• 2022年第43卷第3期文章目次
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    • >国家青年/地区科学基金项目专栏
    • PE-ECC梁抗冻融性能试验研究与有限元分析

      2022, 43(3):221-230. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx03001

      摘要 (111) HTML (0) PDF 7.59 M (464) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究聚乙烯超高韧性水泥基复合材料梁的抗冻融性能,参照西北地区冬季近10年1月份平均最低温度,对15根PE-ECC梁进行了冻融试验。对冻融后的PE-ECC梁的受弯性能进行了分析;采用基于热传导理论的有限元程序USDFLD对PE-ECC梁进行了冻融循环与荷载耦合作用下的分析,同时与PE-ECC梁的冻融试验结果进行了对比与分析。结果表明,冻融200次后的PE-ECC梁的质量损失率为1.12%,相对动弹性模量高达93.4%,且冻融100次后的PE-ECC梁的极限弯矩约是PVA-ECC梁的1.19倍,是同等级抗压强度普通混凝土梁的1.62倍;ABAQUS子程序USDFLD可以较准确地计算PE-ECC梁在冻融循环作用下的破坏应力、承载力等,得到的PE-ECC梁抗冻融性能与试验结果吻合较好。采用USDFLD程序模拟PE-ECC梁的抗冻融循环性能具有可行性,可为研究荷载作用下的ECC构件的抗冻融循环性能提供一定的参考。

    • >机械、电子与信息科学
    • 基于一维卷积神经网络的掘进机截割部磁场辅助定位技术

      2022, 43(3):231-239. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx03002

      摘要 (105) HTML (0) PDF 7.37 M (449) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决悬臂式掘进机当截割部被机身遮挡或粉尘比较严重时引发的视觉定位失效问题,以磁场强度分量和双目立体视觉技术获取的位姿数据作为训练数据,获得网络参数,提出一种基于一维卷积神经网络(1D-CNN)的辅助定位方法。结果表明,1D-CNN对截割部轨迹预测较好,空间角度俯仰角、偏航角的预测精度达到99%以上,总体精度满足悬臂式掘进机位姿的测量要求。所提方法可以有效预测掘进机截割部的空间位姿信息,与BP全连接神经网络相比,具有能自动提取特征、避免过拟合的优点,为掘进机截割部定位提出了新思路。

    • 基于动态分时电价的电动汽车有序充放电调度策略

      2022, 43(3):240-248. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx03003

      摘要 (69) HTML (0) PDF 6.65 M (418) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对电动汽车无序充放电行为对电网的影响,以及传统的峰谷分时电价容易造成新的负荷高峰、无法考虑电动汽车的动态特性等问题,建立了动态分时电价的有序充放电调度策略。以电动汽车充放电电价、电动汽车充放电状态和充放电功率为决策变量,构建了以电动汽车充放电成本最小、电动汽车接入造成的网络损耗最小和节点电压偏差最小为优化目标的电动汽车充放电调度数学模型,并通过凸优化算法解决了多变量、多目标和高维优化问题;综合考虑电动汽车充电需求和配电网运行约束,在改进的IEEE33节点系统中进行算例验证。结果表明,动态分时电价克服了传统峰谷分时电价下的弊端,能够根据电动汽车的动态特性来调整电价。所提调度策略融合了灵敏度分析方法,可大幅缩短调度过程中潮流计算的时间,并能有效降低电动汽车的充放电成本以及电动汽车接入对网络损耗和节点电压的影响,对于含电动汽车的电网实际调度具有一定的参考意义。

    • 基于K-means聚类与PSO特征优选KNN的分级负荷识别方法

      2022, 43(3):249-258. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx03004

      摘要 (76) HTML (0) PDF 6.90 M (433) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对非侵入式负荷辨识中,单一V-I轨迹特征无法对相似的轨迹特征进行有效识别以及所提取特征易出现冗余甚至噪声特征的问题,提出了一种基于K-means聚类与PSO特征优选的分级非侵入式负荷识别方法。首先,利用K-means算法对负荷V-I轨迹的HOG特征进行初步分类,将轨迹相似的电器分为一类;然后,对每一类中的电器电流数据进行多维特征提取并采用PSO算法选取最优特征子集;最后,利用KNN模型进行二级负荷识别。实验结果表明,该方法有效提高了负荷识别准确率;提取V-I轨迹的HOG特征解决了同一电器V-I轨迹波动的问题;对一级分类后的每一大类单独进行PSO特征优选KNN二级分类,解决了部分电器对特征子集适应性差的问题。所提方法在一定程度上解决了冗余特征甚至噪声特征对辨识准确率的影响,为负荷特征的选取提供了新的思路,对负荷辨识的实际应用具有重要的参考意义。

    • 基于粒子群算法的固定时间多约束无人机轨迹规划

      2022, 43(3):259-267. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx03005

      摘要 (58) HTML (0) PDF 7.14 M (416) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对粒子群算法在轨迹规划时,将无人机视为质点,未考虑无人机的飞行时间、角度等参数的不足,提出一种数值方法结合粒子群算法的轨迹规划求解方法。首先,考虑到对每个时刻控制变量进行优化会耗费大量的时间,将无人机的飞行时间离散为一定数量的切比雪夫配点,在这些离散的配点处优化控制变量以减小计算负担;其次,将角速度作为控制变量,运用曲线拟合求解出角速度与时间的函数,经过积分求出无人机的角度、位置与时间的函数;再次,将结果代入粒子群优化模型并结合无人机运动学模型进行优化求解,根据分配的时间计算出最终的角速度、角度以及位置坐标;最后,在复杂环境下进行无人机轨迹规划仿真,通过与已有方法的对比,验证所提求解方法的有效性和可行性。结果表明,所提出的轨迹求解方法可以求出包括位置在内的各个运动学参数,规划出光滑的轨迹并且成功避开前进过程中的障碍物。所提方法有效提升了轨迹规划的求解维度,对实现智能自主化飞行有一定的参考价值。

    • 家用智能看护机器人高精度里程计估计算法

      2022, 43(3):268-276. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx03006

      摘要 (42) HTML (0) PDF 5.76 M (422) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决家用智能看护机器人车轮轮胎和地面作用力与电机输出力矩不平衡,易导致看护机器人产生滑动、里程计估计精度低的问题,引入牵引系数描述机器人滑动情况,推导含牵引系数的看护机器人运动学模型,以增量式光电编码器和惯性测量单元2种传感器为输入,将含牵引系数的运动学模型应用于基于扩展卡尔曼滤波算法的看护机器人里程计估计算法,搭建看护机器人实验系统完成算法验证。结果表明:在家用瓷砖地面,看护机器人分别以0.1,0.2,0.4 m/s的速度移动时,与传统里程计估计算法相比,所提出的机器人里程计估计算法的误差降低了40%左右。将含牵引系数的运动学模型应用于机器人里程计估计算法,可有效降低看护机器人的里程计估计误差,为提高看护机器人在室内地面的自主导航精度提供了一定的参考。

    • 基于IMDS-DLNS方法的工业过程故障检测

      2022, 43(3):277-284. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx03007

      摘要 (57) HTML (0) PDF 5.36 M (388) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对多维尺度变换(multidimensional scaling,MDS)方法对高维数据进行维数约简时,新样本缺少映射矩阵无法进行低维嵌入的问题,提出了增量式多维尺度变换(incremental multidimensional scaling,IMDS)方法。首先,引入双重局部近邻标准化(dual local nearest neighbor standardization,DLNS)技术以解决IMDS方法降维后数据仍然具有多中心、方差差异明显等问题;其次,采用Hotelling T2统计量对过程进行监控,组成增量式多维尺度变换和双重局部近邻标准化的故障检测方法(IMDS-DLNS);最后,通过数值模拟过程和青霉素发酵过程,将IMDS-DLNS方法分别与PCA,KPCA和FD-KNN等方法作对比分析。结果表明,IMDS-DLNS对比其他方法有更高的故障检测率。IMDS-DLNS方法对多变量、多模态过程具有良好的故障检测能力,能够保障产品质量和生产的安全性,可为工业过程故障检测研究提供参考。

    • 一种稳健的高动态GNSS干扰抑制算法

      2022, 43(3):285-292. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx03008

      摘要 (43) HTML (0) PDF 5.55 M (422) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决在高动态环境下干扰信号来向迅速变化并移出波束零陷,导致抗干扰算法性能下降的问题,提出了一种基于零陷展宽并加深的稳健波束形成算法。首先在干扰区间内设置多个虚拟干扰代替单个干扰,然后通过协方差矩阵前后向空间平滑技术对协方差矩阵进行数据修正。仿真结果表明,新算法不但可以有效加宽并加深干扰信号来向上的零陷,使得阵列有较好的输出信干噪比,而且当干扰来向快速变化时能保持较强的稳健性。在高动态环境下,当干扰快速运动时仍然具有较高的阵列输出。因此所提算法与其他算法相比具有更好的性能,并具有良好的稳健性,可为高动态环境下的强干扰抑制提供理论参考。

    • >化学与化工专栏
    • Fe/HA修饰阳极对MFC产电和脱氮性能的影响

      2022, 43(3):293-299. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx03009

      摘要 (30) HTML (0) PDF 6.80 M (384) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了选取具有较高氧化还原活性的铁腐殖酸复合物(Fe/HA)作为阳极材料,开展Fe/HA修饰阳极对MFC产电和硝酸盐降解性能影响的研究。通过电沉积法制备Fe/HA修饰阳极,利用扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)对Fe/HA修饰阳极的表面形貌特征和活性官能团进行表征;同时采用循环伏安曲线(CV)、塔菲尔曲线(Tafel)和交流阻抗曲线(EIS)对Fe/HA修饰阳极的电化学性能进行测量;并以硝酸盐废水为模拟废水,考察Fe/HA修饰阳极对MFC性能的影响。结果表明:Fe/HA修饰阳极表面具有松散的簇团状结构和氧化还原活性官能团;[JP2]同时,与空白阳极相比,Fe/HA修饰阳极电荷转移量增加了75.82%,交换电流密度增加了14.95%,电荷转移阻抗降低了17.60%;Fe/HA修饰阳极MFC的最大平均输出电压和脱氮效率较空白阳极MFC分别增加了16.52%和6.47%。通过Fe/HA对MFC阳极的修饰,可有效增加阳极表面氧化还原活性官能团的数量和微生物附着的面积,从而提高电子传递效率,实现对MFC产电性能和脱氮效率的提高,本研究可为金属与腐殖酸复合物阳极材料的开发及其在MFC废水处理领域的应用提供理论依据。

    • 4′-氯-7-\[2-(哌嗪-l-基)乙氧基\]异黄酮的合成及分析方法的建立

      2022, 43(3):300-307. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx03010

      摘要 (30) HTML (0) PDF 5.82 M (392) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决天然大豆苷元(daidzein,DAI)抗肿瘤活性不足的问题,对DAI的4′位和7位进行结构修饰。首先,以间苯二酚和对氯苯乙酸为起始原料,经傅克酰基化、增碳关环反应制备4′-氯-7-羟基-异黄酮,将4′-氯-7-羟基异黄酮依次与二溴乙烷、哌嗪通过取代反应制备目标化合物4′-氯-7-\[2-(哌嗪-l-基)乙氧基\]异黄酮(3-(4-chlorophenyl)-7-\[2-(piperazin-l-yl)ethoxy\]-4H-chromen-4-one,CPEO-43),采用柱层析方法实现目标产物与杂质的分离。其次,通过FT-IR,MS,1H-NMR及13C-NMR确证结构。再次,通过MTT实验评价化合物CPEO-43对A549肺癌细胞和HCT116结肠癌细胞的抑制作用。最后,建立CPEO-43血浆样品的超高效液相色谱(ultra high performance liquid chromatography,UPLC)分析方法。结果表明,通过FT-IR,MS,1H-NMR及 13C-NMR确证了所合成的化合物与目标化合物结构一致。10 μmol/L DAI对A549肺癌和HCT116结肠癌细胞的抑制率分别为4.421%和5.601%;而相同浓度的CPEO-43对A549肺癌细胞和HCT116结肠癌细胞抑制率分别为58.43%和72.03%,IC50值分别为2.51 μmol/L和0.87 μmol/L。建立的UPLC方法无内源性物质干扰,在0.5~10 μg/mL范围内线性关系良好,日内精密度及日间精密度均小于10%,化合物CPEO-43的低、中、高浓度的血浆样品的回收率为92.98%~100.10%。化合物CPEO-43的抗肿瘤活性显著高于DAI,UPLC分析方法能简便快速地测定血浆中CPEO-43的含量,结果准确可靠,可为提高DAI的抗肿瘤效果提供理论依据,为药物临床检测提供方法基础。

    • >食品与生物科学
    • 菜芙蓉多糖对秀丽隐杆线虫抗氧化作用的研究

      2022, 43(3):308-318. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx03011

      摘要 (44) HTML (0) PDF 7.80 M (406) 评论 (0) 收藏

      摘要:为进一步研究菜芙蓉多糖(AMP)的体内生物学作用,系统探究其抗氧化机理,以秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)为模型,分析了正常生长条件及氧化应激条件下,空白对照组(0 mg/mL)、低剂量组(25 mg/mL)、中剂量组(50 mg/mL)、高剂量组(100 mg/mL)AMP对线虫生理指标、生化指标及细胞凋亡的影响。结果表明,正常生长条件下AMP可延长线虫寿命、降低生殖能力、提高运动能力,降低线虫体内MDA和ROS含量、提高SOD,CAT和GSH-Px 的酶活性。在200 μmol/L胡桃醌氧化应激条件下,AMP可提高线虫存活率,并能有效清除体内ROS、降低MDA含量,提高线虫体内SOD,CAT和GSH-Px 的酶活性,抑制细胞凋亡。AMP可通过提高线虫体内抗氧化防御系统酶活性及清除自由基提高氧化应激抵抗力,因此AMP有潜力成为一种新的抗氧化天然多糖。

    • >材料科学
    • Mo含量对铁基熔覆层组织及性能的影响

      2022, 43(3):319-327. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx03012

      摘要 (42) HTML (0) PDF 11.56 M (398) 评论 (0) 收藏

      摘要:为改善铁基熔覆层组织的均匀性,提高其耐磨性能,利用X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计和磨损试验机,研究了Mo元素对铁基熔覆层组织及性能的影响。结果表明,不添加Mo的熔覆层主要由奥氏体和针状碳化物(M7C3)组成,熔覆层组织不均匀,整体硬度波动大,耐磨性较差,磨损过程中出现了大范围剥落;添加Mo元素后,熔覆层组织均匀细化,强化相(M7C3及Fe7Mo3)主要呈网状分布,整体硬度较为均匀,其中Mo添加量为10%时熔覆层的耐磨性能最好,较基体提升了1.76倍。因此,加入Mo元素可以改善铁基熔覆层组织的均匀性及耐磨性,研究结果可为提升材料表面的耐磨性提供理论参考。

    • >新能源与节能环保专栏
    • 电解海水阴极析氢非贵金属电催化剂研究进展

      2022, 43(3):328-338. DOI: 10.7535/hbkd.2022yx03013

      摘要 (33) HTML (0) PDF 10.05 M (420) 评论 (0) 收藏

      摘要:氢能具有高能量密度、绿色可持续的优点,是人类社会的理想能源。电解海水制氢是未来氢能产业的战略方向,其中阴极析氢催化剂的活性和稳定性对电解海水制氢的发展至关重要。贵金属铂虽具备优异的析氢催化性能,但价格昂贵、资源有限,限制了其大规模应用。因此,对非贵金属催化剂的研究备受关注。从析氢反应原理入手,介绍了过电位、塔菲尔斜率、法拉第效率、比活性和质量活性等评价催化性能的几个重要参数,综述分析了多种非贵金属催化剂作为电解海水制氢阴极催化剂的研究现状,指出了目前电解海水制氢面临的问题,认为未来非贵金属催化剂规模化电解海水阴极析氢研究应从以下几方面开展:1)设计高活性和稳定性的非贵金属催化剂;2)优化非贵金属催化剂的制备工艺;3)利用先进测试表征手段辅助构建反应模型;4)深化理论计算机理方面的研究。

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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