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

  • 钢与混凝土界面的基本物理参数测试

    苏庆田;杜霄;李晨翔;姜旭;

    为定量了解组合梁中钢与混凝土界面上粘接力及摩擦系数等基本物理参数的大小,通过一系列试验测试了工程上常用的钢与混凝土界面涂装形式的黏结强度和摩擦系数.设计制作了16组试件测试钢与混凝土之间的抗剪黏结强度,考虑了试件界面尺寸效应、不同界面涂装形式及不同的法向压力的影响;设计制作了6组试件测试不同界面涂装形式下的钢与混凝土界面抗拉黏结强度;设计制作了6组试件测试了不同界面涂装形式下钢与混凝土界面的静、动摩擦系数.研究表明:界面尺寸效应对钢与混凝土界面的强度影响不大;界面涂装形式对界面的黏结强度影响较大,抗剪强度在0.04~0.28 MPa之间,抗拉强度在0.38~0.82 MPa之间,静摩擦系数在0.73~1.06之间,动摩擦系数在0.5~0.74之间;法向压力对界面的剪切黏结强度影响较大,且满足库仑摩擦模型.

    2016年04期 v.44 499-506页 [查看摘要][在线阅读][下载 1580K]
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  • 考虑有限转角下薄壁构件稳定理论及其应用

    余少乐;周祎;

    为了解决传统稳定理论的两个力学缺陷,引入半切线转角矢量作为构件转角的变量,由二阶转动矩阵推导出梁单元的二阶位移表达式,并利用有限变形理论,得出构件位移与应变的非线性关系,通过Bernoulli平截面弯曲假定得出转角与侧移导数.运用薄壁构件稳定理论,推导出构件弯扭屈曲的总势能,证实了传统理论,解决了传统理论中的缺陷,能够适用各种边界条件和荷载条件下的弯扭屈曲分析.

    2016年04期 v.44 507-511页 [查看摘要][在线阅读][下载 178K]
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  • 多层屈曲约束斜撑钢框架抗震性能研究

    陈宜虎;赵艳林;包恩和;张敏;

    为研究多层屈曲约束斜撑钢框架(buckling restrained braced frame,BRBF)的弹塑性动力性能,采用刚接与铰接两种形式的模型为研究对象,以屈曲约束斜撑(buckling restrained brace,BRB)水平力分担率平均值β和首层剪重比CB为主要研究参数,通过弹塑性动力二阶非线性分析,探讨了BRBF结构的抗震性能.结果表明:在设防烈度地震下最大层间位移各层分布较均匀;罕遇和特大地震下,刚接模型除首层和顶层外各层集中,铰接模型因柱脚铰接首层特别大,另外受第二振型影响中上层也较大.强震作用下,β≈30%时,结构以剪切变形为主,第一振型卓越;β≈60%时,第二振型参与;β≈90%时,第二振型卓越.结构基本周期一定时,β值大小不影响地震输入总能量;模型基本周期相近时,结构等效速度VE基本相等;同时,β值可从结构弹性基本周期以及地震波弹性体系能量谱中得到推算,再次验证了基于能量平衡抗震设计法的有效性.

    2016年04期 v.44 512-519页 [查看摘要][在线阅读][下载 968K]
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  • T形钢管混凝土柱轴心受压稳定承载性能研究

    雷敏;沈祖炎;李元齐;罗金辉;

    基于9根T形钢管混凝土中长柱的单向、双向偏心受压试验的结果,建立了T形钢管混凝土柱用于纤维模型程序分析其承载力的本构模型.在验证纤维模型程序合理性的基础上,对T形钢管混凝土柱轴压稳定性能进行了参数研究.研究参数包括:钢材屈服强度、混凝土抗压强度、管壁宽厚比、截面肢宽厚比、长细比以及加载角度.理论结果表明:长细比是影响T形钢管混凝土柱轴压稳定承载力的主要因素,混凝土工作承担系数和加载角度也对钢管混凝土柱的承载力有一定影响.纤维模型计算的柱子曲线与钢结构规范的a,b,c,d类曲线之间的比较表明:不同参数截面的T形钢管混凝土柱的柱子曲线会在一个较宽带宽范围内变化.最后,在大量参数分析基础上,考虑长细比和混凝土工作承担系数的影响,提出了T形钢管混凝土轴压柱的稳定承载力系数的实用计算方法.理论公式计算结果与已有试验结果吻合良好,可为工程设计提供理论参考.

    2016年04期 v.44 520-527页 [查看摘要][在线阅读][下载 1277K]
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  • 带纵缝木梁抗弯承载力及修复方法研究

    宋晓滨;吴亚杰;顾祥林;姜英敏;

    木结构构件由于荷载和温、湿度变化等作用易在端部及中部发生平行于构件纵轴的裂缝,导致缝端应力集中以及削弱裂缝两侧木材的变形协调,进而降低承载力.开展了带纵缝木梁足尺试件弯曲加载试验和木材清样小试件材性实验,考虑了不同试件材性的差异和木材材料强度的尺寸效应,确定了纵缝长度和位于梁截面高度处的位置等参数对木梁承载力的影响,并分析了采用新型自攻螺丝修复后带纵缝木梁的承载力恢复性能.研究表明,纵缝位于木梁剪弯段截面中部的影响最大,承载力下降可达46.2%;在弯剪段施加自攻螺丝的修复效果最好,其修复率随自攻螺丝间距增大而减小.采用200mm间距时木梁承载力修复率可达1.12.

    2016年04期 v.44 528-535+592页 [查看摘要][在线阅读][下载 719K]
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  • 粘滞阻尼墙模型的振动台实验方法

    孙飞飞;莫刚;

    粘滞阻尼墙是一种速度相关型的阻尼器,依靠粘滞材料的剪切变形来耗能.对粘滞阻尼器进行实验加载的传统方法是采用高速作动器,对实验设备要求比较高.为了降低实验成本,利用更普及的实验设备——振动台对粘滞阻尼墙模型进行加载,提出了一种新的实验方法:实验模型中完全由粘滞阻尼墙承担水平力,没有设置其它的抗侧构件;水平力由与粘滞阻尼墙内部钢板相连的配重的惯性效应产生;配重的自重通过承重构件传递到滑轮上.同时提出了高精度的数据拟合和分析方法,可以通过计算间接得到粘滞阻尼墙的滞回曲线.设计、制作了一个小比例实验模型,通过振动台加载,取得了很好实验效果,证明了所提实验方法的正确性.最后通过理论推导,针对利用振动台加载的实验设计提出了建议方法.

    2016年04期 v.44 536-541页 [查看摘要][在线阅读][下载 1041K]
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  • 典型屋顶太阳能光伏板风压实测研究

    余香林;董锐;王守强;

    对一栋多功能低层建筑平屋顶上的太阳能光伏板进行风压实测,根据风压时程特性选择适当的概率密度函数对各测点的风压系数进行非线性回归分析.运用6种概率密度函数对各测点的均值和极值(正极大值和负极小值)风压系数时程以及面积平均后的极值风压系数时程进行数值拟合,比较不同概率分布的拟合效果.回归分析结果表明:均值风压系数的概率分布近似无偏分布,t分布的拟合效果最好,其次是Logistic分布、正态分布、极值I型分布;负压极小值和正压极大值风压系数的概率分布分别为左偏分布和右偏分布,极值I型分布的拟合效果最好,其次是Lognormal分布和Gamma分布,而正态分布的拟合效果最差;最不利风压系数由极值负风压控制,即光伏板的风力由吸力主导;经面积平均后的最不利风压系数建议取值-2.3.

    2016年04期 v.44 542-549页 [查看摘要][在线阅读][下载 1221K]
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  • 超高层建筑结构组合调谐风振控制系统

    赵昕;王立林;郑毅敏;

    为充分利用调谐液体阻尼器(TLCD)的经济性和调谐质量阻尼器(TMD)的高效性,提出一种TLCD与TMD相结合的组合调谐阻尼器(CTD),从理论上说明CTD的合理性,推导其运动方程,引入协同损失因子评价其减振性能,并与TLCD和TMD的减振效果进行对比分析.研究表明:CTD不同参数配置时,协同损失因子不同,可达35%;相同参数配置下,CTD减振效果介于TMD和TLCD之间.综合经济和效率因素,CTD是一种很有竞争力的减振手段,具有广阔的工程应用前景.

    2016年04期 v.44 550-558页 [查看摘要][在线阅读][下载 1190K]
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  • 上海中心大厦巨型悬挂式幕墙系统结构设计与思考

    丁洁民;何志军;李久鹏;

    上海中心大厦外幕墙系统采用了分区悬挂的巨型柔性悬挂式幕墙支撑结构体系.该体系远离主体结构、几何造型扭曲、分区悬挂重量大、悬挂高度高、竖向支承刚度柔且不均匀,整个幕墙结构体系构成及传力较为特殊导致其与主体结构协同工作复杂,给结构设计带来许多前所未有的技术挑战.从方案到施工图设计过程,无论是结构体系还是节点构造均经历了多轮的反复论证分析与优化.尤其是采用整体模型协同分析,对水平和竖向荷载下幕墙支撑结构与主体结构协同工作性能、竖向地震反应、以及施工过程中幕墙支撑结构的受力特性等问题进行了深入地分析和研究.确保了工程建设的顺利实施,实际安装施工也验证了该结构设计的可靠性.上海中心幕墙支撑结构设计经历了艰辛的设计历程,其相关设计方法和成果是对现有高层建筑幕墙结构设计理念和方法的丰富和完善,同时也引发了对高层建筑复杂幕墙系统结构设计的新的思考.

    2016年04期 v.44 559-566页 [查看摘要][在线阅读][下载 1420K]
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交通运输工程

  • 布敦岩沥青灰分胶浆动态流变性能和微细观特性

    王明;林发金;刘黎萍;

    将布敦岩沥青(BRA)中的矿物质(灰分)提取出来,与基质沥青拌合制备灰分胶浆(粉胶质量比=0.8∶1).采用动态剪切流变性能试验、X衍射分析以及扫描电子显微分析技术,研究胶浆的动态流变特性以及灰分、矿粉物质的微细观特性.结果表明:灰分胶浆的高温流变性能比矿粉胶浆要好,抗变形能力更强,性能高温等级为76℃;灰分胶浆和矿粉胶浆的动态力学温度谱、频率谱具有一定的相似性;灰分物质表面存在较多的凸起和凹陷结构,外表呈蓬松的鳞片状,纵向起伏较大,微尺度振幅达到0.35μm,比表面积远大于矿粉.其发达的孔隙和沟纹结构,可以增加结构沥青的膜厚度,使得水分子难以破坏沥青-集料界面,增强填料对沥青的吸附作用,提高沥青与集料的黏结强度.

    2016年04期 v.44 567-571页 [查看摘要][在线阅读][下载 563K]
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  • 不同设计目标下沥青混合料的疲劳性能

    黄明;温学钧;黄卫东;徐健;

    选用目前最为先进与常用的4点弯曲疲劳试验,对常用的包括70#基质沥青和常用的改性沥青在内的10种沥青混合料进行了15℃及1 000×10-6应变控制下的疲劳试验,并进行二次疲劳试验,兼顾了改性沥青的自愈合效果,完成了相同沥青用量下和相同体积设计目标下的各沥青混合料的疲劳性能对比,以及针对相同高温性能和疲劳性能的双向分级,以提供实际工程时混合料设计之前的参考,最后还依据所有试验数据绘制了相应的疲劳性能和高温性能分区散点图以供直观参考.

    2016年04期 v.44 572-579页 [查看摘要][在线阅读][下载 698K]
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  • 行人交织区运行状态分级方法与调控流程

    吴娇蓉;刘学丽;

    行人换乘通道、换乘站厅常常出现不同方向人流交织,由于行人之间的交织行为会产生稳定的交织区,交织区对于步行设施的正常运行产生消极影响,导致通行能力、舒适度和安全性降低.采用实地调查数据建立简化交织区负效应模型,提出行人交织区运行状态变化的负效应阈值,将行人交织区划分为舒适、一般舒适和拥挤三级运行状态,结合HCM2010人行步道服务水平分级,定量分析行人交织区运行状态为一般舒适或拥挤、处于HCM2010E级服务水平时,不同隔离栏杆设置形式发挥的作用,并提出交织区运行状态调节流程,为步行设施交织区运营管理提供依据.

    2016年04期 v.44 580-586页 [查看摘要][在线阅读][下载 1222K]
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  • 紧急避险车道驶出角度及引道长度设置

    宋灿灿;郭忠印;蔺琳;

    通过UCWin Road Ver.9驾驶模拟仿真平台测试5名驾驶员144次驶入紧急避险车道的运动参数.依据方向盘转速提取调整段长度、调整时间与最小转向半径指标,分析3个指标与驶入速度、驶出角度的相关性,并基于二阶聚类模型提出紧急避险车道驶出角度与引道长度设置范围.研究结果表明:紧急避险车道驶出角宜在5°以内,最大宜在12.5°以内,且必须在引道设置超高.引道设计长度宜采取调整时间作为控制指标,驶出角在5°以内时引道长度为6s设计行程,驶出角在5°~12.5°时引道长度为9s设计行程.

    2016年04期 v.44 587-592页 [查看摘要][在线阅读][下载 450K]
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环境科学与工程

  • 基于特征因子的排水管网地下水入渗分析方法

    徐祖信;汪玲玲;尹海龙;李怀正;

    采用基于水质特征因子的雨污水管网化学质量平衡方程,建立了污水管网和混接污水管网的地下水入渗量定量分析方法,并据此建立了管道破损程度的评价方法.针对上海市中心城区的3个排水系统,采用总氮和硬度分别作为表征生活污水和地下水的水质特征指标,并采用不确定性分析理论,对该区域雨污水管网系统的地下水入渗量进行了解析.计算结果表明,管道破损不严重,地下水入渗量符合设计要求,管网破损程度评估结果符合预期管道状态;表明提出的基于水质特征因子的地下水入渗量的分析计算方法可行,可用于管网破损和维护判断.与德国和美国标准相比,我国排水管道地下水入渗基准值较高,表明我国管道施工和养护技术有待进一步提高.

    2016年04期 v.44 593-599页 [查看摘要][在线阅读][下载 593K]
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  • 基于布谷鸟算法的给水管网调压阀优化设计

    陶涛;张俊;信昆仑;李树平;

    针对城市给水管网漏损日益严重的问题,采用压力管理的策略,通过在管网中安装调压阀降低管网压力,从而达到减少管网真实漏损的目的.利用一个新的优化算法布谷鸟算法,建立管网调压阀优化模型,确定调压阀的数量、最优安装位置以及最优操作方式,并在算例管网中与遗传算法进行对比测试.结果显示:布谷鸟算法由于其调节参数少,随机搜索路径优,在调压阀优化设计中显示了更优秀的优化能力,显示了强大的算法应用可扩展性,使得对真实管网通过最优化算法来确定最佳阀门控制策略成为可能.

    2016年04期 v.44 600-604+631页 [查看摘要][在线阅读][下载 806K]
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机械、车辆与能源工程

  • 基于相似理论的锂电池三维电化学跨尺度建模

    张立军;程洪正;

    从抛物线型偏微分方程基本形式出发,利用量纲为一分析法推导了抛物线型偏微分方程的相似准则,并推广得到电化学过程的相似准则,从而确定原型与模型之间的电化学过程参数相似关系.利用Comsol Multiphysics软件进行了锂离子电池单元电化学过程的有限元建模与计算,验证了所建立相似准则和相似关系的正确性.模型验证结果表明电化学有限元建模方法能实现锂离子电池三维电化学过程的一致模拟,同时,高倍率充放电工况下电池内部不均匀性加剧,导致传统的通用准二维模型预测结果具有较大误差.因此,在电池单体设计及系统集成与管理过程中,有必要对基于准二维模型的状态估计算法进行修正,以避免电池局部过充过放而导致安全隐患.

    2016年04期 v.44 605-613页 [查看摘要][在线阅读][下载 2111K]
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  • 整车风洞力/压同测实验方法研究

    周华;朱晖;杨志刚;

    依托开口式整车风洞,以阶背式MIRA(Motor Industry Research Association)模型为实验对象,通过雷诺数扫掠测试,确定了力/压分测和力/压同测时气动力数据误差的变化规律;基于偏航工况下气动力的测试数据,明确了力/压分测和力/压同测时气动力数据误差的分布规律.依据计算流体力学的仿真结果,从流动机理层面剖析了误差产生的原因.最后,对力/压同测法在风洞实验中的具体实施及适用范围进行了总结.

    2016年04期 v.44 614-619页 [查看摘要][在线阅读][下载 1740K]
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  • 汽车空调气动噪声数值与试验研究

    李启良;钟立元;王毅刚;杨志刚;

    通过数值仿真和台架试验相结合的方法开展某车型空调系统气动噪声研究.研究发现,精细网格和大涡模拟方法能够获得高精度的出风口风量分配结果,它们与试验最大偏差为4.35%,最小偏差为0.93%.与此同时,空间流线的紊乱和当地速度的大小直接影响其表面总声压级的大小,对于计算的空调系统,风机是主要噪声源,改善风机流动分离,降低风机噪声是空调系统降噪的关键.可穿透面的声辐射方法有效地考虑到表面压力脉动的偶极子噪声和空间涡流的四极子噪声,是汽车空调气动噪声计算中声辐射的有效处理方法.利用该方法得到的测点总声压级与试验值更加接近,约相差2dBA,频谱变化趋势和数值基本一致,推荐作为后续空调气动噪声仿真的声辐射处理方法.

    2016年04期 v.44 620-624页 [查看摘要][在线阅读][下载 742K]
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  • 在用国Ⅳ公交车燃用B5生物柴油的排放特性

    胡志远;谢亚飞;谭丕强;楼狄明;

    以一辆满足国Ⅳ排放的柴油公交车为试验样车,在重型底盘测功机上分别进行燃用柴油和B5生物柴油的中国典型城市公交车循环(CCBC)排放特性试验,分析了该车燃用B5生物柴油CCBC循环的气态物和颗粒物排放特性.结果表明:CCBC循环的发动机工况主要集中在900~1 100r·min-1和200~500N·m,呈明显的低速、中低负荷特征;该车燃用柴油和B5低速行驶的总碳氢(THC)和NO_X、颗粒质量(PM)和颗粒数量(PN)单位里程排放因子较高,高速行驶的CO单位里程排放因子较高.与柴油比较,该车燃用B5的THC和NOX排放增加,CO和PM排放降低,PN排放基本相当.其中,车辆怠速、中低速加速行驶的THC排放率较高,中低速加速行驶的NO_X排放率相对较高,中高速加速、高速匀速行驶的PN较多是导致该车燃用B5的THC,NO_X和PN增加的主要原因.除低、中速加速CO排放较高,低速加速/减速/匀速PM排放率较高之外,其他工况的CO和PM排放降低是导致该车燃用B5的CO和PM降低的主要原因.

    2016年04期 v.44 625-631页 [查看摘要][在线阅读][下载 847K]
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  • 汽车统一诊断服务诊断协议栈网络层测试方法

    罗峰;郁静华;

    提出了一种基于CAN总线的汽车统一诊断服务(UDS)诊断协议栈开发过程中的网络层功能测试方法.利用AutoCAN总线设计工具,将位于PC机的上层测试仪与搭载有被测协议栈的下层测试仪连接,形成实际总线测试网络.通过参数分层法,结合实际被测协议栈通信要求,建立测试用例集,并据此编写测试脚本和仿真运行.通过监控每一条测试用例的报文流记录,判断其是否符合测试要求.该方法能够实现UDS诊断协议栈的网络层测试,验证网络层是否符合国际标准.

    2016年04期 v.44 632-636页 [查看摘要][在线阅读][下载 508K]
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  • 矩形盾构管片拼装机同步控制系统的设计

    卞永明;方晓骏;杨濛;金晓林;

    针对矩形盾构管片拼装机拼装拱顶块和拱底块时需要同步控制两台机械手的问题,设计了基于CAN(Controller Area Network)总线的同步控制系统并采用同步PID(Proportion Integral Derivative)算法实现对同步误差的控制.对同步控制系统的工作原理以及系统的网络架构做了分析.建立了矩形盾构管片拼装机两台机械手沿径向的立柱同步升降和沿轴向的同步拼装头移动同步控制系统的仿真模型,并对这两个动作的同步PID控制性能进行仿真分析.通过矩形盾构管片同步立柱升降和同步拼装头移动的实验对同步控制性能进行验证,结果表明,同步PID算法可减小同步误差并将立柱升降同步误差控制在±3 mm之间,拼装头移动同步误差控制在不超过±1 mm,显示了同步PID控制在矩形盾构管片拼装过程中的有效性与可实现性.

    2016年04期 v.44 637-644页 [查看摘要][在线阅读][下载 1678K]
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电子、计算机、控制与系统

  • 基于稀疏保持拉普拉斯判别分析的特征提取算法

    任迎春;王志成;赵卫东;彭磊;

    针对稀疏保持投影算法在特征提取过程中无监督和l1范数优化计算量较大的问题,提出一种基于稀疏保持拉普拉斯判别分析的快速特征提取算法.首先通过逐类主元分析(PCA)构造级联字典,并基于该字典通过最小二乘法快速学习稀疏保持结构;其次利用学习到的稀疏表示结构正则化拉普拉斯判别项达到既考虑判别效率又保持稀疏表示结构的目的;所提算法最终转化为一个求解广义特征值问题.在公共人脸数据库(Yale,ORL和扩展Yale B)的测试结果验证了该方法的可行性和有效性.

    2016年04期 v.44 645-650页 [查看摘要][在线阅读][下载 404K]
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  • 基于观测器的不匹配未知输入系统的滑模控制

    朱芳来;于胜志;张建成;

    对具有不匹配时变未知输入的线性系统,研究了基于观测器的滑模控制器设计方法.首先,设计了一种与控制输入无关、能直接抵消未知输入影响的降维观测器.通过该观测器估计系统状态,并提出了一种未知输入代数重构方法,进而利用高增益滑模观测器给出了未知输入一阶微分的渐近估计方法.最后,提出了一种基于系统状态估计、未知输入重构及未知输入一阶微分估计滑模控制器新的设计方法,并通过仿真分析,论证了该方法的可行性和正确性.

    2016年04期 v.44 651-656页 [查看摘要][在线阅读][下载 441K]
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  • 《同济大学学报(自然科学版)》投稿启事

    <正>《同济大学学报(自然科学版)》是由同济大学主办的自然科学综合性学术期刊,主要刊登国内外工程建设领域的土木建设、交通运输、环境、海洋、测绘、材料、机电、计算机、通信等学科的高水平创新研究成果。本刊为中国自然科学核心期刊和中国科技论文统计用刊源之一,并被EI等40个国内外权威检索系统收录。

    2016年04期 v.44 657页 [查看摘要][在线阅读][下载 395K]
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