东北大学学报（自然科学版）

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热芯大压下轧制厚板坯缩孔及表面开裂的数值模拟

李天祥，李海军，王昭东，王国栋

2021, 42 (7): 913-919. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.001

摘要 ( 654 )

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PDF(1351KB) ( 348 )

为了研究连铸坯热芯大压下轧制工艺对铸坯内部缩孔和表面开裂的影响，以EH47船板钢为研究对象，利用数值模拟方法，对比研究了热芯大压下轧制和常规热轧的工艺效果.结果表明，热芯大压下铸坯厚向温度梯度更大，芯部应变水平和厚向变形均匀性提高；当压下量为50 mm时，热芯大压下轧后残余孔隙体积比常规工艺小18.4%；由于热芯大压下铸坯表面的应变速率和变形温度较低，导致其侧表面和角部的开裂风险大于常规轧制，但不会造成表面裂纹缺陷.

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700MPa级高强钢水蒸气条件下的高温氧化行为

王皓，曹光明，汤军舰，刘振宇

2021, 42 (7): 920-926. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.002

摘要 ( 524 )

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PDF(2682KB) ( 297 )

采用高温同步热分析仪(TGA) 对高强钢的高温氧化行为进行了系统研究，分析了不同相对湿度条件下氧化质量变化规律，并采用场发射电子探针(EPMA) 表征氧化铁皮厚度、截面形貌及元素分布，同时采用X射线衍射(XRD) 分析氧化层的物相组成.实验结果表明，在1000℃的不同相对湿度条件下，氧化质量变化曲线由线性规律转变为抛物线规律时，曲线出现明显的拐点，拐点处对应的氧化层质量随相对湿度的升高而增加；潮湿气氛促进氧化铁皮内部产生大量的孔洞和微裂纹等缺陷，这些缺陷成为离子扩散通道从而加快氧化反应；水蒸气能促进Si和Mn元素扩散，导致元素富集层扩大.

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回火温度对在线淬火Q690q桥梁钢显微组织和力学性能的影响

高彩茹，屈兵兵，田余东，杜林秀

2021, 42 (7): 927-933. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.003

摘要 ( 590 )

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PDF(3270KB) ( 212 )

通过光学显微镜和扫描电镜观察了不同回火温度下在线淬火Q690q试验钢显微组织，并通过拉伸试验对其力学性能进行了测试.结果表明，在线淬火试验钢主要为板条贝氏体组织，在540~650℃回火，试验钢为回火索氏体组织(铁素体基体上分布着较多的碳化物颗粒).随着回火温度的升高，板条尺寸变大，碳化物颗粒析出数量增多，平均尺寸变大，大角度晶界数量增多.同时随着回火温度的升高，试验钢强度呈下降趋势，塑韧性呈上升趋势.620℃下试验钢的综合力学性能最佳，屈服和抗拉强度分别为878，992MPa，断后延伸率为20%，-40℃下冲击吸收功为143 J.

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CoCrFeNi高熵合金组织演变规律及再结晶动力学

毕梦园，谢仁义，张艺凡，衣海龙

2021, 42 (7): 933-938. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.004

摘要 ( 750 )

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PDF(1954KB) ( 369 )

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对添加少量C原子的非等原子比CoCrFeNi高熵合金进行热变形处理.结果表明，当变形温度为1123K，应变速率为0.1s^-1时，合金的显微组织主要为变形晶粒，随着温度的升高或应变速率的降低，变形晶粒边缘开始出现细小的等轴晶；当变形温度为1223K时，其组织全部为等轴的再结晶晶粒.当变形温度大于1223K时，晶粒开始出现明显的长大现象.利用Arrhenius模型及Avrami方程，建立了CoCrFeNi高熵合金的再结晶动力学模型，对应的再结晶激活能为526.078kJ·mol^-1.

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差温轧制连铸钢坯芯部孔洞压合过程数值模拟

王斌，宁新禹，李方坡，李海军

2021, 42 (7): 939-946. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.005

摘要 ( 501 )

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PDF(2612KB) ( 186 )

基于“温度-形变”耦合控制的高渗透差温轧制技术，通过DEFORM有限元软件研究了差温轧制过程中轧制前强水冷与轧制压下率对铸坯芯部缩孔压合的影响规律.研究结果表明，温度梯度是金属变形流动的主要影响因素之一，增加水冷时间等工艺条件可以提高铸坯芯表温差，获得较大温度梯度，有效提升轧制变形渗透性；在提高铸坯温度梯度的条件下，通过增加单道次轧制压下率可以进一步提高铸坯芯部金属流动性，促进孔洞压合，改善铸坯内部质量.

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中间辐射体对加热炉内传热过程影响的数值模拟

姜天驰，张卫军，刘石，王鑫

2021, 42 (7): 947-952. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.006

摘要 ( 487 )

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PDF(813KB) ( 274 )

针对黑体定向辐射技术节能的机理问题，以实验室规模具有中间辐射体的室状加热炉为研究对象，建立了具有中间辐射体的物理模型，以CFD商业计算软件Fluent建立平台计算黑体定向辐射条件下的气体流动、传热、燃烧的三维耦合数学模型，并根据实验结果对数学模型进行验证.研究结果表明:中间辐射体的加入改变了炉体燃烧室内的流动情况及炉墙对钢坯固体辐射的比表面积，分别从气体辐射及固体辐射角度增强了钢坯表面辐射换热强度，燃烧温度降低20K左右，钢坯加热速度提升16.7%，钢坯表面最高温度提升40K.加热效率的提升带来了更好的节能效果.

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基于特征融合的说话人聚类算法

郑艳，姜源祥

2021, 42 (7): 952-959. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.007

摘要 ( 581 )

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PDF(1398KB) ( 296 )

针对单一声学特征和k-means算法在说话人聚类技术中的局限性，为了更好地表达说话人的个性信息并提高说话人聚类的准确率，将特征融合和AE-SOM神经网络应用于说话人聚类中，提出一种改进的说话人聚类算法.该算法通过对语音信号特征分析，将MFCC特征参数和LPCC特征参数相结合，从而完善说话人的个性信息.并在k-means的基础上增加AE-SOM神经网络，利用该网络实现输入特征的降维、说话人数的判定和聚类中心的选取，从而弥补k-means算法的缺陷.仿真实验表明两种声学特征融合之后，改进的聚类算法可有效地提高说话人聚类的准确率.

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基于加权因子的双重延时乘累加波束形成算法

鲍喜荣，历正双，高浩森，张石

2021, 42 (7): 960-965. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.008

摘要 ( 494 )

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PDF(1157KB) ( 272 )

针对超声成像中双重延时乘累加算法不适用于高噪声环境的问题，提出一种基于均值-标准差加权因子的双重延时乘累加算法，即RD-DMAS算法.该加权因子对解决高噪声带来的图像斑点问题具有显著效果，而双重延时乘累加波束形成算法能大幅提高超声成像分辨率，使所提算法能得到高分辨率和高对比度的重建图像.对该算法在点散射目标仿体、囊肿仿体和噪声环境下进行了仿真，结果表明，RD-DMAS算法有最小旁瓣以及较窄的主瓣.DAS，DMAS，DS-DMAS，RD-DMAS算法的对比度(CR)分别为9.72，11.72，13.28和19.86.不管环境中是否有噪声，RD-DMAS算法的成像效果都是最好的.

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考虑频变特性的约束阻尼结构建模与试验研究

罗忠，郭思伟，于长帅，何凤霞

2021, 42 (7): 966-972. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.009

摘要 ( 418 )

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PDF(1357KB) ( 234 )

为了提高黏弹性约束阻尼结构模型仿真精度，提出一种考虑频变特性的约束阻尼结构建模方法，并开展了试验验证.首先，对ZN-3黏弹性材料进行动态试验测试，基于最小二乘法获取黏弹性材料模量和损耗因子表达式;其次，根据ZN-3黏弹性材料损耗因子关系表达式，基于考虑频变特性的修正模态应变能法，求解了约束阻尼结构的固有频率和模态损耗因子;最后，以贴敷黏弹性阻尼材料的悬臂约束阻尼薄板为例，从理论与试验两方面校验，结果表明，考虑频变特性的约束阻尼结构有限元模型具有较高精度，与试验测试结果比较误差在5%以内，验证了建模方法的准确性.

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不锈钢材料预应力磨削表面耐蚀性能数值模拟

侯壮壮，修世超，王雨时，姚云龙

2021, 42 (7): 972-979. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.010

摘要 ( 451 )

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PDF(1419KB) ( 191 )

为探究预应力磨削后表面腐蚀演变机理及磨削参数对不锈钢耐蚀性的影响，以304不锈钢为研究对象，建立了考虑预应力磨削表面形貌特征的不锈钢耐蚀性能数值模型.首先，推导了粗糙表面腐蚀场演变的相场方程.其次，建立了预应力磨削后工件表面形貌模型.最后，搭建了具有非高斯分布磨粒特征的自相关砂轮表面地貌模型，应用所建模型探究了不锈钢材料预应力磨削表面的耐蚀性能.与已有研究结果相对比，所得结论符合一般性规律，验证了所提方法的合理性.结果表明，预应力磨削表面在腐蚀环境中具有“抛光效应”，随着腐蚀时间延长，表面耐蚀性增强;在使用冷却液的工况下，适当增大预应力和砂轮线速度、减小进给速度有利于改善磨削后不锈钢材料加工表面的耐蚀性能;当预应力给定时，仍可通过优化砂轮线速度和进给速度的办法来进一步改善不锈钢工件的耐蚀性能.

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熔丝成型薄板表面粗糙度理论模型与实验验证

姜世杰，胡科，陈丕峰， SIYAJEU Yannick

2021, 42 (7): 980-986. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.011

摘要 ( 469 )

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PDF(1324KB) ( 158 )

针对熔丝成型(fused filament fabrication， FFF)产品的表面质量缺陷问题，提出了一种FFF产品表面粗糙度的理论建模方法.以材料丝表面轮廓为研究对象，考虑样件表面的实际情况，分别建立了FFF产品垂直和平行于纤维方向的表面粗糙度理论模型;与此同时，利用激光显微镜完成了相关样件表面粗糙度的实验研究;通过对比理论分析与实验结果，验证了所建模型的正确性;理论模型的敏感性分析研究表明，增大挤出宽度或打印层厚度会增大FFF产品的表面粗糙度，而增大重叠区域宽度则会降低表面粗糙度.

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节理千枚岩能量传递与动力学特性

许江波，费东阳，孙浩珲，崔易仑

2021, 42 (7): 986-995. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.012

摘要 ( 604 )

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PDF(2295KB) ( 186 )

采用SHPB装置研究不同节理倾角千枚岩在同一冲击速度下的能量传递规律和强度衰减特征，分析干燥与饱和状态下节理千枚岩的动力学特性.结果表明:节理倾角0°时强度最大，60°时强度最小，饱和状态下千枚岩峰值动强度降低，延性增强；千枚岩的反射能显著大于透射能，且随着节理倾角变化，两者增长变化规律相反；饱和状态下反射能和透射能达到稳定阶段出现时间滞后现象；随着节理倾角的增大，千枚岩反射能比先增后减，透射能比、耗散能比则变化相反，倾角60°时反射能比最大，透射能比、耗散能比最小；随着节理倾角的增长，千枚岩破坏耗能与峰值强度均呈U型分布.

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基于EPHF模型均质多孔岩石材料水力压裂特性

李明，张砚琨，赵岐，梁力

2021, 42 (7): 996-1004. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.013

摘要 ( 427 )

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PDF(1395KB) ( 170 )

基于流固耦合理论，在基于渗透率的水力压裂(PHF) 模型基础上建立了扩展渗透率的水力压裂(extended permeability-based hydraulic fracture，EPHF) 模型.该模型假设岩石材料在开裂过程中渗透率的改变为平均有效应力的函数，采用多孔介质弹性本构关系和Drucker-Prager塑性模型描述岩石材料开裂前后的力学行为，孔隙流体采用达西定律描述.引入LET模型和混合黏滞系数考虑等效开裂区域内由压裂液与原液体混合引起的渗透率修正.分析了抗拉强度对关键位置的水压力和应力路径发展过程的影响，以及等效开裂区域和裂缝高度随注水时间的变化过程.结果表明:裂缝路径上的点(不含注水点) 的水压力先降低后增加至传播压力；当有效应力差和初始水压力同时保持不变时或当总应力不变时，起裂压力随有效应力比的增加而降低.

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基于稳定流场的水力旋流器入料口直径设计

崔宝玉，马聪玉，沈岩柏，宋振国

2021, 42 (7): 1005-1011. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.014

摘要 ( 499 )

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PDF(2164KB) ( 226 )

水力旋流器入料口的最优尺寸尚无明确评价标准.基于数值试验方法，考察了入料口直径对流场特性和分离性能的影响，提出了一种基于内部稳定流场的入料口直径设计方法.结果表明，入料口直径的下限可根据能量消耗确定，当入料口直径低于下限时，流体碰撞加剧促使部分压力能转化为内能，外侧自由涡区域呈现出类似强制涡的特性.入料口直径的上限可根据流场稳定性确定，当入料口直径超过上限时，进入的液流将直接撞击在溢流管壁上，导致流场稳定性变差，粗颗粒在沉砂中的分配率减少，分离精度降低.最终确定了入料口直径的最优取值范围为0.18D≤D_i≤0.26D.

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污泥基磁性生物炭及其对水体中铜离子的吸附性能

赵冰，张冉，徐新阳

2021, 42 (7): 1012-1018. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.015

摘要 ( 733 )

HTML ( 20)

PDF(982KB) ( 327 )

以城市污水处理厂剩余污泥为原料，热解制备生物炭基质，经Fe²⁺/Fe³⁺改性加载纳米级铁氧化物颗粒，得到新型磁性生物炭材料(MBC)，用于水体中重金属离子吸附.利用VSM，SEM-EDS，XRD，FTIR等综合分析磁性生物炭材料的物理化学特性，结果表明:生物炭基质表面加载磁性γ-Fe₂O₃颗粒，分布均匀，其饱和磁化强度达13.53Am²/kg.磁性生物炭投加量1.25g/L、吸附时间24h、水体pH为5.0时，Cu²⁺吸附量为67.68mg/g，较生物炭基质吸附量增加60.08%.磁性生物炭吸附过程符合Langmuir吸附等温线、准二级吸附动力学模型.污泥基磁性生物炭吸附效果显著，兼具便于从水体中分离的优势，可实现“以废治废”的环保目标.

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大麦虫取食塑料影响因素及肠道功能菌群探究

赵鑫，罗丽萍，王宇萌，郭鸿钦

2021, 42 (7): 1019-1024. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.016

摘要 ( 637 )

HTML ( 9)

PDF(1001KB) ( 321 )

大麦虫取食降解泡沫塑料易受环境因子的影响而导致存活率降低.为了减少环境因子对塑料降解研究的干扰，通过条件实验探究了环境因素对大麦虫幼虫生长和取食泡沫塑料的影响，借助MiSeq测序解析了其消化道内潜在的塑料降解核心功能菌群.实验结果表明，光照、塑料密度与接触面积均对大麦虫生长和取食聚苯乙烯(Polystyrene，PS) 泡沫塑料有明显的影响.黑暗条件有利于大麦虫的生长和取食塑料；密度低且接触面积小的PS泡沫塑料更容易被大麦虫取食，但是破碎程度高的泡沫塑料不利于大麦虫的取食，而仅以PS泡沫塑料作为大麦虫的唯一食物无法满足其幼虫正常生长的需求.取食PS泡沫塑料对其消化道的菌群结构影响显著，unclassified Enterobacteriaceae，Dysgonomonas，Sphingobacterium和Enterococcus 4个菌属与PS泡沫塑料降解密切相关.

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寒区隧道衬砌电加热试验研究

王连广，徐宵，李雪

2021, 42 (7): 1025-1031. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.017

摘要 ( 444 )

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PDF(1153KB) ( 155 )

寒区隧道冬季易出现衬砌破损甚至滴水结冰等冻害，为此，除了做保温层外，主动加热系统也是必要的，主动加热系统主要由二次衬砌和保温层间的电热带组成.为了模拟隧道衬砌混凝土表面滴漏水结冰后从负温加热至正温的工况，对负温条件下的混凝土试件进行电加热模型试验研究，包括对单独试件及三联试件进行加热试验.结果表明:在采用长度2m、功率30W、埋置深度10mm的电热带，并选用40mm厚的聚氨酯板作为保温层时，混凝土试件表面温度能够在60min之内从-4℃升高至0℃以上.研究成果可为寒区隧道融冰防冻提供指导.

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地面沉降对地下水时空响应及其非工程控沉

贾超，张少鹏，丁朋朋，吴静

2021, 42 (7): 1032-1040. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.018

摘要 ( 487 )

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PDF(5953KB) ( 118 )

针对潍北平原地面沉降问题，建立地面沉降流固耦合三维数值模型，从宏观的角度探讨潍北平原在未来一段时间内区域性地面沉降的发展规律，考虑到地下水开采与地面沉降的相互关系，量化地下水开采对其的负面影响.研究结果表明:潍北平原地区沉降漏斗中心主要分布在寿光市营里镇东部和广陵乡北部；保持2019年地下水开采量，潍北平原未来10年内的沉降仍呈继续发展和增加态势，2029年最大累积地面沉降量将高达565.42 mm，年均增长率为38.97 mm/a，沉降中心未发生转移；随着地下水开采量的减少，地面沉降发育程度明显得到缓解，随之持续减小，地面沉降的减缓趋势则会逐渐趋于平缓；当减采量控制在10%与30%之间时，地面沉降灾害的减缓效果较佳.

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基于EPC模式的安全生产管理系统分析与仿真

齐锡晶，康伟鑫，赵磊

2021, 42 (7): 1041-1048. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.019

摘要 ( 504 )

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PDF(1261KB) ( 225 )

针对EPC总承包模式下安全生产管理考虑设计、采购阶段不足，未能充分发挥该模式一体化、集成化优势的现状，基于安全生产管理的概念及特点，立足施工(承包) 单位的角度，耦合设计、采购环境下安全生产管理的问题，运用系统动力学理论，构建因果关系图、存量流量图，设计了一套EPC模式下的安全生产管理系统.仿真结果表明:基于系统动力学模型构建的EPC模式下安全生产管理系统，能够充分考虑设计、采购、施工各子系统内部要素，动态地反映系统内部各要素之间的联系以及安全生产管理风险变化情况，从而为EPC总承包模式下的安全生产管理决策提供参考.

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董事网络位置对高管薪酬水平影响的实证研究

孙宸，庄新田

2021, 42 (7): 1049-1056. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.020

摘要 ( 388 )

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PDF(442KB) ( 162 )

利用社会网络分析方法，基于“董事交叉任职”所形成的董事网络，分析了董事网络位置对企业高管薪酬的影响，以及管理层权利的中介效应和产权性质的调节效应.研究发现，在控制了其他因素后，董事网络中心度以及结构洞指数越高，对高管薪酬水平的抑制作用越强；与非国有企业相比，国有企业董事网络位置与高管薪酬的负相关关系更弱；管理层权利在董事网络位置对高管薪酬的抑制中起到了中介作用.

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共享自动驾驶汽车使用意愿模型及其影响因素

霍月英，郭晨，朱援，冯晨曦

2021, 42 (7): 1057-1064. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.07.021

摘要 ( 595 )

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PDF(737KB) ( 394 )

为了构建共享自动驾驶汽车(shared autonomous vehicles，SAV) 的使用意愿模型并分析其影响因素，通过使用时机和使用频率来体现公众对SAV的使用意愿；采用验证性因子分析将态度潜变量转化为潜变量得分，以此将态度潜变量引入传统的有序Logit模型；提出SAV使用意愿的有序Logit模型构建方法，并建立基于个人属性、通勤特征、态度潜变量的SAV使用意愿模型.研究发现:是否使用过滴滴拼车、工作单位停车费、自动驾驶态度对使用时机和3种价格(1，2，3元/km) 下的使用频率有显著影响；使用过滴滴拼车、工作单位收取停车费、支持自动驾驶的群体倾向于频繁地、更早地使用SAV出行；公众期望以1元/km或 2元/km即不超过目前滴滴拼车的价格使用SAV.

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