东北大学学报（自然科学版）

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基于模型融合的低照度环境下车道线检测方法

顾德英，王娜，李文超，陈龙

2021, 42 (3): 305-309. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.001

摘要 ( 953 )

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PDF(1436KB) ( 654 )

针对低照度环境下车道线检测准确率低和稳定性差的问题，提出了一种基于模型融合的低照度车道线检测算法.采用基于ALTM(adaptive local tone mapping)算法改进的颜色平衡算法做数据增强处理，有利于车道线特征的提取;融合改进的Deeplabv3+模型和Unet模型，有效降低了过拟合现象;使用实例分割得到分割后的车道线图像.实验证明，改进的Unet模型和Deeplabv3+模型的mean_IOU(mean intersection-over-union)值分别达到了0.625，0.646，较原始模型分别提高了2%和4.6%，最终融合结果提升了0.01%.提升了低照度环境下车道线检测的稳定性和准确性.

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基于校正分布差异的标定迁移方法研究

赵煜辉，芦鹏程，刘晓东，齐天舒

2021, 42 (3): 310-317. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.002

摘要 ( 581 )

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PDF(972KB) ( 243 )

针对近红外光谱数据的维度高、特征之间存在严重的多重共线性的特点，提出了无迁移标准的通过校正分布差异的标定迁移方法(calibration transfer via correcting distributions difference，CT-CDD).CT-CDD首先建立主仪器的偏最小二乘模型，然后通过偏最小二乘模型提取主仪器和从仪器的潜变量，并且分别对主仪器和从仪器的潜变量进行聚类.该方法基于这样的假设:聚类后的主仪器和从仪器的每一部分特征光谱均服从单高斯分布.最后，找到2个仪器的最接近的子分布，通过校正均值和方差来校正数据分布的差异.实验结果表明CT-CDD通常更加鲁棒并且还可以实现最低的均方根预测误差.

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一种用于抑制无刷直流电机电流波动的PWM调制方式

边春元，贾玉龙，邢海洋，刘尚玥

2021, 42 (3): 317-324. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.003

摘要 ( 980 )

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PDF(3386KB) ( 425 )

针对无刷直流电机在传统半桥调制方式下电流波动问题，提出一种改进型PWM调制策略.首先，对传统H_OFF-L_PWM调制方式进行了详细的分析.其次，为减小H_OFF-L_PWM调制方式下的电流波动，提出了一种改进型H_OFF-L_PWM调制策略.该调制策略通过对非续流区间非导通相的下桥臂开关管进行PWM斩波控制，使得电机电流更加平滑，从而进一步减小电机转矩脉动.最后，在PLECS仿真平台上搭建了无刷直流电机回馈发电系统仿真模型.基于TMS320F280049CPZS控制芯片，搭建了无刷直流电机回馈发电系统实验平台.仿真和实验结果表明，所提出的改进型H_OFF-L_PWM调制策略能够抑制电机相电流波动，从而抑制电机电磁转矩脉动.

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高锰TWIP钢热变形行为及应变补偿型本构方程的建立

陈勇，文光奇，张晓明，丁桦

2021, 42 (3): 325-332. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.004

摘要 ( 625 )

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PDF(1818KB) ( 237 )

对高锰TWIP钢进行不同温度(850~1100℃)和应变速率(0.01，0.1，1，5，10s^-1)的绝热压缩试验，研究试验钢高温热变形行为. 分析了变形温度和应变速率对流动特性的影响，建立了应变补偿型本构方程，并采用三种标准统计参数对应变补偿型本构方程的精确度进行了评估. 结果表明:流动应力对变形温度和应变速率的敏感程度很高，且随着变形温度的提高或应变速率的降低，流动应力呈下降趋势;应变速率对动态再结晶过程有着很复杂的影响;流动应力预测值与试验值具有较高的吻合度，表明建立的应变补偿型本构方程能够精确预测流动应力.

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医用可降解Fe₃₀Mn_○xCa合金的制备及性能

张雅静，王一鸣，李帅平

2021, 42 (3): 333-339. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.005

摘要 ( 577 )

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PDF(2484KB) ( 274 )

通过机械合金化、粉末压坯及热挤压的方法制备了医用可降解Fe₃₀Mn_○xCa(x=0，1.5，3.0，4.5)合金棒材，运用金相显微镜、SEM、拉伸测试、电化学测试和SBF浸泡腐蚀等研究了Ca的添加对合金组织及性能的影响.结果发现，Fe₃₀Mn_○xCa合金均由奥氏体组成，且随着Ca质量分数增加，该合金硬度增加，伸长率和强度降低，降解性能显著提高，腐蚀速率从Fe₃₀Mn的0.1130mg/(cm²·d)增至Fe₃₀Mn_4.5Ca的0.2260mg/(cm²·d).细胞毒性实验表明其生物相容性为0～1级.

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7075铝合金搅拌摩擦焊模拟与实验研究

冯莹莹，赵双，刘照松，骆宗安

2021, 42 (3): 340-346. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.006

摘要 ( 1068 )

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PDF(5567KB) ( 440 )

搅拌摩擦焊解决了7075铝合金难焊接问题，但焊接过程中复杂的温度、流场变化容易造成焊缝缺陷.本文利用FLUENT软件模拟研究了7075铝合金焊接过程温度场与流场的变化规律，并对模拟结果进行了验证.结果表明:前进侧焊接温度高于后退侧，但其材料流速低于后退侧，焊缝最高温度出现在轴肩边缘内侧.搅拌头转速越大，焊接速度越小，则焊接温度越高;搅拌头转速越大，材料流速越快，焊接速度对材料流速影响越小.在本文实验条件下，在转速-焊接速度为800r/min-100mm/min 时，可得到无缺陷焊缝.

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基于Ergun方程的菱镁球团填充床层阻力特性实验

张晟，张晓虎，赵亮，董辉

2021, 42 (3): 347-352. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.007

摘要 ( 858 )

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菱镁球团重烧竖炉内的气流流动分布较为复杂，获得料层阻力特性规律是开展竖炉内气体流动及气固换热过程研究的基础.从颗粒填充床的气体动力学出发，以Ergun方程为基础，首先系统测量了菱镁球团颗粒关键宏观特性——粒径分布、密度、球形度及空隙率;通过冷态实验修正了Ergun方程中黏性阻力系数和惯性阻力系数，获得了适用于描述菱镁球团床层阻力特性的关系式.结果表明:球形度及空隙率均随颗粒粒径的增加而增加;单位料层压降随气体流速的增加而增加，且增长趋势逐渐加剧，反之随着颗粒粒径的增加而减小.

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O₂/CO₂气氛下乙烷可燃极限的实验研究和计算

胡贤忠，冯敬武，姜林宏

2021, 42 (3): 353-358. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.008

摘要 ( 579 )

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PDF(581KB) ( 286 )

可燃极限是表征燃烧特性的重要参数之一.本文以5L圆柱形反应器为基础，搭建了可燃极限实验系统，对O₂/CO₂气氛下乙烷的可燃极限进行研究，并与空气气氛下乙烷的可燃极限进行了对比.结果表明，高浓度的CO₂降低了可燃气的可燃上限，提高了可燃气的可燃下限，分析了高浓度CO₂对可燃极限的影响机理.根据热理论，推导出C₂H₆/O₂/CO₂可燃极限的计算方法，将实验值与计算值进行比较，平均绝对偏差在2.2%以内，两者吻合较好.

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东北地区非道路移动源排放清单研究及情景预测

高成康，由焕，巴乔，梁程序

2021, 42 (3): 358-366. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.009

摘要 ( 523 )

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PDF(1600KB) ( 288 )

与其他地区相比，东北地区冬季低温漫长，有其非道路移动源大气污染物排放清单的独自特征.本文将东北地区分成辽宁省城市群和哈长城市群进行分析.首先，基于《非道路移动源大气污染物排放清单编制技术指南》(试行)中的排放因子法建立非道路移动源排放清单，分析其排放以及时空分布特征.其次，结合相关政策目标基于情景分析预测2030年的排放.最后，提出合理的减排建议.结果表明:1)东北地区非道路移动源PM₁₀，PM_2.5，NO_○x，THC和CO排放量分别是13.0×10³，12.5×10³，205.6×10³，37.0×10³和101.1×10³ t;2)两城市群工程机械占比最大，分别为44.5%和44.8%;3)在基准控制情景和强化控制情景下，总体减排效果可提高50%以上.

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基于域适应与分类器差异的滚动轴承跨域故障诊断

张永超，李琦，任朝晖，周世华

2021, 42 (3): 367-372. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.010

摘要 ( 986 )

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PDF(1215KB) ( 462 )

基于数据驱动方法诊断滚动轴承故障时，不同工况下的数据特征分布差异会导致模型诊断性能严重下降.针对这一问题，提出了基于域适应与分类器差异的滚动轴承跨域故障诊断方法.首先利用卷积神经网络对带标记的源域样本和无标记的目标域样本进行特征提取;然后通过2个全连接分类器进行故障分类;最后通过分步优化分类损失、域最大平均差异损失和分类器差异损失，实现源域和目标域之间的域分布对齐，从而实现无标记目标域样本的故障诊断.实验结果表明，所提方法与主流的域适应方法相比具有更高故障诊断准确率，验证了该方法的合理性和可行性.

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基于优化VMD和MCKD的滚动轴承早期故障诊断方法

王新刚，王超，韩凯忠

2021, 42 (3): 373-381. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.011

摘要 ( 831 )

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PDF(735KB) ( 327 )

针对滚动轴承早期故障信号易受噪声等背景信息干扰难于提取故障特征的现象，提出了将优化K值的变分模态分解(VMD)和粒子群优化算法(PSO)优化参数L，M的最大相关峭度解卷积(MCKD)相结合提取滚动轴承故障特征频率的方法.首先，确定VMD中K值，对信号进行分解后得到一系列模态分量;然后利用EWK指标选择包含故障信息最多的有效模态分量进行后续分析，利用优化的MCKD对其进行增强;最后对增强信号进行包络解调提取故障特征频率，验证所提方法的有效性.仿真和实验表明该方法可以精确地提取出轴承故障信号中的特征频率，实现故障诊断.

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基于脑区社团结构的恐高程度识别模型

王翘秀，王宏，胡佛，化成城

2021, 42 (3): 381-388. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.012

摘要 ( 569 )

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PDF(4116KB) ( 322 )

高层建筑拔地而起，客观的恐高检测手段是高空作业行业规范化的关键一步.本文结合虚拟现实技术设计高空暴露实验，深入研究了恐高反应的大脑神经机制，提出使用脑功能网络检测恐高程度.通过对比不同恐高程度脑功能网络的基本拓扑特征，使用阈值化处理找出与恐高程度关系密切的脑区.根据脑区划分社团结构，构建恐高程度识别模型.结果表明:恐高程度越严重，脑功能网络越复杂.发现参与恐高反应的主要脑区包括额叶、中央区和枕叶.使用这些脑区划分社团结构，计算连接强度对恐高程度识别的准确率可达到(97.37±0.58)%.

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端面磨削动态热力耦合效应及对表面去除过程影响

修世超，卢跃，孙聪，李清良

2021, 42 (3): 389-395. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.013

摘要 ( 619 )

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PDF(3560KB) ( 228 )

针对端面磨削加工接触表面热力学分布特征提出一种基于动态热力耦合效应的理论建模方法.首先，建立多颗磨粒运动轨迹数学模型;其次，基于磨粒运动轨迹与磨粒高度的动态分布特征对加工工件磨削力进行解析求解;根据求得的磨削力，运用有限差分法(FDM)对端面磨削工件表面动态热力耦合过程进行分析;最后，分别采用有限元法(FEM)和端面磨削实验验证理论分析的合理性.结果表明:动态热力耦合的均一化程度会引起加工工件表面轮廓高度的差异性，减小砂轮转速可改善加工工件表面轮廓.

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振动场下FFF热熔喷头内熔体表观黏度的理论研究

姜世杰，陈丕峰，孙明宇，董天阔

2021, 42 (3): 395-401. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.014

摘要 ( 483 )

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PDF(464KB) ( 151 )

热熔喷头内部熔体的表观黏度是影响熔丝制造成型(FFF)产品机械性能的关键因素之一.本文首先提出利用振动改善FFF热熔喷头内部熔体表观黏度的方法，即对喷头施加纵向的正弦振动力场;然后针对施加振动后热熔喷头内部熔体的表观黏度进行了理论建模，并利用已有文献中的实验结果验证了理论模型的正确性;最后，利用所建模型探讨了施加不同频率振动后熔体表观黏度的变化规律，阐明了相应机理.研究表明:熔体表观黏度的理论与实验结果吻合度较好，理论模型正确;对热熔喷头施加振动场后，熔体表观黏度有效值随着振动频率的增大而逐渐降低.

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TBM掘进参数与不同岩性地层相关性分析

夏毅敏，柯杰，齐梦学，邓朝辉

2021, 42 (3): 401-408. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.015

摘要 ( 715 )

HTML ( 12)

PDF(2905KB) ( 483 )

为了研究TBM掘进参数与不同岩性地层的相关性规律，以新疆某引水工程为背景，针对典型岩性地层选取了300 m掘进参数数据，采用数理统计方法分析3项掘进参数与6种岩性地层的相关性. 通过分析6种岩性地层下刀盘转速、总推力与推进速度之间相关性，提出6种岩性地层下的掘进建议. 结果表明:各种岩性地层中推进速度、总推力的平均值差距较大，且有较大波动;刀盘转速波动不大，平均值差异较小;硅质岩、安山岩和凝灰岩地层下，总推力、刀盘转速和推进速度不相关;糜棱岩和砂岩地层下，总推力、刀盘转速和推进速度正相关;碎裂岩地层下总推力与推进速度负相关.

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测量数据的曲线曲面拟合算法

顾天奇，罗祖德，胡晨捷，林述温

2021, 42 (3): 408-413. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.016

摘要 ( 1335 )

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PDF(2237KB) ( 469 )

移动最小二乘法由于其良好的逼近性能而广泛用于曲线曲面拟合，但处理含有粗大误差的数据时，拟合结果极不稳定.为了减少粗大误差对拟合精度的影响，本文提出一种移动最小截平方法，该方法在支持域内引入最小截平方法代替最小二乘法，在所有节点当中选出剔除异常值的最优节点组合，确定局部拟合系数.该方法不需要人为地分配权重或设定阈值，可避免主观操作带来的影响.数值模拟和实验数据处理表明，移动最小截平方法能有效地处理测量数据中的粗大误差，拟合结果明显优于移动最小二乘法，具有良好的拟合精度和鲁棒性.

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高铁赤泥悬浮磁化焙烧-弱磁选提铁工艺

柳晓，高鹏，吕扬，袁帅

2021, 42 (3): 414-421. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.017

摘要 ( 1080 )

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PDF(2366KB) ( 423 )

高铁赤泥中的铁含量较多，是一种潜在的铁矿资源.因此，研发创新性工艺和技术以实现赤泥中铁的回收利用和赤泥减量很有必要.针对拜耳法高铁赤泥，制定了悬浮磁化焙烧-弱磁选的工艺流程，并研究了焙烧温度、焙烧时间、还原气CO浓度和总气量对磁化焙烧效果的影响.结果表明，在最佳焙烧条件下，焙烧矿经过弱磁选别，可获得磁选精矿TFe品位为56.40%，回收率为88.46%的指标.通过对原料和焙烧产品的XRD分析、铁的化学物相分析、SEM-EDS分析和VSM分析可知，赤泥中的弱磁性的赤铁矿在磁化焙烧过程中被还原成了强磁性的磁铁矿.

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高温高压下岩石水力压裂实验新型封隔技术

张洪伟，张通，万志军，周长冰

2021, 42 (3): 422-428. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.018

摘要 ( 626 )

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PDF(3173KB) ( 306 )

为解决高温高压下水力压裂实验的封孔难题，采用理论分析、数值模拟和物理实验的方法，设计了基于楔形金属对扣结构的水力压裂实验新型密封件，模拟分析了注水作用下的封隔效果，最后采用该密封技术成功开展了大尺寸岩样在高温高压下的水力压裂实验.结果表明:高温、高压和高注水压力均是该密封构件强化密封的有利条件;增加注水压力可实现密封件越压越紧;采用该密封技术成功实现了大尺寸花岗岩试样高温三轴应力下的水力压裂，验证了新型封隔技术的密封效果，同时掌握了高温高压下岩石水力压裂的多次开裂特征.

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全螺栓连接和焊接连接钢板剪力墙力学性能分析

牟在根，大海，杨雨青，王喆

2021, 42 (3): 428-435. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.019

摘要 ( 1806 )

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PDF(5074KB) ( 326 )

为了避免焊接造成的残余应力，通过螺栓连接的端板将上下2块钢板连接，形成一种延性和耗能能力更好的全螺栓连接钢板墙.通过有限元建立全螺栓连接和传统焊接连接钢板墙模型，对比两种钢板墙在单向推覆和往复荷载作用下的荷载位移曲线、抗侧承载性能、能量耗散系数、刚度退化和承载力退化等性能.结果表明，在单向推覆作用下全螺栓连接钢板墙的抗侧承载力与传统焊接形式较为接近，但初始刚度比传统形式下降了11%;在往复荷载作用下，全螺栓连接形式表现出更好的整体耗能能力，刚度退化更平缓.该类钢板墙还便于生产和安装，在今后的工程应用中值得广泛的推广和应用.

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土拱应力递减模型及其在滑坡荷载分担模型中的应用

李兴明，晏鄂川，田庄，张懿

2021, 42 (3): 436-443. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.020

摘要 ( 574 )

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PDF(456KB) ( 214 )

土拱效应是抗滑桩工程发挥作用的关键内容.以土拱的应力变化为研究点，首先明确了土拱拱轴线，然后推导了新的土拱应力递减模型，由此量化了土拱关键拱形参数的计算方法，最后提出了新的滑坡荷载三级分担模型.研究结果表明:桩间土拱和桩后土拱的应力呈指数递减规律，基于土拱应力递减模型提出的拱迹线倾角和土拱厚度两个计算公式由于考虑影响因子全面因而更加切合实际;依据计算的桩后土拱和桩间土拱极限承载力可知，阶段划分的滑坡荷载三级分担模型与滑坡体-抗滑桩作用阶段特征相符合.研究可加强对土拱效应理论的理解，也可为滑坡抗滑桩设计起指导作用.

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水力劈裂裂隙扩展与软弱面作用机理离散元研究

刘帅奇，马凤山，郭捷，孙琪皓

2021, 42 (3): 444-456. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.03.021

摘要 ( 576 )

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PDF(14462KB) ( 321 )

针对高承压水引发水力劈裂导致巷道的突水渗水问题，对离散元流固耦合算法进行改进，更新了流体通道长度和水压力对颗粒的作用模式.进行水力劈裂裂隙(HFs)与天然软弱面(WPs)相互作用的数值模拟，得到5种作用模式，并获取不同模式之间的临界水压力值，进一步分析了试件的位移、接触力以及特征点的应力变化.结果表明:1) 定压力注水试验，流体压力值在初始注水处最大，沿裂隙扩展方向逐渐减小;2) 不同模式下试样位移响应具有差异性，法向接触力接触方向存在明显竖直优势面，切向接触力则产生4个垂直的优势方向;3) 测量圆1处应力在起裂阶段变化剧烈，最大主应力始终为压应力，测量圆2处应力响应相对滞后，主应力曲线的特征是由劈裂裂隙和软弱面之间的作用模式决定.

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