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

  • 高强超薄壁冷弯型钢屋架承载性能及设计方法

    李元齐;刘飞;沈祖炎;王树坤;

    基于三榀厚度小于2mm、屈服强度550 MPa的高强超薄壁冷弯型钢屋架模型结构的承载力试验,观测这类低层住宅建筑常用屋架结构的破坏模式,得到其极限承载能力.采用通用有限元软件,建立该屋架结构考虑材料和几何非线性的分析模型,进行屋架结构非线性稳定分析,得到与承载力试验结果相一致的破坏模式.在此基础上,研究屋架结构内力分析的合理计算模式,提出屋架构件的建议设计方法,并对屋架的屋脊节点板构造提出了合理的局部加强改进方案.

    2013年02期 v.41 159-165页 [查看摘要][在线阅读][下载 934K]
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  • 玄武岩纤维与碳纤维加固短柱抗震试验研究

    欧阳利军;丁斌;陆洲导;余江滔;

    对5根采用玄武岩纤维布和碳纤维布加固的混凝土短柱和1根对比柱进行了低周反复荷载试验.试验表明,玄武岩纤维布环向包裹加固能显著改变混凝土短柱的破坏形态,提高混凝土短柱的抗剪承载力、延性和耗能能力.相同工况下,玄武岩纤维布加固短柱的抗震性能与碳纤维布加固的短柱相近.玄武岩纤维布因低廉的价格和较好的综合力学性能,在抗震加固领域将有较好的应用前景.

    2013年02期 v.41 166-172页 [查看摘要][在线阅读][下载 1627K]
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  • 预应力桥梁竖向振动特性和地震反应分析

    楼梦麟;洪婷婷;李强;

    基于模态摄动法和振型叠加法,建立了预应力桥梁竖向地震反应分析的计算方法.通过2个典型工程实例分析,讨论了桥梁竖向地震反应分析中的几个问题.算例结果表明:①预加力使桥梁的自振频率升高,影响主要体现在低阶自振频率上,随着振型阶序的增加,预加力的影响变小.对于20m和32m跨度的预应力桥梁来说,竖向基频分别升高5.3%和6.3%,而第5阶竖向频率升高只有1%左右.②在地表波作用下预应力梁跨中截面弯矩减小约30%和25%,预加力提高了桥梁的抗震能力.③竖向地震反应中高阶振型的贡献可以忽略.④7度设防烈度下,在预应力桥梁跨中截面弯矩的荷载组合效应中,竖向地震作用效应所占比例分别达24.56%和26.15%,8度设防烈度时所占比例分别为38.93%和41.46%,说明在这类预应力桥梁抗震设计中应考虑竖向地震反应的影响.

    2013年02期 v.41 173-178页 [查看摘要][在线阅读][下载 696K]
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  • 缆索承重桥的体系比选

    肖汝诚;姜洋;项海帆;

    从结构体系受力特点出发,将斜拉桥和悬索桥与其他各种双塔三跨缆索承重桥进行对比分析,并探讨在面对隧道竞争的情况下,不同跨径范围内结构体系的合理选择;比较了各种多塔缆索承重体系桥梁的力学与经济性能.分析表明,对于双塔三跨的缆索承重桥,主跨小于1 100m时,优先选择斜拉桥体系;超过1 100m时,悬索桥将面对其余缆索体系及隧道的竞争,可考虑锚碇和基础处水深及其他因素比较确定.

    2013年02期 v.41 179-185+207页 [查看摘要][在线阅读][下载 787K]
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  • 盾构法施工风险的多态贝叶斯网络模型分析

    周健;王红卫;吴邵海;

    地铁隧道具有投资规模大、风险因素多、社会影响大等特点,这决定了在施工过程中进行风险管理的必要性.鉴于风险的模糊性,很难用一个具体的概率值或概率区间来描述其发生概率,由此提出了用多个概率区间来分析盾构法施工过程中的风险.以划分地铁及地下工程风险概率等级的5个概率区间为度量标准,设计出风险因素概率等级调查表,通过专家调查法可统计出盾构法施工风险因素概率等级的概率分布;基于调查表,采用贝叶斯网络建立了分析风险事故概率等级概率分布的多态系统.利用该系统对某地铁隧道工程进行风险评估,得到了该工程的风险概率等级,并分析出相应风险概率等级下进出洞洞口密封效果不好、中轴线偏离过大造成管片破裂以及管片密封材料损伤、破坏等因素为重点控制因素.

    2013年02期 v.41 186-190+202页 [查看摘要][在线阅读][下载 548K]
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  • 考虑应力状态的二维混凝土碳化过程数值模拟

    阮欣;刘栩;陈艾荣;

    混凝土碳化过程的数值模拟为研究碳化机理、碳化影响因素、碳化过程与力的耦合作用等提供了新的定量分析工具.为定量分析应力状态对混凝土截面角部碳化发展的影响,建立了混凝土碳化过程的2维数值计算模型,使得混凝土组分、应力状态等影响可以得到定量考虑,并模拟应力状态下混凝土构件角部的碳化过程.详细介绍了这一模型的数值计算实现过程,研究了网格尺寸及时间步长对数值计算结果的影响.该模型数值计算结果与快速碳化试验和长期暴露碳化试验结果的对比验证了模型计算结果的准确性.最后,对某混凝土构件的角部混凝土碳化过程进行了数值分析.结果表明,混凝土截面角部双向碳化作用以及拉应力状态均会加速混凝土碳化,角部是整个构件截面碳化发展最为迅速的部位,其耐久性应当予以考虑.

    2013年02期 v.41 191-196页 [查看摘要][在线阅读][下载 641K]
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交通运输工程

  • 沥青面层的疲劳等效温度

    谈至明;吁新华;

    分析了沥青面层疲劳寿命与面层温度的均值和梯度的相互关系.基于疲劳损伤等效原则,给出了沥青路面面层疲劳等效温度的计算方法.根据全国95个地区多年的路面温度场数据,对沥青面层疲劳等效温度进行了计算和分析,总结了沥青面层基准疲劳等效温度与地区海拔、路表温度特征值(多年路表温度均值和标准差)之间的回归关系,据此推算得到了全国738个地区的沥青面层基准疲劳等效温度值,并绘制了可供设计采用的全国沥青面层基准疲劳等效温度等值线图,归纳了非基准条件下各因素对沥青面层疲劳等效温度的影响规律,给出了各因素修正计算式.最后通过对比分析,验证了沥青面层疲劳等效温度计算方法和结果的可靠性.

    2013年02期 v.41 197-202页 [查看摘要][在线阅读][下载 441K]
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  • 振动压实能力与道路基层材料可压实性评价

    王龙;解晓光;

    采用传感器对振动成型基层材料的塑性变形、振动加速度和压实力进行了采集.通过振动三参数对振动压实工艺输出能量的分析,定义了评价振动压实工艺压实能力的评价参数——激振强度;通过对基层材料振动压实塑性变形曲线的分析,定义了被压材料可压实性评价参数——可压实性系数;对典型道路材料的可压实性进行了对比研究.结果表明,在压实效果的影响上,当激振强度大于3.5时,振动压实工艺才具有较强的压实能力;材料的振动压实塑性变形与振动时间呈对数关系,在振动压实50s后,塑性变形处于稳定状态;在材料可压实性方面,沥青混合料的可压实性最差,二灰结合料可压实性最好,基层材料的可压实性基本处于同一水平.研究结果还表明,用振动压实工艺单位时间内输出的能量和道路材料产生单位塑性变形所需的压实应力,来评价振动工艺的压实能力与被压材料可压实性是合理的.

    2013年02期 v.41 203-207页 [查看摘要][在线阅读][下载 421K]
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  • 钢轨扣件减振橡胶动态刚度特性分析

    李莉;王书卫;吕英康;刘艳;

    基于黏弹性材料动态恢复力由非线性弹性恢复力和非线性阻尼力叠加而成的理论,提出钢轨扣件减振橡胶的动态力学模型.根据实际工作状态对减振橡胶进行动态试验,对试验数据进行拟合分析,并验证了拟合的有效性.分析研究了振幅和频率对非线性弹性恢复力、非线性阻尼力以及动态刚度的影响规律.结果表明:随着振幅的增加,弹性恢复力和迟滞阻尼力迅速增大,动刚度值也相应增大;随着激励频率增加,弹性恢复力略有减小,阻尼力有所增大,同时,动刚度也有增大的趋势.

    2013年02期 v.41 208-212页 [查看摘要][在线阅读][下载 441K]
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  • 基于本征模函数的轨道质量评价方法

    李再帏;练松良;

    为了更合理有效地评价轨道质量,将轨道不平顺波长因素纳入轨道质量评价中,提出基于本征模函数(intrinsicmode function,IMF)的轨道质量评价方法——轨道质量能量指标(track quality energy index,TQEI).通过对轨道不平顺数据进行经验模态分解得到对应波长频段的不平顺IMF,利用频谱分析的方法求得各个IMF的能量;将各个IMF的能量与总能量的比值作为特征向量,并进行量纲一化处理,从而得到轨道不平顺IMF的能量系数;利用能量系数求得TQEI.通过理论推导证明了轨道质量数(track qualityindex,TQI)是在不考虑波长因素作用下轨道质量能量指标的特殊形式.最后,以京广提速干线轨道不平顺数据为例,对比分析了实际检测数据TQEI与TQI的关系.结果表明:轨道质量能量指标是对TQI的细化和延续,其既起到了TQI的幅值管理作用,又可以弥补TQI在波长及幅值管理方面的缺陷,可以准确有效地对轨道质量进行评价.

    2013年02期 v.41 213-217页 [查看摘要][在线阅读][下载 394K]
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  • 市郊线与市区轨道网络衔接的设计比选方法

    吴放;顾保南;

    分析了现有数学模型对市郊线与市区轨道网络衔接设计问题的不适用性,在此基础上提出两阶段设计方法,并着重对第一阶段——衔接方案集的生成方法进行了阐述.设计了一个以贪婪搜索思想为基础的启发式算法,求解市郊线与市区轨道网络衔接的优化方案.从寻优过程和换乘主导性两个角度分别生成了较优的可选设计方案集合.这些备选方案保证了较高的方案设计质量,并能覆盖不同站间距的郊区线衔接模式,为下一阶段的方案评价比选提供基础.最后通过一个算例实现了所提出的备选衔接方案集合生成方法,证明了这一方法在大规模轨道网络中的适用性.

    2013年02期 v.41 218-222+239页 [查看摘要][在线阅读][下载 388K]
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  • 基于无线通信的重载列车同步控制技术研究

    郭其一;陈琳芝;黄世泽;姚晓阳;

    为了研究适合国内机车的无线同步控制系统,对无线同步控制技术特点进行分析,并建立了重载组合列车纵向动力学数学模型和仿真模型.从纵向动力角度,验证采用无线同步控制技术的组合列车与传统编组列车相比的优越性,通过计算从控机车不同延迟时间对纵向力的影响来验证同步控制的优越性,为进一步优化无线同步控制系统提供借鉴.

    2013年02期 v.41 223-227+246页 [查看摘要][在线阅读][下载 633K]
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环境科学与工程

  • 城市生活垃圾可生物降解组分动态水解研究

    何品晶;张宗兴;吴铎;吕凡;

    通过96h无置换动态水解批式实验和不同缓冲液置换频率动态水解批式实验,研究破碎预处理、翻转、甲烷化出水和不同时间间隔置换操作对于城市生活垃圾可生物降解组分(OFMSW)厌氧消化水解过程的影响.结果表明:翻转可使OFMSW的动态水解效率最高达到42.7%(未破碎甲烷化出水缓冲液工况),而不翻转时仅有22.3%;与蒸馏水相比,未破碎预处理工况下,甲烷化出水可使OFMSW的水解效率提高40.6%;但破碎预处理之后,仅提高了3.6%,说明对OFMSW进行破碎预处理不会显著提高水解效率,反而增加了破碎能耗;缓冲液置换操作一定程度上解除了高浓度有机酸的产物抑制;不同置换频率工况相比,虽然每24h和每48h置换的工况比每12h置换的工况所得到的OFMSW减重率分别高出11.5%和40.7%,但能耗相应增加了100%和300%,因此,缓冲液置换频率以12h为最佳.

    2013年02期 v.41 228-233页 [查看摘要][在线阅读][下载 427K]
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  • 超声法从剩余污泥中提取微生物絮凝剂的研究

    张志强;李向蓉;张姣;夏博宇;

    通过超声系列试验,对超声法从剩余污泥中提取微生物絮凝剂(MBF)进行了系统研究.从剩余污泥中提取的MBF在偏酸性条件下和35~40℃范围内表现出较高的絮凝活性.超声时间以1~3min为宜,超声功率以210~270 W为宜.污泥浓度越高,所提取的MBF浓度越高;对于从高浓度污泥提取的MBF,投加剂量可随污泥浓度升高而减小,以获得较好的絮凝效果.MBF主要成分包括蛋白质、多糖和核酸.研究结果表明,超声法可用于从剩余污泥中直接提取MBF,在降低MBF生产成本的同时实现污泥的资源化利用.

    2013年02期 v.41 234-239页 [查看摘要][在线阅读][下载 493K]
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  • 腐殖土对废水中Cu~(2+)的吸附

    吴敏;刘振;朱睿;戴晓虎;

    研究了腐殖土对废水中Cu2+的吸附,并考察了吸附时间、Cu2+的初始浓度、腐殖土投加量、初始pH值和温度等因素对吸附过程的影响.通过吸附动力学、吸附等温线和红外光谱(FTIR)等方法探讨了吸附机理.试验条件下,单位腐殖土对Cu2+的吸附量随时间的延长而增加直至达到吸附平衡,随Cu2+的初始浓度增大和初始pH值的上升而增加,随腐殖土投加量的增加而减少,吸附过程温度的影响不显著.腐殖土吸附Cu2+的过程符合Lagergren准二级吸附速率方程和Freundlich吸附等温方程,吸附过程以化学吸附为主,红外光谱分析表明,参与吸附的主要基团是羟基和芳香基等化学基团.

    2013年02期 v.41 240-246页 [查看摘要][在线阅读][下载 551K]
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  • 膜生物反应器用于居民区生活污水处理与回用

    陈洪斌;李辰;刘富强;戴晓虎;

    采用缺氧/厌氧-生物膜技术,结合活性炭过滤、紫外线氯消毒的组合工艺深度处理居民区生活污水,分别以冲洗厕所和景观用水为目标,考察再生水的水质状况和主要参数;对比研究以混合生活污水和灰水分别作为中水源的技术和经济适用性.中试研究结果表明,以居住区生活污水(化粪池出水)作为中水源,运行条件停留时间8h、污泥质量浓度3 500~7 500mg.L-1、出水无色无味,化学需氧量质量浓度低于30mg.L-1,五日生化需氧量质量浓度低于3 mg.L-1,氨氮质量浓度低于3.0mg.L-1,可以稳定达到杂用水标准,但总氮、总磷浓度无法满足景观用水要求;模拟原污水(化粪池进水)的污染物浓度比例,运行条件为停留时间10h、污泥龄50d、回流比为200%、污泥质量浓度5 500~6 000mg.L-1、外加聚合铝(有效铝)4~5mg.L-1时,再生水的水质均优于冲厕和景观用水标准.在达到相同的再生水水质条件下,居住区的生活污水混合收集处理比灰水单独收集处理的工艺流程复杂,处理费用比后者高0.32元.m-3.居民区污水资源化采用何种收集和再生方式不仅要考虑技术经济合理性,还需结合居民区再生水的用途和用水量、当地气候条件等因素综合确定.

    2013年02期 v.41 247-252+288页 [查看摘要][在线阅读][下载 611K]
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  • 单纯形模拟退火算法反演地下水污染源强度

    江思珉;张亚力;蔡奕;郑茂辉;

    基于单纯形模拟退火混合算法(SMSA混合算法),结合污染物迁移问题的解析解反演地下水污染源的强度变化历时曲线.SMSA混合算法结合了单纯形法的确定性搜索和模拟退火算法的全局概率搜索机制,是一种高效的混合优化算法;同时采用Yeh提出的解析解,它具有可靠性强、易于编程实现和扩展性强的特点.计算结果显示,1维、2维、3维情形下点污染源的反演浓度均较好地再现了真实的污染物释放过程,这表明基于SMSA混合算法和Yeh解析解的反演方法是一种有效的地下水污染源重建方法.

    2013年02期 v.41 253-257页 [查看摘要][在线阅读][下载 362K]
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机械、车辆与能源工程

  • 基于规则及多色集合的多品种订单调度方法

    高丽;徐克林;毛道晓;李艳冰;

    针对多品种订单生产企业多工序、多品种、中小批量的生产特点,以最小化订单总完工时间和平均流程时间为目标建立了订单调度模型.提出了一种按规则分配订单以及作业排序相结合的调度思想,并利用改进的非支配排序遗传算法——NSGAⅡ对问题进行求解.考虑到多品种订单的多重约束性,采用多色集合理论中的围道布尔矩阵对多品种订单中各作业加工关系作了约束化处理;同时,以双层染色体进行编码,可以有效降低染色体的空间和时间复杂度;采用置换和反转变异两种算子,缩小了算法搜索范围,避免了早熟现象.最后以典型的订单生产实例进行仿真实验,结果表明应用该算法收敛快、运算效率高,可以获得满意的Pareto解集.

    2013年02期 v.41 258-263页 [查看摘要][在线阅读][下载 448K]
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  • 45kW质子交换膜燃料电池发动机建模与仿真

    高昆鹏;章桐;黄晨东;周苏;

    建立了较为完整的包括电堆、反应气体供应以及水热管理3个主要模块的45 kW级质子交换膜燃料电池(PEMFC)发动机数学模型.电堆电压模型引入了误差补偿项,提高了电压计算精度,并通过实验数据得到验证.选取冷却液入堆温度、空气过量系数和阴极入口空气压力为系统的操控变量,在给定电流密度下进行了电堆相关性能对操控变量的敏感性分析.仿真结果表明,为了获得较好的系统输出性能,应适当降低冷却液入堆温度,提高阴极入口空气压力;为了保持合理的电堆温度,必须有效控制该系统的水热管理系统.

    2013年02期 v.41 264-270页 [查看摘要][在线阅读][下载 789K]
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电子、计算机、控制与系统

  • 一种基于低秩描述的图像集分类方法

    吕煊;王志成;赵卫东;刘玉淑;

    保持局部图嵌入的流形鉴别分析方法将图像集所属子空间看作流形上的点,并使流形变换前后局部结构关系不变.然而在构造局部区域相似图矩阵时,用于描述节点局部区域范围的近邻节点个数会极大地影响算法的准确率,并会出现变换后流形的可分辨性相比变换前提升很小甚至更低的情况.针对该问题,提出了一种低秩描述下的Grassmannian流形鉴别分析方法.通过对图像集的低秩描述,流形变换中局部嵌入时仅保持同类别节点的最近邻局部结构以及所有节点间的相异类别信息,从而避免了对近邻节点个数的选择,并增强了变换后流形的可分辨性.由15类复杂自然场景和Caltech101图像数据集的实验结果表明,该方法是可行的,并且极大地提高了图像集分类的准确率.

    2013年02期 v.41 271-276页 [查看摘要][在线阅读][下载 652K]
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  • 基于航拍图像的输电线路异物识别

    金立军;姚春羽;闫书佳;张文豪;

    为提高无人机电网巡线故障点排查的效率,针对输电线路走廊悬挂异物的潜在故障,提出一种可从大量航拍输电线路图像中筛选出挂有异物的图像的方法.基于形态学算法改进Otsu(最大类间方差)自适应阈值分割算法分割图像背景,提出一种新的基于输电线路特征的滤波方法进一步滤除背景;通过梯度法获取电力线的边缘,选取Hough变换累加器中局部极大值个数与最终检测到的线路数量作为异物特征向量来识别异物.最后,开发出批处理系统识别验证.结果表明,该算法能将挂有异物的电力线图像准确识别,为输电线路可靠性提供保障.

    2013年02期 v.41 277-281页 [查看摘要][在线阅读][下载 648K]
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测绘科学与技术

  • 奇异谱分析在GPS站坐标监测序列分析中的应用

    王解先;连丽珍;沈云中;

    利用SSA(奇异谱分析)对测站坐标时间序列进行数据处理,包括数据补缺、趋势项和周期项的识别和提取.奇异谱分析是一种从时间序列的动力重构出发并与经验正交函数相联系的统计技术,可以较好地从含噪声的有限尺度时间序列中提取趋势和周期等信息,目前已应用于多种时间序列的分析中.将奇异谱分析的优点应用到GPS时间序列分析中:利用奇异谱分析对中国地壳运动观测网络GPS数据服务提供的测站坐标(NEU)时间序列(以BJFS(北京房山)站为例)进行补缺,各向插补的均方误差均为mm级;根据降噪重构序列提取坐标时间序列中的趋势成分(N方向-11.688mm.年-1,E方向29.585 mm.年-1,U方向2.557 mm.年-1)和周期成分(N,U方向上存在年周期和半年周期,U方向上还存在着1.5年和0.25年左右的周期,E方向上只存在年周期);对完整序列进行重构降噪,即从原始序列中提取有用信息而丢弃一些干扰信息,起着平滑作用.试验结果表明,BJFS站的各方向上均存在显著的变动周期和明显的趋势,也有较多的噪声信息.

    2013年02期 v.41 282-288页 [查看摘要][在线阅读][下载 1024K]
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数理科学与化学

  • 不假定凸性和精确线搜索时DFP算法的收敛性

    濮定国;刘美玲;

    对非凸目标函数,Broyden变尺度算法的收敛性是一个没有完全解决的问题.针对DFP修正公式证明在不假定精确线搜索条件下,对光滑的目标函数,当DFP算法得到的点列收敛时,该点列一定趋向于稳定点.指出对于其他Broyden算法结论都是成立的.

    2013年02期 v.41 289-292+298页 [查看摘要][在线阅读][下载 276K]
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  • 算子代数上的(α,β)-导子的空间实现性

    陈全园;方小春;

    研究算子代数上的(α,β)-导子的空间实现性.设A是B(X)的子代数,α和β是B(X)上的自同构,δ是从A到B(X)的(α,β)-导子.如果δ是传递的、自反的(α,β)-导子,则δ是拟空间实现的,也就是说,存在一个稠定义的闭线性算子T:Dom(T)→X,使得β(A)(Dom(T))Dom(T)和δ(A)x=(Tβ(A)-α(A)T)x(A∈A,x∈Dom(T))成立.如果δ是传递的、自反的有界(α,α)-导子,而且A的范数闭包A-包含一个极小左理想,则δ是空间实现的,而且其实现元是惟一的.具体地说,存在T∈B(X),使得δ(A)=Tα(A)-α(A)T对任意的A∈A都成立,而且δ的实现元T在相差一个常数因子的条件下是惟一的.

    2013年02期 v.41 293-298页 [查看摘要][在线阅读][下载 295K]
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  • 声波在存在黏结作用纤维性吸声材料中的传播

    姜在秀;王佐民;

    考虑纤维间的黏结作用,引入等效容重的表述,得到改进的纤维性吸声材料的唯象模型.实例分析表明,由改进模型计算的理论值与测量数据吻合更好.

    2013年02期 v.41 299-302页 [查看摘要][在线阅读][下载 673K]
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经济与管理科学

  • 工期—成本—质量的模糊均衡优化及其Pareto解

    张连营;岳岩;

    针对实际工程项目中存在的不确定因素,通过对工期、成本、质量3个目标函数相互关系的模糊描述,以工序持续时间为决策变量,建立了基于三者的模糊均衡优化模型.为了求解该模型,在微粒群算法的基础上提出遗传免疫微粒群算法,通过测试函数的Matlab仿真验证了算法的有效性,并用于实际工程项目模糊均衡优化问题的计算,得到多组模糊的Pareto最优解,同时绘制相应的3维散点图,为决策者的选择提供准确和直观的依据.研究结果表明,所构建的工程项目工期—成本—质量的模糊均衡优化模型构建的合理性,同时表明遗传免疫微粒群算法在求解该模型方面的有效性.

    2013年02期 v.41 303-308+316页 [查看摘要][在线阅读][下载 389K]
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  • 工程项目交易方式生产效率比较研究

    陈勇强;张雯;

    从工程项目生产效率的视角,应用生产前沿面与数据包络分析方法,建立了工程项目交易方式生产效率指标体系,构造了工程项目交易方式生产前沿面,对设计/招标/建造(DBB)与设计/建造(DB)进行比较.通过比较生产效率相对最优的DBB与DB项目,得出DBB方式在成本方面更有优势,而DB方式在工期方面更有优势,并分析了得出这种结果的内在机理,从而为业主科学地进行工程项目交易方式选择决策提供了支持.

    2013年02期 v.41 309-316页 [查看摘要][在线阅读][下载 477K]
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