东北大学学报（自然科学版）

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基于级联滤波锁相环的电网信号同步方法

王安娜，唐爱博，刘宇凝，宋崇辉

2020, 41 (4): 457-463. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.001

摘要 ( 728 )

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PDF(871KB) ( 974 )

针对电网故障条件下，传统SRF-PLL在进行电网信号同步时存在频率和相位信号检测误差较大的问题，提出了一种基于级联滤波锁相环的电网信号同步方法.在QT1-PLL中，利用级联滤波结构改善系统的滤波性能，并使系统的响应速度得到提升.在锁相环路内增加相位和幅值补偿环节以消除电网频率偏移对锁相结果的影响.仿真和实验结果表明:在电压信号发生20°的相位跳变和4Hz的频率跳变时，可以在1.5个电网周期内实现对频率和相位的准确检测；频率和相位超调量分别为0.5Hz和4°时，满足并网系统快速准确的要求，验证了所提理论的正确性和有效性.

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基于马尔可夫毯的贝叶斯网络结构学习算法

赵建喆，吴辰铌，王兴伟，裴丽亚

2020, 41 (4): 464-470. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.002

摘要 ( 722 )

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PDF(446KB) ( 1014 )

贝叶斯网络图结构的自动学习是机器学习中的一个挑战，针对传统算法学习效率低、难于去除冗余边及确定结构中边的方向等问题，提出了一种基于马尔可夫毯的贝叶斯网络结构学习算法.该算法改进了经典的马尔可夫毯学习算法，使之减少条件独立检验次数，并在后续确定有向结构方面更适应贝叶斯网络结构学习，同时给出了两种有向边方向确定的一般性解决方案，有效提高了学习算法的学习效率.最后建立了基于贝叶斯网络的互联云QoE评价模型，并进行了仿真实验，结果表明改进后的学习算法在预测准确率、学习效率上均优于传统算法.

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基于连续最大流的三维肺实质快速分割算法

赵海，周冰玲，朱宏博，窦圣昶

2020, 41 (4): 470-474. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.003

摘要 ( 647 )

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PDF(866KB) ( 797 )

肺结节是肺癌的表征形式，形状结构多样且易与正常组织产生粘连，使分割存在困难.提出了一种基于空间约束的三维肺实质分割算法，实现对肺实质组织的分割及目标区域的获取.首先使用SLIC方法将二维CT序列图像构建成超像素图像矩阵，并对矩阵进行稀疏化处理，降低矩阵维度.然后连接相邻切片间的超像素构造肺实质组织的三维结构.最后采用连续最大流方法对构造的三维肺部结构进行分割.实验结果表明，所提算法能够快速准确地分割三维肺实质组织，对不同类型肺结节的分割均取得较好结果，具有一定的临床应用价值.

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CVaR准则下考虑过度自信行为的报童模型研究

陈克贵，黄敏，王新宇

2020, 41 (4): 475-481. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.004

摘要 ( 670 )

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PDF(637KB) ( 717 )

为研究风险厌恶零售商对随机市场需求的信念有过度自信行为时的订货策略，以CVaR作为风险度量准则，建立了CVaR下过度自信的报童模型.探讨风险厌恶程度和过度自信行为对零售商的最优订货决策及相应条件风险值的影响，分析过度自信零售商和完全理性零售商的信念条件风险值与实际条件风险值.研究结果发现:在一定风险水平下，过度自信导致零售商条件风险值降低且订货量偏离完全理性时的情形.数值算例验证了模型的有效性，为现实中零售商的订货决策提供了理论支持.

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基于中值滤波和分数阶滤波的图像去噪与增强算法

张雪峰，闫慧

2020, 41 (4): 482-487. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.005

摘要 ( 780 )

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PDF(1573KB) ( 1197 )

为了避免经典中值滤波器对图像的模糊化，设计了一个噪声检测模型.通过对噪声的检测，设计了一种开关滤波器.当检测点为噪声时，使用中值滤波器进行去噪；当检测点为非噪声点时，利用分数阶微分滤波器对图像进行增强.所提算法不仅能有效地去除图像中的椒盐噪声，还能对图像进行增强，使图像在边缘突出的情况下完好地保留细节.选择“Lena”等经典图像进行多次实验与分析，结果表明了所提算法在图像去噪和增强方面的有效性.

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全局混沌蝙蝠优化算法

崔雪婷，李颖，范嘉豪

2020, 41 (4): 488-492. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.006

摘要 ( 708 )

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PDF(370KB) ( 853 )

为提高蝙蝠算法进行特征选择的正确率，提出全局混沌蝙蝠优化算法(GCBA).首先，GCBA采用混沌映射方法使种群的初始化能够遍历整个解空间，获取蝙蝠初始的最优位置，使其具有更加丰富的种群，解决了初始化种群随机性的问题.同时，GCBA引入当前粒子的最优解和当前种群的最优解跳出局部最优解，可有效避免算法早熟，有利于提高算法的全局搜索能力.蝙蝠算法(BA)、粒子群算法(PSO)与遗传算法(GA)在10个数据集上的测试结果表明，所提算法具有更高的分类精度和更强的跳出局部最优的能力.

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电动汽车动力电池健康状态在线估算方法

刘芳，刘欣怡，苏卫星，林辉

2020, 41 (4): 492-498. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.007

摘要 ( 1128 )

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PDF(767KB) ( 940 )

针对电动汽车动力电池SOH(state of health)的估算问题，提出一种可以在线运行的有效估算方法.其优势在于仅依托电池管理系统实时测量电压、电流等数据，无需离线电池寿命衰退曲线及电池的初始状态，因此更符合电动汽车对于SOH估算问题的实际需求.在电池恒流充电模式下，以Thevenin及OCV-SOC模型为基础，构建以时间和SOH为隐变量的电池模型.基于此电池模型，提出利用NLS(nonlinear least square)初始化GA搜索范围的快速求解算法进行在线参数辨识，得到电动汽车实时的SOH估计值.验证结果表明SOH估计算法具有较好的实用性及较高的估算精度.

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时效温度对890MPa级含铜钢组织与性能的影响

阚立烨，叶其斌，王益民，王昭东

2020, 41 (4): 499-504. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.008

摘要 ( 648 )

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PDF(5630KB) ( 701 )

根据纳米析出强化机制，设计了一种屈服强度为890MPa的超高强海洋工程用钢——NEU890钢.在相同固溶条件下，研究了时效温度对NEU890钢显微组织、室温拉伸性能、-40℃ Charpy冲击功的影响.用透射电子显微镜分析纳米级析出相分布，并计算出其强度贡献值.结果表明，固溶态试样屈服强度为852MPa，500℃时效屈服强度达到峰值1026MPa，呈现典型时效析出强化特征.NEU890钢的脆性时效温度区间为300~500℃.当时效温度为550~600℃时，NEU890钢的屈服强度为994~910MPa，-40℃冲击功为108~166J，可满足EQ91钢拉伸和冲击性能指标要求.

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超超临界火电站用COST-FB2转子钢控氮工艺研究

彭雷朕，姜周华，耿鑫，李晓凯

2020, 41 (4): 505-510. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.009

摘要 ( 653 )

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PDF(662KB) ( 647 )

利用30kg真空感应炉进行不同氮分压和渗氮时间条件下的气相渗氮实验和热力学计算，研究COST-FB2钢的气相渗氮工艺.使用ARL4460直读光谱仪、TC-500气体分析仪、HIR-944B红外分析仪等对冶炼铸锭中部成分进行分析.结果表明:渗氮压力≤20kPa时，计算值和实验值吻合较好；气相渗氮是一级反应，渗氮时间为15min时，钢中氮含量达到平衡值；氮分压为1.5~6kPa时，COST-FB2钢中氮的质量分数可控制在0.015%~0.03%；为了避免浇铸过程中铸锭内部形成气孔缺陷，宜采用加压浇铸，压力至少为20kPa；为避免钢中大颗粒BN的形成，钢中氮的质量分数应控制在0.015%~0.02%，冶炼时，氮分压应控制为1.5~3kPa.

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CaF₂对CaO-Al₂O₃-CaF₂熔体结构影响的分子动力学研究

张晓博，刘承军，姜茂发

2020, 41 (4): 510-515. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.010

摘要 ( 666 )

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PDF(1275KB) ( 923 )

采用分子动力学的方法研究了不同CaF₂含量下CaO-Al₂O₃-CaF₂三元渣系熔体结构的变化规律，包括熔渣的短程结构、中程结构和键角的变化.结果表明:Ca—F，Al—F，Ca—O，Al—O的平均键长分别为0.2345，0.1895，0.2325，0.1745nm.随着CaF₂的加入，Ca²⁺与配位的阴离子(O^2-，F^-)存在动态平衡现象，总配位数维持在6~7之间.研究体系中Al—O四面体结构存在由复杂(Q⁴和Q³)向简单(Q²和Q¹)的转变，同时还会发生Al—O四面体［AlO₄］^5-向［AlO₃F］^4-结构的转变，两种转变的综合作用使熔体的网络结构解聚，为CaF₂改善CaO-Al₂O₃-CaF₂熔渣的流动性提供了合理的微观解释.键角分析表明F^-在体系中更多的是替换原来O^2-的位置，以Al³⁺为核心的网络结构依然为四面体结构，没有引起大规模的原子重新排列.

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Ω形阶梯径向流变压吸附床制氧特性的数值模拟

冯明杰，徐凤森，周帅磊

2020, 41 (4): 516-520. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.011

摘要 ( 662 )

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PDF(1291KB) ( 620 )

为了提高PSA制氧设备的性能，设计了一种Ω形阶梯径向流吸附床.以Fluent 16.0为计算平台，采用数值模拟的方法研究了该吸附床的流场、浓度场、制氧特性和床层穿透时间等参数的变化规律，并与传统的Π形径向流吸附床进行了比较.结果表明:在同样条件下，与Π形床相比，Ω形阶梯径向流吸附床的穿透时间显著延长，流动不均匀区显著缩小；Ω形阶梯径向流吸附床成品气O₂的摩尔分数可达91.8%，Π形床仅为87.1%.在吸附阶段，两种吸附床内O₂的高摩尔分数区外形存在明显差异，Ω形阶梯径向流吸附床内O₂的高摩尔分数区以近圆杯状向前推进，Π形床则以长圆锥状向前推进.

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不确定结构的区间可靠性优化设计

王新刚，徐馷悉，李尚杰，马瑞敏

2020, 41 (4): 521-527. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.012

摘要 ( 645 )

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PDF(959KB) ( 743 )

对不确定结构的区间可靠性进行了研究，建立了基于区间可靠性的优化设计模型.采用结合嵌套遗传算法和径向基函数神经网络的模型，进行区间的直接优化，解决了基于区间可靠性的优化设计求解问题，避免了间接模型的复杂转换过程.充分考虑了实际工程中设计向量存在扰动的情况，提出了该情况下目标函数波动的约束，使目标函数和约束函数在扰动下依然满足可靠性要求.通过数值算例验证了模型的有效性和优越性.将所提出的模型用于具有区间不确定参数的行车平板优化，结果表明了所提方法的可行性和工程有效性.

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基于物理建模法的加工中心主轴热误差建模

康程铭，赵春雨，付立新

2020, 41 (4): 528-533. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.013

摘要 ( 622 )

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PDF(1533KB) ( 855 )

针对主轴热误差对机床精度稳定性产生严重影响的问题，提出了一种基于传热理论及热变形机理的主轴热误差预测模型.首先，基于传热机理分析推导出主轴系统的实时温度场模型.然后，根据机床结构尺寸对主轴热变形进行机理分析，并利用物理建模法得到温度场与热误差的关系.最后，在两台同类型的立式加工中心上进行主轴热误差仿真和实验验证.结果表明:主轴热误差模型的平均预测精度达到了95.0%，这证明了该模型具有很高的精度和强鲁棒性.

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不同姿势对脊椎胸腰节段爆裂骨折的影响

李武杰，郭立新

2020, 41 (4): 534-540. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.014

摘要 ( 676 )

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PDF(1381KB) ( 571 )

根据临床医学的统计结果，建立了一个比较完整详细的T12-L2胸腰椎节段的脊椎有限元模型，并赋予模型带有失效准则的非线性材料属性来研究不同姿势下脊椎爆裂骨折的生物力学原理.垂直压缩载荷由一个刚体球垂直碰撞脊椎模型产生.在碰撞之前，脊椎模型分别处于直立、前屈、后伸的姿势下，由此获得3种姿势下的骨折过程和评估爆裂骨折程度的纵向高度、横向宽度和关节突接触力的评价参数.研究结果表明，后伸姿势下椎管狭窄程度最大，爆裂骨折程度最严重.

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Al₂O₃陶瓷的激光辅助磨削机理

马哲伦，于奎东，董金龙，于天彪

2020, 41 (4): 541-546. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.015

摘要 ( 780 )

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PDF(2607KB) ( 1158 )

针对氧化铝陶瓷难加工、加工表面质量差等问题，进行了激光辅助热磨削加工的研究.根据氧化铝陶瓷的热物理性能参数，分析了激光辅助磨削热加工机理，搭建激光辅助磨削加工实验系统，进行激光辅助磨削与常规磨削加工实验.采用扫描电子显微镜(SEM)和激光共聚焦分析加工后的工件表面.结果表明:采用激光辅助磨削加工氧化铝陶瓷可改变材料的去除方式，使陶瓷的脆性去除变为塑性去除；与常规磨削加工相比，加工表面形貌脆性断裂减少，表面粗糙度值更低，表面质量更好，砂轮使用寿命延长.

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预应力时效性对磨削强化表面应力的影响

牛艺静，孙聪，庞刚，修世超

2020, 41 (4): 546-550. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.016

摘要 ( 582 )

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PDF(1913KB) ( 698 )

为了获得不同预应力卸载时间的磨削硬化层残余应力值及马氏体含量，进行了预应力淬硬磨削实验.对预应力磨削进行仿真，得到了工件表层的温度变化情况及预应力卸载时间对表面机械热应力的影响.结合实验数据和仿真模拟，讨论了预应力时效性对相变和相变应力的影响.结果表明:在7s内，预应力具有一定的时效性；随着卸载时间的增加，晶体内部晶界伸长，马氏体含量有所增加，加工表面残余压应力增加.

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钛合金激光熔丝增材制造的温度场与应力场模拟

任朝晖，刘振，周世华，段景曦

2020, 41 (4): 551-556. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.017

摘要 ( 673 )

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PDF(2014KB) ( 1098 )

激光熔丝增材成形过程中复杂热循环和残余应力分布会使沉积层产生较大的变形甚至开裂.利用ABAQUS软件建立其完全热力耦合有限元模型，采用移动热源子程序模拟激光加载，生死单元技术模拟材料的添加.综合考虑了材料的熔化潜热、对流/辐射换热边界条件、随温度变化的材料非线性等问题，研究Ti-6Al-4V 钛合金单道多层薄壁件沉积过程中的热循环特性和残余应力分布.结果表明:沉积成形经历了快速加热、快速冷却的过程，随着层数的增加，热累积效应增强；沉积层整体呈拉应力状态，易产生裂纹等缺陷.

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牙科氧化锆陶瓷微尺度磨削力研究

周云光，董彪，岳新伟，谭雁清

2020, 41 (4): 557-562. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.018

摘要 ( 689 )

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PDF(704KB) ( 702 )

基于带有圆弧刃角的圆锥状磨粒形状和突出高度服从瑞利分布的假设，建立单颗磨粒未变形切削厚度数学模型.根据微磨削力的三种不同来源，以单颗磨粒为研究对象，建立磨削过程中单颗磨粒的切削变形力、耕犁力和摩擦力理论模型.结合单位面积内的磨粒数目，建立微磨削力的理论模型.切向磨削力和法向磨削力预测模型的验证结果表明:切向磨削力理论值与实验值平均误差为7.32%，最大误差小于10%；法向磨削力的平均误差为8.18%，最大误差小于20%.

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基于高压电脉冲的磁铁石英岩预处理

高鹏，韩力仁，袁帅，陈洪运

2020, 41 (4): 563-568. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.019

摘要 ( 684 )

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PDF(1668KB) ( 801 )

采用一种新型实验室高压电脉冲矿石预处理技术及“预处理—破碎—磨矿—弱磁选”流程，考察了高压电脉冲预处理技术对大孤山磁铁石英岩的粉碎产品及磁选精矿品位的影响.试验结果表明，在磨矿浓度为70%，磨矿时间为3min，磁场强度为111.4kA/m，磁选时间为3min的条件下，预处理磁选精矿品位提高7.26%.单体解离度分析表明，预处理产品的粒级分布更均匀，有用矿物的单体解离度提高17.78%(-0.50mm粒级).采用SEM观察其微观结构，预处理破碎产品内部的裂纹主要在相邻的不同矿物界面之间产生并发展.高压电脉冲预处理技术通过促进矿石内部不同矿物晶界处微裂纹的产生和发展，减少磨矿时间，从而降低能耗.

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抚顺西露天矿区土壤重金属污染及潜在风险评价

姜彬慧，张博，王雪峰，姜琦

2020, 41 (4): 568-574. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.020

摘要 ( 1951 )

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PDF(558KB) ( 941 )

通过对矿区地上典型区域土壤重金属含量的测定，确定了Cd是矿区土壤中重金属污染的特征元素；利用单因子污染指数法、内梅罗污染指数法和潜在生态危害指数法评估该区域土壤重金属污染程度和潜在生态风险.结果表明: Cd的单元素污染负荷指数和内梅罗污染指数平均值分别为4.06和5.32，属于重度污染水平.3个生态修复区域的内梅罗污染指数在2.07~4.57之间，其中南帮自然生态恢复区(SNER)属于重度污染，其他区域为中度污染；矿区土壤重金属潜在生态风险指数介于98.62~224.55之间，SNER区域达到中等危害水平，其余区域为轻度生态危害.

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FCSR新型管幕构件抗弯性能试验研究及数值分析

赵文，张超哲，王志国，贾鹏蛟

2020, 41 (4): 575-580. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.021

摘要 ( 660 )

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PDF(1037KB) ( 760 )

基于翼缘板-槽钢连接的新型管幕构件(flange-channel steel roof，FCSR)室内抗弯试验，研究了FCSR新型管幕构件的工作机理和破坏模式.为充分研究钢管壁厚、翼缘板厚度、混凝土强度和钢管间距等结构关键参数对FCSR管幕构件抗弯性能的影响，通过ABAQUS软件建立了FCSR管幕构件的有限元模型.研究结果表明:构件发生明显的延性破坏，具有较高的横向刚度；钢管壁厚和混凝土强度对构件承载力具有一定的影响，翼缘板厚度对承载力影响不明显，钢管间距对承载力影响较为明显.研究结果可为新型管幕结构的应用提供一定的依据.

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矿渣-钢渣-石膏体系早期水化反应中的协同作用

李颖，吴保华，倪文，牟欣丽

2020, 41 (4): 581-586. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.022

摘要 ( 812 )

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PDF(2643KB) ( 1266 )

研究了矿渣-钢渣-石膏体系在水化早期的反应过程，侧重于分析单独变量条件下早期水化产物的种类、产生时间、相对产生量和微观形貌.结果表明:石膏和钢渣都可以激发矿渣水化，在矿渣-钢渣-石膏胶凝材料体系的早期水化过程中，矿渣、钢渣及石膏能够产生以生成钙矾石为驱动力的协同作用，主要水化产物是钙矾石和C-S-H凝胶.钢渣及钢渣与石膏混合物的极早期水化速度很快，对调节矿渣-钢渣-石膏胶凝材料体系的凝结时间具有重要意义.

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不同规格节流孔板的节流和声学特性

谢辉，戈禧芸，刘建，刘帅

2020, 41 (4): 587-593. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.023

摘要 ( 752 )

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PDF(1278KB) ( 1064 )

为探究节流孔板开孔形状及结构对管道压降效果及振动辐射噪声的影响，在消声室内对开孔面积相同的圆形和方形节流孔板、开孔面积不同的圆形节流孔板、圆形台阶状节流孔板进行了振动及声压级测试，并通过仿真模拟分析了不同节流孔板性能差异的内在机理.结果表明:方形节流管道的流体在运行过程中的机械能损失最大，与同样开孔面积的圆形节流管道的压降最大相差12.6kPa，且该管道测点在全频域范围内的应变幅值和声压级均明显高于其他3种管道；台阶形节流孔板使管内流体局部最小压力有效提升，减少汽蚀的产生，故该管道辐射声压级最小.

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考虑跳跃和杠杆效应的股市多分形波动率建模

张同辉，苑莹，庄新田

2020, 41 (4): 594-598. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.024

摘要 ( 660 )

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PDF(371KB) ( 692 )

考虑股票市场中存在的跳跃行为和杠杆效应等特征，在HAR模型基础上，构建了一种新的多分形波动率模型.以上证指数和深证成指每5min高频数据为研究样本，运用“模型信度设定”(MCS)检验方法，实证对比了各波动率模型在高波动和低波动两个子样本期对我国股市的预测能力.实证研究结果表明，所提出的多分形波动率测度指标及其计量模型具有较好的预测作用，特别是在高(极端)波动时期其优势更为突出；研究结果有望为金融风险(特别是极端风险)的管理与控制提供新思路与新方法.

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基于结构方程的中国省域技术创新能力评价

陈阳，易平涛，李伟伟

2020, 41 (4): 599-604. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.025

摘要 ( 517 )

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PDF(431KB) ( 637 )

从创新环境、创新投入和创新产出三个维度选取指标，构建技术创新能力评价指标体系.针对指标体系具有递阶结构特征及存在相关关系问题，提出一种融合指标间接重要性的SEM-G评价模型，并对中国2009—2017年30省份的技术创新能力进行了评价分析.评价结果表明:中国30省份的技术创新能力相对较弱，大部分省份的技术创新能力发展势头不足；创新环境、创新投入和创新产出之间水平差距显著，且不同创新要素之间的均衡性偏低，并在此基础上给出了相应的建议.

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带有变号格林函数的二阶边值问题正解

张国伟，曲雪冰

2020, 41 (4): 604-608. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.04.026

摘要 ( 569 )

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PDF(361KB) ( 646 )

研究了一类带有变号格林函数的二阶边值问题正解的存在性，格林函数变号由边值条件中系数的不同取值所致，这与文献中通常由未知函数一次项系数的变化导致格林函数变号不同.没有非线性项非负的限制时，通过对格林函数的正部和负部赋予约束条件，证明了二阶边值问题正解的存在性.利用两个具体例子说明了理论结果的有效性，例子中边值条件的系数包含了正的和负的两种情形.另外对两类不同的边值条件给出了说明.

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