东北大学学报（自然科学版）

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流-固-电多物理场耦合模型的红细胞流变学研究

胡晟, 王杨成, 吕晓永

2023, 44 (12): 1673-1679. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.12.001

摘要 ( 792 )

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PDF(1490KB) ( 423 )

红细胞(red blood cell，RBC)受到流体应力发生机械形变的研究越发成熟，但在结合电场、声场、光场或热力场等多物理场的研究依旧不足.通过COMSOL有限元软件建立了流-固-电(流场、固体场和电场)的3场物理耦合模型，对球形和正常RBC 2种不同形状的RBC分别进行迁移模拟研究.与流-固耦合模型相比，发现电场形成的电渗流使细胞运动迁移时，球形细胞受到的von Mises应力高于正常细胞.电渗流效应形成180μm/s的流速导致RBC变为卷曲“C”形姿态，因形状差异，球形和正常RBC在遇到针尖障碍物时的旋转方向不同.针对本文提出的多物理场耦合模型，两种细胞运动轨迹的差异显示了电渗流对不同形状细胞实施空间分离的可行性.

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基于参数稳定裕度的低阶数字控制器设计

刘东旭，李春花

2023, 44 (12): 1679-1685. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.12.002

摘要 ( 574 )

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PDF(729KB) ( 184 )

工业中的控制系统大多含有复杂的不确定性，其模型参数有时会发生一定的波动.针对系统模型参数辨识不准确或发生波动的情况，需尽量选取控制器参数稳定域中稳定裕度最大的一组参数，以保证闭环系统的稳定性.根据工业中被控对象在工作点附近运行时的特点，基于二阶不确定数字控制系统进行比例-积分-微分(proportional-integral-derivative， PID)控制器设计.根据闭环系统稳定性条件给出PID 参数稳定域的求解方法，其由一族平行的凸多边形构成.将坐标轴进行旋转，使构成稳定域的凸多边形垂直于其中一个坐标轴.利用线性规划方法，求出每个凸多边形的Chebyshev 中心及其深度，选择深度最大的Chebyshev中心坐标.利用坐标轴逆旋转变换求出其在原坐标系下的坐标，即为对应的控制器参数.

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自适应混合蚁群算法求解带容量约束车辆路径问题

辜勇，刘迪

2023, 44 (12): 1686-1695. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.12.003

摘要 ( 697 )

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PDF(1104KB) ( 366 )

针对带容量约束车辆路径问题(capacitated vehicle routing problem， CVRP)，提出了一种自适应混合蚁群算法.由蚁群算法生成子回路，为增强跳出局部最优能力，在蚁群算法的状态转移规则和信息素更新规则中引入了自适应机制.基于子回路组合，由遗传算法构造近似解，根据问题编码特性设计了适应度函数和遗传算子，提高了构造效率，并采用Clark和Wright节约算法将近似解修复成可行解.采用扫描法和2-opt局部优化方法提高可行解的质量.标准算例的实验结果表明，该算法在求解CVRP问题上具有良好的寻优精度和寻优效率.灵敏度分析结果表明蚂蚁数量对算法性能具有显著影响.

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混合存储区块链中的时空关键字查询

姜吉宁，信俊昌，郝琨，黄敏5

2023, 44 (12): 1696-1704. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.12.004

摘要 ( 545 )

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PDF(1816KB) ( 230 )

混合区块链通过链上-链下的存储模式来支持供应链中多方协同的数据可信共享.针对现有时空关键字查询方法预先读取全部链下数据并采用B+树作为索引所导致的效率低下问题，提出一种混合存储区块链中的时空关键字查询方法. 首先，设计按属性划分的区块链存储模型，并在区块内和区块间设计B²M-BKM 两级索引结构，支持关系型查询的同时高效检索区块数据；其次，设计链上－链下时空关键字查询方法，提升查询效率. 最后，在公开数据集上进行实验，验证所提出方法的有效性.

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改进的两层BiLSTM的心电信号分割方法

杨譞，何占奇

2023, 44 (12): 1705-1711. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.12.005

摘要 ( 442 )

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PDF(671KB) ( 185 )

心电信号的分割方法可以有效地反映运动员的心脏功能和身体机能状况.通过人工对心电信号的手动分割往往耗费大量的时间和精力.为了实现自动化的心电信号分割，本文提出了一种改进的两层双向长短期记忆网络(bi-directional long short-term memory，BiLSTM)的心电图分割算法，可以前向和后向分析时间序列，以检测和定位重要波段，如P波、QRS波群和T波.实验使用公开QT数据集进行验证，以模拟运动员在赛前的心电数据.在与LSTM，BiLSTM以及两层BiLSTM的对比实验中，本方法的所有评价指标均有所提升.其准确率达95.68%，召回率为91.62%，精确度为91.05%，特异性为96.64%，F1分数为91.41%.结果表明该方法对心电信号进行分割具有较好的效果.

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打磨机器人的打磨头螺栓组系统可靠性分析

黄贤振，张安星，孙楷铂

2023, 44 (12): 1712-1719. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.12.006

摘要 ( 629 )

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PDF(1527KB) ( 145 )

在使用螺栓组连接的整体结构中，螺栓组的可靠性直接影响整体结构的可靠性.传统的螺栓组可靠性分析方法认为螺栓参数是确定的，而在实际工况中螺栓参数具有一定的随机不确定性，从而产生较大误差.为准确评估螺栓组的可靠性，以某打磨机器人的打磨头螺栓组为例，建立打磨头有限元分析模型并进行静力学分析，通过螺栓连接实验验证螺栓连接有限元模型的准确性；将螺栓组视为系统，考虑螺栓参数随机性的影响，以螺栓最大应力值是否超过屈服极限为判别条件建立极限状态函数，结合Kriging模型拟合方法进行可靠性分析，探究系统可靠度随螺栓预紧力的变化规律.结果表明，螺栓组系统可靠度受到随机因素的影响，由多个螺栓共同决定，并随螺栓预紧力增大而减小.

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镍基单晶高温合金表面微阵列孔的制备方法及其实验研究

孙瑶，唐本甲，巩亚东，李思慧

2023, 44 (12): 1719-1725. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.12.007

摘要 ( 529 )

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PDF(3051KB) ( 144 )

微小孔结构在航空航天、现代医疗、精密仪器等领域有着广泛的应用，但孔径尺寸微小且加工精度要求高，常规的接触式机械加工方式存在切削力致使孔精度较难控制.而电火花加工非接触和无宏观切削力的特点使其在微小孔加工中具有独特的优势.开展镍基单晶高温合金表面微阵列孔制备的实验研究，首先通过低速走丝电火花线切割方法结合精修工艺实现了边长小于340μm菱形微细阵列电极的高精度制备.采用所制备的微细阵列电极在镍基单晶高温合金表面进行微阵列孔加工，探究微阵列孔尺寸的一致性精度、孔壁的表面质量和电极损耗特点，揭示抬刀速度和抬刀模式对微阵列孔的孔壁粗糙度的影响规律，实现了镍基单晶高温合金表面微阵列孔的高效率高精度制备.

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汽车转向非线性平衡点遗传算法求解及其改进

李杰，贾长旺，乔斌，刘佳勇

2023, 44 (12): 1726-1733. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.12.008

摘要 ( 429 )

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PDF(1131KB) ( 170 )

针对汽车转向非线性平衡点求解问题，研究了遗传算法求解效果并提出改进方法.建立汽车转向二自由度模型，说明汽车转向非线性平衡点只能数值迭代求解的原因，构造适于智能优化方法的适应度函数，提出了确定可行求解范围的方法.在车速70km/h、路面附着系数0.5和前轮转角0~0.2rad的行驶条件下，应用遗传算法求解得到3个平衡点.通过比较大小两个转角的适应值曲面，说明遗传算法求解小转角平衡点不满足精度的原因，提出了遗传算法与BFGS(broyden-fletcher-goldfarb-shanno)拟牛顿法融合的求解流程.结果表明:融合求解流程可以求解满足精度要求的小转角平衡点，求解效率高于遗传算法，弥补了遗传算法单独求解的不足.

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基于响应面法的地表塌陷可靠度分析

金长宇，张家耀，于中杰，王强

2023, 44 (12): 1734-1742. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.12.009

摘要 ( 578 )

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PDF(3001KB) ( 209 )

地下矿开采诱发的地表塌陷已成为矿山生产中重大的安全隐患.目前地表塌陷范围圈定仍采用传统的岩移角概念，其圈定范围与实际塌陷范围存在较大偏差.为改善上述问题，基于响应面法得到的可靠度指标建立了塌陷区范围的计算方法.首先利用离散元数值计算方法开展岩层塌陷变形的岩体力学参数敏感度分析，选择敏感度较强的参数作为随机变量拟合响应面函数；然后采用MATLAB计算不同劣化程度下岩体的可靠度指标，最终利用可靠度指标划分不同风险等级区域.利用该方法对辽宁省朝阳新华钼业有限责任公司钼矿塌陷区范围进行了计算分析，数值计算结果显示，岩体的弹性模量、内聚力和内摩擦角是地表塌陷区计算的敏感性参数，通过与无人机扫描的塌陷坑范围比对，证明提出的塌陷区计算方法较为合理与准确，可以为矿山塌陷区的安全管理提供工程指导.

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基于集成学习CatBoost优化模型的爆堆大块率预测

金长宇，于佳强，王强，陈立军

2023, 44 (12): 1743-1750. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.12.010

摘要 ( 533 )

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PDF(1729KB) ( 223 )

爆破产生的爆堆大块率问题一直以来都影响着矿山的生产效益.利用机器学习机制中集成学习思想实现大块率预测.以满洲里乌山铜矿实际采集的36组实测数据为例，整理形成10种特征数据.通过给定参数循环训练调优，再用交叉验证网格搜索的方法进行模型二次调优，并对比调优实现后模型与随机森林法、XGBoost模型、LightGBM模型和CatBoost模型进行效果对比.结果表明，经过两轮调优后的CatBoost模型预测效果明显高于其他几种模型，R²准确度可达98.83%，证明了两轮调优后CatBoost模型具有较高的预测水平，验证了该方法在大块率预测研究中的可行性，为爆破参数设计和大块率优化分析提供了可靠的参考.

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基于PHF-LSM法非均质岩石水力裂缝等效几何特征计算方法

李明，黄雷朋，刘士乙，梁力

2023, 44 (12): 1751-1758. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.12.011

摘要 ( 446 )

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PDF(2153KB) ( 113 )

基于渗透率修正和水平集法的水力压裂数值计算模型(permeability-based hydraulic fracture-level set method，PHF-LSM)是以Biot固结理论为基础建立一种弥散裂缝模型. 模型是通过弱化开裂及损伤区域岩石材料性质来模拟裂缝的发展过程，因此求解过程中无法给出水力裂缝的几何特征.依据水力裂缝传播过程中的平均有效应力场分布建立PHF-LSM方法的水力裂缝的等效路径和等效高度；依据等效传播路径周围位移场计算水力裂缝的等效开度，并通过与KGD理论模型对比进行验证所提方法的有效性.计算了均质和非均质岩石材料中裂缝等效几何特征的动态发展特性.结果表明，所提出的等效计算方法弥补了PHF-LSM无法得到水力裂缝几何特征的不足.

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基于改进Faster-RCNN的露天煤矿开采区遥感识别方法

包妮沙，韩子松，于嘉欣，韦丽红

2023, 44 (12): 1759-1768. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.12.012

摘要 ( 420 )

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PDF(8314KB) ( 211 )

利用卫星遥感技术融合深度学习算法，可以快速、动态、高效识别露天煤矿开采区，以我国和其他煤炭资源大国的典型露天煤矿开采区为研究对象，基于高分二号多光谱遥感影像，制作数据集及标签，构建基于卷积神经网络(convolutional neural networks，CNN)的深度学习目标检测算法.通过加入特征金字塔网络，充分挖掘开采区及背景区的低分辨率语义信息和高分辨率纹理信息，实现快速卷积神经网络的深度学习目标检测算法模型的改进及参数优化.结果表明改进后的模型平均检测精度提高到98.48%，总体识别精度达到96.7%，有效提高了复杂背景下的多尺度、多类型露天开采目标的识别精度，为全球煤炭资源大国能源合作、生态环境保护及我国矿产资源的合理利用和修复提供了科学、精准手段.

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壁面粗糙度对螺旋溜槽中矿浆流动及颗粒分离行为的影响

周孝洪，高淑玲，孟令国，赵强

2023, 44 (12): 1769-1777. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.12.013

摘要 ( 511 )

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PDF(6100KB) ( 191 )

随着生产过程的进行，螺旋溜槽的壁面粗糙度并非定量且变化复杂，若控制不当则会严重影响物料分离效果.借助于前期确立的流场模型和颗粒相计算模型，系统考察壁面粗糙度对400mm螺旋溜槽中赤铁矿-石英矿浆流动和颗粒分离行为的影响.模拟结果表明:矿浆深度、雷诺数及流速具有明显径向分布差异和波动特性.随粗糙度增大，分选流体空间在粗糙度高度达到0.1mm及以上时严重收缩，层流分布范围扩大，过渡流范围变窄；速度与粗糙度具有明显相关性，在较高粗糙度下，主流和内环流波动增强，内环流出现明显间断；在0.1mm以下范围内增大粗糙度高度有利于粗粒赤铁矿向内缘区域聚集，粗粒赤铁矿和细粒石英的分离效率能维持高位，继续增大粗糙度，其分离效率显著降低；提高粗糙度加剧细粒赤铁矿在中、外区域的分布，细粒赤铁矿与石英的分离效率大幅降低.颗粒分离行为变化与流场特性改变密切相关.

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金属氧化物对镁粉尘层火蔓延的增强机制

陈洋洋，孟凡一，蔡景治，苑春苗

2023, 44 (12): 1778-1784. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.12.014

摘要 ( 374 )

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PDF(4739KB) ( 187 )

易分解的固体惰化剂会增加镁粉尘层的燃烧强度，为探究不易分解的金属氧化物对镁粉尘层燃烧是否具有抑制效应，选用TiO₂，MgO，CaO进行实验研究.结果表明:TiO₂，MgO，CaO在质量分数小于75%时均大幅增强镁粉尘层火蔓延的燃烧强度，火焰相态由纯镁粉尘层燃烧时的表面非均相燃烧转变为气相燃烧；TiO₂通过与镁粉发生化学反应增强火蔓延行为，在TiO₂和Mg恰好完全反应(TiO₂质量分数为63%)的工况下粉尘层火蔓延速率增加了50余倍；MgO，CaO通过增大镁粉颗粒间距，减缓了镁粉燃烧产物形成致密氧化层，从而增强镁粉尘层火蔓延行为.实际生产过程应高度关注镁粉尘与金属氧化物的接触工况，研究结果能够为镁粉尘防护提供理论基础.

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黑龙江鸡西平安鳞片石墨矿工艺矿物学研究

王乃玲，卢冀伟，徐新阳，姜焱馨

2023, 44 (12): 1785-1790. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.12.015

摘要 ( 415 )

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PDF(8818KB) ( 152 )

为了查明黑龙江平安鳞片石墨矿工艺矿物学特征，在化学分析的基础上，采用自动矿物解离分析仪(mineral liberation analyser，MLA)系统研究了原矿矿物组成、粒度分布和矿石嵌布特性等.结果表明:原矿有价元素固定碳的质量分数为17.7%，主要以石墨形式存在.主要脉石矿物为长石、石英，其质量分数分别为34.32%，20.83%.该石墨矿大鳞片石墨(粒度大于0.15mm)的颗粒数占比为46.17%；当粒度为0.18mm 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

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境外机构投资者持股对企业社会责任的影响

刘烨，张思源，魏欣莉

2023, 44 (12): 1791-1797. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.12.016

摘要 ( 577 )

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PDF(405KB) ( 148 )

以2010~2020年我国A股上市公司为研究样本，探究境外机构投资者持股比例对企业社会责任的影响，并将内部控制作为中介变量，制度环境作为调节变量，进一步验证境外机构投资者持股比例与企业社会责任之间的内在机理.结果表明，企业的境外机构投资者持股比例与企业社会责任之间有显著的正相关关系；企业内部控制能够在两者之间发挥中介作用；制度环境对境外机构投资者持股比例与企业社会责任之间的关系具有一定的调节作用.

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移动触摸设备对老年人认知卸载的影响

金涛，何家敏，王文睿，吴正新

2023, 44 (12): 1798-1804. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2023.12.017

摘要 ( 446 )

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老年人身体机能和认知能力的下降影响了其与移动设备的交互能力，优化移动设备的交互方式是降低老年人认知负担的有效途径.采用改进的模式复制任务，结合主观评价法，探究移动触摸设备的输入和反馈方式对老年人认知卸载的影响.结果表明，输入方式主效应显著，其中手写笔条件下的老年人卸载了更多的工作记忆；反馈方式主效应显著，其中视听觉组合反馈下的老年人卸载了更多的工作记忆；输入和反馈方式均会影响老年人的满意度，其中老年人对手写笔和视听觉组合反馈满意度最高.移动触摸设备的输入与反馈方式是影响老年人认知卸载行为的重要因素，该结论为优化移动触摸设备的交互方式、降低老年人的认知负担提供了重要的参考依据.

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