• 2022年第0卷第1期文章目次
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    • >机械、电子与信息科学
    • 基于AMW-SVDD的多模态过程故障检测方法

      2022, 43(1):1-10. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx01001

      摘要 (629) HTML (0) PDF 7.19 M (3495) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统SVDD方法对多模态过程故障检测率低的问题,提出了自适应滑动窗口-支持向量数据描述(adaptive moving window- support vector data description,AMW-SVDD)的故障检测方法。首先,使用网格搜索方法建立窗宽序列并获取初始窗宽;其次,应用滑动窗口技术将整体数据以窗宽为标准切分到多个子窗口;然后,利用网格搜索方法和粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法,得到最优窗宽和由各窗口最优SVDD模型构成的模型序列;最后,使用最优模型序列进行故障检测,并将此方法应用于数值例子及田纳西伊斯曼(TE)数据集。结果表明,与传统故障检测方法如KPCA和SVDD等相比,AMW-SVDD方法可有效捕获过程数据的多模态特性。AMW-SVDD方法通过滑动窗口技术捕获数据的局部特征,同时应用PSO算法优化局部模型,二者结合可以自适应确定窗宽参数,进一步获取最优子模型序列,能够有效解决多模态过程故障检测问题,为提高SVDD方法在多模态过程中的故障检测性能提供了参考。

    • 动态多流形投影算法在统计过程监测中的应用

      2022, 43(1):11-18. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx01002

      摘要 (457) HTML (0) PDF 5.66 M (3300) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决工业数据的序列相关性以及数据的全局和局部结构在某些异常状态下的变化问题,通过“时滞偏移”方法将动态行为纳入多流形投影(multi-manifold projections,MMP)模型,提出一种动态多流形投影算法(dynamic multi-manifold projections,DMMP)在统计过程监测中的应用方案。首先,在原始采样数据的基础上加入时滞变量使之具有动态特性;其次,通过分别求解全局图最大值和局部图最小值,获得全局和局部结构信息;然后,构建统一框架,即全局图最大值和局部图最小值,提取高维动态数据有意义的低维描述;最后,通过对比统计量与控制限进行故障检测,将基于DMMP的监控方案通过田纳西-伊斯曼过程验证其可行性和有效性。仿真结果表明,DMMP的整体性能优于一些传统的保持全局或局部特征的算法。新算法解决了传统算法中具有时间相关性的数据信息获取不全面的问题,为提高传统算法在动态工业过程故障检测中的性能提供了参考。

    • 车用内置径向式永磁同步电机的降振优化设计

      2022, 43(1):19-26. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx01003

      摘要 (495) HTML (0) PDF 6.60 M (3355) 评论 (0) 收藏

      摘要:为降低永磁同步电机径向电磁力所引起的电磁振动噪声,基于电磁场、结构场以及声场有限元分析方法,提出了一种基于隔磁磁桥偏移的优化方法。以一台车用内置径向式永磁同步电机为研究对象,将电机隔磁磁桥所在位置沿转子外径的圆周轨迹向磁极方向偏移,同时对隔磁磁桥相邻间距与隔磁磁桥长度进行优化,在综合考虑电机振动噪声水平与电机性能的前提下,对偏移距离为4 mm时电机优化前后的径向电磁力、转子受力、电机模态和电磁振动噪声进行了仿真分析。结果表明,所提方法使电机的平均电磁振动噪声降低了16.77%,电机的噪声水平得到了明显改善,但不会对电机的性能产生较大影响。基于隔磁磁桥偏移的优化方法改善了电机噪声水平,可为车用永磁同步电机的优化设计和电磁振动噪声的抑制提供参考。

    • 基于孪生网络的目标跟踪研究综述

      2022, 43(1):27-41. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx01004

      摘要 (741) HTML (0) PDF 13.05 M (3342) 评论 (0) 收藏

      摘要:近年来,基于孪生网络的目标跟踪算法由于在跟踪精度和跟踪效率之间能够实现良好的平衡而备受关注。通过对基于孪生网络的目标跟踪算法的文献进行归纳,对现有孪生网络目标跟踪算法进行了全面总结,对孪生网络的2个分支结构进行了讨论。首先,介绍了基于孪生网络目标跟踪的基本架构,重点分析了孪生网络中主干网络的优化,以及主干网络的目标特征提取问题。其次,对目标跟踪过程中的分类和回归2个任务展开讨论,将其分为有锚框和无锚框2大类来进行分析研究,通过实验对比,分析了算法的优缺点及其目标跟踪性能。最后,提出未来的研究重点:1)探索背景信息训练,实现场景中背景信息传播,充分利用背景信息实现目标定位。2)目标跟踪过程中,目标特征信息的更加丰富化和目标跟踪框的自适应变化。3)从帧与帧之间全局信息传播,到目标局部信息传播的研究,为准确定位跟踪目标提供支撑。

    • 基于单步加权最小二乘的战场集结定位算法

      2022, 43(1):42-49. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx01005

      摘要 (416) HTML (0) PDF 5.19 M (3432) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前典型的非合作区域内,如空降兵战场集结情况下,快速、高精度、低成本定位难以同时满足的问题,基于无源时差定位技术,结合实际布站和连续定位等特点,提出了一种单步加权最小二乘算法。根据时差定位技术的特点,在区域网分布式无线通信过程中,记录通信方到达各个基站的时间戳,得到时差信息,首次定位时进行两步加权最小二乘,非首次定位时利用上一次定位结果先验信息作为本次定位输入,将两步加权最小二乘简化为单步加权最小二乘。结果表明,在固定布站和随机布站情况下,6站到8站是布站资源消耗和定位精度相结合下较优的布站选择,通过相较于其他算法,新算法在-10~-20 dB信噪比下,均有较好的定位精度。故所提算法在特殊场景下能够实现较为快速、准确的定位,在随机布站时也有较好的性能,为降低算法在实际应用过程中的复杂度提供了参考。

    • 选区激光熔化成型镁合金构件关键技术综述

      2022, 43(1):50-58. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx01006

      摘要 (377) HTML (0) PDF 7.97 M (3341) 评论 (0) 收藏

      摘要:选区激光熔化成型镁合金构件性能优异且个性化程度高,在工业生产、生物医疗等多个领域具有重要应用意义。首先,对选区激光熔化成型镁合金技术的基本原理与技术特点进行了简要阐释;其次,基于选区激光熔化成型镁合金技术的国内外研究现状,将目前已有研究成果与尚未解决的技术问题进行归纳与总结;再次,对选区激光熔化成型镁合金关键技术进行分析,对主要技术难点及其解决方案进行综述;最后,对选区激光熔化成型镁合金发展趋势进行探讨,指出今后可在以下方面进行深入研究:1)优化现有工艺参数与成型仓风道等机械除尘结构,通过主动抑尘与被动抑尘相结合的方法提高成型质量;2)通过工艺调控减少成型缺陷,制备高性能镁合金构件;3)优化粉末筛分结构,提高成型安全性。

    • >化学与化工
    • 氮化硼作为催化剂载体的功能化改性及其应用进展

      2022, 43(1):59-69. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx01007

      摘要 (479) HTML (0) PDF 10.24 M (3275) 评论 (0) 收藏

      摘要:六方氮化硼(h-BN)具有良好的高温稳定性和抗酸碱腐蚀性,与多种半导体、金属等纳米材料复合可形成性能优良的新材料。但受禁带较宽和化学惰性所限,影响了h-BN在催化材料领域的广泛应用。对h-BN进行功能化,是开发h-BN材料新特性和扩大其应用领域的重要途径。概述了h-BN在物理层面和化学层面的功能化制备方法,重点分析了对h-BN表面及边缘进行羟基化、氨基化,以及通过与金属复合、构建异质结、掺杂非金属元素等改性手段,制得的不同形貌h-BN功能纳米材料的新性能,介绍了h-BN功能化纳米材料在提高催化及光催化性能方面取得的进展,包括纳米贵金属/h-BN复合材料催化氧化还原反应、h-BN/半导体复合构建异质结光催化降解有机污染物及光解水产氢、杂原子掺杂h-BN催化氧化还原反应等,展望了功能化h-BN纳米材料的应用前景,提出可在以下几方面对h-BN的功能化技术进行深入研究:1)结合多孔h-BN的结构特性,制备经济有效的金属/h-BN复合催化剂;2)利用h-BN边缘的—OH和—NH2活泼基团,诱导杂原子替代h-BN中的B元素或N元素,制备高效h-BN基催化剂;3)结合先进的分析技术,设计开发具有精确性能导向的功能化h-BN纳米材料。

    • >材料科学
    • 2024-T42铝合金点焊接头性能研究

      2022, 43(1):70-79. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx01008

      摘要 (428) HTML (0) PDF 12.26 M (3465) 评论 (0) 收藏

      摘要:为改善高强铝合金接头连接性能,提高焊接质量,研究了2024-T42铝合金回填式搅拌摩擦点焊(RFSSW)、电阻点焊和铆接3种不同接头的连接性能,采用显微组织观察试验、拉伸试验、拉剪试验和显微硬度试验等方法,对接头组织和性能进行表征与分析。结果表明:RFSSW接头的力学性能最优,拉剪性能达到7.23 kN,较铆接和电阻点焊分别提高了115.82%和37.45%;RFSSW接头的拉脱性能达到3.09 kN,较铆接和电阻点焊分别提高了3.69%和137.69%;RFSSW接头显微硬度最高,接近母材,而电阻点焊接头的显微硬度最低,仅为母材的50%;RFSSW与电阻点焊接头断裂方式分别属于韧性断裂和混合型断裂。采用RFSSW方法可以改善铝合金电焊的接头性能,为高强铝合金结构件焊接与连接工艺的应用提供理论和技术参考。

    • >交通物流
    • 面向车辆路径问题的改进蚁群算法研究

      2022, 43(1):80-89. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx01009

      摘要 (417) HTML (0) PDF 7.76 M (3368) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决基础蚁群算法在求解车辆路径问题时出现收敛速度慢、易陷入局部最优解等问题,提出了一种改进蚁群算法。首先,引入节约矩阵更新选择概率公式引导蚂蚁搜索;其次,运用分段函数改进挥发因子,调整算法的收敛速度;再次,使用2-opt法,提高算法的局部搜索能力;最后,选取车辆路径问题国际通用数据集进行仿真,运用控制变量法找到信息素因子和启发函数因子的合适取值,以P类数据测试算法的改进效果,并与基础蚁群算法、遗传算法、模拟退火算法和粒子群算法进行对比。结果表明,相较于基础蚁群算法,改进蚁群算法的最优路径总长度平均减少了6.97%;与遗传算法、模拟退火算法和粒子群算法相比,改进蚁群算法的寻优能力更强、收敛速度更快。因此,改进蚁群算法可以有效减少路径长度,跳出局部最优,加快收敛速度,尤其是在单路线允许服务点较多且各点分布较离散的车辆路径情况下,其优势更为明显,可为解决车辆路径问题提供一定的参考。

    • >土木建筑工程
    • 考虑温度效应的板岩隧道围岩蠕变变形规律研究

      2022, 43(1):90-98. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx01010

      摘要 (353) HTML (0) PDF 5.68 M (3326) 评论 (0) 收藏

      摘要:隧道开挖后,围岩应力重新分布,产生蠕变变形现象,常会引起大变形、塌方、冲击地压等灾害。为解决此问题,进行了0~120 d的围岩位移、温度现场监测试验,预测和评价板岩隧道围岩的长期稳定性。首先,基于监测位移和温度变化规律,建立改进的Harris温度-时间关系表达式;然后,嵌入Heard幂律型蠕变模型,得到一个新的考虑温度效应的改进Heard蠕变本构模型;最后,模拟围岩0~120 d监测位移,验证所建模型的可行性,并预测围岩在500 d后的蠕变变形规律。研究表明:1)隧道开挖后围岩应力释放,围岩处于受拉状态蠕变累积;2)围岩位移大致表现为幂律型累积规律,0~60 d累积速率较快,60 d后累积速率逐渐变缓,120 d时位移时程曲线趋于收敛,最大位移达-9.93 mm,最小位移为-0.05 mm;3)围岩监测温度与时间呈现反比例衰减关系,随着时间的增长温度逐渐降低。改进后的Harris模型考虑了温度效应,能较准确地反映围岩温度与蠕变时间之间的关系,可为隧道后期正常营运提供一定的理论参考。

    • 钢-混凝土波形钢腹板组合梁弯扭性能研究

      2022, 43(1):99-109. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx01011

      摘要 (344) HTML (0) PDF 8.49 M (3253) 评论 (0) 收藏

      摘要:为进一步揭示弯扭作用下钢-混凝土波形钢腹板组合梁的开裂机理和弯扭破坏模式,完成了5片试验梁在弯矩和扭矩联合作用下的弯扭性能模型试验,结合ANSYS有限元分析,给出弯扭作用下波形钢腹板组合梁开裂弯矩折减系数和开裂扭矩折减系数计算公式,以及极限弯矩和极限扭矩相关关系。结果表明:随着扭弯比增大,开裂弯矩减小,开裂扭矩增大,混凝土板斜裂缝与梁轴的夹角逐渐减小;破坏形式由正截面受弯破坏逐渐变化为以最大主拉斜裂缝开裂过大、裂缝间混凝土斜压短柱达到极限压应变为特征的受扭破坏。扭弯比k小于0.15时,极限弯矩基本不受扭矩影响;大于0.6时,极限扭矩基本不受弯矩影响;在0.15和0.6之间时,极限弯矩和极限扭矩均出现明显削弱,二者呈现单调下降的直线相关关系。针对一定扭弯比范围内的波形钢腹板组合梁,提出的开裂弯矩和开裂扭矩折减系数计算公式以及极限弯-扭关系方程,揭示了弯扭作用下混凝土板的开裂机理和弯扭破坏模式,可为研究其他扭弯比条件下的波形钢腹板组合梁弯扭性能提供参考。

    • >新能源与节能环保
    • 青霉素菌渣与煤混合燃烧动力学及协同效应分析

      2022, 43(1):110-118. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx01012

      摘要 (419) HTML (0) PDF 6.05 M (3326) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前抗生素菌渣不能短时间内大量资源化利用问题,采用热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)分别研究了青霉素菌渣及其与煤混合的燃烧特性和动力学,探讨了掺有5%~30%菌渣的混合燃烧过程,利用flynn-wall-ozawa(FWO)和vyazovkin(V)方法计算混合物燃烧过程的活化能,并采用积分主图法求解机理函数。结果表明:混合燃烧过程包括菌渣的挥发分燃烧和煤固定碳燃烧2个阶段;当菌渣掺比为10%时,混合物平均活化能最低,协同效应最强,2种计算方法所得活化能分别为139.63 kJ/mol(FWO)和141.67 kJ/mol(V);通过积分主图方法求解其机理函数,燃烧反应第1阶段机理函数为\[-ln(1-α)\]4,反应机理为“随机成核和随后生长”,第2阶段机理函数为α2,反应机理为“一维扩散”。实验结果揭示了菌渣与煤混合燃烧的协调反应机理,可为实现菌渣的资源化处理提供理论支持。

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

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