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2026,47(4), DOI: 10.7535/hbkd.2026yx04001
Abstract:
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2026,47(4):343-352, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx04001
Abstract:
为解决聚碳酸酯-聚氨酯（PCU）人工半月板润滑维持能力与耐磨性能不足的问题，采用熔融沉积成型（FDM）工艺一体化制备具有周期性网格状盲孔结构的PCU试样，系统调控微孔宽度、深度关键尺寸参数，并通过润湿性测试及模拟关节环境的往复摩擦试验，探究微结构几何特征对试样表面润滑行为、润滑液保持特性及摩擦磨损机制的影响规律。结果表明：微孔深度增加可提升润滑液储存能力，但过深会导致润滑液渗透速率下降及孔壁结构承载能力减弱；增大微孔宽度能有效促进润滑液渗透，扩大液膜覆盖面积，进而改善界面润滑效果；而合理匹配微孔深度与宽度参数，可在保障储液能力的同时实现润滑液及时补给，显著降低摩擦系数、减轻磨损程度，其中孔深1.0 mm、孔宽0.6~0.8 mm的参数组合可实现润滑液储存与补给的动态平衡，在储液能力、供液效率与结构完整性之间达到最优匹配。研究结果为PCU人工半月板的表面功能化设计与摩擦学性能提升提供了可靠的试验依据与理论参考。
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2026,47(4):353-363, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx04002
Abstract:
针对多无人机协同路径规划中“大规模任务下计算效率与优化精度难以兼顾、复杂场景下实时响应与约束适配耦合”的核心挑战，提出一种基于GPU（graphics processing unit）加速的改进人工蜂鸟算法（artificial hummingbird algorithm, AHA）。首先，构建融合路径长度、任务均衡度、避障代价的多目标数学模型，明确覆盖完整性、无人机动力、避碰与避障等约束条件；其次，设计领地、迁徙、定向觅食相结合的混合探索策略，并引入约束补偿机制实现避障与寻优协同；最后，基于CUDA（compute unified device architecture）架构搭建CPU+GPU异构并行框架，通过线程块优化与共享内存调度提升计算效率。结果表明：AHA-GPU算法较传统CPU架构算法计算速度提升10~48倍，总路径长度缩短7%~13%；在含障碍环境中，算法区域覆盖度达97.05%，避障代价4.709 0，5 m×5 m室内实机实验中避障成功率达100%，各项对比指标均处于前列，在性能显著提升的同时，保证了优异的求解质量。该算法有效突破了大规模复杂任务下“效率-精度-安全”的多维矛盾，为复杂环境下多无人机协同作业提供了高效可靠的路径规划解决方案。
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2026,47(4):364-374, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx04003
Abstract:
为了实现领导智能体对非合作目标的合围控制，提出了一种复合预定时间收敛与预设性能约束的合围控制策略。通过设计预定时间几何中心估计器，使领导智能体能够在用户设定的时间内准确估计出非合作目标智能体的几何中心；在此基础上，结合所设计的速度场和预设性能函数，构建合围控制策略，以驱使领导智能体形成圆弧编队并实现合围，确保非合作目标智能体的几何中心按期望轨迹运动；基于Lyapunov稳定性理论，证明所提控制策略能够保证合围误差在预定时间内收敛到预设性能函数内，并通过数值仿真验证所提控制策略的有效性。结果表明，所提控制策略能够在预定时间内实现精确的合围控制，并引导几何中心沿着期望轨迹运动。所提策略不仅使跟踪误差的收敛时间上界不受系统初始状态的影响，而且满足预设性能，可为多智能体系统协同控制提供参考。
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2026,47(4):375-386, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx04004
Abstract:
针对辊底式热处理炉中传统旋流燃烧器布置后带来的温度均匀性较低的问题，提出一种基于燃气分级技术的低氮燃烧器在辊底式热处理炉内的布置方式。首先，将已经模拟优化后的低氮燃烧器以4种不同的布置方式置于热处理炉上；其次，采用Ansys Fluent软件系统模拟低氮燃烧器在热处理炉上不同的布置方式对炉内温度均匀性的影响；最后，通过对比温度分布云图及储氢罐放置位置水平温度变化图等，确定燃烧器最佳布置方式。结果表明：相比燃烧器在热处理炉其他3种布置方式，分别在y=100 mm以及y=700 mm水平位置间隔均匀布置，且错位间距为400 mm时，更能增强对流，有助于提高炉内均温性，还能带来能耗的降低。在设计低氮燃烧器后针对辊底式热处理炉内燃烧器的布置问题给出一种具体方式，为辊底式热处理炉的均温性设计提供了优化方向。
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2026,47(4):387-396, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx04005
Abstract:
为解决多电机系统因强耦合、非线性及参数时变特性导致的轨迹跟踪精度低、协同能力弱的问题，提出一种基于模型参考自适应控制(model reference adaptive control,MRAC)的协同控制策略。首先，建立显式包含电机间耦合效应的动力学模型，并设计适配三自由度运动的理想参考模型；其次，推导融合耦合项补偿的Lyapunov自适应律，以从理论上确保闭环系统的全局渐近稳定；最后，进行仿真与平台实验分析。结果表明：所提方法在三自由度轨迹跟踪中，各轴稳态误差均小于0.5°，动态响应时间较模糊PID控制缩短50%以上；在嵌入式部署中，算法单次执行时间仅为32 μs，能够在低成本处理器上实现2 kHz的实时控制。该策略突破了传统MRAC在单电机系统中的应用局限，显著提升了多电机系统的协同控制精度与鲁棒性，为多电机强耦合系统的高精度控制提供了参考。
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2026,47(4):397-406, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx04006
Abstract:
针对现有水体采样技术误差大、效率低、样品易污染及系统稳定性低等问题，设计了一款由船体机架、多层深采样模块、采样瓶自动灌装封装模块、采样瓶收纳模块及动力模块组成的全自动水体采样机器人。多层深采样模块采用卷筒收放水管、360°回转接头及电磁换向阀，实现多深度连续采样与管道自清洁；采样瓶自动灌装封装模块以叶轮传动组件为统一动力源，通过机械联动配合完成灌装、压盖与瓶切换，降低污染风险；动力模块采用四电机矢量推进提升机动性；引入深度传感器与模糊PID闭环控制算法实时调节采样深度；利用Ansys对机架、矢量转向轴进行静力学分析，并对叶轮进行流固耦合分析，验证结构强度。结果表明：机架最大应力3.22×107 Pa、变形0.030 mm；矢量转向轴最大应力3.81×106 Pa、变形0.13×10-3 mm；叶轮在15 m/s流速下最大应力4.77×107 Pa、变形0.031 mm，安全系数5.8，均满足强度要求。所提设计集自动化、机械联动与闭环控制于一体，可有效提升采样效率与可靠性，为复杂水域水体环境监测提供了技术参考。
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尹梓如，郑智哲，张美娜，赵鑫燕，李研东，吴晓菲，周 涛，韩 雪
2026,47(4):407-416, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx04007
Abstract:
为探究食叶草全粉不同添加量在传统馒头中的应用价值，解决馒头营养结构单一的问题，以质构特性、感官品质作为评价指标，研究不同添加量的食叶草全粉对面团特性及馒头品质的影响，并综合运用电子舌、顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）、全自动氨基酸分析仪等技术，分析馒头的风味与营养特性。结果表明：随着食叶草全粉从0%添加至10%，馒头比容和白度显著降低，硬度显著升高，咸味与涩味的味感指标值呈逐步上升趋势；当添加量超过2%时，面团醒发体积显著减小，其醒发能力和持气性能受到抑制；添加量为10%的馒头相较于未添加的馒头，甜味氨基酸的相对含量增加了10%，而鲜味氨基酸的相对含量降低了9%；感官评价中，2%添加量组得分最高（84.33分），而过高添加量（＞6%）会导致感官评价总分明显降低；此外，在食叶草全粉馒头中共检测出77种挥发性有机化合物，酮类、烯烃类在中低添加量（<6%）下显著富集，其中部分短链醇类、酯类、酮类仅存在于2%添加量组，且酮类占比达17%。适度添加（2%~4%）食叶草全粉既能强化馒头的营养功能特性，又能保留其良好的食用品质，可为食叶草全粉在功能性主食中的开发应用提供理论参考。
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刘 滨，赵江辉，瞿 英，马 腾，张红斌，刘 青，崔春星，张心竹，董家兴，韩亚楠，魏海龙
2026,47(4):417-425, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx04008
Abstract:
针对舆情事件中评论文本主题识别过程中存在的语义稀疏和主题边界模糊问题，提出一种基于CoSENT与特征扩展的舆情评论主题识别方法CE-TRM（CoSENT and feature expansion-based topic recognition method）。在句向量获取阶段引入CoSENT排序优化机制，以解决Sentence-BERT(SBERT)训练目标与推理需求不一致的问题；构建覆盖舆情源文本与评论的特征扩展框架，利用多头交叉注意力机制将源文本的关键词与评论向量进行融合，并结合PCA与UMAP进行降维处理，最终通过聚类与 c-TF-IDF(class-based term frequency-inverse document frequency) 完成主题识别；以“徐闻港奔驰车插队事件”与“甘肃天水幼儿园血铅超标事件”为案例，分别获取评论21 884条和11 822条进行实验。结果表明，在主题识别的主流评价指标C_v一致性得分上，CE-TRMCoSENT and feature expansion-based topic recognition method）较SBERT-LDA和BERTopic分别提升19.3%和5.6%。CE-TRM在一定程度上削弱了短文本特征稀疏对主题识别的消极影响，提升了舆情评论主题识别的准确性，可为舆情演化分析与公共决策提供新的技术思路。
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2026,47(4):426-435, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx04009
Abstract:
针对钠金属电池(sodium metal batteries,SMBs)用聚二氧戊环（poly(1,3-dioxolane),PDOL）基电解质存在高压下与正极界面稳定性不足、电化学窗口较窄等问题，采用1,3-二氧戊环原位聚合结合二氟草酸硼酸钠（NaDFOB）、氟代碳酸乙烯酯（fluoroethylene carbonate,FEC）、丁二腈（succinonitrile,SN）添加剂协同改性策略制备了PDOL基凝胶聚合物电解质gel polymer electrolyte,GPE），通过NaDFOB构建双阴离子聚集的Na+溶剂化结构，引入FEC、SN添加剂以实现高离子电导率和高稳定界面的协同调控。结果表明：通过复合添加剂改性的GPEs界面层含有氟磷硼无机组分，可有效抑制正极过渡金属（TM）溶出；所组装的NFM111 ‖ Na电池在0.5 C下循环200圈容量保持率达80%，3.0 C倍率下放电比容量仍有101.5 mA·h/g。多重添加剂改性后的PDOL基电解质与高压正极的界面适配性好，抑制了钠枝晶生长且提高了电池的循环稳定性，为高性能SMBs设计提供了新思路。
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2026,47(4):436-447, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx04010
Abstract:
为解决电解制氢对低电压、大电流、高功率密度电源的应用需求问题，提出一种基于非对称电流注入电路（asymmetric current injection circuit，ACIC）的并联型虚拟36脉波整流器。首先，在传统6脉波整流器（6-pulse rectifier，6-PR）的直流侧集成ACIC模块，通过注入特定的补偿电流重塑交流输入电流波形；其次，通过平衡电抗器（interphase reactor，IR）对各ACIC单元进行脉波扩展，在输入端实现等效36脉波运行；最后，推导并优化了ACIC单元的关键参数，量化评估了其容量，并通过仿真验证所设计系统的有效性及性能优势。结果表明：该方案显著降低了电流谐波含量，获得近似正弦的输入电流，网侧电流的总谐波畸变率（total harmonic distortion，THD）降至4.68%，系统效率为98.2%，相较于传统36脉波整流器，网侧电流的THD降低0.32个百分点，系统效率提升3.2个百分点。该方案在谐波抑制与能效提升方面优势显著，且并行结构设计使其兼具优异的系统容错能力和大功率扩容能力，可为电解制氢场景提供有效的解决方案。
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熊章伟，刘 春，张 静，王艳琼，张嘉媛，许冬雨，穆思图，王国强
2026,47(4):448-460, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx04011
Abstract:
针对实际制药废水生化出水中普遍存在的化学需氧量(chemical oxygen demand，COD)超标、色度高及可生化性差等关键难题，构建了电化学(EC）-紫外（UV）-臭氧（O3）三元耦合高级氧化体系，系统评估其处理性能与作用机制，并比较3种单一体系(UV、O3、EC)、3种二元耦合体系(O3-UV、EC-UV、EC-O3)与EC-UV-O3三元体系的处理效果。结果表明:EC-UV-O3体系表现最优，在该体系下COD去除率可达91.1%，色度在40 min内完全去除，BOD5 (五日生化需氧量)/COD比值由0.11提升至0.59，可生化性显著改善；参数优化实验显示，当电流密度为30 mA/cm2 、O3投加比(mO3/mCOD)为1.0、电极板间距为1.0 cm、初始pH为7.2时，体系在污染物去除性能与能耗之间达到最佳平衡，运行效果最佳；机制研究进一步证实，·OH和1O2等多种活性氧物种(reactive oxygen species，ROS)生成量的增加是EC-UV-O3体系中有机物得以强化去除的主要原因。研究结果为EC-UV-O3工艺在实际制药废水深度处理中的工程应用提供了一定的数据支撑和理论依据。
2026年第47卷第4期
当期完整版
国家青年/地区科学基金项目
机械、电子与信息科学
食品与生物科学
数据分析与计算
新能源与节能环保
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邢敬轩1, 2，王超颖1, 2，贾晓萌1, 2，高贺森1, 2，孙渠江1, 2，王秋君1, 2，王 波1, 2
DOI:
Abstract:
针对钠金属电池用聚二氧戊环（PDOL）基电解质存在高压下与正极界面稳定性不足、电化学窗口较窄等问题，本文采用1,3-二氧戊环原位聚合结合二氟草酸硼酸钠（NaDFOB）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）、丁二腈（SN）添加剂协同改性策略制备了PDOL基凝胶电解质，通过NaDFOB构建双阴离子聚集的钠离子溶剂化结构，引入FEC、SN添加剂实现高离子电导率和高稳定界面的协同调控。研究表明，通过复合添加剂改性的GPEs界面层含有氟磷硼无机组分，可有效抑制正极过渡金属（TM）溶出；所组装的NFM111||Na电池在0.5 C下循环200次容量保持率达80%，3 C倍率下放电比容量仍有101.5 mAh/g。多重添加剂改性后的PDOL基电解质与高压正极的界面适配性好，抑制了钠枝晶生长并且提高了电池的循环稳定性，为高性能钠金属电池的设计提供了新的思路。
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DOI:
Abstract:
为了解决电解制氢对低电压、大电流、高功率密度电源的应用需求问题，提出一种基于非对称电流注入电路（asymmetric current injection circuit，ACIC）的并联型虚拟36脉波整流器。首先，在传统6脉波整流器（6-pulse rectifier，6-PR）的直流侧集成ACIC模块，通过注入特定的补偿电流重塑交流输入电流波形；其次，通过平衡电抗器（interphase reactor，IR）对各ACIC单元进行脉波扩展，在输入端实现等效36脉波运行；最后，推导并优化了ACIC单元的关键参数，量化评估了其容量，并通过仿真验证了所设计系统的有效性及性能优势。结果表明：该方案显著降低电流谐波含量，获得近似正弦的输入电流，网侧电流的总谐波畸变率（total harmonic distortion，THD）降至4.68%，系统效率为98.2%，相较于传统36脉波整流器，网侧THD降低0.32个百分点，系统效率提升3.2个百分点。该方案在谐波抑制与能效提升方面优势显著，且并行结构设计使其兼具优异的系统容错能力和大功率扩容能力，可为电解制氢场景提供有效解决方案。
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Abstract:
针对辊底式热处理炉中传统旋流燃烧器布置后带来的温度均匀性较低的问题，提出一种基于燃气分级技术的低氮燃烧器在辊底式热处理炉内的布置方式。首先，将已经模拟的优化后的低氮燃烧器以四种不同的布置方式置于热处理炉上；其次，采用ANSYS Fluent软件系统模拟低氮燃烧器在热处理炉上不同的布置方式对炉内温度均匀性的影响；最后，通过对比温度分布云图及储氢罐放置位置水平温度变化图等，确定燃烧器最佳布置方式。结果表明：相比燃烧器在热处理炉其他三种布置方式，分别在y=100 mm以及y=700 mm水平位置间隔均匀布置，且错位间距为400 mm更能增强对流，有助于提高炉内均温性，还能带来能耗的降低。在设计低氮燃烧器后针对辊底式热处理炉内燃烧器的布置问题给出一种具体方式，为辊底式热处理炉的均温性设计提供了优化方向。
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2021,42(1):48-59, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01007
Abstract:
现实生活中存在的网络大多是包含多种类型节点和边的异构网络，比同构网络融合了更多信息且包含更丰富的语义信息。异构网络表示学习拥有强大的建模能力，可以有效解决异构网络的异质性，并将异构网络中丰富的结构和语义信息嵌入到低维节点表示中，以便于下游任务应用。通过对当前国内外异构网络表示学习方法进行归纳分析，综述了异构网络表示学习方法的研究现状，对比了各类别模型之间的特点，介绍了异构网络表示学习的相关应用，并对异构网络表示学习方法的发展趋势进行了总结与展望，提出今后可在以下方面进行深入探讨：1）避免预先定义元路径，应充分释放模型的自动学习能力；2）设计适用于动态和大规模网络的异构网络表示学习方法。
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2021,42(1):67-74, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01009
Abstract:
随着抗生素副作用的日益凸显，以及其被批准数量的逐年下降，研发功能相似且不易产生耐药性的其他活性物质迫在眉睫。抗菌肽具有广谱抗菌性、热稳定性，作用机理独特，既能起到体内抗病菌感染、促进癌细胞凋亡的作用，还可作为抗病毒化疗剂和医疗器械的抗菌材料。系统综述了抗菌肽的抗菌机制，及其在医药领域抑制抗耐药菌的产生、抗癌以及抗病毒感染的作用，阐明了抗菌肽存在的稳定性、溶血性及毒性等问题，并对其发展前景进行了展望。指出今后可在以下方面对抗菌肽展开深入研究：1）结合体内抑菌机制进行研究，推动抗菌肽的开发应用；2）通过替换、修饰氨基酸残基，合成杂合肽，优化抗菌肽结构，提高其活性，降低毒副作用并预防耐药性的产生；3）利用抗菌肽传递系统或抗菌肽与绿色天然提取物联合作用，提高抗菌活性和生物利用度。
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2021,42(1):22-29, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01004
Abstract:
为了解决YOLOv3算法在手势识别中存在识别精度低及易受光照条件影响的问题，提出了一种改进的YOLOv3手势识别算法。首先，在原来3个检测尺度上新增加1个更小的检测尺度，提高对小目标的检测能力；其次，以DIoU代替原来的均方差损失函数作为坐标误差损失函数，用改进后的Focal损失函数作为边界框置信度损失函数，目标分类损失函数以交叉熵作为损失函数。结果表明，将改进的YOLOv3手势识别算法用于手势检测中，mAP指标达到90.38%，较改进前提升了6.62%，FPS也提升了近2倍。采用改进的YOLOv3方法训练得到的新模型，识别手势精度更高，检测速度更快，整体识别效率大幅提升，平衡了简单样本和困难样本的损失权重，有效提高了模型的训练质量和泛化能力。
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2021,42(1):75-81, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01010
Abstract:
为提高304不锈钢的抗高温氧化性能，以正硅酸乙酯(TEOS)为原料，采用溶胶-凝胶法，在不锈钢表面制备了SiO2薄膜，通过氧化动力学，XRD，SEM和EDS分析，研究了涂覆层数对不锈钢900 ℃抗高温氧化性能的影响。结果表明，SiO2薄膜与不锈钢基体的附着性良好，促进了不锈钢表面发生选择性氧化，生成保护作用的Cr2O3和NiCr2O4氧化层，不锈钢的抗高温氧化性能显著提高，其中涂覆3层SiO2薄膜试样的抗高温氧化性能最佳，经900 ℃循环氧化100 h后氧化增重与氧化剥落仅为未涂覆试样的58.1%和41.4%。SiO2薄膜涂覆有效提高了不锈钢的抗高温氧化性能，是表面处理方法应用于高温环境的又一尝试，为溶胶-凝胶法制备其他薄膜提供了借鉴和参考。
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2021,42(1):60-66, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01008
Abstract:
为减轻盐酸二甲双胍对胃的刺激，实现其在肠道内的释放，以盐酸二甲双胍为主药，壳聚糖、海藻酸钠为复合载体，筛选盐酸二甲双胍pH敏感性水凝胶微球的最佳处方及制备工艺，并对其pH敏感性及体外释药特性进行了考察。通过单因素试验及正交试验优化处方工艺，利用扫描电镜进行结构表征，紫外分光光度法测定载药量及包封率，转篮法研究释放度。结果表明，盐酸二甲双胍pH敏感性水凝胶微球的优选处方如下：壳聚糖与海藻酸钠的总浓度为2%（质量体积比），海藻酸钠与壳聚糖的质量比为1∶1，药物与海藻酸钠的质量比为2∶5，氯化钙的交联浓度为3.5%（质量体积比）；盐酸二甲双胍pH敏感性水凝胶微球在人工胃液中6 h累积释放度小于4%，在人工肠液中6 h累积释放度最大可达96.4%。所制备的盐酸二甲双胍pH敏感性水凝胶微球处方工艺稳定可靠，水凝胶微球机械强度高，生物降解性和稳定性好，是一种新型结构的盐酸二甲双胍给药系统。
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2021,42(1):1-7, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01001
Abstract:
为了探究醇类物质在高载高速工况下的润滑性能，尤其是碳链、羟基与润滑性能的关系，开展了碳链长度、羟基数目对醇类物质润滑性能影响的研究。利用四球摩擦机调查一系列醇类物质的摩擦学性能，结合黏度仪、透射电镜和拉曼等检测手段，探索碳链长度、羟基数目对润滑性能的影响。实验结果表明，随着碳链的增长磨合期变短、摩擦系数达到稳态的时间变短、磨损率降低；随着羟基数目的增多磨损率降低、无明显磨合期和摩擦系数持续波动(乙二醇)或持续降低(甘油)。摩擦诱导形成的石墨烯较无定形碳更能有效地促使摩擦体系达到稳定的摩擦系数,缩短磨合期，研究结果可为醇类物质在机械设备领域的应用提供参考。
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2021,42(1):8-14, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01002
Abstract:
为提高非合作室内环境下超宽带组网定位能力，采用无中心定位算法理论对超宽带测距输出距离信息进行解算分析，得到相对定位结果，并将定位结果与光电标定系统结果进行实测对比，对精度进行评估。结果表明，相比传统超宽带定位模式，利用超宽带测距和无中心定位算法相结合的形式，能够实现无中心定位以及各节点之间的相对位置解算，最终确定各节点之间的相对位置。超宽带测距和无中心定位算法相结合，在相对定位方面具有良好的稳定性和精确度，可以广泛应用于室内室外多种场景。
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2015,36(1):90-99, DOI: 10.7535/hbkd.2015yx01016
Abstract:
如何定量评估液氮冷却后煤储层的渗透率演化是液氮冷却增透煤储层技术的关键。为分析液氮注入煤后的变形、破坏和渗透率演化过程，将煤视作弹脆塑材料，其变形过程包括弹性变形、脆性跌落和残余塑性流动3个阶段，结合单元强度退化指数、扩容指数和Mohr-Column准则，建立了考虑围压对煤单元峰后力学行为影响的本构模型。根据煤岩单元变形过程，将煤岩单元渗透率演化分成2个阶段，即弹性压缩煤岩单元渗透率减小阶段及煤岩单元破坏后的渗透率增加阶段。分析了单元弹性变形、剪切破坏和拉破坏与渗透率之间的关系。煤岩单元弹性压缩和拉伸引起单元内孔隙空间的变化，进而影响单元渗透率；煤岩单元剪切破坏在单元内形成共轭剪切带，在剪切带内的流体流动服从平行板定律，给出了基于单元体应变的剪切带宽度和渗透率计算公式；煤岩单元拉破坏在单元体内形成“十”字型裂隙，在裂隙内的流动也服从平行板定律，给出了基于单元体应变的裂隙宽度和渗透率计算公式。结合热传导理论建立了液氮冷却煤层的温度-变形-破坏-渗透率演化模型，并在FLAC下利用Fish函数方法予以实现。数值算例研究了液氯注入辽宁王营子矿某煤层气抽放井后煤层的变形、破坏和渗透率演化过程。结果表明：1）煤受液氮冷却作用后发生体积收缩，越靠近钻孔温度梯度越大，收缩变形越大，温度拉应力越大，越容易破坏，形成拉破坏区。液氮注入冷却10 d后的拉破坏区约0.65 m宽。2）在拉破坏区，单元内形成了贯通的裂隙，单元体渗透率显著增长，液氮冷却10 d的单元渗透率最大增长幅度可达1.97×105倍。3）远离钻孔区域，拉应力也使得煤的渗透率有所增加，增加幅度为1%～14%，远小于破坏区。4）随着冷却时间增加，破坏区域扩大，但增长速率逐渐减缓，这表明在工程实践中冷却时间过长，不一定能取得更好的冷裂效果。5）液氮冷裂的主要影响区域在1.0 m左右，但实际工程中钻孔内压力、煤岩体内水的相变等对煤岩的实际变形和破坏也有很大影响，从而使得液氮冷裂的影响区域更大。6）模型能较好地反映液氮冷却煤体变形-破坏-渗透率演化过程，从而为评估液氮冷却煤岩增透效果提供一种简便、可行的方法。
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2021,42(1):82-90, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01011
Abstract:
为了解决传统U型钢拉杆存在的生产工艺落后、加工周期长、材料利用率低等问题，提出一体式钢拉杆成形工艺。以35型钢拉杆U型头预制坯的成形为研究对象，设计了3道次加热镦粗方法，采用DEFORM-3D有限元软件分析了不同工艺条件下镦粗后温度场、应力场的模拟结果，探讨了成形效果较佳的热成形工艺参数，并通过实验验证成形的可行性。结果表明，各道次较佳的热成形工艺参数如下：第1道次始锻温度为1 150 ℃、冲头速度为20 mm/s，第2道次始锻温度为1 150 ℃、冲头速度为30 mm/s，第3道次始锻温度为1 100 ℃、冲头速度为20 mm/s；在该热成形工艺参数下，各道次的成形力分别为1 520，2 090，5 290 kN，各道次的胀模力分别为5 870，6 710，8 830 kN；镦粗后金属流线分布合理，没有出现交叉、折叠等现象，成形效果较好。采用3道次热镦粗方法制备预制坯，制件内部的等效应力分布都比较均匀，可以形成质量良好的制件，研究结果可为35型钢拉杆U型头预制坯的镦粗聚料工艺设计以及设备选择提供参考。
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2021,42(1):38-47, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01006
Abstract:
为了解决蚁群算法在无人机实现路径规划中容易陷入局部最优的问题，提出改进的蚁群算法。对信息素的挥发因子以及信息素进行上、下限设置，防止由于较短路径上的信息素过高以及较长路径上的信息素过低，使蚂蚁陷入局部最优，同时在多启发因素的影响下，将路径的整体长度作为决定状态转移概率的一个自适应启发函数因子，当路径长度很大时，自适应启发函数因子较小，使得蚁群选择该路径的概率减小。实验结果表明，改进的算法在路径长度上减少了6.4%，最优路径长度方差降低了85.78%，增加了对环境整体性的考虑，缩短了路径长度，降低了迭代次数，跳出局部最优。在环境复杂度加大的情况下，引入自适应启发函数因子之后的算法可以有效地选择较好的路径，为无人机路径规划提供了理论依据。
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2021,42(1):15-21, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01003
Abstract:
为了解决航空无线电导航服务频段附近的脉冲干扰影响接收机工作的问题，并进一步提高GNSS系统的抗干扰能力，提出了基于STFRFT(short time fractional Fourier transform)的脉冲干扰抑制方法。首先确定接收信号的最佳旋转阶次，再对信号进行STFRFT，通过坐标旋转得到时频面的二维分布，在最佳阶次下采用自适应时变滤波器实现对干扰和信号的分离，进而抑制干扰。仿真结果表明，和几种传统方法相比，基于STFRFT的自适应滤波算法剔除干扰效果最好，在抑制脉冲干扰的同时保留了更多有用信号。结合STFRFT技术和自适应时变滤波技术提高了抑制脉冲干扰的能力，可为航空无线电导航服务的脉冲抗干扰技术提供参考依据。
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2021,42(1):30-37, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx01005
Abstract:
针对传统贝叶斯模型算法对图像显著区域检测精度需要进一步提高的问题，提出一种改进凸包的贝叶斯模型显著性检测算法。首先，利用流行排序算法对图像进行前景提取，提取的前景区域作为贝叶斯模型的先验概率；其次，利用颜色增强的Harris角点检测算法检测图像在RGB，HSV，CIELab 3个颜色空间中的特征点，分别构造RGB，HSV，CIELab空间的凸包，求取3个颜色空间下的凸包的交集；再次，通过贝叶斯模型根据先验概率、凸包与颜色直方图结合得到的观测似然概率计算获得显著性区域图；最后，将新算法在两大公开数据集MSRA和ECSSD中进行测试。结果表明，新算法能够有效抑制背景噪声，完整检出显著区域，F-measure值在MSRA和ECSSD数据库中的测试结果分别为0.87和0.71，准确率-召回率曲线在复杂图像数据库高于传统经典算法。新算法改进了传统经典算法的检测效果，进一步提高了显著图检测的准确性。
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2019,40(1):68-78, DOI: 10.7535/hbkd.2019yx01011
Abstract:
近年来，关于数字孪生的研究方兴未艾。数字孪生作为一个新的范式或者方法体现出了巨大的潜力，但是，这一概念的内涵和范围尚不确定，尤其是对数字孪生模型概念的界定很不清晰。根据模式类别可以将其分为通用模型和专用模型，其中专用模型仍是当前的研究热点，研究内容主要体现为对具体项目使用数字孪生方法进行建模，也包括对专用模型进行开发。这些具体项目除了传统制造业所涉及的零件测量和质量控制，增材制造，设计和工作过程，以及系统管理外，还包括在生物医药、石油工程领域的应用等。开发专用模型的工具和技术呈现多元化，有通用工业软件、专用工业软件、仿真平台和自研二次开发工具等等。数字孪生通用模型的研究对象不针对某一具体项目，而是研究如何将模型受控元素表示为一组通用的对象以及这些对象之间的关系，从而在不同的环境之间为受控元素的管理和通信提供一种一致的方法。数字孪生通用模型的研究主要分为概念研究和通用模型的实现方法，两者的研究热度相当。其中概念研究从宏观角度的产品生命周期管理，到描述系统行为，如一般系统行为和系统重新配置，再到具体工作流，如设计方法、产品构型管理、制造系统、制造过程等，研究内容较为发散，尚没有出现特别突出的热点。关于数字孪生通用模型实现方面，主要研究了建模语言的构建、模型开发方法的探索、具体工具的使用、元模型理念的植入和模型算法的探索。数字孪生模型是数字孪生研究的核心领域之一，其未来的研究重点是如何将不断涌现的各不相同的数字孪生体的外部特征和内在属性归纳为可集成、可交互、可扩展的模型，便于更高效地实现信息在物理世界和数字世界之间流动，从而实现数字孪生的普遍应用，继而支持CPS（网络物理空间）和CPPS（网络物理生产系统）的建设。因此，数字孪生模型研究下一步需要解决的问题是如何对接标准参考架构，如德国提出的工业4.0参考架构模型RAMI4.0和中国的智能制造系统架构IMSA等；关于数字孪生模型需要建立统一的描述方法并确立一致的结论，以规范各自独立发展建立起来的模型，从而改善模型的互操作性和可扩展性，否则，随着系统规模的扩大模型效能会显著下降；中国数字孪生模型的研究急需国产专业工业软件和建模软件的支持，以便中国学者深入开展更加符合国情的深入研究。
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2021,42(2):180-194, DOI: 10.7535/hbkd.2021yx02011
Abstract:
作为网络物理空间CPS（cyber-physical space）建设的重要支撑技术之一，数字孪生已应用在航空航天、智能制造、智慧城市、智慧医疗、智慧教育等多领域，但其在实践过程中也出现了一些问题。例如：数字孪生概念泛化,导致理解偏差从而造成产学研用目标不一致、实践结果不受目标用户认同；具体实施缺乏通用有效方法,导致难以形成普遍性实践案例和公认的典型案例。为解决这些问题，需对数字孪生概念边界进行约束，并对数字孪生方法边界进行延伸，形成数字孪生的新边界，促进形成共识，增加实施方法，更好地推动其发展。在概念上，物理实体是一种具备多种性质的物质集合体，具有复杂性、真实性、即时性的特点，可随外界条件变化按照客观规律进行动态演化。在将物理实体映射到数字孪生的研究中，极易扩张概念范围，如将动态演化过程模拟——仿真、外界条件——数据、甚至对象——物理实体等全部包含在内。如此一来，数字孪生概念将失其核心，不利于在学界就其形成共识。在方法上，基于对多场景下相关应用的详细调研分析，现有数字孪生研究往往越过对物理实体的感知过程，直接依托原有专业领域的模型或模型构建方法而进行。这种方法在取得一些进展的同时，也显现出一定的局限性。首先，已有模型多聚焦于细分领域，在领域间无法通用；其次，已有模型中既少有同时体现数字孪生模型高保真、多尺度、多物理场的特点，更罕有涉及对应全生命周期信息流动的内容，直接套用无法保证数字孪生的有效实现；再次，从已有认知的高度直接进入建模过程可能导致成本过高，如世界公认的美军典型案例ADT计划，建设时间以10年计，投入人力物力巨大，这进一步阻碍了产业界进入数字孪生实践。为应对这些挑战，在概念边界方面，提出了数字孪生应回归其数字化模型的本质，以模型为中心进行有效约束，从而促使产学研用各方的理解达成一致。在方法边界的延伸方面，提出了一种面向多感知的数字孪生模型构建方法，即按照人类对物理世界的一般认识过程，先经由各种感知方法对特征获得感性认识，而后经各种认知过程进一步形成理性认识，由浅入深、由易到难、由简到繁地来进行数字孪生的实践。首先，通过视觉、听觉、触觉和动力感知、嗅/味觉、与反映条件变化的[HK]控制数据相结合等多感知方法，建立物理实体的数字孪生初始模型，在模型建立之初就聚焦于物理实体的复杂性和真实性，充分体现数字孪生模型的特点，有效增强模型的实用性和通用性；其次，将初始模型逐步与已有认知的知识框架进行匹配，并使用从物理实体处返回的控制数据进行不断迭代，将物理实体在特定外界条件变化下的各种性质变化、实时/近实时反应、对其有影响的各种客观规律、行为逻辑等信息按照研究领域的实际需要逐步加入到数字孪生模型中，有效控制模型规模和成本，逐步实现全生命周期的信息流动；再次，将优化成型的数字孪生模型进一步用于理论和实际研究中，如仿真、规划、优化、决策等，促进各项研究的发展；最后，展望了面向多感知数字孪生模型在计算机图像扫描领域、文化遗产保护领域、医疗和教育领域及某些特殊领域的应用前景。
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2012,33(4):309-312, DOI: 10.7535/hbkd.2012yx04007
Abstract:
采用M-G方程、Bruggeman方程和广义M-G方程计算了复合材料内碳纤维的介电常数。结果表明:当纤维长径比较大时,3个方程均可以计算出碳纤维的介电常数,并且数量级和趋势保持一致；广义M-G和M-G方程的计算结果较为一致,而Bruggeman方程则小于其余两者的计算结果；当碳纤维浓度上升至渗流浓度附近时,3个方程计算结果均出现一定程度的偏离,表明3个方程均适用于低浓度情况。
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2015,36(1):1-8, DOI: 10.7535/hbkd.2015yx01001
Abstract:
城市轨道交通作为一种快捷、舒适、节能、环保、安全的交通工具已越来越受到人们的青睐，但由于车辆运行时产生的噪声及振动也使城市轨道交通车辆面临严峻的挑战。目前，针对弹性车轮的研究也在不断发展深入，通过对弹性车轮的发展背景与结构分类的论述，介绍了弹性车轮在轻轨车辆上的主要优点，并详细论述了弹性车轮在降噪减振、有限元强度分析、车辆动力学以及轮轨磨耗方面的研究现状。以国内外低地板轻轨车辆为例，介绍了弹性车轮在城市轨道交通中的发展及运用，并论述了弹性车轮在中国轻轨车辆上的运用前景以及弹性车轮今后的研究方向。
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2012,33(5):453-458, DOI: 10.7535/hbkd.2012yx05016
Abstract:
利用计算流体力学软件FLUENT的凝固/熔化模型,对双层壁圆筒内填充的铝硅合金相变材料的熔化/凝固过程进行了数值模拟,得到了在第3类边界条件下圆筒内相变材料在凝固/熔化过程中的动态温度场分布、相界面移动规律及凝固/熔化时间等,对蓄热装置的设计及实验研究提供了重要的参考价值。
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2008,29(4):299-304, DOI: 10.7535/hbkd.2008yx04010
Abstract:
针对研制的创伤手指功能康复机械手,研究了以ARM芯片S3C2410为核心的嵌入式系统平台、基于SPI总线的电机控制和数据采集模块,以及控制软件和图形用户界面的设计,还结合机械系统设计了传感系统,实现了康复运动产生、康复数据采集等系统功能,为该系统用于临床康复试验奠定了基础。
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2020,41(2):133-147, DOI: 10.7535/hbkd.2020yx02004
Abstract:
网络表示学习方法将信息网络表示为低维稠密携带网络节点特征信息的实数向量，应用于下游机器学习任务的输入，随着机器学习与深度学习的发展，网络表示学习拥有强大的建模能力且应用广泛。对网络表示学习方法、应用进行了归纳总结。首先，对当前国内外网络表示学习方法进行梳理归类，分为传统方法、基于网络结构的嵌入、融入属性信息的嵌入，以及基于谱域的图卷积、基于空间的图卷积和图attention网络，按类别对各类模型详细阐述，对比模型之间的适用性和方法特点；其次，介绍了网络表示学习的相关应用，包括推荐系统领域、生物医药领域等，整理常用的数据集、开源实现的表示学习模型和强大的图深度学习库供研究者参考调用；最后，对网络表示学习的发展趋势进行了总结与展望。未来可在深层的图神经网络学习、动态和异构网络的表示、网络模型的泛化能力等方面继续开展研究。
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2005,26(2):160-165, DOI: 10.7535/hbkd.2005yx02021
Abstract:
对化学工程领域中的通用CFD(ComputationalFluidDynamics)模拟软件Phoenics,Fluent,CFX等的具体特点和应用情况进行了综述,指出了他们各自的结构特点、特有模块、包含的数学模型和成功应用领域;给出了选用CFD软件平台的7项准则,对今后CFD技术的发展进行了预测,指出,今后CFD研究的主要方向将集中在数学模型开发、工程改造和新设备开发及与工艺软件的匹配连用等方面。
