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2022,43(2):119-126, DOI: 10.7535/hbkd.2022yx02001
Abstract:
为研究高强化活塞内冷油腔振荡强化传热机理，应用场协同理论对活塞内冷油腔中机油的振荡流动与传热过程进行分析。采用CFD软件Fluent模拟椭圆形油腔和水滴形油腔内机油的速度场、温度场的分布，得到2种结构油腔的平均场协同数和协同角余弦值在不同工况下的变化规律。结果表明，场协同理论能够很好地解释活塞内冷油腔的振荡强化传热性能，水滴形油腔内、外壁面处的协同角要小于椭圆形油腔，平均场协同数和协同角余弦值都大于椭圆形油腔，说明水滴形油腔的协同程度更好，其强化传热效果也更佳。采用场协同理论可以满足活塞内冷油腔的结构优化设计，为提高活塞内冷油腔的强化传热能力提供了理论参考。
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2022,43(2):127-136, DOI: 10.7535/hbkd.2022yx02002
Abstract:
针对多目标跟踪领域中现有研究方法存在的实时性差、易漂移等问题，基于YOLOv3算法和KCF算法，提出了一种多目标检测跟踪算法。首先，利用训练好的YOLOv3网络获取视频中目标的位置，并对各个目标进行ID分配；其次，将多个目标并行输入到基于核相关滤波的跟踪模块进行目标跟踪；然后，判断是否满足启动修正策略的条件，若满足则用检测模块的结果去修正跟踪模块的结果；最后，利用跟踪结果更新核相关滤波器模型。实验结果表明，将算法应用于OTB2015数据集中的4组含有多种干扰的视频序列，其跟踪精确度达82.4%，跟踪成功率达81.1%，能够满足跟踪实时性要求。因此，所提算法不但有效，且具有更强的鲁棒性，为多目标跟踪领域提供了新的研究思路。
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2022,43(2):137-143, DOI: 10.7535/hbkd.2022yx02003
Abstract:
为了解决本征碳纳米管在SF6气体传感检测方面存在局限性的问题，研究了基于空气等离子体改性的本征碳纳米管气体传感器对SF6分解气体中重要特征组分的气敏特性。利用空气等离子体对本征碳纳米管进行改性，引入空气等离子体预处理碳纳米管表面，研究改性碳纳米管在检测SF6气体分解组分时的气体传感响应特性。结果表明：与本征碳纳米管相比，经空气等离子体改性的碳纳米管气体传感器对H2S气体的电阻变化具有较高的灵敏度，响应时间短，并具有良好的重复性和稳定性；经空气等离子体改性的碳纳米管对SO2气体电阻变化率的敏感性明显降低；不同掺杂比例的碳纳米管气体传感器对SOF2和SO2F2的敏感性不同。因此，基于空气等离子体改性的本征碳纳米管气体传感器能准确反映SF6气体的放电分解情况，可为准确检测SF6气体的分解成分提供依据。
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2022,43(2):144-153, DOI: 10.7535/hbkd.2022yx02004
Abstract:
针对经典视频显著目标提取模型没有充分利用时域显著性线索，易受背景噪声干扰，提取的显著目标不完整等问题，提出了一种在时空对比度指导下的视频显著目标提取模型。首先，自适应融合RGB颜色空间对比度和运动对比度，确定显著目标的先验信息；然后，利用当前帧的前景提取项和邻近帧位置约束项组成能量函数，指导时空显著性线索融合；最后，通过超像素级平滑优化处理，提取完整的视频显著目标。实验结果表明，模型在Visal,SegTrack V2和DAVIS数据集上进行测试，MAE值分别达到了0.030，0.024和0.032，F-measure值分别达到了0.772，0.781和0.812，具有良好的准确性和鲁棒性。因此，所提算法能够有效检测出视频中的显著目标，可为监控系统以及目标跟踪提供理论参考与方法依据。
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2022,43(2):154-161, DOI: 10.7535/hbkd.2022yx02005
Abstract:
负荷数据的高度随机性和不确定性，导致短期负荷预测的精度很难提升。为了提高短期负荷预测的准确度，提出了一种基于完全自适应噪声集合经验模态分解（CEEMDAN）与卷积神经网络（CNN）和门控循环单元（GRU）组合模型的短期负荷预测方法。首先，利用CEEMDAN模型将复杂的原始负荷序列分解为几个相对简单的子序列；其次，利用卷积神经网络（CNN）和门控循环单元（GRU）建立各分量预测模型，将归一化后的分量输入训练模型，得到预测子序列；最后，将所有分量的结果汇总，得到最终预测结果。结果表明，与LSTM模型、GRU模型、CNN-GRU及CEEMDAN-GRU组合模型相比，CEEMDAN-CNN-GRU组合模型所测精度有了明显提升，平均提升了25.08%，23.59%，20.41%和13.53%。CEEMDAN-CNN-GRU组合模型能够提取历史负荷数据中的非线性特征，有效提升短期负荷预测精度，可为电力系统建设提供有力支撑。
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2022,43(2):162-171, DOI: 10.7535/hbkd.2022yx02006
Abstract:
为了研究吊杆形式对人行悬索桥力学性能的影响，以某人行悬索桥为工程背景，采用Midas/Civil软件分别建立竖直吊杆和倾斜吊杆2种形式下的人行悬索桥有限元模型，进行合理成桥状态的找形计算，并对2种模型的静、动力性能进行分析。结果表明：1）竖直吊杆模型内部吊杆内力大小均匀，影响线均为正值，倾斜吊杆模型内部外倾吊杆内力大于内倾吊杆，且影响线有正有负。2）竖直吊杆模型主缆内力变化平缓，主梁基本不产生轴力，主缆和主梁位移较大；倾斜吊杆模型主缆内力变化梯度较大，数值较小，主梁有轴力，主缆和主梁位移较小。3）倾斜吊杆模型前10阶振动频率均大于竖直吊杆模型；在静风荷载作用下，2种模型中抗风揽体系的内力和位移差别不大，受吊杆形式的影响较小。4）倾斜吊杆模型的横向和竖向刚度均大于竖直吊杆模型，比较适合活载较小的人行悬索桥。对采用竖直吊杆体系和倾斜吊杆体系的人行悬索桥从静力和动力性能2个角度进行了全面的比较分析，为该类桥梁的结构体系优化提供了理论依据。
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2022,43(2):172-180, DOI: 10.7535/hbkd.2022yx02007
Abstract:
为量化岩石受高温后的损伤程度，以高温处理后的房山大理岩为研究对象，从基本物理参数、细观结构和微观结构等多角度对岩石热损伤程度及演化过程展开研究。首先，选取25~850 ℃8个温度水平对试样进行热处理；然后，采用CT扫描和SEM技术分别获得热处理后岩石细微观结构随温度的演化过程；最后，结合大理岩受热后的细观特点，提出物相变异数指标，结合波速、密度、CT值等指标共同描述热损伤，并在此基础上分段建立含损伤指标的高温岩石压缩强度预测公式。结果表明，4种指标在不同温度阶段的单轴抗压强度中表现出不同的敏感性，其中在25~250 ℃阶段，波速变化最敏感；在250~450 ℃阶段，CT值最敏感；而在450~700 ℃阶段，物相变异数最敏感。基于敏感指标可得到单轴压缩强度预测公式，对地下深部工程的岩体开挖、支护结构的设计等具有参考价值。
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2022,43(2), DOI: 10.7535/hbkd.2022yx02008
Abstract:
尊敬的读者朋友，您好！在作者和编辑老师的共同努力下，本专栏又和您见面了！文献大数据分析和重叠社区发现是大数据与社会计算领域的研究热点，也是本期关注的两个主题。文献大数据分析的研究目的之一，就是帮助广大研究人员快速进入目标领域，敏捷追踪其中的方向、方法和工具等，从而有效降低研究成本，缩短成果周期；重叠社区发现是复杂网络挖掘领域的基础性工作，成果应用于社交网络、通讯网络、蛋白质相互作用网络、代谢路径网络、交通网络等各种网络的数据分析中，可服务于人力资源管理、新药研制、交通规划、传染病防治、舆情控制等领域。 本期“数据分析与计算专栏”共推出2篇文章。 第1篇是翟君伟等撰写的“基于LDA主题模型的文献特征项多重共现可视化方法”。共现网络分析是文献计量研究中分析文献特征项数据关系的一种可视化方法，为解决多重共现网络中节点过多、连线密度过大、不利于发现数据的价值以及可视化效果较低等问题，引入LDA主题模型，采用空间划分的方法，将特征项全域可视化的问题转化为子空间可视化问题。首先，使用SATI文献题录信息分析软件抽取文献关键词，进行TF IDF计算，以计算结果作为实验数据；其次，使用Python构建主题模型，对目标文献集合进行主题聚类分析；最后，使用Ucinet软件对不同主题子空间文献进行多重共现分析，并将子空间分析结果叠加和重构，完成多重共现可视化系统的结构化表达。结果表明：与原多重共现可视化方法相比，基于LDA主题模型的多重共现可视化改进方法降低了共现网络中的节点数量和节点间连线密度，使得多重共现可视化系统的结构更为清晰，增加了数据的可读性，突出了数据价值，有效提升了多重共现可视化效果。 第2篇是张妍等撰写的“基于社区森林模型的分布式重叠社区发现算法”。针对传统单机重叠社区发现算法已经不适于大规模复杂网络挖掘，以及不能支持网络表示学习任务相关要求的问题，提出了一种基于社区森林模型的分布式重叠社区发现算法（distributed community forest model，简称DCFM算法）。首先，将网络数据集存储到分布式文件系统，将数据分块，使用分布式计算框架在每个数据分块上执行CFM算法；然后，执行社区合并；最后，汇总社区划分结果，使用真实的DBLP数据集将算法运行于Spark集群上，采用F均值和运行时间对算法进行评估。结果表明：DCFM算法的F均值稍逊于CFM算法，但其运算时间随着节点的增加接近线性下降，在牺牲小部分F均值的同时，DCFM算法具备处理大规模网络数据的能力；分割份数对计算时间的影响也很大，在com dblp.ungraph.txt数据集上，CFM算法处理数据需要192 min，而DCFM算法在将数据分成6份时，需要约91 min，分成100份后仅需要约13 min。因此，在大数据平台上采用分布式计算骨干度，进行社区划分、合并的DCFM算法是一种可行的大规模复杂网络挖掘方法，通过对网络进行分割，可以大幅加快社区划分速度，提高社区发现效率。 限于学术水平，以上文章定有可进一步完善之处，欢迎各位朋友不吝指正！ 刘滨，男，1975年出生，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。
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2022,43(2):182-193, DOI: 10.7535/hbkd.2022yx02008
Abstract:
文献计量学是运用数学和统计学方法对文献知识单元进行定量分析、揭示文献内部知识内容的一门科学。共现网络分析是文献计量研究中分析文献特征项数据关系的一种可视化方法，根据被分析特征项的数量分为单重共现网络分析和多重共现网络分析。与单重共现网络分析相比，多重共现网络分析增加了特征项的维度，对文献知识的呈现更加深入。但是，由于被分析特征项维度的增加，导致共现网络中的节点数量增多，节点间连线重合度和交叉频率过大，降低了文献计量可视化的效果。因此，目前文献计量共现网络分析主要以单重共现为主，多重共现网络分析可视化效果尚有待提升。为解决多重共现网络中节点过多、连线密度过大、不利于发现数据价值以及可视化效果较低等问题，引入LDA主题模型，采用空间划分的方法，将特征项全域可视化的问题转化为子空间可视化问题。首先，使用SATI文献题录信息分析软件抽取文献关键词，进行TF-IDF计算，以计算结果作为实验数据；其次，使用Python构建主题模型，对目标文献集合进行主题聚类分析；最后，使用Ucinet软件对不同主题子空间文献进行多重共现分析，并将子空间分析结果叠加和重构，完成多重共现可视化系统的结构化表达。结果表明：与原多重共现可视化方法相比，在内容呈现等价的前提下，基于LDA主题模型的多重共现可视化改进方法由于缩小了多重共现网络分析系统的规模，即子空间文献数量与特征词数目，因而降低了共现网络中的节点数量和节点间连线密度，使得多重共现可视化系统的结构更为清晰，增加了数据的可读性，突出了数据价值，有效提升了多重共现可视化效果。因此，多重共现可视化改进方法在一定程度上可以推进文献构成元素在多重组合知识挖掘方面的深入研究，提高不同领域文献计量的实证研究质量。
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张 妍，刘 滨，梅 卫，许云峰，谷利东，于彭帅，石 钰，魏西峰
2022,43(2):194-203, DOI: 10.7535/hbkd.2022yx02009
Abstract:
重叠社区发现是复杂网络挖掘中的重要基础工作，可以应用于社交网络、通讯网络、蛋白质相互作用网络、代谢路径网络、交通网络等多种网络的数据分析，从而服务智慧交通、传染病防治、舆情分析、新药研制和人力资源管理等领域。传统的单机运算架构已经难以满足各类大规模复杂网络的分析和计算要求。人工智能领域的研究人员提出将社区发现应用到网络表示学习领域，以丰富网络中节点和边的特征，但传统的重叠社区发现算法在设计时未能考虑来自网络表示学习任务的相关要求，只重点关注节点的社区划分，缺乏对社区内部结构和外部边界的考虑，例如没有涉及节点在社区内部的权重和属于多个社区的归属度排序等，因而不能提供网络中节点和社区更丰富的特征信息，导致对网络表示学习任务支持不足。针对传统单机重叠社区发现算法已经不适用于大规模复杂网络挖掘，以及不能满足网络表示学习任务的相关要求等问题，提出一种基于社区森林模型的分布式重叠社区发现算法（distributed community forest model，简称DCFM算法）。首先，将网络数据集存储到分布式文件系统，将数据分块，使用分布式计算框架在每个数据分块上执行CFM算法；然后，执行社区合并；最后，汇总社区划分结果，使用真实的DBLP数据集将算法运行于Spark集群上，采用F均值和运行时间对算法进行评估。结果表明，DCFM算法的F均值稍逊于CFM算法，但其运算时间随着节点的增加接近线性下降，在牺牲小部分F均值的同时，DCFM算法具备处理大规模网络数据的能力；分割份数对计算时间的影响很大，在com-dblp.ungraph.txt数据集上，CFM算法处理数据需要192 min，而DCFM算法在将数据分成6份时，需要约91 min，分成100份后仅需要约13 min。因此，在大数据平台上采用分布式计算骨干度，从而进行社区划分、合并的DCFM算法是一种可行的大规模复杂网络挖掘方法，通过分割网络，可以大幅加快社区划分速度，提高社区发现效率。
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2022,43(2):204-210, DOI: 10.7535/hbkd.2022yx02010
Abstract:
为解决钙钛矿太阳电池中MAPbI3的不稳定性问题，提高电池性能，对以TiO2纳米棒阵列作为电子传输层、Sb2S3:P3HT共混物作为钙钛矿MAPbI3修饰层的太阳电池进行了研究。首先，以SbCl3作为锑源，Na2S2O3作为硫源，采用溶剂热法制备合适尺寸的Sb2S3纳米球；其次，通过超声分散法将Sb2S3与P3HT在氯苯溶液中共混得到Sb2S3:P3HT共混物，将其旋涂于沉积了MAPbI3薄膜的TiO2纳米棒阵列上，形成FTO/TiO2NR/MAPbI3/Sb2S3:P3HT复合膜，制备成TiO2纳米棒阵列MAPbI3/Sb2S3:P3HT太阳电池；最后，采用SEM，XRD，J-V曲线和紫外可见吸收光谱等方法进行表征和测试。结果表明，制备的结构为FTO/TiO2NR/MAPbI3/Sb2S3:P3HT/Spiro-OMeTAD/Ag的太阳电池，能量转换效率（PCE）最高达到了14.73％，与未采用Sb2S3:[JP]P3HT共混物修饰的TiO2纳米棒阵列MAPbI3太阳电池相比，能量转换效率得到了明显提升。因此，Sb2S3:P3HT共混物能避免出现钙钛矿MAPbI3被氧化的不稳定性问题，可有效提高TiO2纳米棒阵列MAPbI3太阳电池的性能。
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2022,43(2):211-220, DOI: 10.7535/hbkd.2022yx02011
Abstract:
为解决精炼渣大量堆存问题，提高转炉渣大掺量时固废基胶凝材料的强度，对精炼渣、转炉渣、矿渣和脱硫石膏材料组成进行了优化研究。首先，通过正交试验考察精炼渣、转炉渣、矿渣和脱硫石膏对胶凝材料抗压强度的影响，并进行回归分析；然后，建立非线性回归模型，优化胶凝材料配合比；最后，采用XRD，SEM和TG-DSC等表征方法分析精炼渣、转炉渣、矿渣和脱硫石膏的协同作用机理。结果表明，Ⅰ组配合比在转炉渣掺量大于40%的情况下，胶砂抗压强度达到39 MPa，且预测值与实验值无显著差异，验证了非线性回归模型的可靠性；精炼渣早期水化生成C2AH8，参与四元体系协同作用，各龄期的水化产物主要为钙矾石和C-S-H凝胶。因此，协同水化作用促进了钙矾石和C-S-H凝胶的生成，提高了硬化体强度，可为精炼渣资源化利用提供理论依据和数据支撑。
2022年第43卷第2期
国家青年/地区科学基金项目专栏
机械、电子与信息科学
土木建筑工程
数据分析与计算专栏
化学与化工专栏
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王建刚1, 2，李 壮1，黄风山3，赵永杰4，张乾坤1，李建辉1, 2
DOI:
Abstract:
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。
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DOI:
Abstract:
悬臂式掘进机自动化、智能化的关键在于掘进机截割部的跟踪定位，其中双目立体视觉测量是重要的检测手段之一，但是当截割部被机身遮挡或粉尘比较严重时，会导致视觉定位失效。为解决该问题，提出一种基于一维卷积神经网络（1D-CNN）的辅助定位方法，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。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。所提出的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的思路。
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DOI:
Abstract:
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，看护机器人以0.1~0.4 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误差降低了40%左右。研究结果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。
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李建辉1, 2, 3，安凯歌1，冯志浩1，张 欣1，马 静1，王建刚*1
DOI:
Abstract:
为丰富空间结构材料的种类，扩大Zr合金的应用范围，利用非自耗电弧炉熔炼了Al含量为2%、3%和4%的Zr-Al二元合金，在真空管式炉内分别进行750 ℃和800 ℃保温4 h的退火处理，借助光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜分析合金的微观组织和断口形貌，并进行硬度测定和拉伸试验。结果表明：经750 ℃保温4 h退火处理后，Zr-4Al合金的铸态组织由?-Zr和Zr2Al转变为?-Zr和塑性更好的Zr3Al相；在相同热处理条件下，随着Al含量的增加，合金的硬度及抗拉强度升高，延伸率下降；Al含量相同条件下，随着热处理温度的升高，合金的硬度、抗拉强度及延伸率下降。采用向Zr中添加适量Al元素并辅之热处理的方法，可制备一种新型的Zr-Al合金，为新型空间结构材料的开发提供了一种新思路。
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DOI:
Abstract:
氢能具有高能量密度、绿色可持续的优点，成为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，并从以下几方面对未来非贵金属催化剂规模化电解海水阴极析氢研究进行了展望：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。
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DOI:
Abstract:
为了拓展分数阶微分方程边值问题的基本理论，研究了共振情形下double-order Hilfer分数阶微分方程在Riemann-Stieltjes积分边界条件下解的存在性。首先，构造2个合适的Banach空间；然后，在Banach空间中定义恰当的算子并使用Mawhin重合度理论，获得double-order Hilfer分数阶共振边值问题解的存在性；最后，通过一个例子验证结果的正确性。结果表明，在合适的Banach空间中，double-order Hilfer分数阶共振边值问题的解具有存在性。采用Mawhin重合度理论方法研究double-order Hilfer分数阶共振边值问题解的存在性，扩展了导数阶数取值范围，丰富了分数阶微分方程的可解性理论，为微分方程在空气动力学、经济学、控制理论等领域的应用提供了理论参考。
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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):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):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):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):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):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):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):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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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):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):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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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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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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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。
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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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2005,26(1):47-50, DOI: 10.7535/hbkd.2005yx01012
Abstract:
描述了在透视投影和相机针孔模型下从单幅二维投影图像进行目标空间方位测定的方法,即利用现实场景中一个三维标定块来进行相机标定,采用线匹配法求出单应矩阵,即可测量平面上目标距离以及物体高度等。
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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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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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2005,26(4):309-311,321, DOI: 10.7535/hbkd.2005yx04015
Abstract:
针对研究的利用MATLAB图像处理工具箱处理实验输出图形、获取图线坐标值、使图形数字化的过程,通过对一构件振动位移测试结果图形的处理,证明此方法取点密集、返回坐标值精确度高,且整个过程可以通过MATLAB语言自动完成,比人工取点的处理方法省时、省力,数据误差小。
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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。
