东北大学学报（自然科学版）

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台风作用下输电线路风振系数及抗风性能研究

付兴，杜文龙，郑帅，李宏男

2022, 43 (7): 913-920. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.07.001

摘要 ( 684 )

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PDF(1749KB) ( 262 )

为研究良态风与台风作用下的输电线路风振系数，以广东省国古线一铁塔为原型建立了有限元模型，采用谐波叠加法模拟了台风风场，并开展了动力分析.首先，对比了5种国内外设计规范的风振系数计算方法，发现各规范均未单独考虑台风的强脉动特性；然后，基于惯性力法获取了铁塔风振系数并揭示了塔线耦联效应的影响.最后，利用生死单元法定量评估了两种风场下输电线路的抗风性能.结果表明:台风的高湍流特性导致顺风向风振系数大于良态风对应值；导线可增大铁塔横风向基频，并使铁塔振型由单塔的弯曲型变为塔线体系的弯剪型，塔线体系横担处风振系数大于单塔；湍流度从0.14提高至0.20，临界倒塌风荷载降低约11%.因此，台风多发地区的输电塔设计应适当提高湍流度取值，必要时还应考虑塔线耦联效应.

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基于熵权法的过滤式特征选择算法

李占山，杨云凯，张家晨

2022, 43 (7): 921-929. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.07.002

摘要 ( 489 )

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PDF(2225KB) ( 345 )

互信息过滤式特征选择算法往往仅局限于互信息这一度量标准.为规避采取单一的互信息标准的局限性，在互信息的基础上引入基于距离度量的算法RReliefF，从而得出更好的过滤式准则.将RReliefF用于分类任务，度量特征与标签的相关性；应用最大互信息系数(maximal information coefficient，MIC)度量特征与特征之间的冗余性、特征与标签的相关性；最后，应用熵权法为MIC和RReliefF进行客观赋权，提出了基于熵权法的过滤式特征选择算法(filtering feature selection algorithm based on entropy weight method， FFSBEWM).在13个数据集上进行对比实验，结果表明，FFSBEWM所选择的特征子集的平均分类准确率和最高分类准确率均优于其他对比算法.

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考虑交互轨迹预测的自动驾驶运动规划算法

刘启冉，连静，陈实，范蓉

2022, 43 (7): 930-936. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.07.003

摘要 ( 702 )

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PDF(2199KB) ( 421 )

针对自动驾驶汽车运动规划中预测周围交通态势的问题，提出一种考虑周围车辆间交互轨迹预测的运动规划算法.首先，针对结构化道路信息，构建改进社会力模型，对自动驾驶汽车周围的车辆行驶轨迹进行预测.其次，在Frenet坐标系下采样生成轨迹集合，将轨迹集合和预测轨迹投影到时空占用图上，计算投影点之间的最短距离进行碰撞检查，并结合加速度、曲率检查对轨迹进行筛选以得到候选轨迹.然后，构建代价函数对筛选过的候选轨迹进行评估得到最优运动轨迹.最后，不同行驶场景中的仿真结果表明，该运动规划算法能提前决策驾驶行为，规划出的速度曲线更加平稳，运动轨迹的安全性、舒适性和行驶效率更高.

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基于双向预测插值的多维矢量鬼成像视频

刘跃，桑爱军，宋立军，王世刚

2022, 43 (7): 937-943. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.07.004

摘要 ( 398 )

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PDF(1404KB) ( 146 )

为了进一步提升运动物体鬼成像视频的质量，根据视频中每帧都具有相关性的特点，提出了一种基于双向预测插值的多维矢量鬼成像视频的实时成像算法.即运用具有能量集中特点的多维矢量Walsh变换，将总数一定的Walsh基图样分成更少的组，使每组的有效基图样翻倍，再分别作用于目标物体，重构后得到数量少但成像质量更好的隔帧图像，再通过双向预测插值得到中间帧.使用该算法作用于像素为64×64的目标物体，可在实时状态下实现运动物体鬼成像的视频.在采样数量和采样时间不变的情况下，可实现高质量重构，得到了品质更好的鬼成像视频.

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基于注意力机制的U-Net脑脊液细胞分割

代茵，刘维宾，董昕阳，宋雨朦

2022, 43 (7): 944-950. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.07.005

摘要 ( 596 )

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PDF(1060KB) ( 348 )

为解决脑脊液病理图像中部分细胞膜较为模糊，与图像背景难以区分的问题，采用了基于注意力机制的U-Net深度学习方法对脑脊液病理图像做全自动分割.在深度学习网络中加入注意力机制对细胞进行定位，抑制无关信息，提高语义的特征表达，提高对细胞整体分割的精确性.通过镜像、旋转等操作对数据集进行扩充预处理.采用VGG16预训练模型进行迁移学习，交叉熵与Dice损失相结合作为损失函数，分别在脑脊液临床图像与公开数据集2018 Data Science Bowl上进行验证；并与Otsu， PSPnet， Segnet， DeeplabV3+， U-Net进行对比，结果表明，本文方法在各项指标上均优于其他分割方法.

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Zr对Al-10Zn-2.5Mg-1.6Cu合金板材组织与性能的影响

田妮，张耀中，周轶然，秦广华

2022, 43 (7): 951-958. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.07.006

摘要 ( 498 )

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PDF(3086KB) ( 173 )

针对T6态Al-10Zn-2.5Mg-1.6Cu铝合金板材，研究了添加质量分数分别为0，0.046%，0.098%，0.151%，0.185%的Zr，铝板中合金相粒子和晶粒的组态以及板材的力学性能.结果表明，Zr含量增加对铝板中微米级T相和Al₇Cu₂Fe相粒子无明显影响，合金中未形成含Zr的结晶相，但纳米级Al₃Zr弥散相粒子数量逐渐增多.添加质量分数为0.046% Zr可细化T6态铝板等轴状Cube取向晶粒；Zr质量分数超过0.098%能抑制铝板再结晶形核，板材晶粒为纤维状，取向以Brass，S，R和Copper为主，且其体积分数随Zr含量增加而逐渐增大.Zr含量增加，T6态铝板的强度逐渐增大，而延伸率先增大后略有减小.Zr质量分数为0.151%的T6态Al-10Zn-2.5Mg-1.6Cu铝合金板材性能最佳，其抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为706，645MPa和10.3%.

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从硼泥中提取硅、硼的新工艺

宁志强，宋雨陶，赵润宇，韩帅男

2022, 43 (7): 959-965. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.07.007

摘要 ( 720 )

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PDF(2138KB) ( 171 )

以硼泥为原料，硼泥与碳酸钠混合后在900℃下焙烧2h，采用碱浸法回收焙烧后硼泥中的SiO₂和B₂O₃.通过TG-DSC曲线分析了焙烧阶段的反应过程.通过单因素试验研究了碱浸阶段:n(NaOH)/n(SiO₂)、反应温度、反应时间、液固质量比等条件对硼泥中的SiO₂和B₂O₃提取率的影响.通过正交试验，确定了影响SiO₂提取率各因素之间的主次关系依次为:n(NaOH)/n(SiO₂)＞液固质量比＞反应时间＞反应温度，影响B₂O₃提取率各因素之间的主次关系为:反应时间＞反应温度＞n(NaOH)/n(SiO₂)＞液固质量比.最佳的回收条件:n(NaOH)/n(SiO₂)为25，反应温度为50℃，反应时间为40min，液固质量比为8，在此条件下SiO₂的提取率为83.11%，B₂O₃的提取率为75.28%.

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铝电解槽集气结构的数值模拟研究

李雪娇，杨洪英，赵鹤飞，胡红胜

2022, 43 (7): 966-972. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.07.008

摘要 ( 520 )

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PDF(2077KB) ( 360 )

为了降低铝电解烟气的无组织排放，提高电解槽集气效率，采用数值模拟的手段对电解槽原集气结构中的内部流场分布情况进行模拟.以此为基础，研究了下烟道集气结构改造方案，并开发了新型上烟道集气结构.结果表明:原下烟道集气结构压力损失为363Pa，集气均匀性差，烟道积灰严重，集气效率低.下烟道集气结构改造简单，投资低，改造后可显著提高集气效率，但压力损失和积灰现象没有明显改善.新型上烟道集气结构改造较为复杂，投资较高，但改造后集气效率显著提高，同时压力损失显著降低至187Pa，烟道没有明显积灰.

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板带轧机液压压下-垂直振动特性研究

侯东晓，方成，陈善平，阎爽

2022, 43 (7): 972-980. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.07.009

摘要 ( 349 )

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PDF(1011KB) ( 179 )

考虑板带轧机垂直振动对液压压下系统中四通伺服电磁阀非线性流量的影响，推导出非线性流量变化下的液压缸的非对称分段弹簧力，并建立了板带轧机液压压下-垂直振动动力学方程.运用平均法求解出该轧机振动系统的幅频响应方程，并利用奇异性理论求解了轧机在动态轧制过程的分岔特性，得到4组不同的转迁集及其对应的分岔图，分析了开折参数对轧机分岔特性的影响.最后以实际轧机参数为例，通过仿真发现系统幅频曲线在分段处出现拐弯特性，调整伺服阀响应时间可降低系统振幅不稳定频率区域，通过调整外激励幅值与阻尼比等参数可有效改善系统共振情况，为进一步抑制轧机辊系振动提供理论参考.

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面向STEP-NC自由曲面特征的加工操作方法智能决策

张禹，何楷文，李清书，巩亚东

2022, 43 (7): 981-987. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.07.010

摘要 ( 378 )

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PDF(1057KB) ( 117 )

为提升复杂零件工艺规划的集成化和智能化，提出一种基于混合算法面向STEP-NC自由曲面特征的加工操作方法智能决策方法.首先，构建了面向STEP-NC自由曲面特征的加工操作方法决策BP神经网络模型.然后，基于自适应视野策略、自适应步长策略和混沌算法给出了改进的人工鱼群算法，并与BP神经网络相融合设计了用于STEP-NC自由曲面特征加工操作方法决策的混合算法.并利用归一化的零件加工信息实现了STEP-NC自由曲面特征的加工操作方法高效智能决策.最后，通过实例验证了该方法的有效性和可行性.

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圆柱直齿轮铣削加工无干涉刀具路径规划

王振宇，张荣闯，于天彪

2022, 43 (7): 988-995. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.07.011

摘要 ( 391 )

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PDF(896KB) ( 130 )

针对圆柱直齿轮的多轴铣削精加工，提出一种无干涉刀具路径规划方法. 首先，建立齿轮包络铣削运动模型，准确描述铣刀和工件之间的运动关系；其次，在齿轮齿廓精确模型描述的基础上，通过残留高度曲线与刀具圆弧的求交，计算出残留高度点；根据残留高度点到刀具圆弧中心之间的距离等于刀具半径，计算出刀具路径曲线上的下一刀位点；依次递推计算出等残留高度进给下的所有刀位点；再次，以等残留高度刀位点计算结果为基础，残留高度约束下，计算出等弧长进给和等径向进给的刀位点；然后，通过距离法判断刀具与工件是否存在全局干涉，给出刀具不同刀位点对应的刀偏角，局部干涉通过调整刀具半径来避免；最后，通过仿真计算实例验证所提出方法的可行性和有效性.

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一种微位移柔顺放大机构的优化设计

郭凡逸，孙志礼，张胜男，曹汝男

2022, 43 (7): 996-1002. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.07.012

摘要 ( 481 )

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PDF(1132KB) ( 248 )

基于柔性梁的动刚度矩阵以及矩阵位移法建立了一种微位移柔顺放大机构的伪静态参数化模型.该模型可以对新机构进行快速化运动预测和参数化运动分析，并且可以得到位移放大率的解析模型.通过模拟退火算法优化结构的尺寸与形状得到了一种新的机构，它的放大率相比于原始构型增加了9%且固有频率为409Hz，与有限元结果对比相对误差小于2%，验证了模型的准确性.分析了在负载与输入位移共同作用下新机构的放大率变化规律以及结构关键节点处的加工误差对输出位移的影响.结果表明，模型顶点与输出端的X方向加工误差对输出位移的影响最大.

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一种7-DOF机械臂的结构设计及其几何位置误差分析

高跃，房立金，许继谦，巩云鹏

2022, 43 (7): 1003-1010. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.07.013

摘要 ( 538 )

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PDF(910KB) ( 347 )

基于双电机伺服驱动的关节设计制造了一种7-DOF协作机械臂，建立了该型机械臂末端执行器的几何误差模型，并且基于原始参数误差独立作用原理对参数误差进行分析与合成.基于数理统计大数定律，利用蒙特卡洛的方法对几何位置误差影响因素的灵敏度进行了数值仿真计算分析，找出对机械臂几何位置误差影响程度相对较大的参数误差.通过对机械臂末端执行器的几何位置误差计算分析，可知误差在工作空间内服从瑞利分布.经过实验测量，机械臂的重复定位误差不超过0.0591mm，并且绝对定位误差服从瑞利分布是显著性的，证明了双电机伺服驱动关节具有回差小、传动精度高的特点和误差分析的正确性，为机械臂的精度设计与应用提供理论依据.

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非线性卸荷速率下的硬岩破坏特性与裂纹演化规律

孙浩，朱东风，金爱兵，陈帅军

2022, 43 (7): 1010-1018. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.07.014

摘要 ( 378 )

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PDF(4205KB) ( 162 )

为研究硬岩卸荷阶段速率非线性变化时的破坏特性，利用室内三轴压缩试验和颗粒流数值模拟开展余弦型、直线型和指数型三种卸荷速率变化方式的硬岩破坏研究.结果表明: 指数型卸荷的硬岩首先失稳破坏，余弦型卸荷的硬岩则不易发生破坏，前期较快的卸荷速率对整个卸荷过程的损伤积累影响更大；硬岩卸载过程中的承载强度受初始围压和卸荷方式的共同影响，且围压愈高则卸荷方式影响愈显著；根据Mogi-Coulomb准则，指数型卸荷通过内摩擦角影响硬岩强度，而直线型和余弦型卸荷的硬岩强度主要受黏聚力影响；指数型卸荷因前期快速卸荷易在端部产生部分破碎，直线型卸荷随围压升高由陡倾角剪切破裂带过渡多个“V”型剪切破坏，余弦型卸荷随围压增大呈塑性破坏特征趋势.

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弱胶结砂岩水岩作用机制——以庆阳北石窟为例

张景科，刘盾，马雨君，张瀚

2022, 43 (7): 1019-1033. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.07.015

摘要 ( 802 )

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PDF(3602KB) ( 284 )

选取庆阳北石窟赋存砂岩为研究对象，于室内分别设置冻融循环、干湿循环两组单因素风化模拟试验，经历30个周期，共计120d.结合岩样在宏观、局部、微观等不同维度下的劣化特征及表层矿物成分与元素的迁移规律对水岩作用机制全程跟踪评估.试验结果表明:在模拟试验前期，水-岩之间化学作用强烈，两组试验化学蚀变系数均发生陡增;随着试验继续，水-岩之间物理作用逐渐变强，冻融循环转为水体积膨胀对颗粒施加的拉、压应力作用，且率先在含水率最高处诱发裂隙.而干湿循环变为水对颗粒结构的机械冲刷，该过程则受水分运移及孔隙分布方式的共同支配;对于弱胶结砂岩，水-岩频繁作用导致的颗粒耦合关系改变是岩石劣化的关键.

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基于CGWO算法的边坡最小安全系数全局寻优方法

王述红，魏崴，韩文帅，陈浩

2022, 43 (7): 1033-1042. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.07.016

摘要 ( 478 )

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PDF(7774KB) ( 172 )

针对基本灰狼算法存在初始种群不均匀、早熟收敛等问题，基于混沌理论从三个方面对灰狼优化(grey wolf optimization， GWO)算法进行改进，提出了混沌灰狼优化(chaotic grey wolf optimization，CGWO)算法用于确定边坡的最小安全系数.首先，采用改进Tent混沌映射提高初始种群多样性；其次，通过混沌扰动策略避免算法陷入局部最优；最后，引入参数混沌非线性调节机制均衡算法的全局开发和局部勘探算力.13个基准测试函数的仿真结果表明，改进后的算法与基本GWO，WOA，PSO以及SCA相比具有更强的综合寻优性能.选取ACADS边坡考核题进行计算分析，CGWO算法表现出较高的计算精度和收敛速度，能够有效地搜索到复杂分层边坡的最小安全系数.对比有限元强度折减法，该方法具有操作简易、搜索区域易于设置等优点.

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卯榫接头装配式矩形隧道静力行为及抗爆性分析

黄震，张陈龙，白海文，马少坤

2022, 43 (7): 1043-1055. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.07.017

摘要 ( 416 )

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PDF(14433KB) ( 194 )

设计了一种应用于装配式矩形隧道的卯榫接头，探究了卯榫接头装配式隧道静力行为和内爆作用下的抗爆性能，建立了反映接头非线性力学特征的三维精细化数值模型，利用流固耦合分析实现了TNT爆炸模拟，对比评价了卯榫接头与现浇接头在不同围压荷载作用下的抗压弯承载能力、抗爆性及混凝土损伤特性.结果表明:新型接头抗压弯承载能力略高于现浇接头矩形隧道；在相同当量TNT炸药下，新型接头装配式矩形隧道抗爆能力整体上优于现浇接头矩形隧道；新型接头装配式矩形隧道损伤破坏主要发生在钢柱和顶板-墙结点区域.研究结果为装配式矩形隧道结构设计及防灾减灾提供理论支撑.

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荷尘速率对非高效过滤材料阻力特性的影响

林秀丽，赵一璇，柳静献

2022, 43 (7): 1056-1064. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.07.018

摘要 ( 396 )

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为探究荷尘速率对非高效过滤材料阻力变化的影响，以4种不同等级非高效玻璃纤维滤料为对象，对不同过滤风速和荷尘质量浓度下滤料阻力变化规律展开实验研究，并总结出滤料荷尘过程阻力变化经验公式.结果表明:在相同过滤风速和荷尘质量浓度下，等级越低的滤料归一化阻力增长速率越快，且进入表面过滤所需荷尘量越大.在相同过滤风速下，滤料荷尘质量浓度越高，阻力随单位面积荷尘量的增长越慢；而滤料等级越高，荷尘质量浓度变化对阻力的影响越小.相同荷尘速率时，过滤风速对滤料归一化阻力增长的影响可忽略.

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