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期刊信息/Journal information
清华大学学报（自然科学版）
清华大学学报（自然科学版）

梁恩忠

月刊

1000-0054

xuebaost@tsinghua.edn.cn

010-62788108,62792976

100084

北京市海淀区清华园清华大学

清华大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Tsinghua University(Science and Technology)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊为科学技术综合性学术刊物。反映清华大学自然科学与技术领域基础研究和实验研究方面的科研成果，推动国内外学术交流。主要栏目有工程力学、电机工程、机械工程、能源技术、信息科学、材料科学、基础理论等。主要读者对象是高等学校和科研单位的科研工作者、教师和研究生。
正式出版
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    基于注意力机制的两阶段融合多视图图聚类

    赵兴旺侯哲栋姚凯旋梁吉业...
    1-12页
    查看更多>>摘要：多视图图聚类旨在挖掘多视图图数据中蕴含的簇结构,近年来得到了研究者的广泛研究.然而,现有大多数方法在不同视图信息的融合过程中同等对待各个视图,未能根据视图质量分配相应权重,而且处理具有属性和图的数据时面临一定困难.该文提出了一种基于注意力机制的两阶段融合多视图图聚类算法.首先,应用图滤波器过滤高频噪声,各个视图获得更适用于下游聚类任务的节点平滑表示;其次,基于注意力机制融合各个视图特征滤波后的平滑表示,并为拓扑融合阶段提供初始化权重;然后,在拓扑融合阶段,将不同视图加权融合的Laplace矩阵与融合的特征表示输入编码器得到嵌入表示,并构造优化函数对权重和嵌入表示进行优化,可以为质量较好的视图分配较大权重,同时产生更加紧凑的嵌入表示;最后,通过对嵌入表示执行谱聚类得到最终的聚类结果.将该算法和已有的相关聚类算法在真实数据集上进行了实验分析.结果表明,相比已有算法,所提出的算法在处理多视图图数据方面更加有效.

    多视图学习图聚类注意力机制图学习嵌入表示

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    基于节点特征对抗性攻击的图对比学习鲁棒性验证

    邢宇杰王啸石川黄海...
    13-24页
    查看更多>>摘要：最近的许多工作已经表明图神经网络在面对图结构扰动以及节点特征扰动的对抗攻击时表现出非鲁棒性,其预测结果可能是不可靠的,图对比学习方法中也存在这一问题.然而已有的鲁棒性测度方法通常与攻击算法、数据标签以及下游任务相关,这些在自监督设置下图对比学习的鲁棒性测度中是应当尽量避免的.该文提出了基于节点特征对抗性攻击的图对比学习鲁棒性验证算法,来验证节点特征扰动下的图卷积网络的鲁棒性.考虑到图对比学习模型中正负例对的特性,将图对比学习鲁棒性验证问题定义为对抗样本与 目标节点及其负例之间相似度比较的问题,并将该问题形式化建模为一个动态规划问题,从而解决了对攻击算法、数据标签以及下游任务的依赖问题.为了求解该动态规划问题,针对图数据通常采用的二元特征,设计了相应的扰动空间;考虑到图对比学习中负例样本空间过大的挑战,设计了负例样本采样策略来提升求解问题的效率;由于二元离散特征和非线性激活函数使得动态规划问题难于求解,对它们分别采用放松到连续数据域和非线性激活放松的方式,并采用寻找对偶问题的方式进一步提高求解效率.通过充分的实验说明了所提出的图对比学习鲁棒性验证算法的有效性;同时验证了针对特定攻击算法设计的图对比学习模型的鲁棒性不具有可泛化性,面对其他的攻击算法可能表现得更加脆弱;还通过参数实验说明了设计的负例样本采样策略是合理的.

    图对比学习图卷积网络鲁棒性验证对抗攻击对抗训练

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    内悬置电动轮的柔性联轴器动力学性能分析

    罗荣康俞志豪吴佩宝侯之超...
    25-32页
    查看更多>>摘要：内悬置电动轮构型可延长电机使用寿命,缓解簧下质量过大造成的舒适性问题.由于轮内空间有限,用于动力传递的柔性联轴器结构和性能直接决定内悬置电动轮的性能.该文提出了一种面向内悬置电动轮的柔性联轴器.该联轴器是由多个连接臂组成的平面并联机构,每个连接臂由2个平行四边形机构串联而成.建立了该联轴器机构的运动学和动力学模型,给出了偏心度、连杆静载荷及动载荷的计算方法.结合一组结构参数,对联轴器的偏心度、连杆静载荷及动载荷进行了定量分析.结果表明:该联轴器允许传动系统在动力传动过程中沿垂向跳动,具有等速传动、占用轴向空间小、偏心行程大以及动载荷小等特点.该联轴器可望推进内悬置电动轮的工程化研发.

    电动轮电机悬置柔性联轴器平面并联机构动力学分析

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    考虑系统变形的驱动桥准双曲面齿轮啮合效率计算方法

    王钦贺迪桂良进胡智宇...
    33-43页
    查看更多>>摘要：准双曲面齿轮是驱动桥系统的关键零部件之一,常在高速重载工况下工作.由于系统变形大且齿面啮合状态复杂,重载工况下会引起齿面载荷的显著偏载.因此,考虑系统变形对准双曲面齿轮啮合性能的影响具有重要意义.该文针对复杂工况下的驱动桥准双曲面齿轮,提出了考虑系统变形的齿轮啮合效率计算方法.首先,将驱动桥系统简化为多支撑轴系耦合模型,计算不同载荷工况下系统变形引起的齿轮啮合错位量.然后,基于齿轮机床加工参数计算实际齿面,并采用齿轮摩擦加载接触分析(frictional loaded tooth contact analysis,FLTCA)方法求解得到实际运行工况下齿面载荷分布与啮合效率.最后,通过驱动桥台架试验对比不同工况下齿轮副齿面载荷分布和啮合效率.试验结果表明:系统变形对准双曲面齿轮齿面载荷分布具有不可忽略的影响.同时,该试验验证了驱动桥准双曲面齿轮啮合效率计算方法的有效性.

    驱动桥准双曲面齿轮接触分析啮合效率混合润滑系统变形

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    基于轻量型空间特征编码网络的驾驶人注视区域估计算法

    张名芳李桂林吴初娜王力...
    44-54页
    查看更多>>摘要：实时监测驾驶人注视区有助于人机共驾汽车理解并判断驾驶人的意图.针对车载环境下算法精度和实时性难以平衡的问题,提出了一种基于轻量型空间特征编码网络(lightweight spatial feature encoding network,LSFENet)的驾驶人注视区估计算法.通过人脸对齐和眼镜移除步骤对采集的驾驶人上半身图像序列进行预处理,得到左右眼图像和人脸关键点坐标;在MobileNetV2的基础上构建基于GCSbottleneck模块的LSFENet特征提取网络,集成注意力机制模块增强关键特征权重,生成左右两眼特征;利用Kronecker积融合眼部与人脸关键点特征,将连续帧图像融合后的特征输入循环神经网络中,得到该图像序列的注视区域估计结果;利用公开数据集和自制数据集对新算法进行测试.实验结果表明:LSFENet算法的注视区估计准确率可达97.08％,每秒能检测约103帧图像,满足车载环境下运算效率和精度需求;LSFENet算法对注视区1、2、3、4、9的估计准确率均在85％以上,且对不同光照条件和眼镜遮挡情况均具有较强的适应能力.研究结果对驾驶人视觉分心状态识别具有重要意义.

    注视区域估计轻量型空间特征编码网络注意力机制特征提取Kronecker积循环神经网络

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    基于多元自适应回归样条的汇合决策行为模型

    李根翟伟黄海博任皎龙...
    55-62页
    查看更多>>摘要：为研究高速公路车辆汇合决策行为,采用一种非参数回归模型——多元 自适应回归样条(multiple adaptive regression splines,MARS)模型建立了汇合决策行为模型.同时,采用美国下一代仿真(next generation simulation,NGSIM)项目中搜集的车辆轨迹数据US-101数据集,提取了速度差、纵向间距、横向位置和车线碰撞时间等参数作为影响变量,进行训练和预测,并与分类回归树、梯度提升决策树、随机森林、逻辑回归等模型进行对比.研究结果表明:汇合车辆与主线车道前车之间的速度差对汇合决策行为影响最大;MARS模型和梯度提升决策树模型对汇合决策行为的预测错误率分别低至0.141和0.138,准确性略高于分类回归树、随机森林和逻辑回归模型,但MARS模型的复杂度远低于梯度提升决策树模型,且能够生成显性表达式,反映影响变量之间的交互作用,利于工程应用.MARS模型能够准确预测汇合决策行为,可用于车辆辅助驾驶及自动驾驶系统.

    公路运输汇合决策行为多元自适应回归样条交织区自动驾驶

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    航空煤油多液滴蒸发特性实验

    王方韩琪炜李典望金捷...
    63-74页
    查看更多>>摘要：燃烧室中燃料经喷油嘴或甩油盘等装置破碎、雾化成含有密集微小液滴的液滴群,液滴群在燃烧室的高温对流环境中先蒸发,而后与高压空气混合燃烧.该文开展了多液滴蒸发实验,旨在解决以往研究中以单液滴蒸发代替实际工况中液滴群蒸发产生的忽略液滴间相互作用的问题,为多液滴蒸发数值模拟理论提供实验数据支撑.该研究使用高速摄影机拍摄石英纤维悬挂的航空煤油液滴在高温400、500和600 ℃静止工况下蒸发的过程,并处理特定帧数的图片得到液滴蒸发特性曲线;多液滴蒸发实验中选择的液滴间距范围为1～4倍液滴直径.结果表明:多液滴的平均蒸发速率随着液滴间距的增大而增大,最终趋近于单液滴的平均蒸发速率,且近似成指数规律;液滴间距超过临界间距时,双液滴可看作2个独立的单液滴,此时的平均蒸发速率与单液滴平均蒸发速率基本没有区别;当2个液滴足够接近时,双液滴的平均蒸发速率降到单液滴的80％～90％.随着温度升高,液滴之间的影响距离会增大.该文得到了双液滴和三液滴蒸发的实验数据,以及双液滴关于液滴间距和温度的经验公式,实验结果与理论分析结论相吻合,为多液滴蒸发模型提供了实验数据支撑和理论创新依据.

    航空煤油双液滴蒸发特性落滴法可变液滴间距

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    船用螺旋桨水动力、空化和低噪声集成设计

    杨琼方黄修长李晔
    75-89页
    查看更多>>摘要：该文以开源软件OpenProp为基础,集成螺旋桨无空化噪声理论公式、空化噪声估算经验公式和新Burrill图谱,构建了船用桨水动力、空化和低噪声集成设计软件OpenProp+.OpenProp+的核心功能包括:完成桨叶几何设计并可信预报敞水性能曲线;判断桨叶有无空化产生,量化并确定空化范围,输出无空化工况的声压谱源级与中纵剖面声指向性图,估算空化噪声谱源级.当设计桨叶时,先确定相对最优的叶片数、直径和转速等总体参数,再优选叶型参数,设计考虑具体包括确定弦长分布规律、应用大侧斜设计要素、适当增加0.70R～0.95R(R为桨叶半径)叶截面最大厚度.桨叶最佳侧斜角临界值位于侧斜度50.0％～70.0％,设计初值可取60.0％.OpenProp+一体化设计效果由低噪声5叶桨设计给予检验,反馈良好,可直接服务于船用桨工程设计.

    螺旋桨设计水动力空化低噪声OpenProp

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    进气畸变对重型燃气轮机燃压缸流动特性影响

    石云姣赵宁波郑洪涛
    90-98页
    查看更多>>摘要：针对重型燃气轮机的压气机和燃烧室匹配中存在的燃压缸进气流场畸变问题,采用数值模拟方法对燃压缸在不同进口畸变模式、畸变位置和畸变度条件下的流动特性和性能变化规律进行分析.结果表明:进气畸变模式中的周向畸变相比径向畸变会明显削弱燃压缸的整流效果,导致总压损失和畸变度升高;随着径向畸变速度峰值出现位置下移,进口段的气流分离位置后移,出口截面下侧来流高速区面积和速度峰值增加;同种畸变模式下,进口畸变度的增加对流场分布特性影响较小,但会增加总压损失和出口截面畸变度.

    重型燃气轮机燃压缸进气畸变数值模拟

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    中心分级燃烧器流-热-声动态特性实验研究

    金明陆羽笛李原森柳伟杰...
    99-108页
    查看更多>>摘要：通过高频粒子图像测速法(particle image velocimetry,PIV)及高速相机、压力传感器、光电倍增管等,研究中心分级燃烧器流-热-声动态特性,揭示了中心分级燃烧器单级旋流和中心分级火焰的流动及热声稳定性的变化规律.结果表明:主燃级为旋流火焰时,预燃级的旋流空气会破坏流场中的回流区,加剧主燃级火焰的不稳定性,而预燃级为旋流火焰时可将主燃级火焰的脉动压力幅值降低76.8％;燃烧热负荷增大导致气流加速膨胀,诱发射流剪切层产生更高强度的旋涡,预燃级与主燃级火焰相互干涉可加速旋涡的耗散,改变了旋涡的脱落频率;与单级旋流火焰相比,主燃级和预燃级火焰干涉区的火焰脉动最剧烈,且主燃级射流外剪切层的大尺度旋涡加剧了主燃级火焰的脉动.

    中心分级燃烧器本征正交分解(properorthogonaldecomposition,POD)模态分解流动不稳定性热声不稳定性

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