2021年第42卷第3期文章目次

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  • 1  仿生原型毫-微牛级力测试技术研究进展
    闫 征,王立新,潘 盼
    2021, 42(3):205-213. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx03001
    [摘要](167) [HTML](0) [PDF 4.03 M](278)
    摘要:
    许多动物依靠自然进化形成能够展现优异功能的身体结构,以其作为仿生原型,可为工程领域存在的复杂问题提供有效解决途径。仿生原型毫-微牛级力测试技术可为揭示仿生原型运动力学机制提供必要的测试手段。从呈现优异功能特性的典型仿生原型入手,综述了用于仿生原型运动功能与材料物理特性定量表征的毫-微牛级力测试技术研究进展,重点分析了传感器测力系统、离心运动测力系统、图像处理测力系统的原理与功能,指出仿生原型毫-微牛级力测试技术后续研究应重点关注以下3个方面:1)传感器测力系统应提升其动态响应特性与测试精度,以精确表征仿生原型的运动特性;2)离心运动测力系统应提升测试平台转速信息采集精度与高速摄像机图像清晰度,以准确表征微小仿生原型与材料表面的交互作用;3)图像处理测力系统应考虑如何从图像中精确提取微位移信息,以提高测力系统的测试精度与准确度。
    2  基于共享联结三元组卷积神经网络的枪弹膛线痕迹快速匹配方法
    潘 楠,潘地林,潘世博,刘海石,蒋雪梅,刘 益
    2021, 42(3):214-221. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx03002
    [摘要](143) [HTML](0) [PDF 1.77 M](240)
    摘要:
    针对传统通过激光检测提取膛线线形痕迹信号时枪弹痕迹检测精度不高且操作复杂的问题,提出了新型提取和处理方法。采用多尺度配准、弹性形状度量与卷积神经网络技术,基于多模式弹性驱动自适应控制方法,建立了试件末端位置和姿态参数分布模型,采用孤立森林算法检测信号进行异常处理,利用变尺度形态滤波算法去除非细小特征,引入平方速度函数优化弹性形状度量算法,完成曲线轮廓嵌入层映射;在膛线线形匹配部分,建立了适用于痕迹特征的优化参数共享联结三元组卷积神经网络模型,通过嵌入层相似度计算和最小化三重损失函数训练该网络至收敛;最后进行了不同方法的相似度匹配对比实验。结果表明,与传统的检测方法相比,新方法解决了传统枪弹痕迹检测中面临的精度与操作性问题,保证检测结果的稳定性,且成本大大降低。在膛线线形痕迹提取中采用多模式弹性驱动自适应控制方法和三元组卷积神经网络模型,可为枪弹痕迹检测提供一种新的可行方法和思路。
    3  基于差分隐私的LBS用户位置隐私保护方案
    于乃文,杨少杰,陈振国,张光华
    2021, 42(3):222-230. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx03003
    [摘要](200) [HTML](0) [PDF 1.68 M](231)
    摘要:
    为了兼顾共享位置数据的可用性和隐私保护需求,针对第三方收集的用户共享位置信息,提出了一种基于差分隐私的LBS用户位置隐私保护方案。首先,对共享位置数据集进行预处理,使用字典查询方式构建位置事务数据库,采用Trie树结构存储位置数据和频率,提高查询效率,减少加噪次数;其次,在Trie树上进行频繁位置选取,并使用差分隐私下的拉普拉斯机制扰动位置频率;最后,基于向上后置处理和一致性约束后置处理2种技术对扰动后的数据进行优化,并通过理论证明所提方案满足ε-差分隐私。结果表明,与已有方法相比,差分隐私保护方案提高了数据处理效率,泛化了敏感位置同时具有较高的精确率和较低的拒真率。所提方案能够有效保护用户的位置隐私,同时在共享位置数据可用性方面具有一定的参考价值。
    4  异质网络社区发现方法研究综述
    周万珍,宋 健,许云峰
    2021, 42(3):231-240. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx03004
    [摘要](206) [HTML](0) [PDF 1.67 M](252)
    摘要:
    社区结构是复杂网络研究中的重要领域,也是复杂网络的重要特征之一,发现网络中的社区结构在理解网络功能方面起着重要作用。通过对国内外异质网络社区发现文献进行深入研究,较为全面地对现有异质网络社区发现算法进行了归纳总结。首先,通过对国内外异质网络社区发现文献进行归纳,给出异质网络社区发现的基本概述,明确异质网络社区发现领域相关问题的基本定义。其次,介绍了异质网络社区发现算法及主要评价指标,利用不同网络结构以及算法对现有方法进行分类概述。最后,对异质网络社区发现算法的发展趋势进行了总结与展望,提出未来可以将研究重点集中在以下几个方面:1)探索基于异质网络的社区发现评价标准,以推动该领域的快速发展;2)设计更加通用的算法模型,解决由先验知识引起的未知社区数量问题;3)开展更多关于动态网络的研究。
    5  基于FPGA的通用卷积层IP核设计
    安国臣,袁宏拓,韩秀璐,王晓君,侯雨佳
    2021, 42(3):241-247. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx03005
    [摘要](246) [HTML](0) [PDF 1.86 M](171)
    摘要:
    针对目前卷积神经网络在小型化、并行化过程中遇到的计算速度不够、可移植性差的问题,根据卷积神经网络和FPGA器件的特点,提出了一种利用VHDL语言参数化高速通用卷积层IP核的设计方法。利用卷积层的计算方式,将卷积核心设计为全并行化、流水线的计算模块,通过在卷积核心的每一行连接FIFO的方式改善数据流入的方式,减少地址跳转的操作,并加入控制核心使其可以随图像和卷积窗口大小调整卷积层参数,生成不同的卷积层,最后将卷积层与AXIS协议结合并封装成IP核。结果表明,在50 MHz的工作频率下,使用2×2大小的卷积核对100×100的图像进行卷积计算,各项资源利用率不超过1%,耗时204 μs,计算速度理论上可以达到最高5 MF/s。因此,设计方案在增加卷积模块可移植性的同时又保证了计算速度,为卷积神经网络在小型化器件上的实现提供了一种可行的方法。
    6  无刷直流电机匝间短路故障定位及定量评估方法研究
    王吉亮,王 慧,王骁贤,陆思良
    2021, 42(3):248-256. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx03006
    [摘要](182) [HTML](0) [PDF 6.03 M](149)
    摘要:
    针对无刷直流电机匝间短路故障问题,提出一种结合深度迁移学习和多维特征拟合方法,以实现匝间短路故障的精确定位和定量评估。同步采集电机定子绕组的三相电流信号,将一维电流信号转化为图像信号,采用基于迁移学习的卷积神经网络实现匝间短路故障的定位,在确定故障相之后,从电流信号中提取并筛选敏感特征,采用特征拟合方法实现故障等级的定量评估。实验结果表明,所提出的方法能够实现100%精度的故障相定位,同时故障定量评估的相对平均误差低至4.33%。该方法对于永磁电机系统的定子绕组故障精确定位和精密诊断具有潜在的应用价值。
    7  基于小波包分解的剩余电流接地故障选线方法
    李秉宇,杜旭浩,苗俊杰,王浩彬,马延强,李 争
    2021, 42(3):257-264. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx03007
    [摘要](149) [HTML](0) [PDF 2.10 M](146)
    摘要:
    为解决电网发生单相接地故障后,无法对故障线路精确辨识的问题,提出了一种基于小波包分解的剩余电流接地故障智能感知方法。依据小波分析法和智能感知原理,针对接地故障产生的剩余电流进行故障信息采集,将收集到的剩余电流信息进行分析对比,以感知接地故障并进行故障识别;通过研究交流电源剩余电流在线式监测和基于小波变换方法的弧光接地故障诊断技术,利用小波包分解得到电流时频特性进行故障选线;分析故障线路和正常线路中电流特性的差异,并精确辨识出故障点;在仿真软件中对所提出的小波包分解基础上的故障线路选线方法进行了仿真。仿真结果表明,该方法能精确提取时频信息,有效确定故障线路。研究结果为站用交流电源接地故障选线方法提供了参考。
    8  盐酸萘甲唑啉的合成工艺研究
    李明乐,李盼欣,张志光,张 勇
    2021, 42(3):265-270. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx03008
    [摘要](131) [HTML](0) [PDF 993.35 K](156)
    摘要:
    为了解决盐酸萘甲唑啉现有合成工艺落后、质量控制标准低等问题,对盐酸萘甲唑啉合成工艺进行了研究。以ICH Q11对化学药品研发与生产的相关规定为指导,设计一条从源头控制杂质产生的合成路线。以1-萘乙酸为起始原料,依次经过酰胺化、酰胺脱水、催化加成环合和成盐等4步反应得到目标化合物,并对各步骤进行工艺参数优化。结果表明,酰胺化反应中,以二氯甲烷为溶剂,n(1-萘乙酸)∶n(二碳酸二叔丁酯)∶n(氨水)= 1∶1.2∶1.2时,收率为88.6%;脱水反应和加成环合反应中,以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,后处理易操作且获得的中间体纯度高;成盐反应中,n(萘甲唑啉游离碱)∶n(36%盐酸)= 1∶1.48时,收率为90.1%;经工艺参数优化后的4步反应的总收率为50.83%,产品中未检出欧洲药典所列的4种杂质,也没有产生新的杂质。合成工艺反应条件相对温和,后处理简单,可为盐酸萘甲唑啉的工业化生产提供理论基础。
    9  三聚氰酸制备方法综述
    张 宁,董志鹏,张 洁,陈焕章
    2021, 42(3):271-279. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx03009
    [摘要](166) [HTML](0) [PDF 990.19 K](332)
    摘要:
    随着生态文明建设的推进,国内对绿色环保的要求也越来越高。三聚氰酸作为一种重要的化工中间体,其传统制备方法存在环境污染等问题,研究和推广应用新兴制备方法迫在眉睫。系统综述了三聚氰酸制备中固相法和液相法的工艺过程及特点,指出了传统制备方法存在操作环境恶劣、能耗较高和环保不达标等问题,并对其发展前景进行了展望。指出今后可以在以下方面对三聚氰酸的制备开展深入研究:1)开展回转窑及流化床技术装备研究,逐步取代隧道窑,实现技术装备的升级改造,克服传统固相法的缺点;2)深入探索液相法溶剂体系的筛选及回收套用问题,加强液相法小试技术的研究及中试放大研究,为实现工业化生产提供理论基础;3)对新兴制备方法原料的来源、产品收率及生产成本问题进行系统、深入研究,以期实现规模化生产。
    10  电沉积Ni纳米线阵列及其磁学性能研究
    陆子彤,胡建文,张惠敏
    2021, 42(3):280-286. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx03010
    [摘要](146) [HTML](0) [PDF 3.32 M](166)
    摘要:
    为了解决因受阳极氧化铝(AAO)孔道直径限制导致合成的金属纳米线尺寸单一、磁性受限的问题,采用二次阳极氧化法制备了不同孔径的阳极氧化铝(AAO)模板,依据模板辅助电沉积法,在不同孔径AAO模板内生长了Ni纳米线阵列,利用SEM,TEM,XRD和EDS等技术对制备的Ni纳米线阵列形貌、微观结构和成分进行表征,通过物理性能测试系统(PPMS)研究了Ni纳米线的磁学性能。结果表明:Ni纳米线的生长机制是交流电正半周期Ni2+还原与负半周期Ni原子溶解的共同作用;Ni纳米线具有磁各向异性,随着直径的增大,Ni纳米线的易磁化方向由平行于纳米线轴线方向逐渐转变为垂直于纳米线的方向,易磁化方向的转变是由有效各向异性场和磁畴结构随纳米线直径的改变而导致的。研究电沉积Ni纳米线阵列及其磁学性能,可为深入研究交流电沉积法制备磁性纳米线的生长机制和磁性纳米线的磁化机理提供理论和实验依据,为拓宽纳米线的应用领域奠定基础。
    11  低碳钢开裂原因及轧制工艺参数研究
    李小勇,赵 雷,雷 林,郑亚旭,冯 捷,郭志红
    2021, 42(3):287-295. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx03011
    [摘要](138) [HTML](0) [PDF 7.09 M](114)
    摘要:
    钢铁厂采用Q215带钢卷制方管时,在折弯处易发生严重开裂。为了降低钢管开裂率,从钢管显微组织和钢中夹杂物2个方面分析了钢管角部开裂的原因,通过探讨组织相变对中低碳钢冷变形性能的影响机理,制定合理的热轧和轧后冷却工艺参数,利用光学显微镜和扫描电镜分析了Q215钢中夹杂物和显微组织的性质,并利用J Mat Pro软件计算Q215钢的相变点、CCT和TTT曲线。结果表明:钢管开裂的主要原因是钢中存在沿着铁素体晶界析出的三次渗碳体,三次渗碳体属于硬脆相,在折弯变形时引起晶界处应力集中而产生裂纹;开裂的次要原因是钢中存在100 μm以上的大尺寸硫化物夹杂。设置合理的调整热轧和冷却工艺参数,可以明显减少钢中三次渗碳体数量,增加了珠光体数量,显著降低钢管开裂率,为预防Q215及类似钢种的加工开裂提供参考依据。
    12  Al对Cu-20Ni-19Fe合金微观组织和高温抗氧化性能的影响
    刘 英,梁志敏,王立伟,彭珍珍,汪殿龙
    2021, 42(3):296-303. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx03012
    [摘要](130) [HTML](0) [PDF 6.06 M](128)
    摘要:
    为了解决Cu-Ni-Fe惰性阳极在铝电解过程中高温抗氧化性能差的问题,采用真空熔炼法制备不同Al含量的Cu-20Ni-19Fe-xAl(x=0%,6%,8%,10%,质量分数,下同)合金,于850 ℃和1.013×105 Pa氧分压下进行高温氧化实验,氧化时间为100 h,研究Al添加量对合金微观组织结构及高温氧化性能的影响。结果表明:铸造Cu-20Ni-19Fe合金由富Ni/Fe的枝晶相(γ1)和富Cu,Ni的基体相(γ2)组成;添加6% Al的Cu-20Ni-19Fe合金,Al固溶在合金基体中;添加8%和10%Al的Cu-20Ni-19Fe合金,微观组织中形成了针状或块状NiAl相,且NiAl相随Al含量的增加而增多;Cu-20Ni-19Fe合金在850 ℃和1.013×105 Pa氧分压下氧化动力学呈直线规律;添加Al元素后,合金的高温氧化动力学曲线由直线转变为指数规律,Al含量越高,合金氧化速率指数越小。Al元素的加入提高了Cu-20Ni-19Fe合金的高温抗氧化性能,使其有望成为惰性阳极铝电解中的备选阳极材料。
    13  AlSi9Mg变速箱下壳低压铸造工艺模拟及优化
    吴复涛,王 娟,李 鑫,谭建波
    2021, 42(3):304-310. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx03013
    [摘要](121) [HTML](0) [PDF 2.98 M](157)
    摘要:
    为解决低压铸造过程中容易产生气孔、夹渣、缩松等问题,研究了铸造工艺参数对低压铸造AlSi9Mg变速箱下壳充型及凝固过程的影响。依据Pro/Engineer软件绘制2种不同浇注系统的变速箱下壳三维实体模型,利用ProCAST软件进行数值模拟,探讨浇注温度、铸型温度及充型压力等对AlSi9Mg变速箱下壳低压铸造时金属液充型及凝固过程的影响,以标准化正交表对实验结果进行有效分析。结果表明,较合理的工艺参数为浇注温度700 ℃、铸型温度350 ℃、充型压力45 kPa,在此工艺参数下铝合金变速箱下壳铸件缩孔、缩松缺陷体积由原来的1.537 cm3降为1.425 cm3。对AlSi9Mg变速箱下壳低压铸造工艺进行模拟研究,可为变速箱下壳低压铸造工艺的优化提供参考依据,具有实际应用价值。
    14  ABAQUS二次开发在动态剪切挤压连接仿真中的应用
    戎 江,马世博,闫华军,张双杰,邵海涛,张 超
    2021, 42(3):311-318. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx03014
    [摘要](197) [HTML](0) [PDF 2.64 M](147)
    摘要:
    针对在采用有限元软件分析多参数变化对研究对象的影响时往往需要反复建模、重复定义、修改参数等问题,提出了改进的编程方法和图形用户界面建立方法。以中间坯动态剪切挤压连接为例,基于Python语言对ABAQUS前处理进行了二次开发,编写了动态剪切挤压连接仿真模拟的内核脚本程序,借助RSG插件建立了动态剪切挤压连接的图形用户界面,最后进行了仿真分析。结果表明,用户可根据实际情况输入不同工艺参数、剪具参数、坯料参数,自动完成前处理操作,在有效解决了模型装配时繁琐、易错等问题的同时还提高了模型装配和仿真结果的准确性,验证了所提出的二次开发程序及图形用户界面的可行性。研究结果为后续研究不同压下量、搭接量、刃口宽等参数对中间坯动态剪切连接质量的影响提供了有力工具,同时为ABAQUS二次开发在其他领域的应用提供了借鉴。

    主编:朱立光

    创刊:1980

    国际标准刊号:ISSN 1008-1542

    国内统一刊号:CN 13-1225/TS

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