同济大学学报(自然科学版)

1915 年创刊

月刊

ISSN 1000-0054

CN 11-2223/N.

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土木工程与建筑学

  • 轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱受火性能分析

    王培军;李国强;王永昌;

    针对轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱受火性能进行了分析.结果包括各参数对约束钢柱轴力—温度关系曲线,跨中弯矩—温度关系曲线,约束钢柱破坏温度,无约束钢柱与约束钢柱破坏温度之差,以及约束钢柱破坏温度与屈曲温度之差等的影响.主要结论为:约束钢柱屈曲前,轴力基本线性增加,截面弯矩变化较小,约束钢柱屈曲后,截面弯矩突然增大;轴向约束减小钢柱的破坏温度,并随约束刚度的增加,钢柱的破坏温度逐渐减小,但是存在临界轴向约束刚度比,当大于该临界约束刚度比时,轴向约束刚度比的大小对钢柱的屈曲温度影响很小;随着轴向荷载比和弯矩荷载比的增加,约束钢柱的破坏温度减小;端部弯矩比对约束钢柱的破坏温度影响较小.

    2010年02期 v.38 151-157页 [查看摘要][在线阅读][下载 1313K]
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  • 超大跨径斜拉桥斜拉索局部振动对地震反应的影响

    叶爱君;苏振宇;

    在以往的斜拉桥地震反应分析中,大都采用单桁架(SECS)模型来模拟斜拉索,不能反映斜拉索的局部振动的影响.以世界第一跨度斜拉桥——苏通大桥为背景,采用多桁架(MECS)模型来分析斜拉索局部振动对超大跨度斜拉桥地震反应的影响,并探讨了斜拉索的合理单元划分方式.结果表明,斜拉索划分为10个单元已能够很好地反映斜拉索局部振动的影响.考虑斜拉索局部振动之后,会出现索梁耦合振型,减小一些振型的参与系数,基频与主梁的竖向振动相近的斜拉索在地震作用下大幅振动,而主梁和主塔的内力反应普遍减小,特别是主塔的地震轴力明显减小.

    2010年02期 v.38 158-163页 [查看摘要][在线阅读][下载 694K]
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  • 随机动力系统磁流变阻尼最优控制策略

    彭勇波;李杰;

    提出了基于广义密度演化方程的限界Hrovat半主动控制策略.以随机地震动作用下磁流变阻尼控制系统为研究对象,根据系统二阶统计量评价和跟踪实现目标主动最优控制力的控制准则,进行了磁流变液阻尼器的参数设计.数值结果表明在概率意义上,恰当设计的半主动控制器可以达到与主动控制器几乎相同的控制效果.同时,磁流变阻尼器表现出类似Bouc-Wen模型的动态阻尼性能,即强度退化、刚度退化和捏拢效应.

    2010年02期 v.38 164-169+177页 [查看摘要][在线阅读][下载 683K]
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  • 高层混合结构地震整体损伤指标研究

    黄志华;吕西林;周颖;卜一;

    首先基于模态参数,给出高层混合结构在四个损伤状态下的最终软化指标;然后用非线性分析软件CANNY对9个不同结构参数高层混合结构模型进行了近500次不同地震动作用下的非线性时程分析,建立了最大层间位移角与最终软化指标及结构参数之间的关系,以及最大层间位移角和最大总位移角之间的关系;并结合Pushover分析,提出了高层混合结构基于变形和能量的双参数损伤指标,最后通过一高层混合结构的模拟地震振动台试验对建议的各损伤指标量化值进行了验证.

    2010年02期 v.38 170-177页 [查看摘要][在线阅读][下载 780K]
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  • 偏心超高层建筑的风振研究

    唐意;顾明;金新阳;

    基于结构随机振动理论,考虑了结构振型耦合以及风力相关性的影响,推导了偏心超高层建筑弯扭耦合风振计算公式.利用风洞试验获得的脉动风力数据计算了矩形截面偏心结构的风振响应,从舒适性角度研究偏心位置和截面厚宽比对结构风致振动加速度的影响.研究结果表明,当建筑短边迎风且刚心和质心在顺风向偏离时,风振响应显著增大.

    2010年02期 v.38 178-182+316页 [查看摘要][在线阅读][下载 517K]
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  • 增量动力分析法在高层混合结构性能评估中的应用

    周颖;吕西林;卜一;

    增量动力分析法即对于一条特定的地震动输入,设定一系列单调递增的地震动强度;在每个地震动强度下进行结构的弹塑性时程分析,得到不同地震动强度与结构性能参数之间的关系;通过统计分析不同地震动下的结构性能参数与地震动强度之间的关系,来实现对结构性能的评估.增量动力分析法也可以看成是一种动力推覆分析法.详细介绍了增量动力分析法的计算内容和分析步骤,并将该方法运用于评估某高层混合结构的抗震性能.评估结果既可为高层混合结构基于性能抗震设计提供参考,也为增量动力分析在复杂高层结构中的应用提供基础.

    2010年02期 v.38 183-187+193页 [查看摘要][在线阅读][下载 547K]
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  • 硬脆岩的非线性粘弹塑性流变模型

    熊良宵;杨林德;

    为了构建适合于硬脆岩的流变模型,通过对Bingham体中的线性粘滞体进行修正,使其粘滞系数转换为时间、应力的衰减函数,将修正的Bingham体与六元件线性粘弹性流变模型组合得到可反映加速蠕变的非线性粘弹塑性流变模型,并采用锦屏一级水电站工程左岸边坡砂板岩的蠕变试验曲线对所建立的非线性粘弹塑性流变模型进行验证.研究结果表明:当采用非线性粘弹塑性流变模型对试验曲线进行拟合时,试验曲线与理论曲线吻合得比较理想,显示了所建模型的正确性和合理性.

    2010年02期 v.38 188-193页 [查看摘要][在线阅读][下载 323K]
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  • 上海地区深基坑周围地面沉降特点及其预测

    杨敏;卢俊义;

    通过研究上海地区32个深基坑工程的监测数据,得到以下地面沉降特点:大多数地面沉降曲线呈凹槽型,存在沉降槽偏心距;最大沉降量δvm的变化范围在0.4δhm~1.9δhm之间(δhm为最大侧向位移),其平均值和最大侧向位移相等;所有基坑的支撑系统相对刚度都较大,支撑系统相对刚度对最大沉降量影响很小;抗隆起安全系数增大,基坑最大沉降量减小,同时绘制了基于抗隆起安全系数的最大沉降量预测曲线.最后,基于上海地区深基坑的沉降实测曲线特征,提出了考虑沉降槽偏心距的地面沉降预测方法,并结合四个工程实例进行了验证,结果表明,该方法预测精度较高,是一种实用的基坑周围地面沉降预测方法.

    2010年02期 v.38 194-199页 [查看摘要][在线阅读][下载 548K]
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  • 受力状态下混凝土试件碳化试验研究

    田浩;李国平;刘杰;吴用贤;

    为了研究混凝土桥梁的碳化规律,采用加速碳化试验方法,进行了碳化环境下受力状态混凝土试件的耐久性试验,分析了碳化混凝土的退化机理和规律.结果表明:拉、压应力分别加快和减缓了混凝土碳化的速率,且应力变化越大,碳化速率的改变就越大;桥梁常用C50强度混凝土的碳化深度远小于低强度混凝土,但C50强度混凝土受拉时的相对碳化深度大于低强度混凝土.根据试验结果修正了现有混凝土碳化深度预测模型中的工作应力影响系数.当混凝土桥梁的裂缝宽度满足规范要求时,裂缝对混凝土碳化的影响很小;预应力混凝土桥梁的耐久性能优于钢筋混凝土桥梁.

    2010年02期 v.38 200-204+213页 [查看摘要][在线阅读][下载 370K]
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  • 输电塔塔身交叉斜材拓扑优化方法研究

    邓洪洲;崔磊;

    提出将输电塔塔身交叉斜材的拓扑形式的优化问题分成三个步骤来完成:首先,针对塔重随节点数目变化具有单谷性的特点,提出利用斐波那契搜索确定最优的基节点数目,构建了原始的基结构模型;其次,提出了一种递归方法得到所有满足工程习惯的杆系拓扑形式,在此基础上结合蚁群算法寻找出最优的设计方案;最后,使用序列二级算法对塔身节点坐标进行调整.使用本方法对三个不同算例的塔身段斜材的拓扑和所有塔身节点坐标进行了优化,得到了新的杆系拓扑形式,相对原设计节省了一定钢材,并满足了工程实用性的要求.

    2010年02期 v.38 205-213页 [查看摘要][在线阅读][下载 855K]
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交通运输工程

  • 基于有限元界面模型的路面拼接粘结行为分析

    马晓晖;李立寒;

    建立新老路面拼接结构的三维有限元模型,引入界面单元模拟拼接部位界面粘结剂的特征,根据界面单元内应力及张开位移,得出了拼接粘结界面剂的特性参数与临界粘结强度的关系曲线,求出了在对称荷载作用下拼接结构界面剂的粘结强度临界值,粘结界面破坏时的最大张开位移越大,则在拼接结构中要求的临界粘结强度越小.

    2010年02期 v.38 214-217页 [查看摘要][在线阅读][下载 253K]
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  • 沥青路面Top-Down裂缝的断裂力学分析

    赵延庆;王抒红;周长红;谭忆秋;

    采用移动荷载模式,在有限元方法中利用动态模量主曲线和时间-温度位移因子来表征沥青混合料的力学性质,利用断裂力学的方法分析了温度、车速、裂缝长度和基层类型等对沥青路面Top-Down裂缝裂尖应力强度因子的影响.研究表明随着裂缝长度增加和温度降低,张开型应力强度因子(KⅠ)和剪切型应力强度因子(KⅡ)的峰值增加.行车速度对应力强度因子的作用频率有显著影响,较慢的行车速度会加速Top-Down裂缝的扩展.与采用粒料基层相比,采用半刚性基层可降低裂尖应力强度因子.随着温度升高和裂缝长度增加,KⅠ对裂缝扩展的贡献减小,而KⅡ的贡献逐渐增加.

    2010年02期 v.38 218-222页 [查看摘要][在线阅读][下载 316K]
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  • 一种基于视觉的车道线检测与跟踪算法

    刘富强;张姗姗;朱文红;李志鹏;

    提出了一种新颖的适用于自主驾驶系统的车道线检测与跟踪算法.该算法采用了广义曲线的车道线参数模型,能同时适应弯道和直道的检测.该检测算法最突出的贡献在于,没有仅仅使用单一方法求解各个参数,而是根据各参数的不同精度要求,分别使用自适应随机霍夫变换(ARHT)方法和禁忌搜索算法计算车道线模型中的各个参数,这样既准确计算车道线模型中的参数,也兼顾了车载系统的实时性要求.此外,为了提高算法的实时性,引入了多解析度的策略,以降低整个流程的时耗.最后,为了满足自主驾驶系统对稳定性的需求,还提出了一种基于粒子滤波器的跟踪算法.通过不同场景下进行的实验,充分表明提出的车道线检测与跟踪算法具有良好的鲁棒性和实时性,同时对不同的光照条件也有较好的适应性.

    2010年02期 v.38 223-229+306页 [查看摘要][在线阅读][下载 758K]
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  • 包含立交匝道信息的高速公路网络复杂拓扑结构

    陈雨人;陈少军;

    在以往的路网拓扑研究中,立交和出入口一般都只被看成一个节点来处理,没有涉及具体的匝道信息,但随着路网规模的扩大及基于路网拓扑的安全性分析、通达性研究、交通标志设置、紧急情况处置、模拟仿真和车辆导航等需求的不断增加,原来单层结构的拓扑关系已经不能满足这些应用要求,另一方面,由于原来路网拓扑结构相对比较简单,导致相应的最佳路径搜寻算法都很复杂.在总结已完成项目的基础上,从交通工程角度研究了一种包含具体匝道信息的多层次高速公路路网复杂拓扑结构,包含路段/节点、匝道/出入口、方向节点等内容,满足地理数据文件(GDF)标准格式要求,可支持新一代基于复杂路网结构的多种应用,采用双向链表建立的数据结构,方便增减高速公路、立交或者出入口等对象,在此基础上研究了一种适应复杂路网架构的路径搜索算法,为基于所提出的复杂路网拓扑应用提供了可能.

    2010年02期 v.38 230-237页 [查看摘要][在线阅读][下载 758K]
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  • 基于OpenCV和Halcon的交通冲突视频自动检测及数据处理

    王俊骅;张方方;张兰芳;

    运用OpenCV和Halcon图形开发工具,以VC++6.0为基础开发平台,采用背景消减法和基于区域特征的跟踪算法实现视频图像中车辆运动目标的提取与跟踪,并将数据信息实时保存至文件中.在视频数据信息中处理提取冲突车辆的运动轨迹、速度、加速度等微观交通参数,实现交通冲突微观参数采集.综合减速度、角速度、速度和距离等指标建立多参数交通冲突判断方法,根据车辆的轨迹、速度和加速度曲线对车辆的运行特征做出分析,初步实现简单交通条件下机动车交通冲突视频自动检测.

    2010年02期 v.38 238-244页 [查看摘要][在线阅读][下载 747K]
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  • 山岭区低等级低指标公路路线的使用质量分析

    徐进;彭其渊;邵毅明;李时华;

    在计算机上建立道路生成模块、车辆模型库、驾驶人模块,形成"路线-驾驶者-车辆"仿真系统,以云南省大关—永善四级公路为对象,以小客车为仿真车辆,针对常见的驾驶员类型来设置驾驶特征参数,进行了跟随路中线行驶的仿真试验,分别分析了路线上的速度特性、操纵负荷特性和驾乘舒适性.试验结果表明:只要注意相邻曲线参数的合理搭配并注意控制直线段长度,同样可以设计出速度均衡的低等级路线;回头曲线的使用和回旋线的省略会使方向盘峰值转速和侧向加速度增长率急剧增加,造成驾驶者操纵紧张以及乘坐不舒适;曲线型设计方法会明显改善山区低等级公路的使用质量,应多尝试使用.

    2010年02期 v.38 245-251+272页 [查看摘要][在线阅读][下载 723K]
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  • 基于灰色模糊聚类法的路网路面使用性能评价

    张丽娟;凌建明;祝云琪;

    以路网内各组成路段的路面性能评价指标灰色关联分析结果为基础,借鉴灰色关联分析在模糊聚类理论中的应用方法,建立了路网路面使用性能评价模型.确定了灰色相似关系矩阵,并利用最大树法,得到了基于不同水平的聚类结果形成的谱系图,较为合理地反映了路网路面基本性能和状况分布.

    2010年02期 v.38 252-256页 [查看摘要][在线阅读][下载 398K]
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  • 沪昆线与金温线轨道不平顺谱的分析

    练松良;李建斌;杨文忠;

    首先比较了国内轨道不平顺统计谱与国外轨道标准谱的差异.根据沪昆和金温两条线路的轨道不平顺检测数据,利用Matlab编程计算功率谱(PSD)和轨道质量指数(TQI),结果表明,沪昆线路轨道不平顺功率谱要明显好于美国六级铁路的不平顺谱,而金温线轨道谱接近于美国五级铁路的不平顺谱.利用相干函数对轨道不平顺与车体的垂向和横向振动加速度进行相干分析,并结合车体加速度功率谱分析,归纳出轨道不平顺不利波长的范围,为轨道的养护维修和管理提供了理论和实践指导.然后再对各项轨道不平顺谱值进行积分,得出TQI单项指数与各轨道不平顺谱面积值具有很好的相关性,从而验证了用功率谱评价轨道质量的可靠性.最后建议将轨道不平顺功率谱作为控制提速线路轨道质量的主要指标之一.

    2010年02期 v.38 257-262页 [查看摘要][在线阅读][下载 846K]
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环境科学与工程

  • 腐殖土对活性污泥中重金属形态分布的影响

    吴敏;朱睿;魏传银;潘孝辉;

    分别投加0,0.5,1,2,3和5g腐殖土(HS)于1000mL活性污泥中充分搅拌20d,采用Tessier五步提取法对其中锌、镍、铜、铅元素的形态分布进行分析研究,结果表明,投加腐殖土能明显改变活性污泥中重金属的形态分布.对锌元素,可交换离子态(F1)锌,碳酸盐结合态(F2)锌和铁锰氧化物结合态(F3)锌含量与HS投加量有显著负相关性(0.9266,0.9310,0.9144,置信度P<0.01),硫化物及有机结合态(F4)含量与HS的投加量有显著的正相关性(0.9304,P<0.01);对镍元素,F1镍和F2镍含量与HS的投加量具有显著的负相关性(0.9027,0.9724,P<0.01),F4镍和残渣态(F5)镍含量与HS的投加量具有显著的正相关性(0.9188,0.9123,P<0.01);对铜元素,F2铜含量与HS的投加量呈负相关性(0.7145,P<0.05);对铅元素,F3铅和F4铅含量与HS投加量具有负相关性(0.7027,0.7635,P<0.05),F5铅含量与HS投加量具有正相关性(0.7668,P<0.05).投加腐殖土能明显降低活性污泥中锌,镍元素的潜在迁移能力.

    2010年02期 v.38 263-267页 [查看摘要][在线阅读][下载 337K]
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  • 镁质碱式盐对污泥力学性能的影响

    马建立;赵由才;王莉;柴晓利;

    采用一种镁质碱式盐(MOC)进行了改善浓缩污泥力学性能的实验研究.结果表明,在MOC和污泥的质量比为5/100~20/100,MgO和MgCl2质量比为3/1~5/1时,可以使污泥无侧限抗压强度提高到85.14kg.cm-1,50kPa下的污泥渗透性能可达到2.17×10-3cm.s-1;塑性指数(IP)最低可降到7.9.同时污泥的粒径呈线性增加,当污泥粒径在45~72μm之间时,污泥比阻的下降较明显.采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)进行微观分析,发现MOC在污泥中发生胶凝水化反应.在Mg2+和OH-激发下,MOC与污泥中的Si2+,Al3+,Cu2+形成了Mg-Si-Al凝胶体系,并以晶体结构的形式存在,对污泥的稳定化起到了积极的作用.

    2010年02期 v.38 268-272页 [查看摘要][在线阅读][下载 432K]
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机械、车辆与热能工程

  • 地下水源热泵取水引起颗粒运动的理论分析

    王松庆;张旭;高军;

    对地下水源热泵取水引起含水层颗粒运动进行了理论研究,包括颗粒受力分析和脱离方式两个方面.以天津市一个典型含水层为例,对该含水层的临界水力坡度和临界渗流速度进行了计算,并结合热泵取水量、含水层厚度和井径尺寸等参数进行了分析.结果表明在取水量相同的条件下,含水层厚度与井径尺寸对颗粒的运动有直接影响.为解决井壁坍塌和井壁周围颗粒重组等问题提供了理论依据.

    2010年02期 v.38 273-277页 [查看摘要][在线阅读][下载 365K]
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  • 轿车大客车会车时的气动特性

    李杰;张英朝;张喆;傅立敏;

    应用计算流体力学数值模拟方法,采用滑动交界面和动网格技术,对开阔路面下轿车大客车会车过程的瞬态流动进行气动特性研究.车辆模型采用MIRA典型阶背式轿车全尺寸模型和进行过风洞试验的国产JT6120型大客车简化模型.通过对会车过程流场的分析和对模拟结果的统计处理,获知了轿车大客车会车前后气动力系数变化趋势以及产生该变化的原因,得到了轿车大客车会车过程中定量的气动力变化规律.结果表明:轿车大客车会车过程气动力系数有很大变化,其中轿车的更大一些;两车气动力系数随时间的变化趋势有差异;会车状态的空气动力学作用对汽车操纵稳定性有重要影响.

    2010年02期 v.38 278-284页 [查看摘要][在线阅读][下载 805K]
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  • 纳米流体作为柴油机冷却系传热介质的数值模拟

    杨帅;邹任玲;周毅;吴金花;

    应用Cu-水纳米流体作为柴油机冷却系传热介质,利用CFD方法对质量浓度为0.5%,1%,3%和5%的Cu-水纳米流体在柴油机冷却水套内的流动和换热过程进行三维数值模拟.并采用湍流随机跟踪方法,对固液两相流离散项纳米粒子的运动进行轨迹追踪,得到了不同质量浓度纳米流体Cu粒子在柴油机水套内的浓度场分布、速度场分布、内能变化、停留时间、换热总量以及水套进、出口之间的压降变化计算结果表明,以Cu-水纳米流体作为传热介质可以显著提高柴油机的散热性能,随着纳米粒子浓度的增加,柴油机散热能力增强,水泵功率损失小范围增加,Cu粒子在水套内的平均停留时间与其浓度相关性不明显,换热效率与纳米流体的流速相关性不明显.

    2010年02期 v.38 285-289页 [查看摘要][在线阅读][下载 678K]
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  • CAD三维轮胎数字化模型开发设计平台

    郝泳涛;曾锦华;陈振艺;俞平;

    在提出自动化智能轮胎设计概念基础上,系统地阐述了计算机辅助设计(CAD)三维轮胎数字化模型开发设计平台的整体架构,包括需求表示、需求分析预处理、产品清单生成、产品清单造型、产品检验、轮胎知识库和轮胎零件库等模块;叙述了数字轮胎设计造型模块的实现过程和关键技术,包括花纹沟截面计算原理和各种花纹沟的造型方案等,同时,还提出了一种改进的计算花纹沟中心线的算法;最后基于CATIA三维造型平台和自动化语言VBA二次开发工具实现了在详细需求表示类型下的轮胎设计系统.

    2010年02期 v.38 290-294页 [查看摘要][在线阅读][下载 553K]
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测量科学与技术

  • 基于直线特征的有理函数模型定位精度改善方法

    叶勤;张小虎;刘世杰;谢惠洪;

    探讨了利用已知直线特征进行有理函数模型定位误差在物方进行补偿的方法.推导了在两种物方补偿模型(平移加主因子比例和一阶仿射变换模型)下,基于已知直线特征进行补偿模型参数解算的数学模型.给出了利用已知直线特征进行有理函数模型定位误差补偿的解算方案.实验表明:基于线特征的补偿方法是可行的,并且平移加主因子比例模型的精度好于基于控制点的方法,也好于一阶仿射变换模型的补偿效果;但对于一阶仿射变换模型,该方法的补偿效果要比基于控制点的方法差.

    2010年02期 v.38 295-301页 [查看摘要][在线阅读][下载 372K]
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  • 无碴轨道铁路控制网的Helmert方差分量估计

    李博峰;刘成;石德斌;沈云中;

    无碴轨道高速铁路施工基桩控制网要求相邻点的相对精度优于1mm,这就要求必须合理地、可靠地、客观地评定测量精度.测量平差中不合理的随机模型影响着平差结果和各项精度指标的合理评定.结合我国刚建成的第一条无碴轨道高速铁路,简要介绍了基桩控制网的建立,探讨了Helmert方差分量估计在基桩控制网数据处理中的应用.结果表明Helmert方差分量估计方法能准确地确定不同类观测值的权比,从而客观、合理、正确地评定各项精度.

    2010年02期 v.38 302-306页 [查看摘要][在线阅读][下载 309K]
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基础科学

  • 一类非线性优化的Canonical对偶函数

    朱经浩;严旺光;

    研究如何获取球体约束下非线性优化的全局最小点.通过引入常微分方程和构造Canonical对偶函数的局部形式,引入了相应的对偶定理,勾勒出了原问题的KKT点和对偶问题的KKT点两者之间的关系.给出了凸乘子定义,对偶定理和搜寻全局最优点的方法,并通过一些例子加以演示.

    2010年02期 v.38 307-310页 [查看摘要][在线阅读][下载 171K]
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  • 非单调QP-free非可行域方法

    濮定国;金中;

    提出了带有Fischer-Burmeister非线性互补(NCP)数的非单调QP-free非可行域算法.根据优化问题的一阶KKT条件,利用乘子和NCP函数,得到非光滑方程,给出解这个非光滑方程的迭代算法.该算法包含原始-对偶变量,在局部意义下,可看成关于一阶KKT最优条件的扰动牛顿-拟牛顿迭代算法.在线性搜索时,此算法采用非单调方法.给出的算法是可实现的并具有全局收敛性,且在适当假设下具有超线性收敛性.

    2010年02期 v.38 311-316页 [查看摘要][在线阅读][下载 262K]
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