《东北大学学报(自然科学版)》 创刊于1955年,是教育部主管、东北大学主办的理工类综合性学术期刊。现为月刊,每期152页,国内外公开发行。本刊的办刊宗旨是:以马克思列宁主义、毛泽东思想、邓小平理论、“三个代表”重要思想、科学发展观、习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,及时报道东北大学理工管各学科的最新学术成果,以促进学术交流,培养科技人才,为把东北大学建成国内一流、国际知名的高水平大学而努力。主要栏目有:信息科学与工程、材料与冶金、机械工程、资源与土木、管理科学、数理化力学等。
2024年, 第45卷, 第3期 刊出日期:2024-03-15 上一期    下一期
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信息与控制
基于QR分解的类Jacobi联合对角化算法
季策, 李烨, 李伯群
2024, 45 (3):  305-313.  DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.001
摘要 ( 171 )   HTML ( 51)   PDF(2170KB) ( 149 )  

为提高实矩阵集的近似联合对角化的盲源分离性能,避免平凡解,提出了一种基于QR分解的类Jacobi联合对角化算法.利用QR分解的数值稳定性,采用Jacobi旋转矩阵,将分离矩阵分解为多个初等三角矩阵和正交矩阵的乘积,利用Jacobi旋转矩阵的结构及矩阵变换后的相关元素求解最优参数,将高维矩阵最小化问题转化为一系列低维矩阵子问题,提升源信号恢复精度.通过求解简化的Frobenius范数目标函数降低算法复杂度.混合心电信号仿真结果表明,与QRJ2D,LUCJD,EGJLUD算法相比,本文算法在分离精度和收敛速度方面均有一定优势.

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基于GMM-KNN-LSTM的烧结矿化学指标预测
閤光磊, 吴朝霞, 刘梦园, 姜玉山
2024, 45 (3):  314-322.  DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.002
摘要 ( 86 )   HTML ( 20)   PDF(1440KB) ( 81 )  

针对烧结矿化学指标检测频率低导致无标签样本无法被机器学习利用的问题,提出了一种充分利用样本中有用信息的烧结矿化学指标预测模型.首先,结合高斯混合模型(GMM)和K-近邻(KNN)算法,将无标签样本转化为有标签样本,然后与长短期记忆(LSTM)单元相结合,用于预测烧结矿的总铁质量分数、FeO质量分数和碱度3个化学指标.通过与反向传播神经网络(BPNN)、循环神经网络(RNN)和LSTM三种模型对比,结果表明所建模型具有较低的预测误差.总铁质量分数和FeO质量分数的预测命中率在允许误差±0.5%内时分别达到98.73%和95.33%,碱度的预测命中率在允许误差±0.05内为98.13%,展现了较高的预测精度.

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材料与冶金
稳定化退火温度对5059铝合金冷轧板材组织及性能的影响
朱庆丰, 黄建航, 高扬, 张恩阁
2024, 45 (3):  323-330.  DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.003
摘要 ( 49 )   HTML ( 17)   PDF(2515KB) ( 47 )  

对5059铝合金冷轧板材进行了不同温度(125~275 ℃)保温1 h的稳定化退火处理,研究了稳定退火温度对板材组织性能的影响.研究结果表明:变形量为62.8%冷轧板材的变形组织内形成了穿过多个纤维状晶粒的剪切带;板材经不同温度(150~225 ℃)保温1 h退火后,沿剪切带析出连续的β相,这些板材在晶间腐蚀过程中沿着剪切带形成了腐蚀沟壑.随着退火温度由125 °C升高至275 ℃,5059铝合金冷轧板材的屈服强度和抗拉强度分别由386,474 MPa降低至301,407 MPa;延伸率则由10.4%升高到18.1%.5059铝合金冷轧板材单位面积内腐蚀量则先由125 ℃×1 h退火板材的13.7 mg/cm2,升至200 ℃×1 h退火板材的53.8 mg/cm2,再逐渐降至275 ℃×1 h退火板材的4.9 mg/cm2.

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Na2CO3-K2CO3-NaVO3熔盐结构的拉曼光谱和理论计算
张一帆, 胡宪伟, 于江玉, 王兆文
2024, 45 (3):  331-336.  DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.004
摘要 ( 59 )   HTML ( 16)   PDF(1101KB) ( 36 )  

NaVO3在Na2CO3-K2CO3熔盐体系中可原位催化电还原CO2制备高附加值碳材料,对Na2CO3-K2CO3-NaVO3体系熔盐结构进行研究有助于明晰电极过程机理和优化反应条件.本文采用拉曼光谱学和量子化学计算(基于Gaussian和Molclus程序)相结合的方法探究了1 073 K下Na2CO3-K2CO3-NaVO3熔盐体系的离子结构.结果表明,在该熔盐体系中,除了存在CO32-以外,还存在由CO32-和VO3-发生反应生成的VO43-,而不存在VO3-;VO43-所属C1空间点群,其中V—O键的对称伸缩振动模对应的拉曼特征峰位于802 cm-1处;随着体系中NaVO3质量分数由5%增加至15%,熔盐中VO43-的相对含量急剧增加,而CO32-的相对含量相应地减少.

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氧化铜精矿熔炼过程中铜、钴、铁的还原行为
张磊, 蒋开喜, 谢锋, 路殿坤
2024, 45 (3):  337-345.  DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.005
摘要 ( 46 )   HTML ( 14)   PDF(1256KB) ( 32 )  

针对刚果金含钴氧化铜精矿采用铁橄榄石渣型进行了焦炭还原熔炼,考察了m(CaO)/m(SiO2),m(FeO)/m(SiO2)和焦比等对铜、钴还原率的影响.对铜、钴、铁和硅氧化物的还原顺序和还原条件进行了热力学分析,借助金属氧化物还原热力学模型与焦炭气化动力学对铜、钴、铁氧化物的还原进程进行了量化分析.研究结果表明,氧化铜精矿中金属铜、钴、铁的还原分为前期的竞争性快速还原期和后期的铜、钴慢速还原期,在慢速还原期已经还原的金属铁还会发生再氧化;金属铁前期大量的竞争性还原和后期的再氧化会降低铜、钴、铁的还原率和焦炭的有效利用率.揭示了粗铜表面铁合金层的形成机制.

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机械工程
含有柔性负载的电驱动系统建模与控制策略
李小彭, 王浩哲, 尹猛, 周赛男
2024, 45 (3):  346-353.  DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.006
摘要 ( 70 )   HTML ( 12)   PDF(1629KB) ( 42 )  

为了抑制伺服电机启动和运行过程中产生的转速波动和振动,提出了一种基于极点配置的PI控制策略.首先,根据基尔霍夫电压定律和拉格朗日原理建立了伺服电机与柔性负载的整体动力学模型,并通过拉普拉斯变换计算系统的传递函数.其次,通过设计控制器的参数,分析了采用相同幅值的极点配置方法对控制效果的影响.最后,通过与传统的Z-N方法和无控制方法进行对比,验证了该极点配置方法的优势.通过数值仿真和实验研究,实现了对伺服电机启动和运行过程中产生的角度误差的控制,有效抑制了电机转速的波动,保证了系统的稳定性.

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基于元学习的带钢表面缺陷小样本语义分割
冯虎, 宋克臣, 崔文琦, 颜云辉
2024, 45 (3):  354-360.  DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.007
摘要 ( 72 )   HTML ( 11)   PDF(1291KB) ( 54 )  

由于缺少带钢表面缺陷样本,使得深度神经网络在带钢表面缺陷检测的应用受到了限制,为解决这一实际问题,提出了一种基于元学习思想的小样本语义分割深度学习方法.该方法引入了多尺度解码器和注意力机制.多尺度解码器能够聚合不同尺度的缺陷特征信息,提高网络的分割精度.注意力机制能够有效增强缺陷信息表达,并且抑制背景信息的干扰.此外,构建了一个带钢表面缺陷语义分割数据集,该数据集包含9类带钢表面缺陷.在该数据集上进行了相关实验,结果表明本文方法在平均交并比和前景-背景交并比指标上优于PFENet,SCLNet和HSNet等方法.

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资源与土木工程
循环荷载下双裂隙砂岩弹性模量及裂纹动态演化
王述红, 庄贤鹏, 王菲, 赵乾百
2024, 45 (3):  361-371.  DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.008
摘要 ( 47 )   HTML ( 12)   PDF(4183KB) ( 38 )  

为研究不同岩桥倾角砂岩在循环荷载作用下的弹性模量变化和裂纹动态演化规律,对裂隙倾角固定为45°,岩桥倾角分别为15°,45°,75°,90°,105°的砂岩试件开展了单轴循环加、卸载试验和PFC2D模拟.结果表明,不同裂隙砂岩的弹性模量随循环荷载作用得到了明显的强化;在循环荷载作用下,应力-应变曲线与离散元模拟得到的试件瞬时微裂纹演化曲线存在对应关系;岩桥倾角对砂岩的破坏模式有影响,PFC2D模拟的裂纹动态演化可以合理地反映岩石中裂纹的萌生位置、扩展方向.基于微裂纹数目所定义的损伤与破坏模式很好地对应,岩桥倾角为45°时原始损伤是最大的.

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多因素耦合效应对层状千枚岩动力特性的影响
许江波, 孙国政, 侯鑫敏, 余洋林
2024, 45 (3):  372-381.  DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.009
摘要 ( 50 )   HTML ( 12)   PDF(2595KB) ( 27 )  

为了研究不同长径比和倾角下应变率对层状千枚岩动力特性的影响,选用4种倾角(α=0°,30°,60°,90°)两种长度(L=25,50 mm)的层状千枚岩为研究对象,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置进行不同冲击气压(p=0.150,0.175,0.200,0.225和0.250 MPa)的动态压缩试验.研究了两种长径比层状千枚岩不同应变率下动力特性的影响,分析了层状千枚岩层理倾角、长径比和应变率之间的耦合效应对层状千枚岩强度特征的影响关系.结果表明:动态压缩下两种不同长径比层状千枚岩动态抗压强度随层理倾角增加呈现先减小后增大趋势,动态峰值强度和峰值应变均随应变率增大而增大,层状千枚岩动态抗压强度与应变率呈幂函数关系;动态峰值强度关于倾角α和长径比L/D呈二元函数关系,在α=60°时,层状千枚岩动态抗压强度的长径比效应最为显著,在L/D=1时,倾角效应最为显著;不同倾角下,峰值应变在0°倾角下长径比效应最为显著,在90°倾角下长径比效应最弱;动态冲击下层状千枚岩动态抗压强度和峰值应变的应变率效应均强于长径比效应.

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基于升降轨SAR数据的地下核爆参数反演与3D形变监测方法
贺黎明, 康家帅, 郭聪, 王兴杰
2024, 45 (3):  382-390.  DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.010
摘要 ( 32 )   PDF(5413KB) ( 30 )  

以朝鲜第6次地下核试验为例,基于升降轨ALOS-2 SAR数据,首先利用D-InSAR技术获取核试验场的视线向形变,以此为基础,基于贝叶斯反演方法确定核爆参数,然后引入POT技术测量核试验场方位向和距离向形变,最后,融合D-InSAR与POT结果计算核试验地表三维形变场.研究发现,核爆位于朝鲜丰溪里试验场万塔山下,其坐标为东经129.079 2°,北纬41.302 6°,深度约为550 m,核爆导致发生水平方向位移约3 m,垂直方向位移约1 m.结果表明天基SAR遥感技术,特别是长波段SAR,在地下核试验监测中具有重要的应用价值,可为地下核试验监测提供新思路.

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基于升降轨SAR数据的连续箱梁桥精细变形
魏恋欢, 王啸天, 敖萌, 李鑫
2024, 45 (3):  391-400.  DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.011
摘要 ( 31 )   HTML ( 11)   PDF(5759KB) ( 22 )  

针对桥梁精细变形监测问题,提出一种考虑由温度引起的桥梁变形(简称温度变形)的升降轨合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)数据融合方法.首先,以连续箱梁桥为研究对象,分别使用升降轨SAR数据集,基于小基线子集干涉测量法(small baseline subsets interferometric SAR,SBAS-InSAR)提取视线向(line‐of‐sight,LOS)变形;然后,利用最小二乘法构建温度变形模型,分离周期性温度变形与长期性趋势变形;最后,结合桥梁结构特征,基于时空插值和奇异值分解方法实现升降轨数据融合,提取温度变形、纵桥向(即桥梁延伸方向)及垂直向趋势变形,分析桥梁变形机制及变形成因.结果表明,该方法可提取精确的桥梁温度变形及三维变形,为桥梁健康监测提供可靠的方法支撑.

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金属矿物对丁铵黑药在饱和多孔介质中迁移特性的影响
冯宇庭, 成丽, 王可媚, 胡恩柱
2024, 45 (3):  401-406.  DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.012
摘要 ( 53 )   HTML ( 12)   PDF(1510KB) ( 22 )  

以丁铵黑药(ADD)为研究对象,基于饱和土柱迁移实验和数学模型,探究石英砂表面金属负载种类和负载量对ADD迁移规律的影响.结果表明,在石英砂表面负载针铁矿(w(Fe)为0.028%和0.042%),不会影响ADD的迁移.在介质上继续负载氧化铜,ADD与矿物表面的Cu2+反应生成Cu-ADD络合物,抑制了ADD的迁移.并且随着w(Cu)从0.001 8%增加到0.005 5%,ADD的回收率从44.32%下降至8.85%.在w(Cu)为0.001 8%时,随着ADD质量浓度从20 mg/L增加到60 mg/L,其回收率提高至63.64%.

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RTP-PVA混杂纤维的工程水泥基复合材料干缩性能试验研究
陈猛, 洪宇
2024, 45 (3):  407-414.  DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.013
摘要 ( 32 )   HTML ( 9)   PDF(2164KB) ( 30 )  

为研究回收轮胎聚合物(recycled tyre polymer,RTP)和聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)混杂纤维对工程水泥基复合材料(engineered cementitious composites,ECC)干缩性能的影响,对RTP-PVA混杂纤维总体积分数为2.0%的ECC进行流动性、直接拉伸和干缩试验,并分析混杂纤维作用机理和干缩计算模型.结果表明:RTP纤维替代率为12.5%~50%对ECC流动性影响不大,比单掺PVA纤维的ECC流动性降低1.09%~3.69%.ECC的抗拉强度随RTP纤维替代率的增加而降低,不同比例的混杂纤维比单掺PVA纤维的ECC抗拉强度降低了23.6%~56.6%.不同比例混杂纤维ECC干缩率曲线趋势相近,7 d时干缩率为28 d时的80.92%~82.77%.ECC的干缩率随RTP纤维替代率的增加而降低,28 d时不同RTP纤维替代率的混杂纤维比单掺PVA纤维的ECC干缩率降低了0.80%~2.09%.RTP-PVA混杂纤维可在ECC中协同发挥作用抑制基体干缩,结合试验结果得到适合RTP-PVA混杂纤维ECC的指数型干缩预测模型.

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Al/Fe2O3铝热剂粉尘着火敏感性
李刚, 马艳英, 刘宗阳, 南相莉
2024, 45 (3):  415-421.  DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.014
摘要 ( 48 )   HTML ( 11)   PDF(1568KB) ( 14 )  

为明确铝热剂反应的着火特性,利用最低着火温度(minimum ignition temperature,MIT)和最小点火能(minimum ignition energy,MIE)测试装置,结合TG-DSC方法对4种Al粉与Fe2O3质量比为1∶4,1∶3,1∶2,1∶1的层状和云状Al/Fe2O3铝热剂进行了着火敏感性研究.结果表明,4种配比试样的粉尘层、粉尘云MIT均超出相关标准常规测试范围,在空气中质量比为1∶3铝热剂的反应触发温度为888 ℃,活化能为248.49 kJ/mol,说明铝热反应不容易触发;相同质量比的Al/Fe2O3粉尘云的MIE远高于粉尘层,层状MIE最低值为0.7 J,着火敏感性较强,这是因为Fe2O3在粉尘云状态的反应中充当惰化剂,而在粉尘层状态反应中为反应提供了活性氧自由基.

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PVDF纳米纤维膜对工业除尘滤料的性能强化
柳静献, 杜月
2024, 45 (3):  422-429.  DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.015
摘要 ( 62 )   HTML ( 9)   PDF(2703KB) ( 18 )  

为了利用聚偏氟乙烯(PVDF)纤维膜的细直径和热/压电性提升过滤效率,用静电纺丝方法制备了PVDF纤维膜,通过SEM和XRD表征了PVDF纤维膜形貌和β晶相转化,并将PVDF纤维膜附着在PPS滤料上制备成PPS/PVDF复合滤料,对其过滤效率及压差特性进行了评估.结果表明:PVDF纤维膜无串珠结构,纤维直径分布在270~780 nm,中值427.3 nm,晶型结构以β晶相为主.随着风速升高,PPS/PVDF纤维膜复合滤料过滤效率下降更小,证明PVDF纤维膜的压电效应对微细粒子过滤效率有改善作用.随着温度的提高,PVDF纤维膜呈现热电性,复合滤料的过滤效率上升,当温度升高到70 ℃,其对小粒径0.3 μm粒子过滤效率提升幅度最大为28.37%.

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轴压下FRP管-混凝土-钢管组合柱可靠性分析
高海洋, 王连广, 陈百玲
2024, 45 (3):  430-438.  DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.016
摘要 ( 71 )   HTML ( 11)   PDF(2272KB) ( 26 )  

以85个FRP管-混凝土-钢管双壁空心柱(double‐skin tubular column,DSTC)轴压试验数据作为统计样本,评估了几种现有FRP约束混凝土强度模型,最终选择Teng模型进行可靠性分析,并确定了强度模型误差和构件抗力的最佳概率分布.运用JC法对DSTC进行可靠度计算.结果表明:可靠指标随着钢管强度、中空率和含钢率的提高而升高,而对混凝土强度的变化不敏感.FRP约束应力的增加会导致可靠指标的下降.基于可靠指标目标3.7,提出一个适用于DSTC的抗力分项系数表达式.

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火灾下面内约束钢筋混凝土简支双向板力学响应机理
丁发兴, 查湘衡, 王文君, 蒋彬辉
2024, 45 (3):  439-448.  DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.017
摘要 ( 37 )   HTML ( 11)   PDF(2975KB) ( 20 )  

现有分析方法对火灾下面内约束简支双向板的开裂、变形响应以及面内约束导致抗火性能降低的机理缺乏合理解释,本文应用ABAQUS有限元软件对火灾下面内约束钢筋混凝土简支双向板的温度场和热力耦合场进行了三维实体有限元分析,在实验验证基础上进行参数分析,探究钢筋和混凝土的挠度、应力变化规律和力学响应机理.结果表明:在火灾下,面内约束力削弱了板的倒拱效应与拉力膜效应,导致抗火性能显著降低.单向和双向面内约束、长宽比、荷载比的增大均会缩短板的倒拱效应与拉力膜效应阶段的时间.

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管理科学
股票市场正反馈交易的空间溢出效应
田树喜, 丁秀瑜, 王健
2024, 45 (3):  449-456.  DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2024.03.018
摘要 ( 43 )   HTML ( 10)   PDF(1040KB) ( 22 )  

利用空间自相关正反馈交易模型,对新冠疫情爆发前后国际股票市场的正反馈交易进行了检验.结果表明,新冠疫情爆发后国际股票市场正反馈交易显著增强并呈现空间相关特征.相关国家反危机的调控措施,虽然一度抑制了股票市场下行,但同时强化了投资者非理性的外推性预期,加剧了股票市场正反馈交易的空间溢出效应.因此,在新冠疫情不断持续的情况下,监管当局应充分考虑反危机调控措施对投资者心理账户和市场预期的影响,防范疫情冲击下股票市场正反馈交易空间溢出的风险联动效应.

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