东北大学学报（自然科学版）

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基于改进RRT*FN的移动机器人路径规划算法

王海芳，崔阳阳，李鸣飞，李广宇

2022, 43 (9): 1217-1225. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.09.001

摘要 ( 1416 )

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PDF(1869KB) ( 801 )

针对复杂环境下移动机器人的全局最优路径规划，提出一种基于目标偏置扩展和贝塞尔(Bezier)插值方法的改进RRT*FN路径规划算法.改进算法在未找到初始路径时采用一定概率进行随机点的目标偏置选择，确定初始路径后使用启发式采样方法，使随机采样点围绕初始路径进行迭代选择，提高路径规划的导向性.当改进算法还未找到初始路径时，删除树中远离目标点并且没有子节点的节点；当改进算法找到初始路径时，删除树中远离最优路径且没有子节点的节点，保留高性能节点，提高算法收敛到最优路径的效率.利用贝塞尔(Bezier)插值方法平滑路径.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，结果验证了所提算法的有效性和优越性.

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基于障碍物可达区域预测的机器人实时避障算法

彭帆，谢永芳，陈晓方，殷泽阳

2022, 43 (9): 1225-1233. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.09.002

摘要 ( 950 )

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PDF(1623KB) ( 581 )

针对复杂环境下的机器人路径规划与自主避障问题，提出了基于动态障碍物可达区域预测的实时避障算法.对静态障碍物进行描述和建模，建立动态障碍物状态更新预测方程，实现对动态障碍物质心可达区域的预测.分别面向动态、静态障碍物提出基于可达区域预测的多步椭圆包络势场和基于新型Sigmoid函数的势场，修正目标的对数Lyapunov引力场，给出多类型障碍物空间下的机器人实时避障算法.数值仿真和实验结果表明，与传统方法相比实时避障算法可使机器人避障过程中的路径长度更短、安全性更高及最大行驶角变化幅值更小.

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基于改进相干因子的延时乘累加平面波超声成像

屈喜铭，李大宇，张石，王宝宇

2022, 43 (9): 1234-1239. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.09.003

摘要 ( 752 )

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PDF(2147KB) ( 359 )

针对超声回波信号高相关性特性，提出一种基于改进相干因子的延时乘累加(pCF-DMAS)波束形成算法并应用至平面波超声成像.该算法通过增强相干因子的相干性来计算回波信号的权值，然后进行乘累加运算.通过使用Field II进行超声点目标和囊肿目标的仿真实验，对成像结果进行分析验证了算法的有效性.仿真结果表明，算法具有优秀的横向分辨率，在p取0.7时具有所有对比算法中的最高对比度.综合点目标和囊肿目标的成像效果，给出算法的最优p值0.3.相比延时叠加和延时乘累加波束形成算法，所提算法的图像对比度CR分别提高了12.559，9.602dB.

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基于多角度特征提取的舵机故障诊断方法

王娜，李杨，彭锟

2022, 43 (9): 1240-1249. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.09.004

摘要 ( 739 )

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PDF(958KB) ( 337 )

针对舵机故障中的抖动问题，提出一种基于多角度特征提取的故障诊断方法.利用短时分析法分帧舵机数据，以获得短时平稳的时间序列；引入能熵比概念提取舵机数据帧内的电流特征，并利用动态时间规整思想提取舵机数据帧内的位置特征，形成多角度特征以增强输入特征的显著性.在此基础上，利用双向长短时记忆网络提高后续舵机故障分类过程的准确性.通过某型舵机抖动实测数据的仿真，并与传统长短时记忆网络的故障诊断结果比较，验证了所提方法的有效性.

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层次期望提高航天器抗辐射等效试验方法

张路路，范俊，金光，张昆

2022, 43 (9): 1250-1255. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.09.005

摘要 ( 608 )

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PDF(628KB) ( 107 )

受地面试验条件限制，无法进行航天器抗多组源X射线地面模拟试验，提出了一种单组源X射线数值模拟等效试验方法.针对期望提高方法构建的等效试验模型在等效试验搜索过程中存在“过度贪婪”问题，构建了层次期望提高等效试验模型，并在此基础上对提高函数进行了二次方处理，进一步改善层次期望等效试验模型的全局搜索能力.以碳纤维增强树脂(carbon fiber reinforced polymer， CFRP)材料的抗X射线辐射数值模拟试验为对象，利用层次期望提高等效试验模型进行等效试验输入值搜索.结果表明层次期望提高等效试验模型具有更高的搜索精度.

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基于分步耦合的压电分流薄板动力学建模与分析

刘钺，孙伟，黎明

2022, 43 (9): 1255-1262. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.09.006

摘要 ( 574 )

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PDF(1902KB) ( 172 )

为了有效实施压电分流阻尼减振，创建一个能预估其减振效果的动力学分析模型以指导减振设计.根据压电分流薄板结构，提出了一种将基体结构和分流电路分别建模并通过压电片将二者耦合起来的分步耦合建模方法.在ANSYS软件平台上，详细描述了面向压电分流薄板结构采用分步耦合法的建模流程.实验验证了建模方法的合理性，压电分流阻尼对结构具有较好的减振效果，降低共振响应幅度可达50%以上.分析了电感值、压电片贴敷位置、压电片面积等参数对薄板振动响应的影响.结果表明:对于电阻-电感串联及并联分流电路，存在一个最优的电感值可使薄板减振效果最优；压电片贴在变形较大的区域及增大压电片尺寸对减振有利.

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过程参数对熔丝成型产品结合颈的影响

贠超群，姜世杰，战阳，李常有

2022, 43 (9): 1263-1269. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.09.007

摘要 ( 613 )

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PDF(1356KB) ( 188 )

熔丝成型(fused filament fabrication，FFF)是当今应用最广泛的增材制造技术之一.FFF产品相邻挤出材料丝之间的结合颈对其成型质量有重要影响，并随过程参数的改变而明显变化.针对不同过程参数对结合颈的影响进行了实验与理论研究.根据部分析因设计制备了不同过程参数下的FFF样件，利用扫描电子显微镜完成结合颈的实验研究，并建立了结合颈的理论模型.结果表明:过程参数对样件结合颈有一定的影响；适当降低打印速度或增加挤出温度、挤出宽度、打印层厚度及填充率，结合颈增大，但改善效果有限，理论模型准确可靠.

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燃料电池空气供应系统自适应神经网络滑模控制

张春雷，李鹤，董茂林，张圣杰

2022, 43 (9): 1270-1276. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.09.008

摘要 ( 695 )

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PDF(798KB) ( 320 )

聚合物电解质膜燃料电池(polymer electrolyte membrane fuel cell， PEMFC)空气供应系统易受参数不确定性和外部干扰的负面影响，难以实现高精度数学建模和鲁棒控制.设计了一种自适应神经网络滑模控制器，用于将PEMFC空气供应系统过氧比调节至其最优参考值，以维持最大系统输出净功率并避免氧饥饿.利用径向基函数神经网络在线逼近系统的未建模动态，而无需对外部干扰与模型参数摄动的界的先验信息.由Lyapunov理论分别推导出神经网络权值和滑模增益的自适应律，以保证闭环系统稳定性.仿真结果表明，所设计的控制器不仅改善了过氧比控制的动态行为，还有效减弱了控制输入的大幅超调和抖振.

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砂带表面形貌测量与评价研究

张伟健，巩亚东，赵旭，赵显力

2022, 43 (9): 1277-1282. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.09.009

摘要 ( 670 )

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PDF(1614KB) ( 271 )

采用非接触测量方法对锆刚玉砂带(P120，P320)与陶瓷氧化铝砂带(P120)三维形貌进行测量与评价.结果表明:锆刚玉砂带和陶瓷氧化铝砂带磨粒凸出高度分别呈正态分布、右偏态分布.锆刚玉砂带和陶瓷氧化铝砂带磨粒凸出面积均呈右偏态分布.磨粒凸出高度和凸出面积随磨料粒度的减小而减小，陶瓷氧化铝砂带磨粒凸出高度和凸出面积均小于同粒度锆刚玉砂带.砂带磨粒几何外形均近似呈球顶圆锥体.磨料粒度对磨粒球顶半径影响显著，即粒度越小，球顶半径越小，但对锥顶角影响不明显.同粒度的两种磨料砂带的磨粒球顶半径及锥顶角差异较大.

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陶瓷3D打印挤出光固化辅助成型工艺研究

吴飞，李亦能，王梦辉

2022, 43 (9): 1283-1290. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.09.010

摘要 ( 767 )

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PDF(1274KB) ( 349 )

基于墨水直写式打印(direct ink writing，DIW)的3D打印技术使3D打印材料摆脱了材料属性的限制，为多种材料提供了实现增材制造的可能.为了保证打印成品件具有陶瓷材料优良的力学特性，对陶瓷材料的3D打印挤出成型过程中的各项工艺参数进行了研究.通过流体理论计算并使用Fluent对影响陶瓷材料小口径挤出过程的挤出速度、挤出口径等工艺参数进行了数值模拟，得到相关挤出工艺参数与挤出量之间的关系.基于数值模拟结果设计了包括电机挤出速度、挤出头口径、打印移动速度、打印层高度和激光固化功率为因素的试验，分析了各项工艺参数对挤出成型过程的不同影响.

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熔丝成型制品三维表面粗糙度的理论与实验研究

姜世杰，胡科，陈丕峰，战明

2022, 43 (9): 1290-1297. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.09.011

摘要 ( 598 )

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PDF(1620KB) ( 146 )

熔丝成型(fused filament fabrication，FFF)是通过挤出材料丝相互堆积、累加形成三维实体的一种增材制造技术，而逐层累加的制造工艺使得FFF制品的表面质量存在明显缺陷.为提出有效的改进措施，需明确FFF制品表面粗糙度的产生机理.基于结合颈成型过程，以材料丝表面轮廓为研究对象，创建了基于横、纵两向结合颈垂直/平行于纤维方向的表面粗糙度数学模型.制备FFF样件，利用激光显微镜获取样件表面粗糙度.理论与实验结果验证了模型的正确性，为FFF制品表面质量的改进与提高提供了理论依据和技术支持.

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流量计法测量微型溅射离子泵抽速的方法

耿健，王晓冬，郭美如，黄海龙

2022, 43 (9): 1298-1305. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.09.012

摘要 ( 590 )

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PDF(1048KB) ( 215 )

介绍了基于流量计法原理搭建的抽速测量装置.在1×10^-4~1×10^-2Pa下使用磁悬浮转子真空计测量压力，当压力低于1×10^-4Pa时使用电离真空计测量压力.提出了一种测量电离真空计抽速与放气率的方法，测量了电离真空计在1×10^-6~1×10^-4Pa压力下的抽速与放气率.在搭建好的设备上，测量了微型溅射离子泵对氮气和氦气的抽速.使用COMSOL软件分析了不同压力下泵的放电状态并与实验结果进行对比，所得结果一致性好.流量计法的相对标准不确定度低于4.4%

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自动驾驶汽车人机交互信任影响机制

孙晓枫，赵莹，吕春梅

2022, 43 (9): 1305-1313. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.09.013

摘要 ( 1067 )

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PDF(1005KB) ( 817 )

为探讨人们对自动驾驶汽车(autonomous vehicles，AVs)是否信任的影响因素及其作用机制，从信息内容、信息载体、信息通道、系统透明度、技术能力和情况管理6个角度设计了AVs人机交互信任模型.采用结构效度、聚敛效度、区分效度的验证性因子分析、中介效应分析及路径分析对结构方程模型进行拟合检验.研究发现:信息通道、系统透明度和信息载体对于自动驾驶信任影响显著；信息内容、信息载体和信息通道不仅对AVs人机交互信任直接产生影响，还通过系统透明度这一中介变量对AVs人机交互信任产生影响.

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基于时序InSAR的矿区滑坡前地表运动特征分析

贺黎明，裴攀科，吴立新，张香凝

2022, 43 (9): 1314-1322. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.09.014

摘要 ( 734 )

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PDF(2298KB) ( 220 )

根据矿区滑坡前地表变形的遥感监测方法，提出了不同轨道SAR(synthetic aperture radar)数据集监测结果可靠性的判别依据，并对诱发矿区滑坡的因素进行分析.以鞍山市鞍千哑巴岭露天采场边坡为研究对象，基于44景Sentinel-1雷达影像(两组升轨和一组降轨)，利用时间序列InSAR方法分析了采场边坡在2019年11月25日滑坡前约6个月的地表运动特征.结果表明，不同轨道数据集针对同一研究区域所获取的监测结果具有差异性，滑坡区域顶部后缘位置在发生滑坡前的一段时间范围内(约45d)呈异常强烈的加速变形现象.研究成果将为今后利用InSAR技术早识别矿区易滑坡危险区提供新的思路.

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基于兼性厌氧菌MICP技术的尾砂再造充填体试验研究

金长宇，冯庆杰，王强

2022, 43 (9): 1322-1328. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.09.015

摘要 ( 676 )

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PDF(1457KB) ( 236 )

提出一种利用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术的胶结尾砂方法，利用兼性厌氧菌在密封养护条件下胶结尾砂，解决利用好氧菌无法在缺氧或无氧环境下使用的问题.采用控制变量法对利用兼性厌氧菌MICP技术胶结尾砂试验的影响因素进行探究，研究了菌液浓度、胶结溶液浓度、尾砂粒径和养护温度对胶结效果的影响.结果表明:当菌液的OD₆₀₀为1、胶结溶液中醋酸根离子浓度为0.6mol/L、尾砂为多种不同粒径的尾砂混合体、养护温度为30℃时，胶结效果最佳；兼性厌氧菌的MICP技术具有胶结尾砂的潜力，为替代水泥作为尾砂胶结材料提供了有效途径.

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考虑土体连续性的桩承载力自平衡法研究及工程试验

王述红，石运昊，阿力普江·杰如拉，姜鉴晖

2022, 43 (9): 1329-1336. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.09.016

摘要 ( 557 )

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PDF(2022KB) ( 252 )

自平衡试桩法因其具有方便、经济等优势而被推广起来，但目前关于该方法转换成静载法荷载-位移曲线过程中涉及到的转换系数的研究较少.在对比研究自平衡试桩法与传统单桩竖向抗压静载试验方法的基础上，依据Mindlin解，对未考虑土体连续性时转换后得到的自平衡试桩桩顶位移与实际结果的差异进行分析，研究砂土地区试桩中的上托桩桩周土体位移对桩端沉降变化的影响，进而对现有确定自平衡试桩承载力的转换方法进行改进.通过室内模拟试验验证了该方法的可行性，将此方法应用到沈阳某高层桩基础工程试验中，发现采用考虑土体连续性的自平衡转换方法明显降低了荷载-位移曲线的拟合误差.

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低填方钢波纹管涵洞受力变形特性及垂直土压力计算

吴冠庆，魏进，岳夏冰，阴增亮

2022, 43 (9): 1337-1345. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.09.017

摘要 ( 687 )

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PDF(1996KB) ( 180 )

分析了填筑施工动态过程中钢波纹管涵洞的受力变形特性及管涵周围土压力分布规律，基于马斯顿理论，构建了一种垂直土压力的计算公式，结合试验数据和有限元计算对其进行验证.结果表明:应变随填土高度呈波动增长态势，在管侧填土高度为3.6m时，内外部测点应变出现最大值；填土完成后，内部测点存在受拉或受压状态，而外部测点以受拉为主；水平向和竖向变形随管侧填土高度的增加而增加，呈竖向椭圆形；管涵顶部的垂直土压力最大，垂直土压力系数随倾角的增大而增加.

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基于BIM与本体技术的建筑图规则审查方法研究

王维欣，贾婧，桂柯朴，高洁雅

2022, 43 (9): 1346-1353. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.09.018

摘要 ( 724 )

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PDF(2707KB) ( 386 )

基于BIM与本体的自动化审图在智能建造领域具有重要价值，已有研究多为针对特定规范的审图工具开发，缺乏对规则的系统性、结构化分析及BIM数据映射的构建.以28个建筑设计及绿色建筑国家规范为研究对象，分析其审查规则的定义方式，得出具有统计意义的规则分类，构建基于IFC标准的表达模型.对于模型信息缺失，提出基于本体与IFC属性集扩展实现语义丰富的方法，以建筑设计规范为分析对象，将基于BIM模型图的审查流程进行了优化.以档案馆建筑设计规范中的审图规则与某档案馆工程BIM模型为实例进行了该优化流程的演示与验证.

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纤维编织网增强混凝土抗渗性能研究

郭嘉欢，王伯昕，张添奇，王诗煜

2022, 43 (9): 1354-1360. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.09.019

摘要 ( 597 )

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PDF(2637KB) ( 230 )

研究纤维编织网增强混凝土(textile reinforced concrete， TRC)外部水分沿其内部纤维束的放置走向迁移，使混凝土基体受损抗渗性能下降.分别在宏、细观层面研究了混凝土基体水灰比、纤维编织网网格尺寸、纤维束Tex含量对纤维编织网增强混凝土抗渗性能的影响，并通过核磁共振试验引入分形维数评价混凝土的粗糙程度.结果表明:纤维编织网增强混凝土的抗渗性能会随混凝土水灰比的增大、网格尺寸的减小、纤维束Tex含量的增大而降低.基于量纲分析法与试验建立了一种TRC渗流预测模型，描述了TRC的抗渗性能.

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回避还是模仿？同事亲家庭非伦理行为对员工亲家庭非伦理行为的影响

张兰霞，李末芝，毛孟雨

2022, 43 (9): 1361-1368. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2022.09.020

摘要 ( 680 )

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PDF(522KB) ( 351 )

基于情感事件理论，以事件-情感-态度-行为为线索，研究构建了同事亲家庭非伦理行为双重人际影响模型.基于两个时点的529份有效样本数据，运用结构方程模型进行了实证检验.结果表明:同事亲家庭非伦理行为会通过羡慕情感和间接学习正向影响员工亲家庭非伦理行为；同事亲家庭非伦理行为会通过厌恶情感和互动回避负向影响员工亲家庭非伦理行为.这不仅丰富了现有亲家庭非伦理行为的相关研究，揭开了亲家庭非伦理行为双重人际影响效应的黑箱，同时也为组织有效地预防亲家庭非伦理行为的产生，为促进组织的良性发展提供了有益指导.

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