东北大学学报（自然科学版）

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基于关节几何误差的机器人绝对位置精度标定算法

梁亮, 吴成东, 刘世昌

2025, 46 (4): 1-7. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230303

摘要 ( 370 )

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PDF(1793KB) ( 203 )

提出一种引入关节几何误差参数的工业机器人运动学模型和误差参数标定算法.首先，在DH（Denavit-Hartenberg）模型基础上，为每个关节引入6个几何误差参数，建立更为完善的标定误差模型，并实现该模型的正逆运动学求解算法.然后，建立包含关节误差、基坐标误差和工具坐标误差共45个参数的微分运动学雅可比矩阵，并采用小样本测试集实现基于迭代算法的误差参数求解.最后，在新松SR10C机器人上使用激光跟踪仪完成实验验证，将标定得到的误差参数补偿到模型中.结果表明，经过标定补偿后的机器人最大位置误差减小约80%，平均位置误差减小约80%，误差方差减小约97%，证明该方法可大幅提升工业机器人绝对位置精度和确定性.

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基于J-SAWOMP算法的UFMC系统信道估计

季策, 张思雨

2025, 46 (4): 8-15. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230334

摘要 ( 268 )

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PDF(1951KB) ( 115 )

通用滤波多载波（universal filtered multi-carrier，UFMC）是一种面向5G通信系统的多载波调制技术，为了验证UFMC系统的优势并进一步提升其信道估计效果，在UFMC系统下提出了一种基于Jaccard相似度准则的自适应正交匹配追踪算法（J-SAWOMP）.该算法采用Jaccard相似度度量准则计算原子间的相似系数，优化了匹配原子的筛选方式，同时采用阈值弱选择方式选出最佳原子，最后利用回溯思想进一步筛选相关性更好的原子，提高信号重构精度.实验结果表明，与经典匹配追踪算法相比，J-SAWOMP在UFMC系统下具有更好的信道估计性能.

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旋流喷吹角度对RH精炼多相流及混匀行为的影响

韩宇超, 谢清华, 倪培远, 厉英

2025, 46 (4): 16-23. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230312

摘要 ( 275 )

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PDF(3349KB) ( 75 )

利用数值模拟研究了旋流喷吹角度对RH（Ruhrstahl-Heraeus）精炼过程中多相流、循环流量及混匀时间的影响.与传统喷吹相比，采用喷嘴水平旋转30°+竖直倾斜15°和水平旋转30°+竖直倾斜30°喷吹时，RH循环流量分别提高了17.8%和20.1%，混匀时间分别缩短32.6%以及21.4%.采用旋流喷吹时，上升管内钢液产生旋转流动，速度分布更均匀，旋流促进了氩气泡在上升管内的向心运动，与传统喷吹相比气泡分散度提高，强化了气/液两相作用、钢液传质及提高了混匀效率.此外，与喷嘴仅水平旋转30°相比，采用喷嘴水平旋转30°+竖直倾斜15°喷吹时，上升管壁面剪切应力由500 Pa降低至约100 Pa，且高壁面剪切应力区域面积大大减小，有利于降低钢液对耐火材料的冲刷侵蚀.

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铜合金带材气垫式热处理过程漂浮形态的数值模拟

石浩强, 李家栋, 赵鹏, 李勇

2025, 46 (4): 24-32. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230317

摘要 ( 239 )

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基于东北大学中试气垫炉的几何模型和实验数据，建立了流固耦合模型，研究了气垫炉中带材漂浮形态的影响因素.结果表明：该模型能够准确模拟不同影响因素下铜带材在气垫炉内的漂浮形态.气垫压力、带材张力、带材厚度是带材漂浮形态的主要影响因素，改变带材上、下表面的气垫压力，带材变形量会明显减少或增大；薄带材的张力每增加一倍，带材的上、下喷嘴附近的最大变形减小为原来1/2；带材厚度每增加0.5 mm，在相同的带材表面气垫压力下，带材的最大变形量显著减小.气垫炉内温度是次要因素，炉温不同，但带材的表面上、下气垫压力相同，带材变形量近似相等.该数值模拟为研究气垫炉内带材悬浮过程中的变形机理提供了新的手段和思路.

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TiAlSiN涂层结构对涂层力学性能的影响

刘兴龙, 李晨, 蔺增

2025, 46 (4): 33-42. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230286

摘要 ( 344 )

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采用真空电弧离子镀技术，使用TiSi (原子比80∶20)和AlTi (原子比67∶33)合金作为靶材，在WC-Co基体上沉积双层及多层TiAlSiN涂层.研究了涂层结构对微观结构、力学特性、摩擦学性能的影响.采用TEM，SEM，EDS，XRD、纳米压痕仪、显微硬度仪、结合力测试仪分别对涂层的截面及磨痕形貌、磨痕成分、微观结构、弹性模量、显微硬度、结合力等进行了分析；采用摩擦磨损试验机对涂层的摩擦学性能进行了分析.结果表明：多层结构涂层的结合力（>200 N）优于双层结构涂层,双层结构涂层具有较强的抵抗塑性变形能力，而多层结构涂层抵抗弹性变形的能力较强.在小载荷下涂层的摩擦系数受涂层表面形貌影响较大，而在大载荷下涂层的表面形貌对摩擦系数影响较小.氧化磨损仅出现在双层结构涂层中，而磨粒磨损在2种涂层摩擦过程均有出现，多层结构涂层的耐磨性能优于双层结构涂层.

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考虑辅助部件的车辆动力总成系统建模方法与优化设计

吴杨俊, 李振平, 姚红良, 韩圣东

2025, 46 (4): 43-51. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230293

摘要 ( 262 )

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基于神经网络参数识别法与子结构模态综合法，提出一种考虑辅助部件的动力总成非线性系统建模方法，并运用遗传算法对辅助部件的连接刚度及阻尼进行了多目标优化设计.首先，基于神经网络对动力总成系统模型进行拟合，并以试验模态参数为目标，运用遗传算法对动力总成系统的连接刚度及阻尼进行参数识别，结果显示仿真与试验的模态频率最大误差为-5.98%，模态阻尼比的最大误差为-15.72%.然后，运用子结构模态综合法对动力总成系统进行缩聚处理，并研究了辅助设备与发动机间的耦合振动影响情况.最后，以辅助部件的振动性能最优为目标对连接件刚度及阻尼参数进行多目标优化设计，优化后模型中冷器与空气滤清器的位移最大峰值分别较优化前下降了34.6%与4.61%.

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输电线巡检机器人越障工况下基座旋转关节性能分析

李小彭, 刘海龙, 樊星, 石冰

2025, 46 (4): 52-60. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230294

摘要 ( 263 )

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影响机器人越障性能的主要因素之一是行走臂基座旋转关节.为了提升机器人在越障工况下的行走性能，提出了一种基座旋转关节主动调节方法.首先建立了机器人基座旋转关节的双惯量动力学模型，基于该模型采用线性二次调节器(linear quadratic regulator，LQR)控制理论设计了关节控制器.对比发现基座旋转关节性能主要由权系数矩阵 Q_c与 R_c决定，使用遗传算法对关节控制器系数矩阵中的参数进行优化，并通过对比分析优化效果，找到最佳方案来提升机器人在越障工况下的行走性能.最后进行了多关节双臂巡检机器人的越障实验，结果表明，经优化参数后的关节控制器能更好地控制机器人完成越障任务.

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齿轮故障机理嵌入的变负载智能故障诊断

于滨, 孙红春, 叶大勇

2025, 46 (4): 61-70. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230296

摘要 ( 258 )

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PDF(1756KB) ( 53 )

在变负载条件下，基于机器学习的齿轮故障诊断模型面临着依赖特定目标工况样本训练的挑战.为了克服这一局限性，基于齿轮的故障机理，求解了信号中能够反映其健康状态且不随负载变化而改变的特征成分，以此构建了故障频率波形卷积模块，并将其内嵌于卷积神经网络中.此外，为增强网络的特征提取能力，引入多尺度注意力模块.基于上述模块，构建了变负载齿轮故障诊断模型（FWaveNet)，将其应用于东北大学的齿轮故障数据集，结果显示其诊断精度相较于现有模型有显著提升.通过特定的信号处理技术和网络架构设计，在负载波动情况下实现了对齿轮健康状态的精确识别，为变负载齿轮故障诊断的工程应用提供了一种解决方案.

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航空发动机燃油泵调节器计量活门特性分析

蔡惠坤, 李朝阳, 周毅博, 徐晨

2025, 46 (4): 71-77. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20239049

摘要 ( 217 )

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PDF(1462KB) ( 48 )

为提高航空发动机燃油泵调节器系统的控制精度和品质，构建了基于AMESim的航空发动机计量活门仿真模型和实验测试平台，解析了发动机出口流量与活门开度之间的线性变化关系.活门前后压力先缓慢增加，在活门开度达到60%后迅速增大，但二者的压力差基本维持在0.5 MPa.仿真与实验结果的变化趋势一致，稳态误差控制在5%以内，动态误差控制在10%以内.同时研究了系统转速和出口负载对计量活门工作特性的影响，发现系统转速对计量活门前后压力影响较大，易引发压力超调和液压冲击现象；而出口负载对计量活门前后压力影响较小，虽无超调，但有轻微的滞后现象.

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高温条件下NCM锂离子电池热失控释放气体的爆炸特性

李刚, 张修鹏, 常伟达, 周伟

2025, 46 (4): 78-86. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230268

摘要 ( 361 )

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PDF(1911KB) ( 101 )

为了解Li（Ni _x Co _y Mn_1-_x_-_y ）O₂（NCM）锂离子电池热失控释放气体（BVG）在高温环境下引发爆燃的危险性，利用8 L爆炸测试装置和本生灯分别对BVG在不同初始温度θ₀（25～120 ℃）下的爆炸特性和层流燃烧速度进行了测试. 同时，利用软件CHEMKIN数值模拟分析了常温和高温条件下层流燃烧速度S_L的影响机制. 结果表明，爆炸下限(LFL)随初始温度的升高变化不明显，爆炸上限(UFL)增大；当θ₀升高到120 ℃时，最大爆炸压力p_max由0.62 MPa降至0.45 MPa，且与θ₀呈指数衰减关系；受正反两方面作用的影响，最大爆炸上升速率(dp/dt)_max随θ₀的升高有不同程度的降低；极限氧浓度(LOC)从7.39%呈指数下降至7.03%；S_L随θ₀的升高而增大. 同时发现C₂H₄和H₂含量是影响BVG燃烧及爆炸破坏程度的决定性因素. 研究结果可为NCM锂离子电池热失控引发环境爆燃的危险性评估与防治提供参考.

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石灰-硫酸钠复合激发矿渣-粉煤灰胶凝体系水化特征

王营, 顾晓薇, 胥孝川, 王青

2025, 46 (4): 87-96. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230270

摘要 ( 267 )

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PDF(2250KB) ( 74 )

为解决碱激发矿渣-粉煤灰胶凝体系中使用氢氧化钠等强碱激发剂导致的凝结时间快、安全性差等问题，将石灰与硫酸钠以物质的量之比1∶1组成复合激发剂对矿渣-粉煤灰胶凝体系进行激发，分析激发剂掺量、粉煤灰掺量对该体系性能的影响，并采用XRD等检测手段探究胶凝体系的水化产物以及水化过程.研究结果表明：石灰-硫酸钠组成的复合激发剂可替代氢氧化钠对矿渣-粉煤灰胶凝体系进行激发，该体系的流动性能和凝结时间可控，胶凝体系中复合激发剂最佳掺量为10%，当粉煤灰掺量在50%以内时，胶凝体系28 d抗压强度均在36 MPa以上；石灰-硫酸钠复合激发剂能有效破坏粉煤灰外壳，促使粉煤灰参与水化反应，提高胶凝体系的后期抗压强度；C-(A)-S-H凝胶、钙矾石胶结不同反应程度和粒径的矿渣、粉煤灰形成致密的基体结构，为胶凝体系提供主要抗压强度.本研究可为新型低碳胶凝材料的制备提供参考.

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露天矿山岩体质量精细化表征及边坡稳定性分析

孙东东, 杨天鸿, 刘飞跃, 刘洋

2025, 46 (4): 97-105. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230272

摘要 ( 248 )

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PDF(2783KB) ( 87 )

在进行边坡岩体质量评价和稳定性分析时，通常将岩体简化为均质材料，而天然岩体实际上具有非均质的特征.针对该问题，提出了一种考虑非均质性的岩体质量精细化表征及力学参数建模方法.以乌拉根铅锌矿为例，详细阐述了岩体力学参数精细化建模的流程.基于所建立的精细化力学参数模型，分别采用均匀和非均匀两种岩体力学参数对南帮进行稳定性分析，结果表明，采用非均匀力学参数进行计算可以更准确地反映露天边坡稳定性的真实情况.本研究所建立的精细化块体模型能够反映露天边坡中的薄弱及不稳定区域，可为边坡岩体质量评价、稳定性分析及支护施工设计等提供科学有效的解决途径.

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黏土地层土压平衡盾构渣土改良试验研究

李猛, 赵文, 王鑫, 刘晓迪

2025, 46 (4): 106-114. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230273

摘要 ( 293 )

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PDF(1835KB) ( 45 )

在黏土地层中掘进时，盾构会遇到刀盘“结泥饼”、土仓积土、排土不畅等问题.为此，依托沈阳地铁六号线文储路站—观音路站区间盾构项目，基于泡沫发泡倍率及半衰期试验、分散剂沉降试验、旋转剪切试验、流动度试验、搅拌试验进行渣土改良，并使用扫描电镜、Zeta电位及双电层理论对分散剂改良黏土的机理进行了分析. 研究表明：当泡沫剂体积分数为4%、六偏磷酸钠质量分数为2%时，改良剂性能较好；在含水率为30%的土体中，分散剂注入比为10%、泡沫注入比为30%~60%时，改良效果较好；扫描电镜及Zeta电位试验显示，质量分数为2%的六偏磷酸钠溶液能增加黏土双电层厚度，起分散黏土的作用.

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我国建筑业绿色发展效率的评价与优化

齐锡晶, 张梦星, 张升进

2025, 46 (4): 115-123. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230287

摘要 ( 329 )

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PDF(1523KB) ( 110 )

基于建筑业绿色发展及其效率，建立评价指标体系，运用超效率SBM-ML(slacks-based measure-Malmquist Luenberger)模型测算2008~2021年全国层面，省、市、自治区层面的建筑业绿色发展静态效率和动态效率.测算结果显示，我国建筑业绿色发展静态效率整体呈波动上升态势，有9年的效率值大于1，表明建筑业绿色发展相对有效；建筑业绿色发展效率平均每年提升1.7%，但不同年份动态效率的稳定性有待提高.各省、市、自治区建筑业绿色发展静态效率呈现“东南高、西北低”分布，且其效率水平呈明显的“高、中、低”分化；动态效率差异性较大，但未见明显的空间分布特征.通过分析测算结果，为优化建筑业绿色发展效率、促进建筑业高质量发展，从政策、企业两方面提出因地制宜的建议.

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融合点线特征的视觉-惯性-GNSS紧耦合导航定位方法

贺黎明, 岳峑佑, 曲政林, 张宇

2025, 46 (4): 124-133. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230292

摘要 ( 223 )

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PDF(2317KB) ( 35 )

针对复杂环境下单一传感器定位的局限性问题，提出一种多传感器融合的定位方法.在视觉方面，通过在点特征的基础上增加线特征，以克服视觉图像中重复纹理的干扰；在GNSS（global navigation satellite system）方面，通过引入精度更高的载波相位对伪距观测值进行平滑处理，以提高单点定位精度.利用公开数据集和实测数据分别对算法的精度和稳定性进行了验证.结果表明，在公开数据集和实测数据中，所提方法相比于GVINS（视觉-惯性-GNSS紧耦合的算法）在地心地固坐标系下的X，Y，Z 3个方向上，定位精度分别提高了32.2%，23.3%，24.5%和25.7%，25.8%，14.1%.此外，在卫星信号被严重遮挡的环境下，所提方法在一定时间内仍具有良好的定位性能，平面定位精度达到0.74 m，高程定位精度达到0.91 m.研究成果为复杂环境下的多传感器融合定位提供新思路.

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交错桁架钢框架结构抗震可靠性分析

刘慧娟, 张玄一, 赵衍刚, 卢朝辉

2025, 46 (4): 134-143. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20239048

摘要 ( 199 )

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PDF(1652KB) ( 35 )

为了评估交错桁架钢框架(steel staggered truss framing，SSTF)结构体系的抗震可靠性，以结构底部总水平地震作用达到极限基底剪力作为承载能力极限状态，建立了SSTF结构极限状态函数.以用钢量相同为基准，建立了普通钢框架和6种不同桁架布置形式的SSTF结构分析模型.采用高阶矩法计算了不同地震烈度下普通钢框架和SSTF结构模型的失效概率，绘制了相应的失效概率曲线.结果表明：当地震烈度为6度、7度、8度、9度时，SSTF结构分别开始出现轻微破坏、中等破坏、严重破坏、完全破坏的失效风险；单纯采用竖腹杆不足以提高桁架结构的抗震性能，而增加斜腹杆可以显著降低失效概率；竖腹杆与弦杆之间刚接形式的抗震性能优于铰接形式，刚接形式的失效概率较铰接形式有至少10%比例的降低.

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非均布含水率梯度下圆木构件横截面湿度应力解析模型

田盼盼, 邱洪兴, 韩建红, 韩霞

2025, 46 (4): 144-150. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20239050

摘要 ( 300 )

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建立木构件湿度应力解析模型是研究木材干缩开裂规律及其对承载力影响的基础.首先通过木构件横截面应力平衡分析建立了含水率梯度下横截面应力分布模型；其次借鉴温度应力弹性解析模型和温—热类比关系,建立了非均布含水率梯度下木构件的平衡条件、物理条件、几何条件和协调方程，得到了木构件横截面切向、径向湿度应力的解析解、开裂临界含水率和切向拉压临界点；最后通过数值模拟方法验证了本文解析解的正确性.以杉木圆柱构件为例，分析了不同参数（含水率差、构件直径、初末含水率值）对木构件横截面径向、切向湿度应力分布的影响.结果表明：木构件横截面湿度应力分布与木构件初末含水率值及构件尺寸大小无关，而主要与含水率差和材料性能有关.

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电渗改良尾矿泥力学性能试验研究

魏作安, 张雪怡, 郭宏伟, 路停

2025, 46 (4): 151-158. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20239060

摘要 ( 288 )

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PDF(1386KB) ( 46 )

为探究电渗改良尾矿泥力学性能的可行性与效果，以电压梯度、电压加载方式为变量，利用自制的电渗试验箱对铜尾矿泥和磷尾矿泥分别开展室内电渗试验.通过分析电渗过程中的排水量与电流衰减规律以及电渗改良后尾矿泥的含水率、干密度和抗剪强度等指标，并结合电渗能耗，探究了电渗改良尾矿泥力学性能的有效性及最佳作用方式.结果表明：电渗排水量与电压强度和电压加载级数正相关；相较于单级电压加载，多级电压加载时的电流衰减趋势减缓，电渗结束后尾矿泥的含水率更低、干密度更大、抗剪强度更高，力学性能的改良效果更优；在电渗过程中，多级电压加载的平均能耗比单级加载更低；电渗改良尾矿泥力学性能的最佳作用方式为15—20—25—30 V 4级电压加载.

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