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期刊信息

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3期 刊出日期:2021-05-01
上一期   
车辆工程·机械工程
基于行驶工况合成的混合动力汽车电池寿命优化
宋大凤,杨丽丽,曾小华,王星琦,梁伟智,杨南南
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  781-791.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200077
摘要 ( 219 )   HTML ( 40 )   PDF(3087KB) ( 164 )  

针对复杂行驶工况易导致混合动力汽车动力电池使用条件恶化、增加车辆全寿命周期成本的问题,以一款行星混联式混合动力汽车为研究对象,从能量管理优化角度主动延长电池寿命。基于历史数据构建了实车代表性工况,采用动态规划算法求解以整车综合燃油消耗和电池寿命衰减最小的多目标优化问题,保证系统性能全局最优。由于动态规划算法具有工况局限性且运算量大,因而基于全局优化结果训练神经网络控制器来实现能量管理控制。仿真结果表明:与以油耗为单目标优化相比,多目标优化可使电池寿命衰减减少43.28%,油耗仅增加1.22%,在减缓电池寿命衰减的同时兼顾了燃油经济性,基于神经网络的控制策略可实现主动适应驾驶员日常行驶工况的优化控制,具有良好的应用前景。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
底部爆炸条件下车内乘员的腹部损伤
王波,何洋扬,聂冰冰,许述财,张金换
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  792-798.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200227
摘要 ( 96 )   HTML ( 8 )   PDF(1359KB) ( 79 )  

为了解车辆发生底部爆炸时乘员腹部致伤机制及损伤风险,构建了包含乘员、车体结构和爆炸流场的有限元仿真模型,研究了6 kg TNT爆炸当量下乘员胸腹部器官的动力学响应,对比了座椅冲击、地板冲击及安全带约束作用对腹部压力的影响,并基于实质性脏器平均应变能密度和腹部血管压力变化率两个指标分析了乘员腹部损伤风险。在冲击过程中,座椅推动乘员向上运动,造成腹部扩张;当乘员与座椅分离后,安全带限制了乘员向上运动,造成腹部收缩。仿真结果表明:座椅冲击对乘员腹部压力影响最大,其次为安全带约束作用;在本文模型中,乘员腹部血管压力变化率峰值为2.1 kPa/ms,腹部脏器发生损伤的风险较低。本文研究结果可为车辆防护设计提供参考。

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基于驾驶人风险响应机制的人机共驾模型
何仁,赵晓聪,杨奕彬,王建强
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  799-809.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200092
摘要 ( 100 )   HTML ( 9 )   PDF(2534KB) ( 78 )  

提出了一种根据驾驶人对环境风险的实时响应进行控制权切换的智能汽车人机共驾模型。首先,从基于真实道路信息的highD数据集中提取出跟车和并道两类典型驾驶片段。接着,应用行车风险场理论对驾驶片段中的环境风险进行统一量化。然后,通过拟合环境风险作用与驾驶人的行驶加速度,得到安全风险响应策略曲面,并提出了基于策略偏差的人机共驾控制权柔性切换模型(FCTM)。最后,以纵向控制模型(LCM)作为辅助控制模型,在前车紧急制动和旁车切入两类危险场景中进行了人机共驾仿真实验。结果表明:本文FCTM模型可以通过平稳的人机控制权切换,修正驾驶人在危险场景中的驾驶操作,提高行驶安全性。

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纯电动车机械式自动变速器换挡非线性建模及控制
宋强,孙丹婷,章伟
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  810-819.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200070
摘要 ( 79 )   HTML ( 8 )   PDF(2349KB) ( 33 )  

以无离合器机械式自动变速器(AMT)为研究对象,建立了换挡过程线性和非线性多自由度扭转振动模型,分析了线性和非线性条件下换挡过程各阶段接合套转速波动和动力学行为,对比了两种模型下换挡品质评价指标的差异,并通过调速阶段转速差延时PID控制方法来改善换挡品质。结果表明:相比于线性模型,齿轮非线性扭转振动会导致换挡时间延长、换挡冲击度增大且滑磨功增加,而对调速阶段适度延时能够有效缩短换挡时间、减小冲击峰值并减小滑磨功。

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钻具输送装置非线性动力学分析及稳定性控制
于萍,穆特,朱黎辉,周子业,宋杰
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  820-830.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200130
摘要 ( 64 )   HTML ( 3 )   PDF(2160KB) ( 58 )  

钻具输送装置为刚柔耦合多体系统,工作时由于系统参数和外部扰动的不确定,使其工作稳定性下降。针对这一问题,利用多体系统传递矩阵法建立了钻具输送装置非线性动力学模型,依据工作要求设定了轨迹函数。将钻具输送装置的工作稳定性控制分为工作位姿跟踪控制和装置内柔性体非线性振动抑制两部分。提出了基于BP神经网络的PID控制算法,对整机位姿进行动态跟踪控制;对于柔性体的振动,采用将压电材料粘贴于柔性构件表面形成智能复合材料,并利用基于模糊RBF神经网络的滑模控制算法进行抑制。仿真结果显示,整机的工作位置精度得到了显著提高,柔性体振动得到了有效抑制。

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基于计算流体仿真的双作用叶片泵气蚀机理分析
张斌,程国赞,洪昊岑,赵春晓,杨华勇
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  831-839.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200040
摘要 ( 164 )   HTML ( 6 )   PDF(2791KB) ( 53 )  

双作用叶片泵在高转速工况下,其高压油液出口三角槽附近易发生空化现象,严重时会发生气蚀,破坏配流盘表面,带来尖锐的噪声并缩短叶片泵的使用寿命。本文针对双作用叶片泵的空化气蚀现象,利用计算流体力学仿真分析,对双作用叶片泵流场进行建模分析。引入动网格技术并通过用户自定义函数对叶片绕定子转动的运动规律进行约束,实现对双作用叶片泵流场动态特性的分析。在不同转速和压力条件下,计算分析双作用叶片泵流场的压力分布及速度矢量分布,得出配流盘发生气蚀的原因是配流副间隙内局部低压流场的存在,其发生位置在配流盘高压出口容腔三角槽前方,与实际试验具有一致性。

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材料科学与工程
基于剩余强度的高速动车侧窗粘接强度校核方法
范以撒,那景新,上官林建
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  840-846.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200109
摘要 ( 64 )   HTML ( 0 )   PDF(1433KB) ( 19 )  

从工程应用角度出发,提出了一种基于剩余强度的高速动车组侧窗粘接结构强度校核方法,该方法采用人工加速老化试验与仿真分析相结合的方式,完成对粘接胶层的强度校核。采用执行程序完成校核结果的显示化,获得粘接胶层安全余量云图,方便设计人员参考。最后,通过实车模型验证了该强度校核方法的简单、有效性。

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温热成形对AA5754铝合金静态力学性能的影响
庄蔚敏,王鹏跃,高瑞娟,解东旋
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  847-854.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200180
摘要 ( 90 )   HTML ( 0 )   PDF(2150KB) ( 22 )  

通过高温预拉伸试验和室温拉伸试验分析了温热预变形对AA5754铝合金失效应变、抗拉强度、屈服强度的影响规律。建立了损伤耦合预变形本构模型,以表征不同预应变材料的静态力学性能。以车门防撞梁为例,应用该本构模型分析了热冲压过程中的预变形和厚度变化对其弯曲性能的影响。结果表明:温热预变形会直接降低AA5754铝合金的静态力学性能;300 ℃下0.7的应变比率使试样的失效应变和抗拉强度分别减少了62%和16%;本文所建立的本构模型可以准确地预测温热成形对AA5754铝合金静态力学性能的影响。

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元胞自动机-有限元法模拟碳当量元素对亚共晶球墨铸铁流动性的影响
王金国,黄恺,闫瑞芳,任帅,王志强,郭劲
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  855-865.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190607
摘要 ( 44 )   HTML ( 2 )   PDF(3359KB) ( 10 )  

优化了元胞自动机-有限元法(CAFE)模拟球墨铸铁晶粒组织的参数系统。基于前期大量试验结果,对共晶晶粒的面形核参数和体形核参数进行了优化,并利用优化后的参数对不同碳、硅质量分数的球墨铸铁螺旋试样的流长和流股尖端的凝固组织进行了模拟。在验证试验中,针对难以观测到的球铁共晶晶粒,采用构网算法实现了晶界建模,分别将得到的螺旋试样流长、Voronoi晶粒分布图与模拟结果进行对比。结果表明:在对亚共晶球铁试样进行增碳或增硅处理后,螺旋试样流股末端的晶粒得到了细化,试样流动性得到了提高。此外,模拟结果与试验验证结果的吻合度较高,证明可通过数值模拟评价试样的流动性。

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双孕镶金刚石钻头的自平衡逆向回转破岩性能
高科,陈杭凯,许晓慧,高红通,谢晓波,闫立鹏
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  866-874.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200542
摘要 ( 68 )   HTML ( 0 )   PDF(3265KB) ( 7 )  

为了揭示双钻头自平衡同步逆向回转的破岩特性,采用理论计算和数值模拟等方法,对比研究了双孕镶金刚石钻头同步逆向回转和单孕镶金刚石钻头单向回转的破岩特征,得出如下结论:双钻头在孔底呈现双向小台阶双螺旋钻进,而单钻头则呈现单向小台阶螺旋钻进;由于双钻头的内、外钻头逆向回转产生了扭矩平衡作用,对孔底岩石的作用合力更小,对地层的扰动更弱。通过室内试验对比研究得出:双钻头逆向回转情况下,孔壁更光滑、稳定;双钻头对孔底岩石能产生更多的应力集中点,且磨损较单钻头更为均匀,具有更长的使用寿命;双钻头在同等钻进参数下,钻速更快,说明双钻头更容易破岩。本文研究成果可为双钻头自平衡钻进技术的研究提供理论支撑。

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交通运输工程·土木工程
基于乘员伤害分析的公路路侧事故风险评价
程国柱,程瑞,徐亮,张文会
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  875-885.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200055
摘要 ( 75 )   HTML ( 2 )   PDF(1626KB) ( 41 )  

为了定量评估公路路侧事故风险,有针对性地提出安全改善策略,以减少事故损失,本文引入加速度严重性指数ASI作为乘员伤害指标。利用PC-crash仿真软件构建车辆模型、道路模型及路侧护栏优化模型,通过设置不同车辆驶出速度、圆曲线半径、边坡坡度和路基高度,分别开展载重货车、小型客车在有、无路侧护栏设置情况下的驶入路侧试验,共收集了1500组数据。针对公路直线段和曲线段,分别拟合了基于ASI的载重货车、小型客车乘员伤害评估模型。利用Fisher最优分割算法确定了路侧事故风险合理评价级数及各级对应的ASI阈值,给出了基于ASI的路侧事故风险评价方法,并予以案例验证。最后将载重货车比例引入ASI伤害评估模型中,进行模型改进。研究结果表明:ASI与驶出速度、路基高度呈正线性相关,与边坡坡度呈指数相关,与圆曲线半径呈幂相关;设置路侧护栏能够平均减少约24%~28%的小型客车路侧事故伤害,以及31%~36%的载重货车路侧事故伤害;与小型客车相比,载重货车更倾向于发生严重的路侧事故。

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基于自动编码机-分类器的视频交通状态自动识别
彭博,张媛媛,王玉婷,唐聚,谢济铭
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  886-892.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200039
摘要 ( 118 )   HTML ( 1 )   PDF(1756KB) ( 37 )  

为了及时、有效地识别道路交通状态,提出了结合自动编码机与分类器的视频交通状态识别方法。首先,建立交通状态视频图像数据集,对自动编码机隐藏层和降维数据维度等结构参数进行优化测试。然后,提出自动编码机定量评价方法,选出最优自动编码机模型A*。最后,将A*与线性分类器、支持向量机、深度神经网络、DNN Linear分类方法相结合,构建了4个交通状态识别模型。对前述模型及AlexNet、LeNet、GoogLeNet、VGG16等CNN模型进行训练测试,结果显示:本文模型精确率和召回率均为94.5%~97.1%,F1值均为94.4%~97.1%,CNN模型中AlexNet表现最佳,精准率、召回率以及F1值均为94%,表明A*与常用分类器结合,达到或超越了复杂CNN模型的交通状态识别效果。本文方法训练测试简便、计算成本低,适用于视频图像的交通状态识别。

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考虑碳排放的大型制造企业甩挂运输牵引车调度优化
成耀荣,杨谦,郑国华
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  893-899.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200230
摘要 ( 61 )   HTML ( 1 )   PDF(878KB) ( 37 )  

为了在完成既定运输任务的前提下减少大型制造企业内的碳排放量,阐述了大型企业采用甩挂运输的可行性和优越性。以吨公里CO2排放量为目标函数,构建了硬时间窗约束下的考虑碳排放的大型制造企业内牵引车优化调度模型,并设计了两阶段启发式算法求解该模型。该算法首先应用扫描算法获得模型初始可行解;然后,分别采用模拟退火算法和禁忌搜索算法提高初始可行解质量;最后,将优化模型和算法运用于以湖南华菱钢铁公司实例为基础的11个算例,并进行求解。结果表明:优化调度模型及两阶段启发式求解算法是可行、有效的。本文优化调度方法具有良好的节能减排效果,同时也说明大型制造企业内牵引车的中心节点选址能有效降低甩挂运输的碳排放量。

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考虑工人负荷的多目标流水车间优化调度
孙宝凤,任欣欣,郑再思,李国一
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  900-909.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200063
摘要 ( 75 )   HTML ( 0 )   PDF(1815KB) ( 24 )  

针对流水车间工人负荷不平衡的现象,构建了工件总延误时间和工人作业分配标准差最小化的双目标优化调度模型。设计了基于两段式染色体编码的NSGA-II算法,获得了模型的Pareto最优解集。引入两种嵌入启发式规则:交货期最接近(EDD)规则和加工时间最短(SPT)规则,形成了NSGA-II-EDD和NSGA-II-SPT两种对比情境。算例分析表明:NSGA-II算法的Pareto解的平均个数N、Pareto前沿解误差比ER、Pareto前沿解空间评价指标S、Pareto前沿跨度K比NSGA-II-EDD和NSGA-II-SPT的性能好,在算法运算时间T上性能较差。

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基于静态半成套策略的多目标准时化物料配送调度
周炳海,何朝旭
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  910-916.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200203
摘要 ( 73 )   HTML ( 1 )   PDF(1299KB) ( 19 )  

针对混流装配线的准时化物料配送调度问题,提出了静态半成套供料策略。首先,对基于静态半成套供料策略的物料配送调度问题进行了描述,建立了以最小化总线边库存和总能源消耗为目标的多目标优化模型。然后,提出了一种改进的多目标引力搜索算法,该算法引入混沌引力算子和记忆搜索策略,加快了算法收敛速度并提高了种群多样性,此外建立了局部搜索优化算子对总能耗和总线边库存进行优化。最后,通过实验与标杆算法进行对比,结果验证了本文算法的可行性和有效性。

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基于吉林省路况的新型预制装配式箱涵结构的力学性能
宫亚峰,逄蕴泽,王博,谭国金,毕海鹏
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  917-924.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200171
摘要 ( 67 )   HTML ( 0 )   PDF(2121KB) ( 24 )  

四构件组合式预制装配式箱涵是一种新型涵体结构,其在分层填压过程中的受力变形特性尚不明确。本文依托铁科高速公路松原至通榆段新建高速公路建设项目,对此新型涵体结构进行了现场试验,分析了各分层填压施工过程中的结构受力变形特性,建立了涵-土结构有限元模型,将理论与实测结果进行对比,以验证模型的正确性,并拓展分析了土体弹模、填土高度对新型涵体结构力学性能的影响规律。研究表明:随着分层填压高度的不断增加,上顶板持续下凹,左、右侧墙持续外凸,且在回填过程中选择弹性模量大的回填土体,对涵体结构受力变形性能有积极影响,尤其在高填土的结构回填中,提升幅度更为明显;车辆活载对涵体受力变形的影响随着填土高度的增加而逐渐减小。

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基于灰色关联度的矿料对沥青混合料力学性能的影响分析
程永春,李赫,李立顶,王海涛,白云硕,柴潮
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  925-935.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200350
摘要 ( 59 )   HTML ( 1 )   PDF(3112KB) ( 26 )  

为分析矿料含量对沥青混合料力学性能的影响,利用旋转压实方法制备了4种级配沥青混合料,并通过劈裂试验、压缩试验以及蠕变试验研究了4种级配沥青混合料的低温抗开裂能力、常温抗拉/压破坏能力以及蠕变性能。随后,利用卷积积分和Laplace变换推导了4种沥青混合料的松弛模量随加载时间的变化趋势,并结合Burgers模型和二阶广义Maxwell模型对蠕变和松弛特性进行了拟合分析。最后,根据灰色关联度算法计算了矿料含量与沥青混合料力学性能的关联度,分析了矿料含量对混合料力学性能的影响。结果表明:沥青混合料的低温抗开裂、常温抗拉/压性能主要与0.15~0.3 mm和1.18~2.36 mm两档矿料的含量具有较高的相关度;而常温抗蠕变能力主要受0.6~1.18 mm和2.36~4.75 mm两档矿料的影响;温度升高后,抗蠕变能力受矿料含量变化的影响程度增加;松弛强度受细集料含量影响较大,而松弛时间主要受较大粒径矿料含量的影响。

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表面处理对玄武岩纤维活性粉末混凝土力学性能的影响及断裂特性
刘寒冰,高鑫,宫亚峰,刘诗琪,李文俊
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  936-945.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200157
摘要 ( 68 )   HTML ( 1 )   PDF(2195KB) ( 31 )  

使用偶联剂KH-550和盐酸对玄武岩纤维进行表面处理,研究改性条件对玄武岩纤维活性粉末混凝土力学性能和工作性能指标的影响,并分别优选出最佳改性条件:偶联剂质量分数为0.75%,盐酸浓度为3 mol/L,刻蚀时间为60 min,刻蚀温度为20 ℃。采用声发射技术对比改性前、后玄武岩纤维活性粉末混凝土的损伤特征,确定试样在抗折试验中的断裂阶段和断裂模式。结果表明:声发射参数中,累计声发射(AE)命中、累计能量和振幅与玄武岩纤维活性粉末混凝土的损伤阶段有关,纤维改性对混凝土损伤的最后阶段有所影响。另外,在加载过程中,上升角(RA)和平均频率(AF)有相反的趋势,均随着断裂模式的变化而变化。

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钢-聚丙烯混杂纤维混凝土剪力墙抗震性能
张广泰,张路杨,邢国华,曹银龙,易宝
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  946-955.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200095
摘要 ( 88 )   HTML ( 0 )   PDF(1790KB) ( 18 )  

通过2片钢-聚丙烯混杂纤维混凝土(SPFRC)剪力墙和1片钢筋混凝土(RC)剪力墙的低周反复加载试验,研究了SPFRC剪力墙的受力机理,分析了纤维掺量和轴压比对剪力墙破坏形态、受剪承载力、延性和耗能能力的影响。试验结果表明:在轴压比相同的条件下,混杂纤维可有效抑制剪力墙裂缝的发展,提高剪力墙的受剪承载力、变形能力、耗能能力;掺入混杂纤维的试件,随着轴压比由0.1提高至0.2,其承载能力和延性有所提高,但耗能能力有所下降;同时综合考虑混杂纤维、水平和竖向分布钢筋、混凝土斜压杆以及暗柱对受剪承载力的贡献,依据桁架-斜压杆机构机理,建立了SPFRC剪力墙受剪承载力计算公式,并通过本文及国内相关文献数据对其进行了验证,受剪承载力实测值与计算值比值的平均值为1.01,标准差为0.17,两者吻合较好。

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基于离散元法的空隙特征对沥青混合料虚拟剪切疲劳寿命的影响
彭勇,杨汉铎,陆学元,李彦伟
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  956-964.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200154
摘要 ( 54 )   HTML ( 0 )   PDF(1870KB) ( 28 )  

基于图像技术和三维离散元法,建立了具有真实空隙大小和分布以及随机空隙大小和分布的沥青混合料剪切疲劳微观力学模型,通过模拟不同集料粒径、用油量以及温度下的沥青混合料剪切疲劳寿命,研究了空隙分布特征对沥青混合料虚拟剪切疲劳寿命的影响,并将部分模拟结果与试验结果进行对比。结果表明:基于三维离散元法可以模拟沥青混合料剪切疲劳寿命,空隙特征对沥青混合料虚拟剪切疲劳寿命有较大影响。在相同模型参数条件下,具有真实空隙大小和分布的沥青混合料剪切疲劳寿命小于具有随机空隙大小和分布的沥青混合料剪切疲劳寿命,但与试验结果更为接近。此外,集料粒径和用油量也对沥青混合料剪切疲劳寿命有着显著影响。沥青混合料剪切疲劳寿命随集料粒径的增大而提高;在相同集料级配和试验温度时,在最佳用油量条件下的沥青混合料剪切疲劳寿命最大;在相同的集料级配和用油量时,沥青混合料剪切疲劳寿命随温度的升高而降低。

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混凝土构件质量缺陷声波探测快速成像技术
李静和,孟淑君
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  965-976.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200205
摘要 ( 57 )   HTML ( 3 )   PDF(3400KB) ( 24 )  

为了满足对混凝土构件质量缺陷进行高效定量检测的需求,本文提出了基于双稳定型共轭梯度-快速傅里叶变换的积分方程和多场源、多频率对比源反演的声波探测快速成像算法。引入快速傅里叶变换加快积分方程格林函数的计算效率,运用双稳定型共轭梯度方法,提高了迭代求解大型矩阵方程组的稳定性;反演过程引入无需计算雅可比矩阵的对比源反演算法,可适用于特殊观测系统的数据量,应用快速傅里叶变换加快了对比源反演迭代过程中涉及的矩阵相乘计算。数值模拟和实际算例表明:本文算法可获得较好的重建结果,提高了质量缺陷的定位效率,验证了算法的可行性及有效性,为采用声波探测快速提取混凝土质量缺陷属性的应用奠定了理论基础。

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环梁式圆钢管约束H型钢混凝土柱-钢梁节点抗剪承载力
戴岩,聂少锋,周天华
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  977-988.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200557
摘要 ( 100 )   HTML ( 0 )   PDF(2650KB) ( 22 )  

采用试验和非线性有限元分析两种方法研究了节点区的受力特点,明确了其抗剪承载力主要由节点区各组成部件共同承担,并分析得到节点区各部件对其抗剪承载力的贡献大小。通过对节点区各部件受力机理的分析,推导出了节点区各部件的抗剪承载力计算方法。最后,通过叠加原理得到了此新型节点的抗剪承载力计算公式,通过与试验及有限元分析结果的对比可知,该计算公式安全、合理,可以满足“强节点、弱构件”的工程抗震设计原则。

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计算机科学与技术
基于Transformer编码器的中文命名实体识别
郭晓然,罗平,王维兰
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  989-995.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200640
摘要 ( 149 )   HTML ( 4 )   PDF(1079KB) ( 53 )  

提出了一种基于Transformer编码器和BiLSTM的字级别中文命名实体识别方法,将字向量与位置编码向量拼接成联合向量作为字表示层,避免了字向量信息的损失和位置信息的丢失;利用BiLSTM为联合向量融入方向性信息,引入Transformer编码器进一步抽取字间关系特征。实验结果表明,该方法在MSRA数据集和唐卡数据集上的F1值分别达到了81.39%和86.99%,有效提升了中文命名实体识别的效果。

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基于DNST和卷积稀疏表示的红外与可见光图像融合
陈广秋,陈昱存,李佳悦,刘广文
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  996-1010.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200166
摘要 ( 76 )   HTML ( 1 )   PDF(3470KB) ( 23 )  

为了克服传统红外与可见光图像融合方法的不足,本文提出了一种基于离散不可分离剪切波与卷积稀疏表示的融合方法。首先,利用离散不可分离剪切波将源图像分解为近似图像和方向细节图像,相比较于其他多尺度分解工具,离散不可分离剪切波能够在不同尺度内更好地分离出图像中重叠的重要特征信息。其次,利用源图像的显著特征图加权平均融合近似图像,保持融合图像的亮度和能量不丢失。卷积稀疏表示能够深度提取图像的显著特征,利用多维系数的l1范数作为活性测度构造显著特征图,生成近似图像的权重分配决策图。方向细节图像的融合规则采用“系数绝对值取大-高斯滤波”规则,通过“系数绝对值取大”规则获得初始权重分配决策图,利用高斯滤波器对决策图进行滤波处理,降低噪声的敏感度,同时增加可见光图像信息比例。最后,通过离散不可分离剪切波逆变换对融合后的系数进行重构,得到最后的融合图像。实验结果表明,相比较于已有文献的其他典型融合方法,本文融合方法在主观视觉和客观评价准则方面都取得了较好的融合性能。

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基于机器学习的地理空间数据抽取算法
朱小龙,谢忠
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  1011-1016.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200113
摘要 ( 98 )   HTML ( 1 )   PDF(1139KB) ( 51 )  

为提高地理空间数据集成抽取的查准率和查全率,提出了基于机器学习的地理空间数据抽取算法。以GeoNames、OpenStreetMap等作为地理信息数据源,通过网络爬虫以及搜索引擎检索同时下载有关网页,并对内容进行过滤,过滤后对网页中的地点名称及地址信息等数据进行解析抽取,实现其可视化。分析抽取得到的地理数据实体,利用地理数据与实体之间的映射,将异构地理数据的歧义消除,实现地理空间数据一体化,并依据实体名称、类别等多特征相似程度计算,实现地理数据特征数字化。结合多特征、机器学习KNN分类法完成地理数据链接自动化,实现地理空间数据的分类抽取。通过实验对本文算法进行验证,结果表明:本文算法具有较高的查准率和查全率,数据抽取效果良好,可为地理数据集成提取奠定基础。

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故障响应指导下基于测试集的故障诊断方法
欧阳丹彤,刘扬,刘杰
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  1017-1025.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200059
摘要 ( 70 )   HTML ( 3 )   PDF(813KB) ( 23 )  

通过对电路中故障输出特征进行研究,结合增强故障诊断(ADD)测试候选诊断求解方法,提出了故障响应指导下的候选诊断求解方法ALFDD。依据当前测试激励下实际输出响应与预期输出响应不相同的单故障更可能是故障诊断解的原理,提出了候选单故障集合的概念。针对ADD方法中需对电路的所有单故障求解Fsame的问题,给出仅对候选单故障集合求解Fsame的方法。该方法一方面避免了对所有单故障都进行对比并求解Fsame的问题,提高了诊断求解效率;另一方面有效删除了Fsame中包含的冗余候选诊断解,提高了候选诊断解的分辨率;此外,还增加了候选故障集中所包含的真实诊断解的数量,提高了候选诊断解的准确率。实验结果表明,与ADD方法相比,ALFDD方法候选诊断分辨率和准确率明显提高,求解效率也有较大提高。

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基于YOLOv3改进的用户界面组件检测算法
刘元宁,吴迪,朱晓冬,张齐贤,李双双,郭书君,王超
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  1026-1033.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200058
摘要 ( 100 )   HTML ( 3 )   PDF(1499KB) ( 95 )  

针对传统方法识别用户界面(UI)组件时,无法进行组件分类的问题,本文提出了基于经典目标检测算法YOLOv3改进的算法用于UI组件检测任务,包括识别和分类。特征提取网络采用DenseNet紧密连接结构使提取到的特征能够充分使用;在特征提取网络中加入通道注意力机制和空间注意力机制,使用加权的特征代替原来的特征用于后面的特征融合;构造4个维度的特征金字塔网络完成组件检测任务;使用Focalloss作为分类损失函数。在收集的真实UI数据集上进行实验,实验结果表明:在检测精度上,本文方法的召回率达到了91.97%,平均精度mAP达到了48.21%,相比传统检测方法,本文方法具有更好的性能。

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基于云计算和大数据分析的大规模网络流量预测
李晓会,陈潮阳,伊华伟,李波
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  1034-1039.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200329
摘要 ( 68 )   HTML ( 0 )   PDF(1254KB) ( 28 )  

结合当前网络流量海量、混沌、随机性变化的特点,为了获得理想的网络流量预测结果,提出了基于云计算和大数据分析的大规模网络流量预测模型。首先,根据混沌算法描述网络流量的混沌变化特点,建立学习样本集合。然后,引入支持向量机对网络流量随机性变化特点进行建模,并结合历史数据海量的特点,采用云计算平台使多个支持向量机并行运行。对比测试结果表明,该模型提升了网络流量预测精度,建模效率大幅度提升,可以满足网络流量在线管理的实时性要求。

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软件定义网络的数据中心动态流量调度方案
刘振鹏,任少松,李明,王鑫鹏,李小菲
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  1040-1047.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200198
摘要 ( 76 )   HTML ( 1 )   PDF(1392KB) ( 30 )  

针对等价多路径(ECMP)算法没有考虑网络负载和流量特征,很容易将多条大数据流映射到同一路径,造成网络瓶颈链路的问题,提出一种面向软件定义网络(SDN)数据中心的基于网络负载的动态流量调度方案(DTSNL)。该方案结合网络负载和流量的特点,通过合理调度流量,实现网络负载均衡控制器通过周期性统计Fat-Tree网络拓扑中接入层交换机的流量信息,计算流量阈值,为带宽占比较高的大数据流选择最佳路径。仿真实验表明,相较于ECMP方案和全局首选(GFF)方案,DTSNL方案的网络平均吞吐量、链路使用率、核心交换机负载、链路带宽利用率4项指标都有所提高。

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融合全局和局部特征的胶囊图神经网络
钱榕,张茹,张克君,金鑫,葛诗靓,江晟
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  1048-1054.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200034
摘要 ( 86 )   HTML ( 3 )   PDF(1174KB) ( 28 )  

针对胶囊图神经网络训练中得到的只有整体结构信息,并且随着层数的增加,节点的结构特征信息会丢失的问题,本文提出融合全局和局部特征的胶囊图神经网络。首先,改进了Node2vec,将节点的属性信息引入随机游走过程中,从而在生成网络表示时综合考虑了网络结构和节点的属性;然后,将改进的Node2vec引入胶囊图神经网络,设计了一个融合全局和局部特征的胶囊图神经网络。通过实验发现,本文模型在训练时的收敛速度更快,在图分类任务上的准确率有所提高。

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基于区块链技术的双混沌可识篡改图像加密方法
沈淑涛,尼玛扎西
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  1055-1059.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200655
摘要 ( 92 )   HTML ( 0 )   PDF(1060KB) ( 19 )  

为了有效解决当前已有方法未能考虑图像加密算法抗差分性不好,使图像加密质量下降以及安全性能差的问题,结合区块链技术,设计并提出了一种基于区块链技术的双混沌可识篡改图像加密方法。该方法采用Kawakami超混沌形成超混沌序列进行图像像素置换;结合区块链技术,形成三维Bao系统的初始值;利用明文像素值和Bao系统形成加密序列,通过加密序列进行像素替代以及扩散,有效实现了双混沌可识篡改图像的加密。仿真实验结果表明,本文方法能够有效提升图像加密质量,提升加密效果。

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基于循环生成对抗网络的学习型光学图像加密方案
李锦青,周健,底晓强
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  1060-1066.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200521
摘要 ( 60 )   HTML ( 0 )   PDF(1721KB) ( 32 )  

为克服光学图像加密方法受光学器件性能限制和随机相位掩膜板制造工艺复杂的问题,提出了一种基于循环生成对抗网络(CycleGAN)的学习型光学图像加密方案。首先,使用经典双随机相位编码加密明文样本图像,构造出明文图像-密文图像训练集。然后,将其作为循环生成对抗网络的输入,自动学习光学图像加密的加密特性,训练得到光学图像加密学习模型。最后,利用仿真实验对使用CycleGAN训练的加密模型生成的图像进行加密解密性能测试。数据分析表明,该模型能够有效保护图像信息的安全和较好地恢复密文图像,学习型光学加密模型具有加密性能不受光学加密器件限制的优点,可以实现批量图像的快速加密。

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基于连续密度隐马尔可夫模型的矿下异常行为识别算法
王淑敏,陈伟
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  1067-1072.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200160
摘要 ( 84 )   HTML ( 0 )   PDF(1080KB) ( 29 )  

针对当前方法识别精度不高的问题,提出了基于连续密度隐马尔可夫模型的矿下异常行为识别算法。获取待识别矿下视频帧数据,通过级联分类器实现运动区域的初步检测,并读入下帧数据,直到所有帧检测完毕。引入连续密度隐马尔可夫(HMM)模型,将人体图像分解成若干相等区域,获取图像区域中的标准差值特征,对连续密度HMM进行训练,完成异常行为识别。实验结果证明,本文算法的识别结果具有精度高和检测率高的特性,说明其具有可靠性。

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基于卷积格网曲面拟合滤波算法的数字高程模型构建及质量评价
朱伟刚,朱超,张亚球,魏海斌
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  1073-1080.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200786
摘要 ( 85 )   HTML ( 3 )   PDF(1632KB) ( 20 )  

针对目前常用滤波算法结构复杂、工作效率较低和数字高程模型(DEM)成果评价方法单一等问题,提出了一种基于空间格网技术和卷积核计算的移动曲面拟合DEM滤波算法(CGS算法)和基于计算机图形学的DEM质量评价新方法。理论研究和工程实践结果表明:CGS算法相对于人工干预TIN算法可以更好地滤除植被、建筑物等各种非地面点。利用灰度共生矩阵、自相关函数、图像信噪比、基于Canny算子改进高斯波形提取的局部方差算法对DEM成果进行对比分析发现,采用CGS算法生成的DEM图像纹理均匀平滑,可以凸显出各种地形的细节特征,可有效抑制椒盐噪声的产生。本文提出的滤波算法和评价体系在理论上具有前瞻性,在方法上具有科学性、可重复性,可应用于实际项目工程,具有较强的现实意义。

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通信与控制工程
汽车高速换道避让路径规划及离散滑模跟踪控制
张家旭,王欣志,赵健,施正堂
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  1081-1090.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200057
摘要 ( 91 )   HTML ( 0 )   PDF(1918KB) ( 19 )  

针对汽车高速换道避让路径规划和跟踪控制问题,提出了一种基于五次多项式曲线的汽车高速换道避让路径规划方法和基于离散滑模的汽车高速换道避让路径跟踪控制策略。首先,基于五次多项式曲线规划汽车高速换道避让路径,并通过查表方式间接建立汽车高速换道避让路径曲率最大值、汽车高速换道避让路径曲率变化率最大值与五次多项式曲线待定系数的映射关系,以使汽车高速换道避让路径满足乘坐舒适性和安全性需求。为了快速、稳定地跟踪基于五次多项式曲线规划的汽车高速换道避让路径,融合汽车运动学模型和线性二自由度汽车动力学模型建立了包含加性不确定性的线性离散控制模型,并基于干扰观测器的离散滑模控制理论设计了汽车高速换道避让路径跟踪控制策略。最后,利用车辆动力学软件建立了模型在环仿真系统,对本文汽车高速换道避让路径规划方法和汽车高速换道避让路径跟踪控制策略的可行性和有效性进行了仿真验证。

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自适应耦合周期势系统随机共振信号增强方法
李伟,陈剑,陶善勇
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  1091-1096.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200260
摘要 ( 43 )   HTML ( 2 )   PDF(1349KB) ( 18 )  

在单一周期势系统的基础上,提出了一种随机共振粒子群优化算法,用于增强和提取滚动轴承微弱故障特征。该方法采用粒子群优化算法实现自适应耦合周期势系统的系统参数、耦合系数和步长的自适应匹配,以达到增强目标信号、提高其信噪比的目的。通过工程试验验证结果表明:①由于耦合系统的作用,控制系统通过调节参数来影响被控系统的随机共振,从而使得自适应耦合周期势系统随机共振方法在微弱故障特征信号增强上更优于单一周期势系统随机共振方法;②由于控制系统随机共振与被控系统随机共振的相互协同作用,大大增强了被控系统的随机共振效应,从而使得自适应双输入耦合周期势系统随机共振方法比单输入耦合周期势系统随机共振方法更适用于工程实际中噪声环境下微弱故障特征信号的提取。

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基于扰动观测器的轮式移动机器人滚动时域路径跟踪控制
于树友,常欢,孟凌宇,郭洋,曲婷
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  1097-1105.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200065
摘要 ( 71 )   HTML ( 2 )   PDF(1626KB) ( 35 )  

轮式移动机器人路径跟踪控制问题中通常存在状态约束和输入约束,并且系统运行时容易受到外部扰动的影响。本文基于非线性扰动观测器提出了一种轮式移动机器人滚动时域路径跟踪控制策略。当没有外部扰动作用于系统时,滚动时域控制算法可以满足控制约束和状态约束,并且使得轮式移动机器人跟踪期望的轨迹;当存在外部干扰,尤其是慢变扰动时,非线性扰动观测器能够估计扰动,并通过反馈补偿扰动对轮式移动机器人移动轨迹的影响。仿真结果表明,在外部干扰存在的情况下该控制策略能够保证移动机器人渐近跟踪期望路径。

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基于深度学习和限幅模糊的变转速液压动力源恒流量预测方法
宋震,李俊良,刘贵强
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  1106-1110.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200146
摘要 ( 47 )   HTML ( 0 )   PDF(844KB) ( 23 )  

针对变转速液压动力源恒流量传统预测方法耗时长、预测误差大以及准确率低等问题,提出了基于深度学习和限幅模糊的变转速液压动力源恒流量预测方法。利用永磁同步电机数学模型、伺服控制器数学模型、齿轮泵数学模型和比例溢流阀数学模型,在深度学习的基础上,使用限幅模糊控制技术,对变转速液压动力源恒流量进行预测。结果显示:相对于传统预测方法,本文方法的预测效率和准确率得到了大幅度提高。

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融合模糊统计纹理特征的多线索粒子滤波跟踪
金静,党建武,王阳萍,申东
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  1111-1120.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190789
摘要 ( 60 )   HTML ( 2 )   PDF(2630KB) ( 16 )  

针对粒子滤波跟踪算法使用单一特征鲁棒性差,以及粒子重采样策略易导致粒子退化、贫化等问题,提出了一种基于多特征、多线索的改进粒子滤波跟踪方法。使用引入邻域关系的Histon直方图描述目标的颜色特征,并建立了一种稳健的模糊统计纹理特征(FSTF)表达空间纹理信息,然后将其自适应地与区域颜色特征融合构建多线索的观测模型。在粒子滤波跟踪过程中,使用基于K-means的粒子权重聚类进行更为准确的后验分布估计。在重要性重采样阶段,保留高权重粒子的同时基于当前目标状态的先验分布产生新粒子,避免了粒子退化并保证了粒子的多样性。在标准测试集上的实验结果表明:相比其他基于粒子滤波框架的跟踪算法,本文方法能够得到更高的跟踪精度和成功率。与其他效果突出的流行跟踪算法相比,本文方法能在光照变化、目标形变和背景扰动场景下取得更好的跟踪效果。

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农业工程·仿生工程
柔性脱粒齿杆与谷物含摩擦打击动力学模型
钱震杰,金诚谦,袁文胜,倪有亮,张光跃
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  1121-1130.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200199
摘要 ( 76 )   HTML ( 2 )   PDF(1990KB) ( 39 )  

针对联合收割机脱粒过程,结合Lagrange乘子法和多体系统刚柔耦合理论,建立和分析了脱粒齿杆与谷物含摩擦接触的互作用机理的打击动力学模型。将脱粒过程描述为打击初始时刻、黏滞接触、滑移接触等阶段,引入增减接触约束法,分阶段建立动力学方程,并给出了碰撞搜索算法和状态切换准则。通过自行编制的C语言仿真程序,计算获得了不同脱粒滚筒转速下,脱粒齿打击谷物时的法向打击力、切向揉搓力以及在打击过程中脱粒齿的振动和变形。对纵轴流柔性脱粒滚筒模型进行了EDEM软件仿真和试验验证,结果表明:与普通刚性脱粒齿相比,柔性齿在打击中形成一系列持续的法向打击力和多次反复的微小切向揉搓力,有助于提高脱净率和降低籽粒损伤率。

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基于深度学习的轻量化田间昆虫识别及分类模型
袁哲明,袁鸿杰,言雨璇,李钎,刘双清,谭泗桥
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  1131-1139.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200116
摘要 ( 86 )   HTML ( 3 )   PDF(2778KB) ( 31 )  

由于田间昆虫环境的复杂性、昆虫类别间样本数量的不均衡性,现有田间昆虫自动识别和分类方法存在误识率高、效率低等缺点。本文基于轻量化深度学习模型提出了新的田间昆虫自动识别和分类算法。首先,对田间昆虫图像进行预处理,将其输入到轻量化算法中进行特征提取,通过多尺度特征融合输出不同尺寸的预测网络。然后,引入联合交并比进行田间昆虫自动识别和分类。最后,与其他算法进行了仿真对比实验,结果表明,本文算法的田间昆虫自动识别和分类正确率高、用时少、鲁棒性强,有效解决了昆虫堆积、背景干扰等问题,可实时、在线识别田间昆虫。

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仿蜂窝防护结构的承载特性
于征磊,信仁龙,陈立新,朱奕凝,张志辉,曹青,金敬福,赵杰亮
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  1140-1145.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200056
摘要 ( 95 )   HTML ( 1 )   PDF(1455KB) ( 40 )  

为满足对结构安全方面的要求,本文借鉴蜂窝结构强度比高、力学性能优异的特性,运用结构仿生学原理设计并建立了简化的仿直蜂窝、仿斜蜂窝和平板结构3种模型。在5种不同工况下利用有限元分析软件OptiStruct对3种模型进行了承载特性分析,运用3D打印技术制备3种模型,并对样件进行力学特性试验。根据模拟结果与试验数据对比分析得到以下结论:仿斜蜂窝结构各位置的应力数值相近,仿斜蜂窝具有良好力学传导特性;在相同质量情况下,仿斜蜂窝结构的承载能力较仿直蜂窝结构提高12%,较平板结构提高150%,其承载能力有着较大的优势,所以仿斜蜂窝结构较为合理。本文的研究实现了对仿蜂窝结构的承载性能分析,为防护结构轻量化设计提供了参考。

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基于月面表取采样触月压痕的月壤力学状态分析
王康,姚猛,李立犇,李建桥,邓湘金,邹猛,薛龙
吉林大学学报(工学版). 2021 (3):  1146-1152.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200108
摘要 ( 64 )   HTML ( 4 )   PDF(1242KB) ( 35 )  

以表取采样机械臂的触月传感组件与月表接触留下的压痕为研究对象,通过监视相机提取压痕的几何特征参数,结合偏最小支持向量机(LSSVM)建立评估月壤力学状态模型。采集压痕试验数据264组,按力学状态把数据随机划分为建模组和验证组,以压痕的深度、长边长、压痕周长和面积为输入变量,建立LSSVM模型,验证组预测精度分别为93.75%、83.33%和87.50%。结果表明,该模型可作为一种有效的判别手段,为表取采样深度的确定提供参考。

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