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期刊信息/Journal information
中国科学（技术科学）
中国科学（技术科学）

严陆光

月刊

1674-7259

technology@scichina.org

010-64016732

100717

北京东黄城根北街16号

中国科学（技术科学）/Journal SCIENTIA SINICA TechnologicaCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《中国科学》是中国科学院主办、中国科学杂志社出版的自然科学专业性学术刊物。《中国科学》任务是反映中国自然科学各学科中的最新科研成果，以促进国内外的学术交流。《中国科学》以论文形式报道中国基础研究和应用研究方面具有创造性的、高水平的和有重要意义的科研成果。在国际学术界，《中国科学》作为代表中国最高水平的学术刊物也受到高度重视。国际上最具有权威的检索刊物SCI，多年来一直收录《中国科学》的论文。1999年《中国科学》夺得国家期刊奖的第一名。本刊从2009年1月期变更为主要报道技术科学方面的优秀成果，主要学科为材料、机械工程、工程热物理、水利、空间科学、航空、土木工程、核科学与技术、电工、电机、建筑、工程力学等，而不再刊登有关信息科学方面的内容。
正式出版
收录年代

    边界层理论研究进展综述

    陶智马遥由儒全李海旺...
    979-1002页
    查看更多>>摘要：本文回顾了边界层理论提出至今120多年内的重要发展历程，梳理了边界层理论的发展脉络，总结了在边界层测试、边界层求解以及工程应用等方面的发展情况。Prandtl最开始提出的平板边界层理论从物理概念上解释了物体绕流的摩擦阻力现象，解决了困扰多年的d'Alembert悖论。随着航空工业的发展，人们开始对边界层流动稳定性理论、湍流边界层、可压缩边界层、高速边界层、温度边界层、旋转边界层等概念进行拓展研究。在求解边界层方面，诞生了级数解法、积分法、渐进展开法和差分法等经典的数值求解方法;随着工程应用的需求，也发展了半理论半经验的解析方法求解湍流边界层。在测试技术方面从最初的Preston管测试逐渐转变为以热线风速仪为主要测试手段。同时本文还从航空航天飞行器高速、旋转和强换热的特点，介绍了高超声速边界层、旋转边界层和温度边界层方面较为前沿的研究成果，供快速掌握边界层理论的发展历程和今后的发展方向。

    边界层高超声速旋转温度研究进展

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    飞轮储能控制技术及其在新型电力系统中的应用

    李佳玉魏乐房方刘吉臻...
    1003-1020页
    查看更多>>摘要：推动以飞轮储能为代表的新型储能技术快速发展，有助于提升电力系统的调节能力和灵活性，促进新能源消纳，保障电力可靠稳定供应。本文聚焦电力级飞轮储能系统的运行控制问题，归纳阐述了飞轮储能系统常见结构及工作原理;结合不同运行模式，分析了飞轮储能单体的多种充放电控制策略;分别针对飞轮储能阵列和含飞轮储能的混合储能系统，探讨了规模化集成控制问题，在此基础上，结合实例列举了飞轮储能在新型电力系统中的几个典型应用场景。

    飞轮储能控制新型电力系统应用场景

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    超构透明吸波体的研究前沿与展望

    宋梓诚闵萍萍张锐聪贺乔柏...
    1021-1035页
    查看更多>>摘要：吸波材料在电磁隐身技术中发挥着至关重要的作用。与非透明材料相比，透明材料实现电磁吸收面临更复杂和独特的挑战。经典透明吸波体在光学透过率、厚度、电磁吸收带宽、倾角与极化稳定性等多项指标存在难以调和的矛盾。随超构材料应用于透明吸波体，上述核心性能指标得到显著改善，从而促进了其在电磁隐身领域的实际应用。本文针对超构透明吸波体研究工作进行了综述，首先介绍了透明吸波体的光学透明与电磁隐身原理，并对经典透明吸波体工作原理与局限进行分析与总结。随后对超构材料改善透明吸波体在宽带电磁吸收、倾角与极化稳定性经典性能的研究进展与设计方法进行了总结。为预示未来发展方向，本文详细阐述了近年来透明吸波体在混合机制设计、多光谱设计、动态可调性能的技术原理与研究前沿，并展望了新兴方向为透明吸波体带来的多机制、多功能、智能化的发展机遇。

    透明吸波体电磁隐身宽带雷达散射截面积漫反射吸波体

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    广义周期点阵结构的等效性能均匀化映射方法研究

    徐仕杰张卫红
    1036-1056页
    查看更多>>摘要：本文研究了广义周期点阵结构等效力学性能的均匀化计算问题，提出了计算等效弹性矩阵、等效热应力系数与热膨胀系数的均匀化映射方法，将广义周期均匀化问题映射转换为正方形单胞的经典周期均匀化问题，以此揭示了广义周期均匀化方法的内在映射机理，阐明了广义周期均匀化等效性能的基本性质。该方法极大降低了计算求解与编程难度。通过典型数值算例，分析比较了广义周期均匀化映射方法、经典周期均匀化方法与精细尺度有限元方法计算结果的差异。结果表明所提出的映射方法普适性与有效性强，对于静力学、热力耦合问题及动力学固有频率问题均具有良好的计算精度。

    广义周期点阵结构均匀化方法映射方法等效弹性矩阵等效热膨胀系数

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    基于深度迁移学习的池沸腾瞬时状态快速识别方法

    张轩洪敏古江杭莫冬传...
    1057-1068页
    查看更多>>摘要：沸腾过程高效传热的同时也面临着沸腾危机，而沸腾状态的瞬时识别与预测是维持"高功率密度电子器件"高效散热与延长生命周期的关键问题之一。得益于人工智能的快速发展，智能监测与快速识别技术逐渐被用于开发高效的沸腾状态检测器。传统机器学习方法作为纯数据驱动方法难以摆脱对数据的过度依赖，而在实际沸腾应用场景下，模型会因为工况改变与数据稀缺面临泛化瓶颈。基于此，本文提出了一种基于深度迁移学习的池沸腾瞬时状态快速识别方法。首先基于卷积神经网络构建状态识别器OrigCNN，并利用自行开展的池沸腾实验获取沸腾瞬时状态数据集Dataset A训练源模型，测试准确率为100％;针对源模型的泛化瓶颈，本文以自有数据集Dataset A为源域，公开数据集Dataset B和Dataset C为目标域，在源模型OrigCNN中引入迁移学习技术构建深度迁移模型TLCNN，并分别使用目标域数据集的10％，5％，2。5％和1％构建小样本数据集用于迁移训练。测试结果表明，迁移训练样本数据量越多，TLCNN的测试准确率越高，以使用5％Dataset B(132张)进行迁移训练为例，TLCNN测试准确率达99。83％，临界状态检测假阴性率(false negative rate，FNR)为0。38％，证明该模型在实际场景切换时迁移应用的有效性与可靠性。此外，本文提出的深度迁移学习模型的识别效率在单机设备上即可达到毫秒级，对开发实时沸腾瞬态状态识别器及相应的数字孪生工具软件有重要的意义。

    沸腾危机状态识别实时检测卷积神经网络迁移学习

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    纳米镍双晶中晶粒和晶界力学性质尺度依赖性理论推导及MD模拟

    胡旻浩孙升张统一
    1069-1078页
    查看更多>>摘要：本文基于界面本征应力模型和非线弹性本构，研究了面心立方(FCC)纯镍晶界为Σ5的双晶，推导出各向异性双晶模型中晶粒和晶界等效力学性质的尺寸依赖解析公式，开展了分子动力学模拟计算验证了理论解析公式，确定了晶界的材料参数。这些解析公式可以准确预测不同尺寸厚度纯镍(Σ5晶界)双晶的力学行为。结果显示，晶界具有比晶粒更小的双轴模量，这导致了双晶的表观双轴模量随模型厚度的增加而增加。该理论模型能够准确描述双晶模型中由晶界本征应力引起的弛豫过程以及模型等效力学性质的尺寸依赖行为，可以直接推广用于其他纳米双晶系统。

    纳米晶尺寸依赖晶界本征应力模型非线弹性

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    Mg-3Sm-0.5Zn-0.4Zr合金的高温蠕变机制和组织演变

    夏利红郑江王渠东
    1079-1090页
    查看更多>>摘要：提升镁合金的高温抗蠕变性能是其能够在汽车动力系统得到广泛应用的关键。对耐热镁合金蠕变变形机制和组织演变缺乏系统研究，是限制其发展的重要因素。本文以低稀土镁合金(Mg-3Sm-0。5Zn-0。4Zr合金)为研究对象，将蠕变应力指数计算、滑移迹线和析出相观察相结合，系统分析了重力铸造和高压铸造Mg-3Sm-0。5Zn-0。4Zr合金在200℃～250℃/60～100MPa条件下的变形模式和组织演变。主要结果为:重力铸造和高压铸造Mg-3Sm-0。5Zn-0。4Zr合金在200℃/60MPa条件下稳态蠕变速率分别为1。4x10-9s-1和1。1×10-9s-1，表明其具有优异的抗蠕变性能。200℃～250℃/60MPa条件下，高压铸造合金具有比重力铸造合金更低的稳态蠕变速率。在200℃/60～100MPa条件下，两种合金的主要变形机制均为基面滑移。在225℃条件下，当σ≤80MPa，基面滑移仍然是两种合金的主要变形模式;当σ＞80 MPa，两种合金的变形模式为基面滑移、非基面滑移和孪生。在250℃/60～70 MPa条件下，基面滑移和非基面滑移是两种合金的主要变形模式。此外，重力铸造和高压铸造合金在蠕变过程中均会发生动态析出，形成大量与基面垂直的析出相。与重力铸造合金相比，高压铸造合金具有更多细小的析出相，可有效阻碍位错滑移，这是其具有优异抗蠕变性能的重要因素。

    镁合金高压铸造蠕变模式组织演变动态析出

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    流水车间加工信息测度与控制

    张志峰JANET David刘俊
    1091-1104页
    查看更多>>摘要：流水车间加工信息的有效测度是实施加工批量决策的前提。当前多品种小批量生产信息控制研究多以生产技术、范式及智能算法等理论优化工作为主，极少开展生产的加工批量与其状态控制所需信息之间关系的研究，导致研究结论过于理论化而难以应用于现实生产。针对此研究局限性，本文从信息论角度出发，根据制造马尔科夫过程，定义流水车间的加工批量信息熵并解析其度量特性。进一步，构建流水车间加工批量信息熵函数，理论上证明其函数单调递减性。通过建立流水车间加工批次信息测度模型，确定生产线批次加工信息的组成结构，实现对工件加工所需信息量的测度。实证研究中，将平均调整准备时间、平均加工时间及完工时间等观测数据应用于实际企业的减速器生产线，做出不同参量与加工批量变化关系图，确定相关参数条件下生产线的最优加工批量。根据研究结果，提出有效减少管理与控制生产线所需信息量的对策，在验证所建熵模型科学性与有效性的同时，也为实际生产中的批量决策提供准确的现实指导。

    流水车间加工批量熵函数信息测度

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    具有隐私保护功能的半监督小样本齿轮箱故障诊断

    何心段亚穷王子栋张永...
    1105-1119页
    查看更多>>摘要：齿轮箱作为机械传动系统的关键组成部分，面对有限标记数据和数据隐私保护的需求，传统故障诊断方法存在数据泄露和模型精度不高等问题。因此，本研究提出了一种基于联邦学习的隐私保护框架，采用半监督原型网络与对比学习相结合的小样本齿轮箱故障诊断方法。首先，构建了DeceFL联邦学习框架，在每个客户端上使用有限数量的标记样本构建正负样本对。同时，采用对比学习的预训练方法，为自动编码器提供了初始化参数。随后，将自动编码器作为原型网络的特征映射函数，使用有限数量的标记样本计算类别原型。最后，通过原型细化方法对原型进行微调，减少异常数据的干扰，获得更加稳定和准确的原型。经过实际齿轮箱数据的验证，结果表明，本研究提出的隐私保护框架下的半监督小样本故障诊断方法能够仅使用极少数量的样本即实现更为出色的故障识别精度。这一研究为应对现实工业应用中的数据挑战提供了创新性的方法，推动齿轮箱故障诊断领域的进一步研究。

    齿轮箱故障诊断隐私保护小样本半监督学习

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    轮轨激励与气动载荷对高速列车转向架结构载荷的分量贡献研究

    袁征陈贤佳纪占玲李岑...
    1120-1136页
    查看更多>>摘要：准确认知高速列车的结构载荷来源是开展疲劳可靠性设计的基础，本文聚焦于厘清高速列车转向架结构载荷中来自轮轨激励与气动作用的分量贡献。首先通过气动-多体动力学耦合计算，得到了单列车明线运行和单列车通过隧道工况不同外载作用下的高速列车转向架结构载荷，进而通过计算不同外载作用下的结构载荷特征差异分析了外部载荷等因素对结构载荷特征的影响。研究表明来自轮轨的激励是决定转向架结构载荷幅值的主因，而气动载荷是引起结构载荷均值变化的关键。本文进一步通过信号分析理论中的时域贡献网络求解方法量化了不同载荷来源对结构载荷的分量贡献，发现轮轨激励在明线和隧道工况下都是转向架结构载荷的主要分量贡献;同时也注意到隧道工况下，气动载荷对结构载荷的贡献显著上升。本文厘清了不同载荷来源在两种工况下对结构载荷的影响，相关结论可为高速列车关键结构的抗疲劳设计提供依据。

    高速列车转向架结构载荷分量贡献轮轨激励气动载荷气动-多体动力学耦合

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