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  • 2022年第49卷第6期文章目次
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    • 生活垃圾料层在机械炉排上的混合与分层现象研究

      2022, 49(6):1-8.

      摘要 (278) HTML (0) PDF 3.34 M (186) 评论 (0) 收藏

      摘要:为量化表征生活垃圾料层在机械炉排上焚烧时出现的料层混合和分层现象,提出 包含3种不同尺寸颗粒的垃圾料层离散单元模型,引入混合系数和分层系数表征料层整体混 合强度和分层强度,基于离散单元法分析可动炉排工艺参数(运动幅度和往复频率)对料层混 合强度和分层速度的影响 .结果表明,料层内部组分混合主要发生在料层推进方向和高度方 向,其混合强度与炉排工艺参数呈二元线性关系;料层内部组分分层区域与其组分尺寸相关, 大颗粒趋于集中在料层顶部区域而小颗粒趋于集中在底部,其分层速度与炉排工艺参数呈二 元非线性关系.研究结果为生活垃圾的高效焚烧与焚烧设备的工艺改进提供了有效设计参考.

    • 基于流固双向耦合的轿车气动与流致振动特性

      2022, 49(6):9-15.

      摘要 (248) HTML (0) PDF 4.03 M (205) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统流体力学数值仿真不考虑车身弹性结构与外流场之间的相互作用,致使得到 的结果与真实情况不符. 以某实车模型为研究对象,对其进行考虑流固耦合效应的CFD仿真, 并在气动阻力、气动升力、流场结构等方面与传统流体数值仿真结果对比,结果表明:流固耦 合效应对气动升力影响较大,随车速增加两种仿真方法差异率可达到 38%,直接关系到车辆 稳定性及安全性 . 利用流固耦合 CFD数值仿真探究整车风激振特性,证明了实车振动幅值主 要影响因素为风激振频率及作用力大小. 进一步通过对车辆弹性结构的刚度优化改善汽车风 激振现象,从而提高乘员的舒适度.

    • 基于压力增强的磁流变阻尼器中高频阻尼性能研究

      2022, 49(6):16-24.

      摘要 (197) HTML (0) PDF 2.97 M (109) 评论 (0) 收藏

      摘要:为减小磁流变阻尼器在微振幅中高频激励下磁控耗能能力降低带来的影响,提出 采用增加磁流变液初始压强来增加工作压强的方法以改善磁流变阻尼器在中高频激励下的 磁控耗能能力. 基于磁流变液的可压缩特性,构建磁流变阻尼器的力学模型,分析中高频时工 作压强对阻尼力的影响;设计加工了无补偿装置的单杆直线液体弹簧式磁流变阻尼器,通过 实验测试验证力学模型的准确性 . 正弦激励下的实验结果表明:增加磁流变阻尼器工作压强 可以使阻尼曲线更饱满,且工作压强较高时,磁流变阻尼器耗能能力明显优于工作压强较低 时磁流变阻尼器耗能能力;根据实验结果发现:相比于初始压强为标准大气压,当初始压强为 5 MPa时,阻尼增幅最大为 31.3%,耗能增幅最大为 78.5%;此外,增加工作压强后工作区域磁 场更容易饱和,等效刚度和等效阻尼系数都会随着工作压强的增加而上升.

    • 基于多目标的九轴五联动磨床整机分析与结构优化

      2022, 49(6):25-36.

      摘要 (210) HTML (0) PDF 15.68 M (375) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有的九轴五联动数控缓进给磨床运动环节多,在工作过程中可能出现刚度不 足、床身等铸件变形及加工精度失准等问题 . 以磨床的最大变形量以及模态分析下的一阶固 有频率作为主要优化目标,整身质量作为次要目标,利用 ANSYS Workbench 对磨床进行分析 与优化,结合灵敏度分析对原有结构进行改进,得到各关键零部件新的设计方案,在磨床整机 质量上升一定的程度上,磨床的最大静变形及一阶固有频率得到很大改进 . 再使用遗传算法 (Genetic Algorithm)优化后的极限学习机网络模型(Extreme Learning Machine)联合遗传算法对 该九轴五联动磨床改进结构的一些主要参数进行优化:首先,利用灰色关联分析将磨床的整 机质量、最大静变形及一阶固有频率转成综合目标灰色关联度,其次,通过遗传算法优化后的 极限学习机网络模型(Genetic Algorithm-Extreme Learning Machine)拟合改进磨床主要参数与 综合目标灰色关联度之间的非线性耦合关系,最后,使用 GA 强大的寻优能力在训练好的 GA-ELM 网络模型中寻找最优工艺参数,优化后九轴五联动磨床的整机质量、最大静变形减 小及一阶固有频率相对于改进方案得到优化. 为后续相关工艺人员对该磨床的结构和参数优 化提供一定理论支撑与参考价值.

    • 汽油PRF简化化学反应动力学模型的构建研究

      2022, 49(6):37-44.

      摘要 (202) HTML (0) PDF 2.64 M (106) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用反应路径分析和敏感性分析方法对异辛烷和正庚烷的详细化学反应动力学 模型进行简化,根据“半解耦”思想,以 C0~C1 的小分子机理作为汽油基础参考燃料(PRF)的 “内核”,构建了包含41种组分和131个反应的PRF简化化学反应动力学模型,并通过了基础 反应器包括激波管(ST)、一维层流火焰速度(LFS)和射流搅拌器(JSR)的实验数据验证. 结果 表明,本文构建的PRF简化动力学模型,既能准确预测燃料的滞燃期,又能有效地描述燃料层 流火焰速度和关键组分的演变趋势.

    • 多AUV分布式模型预测深度和纵向速度控制

      2022, 49(6):45-54.

      摘要 (212) HTML (0) PDF 1.76 M (331) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对多自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的深度和纵向速 度耦合控制问题,提出一种基于分布式模型预测控制(Distributed Model Predictive Control, DMPC)的双子系统控制方法. 在DMPC的框架下,AUV和邻居共享信息以建立预测优化问题, 实现多AUV的协同控制. 考虑单个AUV的深度和纵向速度控制,深度控制子系统参考轨迹中 的俯仰角序列作为速度控制子系统中俯仰角的实际值,同时纵向速度控制子系统参考轨迹中 的纵向速度序列作为深度控制子系统中纵向速度的实际值,由此解耦为两个子系统,进而独 立地求解预测优化问题. 仿真实验结果表明,相对于整体系统DMPC方法,本文提出的双子系 统DMPC方法可在牺牲一定深度控制收敛速度的基础上降低计算时间73.3%.

    • 基于旋转多面体锥的滚动轴承智能故障诊断

      2022, 49(6):55-64.

      摘要 (220) HTML (0) PDF 4.40 M (137) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对多面体锥分类器形成的凸包区域分类边界数量有限且无法进行不同尺度伸 缩的问题,在范数向量化的基础上增加旋转因子,提出一种旋转多面体锥分类器(Rotated and Extended Polyhedral Conic Classifier,REPCC). REPCC增加了凸包区域的分类边界数量,并且分 类边界可以在每个维度上自适应伸缩,从而可以更好地拟合正类区域,提高了分类精度. 在两 个不同的滚动轴承数据集上进行实验验证,实验结果表明:REPCC具有更好的分类精度、鲁棒 性和泛化能力,能够准确识别滚动轴承的工作状态和故障类型,可以用于滚动轴承智能故障 诊断.

    • 基于多层感知机改进型Xception人脸表情识别

      2022, 49(6):65-72.

      摘要 (209) HTML (0) PDF 2.19 M (102) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对使用深度学习提取人脸表情图像特征时易出现冗余特征,提出了一种基于多 层感知机(MLP)的改进型 Xception 人脸表情识别网络 . 该模型将 Xception 网络提取的特征输 入至多层感知机中进行加权处理,提取出主要特征,滤除冗余特征,从而使得识别准确率得到 提升 . 首先将图像缩放为 48*48,然后对数据集进行增强处理,再将这些经过处理的图片送入 本文所提网络模型中. 消融实验对比表明:本文模型在CK+数据集、JAFFE数据集和MMI数据 集上的正确识别率分别为98.991%、99.02%和80.339%,Xception模型在CK+数据集、JAFFE数 据集和 MMI 数据集上的正确识别率分别为 97.4829%、90.476% 和 74.0678%,Xception+2lay 模 型在 CK+数据集、JAFFE 数据集和 MMI 数据集上的正确识别率分别为 98.04%、84.06% 和 75.593%. 通过以上消融实验对比,本文方法的识别正确率明显优于Xception模型与Xception+ 2lay模型. 与其他模型相比较也验证了本文模型的有效性.

    • 基于文本挖掘的民航事件风险评估

      2022, 49(6):73-79.

      摘要 (200) HTML (0) PDF 1.46 M (114) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现“安全第一、预防为主、综合治理”的民航安全管理目标,建立了从报告中学 习并评估风险等级的深度学习模型. 首先采集航空安全报告系统中10年报告,根据严重度建 立事件后果的量化指标,确定5个风险等级:高、中高、中、中低和低风险,并消除事件结果分布 不平衡和结果多样性的影响 . 然后应用卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)探 索非结构化的事件概要与风险等级之间的关系,通过该模型对事件进行分类,确定风险等级. 风险评估模型与不同量化指标和不同方法对比,其分类准确率可达 96%,优于其他指标和方 法. 最后应用该模型对非结构化的事件概要挖掘,对2020年事件进行快速的风险评估,预测准 确率可达 80%. 基于 CNN的民航风险评估模型可以对文本格式的事件概要充分挖掘,快速评 估与主动感知风险,对支持安全预警具有重要意义.

    • 基于交叉概率理论的系统业务波及影响分析方法

      2022, 49(6):80-89.

      摘要 (183) HTML (0) PDF 972.33 K (105) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对信息系统业务波及影响分析缺乏量级标定以及分析结果受专家评价偏好影 响的不足,提出一种基于交叉概率理论的系统业务波及影响分析方法 . 首先由专家评估信息 系统业务功能间的关联性和影响程度,通过交叉影响矩阵表示业务功能间的关联性;然后用 主客观权重结合法为矩阵赋权,减小专家打分对交叉影响矩阵的主观影响,将系统业务功能 间的关联性进行量化,生成综合交叉影响矩阵;最后使用偏好链生成算法生成信息系统的业 务功能偏好链,将系统各业务功能的相互影响关系进行关联,在此基础上通过业务功能在偏 好链的位置分析得到业务功能中断后对其他业务功能的波及影响趋势. 实验结果表明本文方 法能准确度量业务功能中断对信息系统其他业务功能的波及影响程度和趋势.

    • 结合语义和依存关系的药物相互作用关系抽取

      2022, 49(6):90-100.

      摘要 (186) HTML (0) PDF 715.85 K (95) 评论 (0) 收藏

      摘要:从生物医学文本中抽取药物相互作用对可以快速更新药物数据库,具有非常重要 的意义与医学应用价值. 现有的神经网络模型往往仅从句子序列或其他外部信息中学习到单 一片面的特征,难以充分挖掘句中潜在的长距离依赖特征获得全面的特征表示 . 本文提出一 种结合语义和依存关系的药物相互作用关系抽取方法,该方法在利用 Bi-GRU 网络分别从句 子序列和目标药物实体的最短依存路径序列中学习语义特征表示的同时,进一步结合多头自 注意力机制挖掘单词之间潜在的依存关系,通过充分融合多源特征来有效提升生物医学文本 中药物相互作用对的识别和抽取性能. 在DDIExtraction-2013数据集上的实验结果表明,该方 法超过现有的药物相互关系抽取方法获得了75.82%的F1值.

    • 基于元强化学习的无人机自主避障与目标追踪

      2022, 49(6):101-109.

      摘要 (239) HTML (0) PDF 1.74 M (149) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统深度强化学习在求解无人机自主避障与目标追踪任务时所存在的训练 效率低、环境适应性差的问题,在深度确定性策略梯度(Deep Deterministic Policy Gradient, DDPG)算法中融入与模型无关的元学习(Model-Agnostic Meta-Learning,MAML),设计一种内 外部元参数更新规则,提出了元深度确定性策略梯度(Meta-Deep Deterministic Policy Gradi? ent,Meta-DDPG)算法,以提升模型的收敛速度和泛化能力 . 此外,在模型预训练部分构造基 本元任务集以提升实际工程中的预训练效率 . 最后,在多种测试环境下对所提算法进行了仿 真验证,结果表明基本元任务集的引入可使模型预训练效果更优,Meta-DDPG 算法相比 DDPG 算法在收敛特性和环境适应性方面更有优势,并且元学习方法和基本元任务集对确定 性策略强化学习具有通用性.

    • 基于精简指令集的内核验证参考模型设计

      2022, 49(6):110-115.

      摘要 (181) HTML (0) PDF 4.52 M (93) 评论 (0) 收藏

      摘要:功能验证能在芯片设计前期快速、低成本发现缺陷,对于保证设计质量具有重要 意义 . 针对内核模块验证中指令序列随机性差、测试用例编写繁琐和验证平台重用性差等问 题,设计了一款8位精简指令集内核验证参考模型,通过对指令集单独建模、可配置化参数设 计等方法满足了指令序列随机组合的验证需求和重用性,且结合自动化脚本的使用解决上述 相关问题 . 将参考模型搭载 UVM 平台对一款 RISC 架构的 8位 MCU 内核进行验证 . 验证结果 表明:集成了所设计参考模型的UVM平台具有很好的鲁棒性和重用性,缺陷数量收敛快,验证 周期更短,内核模块的代码和功能覆盖率均达到100%.

    • 基于记忆的注意力图神经网络专家推荐方法

      2022, 49(6):116-123.

      摘要 (207) HTML (0) PDF 1.07 M (97) 评论 (0) 收藏

      摘要:在问答社区专家推荐算法中,图神经网络主要利用问答社区中用户与问题的交互 关系建模,其模型性能取决于交互数据的稠密度,难以对无交互信息的用户及问题进行有效 表示学习. 针对这一问题,提出了一个基于记忆的注意力图神经网络专家推荐方法. 该方法首 先设计了面向用户多维特征的联合表示子网络,然后构建了一个记忆网络,为每个问题保存 用户回答过的与其相似的问题,同时在用户表示与相似问题表示之间引入注意力机制,从不 同用户的视角,有针对性的融合相似问题构建新问题的向量表示,最终基于用户和问题的表 示为问题推荐专家,有效提高了专家推荐的准确性 . 在数据集中对本文所提出的方法进行验 证,相较于同类其他模型性能均有所提升.

    • 基于深度多级小波U-Net的车牌雾图去雾算法

      2022, 49(6):124-134.

      摘要 (209) HTML (0) PDF 4.85 M (86) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决雾天拍摄的车牌图像边缘模糊、色彩失真的问题,提出了端到端的基于 深度多级小波U-Net的车牌雾图去雾算法. 以MWCNN为去雾网络的主体框架,利用“SOS”增 强策略和编解码器之间的跨层连接整合小波域中的特征信息,采用离散小波变换的像素-通 道联合注意力块降低去雾车牌图像中的雾度残留 . 此外,利用跨尺度聚合增强块补充小波域 图像中缺失的空间域图像信息,进一步提高了去雾车牌图像质量. 仿真实验表明,该网络在结 构相似度和峰值信噪比上具有明显的优势,在处理合成车牌雾图和实际拍摄的车牌雾图上, 去雾效果表现良好.

    • 一种结合全局一致性与局部连续性的壁画修复方法

      2022, 49(6):135-145.

      摘要 (185) HTML (0) PDF 7.63 M (87) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种全局一致性和局部连续性结合的壁画修复算法. 主要利用线性系统和 图像修复间所蕴含的关系,构建具有全局过完备特性的相似块集合字典,同时构造弹性网正 则化下的稀疏修复模型,并用同伦-最小角回归法求解出过完备字典下的稀疏系数;通过字典 与系数的线性组合,得到待修复区域的全局特征;之后提出一种基于领域相似特性的局部特 征估计方法,得到待修复区域的局部特征;最后对上述得到的全局和局部特征信息做线性加 权,完成整个待修复区域的填充. 实验结果表明,本算法能很好地解决相关修复算法在修复时 所出现的纹理错误填充、结构不连续以及“块效应”等现象,并且得到较好的修复结果.

    • 抗肿瘤多肽M1-21的剂型优化

      2022, 49(6):146-151.

      摘要 (181) HTML (0) PDF 5.31 M (76) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过去溶剂化方法,将单体抗肿瘤多肽 M1-21纳米化,形成 50 nm 左右大小的多 肽纳米颗粒(Nano-M1-21). 运用动态光色散技术(DLS)和低压透射电镜(TEM)对 Nano-M1- 21进行表征,并进行体外 37 ℃条件下颗粒稳定性测试 . 运用乳腺癌 MDA-MB-231、MCF-7和 4T1 细胞验证 Nano-M1-21 的抗肿瘤效果,结果表明 Nano-M1-21 更容易被细胞摄取;相比单 体多肽,达到抑制肿瘤细胞的浓度更低 . 运用小鼠乳腺癌 4T1 细胞活体肿瘤移植模型,发现 Nano-M1-21展示出良好的抑瘤效果 . 总之,单体肽 M1-21经纳米剂型优化后,有利于改善细 胞的摄取,显示出更好的抑瘤效果.

    • 掺磷PdNi催化剂的合成及其电催化脱氯机理研究

      2022, 49(6):152-161.

      摘要 (199) HTML (0) PDF 10.75 M (296) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用一步法合成含磷掺杂的Pd/NiP三元合金材料,其透射电子显微镜图、场发射 扫描电子显微镜图以及X射线光电子能谱图等结果显示,合成的Pd/NiP材料为直径(4.4 ±1.0) nm的超细纳米颗粒. 循环伏安结果显示该材料具有优异的电化学性能,Pd/NiP纳米颗粒中Pd 的电化学活性比表面积(ECSA)为42.11 m2 /g,是商业Pd/C纳米颗粒的1.5倍;Pd/NiP材料对4- 氯苯酚(4-CP)显示出优异的电催化脱氯活性,直接电化学还原脱氯和间接电催化脱氯加氢两 种途径均参与到 4-CP的电催化脱氯过程中 . 同时,伏安特性分析显示,直接电化学还原脱氯 过程中的电子转移系数(k)远小于 0.5,表明 C-Cl键的裂解遵循同步离解电子转移机理 . 研究 表明,掺杂Ni和P原子引起的协同效应和压缩应变显著增强了Pd生成与储存氢原子的能力, 同时有效抑制了氢气析出反应(HER),进而提升了电催化还原脱氯效率. 电解实验结果显示, 1.02 mg 该材料对 2 mmol/L 4-CP 的脱氯效率在 360 min 内可达到 87.5%,表观速率常数为 0.005 7 min-1,展现了极强的催化脱氯活性 . 三次循环实验结果显示,其脱氯效率仍达到 70% 以上,表明该材料具有较好稳定性 . 本工作为掺磷双金属纳米颗粒的合成提供了一种简便策 略,同时为电催化脱氯过程提供了一种良好的催化材料,为脱氯机理研究提供了重要参考.

    • 交流磁场对M-BTC材料电化学氮还原(NRR)性能的影响

      2022, 49(6):162-171.

      摘要 (187) HTML (0) PDF 8.48 M (93) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文采用水热法合成了四种 MOFs催化剂,分别通过 XRD、SEM及 IR表征了催化 剂的组成和微观结构,进而研究了催化剂的NRR活性,最后探究了交流磁场对催化剂NRR活 性的影响及作用机制 . 结果表明:四种催化剂中,Fe-BTC 在-0.376 V(vs.RHE)和 80oC时具有 最高的氨产率和法拉第效率,分别为3.63×10-10 mol s-1 cm-2和0.31%;在恒电位下,当交流磁场 的强度为 4.355 mT,频率为 50 kHz 时,催化剂的氨产率和法拉第效率最大,分别为 3.61×10-9 mol s-1 cm-2和5.67%,比无磁场时分别提高约10倍和18倍,这种增效一方面源于交流磁场增加 了N2在Fe-BTC表面的吸附量,另一方面,交流磁场产生的感应电动势与电场本身的电势的叠 加作用,为NRR反应提供了额外能量所致.

    • CoFe-B-P纳米颗粒的制备 及其电化学析氧性能研究

      2022, 49(6):172-183.

      摘要 (189) HTML (0) PDF 10.63 M (274) 评论 (0) 收藏

      摘要:本工作通过溶剂热法制备了 CoFe-B-P 纳米颗粒,并考察其电化学析氧性能 . 所 制备催化剂的形貌结构和组分通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍 射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)等手段进行表 征 . 研究发现,当 Co/Fe 的摩尔比为 4∶1 和 NaH2PO2·H2O 的加入量为 2.0 mmol 时,所制备 Co4Fe1-B-P 催化剂展现了最优异的催化 OER 性能,在电流密度为 10 mA cm?2 时的过电位为 285 mV,较小的塔菲尔斜率(52.70 mV/dec),并且在1.0 M KOH电解液中连续测试20 h后仍具 有优异的稳定性 . 所制备催化剂 OER 活性的提高主要归因于过渡金属与非金属之间的协同 作用.

    • 高强度电活性MXene/TA/ANF复合膜的 制备及电化学性能

      2022, 49(6):184-191.

      摘要 (188) HTML (0) PDF 3.81 M (104) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用二维导电材料 MXene(Ti3C2Tx)与电活性生物质单宁酸以及高强度的芳纶纳 米纤维复合经真空抽滤制备了具有层状结构的自支撑柔性薄膜 . 系统研究了 Ti3C2Tx /TA/ANF 薄膜的微观形貌结构、力学以及电化学性能 . 结果表明 Ti3C2Tx /TA/ANF 薄膜的拉伸强度高达 36.2 MPa,具有良好的柔性,可被任意弯曲、折叠以及扭曲. Ti3C2Tx /TA/ANF薄膜所组装的柔性 固态超级电容器体积比电容为826.56 F cm-3,体积能量密度高达28.7 Wh L-3,且经过不同角度 的弯曲能保持稳定的电化学性能.

    • 形变时效态Al-3.0Cu-1.8Mg-0.5Si合金的 强化机制研究

      2022, 49(6):192-202.

      摘要 (205) HTML (0) PDF 25.41 M (252) 评论 (0) 收藏

      摘要:时效前形变的引入,可以改变析出强化型 Al-Cu-Mg(-Si)合金的时效析出过程, 并且这种变化与形变量直接相关. 为研究多元合金的形变强化机制,有必要利用电子背散射衍 射(EBSD)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等多种表征手段,对不同形变时效态Al- 3.0Cu-1.8Mg-0.5Si(wt.%)合金的强化方式进行定量或半定量计算,阐述不同强化方式对强度的 贡献,为铝合金中形变时效工艺的应用提供理论支撑. 研究发现,形变量的提高可以提高合金峰 值硬度和强度,原因在于三个方面,一是晶界面积的增加,二是位错密度的增大,三是析出相尺寸 更细小、分布更均匀. 并且,当形变量大于6%时,形变量越大,析出相对强度的贡献越高.

湖南大学学报(自然科学版)编辑部

年第卷第

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