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    2022年第43卷第3期

      国家青年/地区科学基金项目专栏
    • 韩风霞,郭 鑫,刘 清

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

      Abstract:

      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
    • 周红旭,孙海军,张 雷,王华英

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

      Abstract:

      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。

    • 邓慧琼,张晓飞,曾凡淦,郑玉燚,李培强,郑荣进

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

      Abstract:

      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。

    • 安 琪,梁宇飞,王耀强,王占彬,李 争,李 峥,安国庆

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

      Abstract:

      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。

    • 邵士凯,石伟龙,杜 云

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

      Abstract:

      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。

    • 余 雷,刘怡明,张灵霖,徐 扬

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

      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。

    • 冯立伟,孙立文,顾 欢,李 元

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

      Abstract:

      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。

    • 张秀清,范云婷,王晓君

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

      Abstract:

      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
    • 郭金燕,马志远,王振毅,郭延凯,杨佳琪,廉 静

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

      Abstract:

      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。

    • 连孟强,刘娅琛,郭春燕

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

      Abstract:

      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
    • 杜星芳,贾艳丽,韩紫薇,仇 燕

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

      Abstract:

      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
    • 王建刚,李 壮,黄风山,常超强,张乾坤,李建辉

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

      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。

    • 新能源与节能环保专栏
    • 张晗明,张少飞,孙金峰

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

      Abstract:

      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。

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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。

    • 孟凡猛,江卫华,郭春静

      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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      约稿:数据分析与计算专栏
    • 张春会, 王来贵, 赵全胜, 李伟龙

      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1.97×105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。

    • 机械、电子与信息科学
    • 王建霞,刘梦琳,许云峰,张 妍

      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。

    • 材料科学
    • 马 静,王瑞阳,温 宁

      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。

    • 机械、电子与信息科学
    • 陈 琦,张仁辉,何忠义,熊丽萍

      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。

    • 食品与生物科学
    • 贾艳丽,仇 燕

      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。

    • 机械、电子与信息科学
    • 睢丙东,张 湃,王晓君

      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。

    • 王 卿,蔚保国

      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。

    • 化学与化工专栏
    • 谢英花,刘朝霞,张梅梅,张冬梅

      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。

    • 机械、电子与信息科学
    • 王晓君,薛琳博,王彦朋

      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。

    • 李春华,秦云凡,刘玉坤

      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。

    • 尹雅楠,甄 然,武晓晶,张春悦,吴学礼

      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。

    • 材料科学
    • 孟致安,鲁素玲,闫华军,韩鹏彪,胡希磊,王同会,王 浩

      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。

    • 约稿:数据分析与计算专栏
    • 刘 青, 刘 滨, 王 冠, 张 宸, 梁知行, 张 鹏

      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。

    • 国家青年/地区科学基金项目专栏
    • 文 娟, 李 芾, 丁军君, 李 刚

      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。

    • 翟建华

      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。

    • 李立冬, 刘教民

      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。

    • 机械、电子与计算机
    • 崔海亭, 张 改, 蒋静智

      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。

    • 秦思良, 王庆国, 曲兆明, 雷忆三

      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。

    • 周广芬, 李鹏, 杨久义

      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。

    • 〖CM5-3〗机械与计算机技术
    • 张付祥, 王树国

      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。

    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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