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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
    逸夫教育大楼B823室
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2023年, 第53卷, 第4期 刊出日期:2023-04-01
上一期   
综述
机电装备载荷谱外推技术研究进展及发展趋势
于立娟,安阳,何佳龙,李国发,王升旭
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  941-953.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20211226
摘要 ( 986 )   HTML ( 29 )   PDF(1529KB) ( 813 )  

在梳理、分析国内外机电装备载荷谱外推最新研究成果的基础上,针对机电装备运行过程中的载荷形式及载荷特性,综述了时域载荷外推、雨流域载荷外推(参数雨流外推、非参数雨流外推和雨流矩阵外推)和分位点外推等载荷外推技术的研究进展和对比分析。在大数据的时代背景下,讨论了机电装备载荷谱外推技术的潜在方向与发展趋势。

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车辆工程·机械工程
高原状态下甲醇替代率对柴油机燃烧与排放的影响
王建,于威,王斌
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  954-963.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210813
摘要 ( 701 )   HTML ( 10 )   PDF(1196KB) ( 851 )  

模拟了10 m、700 m及2400 m海拔压力,通过试验探究不同海拔对柴油/甲醇二元燃料发动机缸内燃烧与排放的影响,试验工况为1800 r/min下25%、50%和75%负荷。结果表明:发动机在25%负荷下,2400 m海拔及40%甲醇替代率时会导致缸内出现失火,使峰值压力降低,滞燃期延长,扩散燃烧缩短;在50%与75%负荷下,海拔高度与甲醇替代率的增加使缸内峰值压力明显上升,各工况燃烧持续期随着甲醇替代率的增加而缩短,随海拔的增加而延长。相比于10 m海拔纯柴油模式,在各海拔及甲醇替代率下,发动机的滞燃期最大延长27.01%,最大缩短28.99%;燃烧持续期最大延长22.79%,最大缩短43.20%;CA50前移8.55%~21.82%,缸内平均燃烧温度上升1.45%~23.83%。在50%和75%负荷下,发动机有效热效率随海拔的升高而降低、随甲醇替代率的增加而升高;在25%负荷下,呈现出更复杂的变化规律。污染物排放中,随着甲醇替代率的增加,同一负荷下NO x 与烟度同时降低,但HC与CO同时增加;而随着海拔增加,常规污染物排放几乎都呈上升趋势。本研究内容可以为高原地区柴油/甲醇二元燃料发动机缸内燃烧与排放提供参考价值。

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板簧式弹性金属车轮胎面弹片结构优化
金敬福,董新桔,贾志成,王康,贺连彬,邹猛,齐迎春
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  964-972.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20220234
摘要 ( 557 )   HTML ( 7 )   PDF(1968KB) ( 493 )  

针对现有板簧式弹性金属车轮容易产生应力集中或塑性变形现象,对胎面出现应力集中和大变形原因进行了分析。建立了常规拱形胎面、双边弧形胎面结构三维模型,运用有限元分析方法,对2种胎面在平压、胎面中部承压、胎面单侧承压3种工况下的变形和受力状态模拟,分析表明,胎面两端固定的连接方式会对胎面的受力情况产生影响,造成胎面局部刚度过大或承载能力不足的缺陷。根据仿真结果进一步优化,提出耦合弹性胎面结构,改变胎面两端固定约束,将胎面径向位移转移到轮毂轴向外扩,通过轴向位移实现径向位移的拓展。有限元模拟表明,在3种相同工况下,耦合弹性胎面结构可获得更大的径向变形,且胎面具备均匀刚度,变形连续,不产生应力集中区域。试制了耦合弹性金属车轮,并进行车轮承压试验,结果表明耦合弹性胎面结构可有效扩大车轮的径向位移能力,且胎面具备足够的刚度,验证了设计耦合弹性胎面结构的优势。

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嵌入控制油腔的静压主轴轴心运动主动控制分析与试验
陈淑江,徐春望,路长厚,王康
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  973-981.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210779
摘要 ( 524 )   HTML ( 12 )   PDF(2108KB) ( 329 )  

为了进一步提高机床主轴的回转精度,在不增加主轴机械结构复杂度的情况下,通过控制主动单面薄膜节流阀,主动调整嵌入控制油腔的静压轴承的油膜力,对主轴的径向运动进行控制。基于雷诺方程以及流量守恒方程得到轴承油膜力,建立了主轴轴心运动的理论模型。基于PID控制器进行了主轴径向回转误差主动控制的理论和实验研究,对比分析了不同类型载荷条件下的主轴轴心运动控制情况。结果表明,在定载荷条件下,该主动控制静压主轴系统能够将轴心保持在目标位置;在动载荷条件下,轴心运动幅度能够得到有效降低且运动中心相比于无控制的情况更靠近目标位置。

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吸能与压溃位移约束下的轨道车辆前端结构抗撞性优化
李本怀,刘艳文,王璐,陈雪乾,左文杰
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  982-988.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210824
摘要 ( 542 )   HTML ( 5 )   PDF(1735KB) ( 235 )  

中车长春轨道客车股份有限公司于2021年完成了世界首次在轨工况下的整列动车组被动安全碰撞试验,但是对轨道车辆前端吸能结构碰撞优化方法的研究还有待深入。本文首先对结构碰撞优化所采用的等效静态载荷法进行了介绍。其次,建立了前端吸能结构的参数化有限元模型,并进行了试验验证。最后,采用等效静态载荷法对吸能结构进行了碰撞工况下的优化设计,优化目标为整体结构质量最小,设计变量为部件的板厚,约束条件为结构吸能达到指定值时,压溃位移不超过许可值。工程算例表明:等效静态载荷法可高效求解轨道车辆吸能结构的抗撞性优化问题,为动车的被动安全设计提供了解决方案。

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基于粒子群优化算法长短时记忆模型的刀具磨损预测方法
吴飞,农皓业,马晨浩
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  989-997.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210778
摘要 ( 703 )   HTML ( 20 )   PDF(1507KB) ( 1106 )  

为确保车削加工的表面质量和加工稳定性,实现对车刀磨损状态的实时准确监控,提出了基于小波阈值去噪、长短时记忆(LSTM)网络和粒子群优化算法(PSO)的刀具磨损状态预测模型。采用改进多项式阈值函数对刀具加速度振动信号进行去噪,构建了优质的信号输入样本。训练长短时记忆网络对刀具后刀面磨损值进行预测和磨损状态分类。利用粒子群优化算法对网络进行参数寻优,结果表明,提出的PSO-LSTM模型在预测和分类精度方面均优于未优化的LSTM网络。

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空冷中冷器百叶窗翅片结构参数优化
李胜,朱佳,黄德惠,陈存福,费洪庆,丰伟,胡兴军
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  998-1006.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210797
摘要 ( 843 )   HTML ( 29 )   PDF(1831KB) ( 1224 )  

基于中心复合设计对空冷中冷器百叶窗翅片的3个几何参数开窗角度、翅片间距和百叶间距,进行三因素五水平的试验设计,然后建立以传热特性Nu和流动阻力特性f为目标函数的完全二阶回归模型,并采用响应曲面法分析各结构参数的影响重要性,最后根据多目标遗传算法进行寻优计算。结果表明:传热特性主要受翅片间距影响,而阻力特性受开窗角度影响最大,多目标优化得到一组Pareto解集,决策者可以根据实际需求在Pareto解集中进行选取。

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基于NSGA⁃II的斜齿轮宏观参数多目标优化
杨红波,史文库,陈志勇,郭年程,赵燕燕
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1007-1018.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210836
摘要 ( 877 )   HTML ( 11 )   PDF(1682KB) ( 1178 )  

针对齿轮系统在初始设计阶段存在传递误差波动量大,进而导致的振动噪声突出等问题,提出了一种齿轮副宏观参数多目标优化方法。基于势能法和切片法推导出了斜齿轮传递误差解析计算公式,并以齿轮副总重合度最大、传递误差波动量最小和齿轮副总体积最小为优化目标,以齿轮宏观参数为设计变量,以带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)为优化算法,建立了齿轮系统宏观参数优化模型。以某二级减速齿轮系统为算例,采用优化模型对齿轮副宏观参数进行了优化设计,基于MASTA软件对优化前、后的动力学指标进行了仿真。结果表明,不同工况下,经过宏观参数优化后的齿轮系统啮合传递误差波动量、系统传递误差波动量和轴承座振动位移幅值均得到不同程度的降低,系统动力学性能得到整体改善。

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交通运输工程·土木工程
基于V2I通信的交叉口车辆碰撞预警方法
赵睿,李云,胡宏宇,高镇海
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1019-1029.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210764
摘要 ( 877 )   HTML ( 16 )   PDF(1202KB) ( 923 )  

面向交通事故高发比例的无信号交叉口场景,提出了一种基于V2I通信的车辆碰撞预警方法,以保障行车安全。首先,提出路段与冲突区域匹配方法,筛选存在碰撞风险的车辆与冲突区域;在此基础上,提出两级冗余碰撞预警方法,包括用于车辆进入交叉口前的一级动态碰撞距离检测(DDTC)算法以及车辆进入交叉口后的二级圆形区域碰撞检测(CATC)算法。该方法通过网联信息弥补自车感知局限性,通过冲突区域匹配与安全距离过滤提高检测效率,通过动态距离差阈值设置提高检测准确率。基于NHTSA交叉口场景集的测试结果表明,该方法与具代表性的时间差法与距离差法相比,漏报率分别降低了约16%和6%,误报率分别降低了约88%和48%,检测时间均降低了约74%,具备更高的准确性和高效性。

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定位噪声统计特性未知的变分贝叶斯协同目标跟踪
陈小波,陈玲
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1030-1039.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210776
摘要 ( 456 )   HTML ( 3 )   PDF(1233KB) ( 362 )  

为增强定位噪声统计特性未知情况下协同目标跟踪的可靠性,提出一种联合估计目标和协同车状态以及定位噪声统计参数的贝叶斯模型。为实现递推估计,设计了在线变分贝叶斯推断算法。仿真结果表明,当定位噪声的统计特性未知且随时间动态变化时,该算法可以有效提高目标跟踪的精度,与单车跟踪相比,协同跟踪误差可以降低18.7%~23.6%,与其他协同算法相比,误差可以降低4.8%~9.7%。

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基于共享单车骑行轨迹的骑行质量识别方法
胡莹,邵春福,王书灵,蒋熙,孙海瑞
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1040-1046.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221426
摘要 ( 671 )   HTML ( 19 )   PDF(1335KB) ( 868 )  

基于共享单车骑行轨迹数据,提出了路网匹配以及骑行质量快速识别的方法。首先,以隐马尔科夫模型(HMM)的匹配算法为基础,提出了改进的骑行轨迹数据匹配方法。然后,基于密度聚类算法识别轨迹停驻点集,利用停驻点集的特征以及定位数据规律实现了关键参数的计算,给出了轨迹数据路网匹配的算法流程。最后,利用匹配后的轨迹数据,提出了基于离群检验的路段骑行质量快速识别方法。以北京市某区域为对象进行了案例分析,并通过沉浸式骑行体验和骑行环境调查相结合方式,验证了本文方法的准确性为87.7%。

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考虑能量消耗的纯电动物流车柔性时间窗路径规划问题
孙宝凤,刘娇娇,姚天姿,任欣欣
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1047-1059.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210822
摘要 ( 558 )   HTML ( 14 )   PDF(1007KB) ( 922 )  

为提高物流企业收益,从模型驱动下的实验分析角度,研究了柔性时间窗约束下的纯电动物流车路径规划问题(EVRP-FlexTW)。首先,提出了考虑启动-制动的纯电动物流车能量消耗模型,揭示纯电动物流车在行驶过程中的能量消耗规律;其次,考虑了能量消耗的影响,增加车辆载重、柔性时间窗和耗电量等约束,建立了总配送成本最低的纯电动物流车路径优化模型,并设计了蚁群算法求解模型。行驶速度、柔性时间窗对决策目标的敏感性分析表明:减小纯电动物流车的最大行驶速度,会得到更好的路径规划结果;满足柔性时间窗约束虽然付出了更大的行驶距离和耗电量,但能够达成降低总配送成本的目标;上述发现体现了模型和算法的有效性。

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商品车多式联运联盟成员选择及利益分配
贾洪飞,徐英俊,杨丽丽,王楠
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1060-1069.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210808
摘要 ( 544 )   HTML ( 2 )   PDF(555KB) ( 431 )  

为支撑商品车多式联运联盟的组建和发展,聚焦联盟成员选择和利益分配两个核心问题,通过分析我国商品车现有物流模式,确定商品车多式联运联盟组织形式。从运输能力、服务能力、信息处理能力、财务能力、应急能力5个方面建立了评价指标体系,将熵值法与物元分析模型相结合,构建了可用于筛选联盟核心成员备选企业的物元评价模型。用人工蚂蚁模拟联盟成员的分工合作,构建了适用于联盟成员间利益分配的蚁群劳工模型。最后,以企业实际运营数据为依托设计了案例,并进行了应用研究。结果表明:本文所提出的模型和方法能够较好地解决商品车多式联运联盟核心成员选择与横向联盟成员见的利益分配问题,支撑商品车多式联运联盟的组建与运作。

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交通需求估计下的检测器布局和手机数据扩样推断
孙超,尹浩为,汤文蕴,褚昭明
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1070-1077.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210782
摘要 ( 447 )   HTML ( 1 )   PDF(1003KB) ( 578 )  

基于出行样本数据估计的城市交通起讫点(OD)需求需要进一步扩张到全体出行者数量上,运用数学规划理论研究了检测器布局策略和扩样系数推断方法。考虑路段和路径覆盖信息最大原则,提出检测器布局模型以确定最优的检测器布设数量和位置。根据布设检测器上的观测路段流量,建立扩样系数推断双层规划模型,其中上层目标函数最小化观测流量与待估流量之间的偏差,约束为扩样系数、OD需求和路段流量之间的解析关系,下层采用随机用户均衡分配获取OD-路段关联比例。设计了逐次动态识别检测器和迭代算法分别求解检测器布局与扩样系数推断模型。通过算例表明,整合的检测器布局与扩样系数推断模型估计的扩样系数精度为0.01,建立的检测器布局模型可以用来确定改装检测器的最优策略,设计的算法均可以快速收敛于均衡解。

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基于鲁棒优化的不确定需求下应急物资配送多目标决策模型
龙海波,杨家其,尹靓,赵学彧,向子权
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1078-1084.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20211416
摘要 ( 765 )   HTML ( 10 )   PDF(558KB) ( 857 )  

针对应急物资配送决策具有不确定性和突然性等特点,提出了一种基于多目标鲁棒优化不确定需求下的应急物资配送决策模型。在分析应急需求的随机性、应急物流设施点的需求不确定风险和路网中断风险的因素上,确定了以物资需求点的救援时间满意度之和最大、系统总成本最小以及物资到达需求点的救援时间之和最小为目标,构建了多目标鲁棒优化模型,并运用Matlab软件求解。以一个山区发生自然灾害作为突发事件为例,验证了多目标鲁棒优化模型的有效性和正确性。研究结果表明:不确定需求下应急物资配送中,决策者可以依据本文多目标鲁棒优化模型权衡利弊,制定出既具有应对风险能力,又能快速反应的救援方案

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车联网环境下考虑遵从程度的混合流量逐日均衡
常玉林,徐文倩,孙超,张鹏
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1085-1093.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210843
摘要 ( 489 )   HTML ( 4 )   PDF(1841KB) ( 319 )  

为研究网联车与非网联车混合交通中出行者的路径选择行为,根据出行者是否为网联车用户以及对车联网信息的遵从程度将出行者分为非网联车出行者、完全遵从信息的网联车出行者和不完全遵从信息的网联车出行者。三类出行者分别按照历史经验信息、车联网实时信息以及前两种信息的结合来更新出行路径,进一步运用交通网络理论建立考虑车联网信息遵从程度的混合逐日演化模型。通过算例发现,混合出行流量均衡状态下的路网稳定性优于随机用户均衡(SUE)均衡状态下的路网稳定性,同时出行者的出行时间到达稳定的天数短于随机系统最优(SSO)均衡状态下出行时间到达稳定的天数。遵从车联网信息出行者占比和网联车出行者对车联网信息的遵从程度是网络流量演变的主要影响因素。模型最终演化至SUE和SSO的混合均衡状态。

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基于数字图像相关技术的钢筋混凝土梁裂缝试验
熊二刚,巩忠文,罗佳明,范团结
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1094-1104.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210849
摘要 ( 608 )   HTML ( 4 )   PDF(3542KB) ( 410 )  

为探讨剪跨比对钢筋混凝土梁裂缝萌发和发展的影响,根据我国规范,设计了一组剪跨比分别为4.0、3.0、2.5、2.0的钢筋混凝土梁,利用数字图像相关(DIC)技术捕捉钢筋混凝土梁构件在荷载作用下裂缝萌发及发展的全过程,重现了钢筋混凝土梁在各级荷载作用下裂缝的分布及其宽度,并将试验结果与各国规范公式的计算结果进行对比。结果表明:DIC技术是一种较好的试验观测手段;裂缝的分布与剪跨比有着十分重要的联系,试验梁的宽度较大裂缝主要分布在纯弯段;同时,在纯弯段范围内裂缝的位置及宽度近乎均匀分布。这与各国混凝土结构设计规范中裂缝计算公式的建立依据基本一致。

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双柱式高墩桥梁整体稳定性的实用算法
兰树伟,周东华,陈旭,莫南明
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1105-1111.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210784
摘要 ( 515 )   HTML ( 5 )   PDF(884KB) ( 526 )  

从受压柱刚度激活程度出发,研究了轴力面积大小对非规则双层双柱式高墩桥梁体系临界力的影响,并找到了一些规律,建立了相应的双柱式高墩桥梁横桥向临界承载力的计算方法,使得双柱式高墩桥梁临界力的求解大为简化。推导了双柱式高墩桥梁横桥向结构临界力的计算公式,这些公式能考虑柱墩之间系梁的影响,弥补规范计算长度系数法的不足,为桥梁工程设计提供了快速计算的方法和公式。最后,选取了3个算例进行有限元计算验证,计算结果表明:该方法具有很好的精度及准确性,适用于任意节点荷载分布,可供工程设计和理论计算使用。

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干湿循环与交变荷载作用下混凝土硫酸盐侵蚀损伤
关博文,邸文锦,王发平,吴佳育,张硕文,贾治勋
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1112-1121.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210794
摘要 ( 662 )   HTML ( 7 )   PDF(2161KB) ( 439 )  

针对盐富集地区混凝土性能损伤问题,通过自主研发试验装置模拟干湿循环与交变荷载作用下混凝土硫酸盐侵蚀,采用超声无损检测、孔结构分析、化学分析法、应力-应变测试分析混凝土受硫酸盐侵蚀宏微观性能劣化规律。研究结果表明:交变荷载对低强度等级混凝土的侵蚀作用更为严重。交变荷载增加混凝土中有害孔含量,加速了微裂纹的扩展,促进了硫酸根离子传输,加重了受蚀混凝土损伤。基于干湿循环与交变荷载作用下受硫酸盐侵蚀混凝土应力-应变曲线,以损伤度为变量,提出了受硫酸盐侵蚀混凝土相对峰值应力以及应变随损伤度变化的拟合方程。

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温缩作用下双层连续配筋混凝土路面配筋率设计参数对比分析
杨帆,李琛琛,李盛,刘海伦
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1122-1132.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210796
摘要 ( 624 )   HTML ( 2 )   PDF(1425KB) ( 535 )  

利用钢筋等效原理建立双层配筋CRCP在温缩作用下的数值模型并进行验证,在此基础上运用L50正交表设计数值仿真工况,以横向裂缝宽度bj、纵向钢筋应力极值σs,max和混凝土应力极值σc,max作为评价指标,对11项配筋设计参数进行敏感性分析和显著性排序。显著性分析表明,线膨胀系数、温降和配筋率、粘结刚度系数、钢筋弹性模量对CRCP力学响应影响较为显著,应作为双层配筋CRCP主要设计指标。在双层配筋CRCP的配筋率设计试算中,建议将配筋率ρ依次按照ρ∈[0.60%,0.80%]、ρ∈[0.80%,1.00%]、ρ∈[1.00%,1.20%]三个取值区间进行试算;将连续配筋混凝土(CRC)板体的1/3厚度处作为上层纵向钢筋和下层纵向钢筋的取值基点。

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回热对低温大质流密度实验系统能耗影响
徐振军,张瑞凤,陈嘉祥,张晓慧,密晓光,陈杰,陈林
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1133-1138.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210206
摘要 ( 371 )   HTML ( 1 )   PDF(758KB) ( 420 )  

以绕管式换热器为测试件,设计搭建了带回热的大质流密度流动传热特性实验系统。该实验系统包括主测试循环回路、冷却回路、控制系统和安全通风系统。本文实验系统能够覆盖的实验工况范围如下:蒸发压力为0.15~0.85 MPa,质流密度为20~120 kg/(m2·s),干度为0~1.0,热流密度为0~10 kW/m2,温度可达-180 ℃。构建了实验系统热力学模型,获得了实验工况条件下各节点温度、压力数据和设备负荷参数。对该系统能耗进行了对比分析,研究发现,有回热系统在各个干度情况下均比无回热系统的能耗低,干度为0.1时,能耗减少75%,在干度为0.5时,能耗减少43%,在干度为1时,能耗减少3%。

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计算机科学与技术
基于自监督学习的单目图像深度估计算法
白琳,刘林军,李轩昂,吴沙,刘汝庆
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1139-1145.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20220126
摘要 ( 935 )   HTML ( 21 )   PDF(1269KB) ( 632 )  

针对现有单目图像深度估计方法中存在估计效果较差等问题,为提升单目图像深度估计的有效性,设计一种基于自监督学习的单目图像深度估计算法。首先获取单目图像绝对深度特征、相对深度特征以及位置特征,采用深度差的对数作为损失函数,得到图像点对点的关联特征;然后采用表面法线损失函数处理深度图表面法线,降低图像表面波动,计算图像光度损失函数与两个图像之间的相似度;最后将单目图像输入到自监督学习网络,计算深度幅值,完成基于自监督学习的单目图像深度估计。实验主要分为客观评价和主观评价,在客观评价部分验证了本文估计算法深度预测的准确性达到了91.2%,深度图边缘误差仅为3%,该方法具备较高的准确性;在主观评价中验证了本文算法能够真实预测图形特征,有效提高图像深度估计效果。

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基于分割方法的繁体中文报纸文本检测
姜宇,潘家铮,陈何淮,符凌智,齐红
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1146-1154.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210829
摘要 ( 599 )   HTML ( 11 )   PDF(1386KB) ( 1075 )  

现阶段文本检测的研究主要面向自然场景数据集进行,针对繁体中文图像内嵌文本场景难以有效检测的问题,本文提出了一个基于分割方法的繁体中文报纸图像文本检测模型。该模型使用Resnet50和FPN作为特征提取网络,采用分割实例缩放加扩展算法的方法生成用于预测文本框的二值图,并提出了周围填补、循环检测加区域覆盖的方法增强检测效果。该模型针对自建繁体中文报纸数据集的实验结果的三项指标均在0.9左右,且相比于目前文本检测效果较好的DBNet的实验结果均提升了5%~7%,针对繁体中文报纸图像文本检测任务具有一定的优越性。

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基于多尺度特征的行人重识别属性提取新方法
于鹏,朴燕
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1155-1162.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20220327
摘要 ( 618 )   HTML ( 10 )   PDF(938KB) ( 602 )  

针对目前行人重识别存在背景混乱、遮挡干扰、姿势不对齐、解释性不足等问题,提出了一种基于多尺度特征的行人重识别属性提取新方法。通过中间层学习模块学习属性并按属性分组卷积,以增强模型的可解释性;通过选择对比中间的属性特征,减少干扰特征的影响。本文方法在3个常用的公开数据集上测试并与其他方法进行了对比,实验结果表明,该方法可以有效提取中间层的语义信息,并且在跨数据集上测试优于其他方法。

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基于部分最大可满足性问题的动态系统中最小故障检测隔离集求解方法
欧阳丹彤,孙睿,田新亮,张立明,刘萍萍
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1163-1173.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210792
摘要 ( 475 )   HTML ( 4 )   PDF(1008KB) ( 436 )  

选择一组能够检测并隔离所有故障的故障检测隔离集(FDIS)是动态系统基于模型故障检测与隔离(FDI)的重要步骤,该步骤通常要求FDIS的基数最小,即求解最小故障检测隔离集(MFDIS),MFDIS的求解时间随着问题规模增大呈指数级增长。BILP(Binary integer linear programming)完备方法是现行动态系统中通用和最高效的MFDIS求解方法,但该方法的求解效率有待提高。本文首次提出了基于部分最大可满足性问题(PMS)的MFDIS求解方法。提出极小超定方程集(MSO)的概念,将部分MSO集合用MSO等价集表示,以缩减问题规模。将MFDIS求解问题转化为PMS问题,进而提高求解效率。实验结果表明,本文方法将问题规模平均约简至原来的8.22%;与BILP方法相比,本文方法的求解效率提高了4.18~9.5倍。

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基于模糊近似度的隐私敏感数据过滤算法
方朝剑,胡新荣
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1174-1180.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20220081
摘要 ( 535 )   HTML ( 1 )   PDF(800KB) ( 272 )  

针对目前现有算法对隐私敏感数据进行过滤时,仅使用单一的近似度获取方法,在求取近似度时存在一定的局限性,导致平均绝对误差(MAE)值和均方根误差(RMSE)值高的问题,提出了一种基于模糊近似度的隐私敏感数据过滤算法。首先通过改进的局部敏感哈希算法E2LSH对数据进行降维处理,获取到更利于后续近似度计算的低维数据,然后采用Paillier同态加密算法在保证数据安全性的前提下对隐私敏感数据信息进行提取,最后构建梯形模糊评分模型,通过修正余弦相似性和皮尔森相关相似性的混合模型相似性算法对模糊近似度进行计算,完成对隐私敏感数据的过滤。分析实验结果可知,本文方法的MAE最低值低于0.82,说明该方法能够有效地降低MAE值和RMSE值,提升数据过滤效果。

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基于谱聚类的不确定数据集中快速离群点挖掘算法
康耀龙,冯丽露,张景安,曹素娥
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1181-1186.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20220087
摘要 ( 424 )   HTML ( 2 )   PDF(629KB) ( 235 )  

针对目前算法对数据进行离群点挖掘时,由于未能在数据挖掘前提取相关数据特征,导致该算法在进行数据挖掘时,存在挖掘时间长、挖掘效果差以及挖掘性能低的问题,提出一种基于谱聚类的不确定数据集中快速离群点挖掘算法。该算法先依据不等长序列计算数据的相似程度,并使用偏最小二乘法完成不确定数据集的特征提取;再基于谱聚类算法对数据特征进行计算,获取数据的离群指数;最后通过离群指数完成不确定数据集的离群点挖掘。实验结果表明,使用该算法挖掘数据离群点时,挖掘时间较短、挖掘效果较好、挖掘性能较高。

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通信与控制工程
基于猫群算法的震动感知周界安防系统
周求湛,冀泽宇,王聪,胡继康,李明明,陈禹竺,周险峰,刘萍萍
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1187-1199.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210811
摘要 ( 637 )   HTML ( 6 )   PDF(2345KB) ( 233 )  

针对传统周界安防系统入侵目标定位方法定位精度较差且常用的基于信号到达时间差(TDOA)定位方法在面对多组传感器情况难以确定最优解的问题,本文设计了基于猫群算法的震动感知智能周界安防系统。首先利用动圈式振动传感器采集入侵目标在浅地表产生的振动信号,并通过振动信号对入侵目标进行TDOA定位。然后通过猫群算法对TDOA初步定位结果进行优化。最后针对系统的不同应用场景,本文设计实现LoRa无线通信和北斗短报文无线通信两种通信模式,解决了系统在偏远地区部署的通信问题。为验证本文算法的有效性,设计了不同算法参数环境下的验证实验以及在实际环境下的测试实验。结果表明:本文算法优化的目标定位方法在浅地表震动波传播速度误差小于自身10%的情况下,平均定位误差小于1 m。算法定位误差相较于TDOA初步定位结果减小约46.9%。

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多属性融合分布式光纤导水裂隙带高度预测方法
冀汶莉,田忠,柴敬,张丁丁,王斌
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1200-1210.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20220051
摘要 ( 414 )   HTML ( 1 )   PDF(1927KB) ( 441 )  

针对上覆岩层导水裂隙带发育高度预测这个研究难点,以光纤监测覆岩变形模拟试验为基础,融合测点频移值、高度、覆岩岩性等因素,提出一种基于深度学习的导水裂隙带发育高度预测方法。先将测点频移值分解为随机、周期和趋势等分量,建立预测模型,叠加后再利用预测频移值变化特征推测导水裂隙带的发育高度。实验结果表明本方法预测的发育高度平均误差为11 mm,其精度控制在允许误差范围内。

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基于多模态自注意力网络的视频记忆度预测
吕卫,韩镓泽,褚晶辉,井佩光
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1211-1219.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210842
摘要 ( 583 )   HTML ( 5 )   PDF(1229KB) ( 783 )  

针对现有视频记忆度预测模型存在的仅利用单模态特征、多模态关联挖掘不充分、语义表示建模范式单一等问题,提出一种基于多模态自注意力网络的视频记忆度预测方法。本文方法由语义表示学习子网络和语义建模子网络构成。语义表示学习子网络利用生成对抗学习充分挖掘模态间关联并完成多模态信息的融合;语义建模子网络则采用自注意力机制,能够在凝练全局信息的同时最大程度地保留局部信息。在公开数据集上的实验结果表明本文方法的预测性能优于现有方法。此外,消融实验也进一步验证了本文语义表示学习及语义建模子网络在视频记忆度预测任务上的有效性。

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农业工程·仿生工程
残膜捡拾打包机的设计与试验
张学军,黄爽,史增录,于永良,周鑫城,靳伟,陈勇,洪佳
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1220-1230.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210788
摘要 ( 688 )   HTML ( 9 )   PDF(1543KB) ( 715 )  

为了减少农田残膜回收过程中造成的二次污染,降低残膜储运成本,实现农田废旧残膜的规范化管理,设计开发了一种残膜捡拾打包机构。该机构主要由传动系统、捡拾机构、刮板式卸膜机构、打包机构等组成。通过对残膜捡拾过程及受力进行分析,确定了弧形钉齿的安装角度和当前工作条件下的捡拾滚筒转速范围;分析了刮板式卸膜机构的刮膜过程,明确了刮板式卸膜机构的角速度范围;研究了残膜打包装置膜芯形成的水平输送、爬升和回抛3个阶段,分析了其运动过程中的受力,确定了促成膜芯形成的主要因素为后续残膜的推力和钢辊与残膜间的摩擦导送力。选择机具前进速度、捡拾滚筒转速、钢辊转速为试验因素,残膜捡拾率与成捆率为试验指标进行正交试验,得到了影响残膜捡拾率和成捆率因素的主次顺序为:机具前进速度>滚筒转速>打包钢辊转速,在保证残膜捡拾率的前提下,最大限度地提升成捆率,确定了残膜捡拾打包机的较优工作参数:机具前进速度为4 km/h,捡拾滚筒转速为60 r/min,钢辊转速为300 r/min,取较优工作参数进行田间验证试验得到残膜捡拾率和成捆率分别为90.3%和98.4%。残膜捡拾打包机运行平稳可靠,故障率低,具有较高的使用与推广价值。

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鲜食玉米仿生摘穗装置设计与试验
朱光强,李天宇,周福君,王文明
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1231-1244.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210767
摘要 ( 636 )   HTML ( 1 )   PDF(2057KB) ( 375 )  

针对现有鲜食玉米摘穗作业收获后果穗籽粒破损、掺杂茎叶等问题,模仿玉米果穗人工掰穗收获姿态,设计了一种鲜食玉米仿生摘穗装置,以降低果穗上籽粒损伤,减少功耗,提高收获质量,并对该摘穗装置进行了结构设计及参数分析。采用二次正交旋转组合试验,以摘穗辊转速、夹持机构倾角、夹持机构间隙、机组前进速度为影响因素,以籽粒破碎率、果穗含杂率、功耗为试验指标,并运用Design-Expert软件对试验数据进行方差和响应曲面分析,得到影响因素和响应曲面之间的数学模型及因素贡献率,并对模型进行试验验证。结果表明,当摘穗辊转速为465 r/min、夹持机构倾角为19°、夹持机构间隙为8 mm、机组前进速度为1.2 m/s时,对应的试验指标籽粒破碎率均值为0.88%、果穗含杂率均值为1.3%、功耗均值为3.1 kW,装置作业稳定性良好。田间试验结果表明,籽粒破碎率均值为0.87%、果穗含杂率均值为1.22%、功耗均值为3.0 kW,降低了果穗含杂率和损伤,减少了功耗,其性能满足鲜食玉米收获作业要求。

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基于灌溉引水渠介质的膜秆分离装置设计与试验
陈永,陈学庚,何浩猛,罗昕,余幸,胡斌
吉林大学学报(工学版). 2023 (4):  1245-1256.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210769
摘要 ( 326 )   HTML ( 6 )   PDF(2200KB) ( 241 )  

针对新疆秋季棉田机械化作业后地膜混合物存在的分离不彻底、效率低和能耗高等问题,提出基于灌溉用引水渠中的水为介质的膜秆分离方案并进行试验。通过数据处理建立试验因素与评价指标间的拟合回归方程,方差分析探究各因素及其交互作用的影响规律,软件寻优获得最佳参数组合:导流板安装角度为33.75°,膜秆喂入量为67.452个,膜秆回收网安装位置为24 cm,位移差为25.76 cm,经试验验证,与寻优预测值相对应的相对误差分别为6.28%、7.89%和28.95%,膜秆损失率为10.00%,回收网中含杂率为3.72%,样机装置性能可靠。该研究可为膜杂分离方法及装置结构参数优化设计提供相关理论依据。

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