• 2021年第42卷第6期文章目次
    全 选
    显示方式: |
    • >国家青年/地区科学基金项目专栏
    • 航空碳纤维复材板电-磁-热多场联合仿真与分析

      2021, 42(6):543-552. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx06001

      摘要 (454) HTML (0) PDF 5.30 M (3233) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对电磁涡流感应在实现碳纤维增强复合材料(CFRP)快速内部加热时内部多场问题尚缺少系统理论研究的情况,对航空碳纤维复材板进行了电-磁-热多场联合仿真与分析。首先,从CFRP的物理属性出发,分析其涡流热产生的物理原理;其次,设计不同叠层数目碳纤维复合材料,根据碳纤维复合板材电磁涡流形成规律,分析线圈输入功率/电压以及复材叠层数目对涡流热效应的影响;再次,使用电-磁-热联合多场有限元模型对感应加热过程中电磁涡流场和温度的分布情况进行仿真分析;最后,通过实验验证有限元模型计算结果。结果表明,涡流效应中碳纤维板可以产生呈闭环的感应电流,感应电流在碳纤维复材板上呈中间低、四周高的分布状态;在25 V的固定输入电压下,单层碳纤维板的热升温效应最明显,稳定温度约为141.4 ℃;随着输入功率/电压提升,双层碳纤维复合板材涡流热效应随之增大,达到热稳定所需时间也同步增加。通过电-磁-热联合多场有限元模型和验证实验,研究感应加热过程中电磁涡流场和温度的分布规律,对推动电磁涡流热效应在航空碳纤维复材感应焊接等领域的工程应用具有参考价值。

    • >机械、电子与信息科学
    • 基于磁热耦合特性的水轮发电机定子温度预测

      2021, 42(6):553-560. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx06002

      摘要 (395) HTML (0) PDF 2.26 M (3376) 评论 (0) 收藏

      摘要:为避免水轮发电机运行过程由于定子温度过高产生故障,保障其性能的正常发挥,建立了水轮发电机温度场分布模型,提出了一种温度预测方法。首先,以张河湾抽水蓄能电站的水轮发电机为基础,依据电磁场理论,对发电机在工况下电磁场和定子部分损耗进行分析,建立其三维有限元模型;其次,运用磁热耦合特性计算获得发电机定子温度场分布;再次,采用人工鱼群算法(AFSA)和BP神经网络算法相结合,构造定子绕组和定子顶部的温度预测模型;最后,将仿真结果和监控改造后的实测数据进行对比验证。结果表明,通过人工鱼群算法对BP神经网络优化,提高了定子温度预测模型的精度。本文给出了有限元仿真模型和AFSA-BP温度预测模型,为大功率水轮发电机定子温度故障分析以及电机的设计优化提供了参考。

    • 基于定子齿齿肩削角的内置永磁电机齿槽转矩削弱方法[JP]

      2021, 42(6):561-569. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx06003

      摘要 (381) HTML (0) PDF 2.07 M (3404) 评论 (0) 收藏

      摘要:为削弱电动汽车用内置式永磁同步电机的齿槽转矩,提出了一种定子齿齿肩削角的方法。建立定子齿齿肩削角前后的气隙长度等效模型,推导有效气隙长度分布函数,分析定子齿齿肩削角降低气隙磁密低次谐波幅值,削弱齿槽转矩的机理;以三相8极36槽内置式永磁同步电机为例,利用有限元法对定子齿齿肩削角的不同形状和尺寸进行仿真分析,获得最优参数匹配。结果表明,定子齿齿肩椭圆形削角有效降低了气隙磁密谐波幅值,提高了电机反电势波形正弦性,削弱了齿槽转矩;优化后的电机齿槽转矩的峰值降低了77.2%,反电动势的9,13,15,17,19和21次谐波幅值明显下降,电机的输出品质显著提高。所提方法通过改变气隙长度分布函数,减小了气隙磁密特定谐波,可有效削弱永磁电机的齿槽转矩,为同类型电机齿槽转矩的优化提供参考。

    • 基于谐波提取技术的风机频率自适应研究

      2021, 42(6):570-578. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx06004

      摘要 (390) HTML (0) PDF 2.27 M (3337) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决风机受谐波干扰引起电压畸变和频率波动从而影响风机并网稳定运行的问题,提出频率自适应锁相方法,以谐波提取电路为基础,设计具有滤除风机谐波功能的NSOGI (new second-order generalized integrator)锁相环。首先,在谐波提取电路中加入基波谐振电路,验证谐波提取前后锁相环的锁频精度;其次,在传统锁相环基础上加入直流抑制器,对输入信号的频率进行跟踪;最后,进行理论和仿真分析,对比DSOGI-FLL谐波提取前后电路中的频率偏差,验证2种锁相环的锁频精度。结果表明:在谐波提取电路中加入基波谐振电路,减少了谐波对基波源的影响,提升了谐波提取的效果;在抑制风机电压畸变和直流谐波方面,NSOGI 锁相环效果较好,锁频精度较高,验证了方法的可行性和正确性。采用NSOGI对电压和频率进行控制,能够提升供电可靠性,改善并网电能质量,为风机并网稳定运行提供了理论参考。

    • 基于扰动观测器的时变负载四旋翼无人机自适应有限时间控制

      2021, 42(6):579-590. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx06005

      摘要 (469) HTML (0) PDF 3.03 M (3275) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对具有未知外部扰动和阻力系数的时变负载四旋翼无人机系统,提出了一种复合有限时间控制策略。首先,通过牛顿-欧拉方法建立了完整的四旋翼无人机数学模型。位置环采用自适应参数校正方法对负载进行估计,并与反步递推控制相结合,在阻力系数未知情况下设计了自适应轨迹跟踪控制器。其次,采用基于扰动观测器的有限时间滑模控制器,并利用Lyapunov稳定性理论进行无人机系统位置环和姿态环渐近稳定和有限时间稳定性验证。最后,通过数值仿真进行验证。结果表明,所提控制器提高了系统的收敛速度,减少了外界扰动对系统的影响。研究方法克服了已有研究要求阻力系数和负载已知的局限性,提高了系统的抗干扰能力,对于增强四旋翼无人机的实际应用性具有一定的参考价值。

    • 融合深度特征和FHOG特征的尺度自适应相关滤波跟踪算法

      2021, 42(6):591-600. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx06006

      摘要 (449) HTML (0) PDF 3.98 M (3877) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决核相关滤波跟踪算法在复杂场景下跟踪效果差的问题,提出了一种融合深度特征和尺度自适应的相关滤波目标跟踪算法。首先,通过深度残差网络(ResNet)提取图像中被跟踪区域的深度特征,再提取目标区域方向梯度直方图(FHOG)特征,通过核相关滤波器学习,分别得到多个响应图,并对响应图进行加权融合,得到跟踪目标位置。其次,通过方向梯度直方图(FHOG)特征,训练一个PCA降维的尺度滤波器,实现对目标尺度的估计,使算法对目标尺度发生变化有很好的自适应能力。最后,根据响应图的峰值波动情况改进模型更新策略,引入重新检测机制,降低模型发生漂移概率,提高算法抗遮挡能力,在标准数据集OTB100中与其他7种目标跟踪算法进行比较。结果表明,相比原始KCF算法,改进后的KCF算法精准度提升了29.4%,成功率提升了25.9%。所提算法实现了对跟踪目标位置的精准估计,提高了尺度自适应能力和算法速度,增强了算法抗遮挡能力。[JP]

    • 增材制造医用多孔钛合金研究与应用现状

      2021, 42(6):601-612. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx06007

      摘要 (534) HTML (0) PDF 3.89 M (3846) 评论 (0) 收藏

      摘要:钛合金具有良好的力学性能和生物相容性,被认为是一种理想的植入体材料。但致密钛合金的弹性模量较高,在植入人体后与骨之间存在应力遮挡现象,易引发植入体松动。采用增材制造技术制备的多孔钛合金能够很好地解决这一问题。从多孔结构的设计方法与增材制造的原理入手,综述了增材制造多孔钛合金在力学性能方面的研究现状以及在生物医疗领域的研究与应用进展,并对其未来的发展趋势进行了展望,指出今后可在以下4方面对医用多孔钛合金展开深入研究:1)研发更先进的成型设备以提高多孔钛合金的成型质量与成型效率;2)对多孔结构进行仿生化设计,将高力学性能与高生物性能有机结合;3)通过对Gibson-Ashby模型进行修正,可获得更为准确的力学性能预测结果;4)开发新型钛合金材料以提高多孔钛合金的生物相容性。

    • 连续碳纤维增强复合材料3D打印喷头设计

      2021, 42(6):613-618. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx06008

      摘要 (415) HTML (0) PDF 3.29 M (3341) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决3D打印喷头在成形过程中需要频繁抬起和跳转的问题,研制一种具有复合丝材可控导入、高效熔融挤出及实时剪切功能的新型3D打印喷头。首先,基于结构原理和功能分析方法,对喷头进行分模块化设计;然后,对喷头剪切装置控制系统及其控制流程进行设计和分析;最后,采用所研制的3D打印喷头实物进行连续碳纤维增强复合材料预浸丝的熔融挤出及剪切试验。结果表明,采用所设计的喷头结构以及程序控制方法,可以实现剪丝刀片在喷嘴末端对于复合材料的有效剪切,剪切断口平整,验证了所研制的新型复合材料3D打印喷头的可靠性和实用性。所提方法可有效避免喷头在抬起和跳转运动过程中引发的问题,为连续碳纤维增强复合材料3D打印喷头的结构设计及其运动控制提供了参考。

    • >化学与化工
    • 基于增溶作用的阿苯达唑分散片研究

      2021, 42(6):619-626. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx06009

      摘要 (443) HTML (0) PDF 1.13 M (3811) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高阿苯达唑的溶出性能,解决普通片剂可能造成患者吞咽困难等问题,基于增溶作用,研究探索制备阿苯达唑分散片的处方及工艺。首先,考察加入表面活性剂、用亲水性包合材料制成包合物对片剂溶出度的影响,筛选增加药物溶解度的方法;其次,采用单因素试验,以可压性、硬度、崩解时限、溶出度为考察指标,对黏合剂、崩解剂、增溶剂、润滑剂等进行筛选,通过正交试验优化处方及工艺;最后,按最优处方及工艺制备3批阿苯达唑分散片,进行质量评价,采用紫外分光光度法测定其含量和溶出度。结果表明,联合使用十二烷基硫酸钠和聚山梨酯80可增加阿苯达唑在水中的溶解度;阿苯达唑分散片的优选处方如下:十二烷基硫酸钠用量为3%(质量分数,下同),PVPP用量为16%(内外加比例为1∶1),聚山梨酯80用量为3%,羟丙基甲基纤维素溶液用量为3%,硬脂酸镁用量为1%,采用湿法制粒压片;制备的不同批次阿苯达唑分散片在122 s内完全崩解,药物在45 min时累积溶出度均大于80%,符合2020年版《中华人民共和国药典》要求。所研制的阿苯达唑分散片处方合理,制备工艺可行,体外质量良好,为改善生物药剂学分类系统(BCS)Ⅱ类药物口服制剂的生物利用度提供了研究思路和理论依据。

    • >材料科学
    • 电弧炉炼钢废钢预热规律数值模拟研究

      2021, 42(6):627-633. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx06010

      摘要 (350) HTML (0) PDF 2.55 M (3326) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了充分利用电弧炉烟气余热预热废钢,以计算流体力学软件Fluent为平台,建立废钢预热过程三维非稳态随机分布局部模型,采用数值模拟方法探究了不同种类废钢预热温度分布规律。模拟结果表明:废钢预热温度随预热时间的增加明显升高,且废钢厚度显著影响预热温度,相同预热条件下,轻薄型废钢的平均温度在1 600 K左右,中型废钢在1 000 K左右,重型废钢在700 K左右;增大比表面积能够在一定程度上提高各类型废钢的预热温度,考虑到废钢在预热过程熔化对出钢质量的影响,底层废钢比表面积控制在1.5 m2/m3以下,重型废钢比表面积控制在0.25 m2/m3以上;高温烟气会优先通过空隙率大、通畅性好的区域,密集堆积的板状废钢会阻碍烟气流动,导致该区域预热温度降低。因此,在生产中可相对减少重型废钢的配料比例,多采用中型废钢。研究结果可为使用废钢预热技术的厂家提供预热分析数据,为改进电弧炉炼钢预热工艺、实现工业废钢的高效冶炼提供一定的理论依据。

    • >数据分析与计算
    • “数据分析与计算专栏”主持人语

      2021, 42(6).

      摘要 (303) HTML (0) PDF 699.63 K (2175) 评论 (0) 收藏

      摘要:衷心祝贺本刊入编?中文核心期刊要目总览?,这既是水到渠成的自 然,也是各界对其砥砺奋进的嘉勉! 承蒙编辑部和各位专家、读者的关 怀,在过去的8年里,本专栏在反映数据科学领域相关进展、与同行分享 研究成果的同时,所载文章获得了广泛引用、收录和转载,实现了推进分 析与计算工作发展的目的,河北科技大学大数据与社会计算研究中心也 已成为具有较高影响力和代表性的重要研究力量.未来,我们将同本刊 一道,以“为读者奉献最好”之初心,踏实求进,赓续前行! 本期“数据分析与计算专栏”共推出2篇文章. 第1篇是王刘旺等撰写的“基于人脸与步态特征的室外作业场景身 份核验方法”.在建筑、通信、电力等工程行业中,很大一部分安全生产 事故是作业人员违章行为造成的.在传统监督方式里,作业现场的人员 管理和行为管控完全依靠人工核查,监控视频也依赖人工判断,作业现 场的短时违章行为不易被及时发现,室外作业存在巨大安全隐患.目前的研究方法大多基于人脸识别方法, 然而受遮挡物、检测距离以及检测角度等因素的影响,会造成脸部信息不完全或者模糊,通过人脸识别难以 准确识别出作业人员的身份.相比于人脸特征,步态特征是一种更为稳定、可靠的生物特征.考虑到人脸和 步态特征的特点,提出了一种融合二者的多特征身份核验方法.此方法在中科院室外步态数据集 CASIAGA 多视角情况的四折交叉验证集中实现了99.17%的分类准确率,在该数据集中包含的3个视角下的分类准确 率分别为98.75%,100%和98.75%.所提出的方法可以有效提高单人场景中的身份识别准确率,为室外作 业场景中的身份核验提供了有效方案. 第2篇是刘滨等撰写的“数据可视化研究综述”.数据可视化是一个以实际应用为主要面向的人机交 互、图形学、图像学等多学科交叉领域,它是大数据领域里非常活跃的一个分支,也是产学研用共同聚焦的领 域,计算机科学是推动其研究向纵深发展的主力学科,自然地理和测绘、新闻与传媒、图书情报、自动化、互联 网等领域的需求推动了其研究应用领域的不断扩展.当前研究逐渐聚焦于多维数据、时序数据、网络数据和 层次化数据等领域.由于对业务逻辑理解、数据内涵定义、实施目标、设计水平等方面存在差异,数据可视化 的应用存在一些误区和问题.例如:色彩与语义间的失配、核心数据被次要数据“淹没”、数据过载、思维过度 发散等.提出了当前可视化研究逐渐聚焦在多维数据可视化、时间序列数据可视化、网络数据可视化和层次 信息数据可视化的观点,并对各自的代表性方法进行了介绍;同时,对当前数据可视化研究动态进行了梳理, 给出了数据可视化主流工具 Echarts的应用实例,为相关研究提供参考和借鉴.未来,还将对国外的研究动 态进行更全面详细的梳理,并对数据可视化应用领域具有代表性的重要案例进行分析和深入探讨. 限于学术水平,以上文章定有可进一步完善之处,欢迎各位朋友指正!

      主持人简介

      刘滨,男,1975出生,教授,硕士生导师,河北科技大学大数据与社会计算研究中心主任,主要研究领域包括 网络新媒体、大数据、社会计算等.已发表学术论文100余篇,主持国家级科研课题2项、省级科研课题9项.

    • 基于人脸与步态特征的室外作业场景身份核验方法

      2021, 42(6):635-642. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx06011

      摘要 (401) HTML (0) PDF 2.08 M (3476) 评论 (0) 收藏

      摘要:在建筑、通信、电力等工程行业中,作业人员需要频繁执行室外作业。由于室外环境复杂,许多运维工作存在来自高压、高空、深坑等因素的高风险。安全事故一旦发生,将造成巨大的人员和财产损失。因此,需要在作业过程中对作业人员进行身份核验,以方便监督。然而,在传统的监督方式中,作业现场的人员管理和行为管控完全依靠人工核查,监控视频也依赖人工看守,无法做到人员身份实时核验以及对非作业人员入场的有效预警。针对室外作业场景中的作业人员身份识别,目前的研究方法大多基于人脸识别。人脸识别方法能够在作业人员脸部信息清晰且完整时准确识别出其身份信息。然而,当存在遮挡,以及受检测距离、检测角度等因素影响时,会造成脸部信息不完全或者模糊,导致采用人脸识别方法难以准确识别出作业人员的身份。步态特征是一种描述行走方式的复杂行为特征,包括脚的触地时间、离地时间和人体高度、双手摆动幅值等。相比人脸识别,步态特征识别有以下优点:第一,步态识别适用的检测距离更远,而人脸特征随着检测距离的增加识别难度明显上升;第二,步态特征识别是非主动识别,现场作业人员几乎随时随地处于行走状态,而人脸识别需要识别对象正对检测装置;第三,步态特征具有较强的特异性,不像人脸特征较易被模仿、修改。不过,单独采用步态特征进行识别,虽然在作业人员运动时可以捕捉体态信息进而较为准确地对其进行身份核验,但是无法对静态的作业人员进行身份核验。[JP]针对此问题,提出了一种多特征融合的身份核验方法,结合步态与人脸等多特征进行识别,不受衣着、环境等外在因素的干扰,可以有效提高身份核验的准确率。提出的融合人脸特征和步态特征的多特征身份核验方法包括身份注册阶段、训练阶段与测试验证阶段。身份注册阶段,人工标注人脸与步态信息,并录入人员信息库;训练阶段,首先利用相关网络提取视频中图像序列的步态轮廓图与人脸区域,然后利用深度学习网络模型提取相关特征,构建融合的特征向量与身份ID间的关系;测试阶段,首先判断图像中有无清晰人脸,如果有则使用多特征融合识别方法,否则仅通过步态特征进行特征匹配进而完成身份核验。结果表明,多特征融合方法在中科院自动化所的CASIA-A数据集上的分类准确率达到99.17%,数据集包含的3个视角下的分类准确率分别为98.75%,100%和98.75%。因此,所提方法可以有效提高单人场景中的身份识别准确率,是在室外作业场景中进行身份核验的一种有效方法。

    • 数据可视化研究综述

      2021, 42(6):643-654. DOI: 10.7535/hbkd.2021yx06012

      摘要 (787) HTML (0) PDF 3.45 M (3436) 评论 (0) 收藏

      摘要:数据可视化对于从海量数据中发现规律、增强数据表现、提升交互效率具有重要作用。目前,数据可视化的概念及相关研究领域不断扩展,就数据类型而言,可视化研究逐渐聚焦于多维数据、时序数据、网络数据和层次化数据等领域。通过对中国知网(CNKI)中外文文献进行分析可知:2014年、2015年是数据可视化领域研究热度升级、理论成果大量产出的“里程碑”式年份;中国大数据领域研究热潮形成后,数据可视化是迅速发展的一个重要支撑领域;国内外数据可视化领域的研究,在时间上基本同步,而武汉大学、浙江大学、北京邮电大学、国防科技大学、电子科技大学等都是在该领域研究活跃度较高的国内高校。要获得良好的视觉效果,帮助用户降低理解难度,高效分析数据和洞悉价值,通常还需要注意色彩与语义、突出核心数据、防止数据过载、防止思维过度发散等技术要点。现有的数据可视化技术主要分为基于几何技术、基于图标技术、基于降维技术、面向像素技术、基于时间序列技术、基于网络数据技术的数据可视化方法,以及层次可视化技术和分布技术等。基于几何技术的可视化方法,包括平行坐标、散点图矩阵、Andrews曲线等。基于坐标的可视化方法,可以清晰展示变量间的关系,但受限于屏幕尺寸,当数据维度超过3个时,难以直观显示全部维度,需要结合人机交互技术进行展示,适用于表达不同维度之间的相关关系,比如学生学习行为之间的关联关系等。基于图标的可视化方法,主要包括星绘法和Chernoff面法,以几何图形作为图标刻画多维数据,直观反映出图标各个维度所表示的意义,适用于工作完成情况、激励工作进度概览等。基于降维技术的可视化方法,根据维度属性确定点的坐标,在保持数据关系不变的前提下映射到低维可视空间中,主要涉及主成分分析、自组织映射、等距映射等。基于时间序列的可视化方法,是一种显示数据间相互关系和影响程度的可视化方法,主要包含线形图、堆积图、地平线图等,随着时间发展采集相应数据,并利用上述3类可视化方法进行呈现,适用于表示信息数据流动和变化状态,如不同时间段成绩流向趋势分布、主题概念的变迁等。基于网络数据的可视化方法,核心是自动布局算法,通过自动布局与计算绘制成网状结构图形,主要有力导向布局、圆形布局、网格布局等,常用来表示大规模社交网络结构,适用于活跃度分析、引文关系展现等。层次可视化技术,主要包括节点链接、空间填充、混合方法等,通过绘制不同形状的节点和包围框来表示层次结构的数据,适用于表示群组成员间交互关系的发现和挖掘,如在线协作员工之间的交互。基于CNKI,通过对数据可视化研究情况的分析,提出数据可视化研究过程中的注意点,指出数据可视化需要重点考虑色彩的匹配,在色彩与数据内容的重要度之间建立关联;可视化方案应在满足业务需求的基础上以业务逻辑为依据,合理组合与应用相关可视化技术;统一的可视化风格有助于提升人们理解数据的连贯性、一致性和效率,兼顾用户的审美要求,在风格与色彩之间建立合理的匹配关系;数据可视化应以实用、合理、高效地表现关键过程、关键目标、关键结果为主要面向。此外,对可视化应用实例Echarts展开综述,包括Echarts 交互组件(markPoint和markLine标注点组件、dataZoom区域组件、图例交互组件)在可视化中的应用,以及动态数据绘制等。最后,对可视化存在的挑战以及未来研究方向进行了分析和展望,指出虚拟现实、可视化系统和数据分析是可视化未来的研究方向,其应用热点领域还包括统计可视化、新闻可视化、思维可视化、社交网络可视化和搜索日志可视化等。

主编:李铁军

创刊:1980

国际标准刊号:ISSN 1008-1542

国内统一刊号:CN 13-1225/TS

国内邮发代号:

  • 浏览排行
  • 引用排行
  • 下载排行
按检索
检索词