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2026,47(1), DOI: 10.7535/hbkd.2026yx01000
Abstract:
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2026,47(1):1-11, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx01001
Abstract:
为了解决无结晶器电磁搅拌条件下生产的W470无取向硅钢热轧板存在大量变形组织和不利织构的问题，利用电子背散射衍射仪（electron backscattered diffraction,EBSD）研究了常化工艺参数对W470再结晶行为、晶粒尺寸和织构的影响规律。结果表明：W470热轧板中心层存在大量的非再结晶组织，对于不同常化温度，从840 ℃升高至960 ℃，中心层再结晶率逐渐升高，930 ℃常化后发生完全再结晶；对于不同常化保温时间，在900 ℃条件下随着保温时间从1 min延长至9 min，中心层逐渐发生完全再结晶（保温7 min后已发生完全再结晶）；常化板表层由{110}〈110〉和{114}〈110〉织构组成，中心层为γ纤维织构、铜型织构和旋转立方织构；随着常化温度提高和保温时间延长，再结晶率提高，对磁性能不利的γ织构强度减弱。研究结果揭示了在缺乏连铸结晶器电磁搅拌的条件下常化温度与保温时间对W470无取向硅钢组织与织构的协同作用规律，为获得良好的微观组织与织构提供了一定参考。
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2026,47(1):12-20, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx01002
Abstract:
为了抑制镁铝异种金属焊接接头中脆性镁铝金属间化合物intermetallic compounds,IMCs）生成并改善接头性能，设计并采用铜箔作为中间层金属的搅拌摩擦焊（friction stir welding，FSW）方法对7075-T6铝合金与AZ31B镁合金异种金属进行焊接。分别采用显微组织观察、能谱（energy dispersive spectrometer，EDS）分析、X射线衍射（X-ray diffractometer，XRD）检测、硬度测试、剪切试验测试等试验方法，对是否具有中间层金属铜的镁铝异种金属接头的组织及性能进行试验分析。结果表明：在接头焊核区，中间层金属铜的加入与镁铝金属共同形成镁铝铜三元扩散体系，抑制了焊核区镁铝之间的互扩散行为，焊核区扩散层厚度由150 μm降至50 μm，同时，含铜接头的钩状缺陷两侧形成新扩散层，有效阻止镁铝IMCs中脆性镁铝IMCs生成形成，并分别生成新的铜镁、铜铝IMCs；此外，中间层金属铜的加入使接头界面处钩状缺陷面积显著减小，有效缓解界面应力集中；与常规接头相比，含铜接头的断裂路径从IMCs层迁移至焊核区，接头平均剪切力由3 407 N提高至4 615 N，剪切性能提升35.5%。探明了通过FSW提高特定镁铝异种金属接头的力学性能的原因，为其他异种材料的焊接提供了参考。
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2026,47(1):21-28, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx01003
Abstract:
针对长期在潮湿或水环境中服役的高强混凝土(high-strength concrete，HSC)可能发生的膨胀开裂问题，通过模拟后续水化试验，研究其对HSC性能的影响。首先，探讨了矿渣粉掺量对HSC物理力学性能和渗透性能的影响；其次，分析了后续水化对掺矿渣粉混凝土强度的影响机理；最后，阐述了加载度对预损伤混凝土强度的影响。结果表明：掺矿渣粉前后混凝土抗压强度和超声波声速值变化幅度均不明显，而电通量降低幅度随矿渣粉掺量增大先减小后增大；抗压强度降低幅度随加载度增大先增大后减小，劈裂抗拉强度增长幅度则呈增大趋势；后续水化产物不断填充预损伤混凝土初始裂缝，当其内部空间不足以容纳产物时，产物体积膨胀导致微裂缝生成，强度下降；后续水化后期，新生微裂缝为外界水分进入提供通道，新生产物填充其内部孔隙和缺陷，强度升高。研究给出了后续水化作用下矿渣粉和加载度对HSC性能的影响机制，为HSC的性能评价与设计提供了参考。
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崔耀耀，金 源，姜海洋，吴邵哲，崔 灿，吴焓冰，李金怡，苑媛媛
2026,47(1):29-39, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx01004
Abstract:
为了快速识别市场中的劣质食用油，提出了一种结合激光诱导荧光（laser-induced fluorescence，LIF）技术与偏最小二乘判别分析（partial least squares-discriminant analysis，PLS-DA）的高品质食用油掺伪鉴别方法。首先利用实验室搭建的LIF系统采集了橄榄油、芝麻油和花生油及其掺伪样本的荧光光谱数据；然后基于PLS-DA方法分别为橄榄油、芝麻油和花生油构建了掺伪鉴别模型；最后通过预测集对模型性能进行了评估。结果表明，PLS-DA模型能够准确捕捉掺伪样本与真实样本荧光光谱之间的差异性特征，在实验所得数据验证下，达到了100%的分类准确率。该方法可实现对掺伪食用油的高精度鉴别，为食品安全监管提供了科学的鉴别手段。
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2026,47(1):40-48, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx01005
Abstract:
为了提高起重机永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor, PMSM）的响应速度及系统的鲁棒性，提出一种改进指数趋近律。在基于磁场定向矢量控制(field-oriented control,FOC)的基础上使速度环采用新型滑模控制（new sliding mode control, NSMC)，为趋近项引入新函数f(s)，提升系统状态变量趋近于滑模面的响应速度；将符号函数sign(s)替换为连续函数h(s)，减小因符号函数的不连续性引起的抖振；设计新型扩张状态观测器(new extended state observer, NESO)观测扰动，进一步优化转速控制器，将传统观测器中的fal(s)函数替换成一种非线性光滑函数K(s)来消除抖振，提高观测器的观测精度。结果表明，采用优化算法后电机在启动时，转速在约0.05 s后稳定下来，出现约10 r/min的转速振荡，验证了控制器算法的正确性。所提算法能有效提升系统的响应速度，可为起重机PMSM控制提供参考。
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2026,47(1):49-59, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx01006
Abstract:
针对Chameleon算法在参数敏感性、噪声鲁棒性及计算效率上的不足，提出一种基于最小生成树与统计特征的层次聚类算法（statistical-MST integrated hierarchical clustering algorithm,SHCA)。采用最小生成树构建稀疏图，消除人工参数干预，利用最小生成树的全局最优性避免跨簇伪连接；设计动态统计合并策略，结合局部距离阈值过滤噪声，并通过簇间连通性检验，迭代合并子簇，确保簇内紧密性与簇间分离性；在20个人工数据集与10个真实数据集上进行对比实验。结果表明：SHCA的聚类性能优于对比算法；针对部分数据集表现下降的情况，分析发现流形重叠是主要影响因素。SHCA有效提升了聚类精度与结果稳定性，为后续大规模、复杂流形数据的聚类研究提供了参考。
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2026,47(1):60-72, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx01007
Abstract:
针对由于光照、角度、背景干扰及行人目标太小等复杂场景的影响会导致行人检测精度下降，容易出现误检或漏检等问题，提出了一种基于改进YOLOv11n的行人检测模型YOLOv11-CREP。首先，引入由Conv卷积和空间深度转化卷积（space-to-depth convolution，SPDConv）融合形成的CSPDConv，使模型减少信息的丢失并增强对重要细节的提取；其次，给出RepNCSPELAN4-GC模块（其利用幽灵卷积GhostConv对RepNCSPELAN4进行改进，以减少RepNCSPELAN4模块的参数量），并用改进后的RepNCSPELAN4-GC模块来替换Neck层部分C3k2模块；再次，将高效多尺度注意力（efficient multi-scale attention，EMAttention）和并行网络注意力（parallel network attention，ParNetAttention）融合成新的EMPAttention注意力模块，以增强模型对小目标行人的检测能力；最后，针对小目标行人和遮挡目标的特性，新增小目标检测头P2来增强模型对小目标的识别能力。结果表明：YOLOv11-CREP与原始的YOLOv11n模型相比，平均精度（mean average precision，mAP）在IoU阈值0.5时提升4.6个百分点，达到95.3%；在IoU阈值范围为0.5~0.95时提升9.0个百分点，达到70.2%。所提模型兼顾高检测性能和实时性要求，有效提升了复杂场景下的行人检测性能，为行人检测任务建模提供了参考。
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2026,47(1):73-85, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx01008
Abstract:
针对河北某企业滚动直线导轨副中滑块5道次冷拉拔成形，拉拔道次过多导致生产成本增加的问题，研究入模锥角、定径带长度等对坯料变形的影响，确定最优参数组合以减少拉拔道次，以降低生产成本。建立滑块拉拔成形有限元模型，以拉拔过程中坯料最小截面应力是否超过材料抗拉强度作为正交试验的失效判据，以入模锥角、定径带长度、摩擦因数、拉拔速度4个工艺参数为影响因素进行正交试验分析，研究工艺参数对成形过程中坯料最小截面处应力的影响，以及相互作用的主次关系；结合极差分析法（R值法）得到最优参数组合，通过理论计算优化拉拔道次，并重新设计模具定径带尺寸结构。结果表明：优化后的拉拔道次从5道次减少为3道次，各工艺参数对坯料最小截面所受应力的影响程度大小依次为入模锥角、定径带长度、摩擦因数、拉拔速度；最优工艺参数为入模锥角为5.0°，定径带长度为10 mm，摩擦因数为0.06，拉拔速度为83 mm/s；数值模拟优化后3个道次拉拔时，坯料最小截面所受应力大小均低于材料抗拉强度（885 MPa），且安全系数大于1.25；理论上，3道次拉拔的安全系数均满足要求，验证了优化方案的可行性。研究揭示了工艺及模具关键参数影响拉拔应力的主次关系，为滚动直线导轨滑块多道次拉拔成形工艺优化提供了一定理论参考。
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陈海丽，郭汉壮，李 江，高天成，刘 英，张 坤，王立伟，梁志敏
2026,47(1):86-96, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx01009
Abstract:
针对传统焊接接头类型与漏焊检测方法在三维结构感知能力与特征识别精度方面的不足，提出了一种结合几何结构建模与注意力机制的三维点云检测网络CA-PnPNet。首先，该方法基于PointNet++架构，在多层特征提取阶段嵌入三维点邻域几何建模模块（point neighborhood processing in 3D, PnP3D），以增强网络对局部空间几何关系的表达能力。其次，引入通道注意力模块（channel attention module, CAM），通过建模通道间语义依赖自适应强化关键特征。最终，两类模块在不同特征层的协同作用，使点云局部结构刻画与语义特征增强得以统一，实现更加充分的三维结构表征。为验证方法的有效性，进行了多组模型对比实验。结果表明，CA-PnPNet在焊接点云分类任务中准确率达97.7%，较基线模型提升1.9%，推理速度由33.3 FPS提升至36.1 FPS，表现出优异的精度与实时性。该方法为复杂焊接结构的智能检测与工业质量监测提供了有效的技术参考。
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2026,47(1):97-107, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx01010
Abstract:
针对LiMn2O4循环过程容量衰减快的问题，通过锰盐法制备了不同粒径和振实密度的Mn3O4，将其作为前驱体合成LiMn2O4正极材料，采用X射线衍射、循环伏安法、电化学阻抗谱及充放电测试等方法考察Mn3O4粒径和振实密度对正极材料电化学性能的影响。结果表明：随着前驱体Mn3O4粒径增大，材料的初始放电比容量略有下降，但其循环稳定性和倍率性能均得到改善； 相较于粒径为6 μm的Mn3O4，10 μm Mn3O4前驱体制备的正极材料初始放电比容量下降了6.2%，但其在300圈循环后和5 C高倍率下的容量保持率分别提高了8.0%和25.2%；此外，当Mn3O4振实密度超过2.5 g/cm3后，材料的倍率性能急剧下降；前驱体Mn3O4粒径为10 μm、振实密度为2.5 g/cm3时，所制备的LiMn2O4综合电化学性能最好，其在0.1、1和5 C下的放电比容量分别为122.48、111.9和78.42 mAh/g，循环300圈后容量保持率为90.3%。研究结果明确了前驱体物理性质对LiMn2O4电化学性能的影响规律，为高性能LiMn2O4材料的合成提供了依据。
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2026,47(1):108-118, DOI: 10.7535/hbkd.2026yx01011
Abstract:
为了评估针刺土工布在生产过程中的碳排放问题，以S工厂为研究对象，基于生命周期评价（life cycle assessment，LCA）方法构建针刺土工布生产过程的碳足迹模型。核算原材料使用、原材料运输、生产制造及辅助设备运行等阶段的碳排放；通过局部敏感性分析、全局敏感性分析识别出影响碳足迹的关键因素；结合蒙特卡洛模拟评估结果的不确定性，提出节能减排的优化路径。结果表明，S工厂每生产1 t针刺土工布，其生产过程的总碳足迹为4 374.61 kgCO2，其中原材料使用阶段占比最高，是碳减排的核心关注点；蒙特卡洛模拟结果验证了碳足迹落在95%置信区间内，模型结果可靠。研究结果可为针刺土工布生产企业的碳排放管理提供科学依据，助力行业绿色低碳转型。
2026年第47卷第1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
材料科学
新能源与节能环保
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Abstract:
针对当前苹果成熟度检测在大规模、光照和遮挡等情况时检测精度与效率较低的情况，提出一种基于RT-DETR改进的FPB-DETR检测模型。首先，在主干网络中引入频率自适应膨胀卷积（frequency-adaptive dilated convolution，FADC）模块，通过解决有效感受野与特征带宽的矛盾以及突破固定膨胀率的限制，精准聚焦苹果表面细微颜色渐变区、未成熟斑点及纹理条纹；其次，设计Pola-AIFI（polaformer-attention-based intra-scale feature interaction）模块，解决负值忽略与信息熵过大的问题，抑制目标苹果在不同环境下的干扰；最后，在多尺度融合阶段引入双向特征金字塔网络（bi-directional feature pyramid network，BIFPN）结构，优化特征融合效率与关键信息聚焦能力，抑制成熟度特征传递中的歧义干扰。结果表明：本研究所提FPB-DETR模型的精确度、召回率和平均精度均值分别为92.5％、92.7％和96.8％，相比于原模型分别提升2%、1.7%和1.8%，均优于Faster R-CNN、YOLOv5、YOLO v8、YOLO v11以及YOLO v12目标检测模型，显著提升了模型检测能力；模型平均检测时间为31 ms，满足对苹果成熟度实时检测的需求。本研究在特征提取、注意力机制与多尺度融合三方面实现创新，为智能采摘机器人更好的发展打下基础。
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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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Abstract:
为开发电动汽车内的主动发声系统，提升加速行驶时车内声音的舒适性和动力感，提出了一种考虑发动机阶次组成、频谱能量分布以及典型车速区间内声音幅值增强等3个方面的加速行驶车内声音设计方法。结合车内声音调查、主观评价和测试结果，进行发动机阶次声音的模拟分析，为某A级纯电动SUV车型构建加速行驶场景下的声学设计方案，并开发基于车载音响系统的主动发声系统，最后进行实车测试。结果表明，所提主动发声系统增加了车内声音的声压级和响度，实现了车内声音尖锐度1.0 acum的最大降幅。该主动发声系统能够有效改善电动汽车车内声音品质，为电动汽车加速工况车内声品质主观评价标定及主动控制方法研究提供了参考。
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Abstract:
针对新型电力系统中电力电子设备比例上升导致非线性响应加剧，单相接地故障电流谐波分量显著增大，传统消弧方法难以有效抑制电弧的问题，提出一种基于分数阶模型预测的消弧控制方法。首先，将双级联H桥中的传统电感替换为不同阶次的分数阶电感；其次，采用对应阶次的模型预测控制方法，以电流跟踪误差最小为原则对故障残流进行补偿，从而实现有效消弧；最后，通过硬件在环实验验证该方法的性能。结果表明，采用适当阶次的分数阶模型预测控制进行消弧，在响应速度和消弧效果上更具优越性。将分数阶微积分理论与有源消弧逆变器及其控制相融合，可提升响应速度并降低故障电流，为电力电子化电网故障抑制提供了参考。
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Abstract:
为了拓展分数阶 差分方程的理论，研究了一类迭代泛函高阶分数阶 差分方程边值问题解的存在性，且这类方程在无穷区间上具有积分边界条件。首先，计算该边值问题的格林函数并分析其特性；其次，给定合适的Banach空间以及范数，并据此构造了积分算子；再次，通过运用单调迭代技巧以及上下解方法，成功获得了该问题正解的存在性定理；最后，通过具体的实例验证了主要结果的有效性与实用性。结果表明，在非线性项g满足一定的增长条件下，无穷区间上迭代泛函分数阶 差分方程边值问题至少存在一个正解。研究结果丰富了分数阶 差分方程可解性理论，反映了反馈迭代项对解存在性的影响，并为迭代泛函分数阶 差分方程在控制工程、生物医学、人口理论、社会经济等诸多领域中的应用提供了一定的理论指导。
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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):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):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):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):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):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):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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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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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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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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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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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。
