蓓蓓, 童少成, 刘静雯, 董继昌, 付武荣
2024, 30(4): 565-580. doi:
10.12066/j.issn.1007-2861.2576
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多维度评价
为缓解日益严重的快速路交通拥堵及交通污染问题, 在经典 ALINEA 匝道控制算法基础上考虑碳排放的影响, 通过宏观基本图将实时碳排放测度指标与占有率指标相结合提出宏观碳排放阈值指标, 构建兼顾主线与匝道碳减排以及路网运行效率提升的 CE-ALINEA(carbon emission-ALINEA) 分级控制算法, 并通过VISSIM 仿真实验比较不同控制算法的控制效果. 结果表明: 相比 ALINEA 控制, CE-ALINEA 控制不仅能有效减少主线排放量并提升主线运行效率, 还能明显减少因匝道控制而增加的匝道碳排放; CE-ALINEA 控制在改变检测器布设下能有效测度主线碳排放并对主线交通具有稳定的控制效果; 随着电动汽车渗透率增加, CE-ALINEA 减排效果有所减弱, 但与 ALINEA 相比对匝道碳排放仍有较好的减排效果.
双挂汽车列车横向稳定性控制策略
赵 侃, 屈怀琨, 全煜坤, 宋云龙, 刘清杰, 邱兆文
2024, 30(4): 581-594. doi:
10.12066/j.issn.1007-2861.2491
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多维度评价
双挂汽车列车相较于传统半挂车具有更高的运输效率和较低的运输成本, 更适合未来公路运输绿色、便捷、高效的发展趋势, 但较长的车身总长度和组成单元个数必然会对双挂汽车列车的整车稳定性产生影响. 为研究并验证控制策略对双挂汽车列车横向稳定性的改善情况, 基于 Trucksim 仿真平台搭建双挂汽车列车 (B 型双挂车) 动力学模型, 依据运动力学定律建立 Simulink 双挂汽车列车简化参考模型, 分别以动力学和参考模型中各个单元的横摆角速度偏差、横向载荷转移率偏差为输入, 结合模糊推理和 PID (proportional-integral-derivative control, PID) 控制理论构建整车横摆和侧倾稳定性主动控制策略, 并根据车辆状态识别结果对控制策略的介入时机进行调整. 模拟结果显示: 主动控制策略使双挂汽车列车横向稳定性评价参数的波动幅度均有明显减小; 各个单元的质心侧偏角峰值降低 5.7%∼53%, 横摆角速度峰值降低 4.9%∼23.8%, 侧倾角峰值降低 0.5%∼24.9%, 质心侧偏角峰值降低 0.3%∼32.9%.表明本工作所设计的控制策略对双挂汽车列车的横向稳定性有改善作用, 研究结果可为未来双挂汽车列车的横向稳定性研究提供参考.
远场和近场地震下核电隔震结构的摇摆响应分析
何文福, 吉 敏, 任逸飞, 许 浩, MIYAMA Takafumi
2024, 30(4): 595-607. doi:
10.12066/j.issn.1007-2861.2526
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多维度评价
为了探究远场和近场地震动作用对核电隔震结构的不同影响, 研究了核电隔震结构在远场和近场地震动作用下的摇摆响应和支座状态, 主要讨论了地震特性对结构摇摆响应的影响, 包括上部结构的摇摆角、隔震支座的拉压应力、隔震支座的剪切变形等. 分析发现: 上部结构的摇摆角随地震动加速度幅值线性增加, 其中近场地震动作用下上部结构的摇摆角明显大于远场地震动作用, 且具有更大的离散性; 当地震动加速度幅值为 1.2 g 时, 近场地震动作用下上部结构摇摆角均值和标准差可达远场地震动作用下的 2.88 倍和 3.90 倍; 近场地震动作用下, 支座更容易进入非安定变形状态, 也更容易出现支座受拉现象. 该成果可为核电厂结构的隔震设计提供工程参考价值.
曲面摩擦滑移隔震结构的随机地震可靠度分析
王长虹, 胡世韬, 胡宝琳
2024, 30(4): 608-621. doi:
10.12066/j.issn.1007-2861.2474
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曲面摩擦滑移隔震结构 (curved surface sliding isolated structure, CSSIS) 是一种具有广泛应用潜力的新技术. 但在工程实践中, 地震波的选取会显著影响 CSSIS 的抗震设计和风险评估结果. 针对缺乏强震记录的情况, 提出一个能够反映特定地区地震特征的随机地震动模型, 并通过Monte-Carlo 模拟算法, 评估CSSIS 的抗震可靠指标. 通过振动台试验和理论分析确定 CSSIS 力学模型的关键结构参数, 采用随机地震动模型生成地震波, 以天津宁河地区为例, 基于首次超越概率理论, 计算了 CSSIS 的失稳概率 Pf . 结果表明, 地震震级 M 和震中距 D 对 CSSIS 的抗震性能具有显著影响. 随着震中距 D 的增加, 上部结构的失稳概率 Pf 迅速下降; 相反, 地震震级 M 的增加会导致 Pf 升高. 所得研究结果将为 CSSIS 的广泛应用提供重要的设计参考依据.
装配式剪力墙结构的低碳设计
汪欣欣, 朱杰江
2024, 30(4): 622-634. doi:
10.12066/j.issn.1007-2861.2464
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确立物化阶段碳排放计算模型, 完成基于定额的综合碳排放因子库的建立. 以装配式剪力墙结构物化阶段碳排放量最低为目标函数, 梁的截面尺寸、墙的厚度、墙的长度、墙混凝土强度为变量, 考虑构件强度、建筑条件、位移约束, 利用优化软件 Lingo 建立优化模型并求解构件最优尺寸及混凝土强度. 以实际案例验证了该优化方法的可行性, 为进一步推动装配式建筑在设计阶段的发展提供了参考.
压实黏性土固结排水多级直剪试验
高宇, 张一鸣, 董毅
2024, 30(4): 635-643. doi:
10.12066/j.issn.1007-2861.2514
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抗剪强度是决定岩土工程中地基、边坡等土体和结构稳定性的重要力学参数, 一般通过直剪或三轴试验获取. 这类试验常采用 3∼4 个试样测定土的黏聚力和内摩擦角, 但多个试样的差异性会影响结果准确性. 基于此, 在常规直剪仪器的基础上进行改进, 使其可针对一个试样反复剪切, 获取样品的抗剪强度参数, 由 Mohr-Coulomb 包络线得到土的黏聚力和内摩擦角, 并将压实土的固结排水多级直剪试验与常规直剪试验结果进行对比. 结果表明, 多级直剪试验抗剪强度略小于常规直剪, 内摩擦角误差在 ±2.5◦. 该固结排水多级直剪方案可以用来评估压实黏性土抗剪强度.
废弃烟叶可溶性蛋白的提取工艺
沙云菲, 杜淮清, 熊骏威, 汪阳忠, 束茹欣, 陈 旭, 戴小峰
2024, 30(4): 644-654. doi:
10.12066/j.issn.1007-2861.2554
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集合超声波、超滤、弱碱性等电点沉淀技术, 开发了一种从废弃烟叶中提取可溶性蛋白的新工艺, 并构建了一套物理、化学、生物参数评价体系. 经优化后的工艺路线如下: 在0.085 mol/L 磷酸缓冲液 (pH=7.85) 条件下, 以 1∶8 料液比进行超声波提取, 经分级离心、过滤/超滤, 并通过 0.11 mol/L [H+] 溶液调节等电点 pH=5.5, 成功提取了分子量约为 55 kDa及大于 200 kDa 的混合蛋白, 其氨基酸组成分析能满足成人必需氨基酸需求. 红外光谱分析未见明显果胶、多糖特征. 采用温和弱碱-等电点提取技术结合物理提取方法, 有效解决了传统提取方法存在的问题, 展现了良好的通用性, 为废弃烟叶的资源化利用及工业化生产提供了新的思路.
融合专业知识的意图抽取联合模型
程 锋, 万卫兵, 王雨萱, 胡继米
2024, 30(4): 655-668. doi:
10.12066/j.issn.1007-2861.2548
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提出了一种融合专业知识的意图抽取联合模型. 该方法融合了垂直领域的知识图谱,可以在理解用户原本意图的基础上, 识别出隐含的其他信息; 可以对意图识别与槽填充之间的关系进行显式建模, 将二者联合训练, 提高模型的整体性能. 在公共数据集——航空公司旅行信息系统 (Airline Travel Information System, ATIS) 及个人语音助手数据集 (The Snips Voice Platform, SNIPS) 上进行实验, 发现该模型结果优于多种意图识别模型. 在构建的工业领域质量溯源 (quality traceability questions, QTQ) 数据集与生产维修 (product repair, PR) 数据集上进行实验, 发现该模型取得了最优的效果, 其中在 QTQ 数据集上的意图识别准确率为87.2%, 槽填充F1 值为86.7%, 全句准确率为75.6%; 在PR 数据集上的意图识别准确率为 92.5%, 槽填充 F1 值为 90.1%, 全句准确率为 88.5%, 与其他主流模型相比均有不同程度的提升. 实验证明, 该模型在工业领域下的意图识别任务具有较高的准确率及泛化能力.
基于多特征融合和几何感知网络的光场图像编码
刘发国, 白晓琦, 张 倩, 王 斌, 司 文
2024, 30(4): 669-681. doi:
10.12066/j.issn.1007-2861.2546
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为了克服基于单一视差合成的光场图像编码方法在遮挡区域无法恢复纹理细节的问题, 提出一种基于多特征融合和几何感知网络的光场图像编码方法, 以进一步提升遮挡场景下光场图像的压缩性能. 首先, 对密集光场稀疏采样, 使用通用视频编码器 (versatile video coding, VVC) 对稀疏光场进行压缩; 然后, 在解码端使用2 个关键分支模块, 即视差估计模块和空间角度联合卷积模块, 以获取光场图像全局的几何信息, 确保在密集纹理和遮挡区域能够更充分地恢复特征; 最后, 为了挖掘 2 个分支融合特征的结构信息, 构建了双向视图的堆栈结构, 并运用几何感知的细化网络以重建高质量的密集光场. 实验结果表明, 与已有国际上流行的光场图像编码方法相比, 所提出的方法具有显著优势.
基于可重构四值逻辑运算器构建数字文件的配置加密技术
王宏健, 韩屹晨, 陈迅雷, 金 翊
2024, 30(4): 682-693. doi:
10.12066/j.issn.1007-2861.2561
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多维度评价
2018 年问世的可重构四值逻辑运算器通配电路为配置加密技术提供了核心器件, 大约在千分之 1.6 mm2 的微芯片上就能构造出一个 32 位配置加密器件的加密器、解密器和密钥派生器, 在 250 MB 的只读存储器中就能预置 1013 个广义密钥源数据, 每个源数据配置出一个加密系统, 因此加密系统数量很多, 百年内不会重复使用. 预存于配置加密器件内的广义密钥源数据结合预约码技术实现了广义密钥自动更换, 免除了记忆密钥的烦恼. 由于每个广义密钥只使用一次, 故配置加密技术的安全性很高; 加密和解密过程都使用硬件, 故配置加密的工作速度很快; 核心微电路体积很小, 存储器也只有数百兆字节, 故配置加密器件可以制作成如U 盘般小巧. 实验测试结果表明, 配置加密技术能对常见的多种数字文件实施分组加密, 理论推测其密文能抵御常见的各种攻击. 因此, 配置加密技术具有较好的应用前景.
LeaderRank 的外推加速方法
王 珂, 穆雪洁, 许新建
2024, 30(4): 694-703. doi:
10.12066/j.issn.1007-2861.2478
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复杂网络中的节点排序在网络结构和传播动力学等研究中占据重要地位. LeaderRank作为一种重要的节点排序算法, 已得到了广泛应用. 在幂法计算 LeaderRank 的基础上, 提出3 种计算 LeaderRank 的外推方法, 分别为 Aitken 外推法、幂外推法和改进幂外推法. 为了对比各方法的优劣, 在 4 个真实网络上进行数值实验, 结果表明: Aitken 外推法的计算速度优于幂外推法, 而精度略差于幂外推法; 改进幂外推法则在计算速度和精度上均有优良表现.
仿猛禽无人机稳态栖息建模及抓取腿爪设计
许 勇, 郭书言, 魏馨梅
2024, 30(4): 704-720. doi:
10.12066/j.issn.1007-2861.2564
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目前, 带臂爪无人机对形状复杂物体的抓取、栖息能力仍然有限, 针对这一问题提出了一种可与无人机本体集成、在非结构化环境中具备可靠抓握和稳定栖息能力的仿猛禽无人机.在建立仿猛禽无人机的稳态栖息模型时, 求解得到了具有最小倾覆力矩的腿部最优尺寸; 建立了无人机的角动量和线动量模型, 求解获得了满足倾覆力矩和动量约束、由质心速度角-质心速度-腿角 3 维参数组合生成的栖息成功参数域; 设计了可将瞬时碰撞能量被动转化为强大抓握力、通过自锁来被动保持可靠抓握状态的欠驱动抓握腿爪; 完成了无人机样机栖息实验, 且实验和仿真的参数变化规律一致, 变化连续平稳. 上述成果证实了该稳态栖息模型、动量模型及无人机结构设计方案的合理性, 为后续实现仿猛禽栖息无人机的位姿实时控制, 以及无人机在遥感探测、搜救避险、环境监测等非结构化环境中的广泛应用提供了理论和方法指导.
GO 改性 C/C 复合材料的制备及其电磁屏蔽性能
宁立新, 陈泽超, 洪建婷, 王 旭, 彭雨晴, 张方舟, 吴艺峰, 刘立起
2024, 30(4): 721-732. doi:
10.12066/j.issn.1007-2861.2531
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为了获得一种制备简单、成本低廉的电磁屏蔽材料, 通过喷涂法在 2D 碳纤维 (carbon fiber, CF) 预制体上负载氧化石墨烯(graphene oxide, GO), 并以硼酚醛树脂(boron-phenolic resin, BPF) 作为前驱体, 石墨烯负载碳纤维 (GO/CF) 作为预制体, 通过热压成型和碳化工艺制备得到氧化石墨烯改性碳/碳复合材料 (GO/C/C). 采用 X 射线衍射 (X-ray diffraction, XRD)、扫描电子显微镜 (scanning electron microscope, SEM)、拉曼光谱 (Raman spec-trum)、密度仪 (densitometer) 和矢量网络分析仪 (vector network analyzer) 对复合材料进行表征. 结果表明, 当 GO 的负载量为 0.1%、0.3% 时, GO/CF 预制体的表面形貌最好; 负载量为 0.3% 时, 复合材料具有最高的孔隙率和最低的电阻率; 负载量为 0.1% 时, 复合材料在 X波段的总电磁屏蔽效能最高, 达到了 43.84 dB, 相比于空白样品提高了 28.3%, 已满足基本的商用需求.
原子基态能量的高精度 Roothaan-Hartree-Fock计算方法
李永乐, 桂雄飞, 高 恒, 任 伟
2024, 30(4): 732-740. doi:
10.12066/j.issn.1007-2861.2412
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量子力学中的 Roothaan-Hartree-Fock (R-H-F) 近似计算在原子、分子和材料电子结构计算中具有重要的意义, 是其他高精度电子结构计算方法的基础. 本工作根据开源网站Basis Set Exchange 中丰富的基组资源, 利用高斯型基组矩阵元具有解析表达式的特性, 自行编写 Roothaan-Hartree-Fock 计算程序, 可以较为方便的达到高精度的计算结果. 同时本工作用不同大小的基组计算了多种原子和离子的基态能量, 研究了 He、Be、C2+ 等原子和离子在不同基组下的收敛特性. 此外, 基于自行编写的 R-H-F 程序计算得到 He、Be、Ne 的第一电离能, 与实验对比最大误差不超过 6.84%.
带隙孤子的输运
程璐, 陈园园
2024, 30(4): 741-750. doi:
10.12066/j.issn.1007-2861.2334
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在非线性周期系统中, 非线性和色散关系平衡能够产生空间局域的带隙孤子. 这类孤子的一个显著特点为不容易进行空间移动. 本工作提出通过周期地调制周期势的方法来实现带隙孤子的空间输运. 首先通过数值计算找到稳定的带隙孤子, 然后将其作为初始态在周期性变化的周期势场中进行演化. 研究发现, 如果势场的周期性变化足够缓慢, 带隙孤子可以高保真度地进行空间传输. 该工作为带隙孤子的输运提供了一种可能方案.
砷化镓纳米结中光电响应的第一性原理计算模拟
曹 睿, 陈竞哲
2024, 30(4): 751-757. doi:
10.12066/j.issn.1007-2861.2414
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作为常见的高迁移率直接带隙半导体, 砷化镓 (gallium arsenide, GaAs) 的光电响应性质一直是学界研究的焦点. 针对特殊结构半导体器件的光电响应方式理论上研究一般采用宏观有限元方法结合半经典理论的模拟. 随着器件尺寸的小型化, 微观结构的重要性更加凸显. 通过非平衡态格林函数结合密度泛函理论方法 (non-equilibrium Green’s function method with density functional theory, NEDF-DFT) 首次在原子尺度下计算了砷化镓纳米结在化学掺杂和栅极下的光响应, 定性分析了材料掺杂浓度对光响应的影响. 本工作对于半导体器件光电性质的模拟分析方法的拓展和器件性能的定性理解具有比较重要的意义.
铁磁薄膜快速稳定的磁化动力学控制
李欣和, 班玥
2024, 30(4): 758-768. doi:
10.12066/j.issn.1007-2861.2339
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提出了亚微米铁磁薄膜磁化动力学的快速控制方案. 由于自旋轨道耦合作用, 外加电场所激发的自旋极化电流通过 s-d 交换耦合引起铁磁层的局域磁矩发生偏转. 使用量子绝热捷径技术反控制法在亚微米铁磁薄膜模型中提出了电场控制方案, 实现了磁化向量方向快速反转, 并对电场强度进行了最优化设计. 另外, 分析了铁磁薄膜形状各向同性和异性下的电场控制方案. 相比于现有方法, 该方案将磁化向量反转时间缩短了约一个数量级, 并且具有更好的鲁棒性.
基于变分法的冷原子快速分束设计
张 佳, 郝敏佳, 陈 玺
2024, 30(4): 769-776. doi:
10.12066/j.issn.1007-2861.2417
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量子绝热捷径技术可以沿着非绝热路径加速量子绝热过程. 受绝热捷径技术的启发,提出了基于冷原子干涉仪在双势阱中快速且稳定地分束冷原子的方法. 首先, 应用变分近似方法处理平均场近似下的Gross-Pitaevskii (GP) 方程, 以此推导出玻色-爱因斯坦凝聚的动力学方程; 然后, 使用反控制法设计外势阱的频率, 在较短的时间内实现冷原子的快速分束. 该方法避免了最终激发.
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双月刊,1995年创刊
主管单位:上海市教育委员会
主办单位:上海大学
编辑出版:《上海大学学报(自然科学版)》编辑部
印刷:上海铁路印刷有限公司
发行:《上海大学学报(自然科学版)》编辑部
发行范围:公开
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