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2025,46(1), DOI: 10.7535/hbkd.2025yx01000
Abstract:
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黄 磊，耿长建，赵吉庆，岳 琦，郭燕飞，苏 孺，马海坤，吴大勇，康 杰
2025,46(1):1-7, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx01001
Abstract:
为了解决0Cr17Ni7Al弹簧钢丝在拉拔过程中出现的残余应力问题及钢丝卷曲后的回弹现象，通过实验观测和有限元模拟相结合的方法，分析了拉拔工艺参数对残余应力及钢丝翘距的影响，并构建了残余应力与翘距之间的量化关系模型。结果表明：卷丝过程中丝圈轴向的塑性变形是翘距产生的主要原因，而残余应力的分布特征对翘距有显著影响；通过调整拉拔参数可以有效控制翘距；翘距与残余应力之间的关系模型准确度高达0.97。研究结果深化了对拉拔工艺中残余应力影响的理解，为钢丝的后续加工和应用提供了技术参考。
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2025,46(1):8-20, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx01002
Abstract:
针对车用永磁同步电机设计面临的诸多挑战，以8极48槽和8极36槽内置式永磁同步电机为研究对象，研究了不同极槽配合对车用永磁同步电机电磁性能以及振动噪声的影响。首先，比较分析不同极槽配合永磁同步电机的转矩波动、空载反电势，探究不同极槽配合对电机电磁性能的影响；其次，基于麦克斯韦应力张量法推导电磁力波的解析模型，并通过解析模型和有限元模型分别分析不同极槽配合的电机电磁力波的空间阶次和频率特征；最后，建立电机多物理场耦合模型，探究不同极槽配合对永磁同步电机振动噪声的影响。结果表明，8极36槽电机在转矩波动、空载反电势等电磁性能方面要显著优于8极48槽电机，然而，由于其存在较低的空间非零电磁力波，更易引发共振,产生振动噪声。分析结果揭示了不同极槽配合对永磁同步电机电磁性能及电机振动噪声的影响，为电机设计选取极槽配合以及后续优化提供了理论参考。
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2025,46(1):21-29, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx01003
Abstract:
为了提升锂离子电池组均衡系统的性能，提出了一种基于模糊自适应模型预测控制(fuzzy adaptive model predictive control,FAMPC)的模块化均衡系统。首先，由改进的buck-boost电路和反激变压器组成双层均衡拓扑结构；其次，以不同电池剩余容量(state of charge,SOC)的状态作为模糊逻辑算法的输入，对均衡电流的约束条件进行调节；再次，基于FAMPC均衡控制方法，直接利用开关管的占空比作为系统输入；最后，在改变电池组状态并不使用额外电流控制机制的情况下进行仿真实验。结果表明，与传统的模糊控制方法相比，所提系统在正常条件下均衡速度提高了约24.51%，在电池低SOC的极端条件下均衡速度可以进一步提高至34.48%。所提系统将模糊算法提供的稳定性与模型预测控制算法的快速性相结合，保证了电池组更安全稳定的运行，可为电池组性能提升研究提供参考。
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2025,46(1):30-40, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx01004
Abstract:
透析膜是血液透析器最重要的组成部分，其性能取决于清除有毒溶质的可行性和生物相容性。但是当膜材料与血液接触时，血浆蛋白会快速吸附在膜表面，并与血小板上的糖蛋白受体结合，导致血小板活化、凝血级联反应和补体激活，从而形成凝血及血栓，严重威胁患者的健康和生命安全。为了赋予血液透析膜良好的抗凝血性能，需要针对性地对膜材料进行改性，如表面微观结构、表面电荷和润湿性等，以保持其在血液相容性方面的可控性。在总结了膜的改性技术的基础上，介绍了现阶段血液透析膜面临的挑战与改进策略，指出当前抗凝血改性策略大多存在稳定性较差、易脱落的问题，且改性过程通常涉及到有机溶剂和化学药品的使用。对透析膜抗凝血改性技术未来的发展方向进行了展望：1）开发智能响应材料，实现动态的抗凝血功能；2）构建仿生膜表面，减弱人体的排异反应；3）设计动态和可再生表面，使其在使用过程中能够自我修复或再生；4）绿色化改性方法，既能实现高效的抗凝血改性，又能减少生产过程中对环境的污染。
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2025,46(1):41-48, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx01005
Abstract:
针对电力负荷数据由于受多种因素的影响具有高度不确定性的问题，将负荷数据的不确定性与深度学习算法相结合，提出了一种基于模糊逻辑的FBiLSTM-Attention短期负荷预测模型，以提高负荷预测的精度。首先，对原始数据进行数据预处理，包括缺失值填充、相关性分析及数据归一化；其次，通过K-Means聚类将每个特征的数据转换成模糊规则引入模糊逻辑的处理，同时，模型结构方面采用双向长短期记忆网络（BiLSTM）和注意力机制（Attention）；最后，对所提方法和传统的LSTM与BiLSTM-Attention模型的预测结果进行对比。结果表明，结合了模糊逻辑的模型精确度和鲁棒性都有了明显的提升，具有更好的预测性能。所提模型可以有效提高处理不确定性数据的能力，为负荷预测研究提供了参考。
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2025,46(1):49-59, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx01006
Abstract:
为了分析带有惩罚机制的公共物品博弈模型下交互规模对合作水平和种群收益的影响，通过蒙特卡洛仿真，结合现实复杂的交互环境特征，提出了一种基于合作阈值的动态交互域模型。首先，根据博弈圈内合作者数目不同的特点设计了基于合作阈值的动态交互规则；其次，对加入交互域更新规则后公共物品博弈模型中的合作水平、种群收益、交互域范围等进行了仿真实验，观测其演化过程；最后，通过对比不同参数值下新旧模型对种群合作演化的影响，讨论了该机制作用的原理和效果。通过大量的仿真实验，验证了较高的合作阈值和增加交互域的变化强度都能更有效地促进合作并提高种群的平均收益。该模型能有效提高合作水平和群体收益，从而为研究动态交互环境下的公共物品博弈提供一种新的视角。
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2025,46(1):60-66, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx01007
Abstract:
针对目前多孔介质在甲烷水合物生成过程中微观导热机理研究的不足，基于SiO2组成的多孔介质缝隙模型，提出采用分子动力学方法进行模拟研究。根据模拟体系的微观结构，采用平衡态分子动力学（equlibrium molecular dynamics,EMD）方法和非平衡态分子动力学（nonequilibrium molecular gynamics,NEMD）方法研究均相溶液在SiO2缝隙内的热导率变化过程，分析SiO2完整缝隙和缺陷缝隙分子构象图和密度分布云图，获得SiO2对甲烷水合物生成初期热导率的影响规律，并进行微观机理分析。结果表明，采用EMD方法得到含SiO2缝隙的均相溶液热导率均值为0.53 W/（m·K），均相溶液的热导率为0.74 W/（m·K）；采用NEMD方法得到均相溶液、完整SiO2缝隙、缺陷SiO2缝隙的热导率分别为0.986、0.581和0.439 W/（m·K）。采用EMD方法和NEMD方法均验证了SiO2缝隙的存在有利于甲烷水合物的生成和储存，热导率模拟值均接近实验测量值，含有缝隙的SiO2可明显降低模拟体系的热导率，有利于甲烷水合物的生成和储存。
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刘 浩，郭海涛，姬爱熙，李姝琪，余少君，杨国华，刘卓尔，刘永刚
2025,46(1):67-76, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx01008
Abstract:
为测定松花粉中18种无机元素的含量，并对重金属及有害元素进行安全性和健康风险评估，采用微波消解法处理样品，利用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS法）进行测定，使用软件Origin 2021和微生信平台绘制松花粉无机元素特征谱图和相关系数矩阵图，通过计算重金属元素的单项污染指数Pi对松花粉的安全性进行评估，计算重金属元素的每日最大可耐受量、靶标危害系数和致癌风险，并对松花粉的健康风险进行评估。结果表明：松花粉中主要含有Na、Mg、K、Ca、Fe、Zn 6种无机元素；Pi结果显示松花粉样品未被污染，水平优良；松花粉样品中重金属及有害元素未对暴露人群产生健康风险。采用ICP-MS法对松花粉中18种无机元素进行测定分析，可为松花粉的质量安全评价和推广应用提供一定的理论依据。
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2025,46(1):77-90, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx01009
Abstract:
聚偏二氟乙烯（polyvinylidene difluoride,PVDF）在显著增强硼粉与铝粉点火燃烧性能方面展现了巨大的潜力。基于国内外近年来在PVDF改性硼、铝含能材料方面的广泛研究，归纳提炼了10种主流的制备技术，包括溶剂挥发法、静电纺丝技术、静电喷雾技术、静电喷雾沉积、微乳液法、3D打印技术、真空冷冻干燥法、非溶剂致相分离法、液相法以及液滴微流控技术，分别阐述了它们的制备原理、应用场景及优缺点，指出了PVDF改性含能材料面临的挑战，提出了未来研究的重点方向：1）安全改进；2）绿色技术；3）纳米材料优化；4）多尺度设计；5）创新的涂层方法；6）深入了解反应机制。
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2025,46(1):91-99, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx01010
Abstract:
为了丰富对紫叶苔属遗传基础的认识，探究了紫叶苔(Pleurozia purpurea)线粒体基因组密码子使用的偏好性及其影响因素。首先，基于完整紫叶苔线粒体基因组筛选蛋白编码序列；然后，利用CodonW、EMBOSS explorer计算各基因的GC含量、有效密码子数(ENC)、密码子适应指数(CAI)和同义密码子相对使用度(RSCU)等指标；最后，采用R软件进行参数间的相关性分析并绘图。结果表明：1) 从紫叶苔线粒体基因组中筛选出31条蛋白编码序列，平均GC含量和密码子第 3 位碱基的 GC 含量分别为38.17%和32.28%，ENC和CAI平均值为50.29、0.17，表明密码子偏好使用以A/U结尾的碱基，且密码子偏好性较弱；2) ENC分别与GCall、GC3以及基因编码氨基酸的长度呈极显著正相关，表明GC含量和基因的长度对密码子的偏好有显著影响；3) 中性绘图、ENC-plot和PR2-plot分析表明，突变压力和自然选择等因素共同塑造了密码子的使用偏好性，其中突变是最主要的影响因素；4) 筛选出23个最优密码子，多数以 A/U 结尾。因此，紫叶苔线粒体基因组密码子偏好性较弱，除了主要受突变压力影响外，还受到自然选择、碱基组成和基因长度等因素的影响，研究结果可为苔藓植物线粒体基因组的进化研究提供参考。
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2025,46(1):100-107, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx01011
Abstract:
为获得产CpxP蛋白枯草芽孢杆菌ZY1液体发酵的最佳条件并制备微生态菌剂，采用单因素试验与响应面实验对ZY1进行发酵工艺优化研究。结果表明：摇瓶发酵培养基最佳碳源、氮源、无机盐分别为淀粉、豆粕、NaCl；最优培养基配方为淀粉2.12 g/L、豆粕5.90 g/L、NaCl 5.21 g/L，活菌数达到9.63×108 CFU/mL，比培养基优化前提高了11.04倍；摇瓶发酵条件最佳初始pH值、温度、转速、接种量分别为7.0、37 ℃、200 r/min、2%，活菌数达1.05×109 CFU/mL，比培养基优化后提高了9.0%；按10%接种量基于5 t发酵罐体系进行菌剂中试生产过程中，ZY1活菌数达到1.05×1011 CFU/mL，比摇瓶优化后提高了100倍；发酵结束时芽孢率达到90%，经喷雾干燥制备出菌剂1 012 kg，成品检测活菌数为8.5×109 CFU/g。研究结果可为进一步开展CpxP蛋白在动物细菌性腹泻病生物防治功能方面的研究提供基础材料。
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2025,46(1):108-118, DOI: 10.7535/hbkd.2025yx01012
Abstract:
为了解决石化行业节能减排技术评估体系构建尚不完善的问题，聚焦石化行业节能减排技术，从技术性能、经济效益和环境保护3方面构建评价指标体系，通过CRITIC（criteria importance though intercrieria correlation）-云模型进行评价。结果表明：石化行业75%的节能减排技术综合评分在0.6以上，其中变频器调速节能技术、蒸汽系统运行优化与节能技术、大型高参数板壳式换热技术是标杆技术；石化行业节能减排技术在成熟度、适用性、减排成本以及减排潜力上的表现存在显著差异，其中多能互补型直流微电网及抽油机节能群控系统技术与多孔表面高通量管高效换热技术在经济效益和环境效益方面亟待改进；云模型评价显示，石化行业节能减排技术整体处于“可接受级”水平，并逐步向“可宣称级”水平迈进。研究结果从技术评价视角为石化行业锚定发展节能减排技术提供了评价依据，有助于助推“双碳”目标的达成。
2025年第46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
化学与化工
食品与生物科学
新能源与节能环保
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DOI:
Abstract:
针对一维信号所含信息不全面和DenseNet网络在变工况下存在过拟合等问题，提出了基于连续小波变换（CWT）时频图像和改进密集连接卷积网络（Improved DenseNet, IDenseNet）的滚动轴承故障诊断方法。首先，将一维振动信号通过CWT转为二维时频图像；其次，对DenseNet网络进行改进，将DenseNet第一个卷积块中的ReLU激活函数替换为Swish激活函数（Swish激活函数更平滑）；同时，在网络中引入基于风格的卷积神经网络重校准模块（SRM）和空间与通道注意力机制模块（CBAM），SRM关注特征通道权重，CBAM则从通道和空间2个维度增强特征表达能力，进而得到IDenseNet；最后，将二维时频图像输入到IDenseNet模型中进行特征提取和故障诊断，通过模型的Softmax层输出故障诊断结果。结果表明，所提方法在恒定工况及变工况下的平均故障识别准确率均达到97.80%，且在迁移学习模型中，平均故障识别准确率达到了99.44%。CWT-IDenseNet方法可以有效提高模型的泛化能力，在恒定工况及变工况下具有显著优势，对提高滚动轴承故障诊断的准确率和可靠性具有参考价值。
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DOI:
Abstract:
聚偏二氟乙烯（polyvinylidene difluoride, PVDF）在显著增强硼粉与铝粉点火燃烧性能方面展现了巨大的潜力。基于国内外近年来在PVDF改性硼、铝含能材料方面的广泛研究，归纳提炼了十种主流的制备技术，包括溶剂挥发法、静电纺丝技术、静电喷雾技术、静电喷雾沉积、微乳液法、3D打印技术、真空冷冻干燥法、非溶剂致相分离法、液相法以及液滴微流控技术，然后分别阐述了它们的制备原理、应用场景及优缺点，最后指出了PVDF改性含能材料面临的挑战，提出了未来研究的重点方向：1）安全改进；2）绿色技术；3）纳米材料优化；4）多尺度设计；5）创新的涂层方法；6）深入了解反应机制。
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DOI:
Abstract:
针对电力负荷数据由于受多种因素的影响具有高度不确定性问题，将负荷数据的不确定性与深度学习算法相结合，提出了一种基于模糊逻辑的FBiLSTM-Attention短期负荷预测模型以提高负荷预测的精度。首先，对原始数据进行数据预处理其中包括缺失值填充、相关性分析及数据归一化；其次，通过K-Means聚类将每个特征的数据转换成模糊规则以此引入模糊逻辑的处理，同时，模型结构方面采用双向长短时记忆网络（BiLSTM）和注意力机制（Attention）；最后，对所提方法与传统的LSTM与BiLSTM-Attention模型的预测结果进行对比。结果表明，结合了模糊逻辑的模型精确度和鲁棒性都有了明显的提升，具有更好的预测性能。所提出的模型可以有效提高处理不确定性数据的能力，为负荷预测研究提供了参考。
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王 宣1, 2，李泽华1, 2，史润婕1, 2，李田田1, 2，王若琳1, 2，牛春梅1, 2
DOI:
Abstract:
血液透析（HD）是一种血液净化方案，用于清除血透患者血液中积累的代谢废物。透析膜是血液透析器最重要的组成部分，其性能取决于清除有毒溶质的可行性和生物相容性。但是当膜材料与血液接触时，血浆蛋白会快速吸附在膜表面，并与血小板上的糖蛋白受体结合，导致血小板活化、凝血级联反应和补体激活，从而形成凝血及血栓，严重威胁着患者的健康和生命安全。因此，迫切需要开发出更有效的透析膜材料，以降低蛋白质附着，提高抗凝血性和毒素清除效率，从而提高透析性能。为了赋予血液透析膜良好的抗凝血性能，需要有针对性地对膜材料进行改性，如表面微观结构、表面电荷和润湿性等，以保持其在血液相容性方面的可控性。总结了膜的改性技术；阐述了现阶段HD膜面临的挑战与改进策略；阐明了当前抗凝血改性策略大多存在稳定性较差、易脱落的问题，改性过程通常涉及到有机溶剂和化学药品的使用；对透析膜抗凝血改性技术未来的发展方向进行了展望：1）开发智能响应材料，实现动态的抗凝血功能；2）构建仿生膜表面，减弱人体的排异反应；3）设计动态和可再生表面，使其在使用过程中能够自我修复或再生；4）绿色化改性方法，既能实现高效的抗凝血改性，又能减少生产过程中对环境的污染。
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李国昊1，尹红彬1, 2，孙义港1，张 哲1，毕向军1，胡文静1
DOI:
Abstract:
针对车用永磁同步电机设计面临的诸多挑战，以8极48槽和8极36槽内置式永磁同步电机为研究对象，研究了不同极槽配合对车用永磁同步电机电磁性能以及振动噪声的影响。首先，比较分析不同极槽配合永磁同步电机的转矩波动、空载反电势，以探究不同极槽配合对电机电磁性能的影响；其次，基于麦克斯韦应力张量法推导电磁力波的解析模型，并通过解析模型和有限元模型分别分析不同极槽配合的电机电磁力波的空间阶次和频率特征；最后，建立电机多物理场耦合模型，探究不同极槽配合对永磁同步电机振动噪声的影响。结果表明，8极36槽电机在转矩波动、空载反电势等电磁性能方面要显著优于8极48槽电机，然而，由于其存在较低的空间非零电磁力波，更易引发共振产生振动噪声。分析结果揭示了不同极槽配合对永磁同步电机电磁性能及电机振动噪声的影响，为电机设计选取极槽配合以及后续优化提供了理论参考。
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杜梦雪1，张鑫1，高洁1，毕胜1，郝杰威1, 2，张莉娜1, 2
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Abstract:
为了丰富对紫叶苔属遗传基础的认识，探究了紫叶苔(Pleurozia purpurea)线粒体基因组密码子使用的偏好性及其影响因素。首先，基于完整紫叶苔线粒体基因组筛选蛋白编码序列；然后，利用CodonW、EMBOSS explorer计算各基因的GC含量、有效密码子数(ENC)、密码子适应指数(CAI)和同义密码子相对使用度(RSCU)等指标；最后，采用R软件进行参数间的相关性分析并绘图。结果表明：1) 从紫叶苔线粒体基因组中筛选出31条蛋白编码序列，平均GC含量和密码子第 3 位碱基的 GC 含量分别为38.17%和32.28%，ENC和CAI平均值为50.29、0.17，表明密码子偏好使用以A/U结尾的碱基，且密码子偏好性较弱；2) ENC分别与GCall、GC3以及基因编码氨基酸的长度呈极显著正相关，表明GC含量和基因的长度对密码子的偏好有显著影响；3) 中性绘图、ENC-plot和PR2-plot分析表明，突变压力和自然选择等因素共同塑造了密码子的使用偏好性，其中突变是最主要的影响因素；4) 筛选出23个最优密码子，多数以 A/U 结尾。因此，紫叶苔线粒体基因组密码子偏好性较弱，除了主要受突变压力影响外，还受到自然选择、碱基组成和基因长度等因素的影响，研究结果可为苔藓植物线粒体基因组的进化研究提供参考。
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Abstract:
石化行业作为国民经济的基础和支柱产业，其CO2排放总量位居工业部门前列。为了解决石化行业节能减排技术评估体系构建尚不完善的问题，聚焦石化行业节能减排技术，从技术性能、经济效益和环境保护3方面构建评价指标体系，通过CRITIC-云评级模型进行评价。结果表明：石化行业75%的节能减排技术综合评分在0.6以上，其中变频器调速节能技术、蒸汽系统运行优化与节能技术、大型高参数板壳式换热技术是标杆技术；石化行业节能减排技术在成熟度、适用性、减排成本以及减排潜力上的表现存在显著差异，其中多能互补型直流微电网及抽油机节能群控系统技术与多孔表面高通量管高效换热技术在经济效益和环境效益方面亟待改进；云模型评价显示，石化行业节能减排技术整体处于“可接受级”水平，并逐步向“可宣称级”水平迈进。研究结果从技术评价视角为石化行业锚定发展节能减排技术提供了评价依据，有助于助推“双碳”目标的达成。
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刘 浩1，郭海涛1，姬爱熙1，李姝琪1，余少君1，杨国华2，刘卓尔1，刘永刚1*
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Abstract:
为测定松花粉中18种无机元素的含量，并对重金属及有害元素进行安全性和健康风险评估，采用微波消解法处理样品，利用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS法）进行测定，使用软件Origin 2021和微生信平台绘制松花粉无机元素特征谱图和相关系数矩阵图，通过计算重金属元素的单项污染指数Pi对松花粉的安全性进行评估，计算重金属元素的每日最大可耐受量、靶标危害系数和致癌风险，对松花粉的健康风险进行评估。结果表明：松花粉中主要含有Na、Mg、K、Ca、Fe、Zn 6种无机元素；Pi结果显示松花粉样品未被污染，水平优良；松花粉样品中重金属及有害元素未对暴露人群产生健康风险。采用ICP-MS法对松花粉中18种无机元素进行测定分析，可为松花粉的质量安全评价和推广应用提供一定的理论依据。
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Abstract:
针对目前多孔介质中甲烷水合物生成过程中微观导热机理研究的不足，基于SiO2组成的多孔介质缝隙模型，提出采用分子动力学方法进行模拟研究。根据模拟体系的微观结构，采用EMD方法和NEMD方法研究均相溶液在SiO2缝隙内的热导率变化过程，分析SiO2完整缝隙和缺陷缝隙分子构象图和密度分布云图，获得SiO2对甲烷水合物生成初期热导率的影响规律，并进行微观机理分析。结果表明，采用EMD方法得到含SiO2缝隙的均相溶液热导率均值为0.53 W?m-1?K-1，均相溶液的热导率为0.74 W?m-1?K-1；采用NEMD方法得到均相溶液、完整SiO2缝隙、缺陷SiO2缝隙的热导率分别为0.986 W?m-1?K-1、0.581 W?m-1?K-1和0.439 W?m-1?K-1。采用EMD方法和NEMD方法均验证了SiO2缝隙的存在有利于甲烷水合物的生成和储存，热导率模拟值均接近实验测量值，含有缝隙的SiO2可明显降低模拟体系的热导率，有利于甲烷水合物的生成和储存。
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黄 磊1，耿长建2，赵吉庆3，岳 琦4，郭燕飞5，苏 孺1，马海坤1，吴大勇1，康 杰1
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Abstract:
为了解决0Cr17Ni7Al弹簧钢丝在拉拔过程中出现的残余应力问题及钢丝卷曲后的回弹现象，通过实验观测和有限元模拟相结合的方法，分析了拉拔工艺参数对残余应力及钢丝翘距的影响，并构建了残余应力与翘距之间的量化关系模型。结果表明：卷丝过程中丝圈轴向的塑性变形是翘距产生的主要原因，而残余应力的分布特征对翘距有显著影响；通过调整拉拔参数可以有效控制翘距；翘距与残余应力之间的关系模型准确度高达0.97。研究结果深化了对拉拔工艺中残余应力影响的理解，为钢丝的后续加工和应用提供了技术参考。
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杜梦雪1，张鑫1，高洁1，毕胜1，郝杰威1, 2，张莉娜1, 2
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Abstract:
为了丰富对紫叶苔属遗传基础的认识，探究了紫叶苔(Pleurozia purpurea)线粒体基因组密码子使用的偏好性及其影响因素。首先，基于完整紫叶苔线粒体基因组筛选蛋白编码序列；然后，利用CodonW、EMBOSS explorer计算各基因的GC含量、有效密码子数(ENC)、密码子适应指数(CAI)和同义密码子相对使用度(RSCU)等指标；最后，采用R软件进行参数间的相关性分析并绘图。结果表明：1) 从紫叶苔线粒体基因组中筛选出31条蛋白编码序列，平均GC含量和密码子第 3 位碱基的 GC 含量分别为38.17%和32.28%，ENC和CAI平均值为50.29、0.17，表明密码子偏好使用以A/U结尾的碱基，且密码子偏好性较弱；2) ENC分别与GCall、GC3以及基因编码氨基酸的长度呈极显著正相关，表明GC含量和基因的长度对密码子的偏好有显著影响；3) 中性绘图、ENC-plot和PR2-plot分析表明，突变压力和自然选择等因素共同塑造了密码子的使用偏好性，其中突变是最主要的影响因素；4) 筛选出23个最优密码子，多数以 A/U 结尾。因此，紫叶苔线粒体基因组密码子偏好性较弱，除了主要受突变压力影响外，还受到自然选择、碱基组成和基因长度等因素的影响，研究结果可为苔藓植物线粒体基因组的进化研究提供参考。
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Abstract:
为获得产CpxP蛋白枯草芽孢杆菌ZY1液体发酵的最佳条件并制备微生态菌剂，采用单因素试验与响应面实验对ZY1进行发酵工艺优化研究。结果表明：摇瓶发酵培养基最佳碳源、氮源、无机盐分别为淀粉、豆粕、NaCl；最优培养基配方为淀粉2.12 g/L、豆粕5.90 g/L、NaCl 5.21 g/L，活菌数达到9.63×108 CFU/mL，比培养基优化前提高了11.04倍；摇瓶发酵条件最佳初始pH值、温度、转速、接种量分别为7.0、37 ℃、200 r/min、2%，活菌数达1.05×109 CFU/mL，比培养基优化后提高了9.0%；按10%接种量基于5 t发酵罐体系进行菌剂中试生产过程中，ZY1活菌数达到1.05×1011 CFU/mL，比摇瓶优化后提高了100.00倍；发酵结束时芽孢率达到90%时，经喷雾干燥制备出菌剂1 012 kg，成品检测活菌数为8.5×109 CFU/g。研究结果可为进一步开展CpxP蛋白在动物细菌性腹泻病生物防治功能方面的研究提供基础材料。
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Abstract:
为了拓展模糊逻辑代数的相关理论，研究了余剩余格的模糊理想和模糊同余关系及其相互关系。首先，以Heyting代数为赋值域，引入余剩余格的模糊理想和模糊同余关系概念,研究它们之间的相互诱导方式，证明二者之间具有一一对应关系；其次，利用截集和强截集方法，研究模糊理想和模糊同余关系的等价刻画。研究表明，余剩余格的模糊理想与模糊同余关系是相互等价的2个概念,将在结构和分类问题中起到相同的作用。研究结论丰富了模糊逻辑代数的相关理论，可为深入研究其他代数系统提供一定的理论参考。
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DOI:
Abstract:
为了丰富分数阶 差分方程边值问题的基本理论，研究了一类无穷区间上带 算子的非线性分数阶 差分方程边值问题。首先，计算线性分数阶 差分方程边值问题的Green函数并研究其性质；其次，引入无穷区间上的紧性判定准则并在抽象空间上构造积分算子；再次，选取初值函数，运用单调迭代技巧，获得边值问题正解的存在性；最后，通过实例验证所得结果的有效性。结果表明，在赋予非线性项 一定的增长条件下，通过构造迭代序列，可得到分数阶 差分方程的最大和最小正解。研究结果拓展了已有的相关结论，并为分数阶 差分方程在数学、物理等领域的进一步应用提供了重要的理论依据。
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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):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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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):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):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):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):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):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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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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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。
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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。
