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基于单摄像机立体视觉的电弧增材工艺过程分析

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基于单摄像机立体视觉的电弧增材工艺过程分析

作者：武子琴河北科技大学

学位级别：硕士

电弧增材制造技术以其材料利用率高、沉淀效率高、设备运行成本低等特点得到广泛关注,其中,冷金属过渡（Cold Metal Transfer,CMT）电弧增材是直接成形大型复杂构件的重要方法之一。在现代工业的发展下,对金属增材制造零部件质量的要求... 详细信息

电弧增材制造技术以其材料利用率高、沉淀效率高、设备运行成本低等特点得到广泛关注,其中,冷金属过渡（Cold Metal Transfer,CMT）电弧增材是直接成形大型复杂构件的重要方法之一。在现代工业的发展下,对金属增材制造零部件质量的要求越来越高,而视觉传感技术可以通过图像处理获取熔池视觉特征与增材制造成形之间的关系,为增材制造质量的控制提供有效的方法。本文采用基于单摄像机的立体视觉系统对CMT电弧增材过程中的熔池进行拍摄,通过图像处理和算法计算获取增材中熔池三维表面形貌及熔敷层尺寸,探究工艺参数和成形缺陷对熔敷层尺寸的影响。首先设计了一套基于双棱镜的单摄像机立体视觉系统,实现了熔池虚拟立体图像对的获取;阐述了立体视觉系统的标定原理,使用张正友标定法对整个系统进行标定;为方便后续的图像对立体匹配计算,对图像对进行了极线校正。使用棋盘格标定板对单摄像机立体视觉系统进行精度测量,其二维平面上最大误差率为0.7%。首次使用变分立体匹配算法（Variational Stereo Matching Algorithm）实现了CMT电弧增材制造过程中的熔池图像对匹配计算,包含变分法能量方程构建、泛函转变及能量方程的求解计算。对比局部立体匹配算法（Sum of Absolute Differences Matching Algorithm,SAD）、半全局立体匹配算法（Semi-Global Matching Algorithm,SGM）和变分立体匹配算法计算结果发现,针对无纹理区域,变分立体匹配算法能够得到准确的熔池视差图。进而研究了不同工艺参数时CMT电弧增材制造熔敷层尺寸的变化,通过对熔池图像进行高斯滤波、反二值化、闭操作的膨胀与腐蚀、边缘轮廓的查找及宽度的提取得到熔敷层宽度尺寸,与激光扫描仪获得的熔敷层宽度尺寸进行对比,两种方法获得的尺寸变化规律一致,且宏观金相熔敷宽度与熔池宽度误差优于2.5%;将熔池视差图转换为三维点云图,通过对熔池尾部凝固区域熔敷高度最大值处的点与基板平面的距离计算得到熔敷层的高度值,与扫描熔敷层点云中的高度值进行对比计算,得到立体匹配算法重建点云熔敷层高度值与真实熔敷层的误差优于4.6%。通过对增材过程中飞溅、塌陷或驼峰、焊道不均等缺陷的视差图计算发现,当缺陷形成时,视差图可准确显示熔敷层宽度的变化。

关键词： CMT电弧增材制造视觉传感立体视觉熔敷层尺寸熔池

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多丝电弧增材制造研究现状

金属加工（热加工） 2021年第7期 8-14,19页

作者：吴涛武子琴闫欢毛亚宁汪殿龙梁志敏王立伟河北科技大学材料科学与工程学院河北石家庄050018 河北省材料近净成形技术重点实验室河北石家庄050018

近年来,随着增材制造技术的蓬勃发展,越来越多的学者开始关注电弧熔丝增材制造技术,其中多丝电弧增材制造技术相比于传统的单丝电弧进一步提高了熔敷效率并易于多合金成分调控,得到了密切关注。主要介绍了为均衡多丝电弧增材制造技术熔... 详细信息

近年来,随着增材制造技术的蓬勃发展,越来越多的学者开始关注电弧熔丝增材制造技术,其中多丝电弧增材制造技术相比于传统的单丝电弧进一步提高了熔敷效率并易于多合金成分调控,得到了密切关注。主要介绍了为均衡多丝电弧增材制造技术熔敷效率与热输入之间的关系和控制熔滴平稳过渡而进行的创新与改进,总结了多丝电弧增材制造异质多丝合金化的研究现状,并分析了多丝电弧增材制造技术目前所面临的问题以及未来研究目标与发展趋势。

关键词：多丝增材制造熔敷效率热输入异质合金化金属材料

基于间歇控制的分布式多智能体系统的分组一致性研究

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基于间歇控制的分布式多智能体系统的分组一致性研究

作者：武兆琴天津职业技术师范大学

学位级别：硕士

近年来,鉴于多智能体系统在计算机科学、通讯网络、交通管理以及编队控制和最优化等多个领域得到了广泛应用,大量的研究人员开始专注于多智能体系统协同控制问题的深入研究。在多智能体网络中,一致性问题是一个典型的多智能体网络的分... 详细信息

近年来,鉴于多智能体系统在计算机科学、通讯网络、交通管理以及编队控制和最优化等多个领域得到了广泛应用,大量的研究人员开始专注于多智能体系统协同控制问题的深入研究。在多智能体网络中,一致性问题是一个典型的多智能体网络的分布式协调控制问题。它旨在设计一些适当的协议和控制策略,使所有的智能体可以收敛到稳定状态。然而随着环境、情境、合作任务甚至时间的变化,智能体的收敛状态会有所不同,但是上述提到的问题大部分是基于连续的状态信息。在实际情况中,由于各种限制,包括通信延迟、网络不稳定性和成本等因素,获得系统状态信息可能不是连续的,这就导致了间歇控制问题的产生。本文研究了基于间歇控制的几类多智能系统组一致性问题,论文的主要结果如下:(1)考虑了二阶多智能体系统的非周期间歇通信的多组领导跟踪一致性问题,由于个体之间只能在通信时间内进行通信,在断开的时间内不能进行信息交换,得到了有向固定拓扑下设计的间歇控制方案,以及针对二阶多智能体系统的组一致性问题提出的充分条件,得到了系统能够实现组一致性时在整个时间段内进行通信的最大范围。最后,通过仿真实例进一步验证了结论的正确性。(2)考虑了基于非周期间歇通信的二阶非线性多智能体系统的组一致性问题,在实践中,系统会受智能体动力学和自身内在动力学的影响,引入了非线性项来描述每个智能体的固有状态。考虑了非线性系统和领导跟随问题,提出了一种在非周期性间歇通信下新的间歇一致性协议,保存了通信资源,同时减少了控制更新次数。基于一些必要的条件对系统的耦合矩阵进行了假设,通过李雅普诺夫稳定性理论、舒尔补引理和代数图论等相关工具,进行了收敛性分析,得到了确保二阶非线性多智能体系统实现组一致性的充分条件。最后通过数值模拟验证了结果的准确性。(3)考虑带有观测器的间歇控制下的二阶多智能体系统组一致性问题,在多机器人的协同控制中,由于与邻居的交互是间歇性的,同时也会出现机器人的速度也测量不出来的情况,因为为了节省成本,它没有配备速度传感器,受上述应用的启发,由于领导者的速度无法测量,故设计了一个观测器来通过跟随者的速度去估计领导者的速度,针对固定拓扑下的非线性多智能体系统,设计了一种分布式间歇一致控制协议。给出了多智能体系统中每组跟随者都能渐近达到领导者的充分条件。最后给出了仿真实例进行说明。

关键词：多智能体系统间歇控制观测器组一致性非线性系统

7N01铝合金多层CMT焊对接头组织与力学性能的影响

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金属加工（热加工） 2021年第4期 47-50页

作者：陈圣龙武子琴朱晋良王立伟梁志敏河北科技大学材料科学与工程学院河北石家庄050018 河北省材料近净成形技术重点实验室河北石家庄050018

通过对CMT焊后金相、硬度和拉伸试验等试验数据分析,研究了7N01铝合金多层CMT焊对接头组织与力学性能的影响。结果表明:各个焊道的分界线明显,整体呈"碗状",焊缝金相组织由上至下晶粒逐渐变细。焊接接头分为三个晶区,即细晶区、柱状晶... 详细信息

通过对CMT焊后金相、硬度和拉伸试验等试验数据分析,研究了7N01铝合金多层CMT焊对接头组织与力学性能的影响。结果表明:各个焊道的分界线明显,整体呈"碗状",焊缝金相组织由上至下晶粒逐渐变细。焊接接头分为三个晶区,即细晶区、柱状晶区和等轴晶区。在焊接接头横断面上,焊缝区、熔合区和热影响区的硬度分布较为均衡,底部的硬度值最小为71HV,从下至上逐渐增大。焊接接头的抗拉强度平均值为260.2MPa,断面收缩率为4%,断裂位置在热影响区,为韧性断裂。

关键词： 7N01铝合金 CMT焊多层多道焊金相组织力学性能

工艺参数对Al-Si合金CMT增材制造组织和力学性能的影响

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沈阳大学学报（自然科学版） 2021年第1期33卷 1-9页

作者：王立伟武子琴胡虎安陈圣龙朱晋良河北科技大学材料科学与工程学院河北石家庄050018 河北科技大学河北省材料近净成形技术重点实验室河北石家庄050018

通过设置不同的层间停留时间、送丝速度和增材速度,对增材制造单道多层的直壁墙试样进行了金相、硬度和拉伸试验,在平行和垂直于增材2个方向上研究了工艺参数对Al-Si合金CMT增材制造组织和力学性能的影响.结果表明:在层间停留时间为60 s... 详细信息

通过设置不同的层间停留时间、送丝速度和增材速度,对增材制造单道多层的直壁墙试样进行了金相、硬度和拉伸试验,在平行和垂直于增材2个方向上研究了工艺参数对Al-Si合金CMT增材制造组织和力学性能的影响.结果表明:在层间停留时间为60 s时,得到的微观组织最好,多为等轴晶;随送丝速度的增大,晶粒逐渐变大;随增材速度的增大,晶粒逐渐变小.送丝速度为3和4 m·min-1时,硬度较高,当送丝速度为4 m·min-1和增材速度为50 cm·min-1时,平行和垂直于增材2个方向上的抗拉强度和延伸率的差异最小,这时断口表面有很多深浅形状不一的韧窝,接头具有较好的塑性,断裂方式为韧性断裂.因此,Al-Si合金CMT增材制造较优的工艺参数为:层间停留时间为60 s,送丝速度为4 m·min-1,增材速度为50 cm·min-1.

关键词： Al-Si合金 CMT增材制造电弧微观组织力学性能

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高炉喷吹重整焦炉气工艺分析及减碳潜力研究

化工学报 2024年第6期75卷 2344-2352页

作者：常成功宋皓楠雷飞霞狄子琛程芳琴山西大学资源与环境工程研究所山西太原030006

钢铁行业碳排放占我国碳排放总量的14%~18%,是工业领域排放量最高的部门。高炉-转炉工艺钢铁产量占我国钢铁总产量的89%,工艺流程长,吨钢碳排放达2 t。基于高炉-转炉工艺的碳减排是钢铁行业实现脱碳目标的关键。基于能质平衡模型,分析... 详细信息

钢铁行业碳排放占我国碳排放总量的14%~18%,是工业领域排放量最高的部门。高炉-转炉工艺钢铁产量占我国钢铁总产量的89%,工艺流程长,吨钢碳排放达2 t。基于高炉-转炉工艺的碳减排是钢铁行业实现脱碳目标的关键。基于能质平衡模型,分析焦炉气及重整焦炉气用于高炉喷吹对高炉直接还原度、理论焦比值等工艺参数的影响,系统评估该工艺有望产生的高炉二氧化碳减排效益。结果表明,提高富氢气喷吹量和温度可有效降低焦比;而相同喷吹量条件下提高氢纯度,由于热补偿原因,焦比会有所上升。当焦炉气被重整为97.9%的富氢气体时,可实现高炉减碳34.62%,相比直接喷吹焦炉气,减碳潜力提升17.76%。碳减排主要得益于焦比降低和喷吹气碳质元素减少。高炉气发电也是减碳的关键环节,当喷吹气氢纯度由59.0%提升至97.9%时,该环节碳减排量由9.04%提升至10.85%。通过将焦炉气重整有望突破高炉喷吹富氢气体减碳潜力上限,具有潜在推广价值。

关键词：模型焦炉气二氧化碳氢碳减排

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焦化行业碳氢资源利用潜力与低碳路径评价

化工进展 2024年第5期43卷 2862-2871页

作者：狄子琛雷飞霞常成功陈文慧程芳琴山西大学资源与环境工程研究所山西太原030006

中国焦炭产量达4.73×10^(8)t,副产焦炉气约2×10^(11)m^(3)。焦炉气富含H_(2)、CH_(4)和CO等碳氢资源,对其有效利用并衔接上下游产业的氢能需求,有望产生显著的产业链减碳效益。本研究构建全国焦化企业的空间地理坐标和产能数据库,针... 详细信息

中国焦炭产量达4.73×10^(8)t,副产焦炉气约2×10^(11)m^(3)。焦炉气富含H_(2)、CH_(4)和CO等碳氢资源,对其有效利用并衔接上下游产业的氢能需求,有望产生显著的产业链减碳效益。本研究构建全国焦化企业的空间地理坐标和产能数据库,针对典型焦化企业开展物质流、碳流分析,系统比较焦炉气不同利用路径的环境影响、碳减排效益及碳氢资源利用率,提出优化的焦炉气利用策略。结果表明,我国焦化企业集中度较低,山西省是独立焦化企业最多的省份,企业规模在2×10^(6)t以下;河北、辽宁、吉林、江苏等地则主要以钢焦联合企业为主,主要为大型焦化企业。焦化行业副产大量焦炉气,可产氢气达1×10^(11)m^(3)。生命周期评价结果表明,焦炉气用于化工转化和还原剂高炉喷吹相比作燃料直接发电均可有效降低碳排放,尤其制氢路径和高炉喷吹路径的全球变暖潜值减少量分别是制甲醇路径的5倍和67倍。此外,在各种焦炉气利用路径中,总环境影响从高到低依次为制甲醇、发电、制LNG、制合成氨、制氢、高炉喷吹。结合各焦炉气利用路径分析与钢、焦企业空间分布,山西省等地独立焦化企业较多,可优先考虑向焦炉气制氢方向转型。而有条件发展钢焦联合发展区域,如河北、辽宁、吉林、江苏等地,向高炉喷吹焦炉气工艺改造转型,更有利于产生行业间协同效益,有效推动减污降碳发展。

关键词：焦炉气碳氢资源生命周期分析碳减排潜力焦钢耦合

基于AMPK/mTOR通路介导自噬探讨中医药治疗心力衰竭的机制研究进展

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中国实验方剂学杂志 2024年

作者：毛文君张艳张伟王雅琴袁子阳辽宁中医药大学沈阳药科大学辽宁中医药大学附属医院

心力衰竭（heart failure，HF）是一种由心脏功能障碍引起心室泵血功能受损的一组综合征，严重影响患者的健康和生活质量。HF的发病机制复杂，包括心肌收缩力减退、心肌细胞纤维化和心室重构等多个方面，并与神经内分泌调节、炎症反应... 详细信息

心力衰竭（heart failure，HF）是一种由心脏功能障碍引起心室泵血功能受损的一组综合征，严重影响患者的健康和生活质量。HF的发病机制复杂，包括心肌收缩力减退、心肌细胞纤维化和心室重构等多个方面，并与神经内分泌调节、炎症反应及心肌细胞自噬等多种因素有关。自噬是一种细胞通过自我降解的方式，以维持机体稳态的重要调节机制。在HF的进程中，适度的自噬能够清除老化和受损的心肌细胞、维持心肌能量代谢平衡，而异常的自噬则可能会导致心肌细胞的功能减退和病理性改变。腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）/哺乳动物雷帕霉素哺乳靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）则是调控自噬的经典通路之一，可以通过调控AMPK/mTOR信号通路介导心肌细胞自噬过程，起到保护心脏功能，延缓HF进程的作用。中医药在历史长河中不断发展和创新，有着独特的理论体系，并在与现代医学的交汇下表现出卓越的疗效与广泛的应用前景。临床实践中，中医药在治疗心血管疾病方面有着丰富经验，大量国内外研究表明，许多中药有效成分、中药复方及中成药可以通过调节AMPK/mTOR信号通路介导自噬以达到治疗HF的目的。笔者从AMPK/mTOR信号通路介导自噬的作用机制出发，阐释该机制在治疗HF过程中的关键作用，并基于中医相关理论探讨对自噬、AMPK/mTOR信号通路和HF的理解，同时对中医药通过AMPK/mTOR通路调控自噬治疗HF进行了综述，以期深入挖掘中医药在心血管疾病治疗中的潜力，为后续实验研究提供理论支持，并在临床上展现中医优势，实现更加精准化的治疗。

关键词： AMPK/mTOR信号通路自噬中医药心力衰竭研究进展

基于AMPK/mTOR信号通路介导自噬探讨中医药治疗心力衰竭的机制研究进展

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中国实验方剂学杂志 2024年第21期 112-122页

作者：毛文君张艳张伟王雅琴袁子阳辽宁中医药大学辽宁中医药大学附属医院沈阳药科大学

心力衰竭（HF）是一种由心脏功能障碍引起心室泵血功能受损的一组综合征，严重影响患者的健康和生活质量。HF的发病机制复杂，包括心肌收缩力减退、心肌细胞纤维化和心室重构等多个方面，并与神经内分泌调节、炎症反应及心肌细胞自噬等... 详细信息

心力衰竭（HF）是一种由心脏功能障碍引起心室泵血功能受损的一组综合征，严重影响患者的健康和生活质量。HF的发病机制复杂，包括心肌收缩力减退、心肌细胞纤维化和心室重构等多个方面，并与神经内分泌调节、炎症反应及心肌细胞自噬等多种因素有关。自噬是一种细胞通过自我降解的方式，以维持机体稳态的重要调节机制。在HF的进程中，适度的自噬能够清除老化和受损的心肌细胞、维持心肌能量代谢平衡，而异常的自噬则可能会导致心肌细胞的功能减退和病理性改变。腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）/哺乳动物雷帕霉素哺乳靶蛋白（mTOR）则是调控自噬的经典通路之一，可以通过调控AMPK/mTOR信号通路介导心肌细胞自噬过程，起到保护心脏功能，延缓HF进程的作用。中医药在历史长河中不断发展和创新，有着独特的理论体系，并在与现代医学的交汇下表现出卓越的疗效与广泛的应用前景。临床实践中，中医药在治疗心血管疾病方面有着丰富经验，大量国内外研究表明，许多中药有效成分、中药复方及中成药可以通过调节AMPK/mTOR信号通路介导自噬以达到治疗HF的目的。笔者从AMPK/mTOR信号通路介导自噬的作用机制出发，阐释该机制在治疗HF过程中的关键作用，并基于中医相关理论探讨对自噬、AMPK/mTOR信号通路和HF的理解，同时对中医药通过AMPK/mTOR通路调控自噬治疗HF进行了综述，以期深入挖掘中医药在心血管疾病治疗中的潜力，为后续实验研究提供理论支持，并在临床上展现中医优势，实现更加精准化的治疗。

关键词：腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)/哺乳动物雷帕霉素哺乳靶蛋白(mTOR)信号通路自噬中医药心力衰竭研究进展