东北大学学报（自然科学版）

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基于安全强化学习算法的电动汽车充电调度策略

潘恒欣, 贾润达, 张树磊

2025, 46 (5): 1-9. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230183

摘要 ( 340 )

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PDF(1237KB) ( 31 )

随着电动汽车数量的增加，强化学习在电动汽车充电调度中面临更多挑战，尤其是大规模应用带来的不确定性和维度灾难问题.针对上述问题，构建了一个居民区微电网模型，综合考虑电动汽车入网模式及其多种非线性充电模型.将充电调度问题建模为一个约束马尔可夫决策过程，并采用无模型的强化学习框架处理不确定性.针对维度灾难问题，设计了一种充放电策略，通过将电动汽车根据状态划分为不同集合，并由智能体向集合发送控制信号，从而减少动作空间维度.随后，利用基于拉格朗日约束的深度确定性策略梯度算法求解充电调度问题，同时引入安全过滤器以确保不违反硬性约束.数值仿真验证了该策略的有效性.

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基于面部掩码引导的多人场景图像伪造定位算法

刘佳彤, 王丽娜, 汪润, 叶茜

2025, 46 (5): 10-19. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20249048

摘要 ( 31 )

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PDF(1651KB) ( 285 )

为解决现有伪造定位算法在小区域面部篡改的多人场景图像时性能下降、鲁棒性不足的问题，提出一种基于面部掩码引导的伪造定位模型FMG-L.首先，为了减轻多人场景图像中背景信息的干扰，设计面部掩码引导模块，鼓励FMG-L关注重要的面部区域；其次，为了提升FMG-L面对图像质量退化的鲁棒性，设计三通道特征提取模块提取多维特征，结合基于双重注意力网络的特征融合模块，增强模型学习到的伪造线索；最后，使用伪造区域定位模块进行伪造定位.在OpenForensics，ManulFake，FFIW和DiffSwap数据集上的实验结果表明，FMG-L能够有效进行伪造定位，具有面对多种图像退化和不同在线社交平台的强鲁棒性.

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基于正交解调的新型科氏流量计信号处理方法

鲍喜荣, 张红, 张石

2025, 46 (5): 20-28. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240047

摘要 ( 21 )

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PDF(1800KB) ( 262 )

为实现科氏流量计实际应用中测量性能的最大化，提出一种基于相关运算和Hilbert变换的正交解调算法（CH-QD算法）.该算法利用自相关的同频余弦特性和Hilbert变换的相移特性产生正交解调所需的同频参考信号，有效解决了传统正交解调算法需预知信号频率、对频率检测算法的性能敏感等问题，提高了算法的检测精度，并实现了信号频率、相位差的联合估计.性能仿真测试表明，本文算法具有较高的检测精度、抗噪性和动态跟踪性能.在基于TMS320F28335DSP研制的科氏流量计变送器上实现本文算法，并进行性能分析和水流量标定实验.标定结果表明，在量程比20∶1的范围内，系统测量误差小于0.1%，重复性小于0.05%，具有较好的实用价值.

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基于目标检测的复杂城市交通环境感知技术及应用

艾散·西尔艾力, 车德福, 王夺, 喻甜

2025, 46 (5): 29-36. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230297

摘要 ( 239 )

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PDF(4528KB) ( 22 )

基于机器视觉的环境感知技术是智慧交通领域的关键任务之一.传统深度学习算法通常只能满足单一场景下的个别目标检测任务，难以应对复杂交通环境下的智能感知需求.为提高车辆在复杂环境下的智能感知能力，提出了一种改进的YOLOv8目标检测网络模型，结合注意力机制、优化器和可变形卷积层，实现了在复杂城市交通环境下的多目标检测.采用YOLOv4，YOLOv8及改进的YOLOv8算法对复杂交通环境样本图进行目标检测对比实验.结果表明，与YOLOv4，YOLOv8相比，改进的YOLOv8算法的平均精度分别提高了40.76%和16.92%.该算法的检测准确性与实时性满足实际应用需求，可通过多传感器信息融合，实现在复杂城市交通环境下的智能感知.

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一种高效的分布式FDR假阳性控制算法

刘旭泽, 王慧颖, 褚良宇, 赵宇海

2025, 46 (5): 37-45. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240015

摘要 ( 224 )

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PDF(1336KB) ( 13 )

为了解决大数据挖掘中多重假设检验导致的假阳性问题，以及控制伪发现率(false discovery rate，FDR) 理论结果计算过程极其耗时的问题，针对理论FDR值的计算效率问题，提出了一种分布式假阳性控制算法DPFDR(distributed permutation testing-based false discovery rat， DPFDR).该算法首先基于条件频繁模式树（conditional frequent pattern tree，CFP）方法进行代表模式挖掘，利用代表模式对模式空间进行压缩.然后，根据代表模式对相应任务的工作量进行预估，按照工作量进行数据划分，并通过负载均衡策略将任务分配到各计算结点上.最后，通过合并、排序各结点的计算结果，获得有效的FDR假阳性控制阈值.真实数据集上的一系列实验结果表明，提出的DPFDR算法能极大提升FDR假阳性控制阈值的计算效率.

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变幅法求解双滚珠动态自平衡机理

陈晓哲, 钟山, 周佰通, 史伟业

2025, 46 (5): 46-53. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230251

摘要 ( 22 )

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PDF(2074KB) ( 296 )

基于单盘转子模型，采用变幅法探究了双滚珠自动平衡装置的动态自平衡机理.通过拉格朗日方程建立系统控制方程，推导了4种工况下的幅频特性方程.基于变幅法设解形式直接构建雅可比矩阵，避免了传统方法中稳态方程的分情况讨论，并结合劳斯-赫尔维兹判据获得系统稳定性条件.数值分析表明：系统在共振下区间振动加剧；在共振上区间，仅当参数满足完全平衡条件时出现零振幅运动，此时滚珠跳跃至相对质心一侧，实现完全或部分平衡.研究结果通过时域仿真验证，为滚珠自动平衡装置的设计与优化提供了理论依据.

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激光热辅助渗碳磨削20CrMnTi表面强化机理

张贺, 梁超杰, 孙聪

2025, 46 (5): 54-61. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230299

摘要 ( 25 )

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PDF(3319KB) ( 283 )

具有高耐磨性20CrMnTi钢在轴类、齿轮等核心零部件制造业中有重要需求.现有的表面加工与强化方法很难兼顾生产效率与能耗.将激光微渗碳与磨粒加工技术结合，提出一种高效、可控的20CrMnTi表面加工强化一体化制造方法——激光热辅助渗碳磨削.在自动平面磨床上进行激光热辅助渗碳磨削试验，利用金相显微镜和X射线衍射仪等分析激光热辅助作用下强化表面的创成机理.同时，进行摩擦磨损试验并检测强化表面的力学性能.结果表明，激光热辅助渗碳磨削20CrMnTi表面硬度可达550 HV及以上，磨损损失率降至基体的50%.具有相位差的磨削热回火作用使强化相趋于均匀化，析出粒状碳化物，实现弥漫性强化，所提方法可助力并实现低碳钢表面高性能制造.

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基于GRM-IConvNeXt模型的滚动轴承故障诊断方法

罗亨发, 于天壮, 周世华

2025, 46 (5): 62-70. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230300

摘要 ( 22 )

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PDF(2476KB) ( 241 )

针对复杂的轴承运行工况以及传统深度学习故障诊断方法泛化能力弱、模型识别准确率不高等问题，提出了一种基于GRM-IConvNeXt模型的滚动轴承故障诊断方法.首先，提出了一种全局关系矩阵(global relationship matrix, GRM)的编码方法，利用其保留原始信号特征的优点将一维振动信号转换为二维图像.然后，构造了一个针对轴承故障诊断小样本分类的改进ConvNeXt(improved ConvNeXt, IConvNeXt)模型，并选用大小为5×5的卷积核和多个BN层与Hardswish激活函数以强化特征提取性能，同时通过CBAM机制根据GRM图像特征自适应地生成权重.实验结果表明，GRM-IConvNeXt模型在变工况和小样本的情况下都具有良好的特征提取能力和泛化性.

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碳纤维增强复合材料螺栓连接力学特性分析

王海艳, 冯岩, 王庆超, 于万春

2025, 46 (5): 71-79. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230301

摘要 ( 26 )

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PDF(2317KB) ( 203 )

针对碳纤维增强复合材料（CFRP）螺栓连接承受横向载荷时的变形以及受载情况，基于三维Hashin失效准则，建立了CFRP板钛合金螺栓连接抗拉强度预测模型，将CFRP板螺栓连接从加载开始到彻底破坏的载荷-位移曲线划分为静止阶段、滑移阶段、完全滑移阶段、螺栓杆承载阶段和破坏阶段共5个阶段，对每个阶段接触状态以及载荷传递方式进行了分析，研究了螺栓连接处在不同阶段弯矩、剪力的大小以及分布，并分析了CFRP板厚与螺栓预紧力对连接强度、连接处弯矩和剪力的影响.结果表明，螺栓连接处在滑移阶段和完全滑移阶段弯矩和剪力理论计算与仿真结果的最大误差不超过20%，在螺栓杆承载阶段和破坏阶段最大误差不超过15%.

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含有分层损伤的薄壁碳纤维管件损伤性能分析

罗忠, 孙新宇, 于冰, 张承双

2025, 46 (5): 80-86. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230318

摘要 ( 23 )

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PDF(1298KB) ( 249 )

以卫星天线支撑结构中的薄壁碳纤维管作为研究对象，针对管在运输、装配等过程中容易发生低能冲击产生的不可见的分层损伤，研究含有损伤的薄壁碳纤维管的抗损伤性能.采用ABAQUS实体单元建立了含有分层损伤的薄壁碳纤维管的有限元模型，通过低能横向冲击实验对有限元模型进行了验证.考虑管的实际工况，研究纤维取向和分层位置对管的抗压缩性能的影响，以及分层损伤对二次横向冲击的影响.结果表明，纤维取向越接近轴向，分层损伤对管的抗压缩性能的影响越小.只有在损伤位置处，管的抗横向冲击损伤性能才会下降.

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数控机床回转工作台可靠性优化

黄贤振, 马明斐, 姜智元, 邱开慧

2025, 46 (5): 87-94. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230320

摘要 ( 26 )

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PDF(2138KB) ( 131 )

为了保证回转工作台刚度的同时尽可能地降低质量，并提高其可靠性，提出了一种回转工作台可靠性优化方法.该方法考虑了回转工作台内部结构之间装配关系的不变性，并引入了随机不确定性因素.通过灵敏度分析确定对回转工作台性能影响较大的尺寸参数，并进行优化.与传统优化方法不同，本文采用Kriging代理模型代替耗时的有限元分析.此外，在优化过程中引入了一种高效的元启发式算法来求解所提出的可靠性优化问题.随后，研究了各种参数配置对回转工作台变形可靠性的影响.最后，通过实例验证了所提优化方法的有效性和鲁棒性.

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骨质疏松对融合腰椎振动特性的影响

王庆东, 张宇, 李永健, 郭立新

2025, 46 (5): 95-102. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20239070

摘要 ( 19 )

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PDF(3251KB) ( 171 )

基于有限元方法，从临床角度以应力、节段前凸角以及椎间盘高度等指标解释了骨质疏松在振动条件下对融合腰椎术的影响.通过研究发现：当人体处于振动环境下，实施腰椎融合术的节段可能会导致其他节段的椎骨处于不稳定的环境，而这将导致其他节段患病、融合器失效、固定器失效以及腰椎稳定性降低的风险大幅增加.从腰椎融合术的效果来看，骨质疏松导致融合节段的骨细胞处于更加恶劣的振动生长环境，进而导致更差的融合结果.

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瓦斯吸附热效应作用下渗透率回弹和恢复演化

刘正东, 林晓松, 白刚, 孙晨

2025, 46 (5): 103-112. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230306

摘要 ( 21 )

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PDF(2338KB) ( 289 )

气体吸附/解吸所释放/吸收热量对煤层渗透率回弹和恢复特性演化存在显著影响，基于热-流-固(THM)多物耦合理论探究了单/多重瓦斯吸附热因素耦合作用下渗透率回弹和恢复现象在时间尺度上的演化特征，并进一步获取吸附热效应对煤层气开采特性的影响.结果表明：单一因素作用下，渗透率回弹和恢复时间与吸附热强度呈正相关趋势，同样其对Langmuir常数的响应特征与前者类似，且当吸附性能参数超过临界值后趋于稳定；多因素耦合作用下，瓦斯吸附热强度对渗透率回弹和恢复现象时间尺度的控制作用表现为促进，而空间尺度上则不易受吸附热影响.此外，若未考虑瓦斯吸附热效应将会高估回弹和恢复带来的瓦斯流量增量.

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90°弯头上下游风速及颗粒物质量浓度分布特征与测量

林秀丽, 樊敏, 杨津硕, 柳静献

2025, 46 (5): 113-125. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230307

摘要 ( 290 )

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PDF(7735KB) ( 10 )

为解决在通风系统的非理想测试断面处难以进行通风参数的准确测量问题，基于数值模拟方法，探究了管径、风速、曲率直径比、颗粒物质量浓度、粒径、密度等因素对90°圆形弯管内气流及颗粒物质量浓度分布的影响，并分析了等面积圆环法和中心点法对非理想测试断面的测量误差及规律.结果表明：弯管内风速分布仅受曲率直径比的影响；颗粒物质量浓度受曲率直径比、粒径和密度的影响.等面积圆环法测得的弯头出口处风速误差最大值为7.8%；曲率直径比一定时，各测量断面误差同管径之间存在函数关系，管道中心风速与断面平均风速之间存在线性关系.等面积圆环法测得的弯头出入口颗粒物质量浓度误差均在10%以下.本研究可为在非理想测量断面进行风速和颗粒物质量浓度监测提供参考.

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考虑老化作用的废旧轮胎隔震垫的本构模型适用性及时变规律

张广泰, 张军福, 陆东亮

2025, 46 (5): 126-133. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20239062

摘要 ( 265 )

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目前诸多超弹性本构模型被广泛应用于橡胶隔震支座的有限元分析，而模型类别的选取以及对应参数的拟定则是关键.为研究不同品牌轮胎橡胶下的本构模型适用性以及老化后橡胶参数的变化规律，选择3种不同品牌的废旧轮胎进行单轴拉伸试验，同时选择一批轮胎进行77,154,231和308 h的热空气加速老化试验.根据拟定的模型参数用ABAQUS软件对废旧轮胎隔震垫(STP)进行建模与老化后支座竖向试验进行对比.结果表明：3种品牌轮胎橡胶应力应变曲线均呈现典型的反“S”形曲线，对比多种模型后确定Yeoh模型为最优.随老化时间增加，Yeoh模型参数近似呈现单调变化.老化前、后STP竖向刚度试验与有限元模拟值的误差均在可接受的范围内，验证了老化参数时变规律的准确性.本研究可以为废旧轮胎隔震支座以及其他废旧轮胎产品全寿命设计提供理论支撑.

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地震作用下岩质边坡预应力锚索动力响应解析解

高幸, 贾金青, 张丽华, 涂兵雄

2025, 46 (5): 134-144. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20239064

摘要 ( 258 )

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为明确地震作用下岩质边坡预应力锚索的动力响应，提出了一套危岩体-锚索自由段-边坡结构面-锚索锚固段-基岩协同作用的锚索动力计算模型，得到了锚索动力响应解析解.通过离心机模型试验验证了锚索动力计算模型的准确性，并根据工程案例进行了关键参数分析.结果表明：地震圆频率的增加可引发边坡共振效应，锚索自由段轴力增量峰值显著增大.随着基岩剪切模量增大，锚固界面的弹簧刚度与阻尼系数增大，锚索动力响应的轴向传递受限，锚固段顶端承担更大的剪应力增量.结构面的阻尼比和基岩的泊松比对锚索自由段的轴力增量及锚固段的内力增量分布影响较小，锚索抗震设计时可不作为重点关注对象.研究结果可为预应力锚索的动力分析与抗震设计提供理论基础.

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侧喷超细水雾抑制锂离子电池热失控传播

刘旭东, 姜雪, 韩浩, 张培红

2025, 46 (5): 145-152. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230315

摘要 ( 266 )

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为探究侧喷位置对锂离子电池（lithium-ion batteries，LIBs）热失控传播的影响，搭建了氮气和水的双相流超细水雾（NWM）试验平台，通过改变NWM在LIB模块侧方的施加位置，对比分析了不同侧喷位置NWM的冷却作用、衰减热辐射作用及窒息作用，以及施加位置不同时NWM抑制锂离子电池热失控传播的主导机制.结果表明：火焰对LIB模块热失控的传播具有促进作用.极耳位置施加NWM抑制LIB模块热失控传播的效果更加显著，且以窒息和衰减火焰热辐射为主导作用；在中间位置施加NWM，其抑制热失控传播的主导机理为冷却LIB模块表面温度.

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月桂酰基谷氨酸钠在菱锌矿表面的吸附机理

刘文刚, 丁盛院, 刘文宝, 赵亮

2025, 46 (5): 153-158. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230319

摘要 ( 18 )

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随着易分选硫化锌矿日益消耗，氧化锌矿的开发显得尤为重要.以月桂酰基谷氨酸钠(SLG)为捕收剂，系统研究了其对菱锌矿的浮选行为及吸附机理，为氧化锌矿石高效浮选捕收剂的开发提供参考.浮选试验结果表明，与月桂酸钠(SL)相比，SLG对菱锌矿具有更好的捕收能力，在pH为弱碱性、SLG用量为80 mg/L时，菱锌矿回收率可达94.8%.通过接触角、Zeta电位、红外光谱测试分析结果表明，捕收剂SLG与菱锌矿表面主要发生了化学吸附，由XPS检测分析推断主要是SLG分子酰胺基团中C==O与矿物表面位点发生了键合作用.

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