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理论驱动的弹性结构体系图神经网络计算模型

工程力学 2024年第2期41卷 25-34页

作者：宋凌寒王琛樊健生清华大学土木工程系北京100084 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084

该文提出了一个理论驱动的弹性结构体系图神经网络计算模型StructGNN-E,能够高保真数字化结构体系的拓扑连接关系与构件组成信息,无需外部标签数据即可实现对任意杆系结构体系的弹性内力分析,且计算结果具有理论正确性。总结了结构体系... 详细信息

该文提出了一个理论驱动的弹性结构体系图神经网络计算模型StructGNN-E,能够高保真数字化结构体系的拓扑连接关系与构件组成信息,无需外部标签数据即可实现对任意杆系结构体系的弹性内力分析,且计算结果具有理论正确性。总结了结构体系层次的特点,理论分析了常规神经网络的不可行性,进而采用了基于非欧图数据的图神经网络架构,能够有效刻画结构体系的非序列性与非平移不变性。考虑到体系层次数据严重匮乏以及常规智能计算方法忽视力学意义的问题,通过将三大力学方程与深度学习推理过程相结合,提出了适用于体系内力分析的理论驱动模式,实现了不依赖于外部标签数据的智能求解方案。数值试验表明:StructGNN-E模型能够高精度完成杆系结构体系的弹性内力分析,且在大规模框架结构计算中计算效率提升可达36%。通过具体的对比试验,证明了常规深度学习模型与数据驱动模式在体系层次的不适用性,进一步阐释了StructGNN-E模型的有效性与合理性。

关键词：结构体系图神经网络理论驱动深度学习结构分析

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建筑结构隔震技术研究进展

工程力学 2024年第5期41卷 39-54页

作者：潘鹏曾一曹迎日艾华浩王海深清华大学土木工程系北京100084 土木工程安全与耐久教育部重点实验室清华大学北京100084

建筑结构隔震技术通过在建筑结构底部或中间楼层设置隔震装置,延长结构的自振周期,并提供适当的阻尼使得结构的响应大幅度减小,能够更有效地保护房屋结构以及室内设备的安全,可显著提升建筑震后功能可恢复能力。目前建筑结构隔震技术已... 详细信息

建筑结构隔震技术通过在建筑结构底部或中间楼层设置隔震装置,延长结构的自振周期,并提供适当的阻尼使得结构的响应大幅度减小,能够更有效地保护房屋结构以及室内设备的安全,可显著提升建筑震后功能可恢复能力。目前建筑结构隔震技术已经有较为成熟的技术产品和工程应用,已广泛应用于住宅、医院、学校、博物馆和图书馆等建筑中。随着《建设工程抗震管理条例》的颁布,预期隔震技术将有更广阔的应用场景。隔震建筑也将逐步从低层、简单建筑结构向高层、复杂建筑结构的方向发展。目前常用的隔震装置存在着抗拉能力不足、对竖向地震或竖向环境振动减振效果不足、控制频宽窄、适应性不足以及使用状态及损伤状态难以监测等问题。为此,众多学者针对以上问题进行了深入研究,开发了抗拉隔震支座、三维隔震(振)支座、半主动隔震支座和隔震支座的健康监测系统,为扩展隔震技术的应用范围提供了解决方法。目前,相关研究偏重于新型隔震装置的性能研究,未来应全面考虑新型隔震装置对于建筑的影响,提出配套的设计方法,并进行示范性工程应用,加快隔震技术的推广。

关键词：隔震技术抗拉支座三维隔震(振)支座半主动隔震系统健康监测综述

开槽型混凝土叠合板受力性能有限元分析与承载力计算

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建筑结构学报 2024年第4期45卷 216-225页

作者：聂鑫周心怡庄亮东清华大学土木工程系北京100084 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084

开槽型混凝土叠合板采用板端开槽放置附加钢筋的形式取代胡子筋,可以提高施工效率,在工程中已得到广泛应用。为进一步研究开槽型叠合板的受力性能和关键设计参数,采用有限元软件ABAQUS进行建模分析。针对槽口附加钢筋滑移模拟和新旧混... 详细信息

开槽型混凝土叠合板采用板端开槽放置附加钢筋的形式取代胡子筋,可以提高施工效率,在工程中已得到广泛应用。为进一步研究开槽型叠合板的受力性能和关键设计参数,采用有限元软件ABAQUS进行建模分析。针对槽口附加钢筋滑移模拟和新旧混凝土界面模拟方法开展研究,并与试验结果对比,验证了有限元建模的合理性。进一步通过该有限元模型开展参数分析。结果表明,附加钢筋直径过大或过小于预制板纵筋直径都会损伤受力性能,槽口保护层厚度由40 mm减小至20 mm时,叠合板承载力提高18.3%,槽口长度由100 mm增加至300 mm时,叠合板的承载力提高176%。同时,对开槽型叠合板承载力的设计公式进行了理论推导,并与有限元分析结果对比,误差基本小于10%,两者吻合较好。

关键词：叠合板槽口有限元分析设计方法受弯承载力

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微分散液滴的光纤检测研究

化工学报 2024年第1期75卷 211-220页

作者：温唯谷袁志宏王凯骆广生清华大学化学工程系北京100084 清华大学化学工程联合国家重点实验室北京100084

微分散是微化工技术的重要组成部分,传统利用显微摄像分析和统计微分散液滴的方法成本高,不易推广。提出了一种基于光纤传感的微分散液滴在线检测技术,该方法基于漫反射光纤、光纤传感器、数据采集卡和LabVIEW程序实现了微通道内液滴生... 详细信息

微分散是微化工技术的重要组成部分,传统利用显微摄像分析和统计微分散液滴的方法成本高,不易推广。提出了一种基于光纤传感的微分散液滴在线检测技术,该方法基于漫反射光纤、光纤传感器、数据采集卡和LabVIEW程序实现了微通道内液滴生成频率和长度的在线检测,满足0.21 mm以上直径液滴的检测,检测频率上限为500 Hz,当液滴通过光纤时间超过15 ms时,还可检测液滴长度。研究结果表明光纤直径和光纤传感器响应时间是影响该方法检测性能的主要因素,与相似平台对比,以较低的成本实现了较高检测性能。

关键词：微通道微分散光电检测光纤传感器液滴检测

基于柔性传感技术的高速列车轮轨力在线监测方法

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中国科学：技术科学 2024年第3期54卷 545-552页

作者：陈思宇刘亚风付从艺王海瑞陈颖陆炳卫马寅佶王禾翎冯雪清华大学航天航空学院北京100084 清华大学柔性电子技术实验室北京100084 浙江清华柔性电子技术研究院嘉兴314000

监测轮轨力信号对于保障高速列车的安全运行、提高轨道线路的质量管理具有重要意义.然而,现有的轮轨力测试方法不能保证车轮在任意旋转角度下的测试精度与灵敏度,难以实现列车在高速行驶过程中轮轨力的实时连续测量.本文基于柔性电子技... 详细信息

监测轮轨力信号对于保障高速列车的安全运行、提高轨道线路的质量管理具有重要意义.然而,现有的轮轨力测试方法不能保证车轮在任意旋转角度下的测试精度与灵敏度,难以实现列车在高速行驶过程中轮轨力的实时连续测量.本文基于柔性电子技术设计了一款新型轮轨力传感器,在柔性衬底上设计环形应变栅结构,利用金属的压阻效应,获取环形区域内的整体变形随轮轨力变化的情况.垂向加载实验结果表明,柔性轮轨力传感器不仅具有良好的线性度,且在循环加载测试中表现出优异的稳定性和可重复性.更重要的是,该柔性轮轨力传感器能保证车轮在旋转任意角度情况下的测试精度与灵敏度.有限元仿真结果表明,在车轮内外两侧相对轴心等距离处布置柔性环形传感器,通过两侧传感器的输出信号可实现对轮轨横向力和垂向力的有效解耦.配合无线传感技术,柔性轮轨力传感器可实现高速列车轮轨力实时连续监测,对我国发展下一代智能高铁具有重要意义.

关键词：智能高铁健康监测轮轨力柔性电子传感器

界面微环境调控策略用于电催化转化的研究进展

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科学通报 2024年第14期69卷 1821-1833页

作者：孔克俭段昊泓清华大学化学系北京100084 清源创新实验室泉州362801

近年来,由可再生电力作为驱动力的电催化反应体系的研究取得了长足的发展.而除了传统的电催化剂设计策略,催化剂(纳米级别)界面微环境的调节也同样被证明对反应性能有着深刻的影响.本文综述了界面微环境调控策略在电催化转化(如二氧化... 详细信息

近年来,由可再生电力作为驱动力的电催化反应体系的研究取得了长足的发展.而除了传统的电催化剂设计策略,催化剂(纳米级别)界面微环境的调节也同样被证明对反应性能有着深刻的影响.本文综述了界面微环境调控策略在电催化转化(如二氧化碳和生物质分子转化)领域取得的重要进展.在介绍电极-电解液界面双电层结构的基础上,阐述了界面电场调控、pH调控、底物浓度调控和物种相互作用调控4种界面调控策略.此外,我们在双电层结构水平上讨论了以上界面调控策略在离子聚合物反应体系中的综合应用.最后,对4种调控策略之间的潜在联系进行了简要的讨论,并且总结并讨论了当前微环境调控研究的局限性,展望了类酶体系设计以及对产物立体选择性调控的广阔前景.

关键词：电催化电极-电解液界面界面微环境调控策略双电层

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单双电机机械变速器直连系统性能对比研究

汽车工程 2024年第2期46卷 310-319页

作者：卢紫旺田光宇李润峰纪文菲孙毅文喻云昶清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

双电机无同步器多挡机械变速器系统可以有效改善重型商用车经济性和动力性。为分析系统在最优参数下的最优性能,并综合考虑车质量和空满载差异的影响,本研究同时优化驱动电机参数和机械变速器速比参数,对比最优参数下单/双电机多挡驱动... 详细信息

双电机无同步器多挡机械变速器系统可以有效改善重型商用车经济性和动力性。为分析系统在最优参数下的最优性能,并综合考虑车质量和空满载差异的影响,本研究同时优化驱动电机参数和机械变速器速比参数,对比最优参数下单/双电机多挡驱动系统的经济性和动力性。结果表明:双电机驱动系统降低了车辆经济性对车质量以及空满载差异的敏感度;双电机驱动系统最高车速提高约8%,加速时间可节省约28%。

关键词：单电机双电机机械变速器参数优化性能对比

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轻量级链式验证的网络传输层安全性增强方法

软件学报 2024年第5期35卷 2503-2521页

作者：冯学伟徐恪李琦杨宇翔朱敏付松涛清华大学计算机科学与技术系北京100084 北京信息科学与技术国家研究中心(清华大学) 北京100084 清华大学网络科学与网络空间研究院北京100084 中关村实验室北京100081

传输层是网络协议栈的关键组成部分,负责为不同主机间的应用程序提供端到端的服务.已有的传输层协议如TCP等为用户提供了基本的差错控制和确认应答等安全保护机制,在一定程度上保证了不同主机间应用程序收发报文的一致性.但现有的传输... 详细信息

传输层是网络协议栈的关键组成部分,负责为不同主机间的应用程序提供端到端的服务.已有的传输层协议如TCP等为用户提供了基本的差错控制和确认应答等安全保护机制,在一定程度上保证了不同主机间应用程序收发报文的一致性.但现有的传输层安全保护机制存在严重的缺陷,如TCP报文的序列号容易被猜测推理,报文校验和的计算依赖于有漏洞的补码求和算法等.这导致现有的传输层安全机制并不能保证报文的完整性和安全性,从而允许一个远程的攻击者伪造出一个报文,注入到目标网络流中,对目标网络流形成污染或攻击.针对传输层的攻击发生在网络协议栈的基础层次,可以旁路掉上层应用的安全保护机制,对网络基础设施造成严重的危害.深入研究近年来针对网络协议栈的各种攻击和相关安全漏洞,提出一种基于轻量级链式验证的传输层安全性增强方法LightCTL.所提方法基于哈希验证的方式,使TCP连接双方能够对传输层报文形成彼此可验证的共识,避免攻击者或中间人窃取和伪造敏感信息,从而解决网络协议栈面临的典型安全威胁,包括基于序列号推理的TCP连接重置攻击、TCP劫持攻击、SYN洪泛攻击、中间人攻击、报文重放攻击等.LightCTL不需要修改中间网络设备如路由器等的协议栈,只需对终端协议栈中的校验和相关部分进行修改,因此方法易于部署,同时显著提升了网络系统的安全性.

关键词：计算机网络网络传输层链式验证恶意报文注入

马尼拉俯冲带最大可能地震对南海诸岛的海啸灾害评估

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第4期64卷 612-618页

作者：赵广生牛小静清华大学水圈科学与水利水电工程全国重点实验室北京100084 清华大学水利部水圈科学重点实验室北京100084 清华大学水利水电工程系北京100084

马尼拉俯冲带是南海可能发生大型地震海啸的地质构造带,一旦发生大地震海啸将对南海沿岸和岛礁地区造成严重灾害。该文通过分析马尼拉俯冲带最大地震震级并模拟诱发海啸过程,评估在最大震级地震发生时南海岛礁面临的海啸危险性。研究综... 详细信息

马尼拉俯冲带是南海可能发生大型地震海啸的地质构造带,一旦发生大地震海啸将对南海沿岸和岛礁地区造成严重灾害。该文通过分析马尼拉俯冲带最大地震震级并模拟诱发海啸过程,评估在最大震级地震发生时南海岛礁面临的海啸危险性。研究综合考虑地震震中、震源深度和断层滑动非均匀性等因素对海啸的影响,模拟了最大震级条件下70万个可能的海啸情景。其中,基于GPS大地测量数据的俯冲带闭锁反演和历史地震数据,选取评估结果500年一遇地震震级8.9级作为最大可能地震。研究给出了南海主要岛礁在发生8.9级地震时的岸外海啸波高,结果表明:即使在同一震级下,海啸波高也有很大的随机性,东沙岛的海啸波高可从1.8 m增加到6.2 m。断层非均匀性对海啸波高影响显著,忽略断层非均匀滑动分布的传统模型会低估海啸波高约20%~50%。从空间分布来看,西沙宣德群岛的南沙洲、南岛和北岛,以及东沙群岛的海啸危险性最大,海啸波高超过4 m。

关键词：马尼拉俯冲带 TDEFNODE 断层闭锁南海诸岛海啸灾害评估