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基于VRX的无人水面船智能控制虚拟仿真实验平台设计

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实验技术与管理 2024年第8期41卷 121-128页

作者：张宇李洪宇王宗省山东科技大学海洋科学与工程学院山东青岛266590

船舶智能控制课程实践环节通常需要高投入且具有较高风险,虚拟仿真技术可以为学生提供了一个低成本、无风险的学习环境。该研究设计了一套基于VRX的无人水面船智能控制虚拟仿真实验平台,构建了无人水面船模型的基本结构并确定控制算法... 详细信息

船舶智能控制课程实践环节通常需要高投入且具有较高风险,虚拟仿真技术可以为学生提供了一个低成本、无风险的学习环境。该研究设计了一套基于VRX的无人水面船智能控制虚拟仿真实验平台,构建了无人水面船模型的基本结构并确定控制算法与无人船的通信方案;针对所使用的无人船建立其运动学模型和动力学模型,并根据实验结果对模型进行修正;设计了基于反步法的轨迹跟踪控制器,对算法的轨迹跟踪效果进行系统测试。通过三维虚拟场景展示了无人船跟踪航行过程,运行效果表明该虚拟仿真实验平台为学生提供了一个安全便捷的实践应用平台,有助于激发学生的学习兴趣。

关键词：无人水面船智能控制虚拟仿真实验教学

应力波作用下隧洞顶板围岩块体失稳滑动解析理论研究

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力学学报 2024年第1期56卷 183-197页

作者：王晓山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590

由于地质结构和开挖面的影响,隧洞围岩通常被切割成不同形状和尺寸的块体.其中,一些关键块体在开挖卸载后仍然保持稳定,但当受到应力波(如爆破振动和地震等)的干扰时可能会失去稳定性并滑动.基于应力波传播理论推导了隧洞围岩顶板矩形... 详细信息

由于地质结构和开挖面的影响,隧洞围岩通常被切割成不同形状和尺寸的块体.其中,一些关键块体在开挖卸载后仍然保持稳定,但当受到应力波(如爆破振动和地震等)的干扰时可能会失去稳定性并滑动.基于应力波传播理论推导了隧洞围岩顶板矩形关键块体动力失稳滑动解析模型,在计算块体滑动位移过程中,考虑了块体间节理的不同闭合-张开模式,并采用线弹性模型和库仑滑移模型来描述节理的法向和切向行为.通过UDEC数值模型验证了解析模型的有效性和可靠性.随后,基于解析模型探讨了可能影响块体失稳滑动的参数.研究结果表明:在应力波作用下,隧洞围岩块体间节理面会闭合-张开,在张开过程中节理面的摩擦力会逐渐降低,甚至为零,块体间节理面的超低摩擦和无摩擦阶段对块体滑动位移的影响最大;当应力波垂直作用于围岩块体结构面且强度足以诱使节理面张开时,影响块体滑动位移较大的参数是节理面初始法向应力、应力波振幅、频率和块体岩性,单周期正弦应力波下块体滑动位移的变化在0.659~1.502 mm之间;其次为节理初始法向刚度、块体尺寸,块体滑动位移的变化在0.15~0.168 mm之间.

关键词：应力波围岩块体失稳滑动节理解析模型

融合多源海洋大地测量数据的南海海底地形多层感知机反演

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1368-1382页

作者：周帅刘新李真祝程程袁佳佳李静静郭金运孙和平山东科技大学测绘与空间信息学院青岛266590 山东建筑大学测绘地理信息学院济南250101 安徽理工大学空间信息与测绘工程学院安徽淮南232001 地理信息工程国家重点实验室西安710054 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院武汉430077

本文融合SIO(Scripps Institution of Oceanography)发布的垂线偏差、重力异常和垂直重力梯度数据及NCEI(National Centers for Environmental Information)发布的船载测深数据,利用多层感知机神经网络(Multi-Layer Perceptron,MLP)建立南海海域(108°E—121°E,6°N—23°N)分辨率为1'×1'的海底地形模型(MLP_Depth).首先,将642716个船载测深控制点的位置信息与周围4'×4'格网点处的地球重力信息(垂线偏差、重力异常、垂直重力梯度)作为输入数据,将船载测深控制点处实测水深值作为输出数据,训练MLP神经网络模型,训练结束时决定系数R2为99%,平均绝对误差MAE为39.33 m.然后,将研究区域内1'×1'格网正中心点处的输入数据输入于MLP模型中,可得格网正中心点处的预测海深值.最后,根据预测海深值建立研究区域范围内分辨率为1'×1'的MLP_Depth模型.将MLP_Depth模型预测水深与160679个检核点处实测水深对比,其差值的标准差STD(75.38 m)、平均绝对百分比误差MAPE(5.89%)与平均绝对误差MAE(42.91 m)皆优于GEBCO_2021模型、topo_23.1模型、ETOPO1模型与检核点实测水深差值的STD(108.88 m、113.41 m、229.67 m)、MAPE(6.11%、6.94%、18.37%)与MAE(47.33 m、52.24 m、130.08 m).同时,为了研究不同区域内利用该方法建立的海底地形模型的精度,本文在研究区域内分别建立了A、B区域的海底地形模型(MLP_Depth_A、MLP_Depth_B).经过验证得:MLP_Depth_A、MLP_Depth_B相比于MLP_Depth模型具有更高的精度,更能反应海底地形的变化趋势.

关键词：多层感知机海底地形南海垂线偏差重力异常垂直重力梯度

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地形场景的地理空间认知与内容表达

地球信息科学学报 2024年第4期26卷 790-798页

作者：朱红春张怡宁徐月雪朱国灿宋词山东科技大学测绘与空间信息学院青岛266590

地球表面空间承载着诸多地理实体,随着时空大数据时代的到来,以还原论为基础、以独立分层建模为特征的传统信息描述方式越发难以描述地形及其关联环境要素所具有的海量信息、产生的复杂相互作用和呈现的时空变化规律,相关研究亟需以系... 详细信息

地球表面空间承载着诸多地理实体,随着时空大数据时代的到来,以还原论为基础、以独立分层建模为特征的传统信息描述方式越发难以描述地形及其关联环境要素所具有的海量信息、产生的复杂相互作用和呈现的时空变化规律,相关研究亟需以系统和整体的角度考察研究对象。针对这一问题,本文从场景学的视角对地形本体及关联环境要素的内容和相互作用开展系统的地理空间认知,提出了地形场景的概念,用于整体性地描述地形场景中的实体、联系与时空变化过程;分析了地形场景的要素构成和逻辑结构,使用时间、地点(空间)、事物、事件、现象为核心的更加整体化、语义化和逻辑化的要素对地形场景进行描述;对地形场景对象及其信息的内容构成进行解析和整理,创建了以“要素-对象-信息”为核心的结构描述框架,并对地形场景未来的发展与可能的技术应用进行了展望。地形场景的提出是场景学概念从整体表达朝向整体研究的一次探索,为进一步进行地形问题的场景化求解和表达奠定基础。

关键词：地形地形场景地理场景场景学地理信息地理空间认知内容表达地理规律

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煤自燃程序升温实验及其在实验教学中的应用

实验技术与管理 2024年第3期41卷 225-231页

作者：王刚杨宝东徐浩孙路路黄启铭山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 山东科技大学矿业工程国家级实验教学示范中心山东青岛266590

该文利用程序升温实验系统,对三种氧气浓度(20.9%、10%和7%)所代表的采空区散热带、氧化带、窒息带进行了煤样自燃发火实验,采集了不同温度阶段的气体产物,分析了温度及氧气浓度对气体产物浓度的影响,并对指标气体进行了详细分类和评估... 详细信息

该文利用程序升温实验系统,对三种氧气浓度(20.9%、10%和7%)所代表的采空区散热带、氧化带、窒息带进行了煤样自燃发火实验,采集了不同温度阶段的气体产物,分析了温度及氧气浓度对气体产物浓度的影响,并对指标气体进行了详细分类和评估。实验结果表明:交叉点温度CPT随着氧气浓度的升高而降低,干空气的交叉点温度为144.6℃,由经验关系计算得到的CPT值与实验数据相差仅6.08%;氧气浓度越高,临界温度越低,所产生的气体浓度越高;CO气体在不同的含氧环境下都是主要的氧化产物,可作为判断煤自燃发火的主要指标,C_(2)H_(4)和C_(3)H_(6)的产生表示煤体进入加速氧化状态,可作为判断煤自燃发火的辅助指标。

关键词：煤自燃程序升温氧气浓度交叉点温度指标体系

基于Z世代情感化需求的中式茶饮包装创新设计研究

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包装工程 2024年第16期45卷 235-244页

作者：宋美音王晨晰山东科技大学山东青岛266400

目的探究Z世代情感化设计下中式茶饮包装的创新设计形式,分析情感化需求与茶饮包装设计的融合策略,提高情感文化和品牌内涵的输出价值。方法首先了解年轻消费者对茶饮包装的情感需求,分析情感化设计与当代茶饮包装结合的设计现状,其次,... 详细信息

目的探究Z世代情感化设计下中式茶饮包装的创新设计形式,分析情感化需求与茶饮包装设计的融合策略,提高情感文化和品牌内涵的输出价值。方法首先了解年轻消费者对茶饮包装的情感需求,分析情感化设计与当代茶饮包装结合的设计现状,其次,通过构建情感化设计层级,分析Z世代群体在审美层面、功能层面和传播层面的情感需求,总结设计价值和设计策略,进行山住茶包装设计实践研究。结果创作出既符合Z世代情感需求,又能对传统文化推陈出新的茶饮包装设计。结论通过问卷调查、深度访谈和图案提取等方法,基于Z世代情感需求,对山住茶品牌包装进行创新设计实践,不但可以推进品牌文化和产品包装的协调统一,还可以助力传统文化在真正意义上的继承与创新。

关键词： Z世代情感化需求中式茶饮包装设计创新设计

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取向型微沟槽高速球铣加工制备方法及其减摩性能研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第1期44卷 30-39页

作者：高丽王祎扬黄为民王桂杰朱然周祥园山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590

探究直接利用高速球铣加工工艺制备取向型表面微沟槽织构的方法,并对该类型表面微织构的减摩性能进行研究.鉴于高速球铣加工工艺走刀路径灵活可变、表面材料残留几何尺寸与分布形态具备可控性的特点,利用Matlab仿真对高速球铣加工表面... 详细信息

探究直接利用高速球铣加工工艺制备取向型表面微沟槽织构的方法,并对该类型表面微织构的减摩性能进行研究.鉴于高速球铣加工工艺走刀路径灵活可变、表面材料残留几何尺寸与分布形态具备可控性的特点,利用Matlab仿真对高速球铣加工表面形貌进行预测,通过高速球铣加工试验验证仿真结果,并基于流体动压润滑理论,结合Fluent流体仿真分析与高速环-块摩擦磨损试验,对该类型表面微织构的减摩性能进行分析.当切削参数选用径向切深明显大于每齿进给量的组合时,高速球铣加工表面残留材料能够形成明显的微沟槽形貌,且微沟槽特征的取向可由球头铣刀的走刀路径进行控制;微沟槽承载能力与其取向密切相关,随着微沟槽取向角由90°减小至20°,负压区与正压区范围呈现扩大趋势,油膜内逆流效应逐渐减弱,动压效应逐渐增强,微沟槽承载能力提高了20.64%,表面摩擦系数由0.02845降低至0.02165;然而,当取向角过小时,负压区与正压区的范围过小,不能形成有效的收敛楔,微沟槽承载能力下降,表面摩擦系数上升.通过高速球铣加工工艺能够实现取向型表面微沟槽织构的可控制备,且该类表面的减摩性能与取向角α密切相关,在本文研究范围内,取向角为20°时表现出最小的摩擦系数与最高的油膜承载力.本文研究结果可为表面织构造型方法提供一种新思路,能够为满足零件表面的减摩需求提供很好的解决方法.

关键词：高速球铣加工表面织构取向型微沟槽动压润滑承载能力摩擦系数

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专业基础实验课程教学研究

实验科学与技术 2024年第1期22卷 101-106页

作者：朱天钰田秀娟山东科技大学材料科学与工程学院青岛266590

实验课程是工科类专业学生学习内容的重要组成部分。实验课程配备的资源应满足教学需求,但在实际操作中,仍然存在资源有限问题,如仪器台套数不足、可操作功能不丰富、创新思考空间有限等。针对山东科技大学材料科学与工程学院基础实验... 详细信息

实验课程是工科类专业学生学习内容的重要组成部分。实验课程配备的资源应满足教学需求,但在实际操作中,仍然存在资源有限问题,如仪器台套数不足、可操作功能不丰富、创新思考空间有限等。针对山东科技大学材料科学与工程学院基础实验课程有限资源的问题,对新能源材料与器件专业现有的实验课程资源进行归类和分析,提出了优化实验课程思路。根据实验学时和设备条件,将学习重点放在仪器认识、样品制备、参数选择、结果处理、技能和思路训练方面。在课程规划环节,优化实验课程安排和设备的配置;在知识回顾与学习环节,穿插了解应用实例;在操作仪器环节,设置思考项目、变量因素,让学生相互指导、找寻规律;在课前预习和课后自习环节,引入虚拟仿真技术、线上资源。这为专业技术实验、综合实验等课程的开展提供了新的思路。

关键词：基础实验实物资源虚拟资源有限资源课程优化

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煤体微观结构及瓦斯吸附特性实验与教学应用

实验技术与管理 2024年第4期41卷 193-199页

作者：徐浩王刚黄启铭孙路路刘义鑫山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 山东科技大学矿业工程国家级实验教学示范中心山东青岛266590

研究煤微观结构与其吸附瓦斯特性对瓦斯抽采和灾害防治具有重要意义。该文首先利用扫描电镜和能谱仪实验设备对煤样的微观形貌和元素分布进行了观测,之后用高温高压吸附仪开展了不同压力的煤粒等温瓦斯吸附实验,分析了煤样瓦斯吸附量随... 详细信息

研究煤微观结构与其吸附瓦斯特性对瓦斯抽采和灾害防治具有重要意义。该文首先利用扫描电镜和能谱仪实验设备对煤样的微观形貌和元素分布进行了观测,之后用高温高压吸附仪开展了不同压力的煤粒等温瓦斯吸附实验,分析了煤样瓦斯吸附量随时间的变化特性,并对瓦斯吸附/解吸经验公式进行了验证。实验结果发现:煤样表面存在大量孔隙、煤基质以及矿物质;煤样不同位置的元素分布各异,大都以碳氧元素为主;不同压力下瓦斯吸附量随时间先快速增加后缓慢增加直至趋于稳定,稳定条件下的瓦斯吸附量与压力成线性增加关系;实验数据与经验公式的拟合效果较好,侧面证明了经验公式的正确性,其中常数A和B与吸附压力成正比。学生对该实验的满意度在95%以上。

关键词：扫描电镜微观结构元素分布瓦斯吸附实验教学