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吉林大学学报(工学版)
ISSN 1671-5497
CN 22-1341/T
主 任:张祥合
编 辑:曹 敏 程仲基
    赵莹莹 赵浩宇
电 话:0431-85095297
E-mail:xbgxb@jlu.edu.cn
地 址:长春市吉林大学南岭校区
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2021年, 第51卷, 第1期 刊出日期:2021-01-01
上一期   
综述
游梁式抽油机节能技术综述
刘昕晖,李春爽,陈琳,王昕
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  1-26.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190951
摘要 ( 7 )   HTML ( 2 )   PDF(3375KB) ( 18 )  

游梁式抽油机是陆上油田中主要的采油装备,其采油能耗占油田总能耗的三分之一,但局限于系统的结构和使用条件,抽油机电动机平均负载率都很低,用电效率平均在30%以下。针对上述问题,科技工作者们提出并尝试了大量新技术、新方法,这些技术改进提高了采油能源利用效率,但也存在局限性和技术风险。作者首先分析了抽油机系统能耗的主要来源,通过对比指出最具节能潜力的是电动机部分。进而对目前公开报导的关于提升电动机用电效率的相关研究进行了分类总结,将相关技术研究主要分为机械传动结构改进、电动机及其控制技术改进、增设节能装置三大方向,并对其中的各种技术方案进行了概括和分析。通过分析和对比,并结合目前海洋石油开采和页岩油气开采的大背景,提出了在传统抽油设备上增设节能装置将是未来一段时间内游梁式抽油机节能的最有效的技术方向,而其中的液压混合动力节能技术是一种优势较为明显的技术方案。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
基于深度学习的行人多目标跟踪方法
徐涛,马克,刘才华
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  27-38.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200509
摘要 ( 18 )   HTML ( 1 )   PDF(1402KB) ( 14 )  

综合了近年来基于检测跟踪的主流行人多目标跟踪方法,介绍了基于检测的行人多目标跟踪方法概念,从目标检测、特征提取和数据关联与跟踪三个阶段对行人多目标跟踪方法进行了概述,比较并评价了这些方法在MOTChallenge系列数据集上的性能,阐述了多目标跟踪的未来研究方向。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
车辆工程·机械工程
柴油机排气阶段颗粒碰撞过程动力学特征分析
王忠,李游,张美娟,刘帅,李瑞娜,赵怀北
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  39-48.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190938
摘要 ( 6 )   HTML ( 0 )   PDF(2097KB) ( 12 )  

为探究柴油机排气阶段颗粒碰撞过程的动力学特征,采用离散单元动力学软件EDEM和Fluent耦合,基于相似理论,建立了柴油机排气阶段颗粒碰撞仿真模型。针对柴油机不同排气压差、气体流速的碰撞过程进行仿真,分析了碰撞过程中颗粒的角速度、湍动能、转矩、碰撞刮擦力等碰撞动力学参数的变化规律。结果表明:当流速一定、粒径相同、排气压差由0.188 MPa增大到0.268 MPa时,碰撞刮擦力中的法向作用力与切向作用力分别增加了1.5倍和1.7倍,平均旋转湍动能由2.26×10-9 J增加到3.52×10-9 J。当压差一定、粒径相同、气体流速由5.65 m/s增大到6.78 m/s时,碰撞刮擦力中的法向作用力与切向作用力分别增加50.5%和45.5%,颗粒的平均角速度由7.87×105 rad/s增大到10.85×105 rad/s。本文研究结果可为降低柴油机颗粒排放和提高柴油机捕集器(DPF)的捕集效率提供依据。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
柴油发动机燃烧过程数据驱动建模与滚动优化控制
胡云峰,丁一桐,赵志欣,蒋冰晶,高金武
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  49-62.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190906
摘要 ( 6 )   HTML ( 0 )   PDF(4348KB) ( 6 )  

针对柴油发动机燃烧过程复杂、机理建模难、动力学耦合且存在约束等问题,以降低燃油消耗率和扭矩跟踪为目标、以氮氧化物排放及控制量限制为约束,提出了柴油发动机燃烧过程数据驱动建模与滚动优化控制方法。首先,以商用发动机模拟软件GT-suite中的一款2 L排量的柴油发动机为被控对象,分析了VGT和EGR控制阀开度、喷油角度和喷油量这4个因素对燃油消耗率、氮氧化物排放以及曲轴输出扭矩的影响;其次,利用输入和输出数据,采用子空间辨识方法得出了面向控制的预测模型;然后,以降低燃油消耗率、扭矩跟踪误差为目标,以氮氧化物排放及控制量限制为约束,通过对优化问题的在线优化求解,得到了最优的控制输入;最后,运用MATLAB与GT-suite联合仿真,验证了数据驱动滚动优化控制方法的有效性和优越性。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
多轮混合动力驱动无人驾驶框架车整车控制器开发
曾小华,李晓建,杜劭峰,马涛,王振伟,宋大凤
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  63-71.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190912
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(2249KB) ( 3 )  

针对多轮分布式混合动力驱动无人驾驶框架车(MHUFV)的功能特点,开发整车控制系统,包括基于双动力源协调的高压上下电管理,考虑多控制节点复杂系统的故障诊断与容错控制,以及双输入模式驾驶员指令判定、防滑控制、模式切换和能量分配控制算法的设计。在此基础上,构建MHUFV软件架构,利用快速控制原型(RCP)技术平台,开发整车控制器,并对整车基本性能进行实车测试。结果表明,开发的整车控制器能够满足实车设计需求,在满载极限车速15 km/h时各关键状态量测试结果合理,且在同一运行工况下相比于传统柴油车节油效果达到38%,可以满足当前框架车行业的开发需求。

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基于开绕组电机的增程式电动车动力系统构型及其功率分配
初亮,董力嘉,许楠,张立峰,贾一帆,杨志华
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  72-82.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190955
摘要 ( 3 )   HTML ( 0 )   PDF(2334KB) ( 4 )  

为利用开绕组永磁同步电机在双能量源间功率分配的灵活性,提出一种新型电动汽车动力系统构型,实现了从功率分配指令形成到指令跟随的过程。首先提出基于模糊控制的期望功率计算方法,使主能量源工作在高效区,并在电机控制层面基于双逆变器电压矢量模型,然后提出精确功率跟随、线性分配两种分配方法,实现主、次能量源期望功率的跟随。仿真结果表明:在电压矢量分配方法下,电机转速、转矩跟随效果良好,且转矩波动幅度限制在3 N·m以内。

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不同挡板结构对油箱内油液晃动特性的数值分析
张恩慧,何仁,苏卫东
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  83-95.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190925
摘要 ( 6 )   HTML ( 0 )   PDF(3650KB) ( 8 )  

当汽车处于变工况行驶时,油液在油箱内反复晃动会造成晃动噪声、高变速工况下油液供给中断、油气挥发量增加和油箱及其内置件结构损坏等问题产生。为了优化油液防晃结构,创建了充液油箱三维有限元模型,同时验证了仿真参数设置的合理性,并通过试验验证了仿真结果的准确性。利用VOF法,分别模拟了无孔、少孔和多孔挡板、圆孔和椭圆孔挡板、高低挡板和6种不同形状挡板对油液晃动的影响。基于自由液面面积,提出了时面值概念。对比油液晃动参数可知:带少孔、圆孔挡板结构为最优挡板结构,能够有效降低油液晃动压力和时面值;波纹形和直线形挡板分别对油液中心点和中心线晃动压力抑制效果较好,偏心圆弧形挡板作用下油液晃动压力最大;多圆弧形和波纹形挡板作用下时面值分别为最大和最小;挡板明显衰减自由液面面积变化幅度;油液惯性力和重力共同作用有利于时面值的降低。

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老化‒荷载耦合作用下废旧叠层轮胎隔震垫隔震性能
张广泰,章金鹏,王明阳,陆东亮,张梅
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  96-106.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190861
摘要 ( 1 )   HTML ( 0 )   PDF(3331KB) ( 2 )  

为研究废旧叠层轮胎隔震垫(STP)在老化-荷载耦合下的隔震性能,选取几何尺寸为180 mm×180 mm×69 mm的6层STP,将其置于老化温度100 ℃、荷载5 MPa的条件下进行77 h、154 h、231 h、308 h的热空气加速老化试验。将完成加速劣化的叠层轮胎隔震垫进行墙下拟静力试验研究,深入分析老化时间、耦合荷载对墙下隔震结构下叠层轮胎隔震垫的滞回曲线、骨架曲线、水平等效刚度、等效阻尼比、残余位移、刚度退化的影响,结合试验中STP的变形、脱胶、钢丝网破坏及其裂缝延展等内、外部破损行为,综合阐明热氧侵蚀环境作用对STP隔震性能的影响规律及其隔震性能失效机理。试验研究结果表明,新型叠层轮胎隔震结构体系具有良好的隔震、限位和复位效果,在建筑结构全寿命周期内STP的力学性能稳定,具有可靠的隔震性能,同时在考虑STP自复位的基础上,建议其安全使用寿命为50年。研究成果以期为新型墙下废旧叠层轮胎隔震结构在高烈度村镇地区的推广应用提供理论基础。

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轮辐设计特征参数对整车气动特性的影响
苏畅,韩颖,张英朝,苗振华
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  107-113.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190960
摘要 ( 3 )   HTML ( 0 )   PDF(2122KB) ( 5 )  

为探究车轮轮辐偏移距离和轮辐曲率对整车气动阻力系数的影响,以改进的MIRA模型为研究对象,在Fluent软件中首先分别探究不同轮辐偏移距离及不同曲率与整车气动阻力系数的关系,分析不同工况减阻及增阻原因;之后将各工况进行组合,探究各组合工况对整车气动阻力系数的影响。仿真结果表明:较小的轮辐偏移距离有利于整车气动阻力系数的降低,且当轮辐偏移距离为10 mm时,整车气动阻力系数最小,仅为0.2514,与基础工况相比减阻率达5.56%;但轮辐曲率的增大会使整车气动阻力系数增大。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
双材料负泊松比结构的面内冲击动力学性能
马芳武,梁鸿宇,王强,蒲永锋
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  114-121.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190851
摘要 ( 8 )   HTML ( 0 )   PDF(2059KB) ( 5 )  

提出了一种双材料双箭头负泊松比结构,在保证元胞几何参数不变的前提下,引入了刚性材料分数ψ。采用显式动力有限元软件LS-DYNA对不同冲击速度和不同刚性材料分数下的动力学响应进行数值模拟研究,并详细讨论了其对面内抗冲击能力和能量吸收能力的影响。同时,为了获得较好的综合性能,进一步建立了分层递变梯度模型,探究了梯度形式对峰值冲击力、比吸能、平台应力的影响关系。研究结果表明:刚性材料分数的引入使得平台应力得到了显著提升,并随着刚性材料分数的增加而增加,其对峰值冲击力与比吸能的影响机制有着明显的不同;通过合理地设计梯度分布形式,可以在保持峰值冲击力较低的前提下,进一步提高能量吸收能力,实现对材料吸能过程的控制。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
金属切削加工知识图谱构建及应用
段阳,侯力,冷松
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  122-133.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190948
摘要 ( 3 )   HTML ( 0 )   PDF(2459KB) ( 3 )  

针对制造型企业普遍存在无法深度利用散布在各应用系统中的金属切削加工数据资源问题,提出了通过建立金属切削加工知识图谱的途径,实现切削加工数据全面融合,提升数据的价值密度。首先,将金属切削加工知识归纳为事实性知识和过程性知识两类,采用自顶向下的方法,用OWL语言建立了完整的金属切削加工本体模型。然后,构建了多源数据集成框架,确定了适于切削加工数据等价实体判别的数据融合算法。最后,开发了知识图谱的可视化系统,在国内某航空发动机维修公司获得初步应用。本文研究结果可为构建基于数据驱动的智能化金属切削加工提供参考。

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基于惯性测量单元/轮速融合的车辆零速检测方法
熊璐,魏琰超,高乐天
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  134-138.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190957
摘要 ( 5 )   HTML ( 0 )   PDF(1049KB) ( 4 )  

仅依赖惯性测量单元 (IMU)的零速检测器存在动态中零速误判的情况,从而导致误修正等问题。为在车载组合导航中解决上述问题,提出了基于广义似然比检验的IMU/轮速融合零速检测方法,并进行了试验验证。试验结果表明,相比于仅依赖IMU的零速检测器或仅依赖轮速的零速检测器,基于IMU/轮速融合的零速检测器减少了动态中的误判情况,提升了零速检测的准确性。

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基于FTIR分析的CFRP-铝合金粘接接头剩余强度预测
慕文龙,那景新,谭伟,王广彬,申浩,栾建泽
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  139-146.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191063
摘要 ( 4 )   HTML ( 0 )   PDF(2306KB) ( 4 )  

对CFRP-铝合金粘接接头在湿热环境下的老化行为及机理进行了研究。将接头在80℃/95%相对湿度环境下老化不同周期,然后进行准静态拉伸、剪切测试。分析总结接头剩余强度及失效形式变化规律,并结合胶粘剂红外光谱分析,揭示老化机理。结果表明:湿热老化造成接头强度显著下降,变化规律近似服从指数函数;老化前、后接头断面均以内聚失效为主。随着老化周期的增加,胶粘剂-基材界面出现损伤并不断加剧。由于胶粘剂的增塑,老化后接头失效断面变得相对粗糙;胶粘剂在湿热环境下主要发生水解反应,出现断链现象,同时在老化初期胶粘剂发生后固化。胶粘剂退化是造成接接头强度下降的主要原因。建立了粘接接头剩余强度快速预测方法,采用该方法可以通过测试胶粘剂化学特性,实现老化后接头的剩余强度预测。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
航空煤油柱塞泵摩擦副涂层材料摩擦性能
姜继海,赵存然,张冠隆,车明阳
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  147-153.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191117
摘要 ( 1 )   HTML ( 0 )   PDF(2667KB) ( 5 )  

利用盘-环试验台,在70 ℃航空煤油介质中通过改变载荷p和速度v,研究了两种聚酰亚胺(PI)基涂层和聚四氟乙烯(PTFE)基涂层分别与38CrMoAlA滑动摩擦的摩擦学性能。试验讨论了涂层的磨损因子k*、线磨损率Wt、极限pv与加载pv之间的关系,并对涂层磨损表面进行了SEM分析,结果表明,磨损因子k*并非恒定值,而是与涂层的磨损机理有着密切关系,PTFE基涂层与38CrMoAlA滑动摩擦磨损性能更加优异,进而更适合充当航空柱塞泵的摩擦副材料。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
火星车主动悬架设计及蠕动脱困策略
袁宝峰,王成恩,邹猛,刘雅芳,林云成,贾阳,陈百超,金敬福
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  154-162.  DOI: 10.13229/j.cnki.Jdxbgxb20200604
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(2734KB) ( 3 )  

在摇臂式悬架的基础上,设计了我国火星车主动悬架结构,制定了大沉陷时蠕动脱困和抬轮脱困控制策略,并进行了4次整车蠕动验证试验。试验结果表明:4次蠕动行驶均使得火星车从沉陷中顺利脱困;蠕动行驶时,整车平均功率为13.5~18.94 W,最大功率为24.8~52.4 W;6个驱动电机平均电流和最大电流比正常行驶时均相应增加,平均电流增加了9.7%~74.8%,最大电流增加了9.6%~34.5%。结果表明,主动悬架配合蠕动脱困策略可以解决摇臂式悬架存在的松软地面沉陷风险,提高我国火星车在松软火星表面的通过性。

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材料科学与工程
矩形截面型材三维多点拉弯成形减薄率
梁继才,廖雁飞,滕菲,梁策,李义
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  163-171.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190968
摘要 ( 3 )   HTML ( 0 )   PDF(1885KB) ( 3 )  

针对铝型材在加工过程中易出现的减薄缺陷,在自主研制的铝型材柔性三维拉弯装置上,进行多点柔性成形制件的减薄率研究。矩形截面型材三维多点拉弯变形后,外腹板与内腹板沿着型材长度方向减薄率的变化结果表明:成形过程中型材的外腹板与内腹板减薄率会从型材的对称中心沿着型材方向逐渐变大,外腹板的减薄率比内腹板的减薄率大;模具头体个数的变化使得外腹板的减薄率最大为1.682%,最小为1.317%,减薄率变化幅度为0.365%;内腹板减薄率最大为1.657%,最小为1.198%,变化幅度为0.459%,单元体个数是引起制件减薄率变化的主要加工参数。

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基于有限元计算的形状记忆合金⁃金属玻璃复合材料变形行为
杨帆,张旭东,赵蒙,折波,邓俊楷
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  172-180.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190869
摘要 ( 1 )   HTML ( 0 )   PDF(2760KB) ( 3 )  

利用有限元模拟方法,研究了拉伸-卸载预应变对形状记忆合金-金属玻璃复合材料力学行为的影响及其内在机理。结果表明:预处理应变增加,形状记忆合金-金属玻璃复合材料的屈服强度及弹性应变极限均提高,但拉伸延展性急剧下降。预应变增加导致形状记忆合金颗粒第二次加载时的变形行为由典型的马氏体相变过渡为连续的马氏体相变,甚至表现为纯马氏体相的弹性变形。这一“相变效应”的减弱甚至消失,是形状记忆合金-金属玻璃复合材料经拉伸-卸载预处理后拉伸性能退化的直接原因。

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硅炭黑改性玄武岩纤维增强聚酰胺6复合材料性能
李义,黄东迪,于开锋,梁继才,何小玲,任希彤
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  181-187.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190967
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(1628KB) ( 2 )  

采用多巴胺(DOPA)溶液将硅炭黑(SiCB)分散在玄武岩纤维表面实现改性处理,提高玄武岩纤维(BF)与聚酰胺6(PA6)的界面结合性能。探究了不同SiCB含量对玄武岩纤维/聚酰胺6(BF/PA6)复合材料性能的影响。采用傅里叶红外光谱、差式扫描量热仪(DSC)和扫描电镜(SEM)对改性复合材料的微观形貌与结构进行表征,通过静力学测试对复合材料的断裂行为进行评估。SiCB的含量为2.0 g/L时,复合材料的拉伸强度和冲击强度分别提高了109.4%和89.3%。SEM结果表明,硅炭黑较好地均匀分散在BF表面,同时DCS结果表明,硅炭黑有效地降低了PA6的结晶焓,提高了PA6的结晶度。

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双曲率筋条壁板铣削回弹预测
刘纯国,于晓彤,岳韬,李东来,张明哲
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  188-199.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190169
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(2789KB) ( 2 )  

针对铝合金薄壁零件制造过程中的回弹问题,提出了一种双曲率壁板铣削回弹的预测方法。该方法根据材料逐层去除后板料内部残余应力的重新分布情况,估算板料两个弯曲方向的回弹值。有限元模拟结果表明,铣削过程中板料的应力分布和回弹与计算结果相近;当板料铣削至中性面时,两弯曲方向的应力变化最大;随着剩余板厚的减小,计算结果与模拟结果间的误差逐渐增大。另外,单层铣削厚度与回弹规律的模拟结果表明,单层铣削厚度越大,该方法误差越大,最大误差为9.07%。为验证计算结果,进行了铝合金双曲率板料的成形-铣削实验,结果表明本文方法能够较准确预测双曲率铝合金板料铣削后的回弹。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
交通运输工程·土木工程
考虑拥挤度的常规公交与地铁出行方式选择模型
张文会,秦佳琪,李洪涛,邓红星,程国柱
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  200-205.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191045
摘要 ( 5 )   HTML ( 0 )   PDF(853KB) ( 7 )  

为了获得常规公交和地铁拥挤度对两种出行方式选择的影响,提出一种运营时间内车内最大拥挤度计算方法。选择哈尔滨市71条常规公交线路、地铁1号线和3号线开展人工客流调查,获得高峰时段最大断面乘客数,计算得出拥挤度。将RP调查与SP调查相结合,建立拥挤度实测数据与乘客主观感知对应关系。对行程时间、拥挤度和出行费用详细分级,组合设计公共交通出行选择情境,建立常规公交和地铁出行方式选择离散Logit模型。研究结果表明,拥挤度对公共交通方式选择的影响最大,出行费用次之,行程时间影响最小。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
基于滑移率辨识的汽车制动时序视觉检测方法
吴岛,张立斌,张云翔,单洪颖,单红梅
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  206-216.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190836
摘要 ( 3 )   HTML ( 0 )   PDF(2363KB) ( 4 )  

针对现有制动性能检测方法存在的缺陷,提出了一种非接触式汽车制动时序动态检测方法。该方法以汽车制动过程中车轮滑移率变化作为切入点,根据滑移率与附着系数的关系,提出了基于滑移率的制动时序测量目标;基于双目立体视觉测量原理,建立了基于视觉的车轮滑移率测量模型;借助LM(Levenberg-Marquardt)算法对标定参数进行非线性优化,运用伪中值双边滤波、Canny边缘检测、冗余边界清除及Hough变换等图像处理技术,对图像分别进行去噪、边缘提取、精简和特征提取,得到圆形标识的中心坐标。为验证所提方法的可行性,进行了实车试验,并给出测量误差的标准不确定度评定结果。结果表明:在拓展不确定度U=2.52、置信因子k=2的条件下,本文方法最大相对误差为2.74%,重复性误差最大为3.88%。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
斜拉索悬链线构形的伸长量解析计算方法
单德山,张潇,顾晓宇,李乔
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  217-224.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190867
摘要 ( 4 )   HTML ( 0 )   PDF(2180KB) ( 3 )  

针对斜拉索无应力索长和张拉时伸长量控制的需求,讨论了斜拉索悬链线构形的伸长量解析计算方法。采用斜拉索的力平衡条件,获得悬链线构形的几何方程,进而通过直接积分得到给定索力时索长和伸长量计算的解析表达;利用增量索力作用时的变形协调条件,获得增量索力作用下的伸长量解析表达。基于应变等效,讨论了基于悬链线构形的弹性模量等效,明确了基于悬链线构形的等效弹性模量可以弱化为基于抛物线构形的等效弹性模量。用某叠合/混合梁斜拉桥的实际斜拉索参数,分别用数值积分、简化公式,验证了给定索力时索长和伸长量解析表达式;用Nlabs有限元、等效弹性模量方法验证了增量索力作用下伸长量计算的解析表达式。研究表明:所提解析表达式能简单直接得到精确的斜拉索伸长量,为斜拉索无应力长度和斜拉索安装时的伸长量控制提供了理论和快捷方法。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
基于有限元方法的裂缝箱梁桥自振特性分析
孔庆雯,谭国金,王龙林,王勇,魏志刚,刘寒冰
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  225-232.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200451
摘要 ( 4 )   HTML ( 0 )   PDF(1510KB) ( 4 )  

为了准确分析裂缝箱形截面梁的自振特性,基于局部柔度形成的基本原理推导了箱型截面梁在深裂缝和浅裂缝情况下的附加柔度矩阵,得到了裂缝梁单元的刚度矩阵,进而形成了基于有限元方法的裂缝箱梁桥自振特性分析方法。对裂缝悬臂钢梁进行动力特性实验,将实验结果与自振频率计算结果进行对比分析以验证本文方法的准确性与可靠性。对连续钢筋混凝土箱梁进行数值分析,剖析了裂缝位置、深度和数量对箱梁桥的自振频率的影响以及裂缝对振型的影响。

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比色法检测受火后混凝土损伤程度
魏亚,孔维康,万成,左勇志,鲁巧稚
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  233-244.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190937
摘要 ( 4 )   HTML ( 0 )   PDF(2483KB) ( 3 )  

传统的火灾灾后混凝土的损伤程度评估方法需要大量的实验工作,而其他一些新技术成本较高,适用性仍需进一步研究。针对这一问题,提出了一种基于光学分析的比色法,通过色度图中颜色坐标的移动来评价混凝土的热损伤。对C30混凝土立方体进行了火灾破坏实验,然后在日光与荧光、手动与自动白平衡条件下拍摄混凝土表面照片。建立了混凝土颜色坐标与其所受最高温度之间的关系的色度图,可以根据混凝土颜色确定混凝土所经历的最高温度,并建议在日光和手动白平衡条件下拍摄照片。研究结果将有助于提高混凝土火灾损伤评估的技术水平。

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基于NNBR模型的隧道盾构施工地表沉降实测与计算分析
刘柳,冯卫星
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  245-251.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190887
摘要 ( 4 )   HTML ( 1 )   PDF(1366KB) ( 3 )  

为了提高隧道盾构施工过程中沉降计算精度,提出基于NNBR模型的隧道盾构施工地表沉降实测与计算方法。以望京隧道盾构段穿越机场三元桥~T3区间为研究地区,对研究对象的工程大体情况进行了分析,并对其工程资料进行了调研,得到相关实际数据并做出了相应的分析。基于实测数据,结合最近邻抽样回归模型模型(NNBR),依据相似原因生成相似结果的基本原则,在历史样本集合中检测出与当前最为相似的一个或是几个样本为计算结果,获取最终的隧道盾构施工地表沉降实测和计算结果。经验证,本文方法计算结果相对误差小、精准性高,具有可实践性。

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脱硫石膏水泥稳定碎石减缩与增强行为机制
陆青清
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  252-258.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200242
摘要 ( 5 )   HTML ( 0 )   PDF(1734KB) ( 4 )  

采用抗压强度、抗折强度、干缩温缩、扫描电镜、X射线衍射试验,评价脱硫石膏矿渣水泥稳定碎石的变形特性与强度特征。结果表明:在胶凝体系中,脱硫石膏置换出铝酸钙结晶过程中消耗的氢氧化钙,促进火山灰反应,提高胶凝强度;将铝酸钙晶体转化为钙矾石,实现体积微膨胀,减小收缩变形;脱硫石膏、矿渣存在较佳的掺比例,对于中粒式骨架密实型混合料,矿渣掺量不低于水泥剂量,脱硫石膏掺量在3.0%~6.0%范围内。

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基于弹塑性应力场理论的钢筋混凝土梁受剪承载力
熊二刚,徐涵,谭赐,王婧,丁若愚
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  259-267.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190940
摘要 ( 4 )   HTML ( 0 )   PDF(2393KB) ( 3 )  

为了研究基于弹塑性应力场理论(EPSF)的钢筋混凝土梁的抗剪性能,采用基于EPSF理论的有限元程序ICONC对混凝土构件进行建模计算,探讨了有限元网格大小、形状和迭代步数对模拟结果的影响;选取12根试验梁,对比基于EPSF理论的模拟结果、试验结果和ABAQUS模拟结果,验证了基于EPSF理论计算结果的准确性。利用中美规范公式和EPSF理论对70根剪切破坏梁的受剪承载力进行了计算,并与试验值进行了对比。结果表明:有限元网格大小、形状和迭代步数对模拟结果影响甚小;程序ICONC可以较准确地模拟钢筋混凝土梁破坏现象、钢筋的屈服和混凝土的裂缝分布;与ABAQUS模拟相比,EPSF理论可以更精确、更方便、更快速地预测钢筋混凝土梁的受剪承载力;混凝土强度、剪跨比、配箍率变化对ICONC程序模拟结果影响较小,本文方法具有一定的准确性和稳定性。

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RC框架⁃抗震墙并联结构体系拟静力试验
许卫晓,程扬,杨伟松,鞠佳昌,于德湖
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  268-277.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191138
摘要 ( 8 )   HTML ( 0 )   PDF(2508KB) ( 7 )  

为研究RC框架-抗震墙并联结构体系中,抗震墙作为“功能集成”与“功能分离”两种形式下结构的抗震性能,进行了2个缩尺比为1∶3的单层两跨的框架-抗震墙试件拟静力试验,分别研究抗震墙主要参与抗侧工作承担小部分重力荷载,与抗震墙既参与抗侧工作又承担重力荷载时试件的裂缝开展与破坏、滞回性能、刚度退化、耗能能力、延性等抗震性能。同时,利用ABAQUS软件对试验试件进行模拟,得到了与试验数据较为吻合的结果。研究表明,当抗震墙的承重功能与抗侧功能基本分离时,结构具有更好的延性、耗能能力与损伤发展过程。

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计算机科学与技术
基于图神经网络的兴趣活动推荐算法
魏晓辉,孙冰怡,崔佳旭
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  278-284.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200068
摘要 ( 6 )   HTML ( 0 )   PDF(1140KB) ( 6 )  

针对在基于事件的社交网络中,用户和其参加过的活动天然构成异质网络这一特点,提出了一个端到端的推荐算法,旨在使用异质网络的高阶连接性和非线性匹配关系,提高活动的推荐命中率。首先,通过图神经网络提取异质图的高阶连接信息对每个节点的影响,更新节点的嵌入式表示;然后,将用户-活动的嵌入式表示输入到多层感知机中,得到基于当前嵌入式表示的匹配概率,反向传播更新模型参数;重复此过程,获得最终的匹配概率。实验结果表明:本文算法训练稳定;相较于已有方法,命中率提高10%以上,归一化折损累计增益提高约10%;相较于不考虑异质图的高阶连接性的情况,命中率和归一化折损累计增益均有提高。

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基于生成对抗网络的人脸铅笔画算法
王小玉,胡鑫豪,韩昌林
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  285-292.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190831
摘要 ( 3 )   HTML ( 0 )   PDF(1547KB) ( 2 )  

传统的铅笔画绘制技术主要是基于对笔画方向、粗细、长短和纹理的模拟,生成结果生硬单一,并且缺少艺术感。为了使铅笔画生成结果更加具有艺术感,同时能够保留原始人脸图像的结构,提出了一种利用生成对抗网络将真实人脸图像转换成具有铅笔画风格图像的方法。生成网络利用卷积生成具有铅笔画效果的人脸图像,对抗网络用于学习艺术家真实手绘的人脸铅笔画分布,并且优化了距离偏差,加入了细节控制损失。实验结果表明,该方法生成的人脸铅笔画图像风格更加灵活,更加具有艺术感。

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基于多任务学习的传统服饰图像双层标注
赵海英,周伟,侯小刚,张小利
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  293-302.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190970
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(2039KB) ( 3 )  

针对当前图像多标签标注方法只能标注图像内容信息(本体),而不能同时标注图像寓意信息(隐义)的问题,提出了一种基于多任务学习的双层多标签标注模型(MTL-DMAM)。首先将图像的本体标注和隐义标注视为两个关联任务,以ResNeXt-50作为共享特征的主干网络,然后利用注意力机制分别为每个任务构建一个分支结构,实现了图像双层标注,同时为消除图像内各物体大小差异对标注结果的影响,在模型中加入ELASTIC结构,进一步提高了模型性能。在对比实验中,本文模型在单任务MS-COCO数据集和多任务传统服饰数据集上优于其他同类模型。最后,利用Grad-cam方法可视化模型MTL-DMAM在标注时重点关注的图像区域,实验结果表明本文模型能有效学习标签对应的图像显著特征。

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结合残差网络及目标掩膜的人脸微表情识别
方明,陈文强
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  303-313.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190939
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(2870KB) ( 4 )  

微表情是一种能反映隐藏在人内心最真实情感状态的面部特征,现有的微表情识别技术经常会提取一些与微表情无关的运动特征信息干扰情感的真实性识别。为解决上述问题,提出一种结合残差网络及目标掩膜的特征提取方法。本文首先对原始的微表情序列进行一系列预处理,定位人眼的关键区域,对眼部区域进行图像掩膜,进而减少眨眼动作对微表情特征提取造成的干扰,然后使用欧拉视频放大算法对人脸微表情变化的关键区域进行放大,使得微表情变化更为明显,最后通过3D ResNet网络对连续的微表情序列进行训练和识别。本文方法在CASME II和SMIC数据集上进行了测试,准确率分别达到77.3%和72.4%,与最新方法DSSN、CNN+LSTM等相比,准确率至少提高5%。

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增强OpenStack Swift云存储系统安全功能的方法
宋元,周丹媛,石文昌
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  314-322.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200657
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(1590KB) ( 3 )  

针对OpenStack Swift云存储系统直接且完整地存储用户文件带来的安全风险,为防止攻击者从Swift系统窃取完整的用户文件,本文采用数据分割技术将用户文件分割成若干块,分散存储至不同节点;为防止攻击者利用文件块内容之间的逻辑关系,恢复完整的用户文件,本文采用数据加密技术将分割后的文件以密文形式存储;为防止攻击者窃取密钥恢复用户文件,本文采用用户口令与秘密共享相结合的方式,以用户口令为基础分层级加密存储密钥。实验结果表明,本文方法加大了攻击者获取用户文件的难度,提高了OpenStack Swift云存储系统的安全性,性能开销属于可接受范围。

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通信与控制工程
基于优化MSR的夜间道路图像增强方法
刘富,刘璐,侯涛,刘云
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  323-330.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190835
摘要 ( 1 )   HTML ( 0 )   PDF(2027KB) ( 2 )  

为了提高夜间道路图像质量,提升目标在图像中的可见度及对比度,降低夜间道路图像目标检测难度,提出了一种基于优化多尺度Retinex算法(MSR)的夜间道路图像增强方法。首先,将RGB图像转换到YUV色彩空间;其次,将最小可觉差(JND)的倒数作为MSR算法中入射图像的系数构建优化MSR算法,并利用该优化算法对Y通道进行亮度自适应调节,同时对U、V通道按比例调整得到新图像;然后,将得到的新图像与原始图像按照1:1比例结合以保留图像细节;最后,利用限制对比度自适应直方图均衡化方法(CLAHE)提升图像对比度,得到最终增强图像。在包含有770张夜间道路图像的数据集上开展实验,结果表明:本文方法实现了夜间道路图像亮度自适应调节,缓解了图像亮度不均匀的情况,增强了图像的清晰度,增加了图像的细节信息,利用支持向量机算法(SVM)进行前方车辆检测,漏检率、误检率分别下降了2.61%、4.35%。

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5G中基于系统中断概率的D2D资源分配算法
王义君,张有旭,缪瑞新,豆佳敏
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  331-339.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190935
摘要 ( 3 )   HTML ( 0 )   PDF(1557KB) ( 4 )  

为了解决D2D资源分配算法的能耗控制与系统中断问题,提出一种引入模拟退火的动态穷举D2D资源分配算法。该算法使用动态间隔的穷举搜索算法初步确定用户发射功率,制定包含用户QoS信息的二维复用表,联合蜂窝用户与D2D用户的QoS以确定复用组合,在功率维度加入调整功率模块,在组合维度引入模拟退火算法联合降低中断概率。仿真结果表明,引入模拟退火的动态穷举资源分配算法相比于传统算法,在功率分配阶段功率均值平均降低了78.3%,在信道分配阶段连通概率平均提高了10.2%,计算时间平均减少了10.1%。

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光学遥感卫星凝视成像姿态规划及快速仿真方法
张刘,张晓寒,岳庆兴,刘念,孙凯鹏,孙杰,范国伟
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  340-348.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190885
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(1611KB) ( 3 )  

目前,遥感卫星凝视成像姿态规划通常只考虑横滚轴和俯仰轴,导致仿真图像出现小角度旋转,降低了视频成像质量;仿真过程多数未考虑仿真实时性,仿真时间过长,难以满足工程应用。针对上述问题,进行了修正图像旋转的偏航补偿,并提出了一种针对平坦地形的凝视成像快速仿真方法。首先,推导了对地凝视成像时航天器三轴姿态的计算公式;然后,基于中心投影建立了凝视成像的几何模型,并运用二维拉格朗日插值方法进行地球局部曲面重构;最后,进行了针对平坦地形凝视成像的仿真实验。仿真参数设置如下:轨道高度为526 km,相机焦距为1.45 m,像元尺寸为5.5 μm。仿真结果表明,此仿真条件下姿态规划误差小于0.004 m;在不考虑高程变化的情况下,使用本文方法对地形平坦的目标区域进行成像仿真时,误差小于0.031个像素;相比于逐点计算的直接法,仿真时间减少了87%。

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自主网联车辆时滞反馈预测巡航控制
何德峰,罗捷,舒晓翔
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  349-357.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190949
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(1483KB) ( 3 )  

考虑车联网环境下的车辆自适应巡航控制问题,提出一种针对前车信息传输存在有界长时延的自主车辆时滞反馈预测巡航控制策略。首先建立自主网联车辆自适应巡航系统的增量控制时滞模型,再考虑车辆行驶安全性、舒适性和燃油经济性等指标,结合滚动优化原理定义时滞反馈预测巡航控制器。进一步,利用Lyapunov稳定性定理和线性矩阵不等式技术,建立保证自主车辆预测巡航控制系统闭环稳定性的时滞相关充分性条件。最后,通过与PID控制比较仿真验证本文方法的有效性。

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应用改进布谷鸟算法优化多阈值图像分割
吴禄慎,程伟,胡赟
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  358-369.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190858
摘要 ( 1 )   HTML ( 0 )   PDF(2833KB) ( 3 )  

针对传统多阈值图像分割方法在寻找最优阈值过程中存在计算量大、计算时间长的问题,提出了一种基于改进布谷鸟算法的多阈值图像分割方法。首先,将教与学搜索策略引入布谷鸟算法,提高了算法的局部搜索能力;其次,选择当前种群中适应度值较优的精英解构建精英库并随机选择精英解指导搜索方向,强化优势经验的学习;最后,引入模拟退火机制选择鸟巢位置,有效避免了个体在寻优过程中陷入局部最优。选择了多幅不同类型的复杂多目标图像进行分割实验,并与布谷鸟算法、蛙跳算法、教与学优化算法及广义反向粒子群与引力搜索混合算法的分割结果进行对比分析。实验结果表明,该方法在分割准确性、计算时间和收敛性上均优于对比算法,能快速有效地解决复杂多目标图像的多阈值分割问题。

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基于正交设计的协作机器人全域结构优化设计
胡明伟,王洪光,潘新安
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  370-378.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190838
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(1758KB) ( 2 )  

为解决时变位姿和建模精度对机器人结构优化的影响,提出了一种有限元与解析法相结合的机器人实时模态分析方法,能够实时、高效、高精度地获得机器人任意位姿下的固有频率和振型。同时为降低计算量,实现全域结构优化,基于正交设计提出了一种以机器人质量与全域一阶固有频率比(M/GF)为优化目标、以机器人结构尺寸为优化变量的全域动态性能结构优化设计方法。优化结果表明:优化后的M/GF指标比优化前提高了9.90%,优化后的全域一阶固有频率指标比优化前提高了0.91 Hz。

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基于半张量积压缩感知的粮情信息采集
金心宇,谢慕寒,孙斌
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  379-385.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191098
摘要 ( 2 )   HTML ( 0 )   PDF(1314KB) ( 3 )  

针对粮库中现有粮情信息在线监控中存在的数据规模庞大、数据传输及存储压力大等问题,提出了一种基于半张量积的粮情信息压缩采集方法。该方法利用半张量积压缩感知模型可以进行分组重构的方式,采用基于L1范数的迭代重加权重构方法,通过对整个粮仓温度信息进行整体压缩采样,在接收端进行迭代重加权分组重构,既保证了重构的精度,也提升了重构的速度。与已有报道的基于OMP算法等的压缩感知粮情温度采集信息处理进行了对比,实验结果表明,本文方法在保证重构精度的前提下,可明显提升重构的实时性,实现了对粮情信息的高精度实时重构。

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农业工程·仿生工程
水稻机械除草避苗控制系统设计与试验
陈学深,黄柱健,马旭,齐龙,方贵进
吉林大学学报(工学版). 2021 (1):  386-396.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190848
摘要 ( 3 )   HTML ( 0 )   PDF(2164KB) ( 5 )  

为使除草部件的作业路径能避开稻苗,降低机械除草的伤苗率,设计了一种机器视觉与液压伺服控制技术相结合的避苗控制系统。采用垂直俯拍方式,提取了稻苗冠层边界的形心图像坐标位置,通过小孔成像模型转换,获得稻苗地面坐标位置及除草部件中心与苗行中心线的距离。建立了平行四杆纠偏机构的液压控制系统模型,获得纠偏调控量与液压推杆的映射关系。基于PID 控制算法,建立了比例阀液压系统数学模型,应用Matlab/Simulink仿真表明:模型的稳态响应时间约为0.28 s,静差约为0.07 mm。进行了台架试验,结果表明:图像处理系统提取苗行中心线误差不超过3 cm;正交试验结果表明:避苗控制系统中伤苗率的影响因素主次顺序为:行进速度、移栽天数、稻苗间距,当行进速度为0.8 m/s、移栽天数为10 d、稻苗株距为12 cm时,伤苗率为2.48%。

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