水利水电工程

  • 基于物理水文模型的不确定性分析

    张平;夏军;邹磊;黄金凤;

    基于物理基础的水文模型预测精度受不确定性影响显著,分析这些不确定性因素对模型预测精度的提高十分必要.目前对于水文模型不确定性研究比较成熟,众多专家已经提出了模型不确定分析的框架,同时设计了一些模型优化算法,但较为缺乏针对模型结构不确定性研究的系统内容.通过选择具有物理基础的水文模型——HYDRUS,分别开展模型参数和结构的不确定性研究.结果表明,详实的观测信息是模型选择不可缺少的;不同时间点的模型信息对模型的确定更为有用;在选择模型时,应充分了解真实结构信息,减少因模型结构误差所带来的模型预测不确定性.在目标函数的选择上,也应充分考虑模型结构的不确定性.要减少模型不确定性,必须加强对模型参数和结构的认识.

    2016年04期 v.49;No.241 481-486页 [查看摘要][在线阅读][下载 137K]
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  • 圆管中湍旋流的精细模拟与总流机械能损失

    高兴;刘士和;王之婳;

    湍旋流广泛存在于自然界与工程实际中,其流动特性及机械能损失的研究具有很高的理论意义与工程价值.通过开发数值旋流生成装置,采用雷诺应力模式封闭雷诺时均方程及有针对性的网格布置,实现了对圆管中湍旋流的三维精细模拟.计算成果表明:1)湍旋流的旋流数沿程呈分段指数衰减,其衰减系数有随雷诺数的增加而减小的趋势;2)湍旋流的切向时均流速沿径向的变化在旋流数较大时可近似用组合涡的速度分布来描述;3)与一般恒定均匀圆管湍流的总流机械能损失系数相比,带有旋流的圆管湍流的总流机械能损失系数要普遍大于前者,且旋流数越大,总流机械能损失系数越大.

    2016年04期 v.49;No.241 487-491页 [查看摘要][在线阅读][下载 435K]
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  • 严寒地区混凝土重力坝表面永久保温敷设时间

    王南;何蕴龙;

    位于严寒地区的混凝土重力坝,一般内外温差较大,极易产生表面裂缝,须对其表面施加永久保温层.目前对于保温敷设时间的研究较少,具体施工也没有统一的标准,规范也未给出详细的规定.运用三维有限元仿真计算方法,以呼和浩特抽水蓄能电站拦河大坝工程为例,对比分析了不施加表面保温层以及表面保温层不同敷设时间情况下的温度场和温度应力场的分布规律,得到了严寒地区混凝土重力坝表面保温层敷设的效果以及合理的敷设时间.结果表明保温降低温度应力显著,同时合理的保温敷设时间和浇筑月份相关且浇筑时间距离冬季越近保温应该越早,为其他类似工程的表面保温敷设时间提供参考.

    2016年04期 v.49;No.241 492-499+508页 [查看摘要][在线阅读][下载 521K]
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  • 基于光滑节理模型的岩体水力压裂数值模拟

    王涛;周炜波;徐大朋;曾俊;

    水力压裂是许多工程中非常关注的问题,自然情况下的岩体由于经历反复的地质作用往往会形成大量的结构面,结构面的存在影响并制约着岩体的性质.基于颗粒离散元程序对页岩水力压裂进行了数值模拟,采用颗粒粘结模型及光滑节理模型分别模拟完整岩石与节理面,对比分析了完整岩石以及存在节理面的岩体在高压水作用下的裂缝扩展及分布规律.研究发现:对完整岩石进行水力压裂可以获得较为完整的裂缝,且裂缝基本上沿着平行于最大主应力的方向扩展.节理面的存在对页岩水力压裂裂缝的扩展具有诱导作用,数值模拟结果显示除了注水孔周边,裂缝基本上沿着节理面扩展.

    2016年04期 v.49;No.241 500-508页 [查看摘要][在线阅读][下载 879K]
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  • 原型混流式水轮机压力脉动特性CFD模拟分析

    尤建锋;程永光;付亮;夏林生;蒋勇其;

    水轮机压力脉动与流动特性紧密关联.在保证CFD模拟与原型试验结果吻合的基础上,对覆盖某原型水轮机运行区间的25个稳态工况进行了模拟,分析了压力脉动特性及流态特性的对应关系.结果表明,该水轮机存在不稳定的运行开度区间,区间大小和位置随水头而变动;转轮内存在叶道涡,尾水管内存在碎涡及螺旋涡带,碎涡相互干扰使得尾水管低频脉动丰富,螺旋涡带撞击尾水管壁面产生低频高幅脉动并向上游直线传播;动静干涉产生的高频高幅脉动幅值并非随导叶开度增加而成线性增大.该结论可为机组运行和振动特性研究奠定基础.

    2016年04期 v.49;No.241 509-515+520页 [查看摘要][在线阅读][下载 736K]
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  • 基于ANSYS二次开发的大体积混凝土温度徐变应力分析

    赵蒙屏;费文平;贾水欣;

    基于大型商业软件ANSYS提供的参数化设计语言(APDL)和用户可编程特性(UPFs),通过修改ANSYS提供的USERMAT.F源程序,将混凝土徐变模型和本构方程引入ANSYS.在USERMAT.F中通过高斯积分直接生成温度徐变荷载,实现混凝土温度徐变应力分析,克服了传统通过调用温度徐变荷载文件而计算效率较低的缺陷.研究表明:自定义编写开发的混凝土温度徐变应力计算模块,可高效求解大体积混凝土在水化热作用及天然冷却下产生的温度场及温度徐变应力场,并得到温度及应力的分布和变化规律.研究成果对ANSYS的二次开发具有重要的理论意义,对揭示混凝土早期应力变化规律具有工程指导价值.

    2016年04期 v.49;No.241 516-520页 [查看摘要][在线阅读][下载 232K]
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  • 非完全宽尾墩消能机理数值模拟

    董宗师;王均星;蔡芳;

    为研究一种联合消能结构——非完全宽尾墩、消力池和梯形墩相结合的结构在低Fr数下的消能机理,采用模型试验和数值模拟方法对河南省出山店水库泄洪表孔进行研究.数值计算所得水面线与模型试验所测结果吻合良好,说明数值模拟的可靠性.通过对宽尾墩和平尾墩消力池内部流场的对比分析,得到非完全宽尾墩提高消能效果的机理:非完全宽尾墩能使水流横向扩散的空间增大,增强消力池首部水流的立轴旋滚;消力池内存在较大的横向速度梯度,产生剧烈的紊流剪切和横向流动.相对于平尾墩消力池,宽尾墩消力池能较好地控制出池水流的流速及流态,减少下游河岸冲刷,在设计时可以予以参考.

    2016年04期 v.49;No.241 521-526页 [查看摘要][在线阅读][下载 477K]
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  • 不同调峰方式下三峡-葛洲坝梯级电站期望效益模型及应用

    王越;梅亚东;鲍正风;孔艳君;员江斌;

    考虑水电站参与调峰对时段平均出力的限制要求,结合实际电站的典型日出力过程与峰荷分布规律,以水电站的最大出力为随机变量,基于该随机变量服从指数分布的假设,以总调峰效益期望最大为目标,建立了长江三峡-葛洲坝梯级水电站长期优化调度模型,详细分析了三峡-葛洲坝电站单峰调峰、双峰调峰和逐月调峰3种调峰运行方式,计算了相应的分布参数和发电量.计算结果表明:该模型能在长期优化调度中更好地体现电力系统对水电的调峰需求,3种调峰方式运行下三峡-葛洲坝梯级多年平均电量分别是1 080、1 055、1 079亿kW·h,梯级调峰损失电量分别为9.9、34.6、9.5亿kW·h.

    2016年04期 v.49;No.241 527-532+538页 [查看摘要][在线阅读][下载 317K]
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  • 洪水中汽车滑移速度试验及应用

    果鹏;夏军强;李娜;陈倩;

    全球气候变化和城市化进程的不断加快使得城市暴雨洪涝灾害频繁发生,洪水中汽车滑移后有可能撞毁周边基础设施,危及行人生命安全.因此,有必要对洪水中汽车滑移速度开展力学分析及相应试验研究,为城市洪水风险评估提供科学参考.文章首先分析了洪水中汽车滑移状态时的受力情况,结合抛石落距和一维碰撞双自由度力学模型推导出洪水中汽车的滑移速度及其最大撞击力的计算公式;然后采用模型小车开展了汽车滑移及碰撞的水槽试验,得到不同来流情况下的汽车滑移速度和最大撞击力的试验数据;最后利用这些试验结果率定出公式中关键参数,计算了原型车辆在不同来流条件下的滑移速度和最大撞击力.

    2016年04期 v.49;No.241 533-538页 [查看摘要][在线阅读][下载 316K]
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  • 基于FLAC~(3D)的岩脉条件下地下洞室间距及围岩稳定分析

    卞志兵;高正夏;宗文亮;李建伟;代志坤;

    目前对于存在岩脉情况下的地下洞室间距和围岩稳定的研究较少,通过采用FLAC~(3D)有限差分的数值分析方法,对岩脉条件下的抽水蓄能电站地下洞室间距问题进行研究分析.以惠州抽水蓄能电站为例,对比分析了地下厂房围岩在不同设计方案下的应力、位移以及塑性区的分布特征,结果显示,在岩脉部位出现了应力集中、位移较大及塑性区增大的现象,根据结果确定了主厂房与主变洞的合理间距.并分析了该间距在锚杆支护条件下的围岩稳定性,总结得出了岩脉在地下洞室间距的确定过程中的影响特征及其对围岩稳定的影响,对与此相类似的工程起到一定的参考和指导作用.

    2016年04期 v.49;No.241 539-543+558页 [查看摘要][在线阅读][下载 428K]
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土木建筑工程

  • 后祠改(扩)建隧道施工方案优化分析

    刘泉声;孙兴山;苏兴矩;钟元庆;

    隧道改(扩)建包括增加新隧道和原位扩建隧道,施工工序复杂,对围岩结构的扰动较大,不同的施工方案对岩体的稳定性有着重要的影响.结合后祠隧道扩建工程实际,建立大跨度扩建隧道三维有限元分析模型,模拟了3种施工方案,研究不同施工方案下围岩的稳定性.对比分析了不同方案下原位扩建隧道位移的变化和应力分布特征,探讨了隧道扩建过程对既有隧道的影响.计算结果表明,围岩的位移随开挖进尺的增加而不断增大,增大的趋势由快变慢.隧道拱脚为压应力分布区,隧道拱顶和底板为较小的压应力.考虑到施工的方便性和经济性,原位扩建隧道采用中隔壁法进行施工时,对隧道自身和既有隧道的影响较小,为最优的施工方案,隧道开挖后及时施作衬砌结构可有效地控制围岩的变形,保证施工的安全.最后,结合新建隧道现场的监测数据,论证了计算过程的合理性.

    2016年04期 v.49;No.241 544-551页 [查看摘要][在线阅读][下载 665K]
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  • 车辆超载作用下层间接触条件变化对沥青路面性能的影响

    罗要飞;张争奇;张苛;

    为探究车辆超载与层间接触光滑状态耦合作用下,沥青路面结构力学特性的变化规律,选取典型的半刚性基层路面结构,借助BISAR3.0软件中提供的剪切弹性柔量接触模型,分析不同轴载作用下沥青路面基-面层层间接触处于极端状态时的弯沉值、拉应力、剪应力及路面疲劳寿命变化量,并进一步探讨二者对力学特性的影响程度.结果表明:在车辆超载及基-面层间接触光滑状态耦合作用下,沥青路面结构内评价指标变化显著,且明显大于单一因素对性能的影响;下面层结构内拉应力及剪应力受层间接触条件及车辆轴载的影响较大.在选定的分析条件中,最不利状况与标准状态相比,弯沉值增幅159.5%;沥青层结构内剪应力涨幅为74.6%;半刚性材料结构层内拉应力值涨幅180.7%;车辆超载及层间接触条件恶化,致使路面产生病害的几率增大,使用寿命严重缩短.

    2016年04期 v.49;No.241 552-558页 [查看摘要][在线阅读][下载 158K]
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  • 加铺路面中土工布夹层抗反射裂缝性能的影响因素

    张海伟;郝培文;江洲;庞渊;

    为评价土工布夹层的抗反射裂缝性能,制备了带切缝的复合梁试件,采用动态加载试验方法,以承载次数和提升系数为指标研究了粘层油洒布量、路面服役温度、荷载水平等因素对土工布夹层抗反射裂缝性能的影响规律.结果表明:设置土工布夹层可使复合梁抗反射裂缝能力得到显著提升;随着土工布夹层粘层油用量的增加,含土工布夹层复合梁的承载次数呈现先增加后减小的变化规律,表明粘层油用量存在最佳值;当试验温度或施加荷载提高后,含土工布夹层复合梁试件的承载次数迅速衰减,但降低程度远小于普通复合梁,表明土工布夹层存在可改变复合梁结构对荷载和温度的敏感性.

    2016年04期 v.49;No.241 559-564+571页 [查看摘要][在线阅读][下载 274K]
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  • 循环荷载下郑汴物流通道粉土路基的液化特性

    杨琳;何亚伯;

    在高等级公路和市政道路的建设中,如果遇到特殊地基处理不当往往会导致强度问题和沉降变形问题,影响道路的正常使用.鉴于此,利用动三轴进行室内试验,分析郑汴物流通道的路基施工过程中土体变化的规律.试验采用美国GCTS公司生产的STX-200双向动三轴仪进行,建立循环荷载次数、荷载频率、围压、轴压、偏应力等影响因素的郑汴物流通道软土路基的液化特性研究.试验结果表明,低频循环动载下土体的应力-应变曲线变化幅值小,高频循环动载下土体应力下降快且变化幅值大;随着循环次数增加,土体的孔隙水压上升加速,有效平均压应力减小幅值逐渐增大;粉土试样孔隙水压力变化随循环次数的变化而变化.

    2016年04期 v.49;No.241 565-571页 [查看摘要][在线阅读][下载 409K]
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  • 动荷载作用下的智能骨料力电效应仿真分析

    杜国锋;何明星;吴方红;别雪梦;

    将压电陶瓷片使用环氧树脂进行防水和绝缘处理后封装在大理石块内形成"智能骨料",为研究智能骨料在单向动力荷载作用下的工作机理和性能,进行了理论分析和数值模拟计算.通过压电方程建立压电陶瓷片电压与电荷量数学关系,进而推导出电压与应力的数学模型.在理论分析的前提下,利用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,选用C3D8E压电单元模拟压电陶瓷片,选用C3D8R单元模拟大理石块和环氧树脂,最终建立智能骨料外加动荷载与压电陶瓷片输出电压之间的数学模型.结果表明:数值模拟结果与理论分析结果一致性较好,说明利用该方法制作的智能骨料可以较好地用于监测结构内部动应力.

    2016年04期 v.49;No.241 572-576+584页 [查看摘要][在线阅读][下载 381K]
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电气工程

  • 双回并行超高压输电线路无线电干扰计算方法

    安晨帆;杜志叶;甘艳;李慧慧;周涛涛;

    针对超高压输电线路无线电干扰计算问题,分析了国内外各研究机构推荐的经验公式法和激发函数法的计算条件和参数差异,讨论了导线表面电场强度取值的方法.基于逐次镜像法计算导线表面电场强度,提高了各子导线表面电场强度的计算精度,并应用到各个推荐公式.对2条并行的500kV超高压输电线路进行计算,并与基于马克特-门德尔方法计算的表面电场进行对比,比较各种计算方法同实测结果之间的差异,讨论各种参数的适用条件,验证了该方法更适用于并行双回超高压线路的无线电干扰计算.基于本文确定的激发函数,研究了不同相序、对地高度、分裂间距、子导线直径对线路无线电干扰变化的影响,提出了减小线路下方无线电干扰的措施,为架空输电线路的建设提供参考.

    2016年04期 v.49;No.241 577-584页 [查看摘要][在线阅读][下载 359K]
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  • 一种基于VC++平台的输电线路防雷措施层次分析方法

    黄文武;杨旭;刘玉;王玮;姚森敬;鲁海亮;文习山;

    为克服目前防雷工作缺乏针对性、投入产出比不高的缺点,提出一种VC++编程自动推荐防雷措施的方法.基于杆塔所在地形地貌特征、杆塔结构、已有的绝缘配置、已采取的防雷措施、反击绕击跳闸率超标百分比等指标,初步确定备选的防雷改造措施;综合考虑跳闸率降低效果、改造费用、施工难易度、对系统的影响、维护难易度等因素的相对重要性,确定最优防雷改造措施.以广东某220kV和110kV实际线路为例对各种措施进行综合评估和计算,得出结论:利用层次分析法理论构建的输电线路综合防雷措施评估模型,可以不用进行复杂的矩阵计算而直接求出各层次的因素排序权值,降低实际工作中的计算量,且判断矩阵具有完全的一致性,可以大大简化VC++编程算法.利用提出的方法对实际工程线路进行改造,有效提高了输电线路的耐雷水平,显著降低雷击跳闸率,化解线路防雷运行风险.

    2016年04期 v.49;No.241 585-590页 [查看摘要][在线阅读][下载 360K]
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  • 考虑海底电缆的海上风电场动态感性无功补偿

    熊信恒;陈柏超;袁佳歆;

    为补偿海上风电场的海缆产生的大量容性无功,提出了一种海上风电场动态感性无功补偿方案:在海上升压平台安装小容量投切电容器,保证了双馈风力发电机组额定运行时的无功需求,并使风电场的无功需求总是呈感性;同时在陆上高压侧安装磁阀式可控电抗器(MCR)进行集中补偿,避免了海上平台安装动态无功补偿装置.通过对在陆上安装的MCR和双馈风力发电机组的无功协调控制,保证了并网点的无功和电压,提高了风电场的可靠性.最后以滨海风电场仿真计算表明上述无功补偿方案的可行性和有效性.

    2016年04期 v.49;No.241 591-596+602页 [查看摘要][在线阅读][下载 374K]
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  • 复杂山地环境下变电站接地网的联合保护

    王浩屹;饶雪;常湧;

    为解决复杂山地环境下,变电站接地网接地电阻不达标、金属腐蚀情况极为严重等问题,分析了复杂山地的土壤特性,研究了接地网在土壤中的腐蚀机理,提出了基于电化学的接地网联合方法.对高土壤电阻率山区环境下的接地网保护进行了方案设计,实例结果表明该方法有效解决了山区土壤分布不均的情况,较传统接地网防蚀保护方法具有明显的优势,保护效果高达70%.

    2016年04期 v.49;No.241 597-602页 [查看摘要][在线阅读][下载 226K]
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  • 含分布式电源的配电网保护方案对比及应用分析

    马晓博;柯德平;孙元章;

    含分布式电源(Distributed Generation,DG)的配电网线路发生故障时,DG的注入电流可能会影响流过保护装置的短路电流,使传统3段式电流保护发生拒动或者误动.针对此问题,提出3种含DG配电网的保护方案.详细对比了3种保护方案的适用范围及其优缺点,并应用到实际配电系统算例中进行仿真分析,结果验证了所提保护方案的有效性和合理性.在设计保护方案时,需要从配电网结构、DG接入情况、故障类型等多个方面进行评估,选择适应具体条件的最优保护方案,确保配电系统的安全可靠运行.

    2016年04期 v.49;No.241 603-609+634页 [查看摘要][在线阅读][下载 254K]
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动力与机械工程

  • 垂直升船机传动系统动力学仿真及疲劳寿命预测

    孙小庆;石端伟;

    针对垂直升船机传动系统大模数齿轮的疲劳寿命问题,提出一种联合虚拟仿真技术.运用SolidWorks及其插件GearTrax建立传动齿轮齿条机构的三维模型,在ADAMS中进行齿轮齿条机构动态啮合力仿真,并研究了传动速度对啮合力的影响.基于有限元软件ANSYS分析了传动机构大模数齿轮的弯曲应力,与理论计算值相比误差为1.6%,误差较小,可以作为齿轮疲劳寿命预测的依据.利用获得的载荷历程和弯曲应力结果,基于名义应力法对该大模数齿轮进行疲劳寿命预测,结果表明该大模数齿轮能很好地满足设计使用要求,联合虚拟仿真技术能有效地研究大模数齿轮的疲劳寿命问题.

    2016年04期 v.49;No.241 610-615页 [查看摘要][在线阅读][下载 552K]
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  • 降低辐射功率的圆柱谐振腔缝隙优化模型

    张淑娥;刘洋;梁芷睿;李骁睿;安茜雯;

    研究圆柱谐振腔圆环缝隙的优化设计方法,首先说明了微波谐振腔微扰法原理以及辐射功率对腔体工作的影响;然后,利用HFSS进行了辐射功率的仿真计算,为便于将结果用于优化设计中,用类二次高斯函数对辐射功率数据进行拟合,得到其关于开缝宽度和开缝位置的二元拟合关系式;最后,建立了以辐射功率最小为目标函数的优化模型,并利用HFSS进行了数值仿真,验证了方法的可行性.结果表明,利用该方法能够减少圆柱谐振腔的辐射量,为谐振腔体缝隙的优化设计提供了一种新的思路.

    2016年04期 v.49;No.241 616-620页 [查看摘要][在线阅读][下载 399K]
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  • 覆冰四分裂导线动态气动力特性分析

    杨秀萍;张喆;郝淑英;

    为研究覆冰分裂导线舞动时的气动力特性,基于Fluent软件的用户自定义函数对导线的舞动轨迹进行编程并结合动网格技术实现流固耦合.计算了新月形覆冰四分裂导线横向振动时的动态气动力系数,并与静态模拟结果进行比较;分析了舞动幅值和频率对动态气动力的影响.结果表明:相同风速下,动态气动力系数大于静态值,二者具有相同的变化规律;舞动时,迎风侧子导线尾流偏移,对背风侧子导线的影响减小,使背风侧子导线的动态气动力系数比静态时明显增加;阻力、升力系数随舞动幅值和频率的增加而增大,但频率对动态气动力的影响小于幅值的影响;工程中预测大档距导线舞动引起的断线临界风速和塔承受的荷载时,应考虑动态气动力系数对舞动的影响.

    2016年04期 v.49;No.241 621-626+640页 [查看摘要][在线阅读][下载 642K]
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电子信息工程

  • 一种基于域密度的蚁群系统(AS)改进算法及结果解析

    林建兵;陈智雄;姚国祥;

    针对蚁群算法在求解类似TSP问题时,所涉及图的节点分布在总体上具有显著差异的情况,定义域和密度的概念,在此基础上提出具有域和密度特征的AS改进算法DDACO.对DDACO算法的基本原理和策略进行了介绍,通过判断节点是否位于优先域,进而对信息素和下一节点的选择概率进行处理,以改进AS算法.对DDACO算法的具体构建过程进行了详细地描述,利用实例数据对算法构建的过程进行了说明.最后分别对DDACO和AS求解TSP问题分别进行实验测试,分析了测试结果差别的原因.测试的最终结果表明,DDACO在解决具有显著节点密度差异和节点规模比较大时和AS算法相比在时间和收敛性上具有明显的优势.

    2016年04期 v.49;No.241 627-634页 [查看摘要][在线阅读][下载 346K]
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  • 一种基于混沌神经网络的安全组播通信方法

    钟超林;李国刚;

    提出一种组播通信安全加密方案.混沌神经网络复杂的非线性动力学特性主要包括序列轨迹的无法预测性和混沌吸引子分类的不规则性.组密钥管理协议LKH优势在于密钥更新快和更新代价小,适合大型组播通信环境.该方案是把混沌神经网络和组密钥管理协议的优势相融合应用在安全组播通信中.理论分析表明该方案具有良好的随机性、复杂度、速度快等密码学特点.在Altera DE2FPGA硬件平台上进行算法设计与仿真,仿真结果表明该算法只占用约5%左右的硬件资源,时钟可达50 MHz,能够满足安全组播通信的要求.

    2016年04期 v.49;No.241 635-640页 [查看摘要][在线阅读][下载 324K]
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