东北大学学报（自然科学版）

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基于改进双向RRT^*的移动机器人路径规划算法

王海芳，张瑶，朱亚锟，陈晓波

2021, 42 (8): 1065-1071. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.001

摘要 ( 1107 )

HTML ( 67)

PDF(1458KB) ( 942 )

针对复杂环境下移动机器人的局部最优路径规划，提出一种基于目标偏置扩展和Cantmull-Rom样条插值的双向RRT^*路径规划算法.双向RRT^*算法同时创建两颗搜索树，交替进行相向搜索，同时以一定的概率进行随机点的目标偏置选择，以提高算法的整体收敛效率;再对当前节点重选父节点和重布线，以增强算法对环境的敏感程度.为确保路径安全可行，对环境中的障碍物进行膨胀处理，再对初始路径进行碰撞检测;修剪冗余节点，缩短可行路径长度，再利用Cantmull-Rom样条插值法平滑路径.在Matlab仿真平台和ROS机器人仿真平台分别进行2D和3D的对比实验，验证了改进双向RRT^*算法的有效性和优越性.

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基于分数阶微分的多尺度多聚焦图像融合

张雪峰，何昊

2021, 42 (8): 1071-1078. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.002

摘要 ( 554 )

HTML ( 20)

PDF(1474KB) ( 480 )

针对多聚焦图像融合问题，借鉴多尺度融合方法对各个尺度的互补信息进行针对性融合.首先，运用L_○0梯度最小化的平滑方法将源图像分解为背景层和细节层，然后在背景层的融合中运用分数阶边缘检测掩模保持边缘信息，在细节层中引入分数阶梯度能量算子进行权值分配.实验结果表明，与整数阶梯度能量清晰度算子相比，本文所提出的分数阶梯度能量算子符合人眼视觉感知且更加敏锐.上述融合方法有效避免了融合图像中的伪影和块状效应，更加充分地保留了源图像信息.

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具有前向安全特性的密态图像搜索方案

葛悦，李宇溪，周福才，张鑫月

2021, 42 (8): 1079-1085. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.003

摘要 ( 519 )

HTML ( 12)

PDF(591KB) ( 308 )

围绕当前多数密态图像搜索方案在更新时产生的信息泄露问题，提出一个云环境下具有前向安全特性的密态图像搜索方案.方案首先采用Tensorflow机器学习模型进行图像识别，设计高效图像关键字信息提取方法;然后基于动态可搜索加密思想，利用GGM范围受限伪随机函数生成搜索令牌，构造出支持动态更新的安全密态图像索引结构.搜索时利用搜索令牌和哈希函数计算匹配结果，不会泄露查询者隐私.安全分析和实验结果表明，本方案在满足高效搜索的同时实现前向安全性，并具有良好的更新性能.

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一种微粒相互作用及其介电泳动力学仿真新方法

胡晟，吴怀京，吕晓永

2021, 42 (8): 1086-1091. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.004

摘要 ( 641 )

HTML ( 16)

PDF(652KB) ( 315 )

采用有限元法进行粒子电极化强度的计算，以此得到对应的介电泳力和次级介电泳力.粒子的极化强度依托软件COMSOL Multiphysics 5.3a的AC/DC模块计算得到，粒子追踪模块用于实现介电泳力、次级介电泳力、流体力，以及排斥力的粒子动力学仿真.AC/DC模块和粒子追踪模块的多物理场耦合新方法能够满足正、负介电泳效应的粒子运动分析和研究，且粒子轨迹与常用的粒子仿真算法的运算结果有较高的相似性.同时仿真结果还表明，为了更准确地预测实验观测结果，粒子承受金属电极形成的正、负介电泳效应需要考虑次级介电泳力.

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数据区间优化对SSVEP算法性能的影响

段志豪，刘冲，陈杰，陆志国

2021, 42 (8): 1092-1097. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.005

摘要 ( 479 )

HTML ( 3)

PDF(1342KB) ( 276 )

稳态视觉诱发电位(steady-state visual evoked potential， SSVEP)响应的个体差异性较大，不同环境下各被试者脑电信号的质量有差别.针对这个问题，研究了SSVEP中数据区间的优化对CCA(典型相关分析)和ECCA(扩展典型相关分析)方法分类结果的影响.首先通过网格搜索方法找到脑电信号的最优数据区间，然后使用CCA和ECCA方法对该区间数据进行特征识别，使得识别效果得到提升.实验结果表明，同时对数据区间起始点和终点进行优化能够有效提升信息传输率(ITR)，数据区间优化后的CCA和ECCA分类平均ITRs为(61.18±27.20)bit/min和(71.37±32.24)bit/min，比使用传统的仅优化数据区间终点的方法提高了29.89%和8.3%，证明了通过数据区间优化能够提升SSVEP算法的性能.

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混联汽车悬架系统减振性能分析与优化

李凡杰，李小彭，沃旭，闻邦椿

2021, 42 (8): 1098-1104. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.006

摘要 ( 534 )

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PDF(887KB) ( 433 )

为进一步改善汽车悬架的减振性能，对汽车悬架结构及参数进行优化设计.基于机电相似理论，提出一种含有弹簧、阻尼器、惯容器的混联汽车悬架结构，运用多目标遗传算法对汽车悬架减振系统进行参数优化.通过求解动力学方程，在时域内分析了路面脉冲激励下汽车悬架减振系统的振动响应，在频域内分析了参数优化对混联汽车悬架减振性能的影响.研究结果表明，相比于传统汽车悬架，本文所提出的混联汽车悬架结构能够有效降低汽车减振系统的共振峰值，改善汽车悬架的减振性能;相比于初始设计参数，运用多目标遗传算法得到的参数进一步提升了汽车悬架的减振性能.

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基于VMD-DBN的滚动轴承故障诊断方法

任朝晖，于天壮，丁东，周世华

2021, 42 (8): 1105-1110. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.007

摘要 ( 647 )

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PDF(1614KB) ( 344 )

为揭示滚动轴承故障振动信号的典型特征规律，结合变分模态分解(VMD)与深度置信网络(DBN)的优势，提出轴承振动信号特征的提取方法.将信号先进行基于VMD的分解，根据各模态分量频谱图确定其模态参数，得到若干个模态分量.然后，基于DBN强大的特征提取能力，采用DBN无监督特征提取方法，将得到的模态分量映射到一维，并融合各分量的DBN特征形成特征向量，将其作为粒子群优化支持向量机(PSO-SVM)的输入进行故障诊断.实验验证与对比分析证明了VMD-DBN方法的可行性与优越性.

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基于非线性虚拟材料栓接结合部动力学建模方法

马辉，于明月，高昂，赵晨光

2021, 42 (8): 1111-1119. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.008

摘要 ( 448 )

HTML ( 8)

PDF(1256KB) ( 295 )

为仿真栓接结合部非线性动力学特性，提出一种基于非线性横观各向同性虚拟材料的栓接结合部动力学建模方法.基于有限单元法，利用8节点实体单元构建被连接件及用来等效栓接结合部的横观各向同性虚拟材料层，虚拟材料层与被连接件固接.采用非线性虚拟材料等效栓接结合部，以模拟含栓接结合部结构在不同幅值的外简谐激振下所体现出的非线性刚度特性.为提高非线性模型计算精度，将非线性横观各向同性虚拟材料层进行分区处理，每个区域虚拟材料参数分别由该区域虚拟材料的形变确定.最后，对模型进行局部降维，在时域下求解模型的幅频响应，通过对比仿真计算结果和试验结果，验证所提出建模方法的可行性与有效性.

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基于40Cr高温动态力学性能的磨削表面动态再结晶行为

姚云龙，修世超，孙聪，洪远

2021, 42 (8): 1120-1126. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.009

摘要 ( 531 )

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PDF(2034KB) ( 333 )

通过分离式霍普金森压杆(SHPB)实验得到了40Cr合金钢在高温高应变率下真应力-真应变曲线，据此确定了材料发生动态再结晶的临界条件.采用解析法和实验法分别求解了磨削强化层的温度场和塑性应变场分布.结果表明，磨削强化层在磨削深度方向具有较大的温度和塑性应变梯度;150μm强化层内会发生奥氏体转变;磨削表面最高温度可达1060℃.在磨削亚表面60μm内会产生剧烈的塑性变形，达到了再结晶的临界条件.较大的磨削深度使磨削强化层塑性应变增大，再结晶现象越充分，微观组织细化程度越高.

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基于PHF-LSM-MT的非均质岩石细观界面与水力压裂数值建模

李明，赵岐，张砚琨，梁力

2021, 42 (8): 1127-1135. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.010

摘要 ( 471 )

HTML ( 5)

PDF(2205KB) ( 172 )

基于PHF(permeability-based hydraulic fracture)模型，采用水平集方法(level set method，LSM)描述材料边界分布，并用多尺度方法MT模型，对材料有效参数进行均匀化，建立适用于考虑非均质岩石材料细观界面特征分布与水力裂缝动态发展过程的PHF-LSM-MT数值计算模型.该模型解决了已有PHF-LSM模型无法精确描述积分点作用范围内细观尺度材料分布特征的问题.通过比较包裹体几何分布和体积分数影响下的有效弹性参数，验证了采用MT模型均匀化细观特征的可行性;在此基础上，对非均质岩石水力裂缝发展过程进行研究，得到了考虑细观界面特征情况下的裂缝发展过程，探讨了等效开裂区域影响范围内关键位置的水压力变化特征和应力路径发展过程.

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接触行为对颗粒材料中应力波波速与能量的影响

潘宇，王蕉，楚锡华

2021, 42 (8): 1136-1142. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.011

摘要 ( 545 )

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PDF(1916KB) ( 301 )

采用离散单元法，研究线弹性接触模型、Hertz接触模型、线性平行粘结模型对不同排列颗粒材料中波传播的影响，分析了三种接触模型下波的波速变化和能量变化，同时也研究了弹性模量对颗粒材料中波传播的影响.最后对颗粒材料样本采用Hertz接触模型，探究了不同围压条件下颗粒材料中波的波速变化和能量衰减.研究结果表明:不同接触模型下波传播的波速和能量衰减率不同;当颗粒样本从规则排列到随机排列，波传播的波速变小，能量衰减率变大;随着颗粒弹性模量的增大，波速呈对数增大;在波传播过程中能量快速耗散，随着围压的增大，波速和能量衰减率都增大.

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深部复杂金矿体充填开采对地表建筑物稳定性影响

张超，宋卫东，付建新，刘建博

2021, 42 (8): 1143-1152. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.012

摘要 ( 460 )

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PDF(4195KB) ( 201 )

为研究深部复杂矿体开采对地表建筑物稳定性的影响，借助概率积分法计算安全开采深度;采用3D Mine-Rhinoceros-FLAC^3D耦合构建矿区三维模型，进行地表安全性及变形规律研究.结果表明:①采用充填法进行深部矿体开采，地表产生均匀沉降变形，最大主应力随回采步骤增加呈多项式增长趋势，最小主应力呈线性增长趋势，扰动高度沿矿体走向呈正态分布趋势;②矿体的开采使其正上方产生“盆地式变形”，并依据安全性参数进行地表扰动边界圈定;③当下沉变形值小于10mm、变化率大于0.5时和下沉变形值大于10mm而小于20mm、变化率大于1.5时，地表均为整体下沉现象，稳定性不受影响.

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地铁深基坑施工风险耦合评价方法

王乾坤，亢显卫，朱科

2021, 42 (8): 1152-1158. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.013

摘要 ( 526 )

HTML ( 8)

PDF(1061KB) ( 401 )

研究一套适用于地铁深基坑施工风险评价的指标体系和方法，用以分析评判项目施工风险等级，指导和改进现场施工风险管理.首先，依据事故树分析(FTA)、“4M1E”系统安全理论和文献分析等，构建包含29个指标的地铁深基坑施工风险评价指标体系;然后，结合风险耦合理论分析风险因素间的交互作用，建立基于C-OWA算子和相互作用矩阵法的施工风险评价模型.结合某地铁深基坑施工项目案例，应用该评价指标体系和方法计算施工风险等级为中等风险，此结果与项目实际施工情况相符，从而验证了本文方法的可行性.

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STS管幕结构横向抗弯刚度计算模型及参数优化

贾鹏蛟，史培新，关永平，赵文

2021, 42 (8): 1159-1165. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.014

摘要 ( 465 )

HTML ( 3)

PDF(851KB) ( 168 )

STS (steel tube slab)管幕工法是一种新型的地铁暗挖支护体系，由于管幕结构的变形机理尚不明确，管间连接参数需要进一步优化，阻碍了STS管幕工法的应用和推广.本文建立STS管幕结构的有限元模型，并结合室内试验验证有限元模型的合理性，系统性研究翼缘板厚度和螺栓直径对管幕结构横向抗弯刚度的影响规律，然后结合SPSS统计分析软件和归一化处理方法得出，螺栓直径和翼缘板厚度的比值在2.0~2.5时STS管幕结构的变形最合理.结合室内试验和有限元分析结果，建立了STS管幕结构横向抗弯刚度计算模型，并通过室内试验评估了该模型的正确性，计算误差均在20%以内.

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粉尘隔爆翻板阀功能实验与模拟研究

李刚，康瑾，崔震，胡朋

2021, 42 (8): 1166-1173. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.015

摘要 ( 478 )

HTML ( 6)

PDF(1750KB) ( 566 )

为探究粉尘隔爆翻板阀功能的影响因素及其作用机理，基于1m³爆炸测试系统，以玉米淀粉为介质，进行DN600隔爆翻板阀的功能实验研究，并利用Fluent软件建立二维同尺寸燃烧仿真模型，采用动网格技术6DOF求解翻板动态关闭过程，对隔爆阀安装在不同距离时的粉尘爆炸过程进行数值模拟.结果表明，模拟得到的压力发展、火焰传播及翻板关闭过程与实验一致;翻板关闭速度主要受粉尘爆炸压力上升速率影响，爆炸压力上升速率越大，关闭速度越快，并在翻板后方产生负压形成回流;且得到实验条件下隔爆翻板阀最小安装距离是其管径的6~7倍.

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高温下掺氢天然气层流预混火焰传播特性

尚融雪，杨悦，李刚

2021, 42 (8): 1173-1179. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.016

摘要 ( 525 )

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PDF(913KB) ( 402 )

利用本生灯-纹影系统及CHEMKIN-PRO对高温下掺氢天然气层流预混火焰传播速度进行实验及数值模拟研究，并从热力学及化学动力学效应方面讨论了初始温度对掺氢天然气层流预混火焰传播特性的影响.结果表明:GRI-3.0机理能较准确地预测293~500K条件下的掺氢天然气层流预混火焰传播速度;在相同初始温度下，混合物层流预混火焰传播速度在高掺氢比时增幅更显著;在相同当量比下，混合物层流预混火焰传播速度及绝热火焰温度随初始温度的升高呈近线性增加;高温下，H自由基浓度的增大进一步增强了H+O₂=O+OH对整体燃烧反应的促进作用，使混合物层流预混火焰传播速度显著加快.

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老化-荷载作用下叠层轮胎隔震垫时变力学性能

张广泰，吴锐，李雪藩，阿迪力·赛买提

2021, 42 (8): 1180-1186. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.017

摘要 ( 437 )

HTML ( 1)

PDF(1408KB) ( 144 )

为研究建筑结构设计基准期(50年)内叠层轮胎隔震垫(scrap tire rubber pads，STRP)竖向力学性能的时变规律，对61组7层STRP支座施加5 MPa竖向荷载并分别进行老化31，62，93，124和154h的荷载耦合老化试验及普通老化试验.结合荷载耦合老化后轮胎的微观扫描电镜分析(SEM)及STRP的竖向力学性能试验，研究STRP在不同老化时间下的破坏特性、竖向承载力衰减，以及竖向刚度和竖向变形性能的退化规律.研究表明:在荷载耦合老化作用下STRP表面随老化时间的增加，裂缝扩展且局部轮胎内部炭黑外移析出，STRP竖向刚度逐渐增大，竖向变形性能变差，但极限承载力无明显改变.

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石油市场和股票市场之间的尾部风险溢出效应——基于变分模态分解和动态Copula函数的研究

黄玮强，赵阳，姚爽

2021, 42 (8): 1186-1193. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.018

摘要 ( 563 )

HTML ( 3)

PDF(1963KB) ( 227 )

利用变分模态分解法将原始收益率序列分解为不同期限的子序列.基于动态Copula函数计算石油市场和股票市场之间的在险价值指标(VaR和CoVaR)，研究在极端下跌和极端上涨的市场情况下，国际石油市场与发达国家和新兴市场国家股票市场的短期和长期尾部风险溢出效应.实证研究结果表明，石油市场和股票市场之间存在双向的尾部风险溢出效应.首先在风险溢出的强度方面，石油市场对股票市场的尾部风险溢出效应明显比股票市场对石油市场的尾部风险溢出效应更强烈.其次在风险溢出的方向方面，股票市场对石油市场的尾部风险溢出效应均为正向，石油市场对大部分国家股票市场的上尾风险溢出效应为正向，且对全部国家股票市场的下尾风险溢出效应为正向.最后，石油市场和大部分国家股票市场之间的长期尾部风险溢出效应都比短期尾部风险溢出效应更强烈.研究结果有利于相关市场投资策略的制定和极端风险传染的防范.

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社会信任、两权分离与资本结构偏离度——基于我国中小板上市公司的实证检验

刘颖，钟田丽

2021, 42 (8): 1194-1202. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.019

摘要 ( 430 )

HTML ( 4)

PDF(418KB) ( 287 )

从社会资本治理机制视角，在运用组合评价法综合度量社会信任综合水平基础上，以2007—2016年中小板上市公司为样本数据，实证研究社会信任在终极控股股东两权分离与企业资本结构偏离度两者关系之间的调节作用.实证结果发现:终极控股股东两权分离度越大，企业实际资本结构与目标水平的偏离度越大;社会信任综合水平具有缓解这种偏离度不利影响的调节作用.按照终极控股股东的国有与非国有性质和强控制模式与弱控制模式，进一步分组检验发现，终极控股股东的不同所有权性质和不同控制模式，对于两权分离对资本结构偏离度的影响具有差异，社会信任综合水平在两者之间的调节作用也存在一定差异.

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制造商融资决策:银行、商业信用或区块链供应链金融

唐丹，庄新田

2021, 42 (8): 1202-1209. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.020

摘要 ( 466 )

HTML ( 8)

PDF(631KB) ( 244 )

基于收益共享契约构建银行信用融资、商业信用融资和区块链供应链金融的对比模型，探讨各模式下供应链的最优决策方案，定量分析各融资模式下供应链绩效随不同参数的变化情况.研究表明，当零售商资金成本低于制造商资金成本时，商业信用融资一定优于银行信用融资;存在两个区块链供应链金融平台费率的阈值，只有当平台费率低于低阈值点时，区块链供应链金融才是同时利于制造商和零售商的最优模式.此外，收益共享比率越高，制造商收益越高，则零售商收益越低.

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众包物流配送车辆调度模型及优化

杜子超，卢福强，王素欣，王雷震

2021, 42 (8): 1210-1216. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2021.08.021

摘要 ( 701 )

HTML ( 15)

PDF(927KB) ( 366 )

针对众包抢单模式和众包派单模式的配送特点，建立众包配送车辆调度模型，将两种配送模式有机结合，优势互补，并根据模型特点采用蚁群-量子粒子群混合优化算法进行求解.以深圳清湖冷链配送为例，从配送距离和成本等角度，分别与传统配送模式、抢单配送模型和派单配送模型进行比较，实验充分证明了众包配送模型的有效性;同时，将蚁群-量子粒子群混合算法与蚁群、粒子群等算法优化结果进行比较，证明了蚁群-量子粒子群混合算法的有效性.

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