东北大学学报（自然科学版）

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SDN中DDoS攻击的高效联合检测和防御机制

曾荣飞，高原，王兴伟，张榜

2020, 41 (9): 1217-1222. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.001

摘要 ( 933 )

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PDF(1020KB) ( 798 )

为解决软件定义网络(SDN，software-defined networking)控制器所面临的DDoS攻击问题，本文提出一个高效率的联合检测和防御机制.联合检测部分采用改进自组织映射(SOM，self-organizing mapping)算法和多维条件熵算法相结合，通过对自组织映射算法的改进，与多维条件熵算法相互提供反馈信息，达到高效联合检测目的.联合防御部分采用常规防御模块与快速防御模块相结合，通过调整优先级的方式针对不同的检测结果采取不同的防御策略.大量实验表明，本文的联合检测机制可以达到95.2%的检测率；与单独的防御机制相比，联合防御机制中控制器的响应时间可以平均降低0.11s.

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基于节点最大剩余容量的改进负荷再分配策略

王立夫，李欢，赵国涛

2020, 41 (9): 1223-1230. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.002

摘要 ( 723 )

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PDF(808KB) ( 745 )

当网络中某个节点发生故障时，为了研究该节点负荷如何分配给相连节点以维持网络的正常运行的问题，本文提出基于邻居节点最大剩余容量的负荷再分配策略.当节点出现故障时，节点的负荷需要分配给其他正常的节点，其他的节点在接收负荷的同时要考虑自身的剩余容量，避免超负荷.考虑到负荷传播过程中的能耗问题，分析了路径长度对负荷分配的影响.并通过模型网络的仿真，分析了容忍参数、负荷分配参数、路径长度对负荷分配效果的影响.结果表明，通过调节路径可调参数可使网络达到期望的效果，有效防止级联故障的传播.

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基于清晰度评价的自适应阈值图像分割法

张田，田勇，王子，王昭东

2020, 41 (9): 1231-1238. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.003

摘要 ( 1151 )

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PDF(2594KB) ( 1508 )

阈值法是一种被广泛使用的图像分割方法.本文从图像中信息的变化情况出发，提出一种基于图像清晰度评价的新颖的自适应阈值分割方法.该方法采用清晰度评价函数作为阈值化后图像内灰度相似性变化的度量方法，通过反复迭代并结合皮尔逊相关性直至找到最佳的分割阈值.通过多组图像数据尤其低对比度图像，包括钢板表面轻微缺陷等图像进行了测试对比.结果表明:相比传统阈值分割方法及其改进算法，在低对比度图像的处理上，本文方法能够自适应地准确找到合理阈值，具有优异的图像分割性能.

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基于多隔离策略的新冠肺炎疫情建模及分析

付强，姚羽

2020, 41 (9): 1239-1243. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.004

摘要 ( 1120 )

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PDF(491KB) ( 1341 )

针对已经爆发的新冠肺炎疫情，考虑多隔离措施建立了非线性传染病模型来研究新冠肺炎疫情的趋势.利用新冠肺炎疫情的全国数据与仿真实验结果的对比拟合，说明了隔离措施对于新冠肺炎防控的重要性.结果表明:如果隔离措施晚执行一周，那么整个疫情的感染人数就将增加近7倍.此外，针对湖北省新增临床确诊病例的措施，进行了仿真实验分析，结果表明:该措施有效地解决了之前可能存在漏诊病例的问题，并可以大幅加快疫情的消亡速度.后续官方公布的实际数据也验证了本文的仿真结果.

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基于BSSEVD的可搜索加密方案原型系统设计与实现

厉鹏，周福才，张帅

2020, 41 (9): 1244-1250. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.005

摘要 ( 690 )

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PDF(499KB) ( 666 )

针对大型数据集条件下，安全索引文件过大而导致可搜索加密方案的关键字搜索时间复杂度过高、效率低的问题，提出了大型数据集下支持布尔搜索的可搜索加密方案(BSSEVD).方案采用三层间接寻址块状存储安全索引的方法优化安全索引存储结构，通过增加关键字交集安全索引解决多关键字布尔搜索导致的泄露增加问题.并在该方案基础上，设计与实现可搜索加密方案原型系统.该系统主要包括文件预处理模块、初始化模块和关键字搜索模块等三大模块.通过实验测试对系统的性能进行分析，实验结果表明该方案计算效率得到了较大的提升.

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12Cr2Ni4A钢高温真空低压脉冲渗碳工艺

田勇，安小雪，王昭东，王国栋

2020, 41 (9): 1251-1256. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.006

摘要 ( 1128 )

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PDF(906KB) ( 992 )

与传统气氛渗碳相比，高温真空渗碳在提高渗碳效率、产品质量和节约能源方面均表现出明显优势.本文分析了12Cr2Ni4A钢的奥氏体晶粒长大行为、扩散系数及奥氏体饱和碳质量分数等关键参数的影响，结合真空低压脉冲渗碳工艺原理，对高温真空低压脉冲渗碳工艺进行实验验证.结果表明:实验钢在930，950，980℃渗碳温度下，渗碳层的硬度梯度曲线和碳质量分数梯度曲线的实测值与预期值吻合较好.此外，随着渗碳温度的升高，碳的扩散系数和奥氏体饱和碳质量分数增加，高温真空渗碳可显著提高渗碳速率，温度每提高10℃约使渗碳效率提高14%~17%.

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垂直连铸凝固过程的数值模拟研究

王卓，李宝宽，刘中秋，牛冉

2020, 41 (9): 1257-1261. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.007

摘要 ( 870 )

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PDF(875KB) ( 953 )

采用基于Eulerian-Eulerian方法和合金凝固理论的液相-柱状晶-等轴晶三相凝固模型，对立式连铸工艺中结晶器内的凝固过程进行了研究.对比焓-多孔介质凝固模型，除热溶质浮升力导致的熔体流动，该三相凝固模型还考虑了柱状晶组织的生长、等轴晶组织的形成和演变以及游离等轴晶粒的沉浮，揭示了等轴晶沉降漂移作用对宏观溶质传输及凝固组织分布的影响.模拟结果显示铸坯中心处由等轴晶粒沉积形成的富等轴晶区存在溶质负偏析，紧邻该负偏析区域存在带状偏析区域.随着钢液过热度增加，等轴晶分布减少，中心处宏观偏析加重.

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基于机器学习和遗传算法的高炉参数预测与优化

李壮年，储满生，柳政根，李宝峰

2020, 41 (9): 1262-1267. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.008

摘要 ( 1141 )

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PDF(657KB) ( 1435 )

针对目前高炉炼铁模型精度不高问题，提出建立高炉生产过程中精确的多目标优化模型.首先对高炉的海量数据进行了数据预处理，其次采用支持向量机、随机森林、梯度提升树、XGBoost、LightGBM、人工神经网络6种机器学习算法对高炉焦比、K值进行了预测，并采用特征工程和超参调优对机器学习预测进行了优化，最后采用新的集成学习方法进行预测.预测结果不仅精准度高而且具有很好的鲁棒性.在机器学习的基础之上，采用NSGA-Ⅱ遗传算法对高炉参数进行了多目标优化分析，得到了Pareto最优解，高炉操作者可以根据该多目标优化结果针对不同的需求选择相应的控制参数.

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基于GPC的环肋耐压圆柱壳结构失稳概率分析

张毅博，孙志礼，赵中强，赵经武

2020, 41 (9): 1268-1273. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.009

摘要 ( 671 )

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PDF(930KB) ( 600 )

为评估具有小失效概率特性的深潜环肋耐压圆柱壳结构的失稳概率，提出了一种新的基于高斯过程分类和重要抽样的自适应分析方法.该方法通过引入马尔科夫链蒙特卡洛法和欧式距离，开发了一种新的考虑预测不确定性和取样均匀性的自适应试验设计策略，以便更高效地构造高斯过程分类器；采用核密度估计构造准最优重要抽样密度函数；基于失效概率估计的稳定性，提出了一种更精确的迭代停止准则.通过某一分段函数验证了所提分析方法的准确性及高效性.应用所提方法得到某深潜环肋耐压圆柱壳结构的失稳概率约为8.242×10^-5.

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一种自适应步长的复合梯度加速优化算法

印明昂，王钰烁，孙志礼，于云飞

2020, 41 (9): 1274-1279. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.010

摘要 ( 848 )

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PDF(733KB) ( 876 )

自适应步长加速(Adam)类算法由于其计算效率高、兼容性好的特点，成为近期相关领域的研究热点.针对Adam收敛速度慢的问题，本文基于当前梯度、预测梯度以及历史动量梯度，提出一种新型Adam类一阶优化算法——复合梯度下降法(C-Adam)，并对其收敛性进行了理论证明.与其他加速算法的区别之处在于，C-Adam将预测梯度与历史动量区别开，通过一次真实的梯度更新找到下一次迭代更精准的搜索方向.利用两组常用测试数据集及45钢静拉伸破坏实验的实验数据对所提算法进行验证，实验结果表明C-Adam与其他流行算法相比较具有更快的收敛速度及更小的训练损失.

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输电线巡检机器人动力学建模与DME评价

李小彭，尚东阳，李凡杰，曹伟龙

2020, 41 (9): 1280-1284. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.011

摘要 ( 745 )

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PDF(1973KB) ( 686 )

以新设计的输电线巡检机器人为具体研究对象，采用D-H法推导出机器人的雅可比矩阵；然后建立输电线巡检机器人的Lagrange动力学模型，进而依据机器人动力学模型求得输电线巡检机器人的操作臂惯性矩阵，提出了基于操作臂惯性矩阵所建立的机器人动力学评价指标:动态可操作性椭球(DME:dynamic operability ellipsoid)评价指标；最后结合逆运动学的反解，建立了不同空间轨迹坐标下的动态可操作性衡量指标，获得机器人动力学性能最佳的越障轨迹.通过机器人跨越绝缘子障碍的实验证明了所提动力学评价方法的有效性.

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基于图论和改进Dijkstra算法的STEP-NC复杂型腔最短刀具路径生成方法

张禹，李东升，王志伟，巩亚东

2020, 41 (9): 1285-1291. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.012

摘要 ( 615 )

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PDF(1523KB) ( 761 )

针对STEP-NC(standard for the exchange of product data， STEP ; STEP-compliant numerical control，STEP-NC)复杂型腔的刀具路径生成问题，本文提出了一种基于图论和改进Dijkstra算法的STEP-NC复杂型腔最短刀具路径生成方法.在该方法中，首先根据走刀行距和基本元素的等距偏置，生成STEP-NC复杂型腔封闭等距环.然后，基于图论得到封闭等距环的赋权有向图.最后，利用改进的Dijkstra算法生成STEP-NC复杂型腔最短刀具路径.通过实例验证了所提出方法的可行性和有效性.

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工程陶瓷车削刀具磨损机理及理论模型的研究

马廉洁，王馨，陈景强，周云光

2020, 41 (9): 1291-1296. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.013

摘要 ( 792 )

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PDF(821KB) ( 766 )

通过二硅酸锂玻璃陶瓷的切削实验，依据摩擦学原理，结合犁沟效应从微观层面讨论了陶瓷材料对切削刀具磨损机理的影响.通过引入陶瓷晶体相关参数，揭示了陶瓷晶体的形貌和排布方式在车削过程中对刀具磨损量的影响，使磨损机理应用更具广泛性和直观性.结合几何学和运动学分析，建立了工程陶瓷材料车削刀具体积磨损量模型，并进行了实验验证.理论和实验结果均表明随切削路程的增大，刀具体积磨损量先表现为稳定增加，随后由于磨损面的不断增加以及热量堆积导致黏结磨损现象的出现，刀具磨损速度急剧加快，最终导致刀具刃缘崩碎而失效.

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智能车辆轨迹跟踪控制方法研究

唐传茵，赵懿峰，赵亚峰，周淑文

2020, 41 (9): 1297-1303. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.014

摘要 ( 1364 )

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PDF(1343KB) ( 1486 )

针对智能车辆的轨迹跟踪控制问题，提出了一种可以调节参数的智能车辆轨迹跟踪控制方法.首先，设计了模糊控制器对智能车辆进行路径跟踪控制；其次，为了提高车辆在高速下的路径跟踪效果，设计模型预测控制器，并结合轮胎的动力学特性及车辆动态特性对轮胎侧偏角、质心侧偏角等进行约束；然后，为了提高车辆在不同工况下的路径跟踪效果，进一步设计了基于PSO算法的模型预测控制器.比较三种控制器的控制效果，选择典型工况在联合仿真平台上进行仿真.结果表明，提出的智能车辆的轨迹跟踪控制方法可以有效地对车辆轨迹进行跟踪.

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TC4钛合金孔的磁粒研磨试验

焦安源，张国富，丁浩东，刘伟军

2020, 41 (9): 1304-1310. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.015

摘要 ( 756 )

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PDF(3448KB) ( 518 )

采用内置磁极吸附磁性磨粒的方法，研究了工艺参数对高效去除TC4钛合金孔毛刺和切痕，降低表面粗糙度R_a，以及改善微观表面形貌的影响.首先，开展磁极与孔同轴研磨正交试验，通过极差和方差分析，获得磁极转速、磨料直径和磨料填充量对孔表面粗糙度R_a和微观形貌的影响程度，确定了较优的工艺参数组合；其次，开展磁极与孔偏心研磨试验，进行了三维力检测和数据分析.结果表明:对于10mm的TC4钛合金孔，使用6mm的径向磁极，偏心距1mm研磨30min后，孔的毛刺和切痕得以去除，表面形貌均匀平整，与同轴方案比较，表面粗糙度R_a下降13.7%，研磨效率提升25.0%.

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基于输出反馈的电液作动器自适应指令滤波控制

叶宁，宋锦春，高曦莹，于忠亮

2020, 41 (9): 1310-1315. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.016

摘要 ( 746 )

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PDF(1086KB) ( 723 )

针对电液作动器跟踪控制中存在的结构化和非结构化的不确定问题，本文提出了一种输出反馈自适应鲁棒指令滤波跟踪控制方法.该方法结合了改进的LuGre摩擦补偿技术和自适应鲁棒指令滤波控制技术.自适应法则用来处理结构化不确定性；控制器鲁棒设计用来解决非结构化不确定性.除了位置信号外，速度、压力和摩擦力值均来自观测器，来自观测器的模型误差通过鲁棒设计进行补偿.指令滤波控制技术用来解决经典反步控制中固有的“复杂性爆炸”问题.控制器可以保证系统渐进稳定.通过对比实验证明了该方法在跟踪性能上的有效性.

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不同弯型管道内粉尘爆炸传播规律

李刚，胡朋，张洋洋，倪磊

2020, 41 (9): 1316-1320. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.017

摘要 ( 901 )

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PDF(1181KB) ( 764 )

为探究粉尘爆炸在弯型管道中的传播规律，基于1m³粉尘爆炸测试系统，搭建了S型、U型、90°弯管与长直管道4种结构，利用玉米淀粉为实验介质，测试研究了粉尘爆炸在弯管内的压力发展与火焰传播速度变化规律.结果表明:对于所建立的管道系统，当粉尘浓度相同时，超压峰值在整体管道内的传播呈下降趋势，但其在弯管处的衰减程度会有所降低，且4种管道衰减程度由高到低依次为:直管>90°弯管>S型弯管>U型弯管；火焰在管道内呈持续加速状态，但弯管处的火焰上升幅度明显小于直管，弯管对火焰的传播起阻碍作用.以上研究结论对于除尘系统的防爆设计具有参考价值.

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CO₂/N₂稀释对H₂/CH₄层流火焰传播特性的影响

尚融雪，高俊豪，杨悦，李刚

2020, 41 (9): 1321-1327. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.018

摘要 ( 669 )

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PDF(864KB) ( 776 )

利用本生灯-纹影系统实验研究含有CO₂，N₂的掺氢天然气层流预混火焰传播速度，并应用GRI-3.0机理模拟计算不同组分预混燃气绝热火焰温度、敏感性系数及重要自由基浓度等，详细讨论CO₂，N₂的稀释效应.研究表明，GRI-3.0机理能较好地预测掺氢天然气层流预混火焰传播速度；CO₂，N₂稀释组分会显著抑制掺氢天然气层流预混火焰速度及其绝热火焰温度；与N₂相比，CO₂不仅具有较强的热力学效应，且随着CO₂稀释比的增加，火焰中重要自由基H浓度显著减少，抑制氧化反应H+O₂O+OH对燃烧的主导促进效应，使预混燃料的层流火焰传播速度显著降低.

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模拟退火聚类算法在结构面产状分组中的应用

王述红，朱宝强，王鹏宇

2020, 41 (9): 1328-1333. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.019

摘要 ( 682 )

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PDF(994KB) ( 609 )

鉴于以往的结构面产状分组方法常存在算法复杂、聚类精度差及分组效率低的不足，提出了一种新型的融合模拟退火算法及K-means聚类(SAK)的结构面分组算法，该算法简单易实现.利用模拟退火算法的退火原理，对K-means算法聚类的结构面分组结果进行优化，以期克服K-means算法易受初始聚类中心影响的缺陷.计算机模拟生成的结构面数据的分析表明，所提方法相较于传统K-means算法具有明显优势.将该方法应用于重庆市三环高速公路兴隆隧道实测结构面的分组中，并与已有方法进行对比.结果表明:该方法不仅聚类精度高，而且迭代速度也较快，具有较强的工程实用性.

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基于组合体力学模型的固井水泥石封隔能力分析

王海柱，石鲁杰，郑永，张诚成

2020, 41 (9): 1334-1340. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.020

摘要 ( 729 )

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PDF(1004KB) ( 643 )

为探究水力压裂过程中水泥石封隔失效的内在机理，建立了一套基于套管-水泥石-地层组合体弹塑性力学模型的水泥石封隔能力失效分析方法，并通过数值模拟和实验分别验证了力学模型和分析方法的可靠性.然后借助等效应力与屈服强度、应变与材料极限伸长率的对比，绘制了水泥石封隔能力图版.研究表明:水泥石弹性模量对水泥石封隔能力影响存在最优区间，在本文研究条件下，水泥石弹性模量在6~9.7GPa之间有利于保持水泥石封隔能力.研究结果可为不同地区页岩气水平井固井水泥参数选择提供参考.

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整体式U形渠道不同断面结构抗冻胀性研究

王玉宝，王亮，程森浩，胡战峰

2020, 41 (9): 1341-1347. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.021

摘要 ( 758 )

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PDF(2007KB) ( 865 )

针对倾角与渠道衬砌抗冻胀性定量关系存在不足的问题，以河套灌区D80整体式U形渠道为例，结合力学模型和数值模拟，分析不同条件下适用于当地冻胀环境的整体式U形渠道断面结构.结果表明:倾角越小渠道越窄深，渠顶水平冻胀量越大，渠底应力越大；反之，倾角越大渠道越宽浅，渠底竖向冻胀量越大.渠基土冻胀性、渠道混凝土衬砌强度和厚度对渠道抗冻胀性影响较大.对于亚黏土基土，选择0.07m厚衬砌，10°倾角为宜；对于粉土基土，选择0.08m厚衬砌，13°倾角为宜.

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装配式钢管混凝土柱梁下栓上焊节点抗震性能试验

戎贤，陈磊，张健新

2020, 41 (9): 1348-1355. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.022

摘要 ( 728 )

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PDF(1637KB) ( 748 )

为了解决节点对装配式钢管混凝土结构整体抗震性能影响的问题，本文提出了一种新型装配式钢管混凝土柱梁下栓上焊节点方法，为研究其抗震性能，设计并进行了3个下栓上焊节点和1个全螺栓节点的拟静力试验.结果表明:3个下栓上焊节点主要由于梁端屈曲及钢梁翼缘延性断裂导致构件破坏，节点的滞回曲线饱满，耗能能力、刚度退化能力、承载力退化能力良好，表现出接近全螺栓节点的抗震性能.相比于JD1，梁截面尺寸增大后JD3的峰值荷载、刚度及耗能能力有了明显提高，贴板厚度增加后节点的抗震性能并无显著改变.

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基于贝叶斯网络的企业社交网络招聘风险评价

王馨，王婧，李金锋

2020, 41 (9): 1356-1362. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.023

摘要 ( 671 )

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PDF(529KB) ( 719 )

伴随着社交网络平台的多样化发展，社交网络招聘已成为企业关注的热点.为了有效降低企业社交网络招聘的风险，采用流程图法，结合文献研究结果和专家意见，全面分析了社交网络招聘中的风险因素，进而建立企业社交网络招聘的风险评价指标体系.基于贝叶斯网络方法提出企业社交网络招聘风险的评价模型，将模型应用于企业社交招聘风险评价的实际算例，计算得出社交网络各招聘阶段风险及招聘总风险，按照风险发生概率的大小进行排序，并提出相应的防范对策及建议，验证了评价方法的有效性.

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力电湿多物理场耦合Cell-Based光滑有限元法研究

李明，刘铭瑞，周立明

2020, 41 (9): 1363-1368. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2020.09.24

摘要 ( 706 )

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PDF(1148KB) ( 491 )

为了解决压电结构在实际工程应用中受到空气湿度影响的问题，基于压电材料的本构方程、几何方程和平衡方程提出了力电湿多物理场耦合Cell-based光滑有限元模型.建立了一种新型压电俘能器，并对其简化模型的静力学性能进行求解，对比了不同湿度变化对结构性能的影响.与有限元法的计算结果对比，Cell-based光滑有限元法采用较少的网格就能够达到与有限元法采用较多的网格相同的精度，验证了本方法的正确性和有效性.研究发现，较小的湿度变化给结构的广义位移带来了较大的影响.压电结构在潮湿环境下的性能研究为复合材料产品化过程提供了理论依据.

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