东北大学学报（自然科学版）

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基于代数判据的奇异系统输出反馈设计新方法

乔梁，李琳琳，任俊超

2022, 43 (1): 1-7. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.001

摘要 ( 835 )

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PDF(480KB) ( 433 )

针对奇异系统提出一种静态输出反馈控制设计新方法.首先，利用矩阵迹不等式研究奇异系统容许性问题，并提出奇异系统容许(正则、无脉冲、稳定)的代数判据.其次，在系统容许性分析理论结果基础上，设计静态输出反馈控制器保证闭环奇异系统容许性，同时给出矩阵迹不等式的求解方法完成输出反馈控制器设计.与已有的基于线性矩阵不等式求解静态输出反馈控制器方法不同，本文所提方法不需要对输出矩阵进行特殊设定.最后，通过仿真例子表明所提理论方法的可行性和有效性，并且此方法也适用于正常系统输出反馈控制设计.

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地铁电源模块故障分析及预测方法

宫琦，陈秉智，李永华，夏清

2022, 43 (1): 8-16. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.002

摘要 ( 702 )

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PDF(782KB) ( 472 )

为提高地铁车辆牵引逆变系统的可靠性，对牵引逆变系统电源模块进行故障问题的跟踪研究.首先，在电源模块运用初期，针对其烧毁问题，提出整改方案.然后，提出一个新的故障预测方法.运用傅里叶级数和马尔可夫理论对预测残差分别进行一次和二次修正，建立改进的灰色预测模型，引入新陈代谢法进行最终预测.最后，为验证方法的有效性，以运用8.5年的电源模块故障数据为例，将几种预测方法进行比较，结果表明，所提方法具有更高的预测精度和一定的工程应用价值.

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感应加热CFRP温度控制算法

许家忠，赵辉，付天宇，张成东

2022, 43 (1): 17-24. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.003

摘要 ( 612 )

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PDF(4093KB) ( 321 )

为了解决在电磁感应加热碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer，CFRP)过程中，因系统抗干扰性弱、响应速度慢导致的CFRP成型质量差的问题，提出了一种基于改进粒子群优化的模糊PID(improved particle swarm optimization fuzzy PID，IPF-PID)控制算法，利用IPF对PID三个参数进行寻优和自调整.该算法结合PSO和Fuzzy-PID算法的优点，在避免了陷入局部最优的同时，保证控制精度和最佳的寻优性能.结果表明，该算法在增强控制器的自适应能力和减小调整时间方面效果显著.比传统的PID算法具有更小超调和稳态误差，更适用电磁感应加热CFRP温度控制系统.

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基于生成对抗网络的肺结节良恶性诊断算法

罗家健，冯宝，陈相猛，顾正晖

2022, 43 (1): 24-32. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.004

摘要 ( 812 )

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PDF(1783KB) ( 329 )

针对实性肺结节CT影像数据量少、人工标注耗时耗力等问题，提出一种结合生成对抗网络和集成学习的实性肺结节良恶性计算机辅助诊断方法.首先，使用基于梯度惩罚的生成对抗网络对肺结节CT影像数据集进行扩充，缓解由数据量少、样本类别不均衡导致的模型过拟合.然后，利用卷积神经网络进行CT影像特征提取，并通过主成分分析对深度特征进行降维.最后，联合CT图像特征和有效临床信息，采用集成学习方法构建分类模型预测实性肺结节良恶性.基于多中心临床数据分析表明，相比于传统卷积神经网络模型，所提出方法有更好的预测性能.

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碳酸盐在铝土矿溶出过程中的脱除行为

武世鹏，潘晓林，吴鸿飞，于海燕

2022, 43 (1): 33-39. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.005

摘要 ( 718 )

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PDF(966KB) ( 199 )

采用XRD，XRF，SEM-EDS和PSD等检测手段，系统研究了不同石灰添加量、溶出温度、晶种添加量和碳酸盐质量浓度下一水硬铝石型铝土矿高压溶出过程中铝酸钠溶液中碳酸盐含量的变化规律及其脱除机理.结果表明:铝酸钠溶液中碳酸盐质量浓度为25g·L^-1时，氧化铝溶出和碳酸盐脱除的最佳条件为:石灰添加量为11%，溶出温度为270℃，此时氧化铝的溶出率和碳酸盐的脱除率分别为72.47%和68.95%.具有板条状结构的霞石(Na₆(Al₆Si₆O₂₄)·Na₂CO₃·2H₂O)为脱除碳酸盐时的主要产物.铝酸钠溶液中碳酸盐质量浓度在25g·L^-1以下时碳酸盐更易脱除.

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烧结镁砂煅烧竖炉内气固传热特性数值分析

张晓虎，张晟，赵亮，董辉

2022, 43 (1): 40-47. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.006

摘要 ( 590 )

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PDF(857KB) ( 384 )

以年产5×10⁴t烧结镁砂竖炉为研究对象，基于多孔介质理论，建立竖炉内三维稳态气固流动传热模型，并模拟研究竖炉热工参数对床层内气固传热过程的影响.研究结果表明:冷却风流量每增加10%，出口烟气温度降低50℃，出口球团温度降低80℃;冷却段长度每增加5%，出口球团温度降低25℃.以竖炉出口烟气温度和球团温度为优化目标函数，得到竖炉最适宜结构和操作参数，即煅烧风流量为2606.67m³/h，冷却风流量为2203.34m³/h，预热煅烧段长度为6.64m，冷却段长度为11.70m.在此竖炉运行工况下，出口球团温度为288.75℃，出口烟气温度为414.32℃.

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盘式制动器热-机耦合渐变可靠性灵敏度分析

杨周，朴银成，权哲优

2022, 43 (1): 48-56. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.007

摘要 ( 712 )

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PDF(1837KB) ( 303 )

为了解决盘式制动器由于摩擦温度过高而导致可靠性降低的问题，以某种汽车的通风盘式制动器为例，进行了热-机耦合渐变可靠性灵敏度分析.利用Workbench的“Coupled Field Transient”模块进行热-机耦合分析，得到了在紧急制动工况下制动器瞬态温度场分布，然后通过与实验结果对比分析，确定有限元模型的准确性.根据制动器最高温度不能超过许用温度的关系推测，利用自适应Kriging代理模型理论建立制动器热-机耦合可靠性功能函数模型.采用自适应Kriging-Monte Carlo 模拟 (adaptive Kriging-Monte Carlo simulation， AK-MCS)方法进行热-机耦合渐变可靠性灵敏度分析，确定设计参数对可靠性的影响程度，并用Monte Carlo法进行结果的验证.结果表明:制动盘单侧厚度对可靠性的影响最为明显，制动盘的导热系数、比热容和散热加强筋厚度次之，制动盘密度影响最小.

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基于流固耦合钻柱系统动力学模拟

王荣鹏，宋桂秋，周世华

2022, 43 (1): 56-64. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.008

摘要 ( 699 )

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PDF(2754KB) ( 359 )

通过研究钻柱系统的非线性动力学问题，建立了钻柱系统流固耦合动力学方程.利用Galerkin截断方法，将偏微分方程转化为常微分方程，采用Runge-Kutta积分法进行了数值模拟，研究了不同支撑刚度系数下，系统脉动频率、脉动幅值和质量比等参数激励对钻柱系统动力学特性的影响.结果表明，在不同的参数激励下模型表现出丰富的动力学行为，呈现不同的周期运动、拟周期运动、混沌运动和跳跃间断现象.系统由混沌运动通往周期运动的路径为倍周期倒分岔形式;支撑刚度在一定程度上引起系统固有特性的改变，对系统的非线性动力学行为有复杂的影响.

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熔丝成型薄板拉伸性能的理论与实验研究

姜世杰，董天阔，戴卫兵，战明

2022, 43 (1): 65-70. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.009

摘要 ( 538 )

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PDF(791KB) ( 133 )

由于熔丝成型(fused filament fabrication，FFF)技术逐层沉积的制造工艺特点，其产品的拉伸性能存在着明显的局限性.为了能够提出切实有效的改进措施，需要明确FFF产品相应的机理，即建立本构关系理论模型.基于经典弹性力学理论，对FFF薄板试件的本构关系进行了理论建模，完成了试件拉伸性能的解析研究;然后利用拉伸实验机获得了试件拉伸性能的实验结果;最后，分别将X和Z方向打印试件的理论与实验的应力-应变曲线结果相对比，发现二者吻合度较好，验证了理论模型的正确性与准确性.

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汽车密封条纵向压缩粘贴性能

佟梦晗，修世超，陈晓珊，陈思宇

2022, 43 (1): 71-76. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.010

摘要 ( 472 )

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PDF(1110KB) ( 209 )

汽车的密封条粘贴质量对整车NVH的持续性质量稳定起重要的作用，密封条的内角粘贴与直线粘贴、外角粘贴相比更容易出现开胶的失效现象.为了提高密封条内角粘贴质量，研究了汽车密封条压缩粘贴工艺对粘贴基底产生的附加压力，提出了通过压缩率计算密封条对内圆角粘贴基底产生的压力的计算模型，并进行了该工艺过程的有限元仿真.结果表明:压缩粘贴可使密封条对粘贴基底施加稳定、均匀的附加压力.密封条通过压缩粘贴对粘贴基底施加的压力与压缩率呈线性比例关系，此压力沿截面宽度方向不等，其分布情况与密封条的截面形状相关，该压力值沿圆周方向均布，其差值小于8%.压缩粘贴可明显提升密封条内角粘贴质量，且具有稳定的工艺性.

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不同椎间融合方法对腰椎动态特性的影响

王庆东，郭立新，张驰，张东祥

2022, 43 (1): 76-82. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.011

摘要 ( 675 )

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PDF(1139KB) ( 114 )

基于有限元方法，研究比较了4种不同入路方法的腰椎椎体间融合方法(ALIF，PLIF，TLIF和DLIF)对全身振动状态下的腰椎融合节段及邻近节段的影响.引入了与并发症相关的重要指标，如应力分布、应力峰值及应力振幅等，并进行了比较分析.结果表明:在4种不同的方法中，ALIF可以为全身振动状态下的相邻节段提供一个更稳定的环境，并且该方法具有较好的抗振性能.与其他方法相比，DLIF可以降低振动状态下椎间融合器下沉及失效的风险.而且，DLIF可以为全身振动状态下的椎骨细胞提供一个更稳定、更合适的生长环境，更有利于椎骨融合成功.

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氧化锆陶瓷微尺度磨削表面质量试验研究

周云光，田川川，马廉洁，毕长波

2022, 43 (1): 83-88. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.012

摘要 ( 629 )

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PDF(1206KB) ( 263 )

为提高氧化锆陶瓷零件微细加工过程中的加工表面质量，改善氧化锆陶瓷零件的使用寿命，采用0.9mm磨头直径、500#磨粒的微磨棒对氧化锆陶瓷进行微尺度磨削三因素五水平正交试验.首先通过极差和方差分析，研究了磨削参数影响氧化锆陶瓷表面质量主次因素;其次优化出获得较低表面粗糙度值的工艺参数组合;最后通过单因素试验研究氧化锆陶瓷磨削表面粗糙度随磨削参数的变化规律.结果表明，磨削参数对表面粗糙度影响顺序依次为:磨削深度、进给速度、主轴转速;当主轴转速v_○s=40000r/min，进给速度v_○w=20μm/s，磨削深度a_○p=3μm时，表面粗糙度最小;表面粗糙度随主轴转速增大呈先下降后上升的趋势，随进给速度和磨削深度的增大而增大.

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谐波减速器摩擦特性建模及参数辨识

石崟，尹华川，李俊阳，唐挺

2022, 43 (1): 89-97. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.013

摘要 ( 1237 )

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PDF(1152KB) ( 812 )

为提高谐波减速器的机器人关节控制精度，适应其在复杂工况下的使用需求，对谐波减速器摩擦力矩特性进行了研究.通过引入弹流润滑关系、非线性刚度关系和柔轮弹性变形耗散关系模型，建立了速度、负载转矩和温度等参数耦合的谐波减速器摩擦力矩模型.使用遗传算法对SHF-20-80-2UJ型谐波减速器的试验数据进行处理，得到了待辨识参数的识别结果，验证了模型的准确性，摩擦力矩的仿真值与试验值间的最大和平均偏差分别为8.05%， 4.26%;满载且输入转速为2000r/min时，不同温度下摩擦力矩的仿真值与试验值间的最大偏差为1.12%.该模型有效地反映了谐波减速摩擦力矩关于转速、负载转矩和温度变化的非线性关系，测得弹性变形能量损失在空载与满载时分别约占总能量损失的20%， 50%.

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AgCl/Bi₂₅FeO₄₀复合材料制备及光催化性能

尹雯悦，李英华，南瑞斌，李梦茜

2022, 43 (1): 97-102. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.014

摘要 ( 581 )

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PDF(985KB) ( 204 )

采用水热-超声化学法制得负载不同质量分数AgCl的AgCl/Bi₂₅FeO₄₀复合材料，通过XRD，SEM-EDS，UV-Vis DRS和PL光谱等表征手段对复合材料的微观形貌、晶相组成、光吸收性能等进行了表征，并进行了光催化降解罗丹明B实验.结果表明，Bi₂₅FeO₄₀呈正立方体结构，直径0.8~10μm，AgCl直径90~130nm，均匀负载在Bi₂₅FeO₄₀上.二者的复合扩宽了光响应范围，提高了Bi₂₅FeO₄₀光催化活性.投加0.1 g AgCl /Bi₂₅FeO₄₀降解100mL质量浓度为15mg/L罗丹明B溶液，当负载的AgCl质量分数为51.48%时，降解效果最佳，75min降解率达到94.4%，90min可以完全降解罗丹明B.此外，对AgCl/Bi₂₅FeO₄₀的降解机理进行了分析，认为h⁺，e^-，H₂O₂，·O^-₂为该光催化体系主要的活性基团，起到降解罗丹明B的作用.

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单一及复合环境友好型淋洗剂修复铅污染土壤

李英华，吴纪国，钱杰，孙嘉茹

2022, 43 (1): 103-110. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.015

摘要 ( 665 )

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PDF(1535KB) ( 267 )

为了探索一种针对重金属铅(Pb)的高效环境友好型淋洗剂，采用水平实验法探究了乙二胺四亚甲基膦酸(EDTMPA)、聚酰胺酸(PAA)、鼠李糖脂三种淋洗剂对Pb污染土壤的淋洗特征，使用响应面法对EDTMPA和PAA进行了淋洗参数优化.首次将这两种螯合剂EDTMPA，PAA与表面活性剂鼠李糖脂复合淋洗.结果表明，单独淋洗时，EDTMPA的效果最佳，最佳淋洗参数为质量分数2.3%，pH 5.7，淋洗时间167min，对Pb的去除率为57.6% .鼠李糖脂复合EDTMPA对Pb的最大去除率为70.9%，比EDTMPA单独淋洗提高了12%;鼠李糖脂复合PAA的最大去除率为63.3%，比PAA单独淋洗提高了16%.鼠李糖脂复合EDTMPA是一种高效且环境友好型淋洗剂.

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脉冲电场对好氧反硝化细菌生长代谢的影响

王凡，胡筱敏，李雪洁，张博

2022, 43 (1): 111-117. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.016

摘要 ( 514 )

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PDF(869KB) ( 170 )

将脉冲电场技术应用于硝酸盐废水的好氧反硝化处理.通过比较不同脉冲电场强度、脉冲频率、极板间距和接种量等因素作用下好氧反硝化细菌生长代谢的变化情况，确定了脉冲电场处理的最佳工艺参数.结果表明，在电场强度为0.8V·cm^-1，频率为1000Hz，极板间距为5cm，接种量为5%的最佳试验条件下，经脉冲电场处理的好氧反硝化细菌Pseudomonas putida W207-14仅24h其在600nm波长下的细胞光密度(OD600)、化学需氧量(COD)和硝态氮(NO^-₃-N)的去除率均达到最大值，分别为1.926±0.04，(97.67±1.12)%和(90.34±0.73)%.与未处理的好氧反硝化细菌相比，在生长时间大幅缩短的同时，其硝酸盐去除速率提高了115.76%.

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基于图解法的BQ分级限定条件及计算公式研究

赵文，金陈，路博，杨楠

2022, 43 (1): 117-123. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.017

摘要 ( 859 )

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PDF(586KB) ( 229 )

《工程岩体分级标准》(GB/T 50218—2014)修改了原标准GB 50218—1994中的BQ(basic quality)分级指标计算公式，但其两个限定条件(岩石饱和单轴抗压强度和岩体完整性系数)没有进行同步修正.通过大量数据研究发现，直接用受岩石饱和单轴抗压强度(R_○c)和岩体完整性系数(K_○v)限定条件折减后的数据进行定量计算，多会导致定性与定量计算结果不吻合.本文对限定条件进行修正，并基于简化的图解法进行分析，得出R_○c限定条件的影响范围较广泛，则以数据库中新增54组数据为样本，由R_○c限定条件折减的数据进行回归分析建立新的计算公式.将得到的修正后的限定条件和新的区段计算公式，依托实际工程数据进行验证.结果表明，本文修正的限定条件和提出的计算公式提高了定性分级与定量分级的吻合度，得到了更准确的分级结果.

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不同竞争模式下制造商创新投入决策影响研究

郭晓玲，李凯

2022, 43 (1): 124-132. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.018

摘要 ( 524 )

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PDF(544KB) ( 131 )

基于不同市场结构下的博弈模型，探讨了横向与纵向维度下的不同竞争模式对上游制造商创新投入决策的影响.研究表明，横向市场竞争强度对上游制造商的创新投资意愿具有负面抑制作用，而纵向市场势力对上游制造商的创新投资愿意具有正面促进作用，但与无竞争压力的基准情形相比，无论是横向竞争还是纵向竞争，均会降低制造商进行创新研发投资的动机性，且来自于横、纵维度的双重竞争压力会加剧这种抑制作用.最后通过数值分析，验证了所得结果的正确性.

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快速公交站间距服务水平分级方法

霍月英，邱智宣，陈国庆，郭晨

2022, 43 (1): 133-140. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.019

摘要 ( 515 )

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PDF(899KB) ( 220 )

提出基于有序Logistic回归模型的服务水平分级临界值确定方法.通过提出快速公交不同站间距的客流量估算方法和建立站间距与公交车运行速度的三次方函数，标定了快速公交的仿真参数.采用VISSIM软件建立不同站间距(500~1500m)的快速公交仿真系统，据此制作了包含到站、等车、乘车、离站4个阶段的快速公交出行视频短片.通过受访者观看快速公交出行视频短片进行视频实验，收集到126份不同站间距的服务水平数据，采用提出的分级临界值确定方法建立了快速公交的站间距服务水平分级.所建分级中A级~F级的临界值分别为300，460，850，1300，1900m.所建分级可指导快速公交规划及建设中的站间距设置，可评价现状站间距所提供的服务水平.

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辽宁省耕地利用的时空演变特征分析及对策

王雨枫

2022, 43 (1): 141-146. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.020

摘要 ( 579 )

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PDF(1471KB) ( 185 )

采用耕地核密度、动态度及影响机制等模型对1990—2020年辽宁省耕地空间分布演化与影响机制进行了探讨.结果表明:辽宁省耕地集聚特征显著，整体呈现“西北密东南疏”的空间分布格局，变化范围为0~10.17hm²/km².耕地变化的相对指数由1990年的西部、东部地区高逐渐到2020年的中部地区高，20世纪90年代耕地年均增加1.88×10⁴hm²，而21世纪后年均减少2.72×10⁴hm².沈阳、大连及鞍山等耕地面积减少，而盘锦、铁岭等耕地面积增加.自然因素是耕地利用的先决条件，但是社会经济及地区政策发挥着重要的作用.其中干旱化加剧及农业人口减少导致耕地面积减少了3.576×10⁵hm²，而随着社会发展，地均产值增长了302%，社会固定投资增长了9.4倍.建议政府鼓励耕地多元化种植，建立耕地流转机制，加强新农村建设，鼓励青年劳动力回乡发展科技农业.

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等仿射曲线收缩流的Harnack不等式

于延华，金伶

2022, 43 (1): 147-152. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.01.021

摘要 ( 439 )

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在仿射空间中研究了基于等仿射曲线收缩流的一族闭凸等仿射曲线的Harnack不等式.首先，根据仿射空间中等仿射曲线的几何演化性质定义一类新的闭凸等仿射曲线Harnack量，进而得到该Harnack量满足的几何演化方程.其次，利用最大值原理证明Harnack量为非负，即给出闭凸等仿射曲线的Harnack不等式，并得到Harnack量中参数的相应约束条件.然后，利用新定义的Harnack量进一步研究了闭凸等仿射曲线的Hamilton’s Harnack不等式.最后基于闭凸等仿射曲线Harnack不等式和柯西-施瓦兹(Cauchy-Schwarz)不等式推导出了经典的Harnack不等式.

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