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    第48卷,第11期
    刊出日期:2020年11月
    • 高鐵白車身拉絲加工表面紋理參數化評價方法
      朱大虎,文志明,襲 望,張明偉
      針對拉絲加工表面紋理的獲取缺乏材料微觀去除層面的理論指導與量化評價指標的問題,提出一種面向鋁合金高鐵白車身拉絲表面紋理形成的參數化評價方法.選擇磨粒的幾何形狀和尺寸、分布間距和出刃高度作為拉絲輪形貌特征評價參數,根據磨粒分層和隨機分布規律在二次開發的拉絲輪參數化建模平臺上自動生成拉絲輪模型,并確定以沿紋理方向的微觀不平度十點高度和垂直紋理方向的輪廓微觀不平度的平均間距作為特征參數區分直紋和雪花紋.仿真和實驗結果表明:通過該方法可以獲得理想的直紋和雪花紋,其中直紋的微觀不平度十點高度小于2 μm,輪廓微觀不平度的平均間距大于0.2 mm,雪花紋的微觀不平度十點高度大于5 μm,輪廓微觀不平度的平均間距小于0.1 mm.
    • 基于點云聚類與PCA的機器人豬腹剖切方法
      叢 明,王亞輝,杜 宇,劉 冬
      針對國內屠宰生產線豬腹剖切環節勞動強度大、衛生環境差、作業效率低、人工成本高等問題,提出了一種機器人豬腹剖切方法.通過工業激光傳感器采集豬胴體表面三維點云,采用深度截斷和統計濾波對胴體點云進行預處理,基于歐式距離對預處理后的豬胴體點云進行聚類分割,得到單個豬胴體的點云數據;基于主成分分析(PCA)算法計算豬胴體點云的特征向量及對稱平面,并將合適的距離范圍內的點集投影到對稱平面,再從投影點集中框選剖切范圍,并對剖切范圍內的點集進行離散化,得到豬腹剖切軌跡點,指導機器人完成剖切.實驗結果表明:該豬腹剖切方法在切割質量和切割效率上優于人工切割,基本滿足豬肉生產線要求.
    • 面齒輪-行星傳動串聯系統靜力學均載特性研究
      莫 帥,岳宗享,馮志友,高瀚君
      在集中參數法的基礎上建立了面齒輪-行星傳動串聯系統的靜力學均載特性計算模型,利用有限元方法對面齒輪副的嚙合剛度進行了計算,探討了該系統中靜態均載系數的變化規律,研究了偏心誤差等因素對傳動系統均載特性的影響規律.研究結果表明:面齒輪副的嚙合剛度均值為0.24 GN/m,面齒輪系統的靜態均載系數在0.94~1.06的范圍內變化,行星系統的靜態均載系數在0.7~1.3的范圍內變化;傳動系統在較大輸入功率下的均載特性優于較小輸入功率下的均載特性,可以通過減小齒輪偏心誤差來改善傳動系統的均載特性.
    • 動態邊界條件下柔性立管渦激振動試驗研究
      康 莊,馬傳震,張 橙
      為探究柔性立管頂部運動與渦激振動(VIV)響應之間的關系,對伴隨頂部運動激勵的柔性立管VIV進行了試驗研究.立管垂直安裝,其直徑為2 cm,長度為5 m,在均勻流條件下,詳細分析了立管在不同順流向頂部激勵幅值和激勵頻率下的橫流向振動幅值、頻率、模態、行波傳遞等特性.研究結果表明:伴隨頂部運動激勵的柔性立管VIV與傳統VIV相比有顯著不同;在低流速下,立管頂部的運動使得立管橫流向振幅減??;頂部激勵幅值和激勵頻率的增加可以使得橫流向振動頻率增加,并發生模態轉換,表現為多模態響應特性;頻率能量呈現周期性變化,其變化頻率近似等于頂部激勵頻率,這些特性有別于常規的均勻流下柔性立管VIV;在高流速下,立管頂部的運動對立管橫流向振幅的影響不顯著,其頻率能量變化規律與低流速時相同.上述結論可為考慮浮體效應的柔性立管VIV研究提供基本的參考.
    • 廠拌熱再生滾筒順流與逆流加熱工藝對比研究
      張晨光,謝立揚,高岱樂,顧海榮
      為了提高廠拌熱再生滾筒對瀝青路面回收材料(RAP)的加熱效率,并分析RAP逆流加熱工藝的技術可行性,基于RAP、熱氣流及滾筒筒體之間的對流、輻射、接觸多種方式耦合傳熱機理,建立了2000型再生滾筒一維穩態傳熱模型,采用數值算法分別對順流和逆流加熱方式進行了模型求解,定量描述了RAP及熱氣流溫度沿滾筒軸向的變化趨勢.進行了順流式和逆流式再生滾筒RAP加熱試驗,以驗證數值模擬結果,并對比計算了滾筒熱效率.結果表明:相對于順流加熱方式,逆流式再生滾筒對于RAP的加熱能力更強;實測逆流式再生滾筒的熱效率為80.8%,比順流式高5.4%,能量利用率更高;對進入再生滾筒的熱氣流初始溫度進行合理控制是廠拌熱再生設備實施RAP逆流加熱工藝的技術關鍵.
    • 多因素聯合作用下船舶艙室進水量預報模型
      任 凱,李 營,劉鋒華,羅雯軍
      從進水過程的動態特性出發,對比靜態板孔流動模型和動態板孔流動模型,提出了多因素聯合作用下的船舶艙室進水量預報模型.研究了流量系數的近似求解方法,給出了基于系統動力學特性的進水壓力確定方法以及考慮沿管路漏泄的艙室進水壓力損失擴展模型.構建了船舶艙室進水仿真計算程序,具備全時域動態調整外部環境影響因素的功能.給出了進水量預報模型的試驗驗證環境,結合試驗數據對仿真模型計算結果進行了檢驗.結果表明:融合航速、波浪、艙室進水反壓力和管路系統流阻等因素的模型相比簡化計算模型更適于分析時域長、進水條件復雜的情形,而艙室進水量簡化計算模型對于進水時間200 s以內的情形更為簡捷便利.
    • 半無限大海域中電偶極子源的定位方法
      陳 聰,杜初陽,孫嘉慶,司理鋒
      利用矢量運算及鏡像法推導了半無限大空間中電偶極子對海水中場點傳遞矩陣的表達式,定義了表征電場強度與電偶極矩之間線性變換關系的傳遞矩陣,并分析了傳遞矩陣的可逆性.據此提出了通過傳遞矩陣求逆得到半無限大海域中電偶極子場源參數的定位方法,并通過仿真算例驗證了定位方法的可行性.結果表明:基于該方法利用半無限大海域中兩個測點的電場強度可以對海水中的單電偶極子源進行準確定位,利用四個測點的電場強度可以同時定位海水中的雙電偶極子源;該方法計算量小、計算速度快,經過改造還可以用于未知分界面的定位.
    • 低膠結水平MICP固化砂土脆性評價方法研究
      鄭俊杰,宋 楊,吳超傳,崔明娟
      為準確評價微生物固化(MICP)技術固化砂土脆性特征,通過分析MICP固化砂土的應力應變特性,指出目前常用的基于應力-應變曲線特征的巖石脆性指標難以直接用于表征低膠結水平MICP固化砂土的脆性特征.結合MICP固化砂土脆性特征隨處理次數增加而增強的試驗規律,根據相關系數分析法得出峰前彈性能比、破壞應變、最大峰后平均模量對脆性特征影響最大,并基于此提出了一種能夠反映低膠結水平MICP固化砂土脆性特征的評價指標.試驗結果表明:該指標能夠準確反映不同膠結水平和圍壓水平下微生物固化砂土脆性變化趨勢以及纖維加筋對其脆性的改善,對評價MICP固化砂土脆性特征具有一定的參考意義.
    • 竹膠板雙剪螺釘連接的承載性能試驗研究
      鄭 維,李 玥,周 宇,劉偉慶
      為探究竹膠板和自攻螺釘在夾板剪力墻中的使用效果,對10組竹膠板雙剪螺釘連接試件和4組定向刨花板(OSB)雙剪螺釘連接對比試件進行單調加載試驗.結果表明:在保證不小于22 mm板端距情況下,竹膠板雙剪螺釘連接能較好地避免板邊撕裂破壞,并充分發揮自攻螺釘的高抗彎和抗拔性能;橫紋加載的竹膠板雙剪螺釘連接在極限承載力上比順紋加載時高15.5%~19.8%,但在初始剛度、延性系數上均與順紋加載時相差不大;竹膠板雙剪螺釘連接的極限承載力比以木基結構板材為中心夾板的雙剪釘連接高64%~146%,故以竹膠板和自攻螺釘分別作為中心夾板和釘連接件有助于快速提升夾板剪力墻的抗側力性能.依據我國《木結構設計標準》GB50005—2017算得的雙剪螺釘連接極限承載力偏低,但所預測的屈服模式有較好的準確性.
    • 基于數值模擬改進的水泵水輪機S特性曲線
      胡金弘,楊建東,何相慧,楊桀彬
      為改進水泵水輪機S特性曲線,開展了水泵水輪機設計及數值模擬研究.首先,設計了多個等長葉片轉輪,以研究葉片安放角對水輪機工況效率和S特性曲線的影響;然后,選取一高效率等長葉片轉輪,并應用長短葉片設計,以研究其對S特性曲線的影響.結果表明:選取較小的葉片安放角可增加水輪機工況的效率,但S特性更加突出;而應用長短葉片設計雖然會導致設計工況下的水力效率有所下降,但是S特性得到明顯改進.
    • 改裝泄水錐對水輪機水力激振的影響分析
      于 安,呂舒鍵,唐慶宏,周大慶
      為提高水輪機尾水管的空化性能,提出在泄水錐上加螺紋并在泄水錐尾部安裝延伸到尾水管進口處的可拆卸圓柱臺的改裝方案.對混流式水輪機模型進行全流道的網格劃分,進口邊界按照試驗水頭條件給定總壓為290 kPa,出口邊界根據計算工況的空化數設置靜壓為19 kPa.采用理論研究和數值模擬相結合的方法探究改裝泄水錐對尾水管內部的流體流動、壓力脈動及空化性能的影響.研究結果表明:在低負荷小流量工況下對泄水錐進行改裝可以降低尾水管內空化程度,提高尾水管內部流體流動穩定性,并且減少流體間的撞擊以及由于空化造成的壓力脈動.
    • 非定常工況下翼型熵產特性數值研究
      王 威,王 軍,丁炎炎,尹國慶
      基于多馳豫格子玻爾茲曼方法,對低雷諾數下二維翼型非定常狀態下的熵產特性進行分析研究.為了提高計算準確性,采用分塊網格細化算法對流場變化劇烈區域進行加密,并采用插值反彈格式處理曲線邊界.通過對雷諾數為1 000時不同攻角下翼型繞流的數值模擬,計算翼型的阻力與熵產率驗證了該算法的有效性.通過計算不同攻角、不同相對厚度翼型的非定常熵產率,研究翼型渦脫落與流動損失的關系.研究結果表明:非定常流動時,翼型的阻力與流場的熵產率不再滿足相關性,流場熵產的非定常性主要是由主分離渦和尾緣脫落渦的相互作用導致,當主分離渦向尾緣運動而尾緣分離渦逐漸脫落時,熵產逐漸減??;而當尾緣分離渦推動主分離渦向前緣運動時,熵產逐漸增大.
    • 用于自由電子激光THz源的頻譜測量方法
      曹 磊,尹正亞,丁 婧,夏慧婷
      為解決自由電子激光THz(FEL-THz)源在調試初期輸出功率低,且實驗大廳存在射線對電子測量設備的輻射干擾條件下THz信號頻譜測量問題,利用步進模式的傅里葉變換紅外光譜儀獲取探測器信號,采用高速數據采集卡對信號進行采集,并編寫程序對數據進行處理.搭建了面向自由電子激光THz源調試初期的頻譜測量系統,并利用商業量子級聯激光器在不同重復頻率和輸出功率下對系統進行了可靠性驗證.結果表明該方法適用于重復頻率1 Hz以上、平均功率?W量級的脈沖THz信號的頻譜測量.
    • 考慮用戶出行特性的電動汽車充電負荷預測
      羅 平,程 晟,王 嚴,陳巧勇
      提出一種考慮用戶不同時空出行特性的電動汽車(EV)充電負荷概率模型預測方法.利用Bass模型預測規劃區2028年的EV保有量,構建融合道路類型、實時道路擁堵程度和道路連接關系等多源信息的規劃區等效道路模型,采用Dijkstra路徑尋優算法得到用戶的最優出行鏈.考慮工作日和節假日不同的出行時間、停駐點駐留時間和實時道路路況對用戶出行行為的影響,采用蒙特卡羅法、非參數核密度估計和高斯擬合得到不同場景下EV充電負荷概率密度函數.仿真結果表明:該方法可有效預測EV充電負荷的概率分布,所得充電負荷概率密度的顯式表達也便于后續充電站的規劃設計.
    • 時空自適應圖卷積神經網絡的骨架行為識別
      曹 毅,劉 晨,黃子龍,盛永健
      針對骨架行為識別缺乏全局上下文時間信息時域建模的能力、識別準確率與泛化性能均不理想的問題,提出了一種時間動作圖的時間建模特征和一種時空自適應圖卷積神經網絡(ST-AGCN)骨架行為識別模型.首先,介紹了圖表示理論與骨架序列,并設計了時間動作圖和基于N階固定時間結構的鄰接矩陣;然后,基于非局部結構融合圖卷積理論,提出了時域自適應圖卷積網絡(T-AGCN)結構;接著,結合空間自適應圖卷積網絡(S-AGCN)結構,提出了ST-AGCN骨架行為識別模型;最后,為驗證該模型時域建模能力、識別準確率與泛化性能,基于NTU-RGB+D和SBU數據集開展了骨架行為識別實驗.實驗結果表明:該模型在上述數據集上的識別準確率最高分別為92.1%和99.5%,驗證了該模型具有優秀的識別準確率和良好的泛化性能.
    • 基于度量學習核函數的光學足跡圖像識別算法
      鮑文霞,王云飛,王 年,唐 俊
      以光學足跡圖像為研究對象,采集并構建了一個包含134人在自然行走下的2 680枚足跡數據集,提出一種足跡識別算法.從光學足跡圖像中分別提取頻域下的局部相位量化(LPQ)紋理特征和空域下的全局形態特征,并通過特征融合和優化獲取相對穩定且具有區分性的足跡特征.為了提升分類器對足跡特征的辨識性能,通過度量學習的方法將足跡特征投影到新的特征空間,使同類足跡特征分布更緊湊,異類特征間分布更離散.利用馬氏距離和對數函數構造度量學習核函數,結合支持向量機(SVM)分類器實現光學足跡的識別.利用134人自然行走下光學足跡數據集進行實驗,通過與不同特征、不同核的SVM分類器進行對比,結果表明:本研究算法提高了足跡的識別準確率,最高達到了96.66%,能夠為足跡的應用和研究提供有效參考.
    • 基于SI-SDR優化的生成對抗網絡語音增強方法
      曹 潔,周堯風,于 泓,李曉旭
      為了解決現有的生成對抗網絡(GAN)語音增強方法模型訓練不穩定、生成語音質量不高的問題,提出一種尺度不變信號失真比(SI-SDR)優化的相對平均生成對抗網絡(RaGAN)語音增強方法.首先,構建一個基于生成對抗網絡的端到端語音增強模型;然后,在模型中加入相對平均判別器,將真實數據和生成數據得分的差值作為模型訓練的參考,顯著增強了模型訓練的穩定性;最后,采用SI-SDR直接度量生成語音的質量得分,并改進生成器訓練的損失函數,將提高生成語音質量作為模型優化的目標.實驗結果表明:相比基線方法,該方法可以有效提高未知噪聲和低信噪比條件下的語音增強性能,增強后的語音具有更好的聽覺質量和可懂性.
    • 軟件缺陷預測中的數據質量評估方法
      李 寧,郭育晨,王小玲,張利軍
      針對軟件缺陷預測中由多種準確度相關度量并存而造成的預測算法不易對比、度量數據不一致等數據質量問題,提出基于混淆矩陣的二值分類質量檢查(BCQualityCheck)方法.該方法從正確性、一致性等方面對預測準確度相關性能數據的數據質量進行評估,也可用于不同準確度相關度量之間的轉換.利用BCQualityCheck方法,針對分布在35篇論文中的1 633條有效軟件缺陷預測實驗數據進行了數據質量評估,實驗結果表明:分布在16篇論文中的共計16%的預測性能數據存在不同程度的質量問題;在驗證了BCQualityCheck方法有效性的同時,也表明對預測性能數據進行質量評估非常必要.
    • 基于路標與云架構的多機器人建圖及融合方法
      周風余,莊文密,萬 方,于幫國
      針對單個機器人在大場景下建圖與定位效果不佳的問題,提出一種基于路標信息與云架構的多機器人實時協作融合建圖方法.首先,利用云端-終端的網絡架構在云端服務器實時處理各機器人上傳的數據;然后,單個機器人構建地圖的同時檢測環境中路標,完成路標與各局部地圖的綁定;接著,云端服務器根據路標檢測結果確定多個地圖間存在重疊區域,構建位置坐標的超定方程組并求解地圖間最優變換矩陣,同時實現對變換參數的持續更新與優化;最后,通過融合算法完成多個地圖的處理,形成全局地圖.多場景的實驗驗證結果表明:本算法實現了多機器人協作實時建圖與融合,提高了建圖效率與準確性,并降低了對計算資源的消耗,具有良好的拓展性與魯棒性.
    • 力反饋電液伺服閥反饋小球磨損特性研究
      訚耀保,李雙路,章志恒,李文頂
      為了得到力反饋電液伺服閥反饋小球磨損深度與伺服閥工作狀態間的關系,建立了反饋小球的力學模型和運動學模型,基于Archard黏著磨損理論得到了小球磨損量計算模型,并分析了溫度和配合形式對磨損的影響.研究結果表明:小球磨損會破壞力反饋組件的平衡狀態,降低反饋力并引起輸出非線性,非線性區域寬度與磨損深度成正比;溫升會導致小球與閥芯變成過盈配合,產生附加的接觸壓力與溫升大小呈二次函數關系,加劇小球的磨損;當采用球槽配合形式時,小球磨損包括切向滑動磨損和周向轉動磨損,閥芯在閥套內轉動引起的周向磨損是小球磨損的主要原因;球孔配合形式可以避免閥芯的周向轉動,從而有效地降低小球的磨損;實驗結果和理論結果一致,可以為伺服閥的磨損量預測、故障診斷提供依據.
    • 面向細長形物體的精密運動規劃
      吳 班,邢登鵬
      提出了一類針對細長形物體的高精密操作的運動規劃方法.首先建立了機械手與顯微相機之間的坐標轉換關系,以及對力坐標系與操作手之間的轉換矩陣標定;再借助約束剛性多體模型構建物體與機械臂之間的運動學關系,提出了采用混合控制策略.利用力反饋確定物體姿態和物體參數,利用單目顯微視覺反饋確定物體的位置信息,從而實現對細長形物體的高精密運動控制.實驗結果驗證了該方法的有效性.
    • 加熱距離與風速對協同加熱瀝青路面的影響
      馬登成,姚錦濤,曹雨軒
      為了提高瀝青路面就地熱再生時的加熱均勻性與效率,提出一種紅外輻射與熱風循環協同加熱方法,建立協同加熱瀝青路面的物理模型與數學模型.借助計算流體動力學(CFD)仿真軟件進行仿真分析,尋找協同加熱瀝青路面時加熱距離與風速對瀝青路面加熱均勻性與效率的影響規律和最佳加熱方案.結果表明:采用協同加熱法具有熱風循環與紅外輻射單獨加熱不具備的優點,既能避免紅外輻射加熱時路面表層過熱老化,又比熱風加熱有更高的加熱效率,從而獲得更高的加熱均勻性與效率;有利于路面深層的加熱和降低路面表層溫度的上升,解決了在就地熱再生施工中由于路表起火而導致的路面再生質量下降;加熱板加熱距離增大和熱風風速增加都不利于路面對熱能的吸收,風速對瀝青路面加熱效率的影響會隨著加熱距離的增加而減弱;加熱距離對加熱效率起主導作用,加熱均勻性與效率同風速與加熱板的距離匹配密切相關.

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