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基于能量转换原理的小天体多节点柔性着陆器控制方案

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中国科学:物理学力学天文学 2025年

作者：柴敬轩梅杰龚有敏郭许发马广富吴伟仁哈尔滨工业大学(深圳)空天科技学院哈尔滨工业大学(深圳)机电工程与自动化学院

由于小天体引力场不规则且微弱,常规着陆器在着陆时往往会面临弹跳问题,近期学界提出一种多节点柔性着陆器,有望解决着陆弹跳问题.但是新设计也带来了新的挑战,多节点柔性着陆器的多节点在柔性材料包覆下的控制问题就是其中之一.为解决... 详细信息

由于小天体引力场不规则且微弱,常规着陆器在着陆时往往会面临弹跳问题,近期学界提出一种多节点柔性着陆器,有望解决着陆弹跳问题.但是新设计也带来了新的挑战,多节点柔性着陆器的多节点在柔性材料包覆下的控制问题就是其中之一.为解决该问题,首先基于port-Hamilton (pH)系统建立了多节点柔性着陆器的动力学模型.考虑到节点在柔性体内的运动实际上是一种动能与弹性势能的转换,因此从能量平衡的角度出发提出了节点构型控制器.为使每个节点的下降轨迹符合着陆约束,提出了节点跟踪虚拟中心的控制框架,并以ZEM/ZEV的最优反馈制导律为例构建虚拟中心轨迹,进一步设计各节点对虚拟中心的跟踪控制器,然后根据Lyapunov理论证明了所提出控制器的稳定性.最后,以多节点柔性着陆器从悬停点到着陆目标点为场景构建仿真实验,仿真结果表明所提出的控制器具有良好的跟踪能力和构型控制能力,进一步通过蒙特卡罗实验验证了所提控制器的鲁棒性与适用性.

关键词：小天体附着多节点柔性着陆器 port-Hamilton系统跟踪控制构型控制

基于BP-ANN雨水中总磷在人工渗滤系统去除过程优化

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中国环境科学 2025年

作者：刘元坤曹塬琪于艾鑫李星郭晓天北京工业大学建筑工程学院

人工快速渗滤系统（CRI）因其工艺简单、成本低、能耗低的特点，在水处理领域应用广泛，但由于试验时间和成本较大，很难获得所有试验条件下的去除率。本文提出利用BBD响应面法（BBD-RSM）和反向传播人工神经网络（BP-ANN）算法对活性... 详细信息

人工快速渗滤系统（CRI）因其工艺简单、成本低、能耗低的特点，在水处理领域应用广泛，但由于试验时间和成本较大，很难获得所有试验条件下的去除率。本文提出利用BBD响应面法（BBD-RSM）和反向传播人工神经网络（BP-ANN）算法对活性炭吸附总磷（TP）的过程参数（接触时间、初始浓度、温度、pH值）进行了建模和预测，并结合遗传算法（GA）对BP-ANN模型中的反应条件进行优化。在BBD-RSM模型中，p值小于0.0001，模型可较好的对TP的去除过程进行预测，接触时间为TP去除率最显著的参数，TP吸附过程中各因素的相对影响顺序为：接触时间>pH值>温度>初始浓度。采用BP-ANN模型进行优化，最佳网络结构为4-8-1。通过敏感性分析表明，影响TP去除率的因素依次为接触时间（34.05%）>pH值（28.67%）>温度（19.56%）>初始浓度（17.72%）。基于BP-ANN模型，采用GA优化人工渗滤系统运行条件，对TP去除过程的优化结果为：接触时间为720.53 min、初始浓度为2.75 mg/L、温度为30.62 ℃、pH值为5，达到最佳去除率（99.63%）。通过试验验证分析，BP-ANN-GA较BBD-RSM的预测值与实验值相比拥有较高的R2（0.9939）和较低的RSME（1.2851），说明该模型具有更好的预测能力，可更好的描述人工快速渗滤系统对TP的去除过程。

关键词： BBD响应面法反向传播人工神经网络遗传算法总磷人工快速渗滤系统

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自动引线系统中旋转偏心检测与补偿方法

北京工业大学学报 2025年第1期51卷 1-12页

作者：王跃宗曲道多王盛逸北京工业大学机械与能源工程学院北京100124

在空心杯转子线圈的自动引线微操作系统中,线圈的几何中心很难与旋转台的回转中心重合,因此在旋转过程中产生偏心现象,进而导致线圈引线失败。为此,提出了一种检测和补偿线圈偏差的方法。从分析线圈偏心源出发,建立偏心数学模型,设计了... 详细信息

在空心杯转子线圈的自动引线微操作系统中,线圈的几何中心很难与旋转台的回转中心重合,因此在旋转过程中产生偏心现象,进而导致线圈引线失败。为此,提出了一种检测和补偿线圈偏差的方法。从分析线圈偏心源出发,建立偏心数学模型,设计了一种偏心模型与图像特征提取算法结合的偏差测量方法,并提出基于自动控制与补偿模型的校正方法。通过实验验证了模型的精确性以及偏心补偿的有效性,基于均方根误差的评价,模型对于偏差预测以及特征提取算法均具有较高的精度,补偿后的最大残余误差小于4μm,平均补偿幅度约为98.6%,引线实验展示了所提方法的优良性能。提出的偏心检测补偿方法具有精度高、复杂度低、效率高、实时性,以及嵌入式等优点,且在微操作以及微装配领域具有更合适、更广泛的应用。

关键词：空心杯转子线圈旋转偏心模型特征提取微操作微装配

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炭黑/黄原胶水基纳米流体的稳定性研究

化工进展 2025年

作者：谭晶尹志凡朱文雷尹宏远黄浩东徐逢时杨卫民安瑛北京化工大学机电工程学院

炭黑纳米流体因其优异的光学吸收性能和热性能，在光热转换领域具有广泛的应用潜力，但是炭黑纳米颗粒易团聚沉降等不稳定问题一直是限制炭黑纳米流体在工业领域应用和推广的关键因素之一。本文利用两步法制备炭黑/黄原胶水基纳米流体... 详细信息

炭黑纳米流体因其优异的光学吸收性能和热性能，在光热转换领域具有广泛的应用潜力，但是炭黑纳米颗粒易团聚沉降等不稳定问题一直是限制炭黑纳米流体在工业领域应用和推广的关键因素之一。本文利用两步法制备炭黑/黄原胶水基纳米流体，采用静置观察法、Zeta电位法、离心沉降法以及吸光度测量法对炭黑/黄原胶水基纳米流体的稳定性进行表征，并探究加入以黄原胶（XG）为分散剂的炭黑/黄原胶水基纳米流体在不同环境条件下的稳定特性。结果表明，加入质量分数为0.1%的黄原胶时，得到的炭黑/黄原胶水基纳米流体稳定性最好，所制备的纳米流体能稳定兼容多种炭黑浓度，并且黄原胶的加入可以显著提高炭黑/黄原胶水基纳米流体的耐盐性和耐冻融性，在较宽的PH范围和热循环的环境下均具有优异稳定性。

关键词：纳米流体黄原胶炭黑稳定性

基于羟基化Janus碳纳米管的纳米流体导热特性研究

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物理学报 2025年

作者：李康睿王军夏国栋北京工业大学机械与能源工程学院传热与能源利用北京重点实验室

碳纳米管本身所具有的卓越导热性能，使得基于碳纳米管所制备的纳米流体也同样具有较高的热导率，同时在碳纳米管表面添加官能团能够有效增强水/碳纳米管纳米流体的稳定性。本文将羟基化碳纳米管构建成为Janus颗粒，基于平衡分子动力学... 详细信息

碳纳米管本身所具有的卓越导热性能，使得基于碳纳米管所制备的纳米流体也同样具有较高的热导率，同时在碳纳米管表面添加官能团能够有效增强水/碳纳米管纳米流体的稳定性。本文将羟基化碳纳米管构建成为Janus颗粒，基于平衡分子动力学模拟方法，计算了基于羟基化碳纳米管的纳米流体热导率，并对其导热机理进行分析。计算结果表明，在基液吸附层密度增长、颗粒布朗运动增强以及界面热阻降低等因素的共同作用下，基于羟基化碳纳米管的纳米流体具有比普通碳纳米管纳米流体更强的导热性能。羟基化碳纳米管构建的Janus颗粒在基液中具备更强的布朗扩散能力，因而可以进一步提高水/碳纳米管纳米流体的热导率。本文揭示了基于羟基化Janus碳纳米管的纳米流体导热机理，为新型传热工质制备提供参考。

关键词：纳米流体碳纳米管 Janus颗粒羟基分子动力学模拟

功能可恢复SFCB-ECC-混凝土桥墩抗震性能

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哈尔滨工业大学学报 2025年第1期57卷 13-23页

作者：白玉磊靳晓杰张玉峰韩世文城市与工程安全减灾教育部重点实验室(北京工业大学) 北京100124 哈尔滨工业大学(深圳)土木与环境工程学院广东深圳518055

为实现高耐久功能可恢复结构,设计了钢-FRP复合筋(steel-FRP composite bar,SFCB)替代钢筋,塑性铰区使用高延性水泥基复合材料(engineered cementitious composites,ECC)替代混凝土的新型组合柱。在0.13轴压比下,对SFCB-ECC-混凝土组合... 详细信息

为实现高耐久功能可恢复结构,设计了钢-FRP复合筋(steel-FRP composite bar,SFCB)替代钢筋,塑性铰区使用高延性水泥基复合材料(engineered cementitious composites,ECC)替代混凝土的新型组合柱。在0.13轴压比下,对SFCB-ECC-混凝土组合柱进行低周往复荷载试验研究。评估了SFCB中FRP体积分数(0%,43.6%,100%)和塑性铰区基体类型(ECC,混凝土)对组合柱抗震性能和可恢复性的影响。之后通过OpenSees进行了轴压比、SFCB配筋率和ECC强度的参数分析。结果表明:SFCB可使试件获得稳定的二次刚度,在2%位移角前,试件无需修复即可快速恢复原有功能;组合柱残余变形随SFCB中FRP体积分数增加而减少,但其初始刚度和峰值承载力也相应降低;在塑性铰区使用ECC可进一步减少残余位移,同时显著提高峰值承载力和延性;参数分析显示增大轴压比将提高SFCB-ECC-混凝土组合柱承载力,但会降低延性;随SFCB配筋率和ECC强度提高,组合柱承载力也相应增大;在实际工程中可合理设计SFCB和ECC材料特性以满足特定结构刚度、强度和可修复性的要求。

关键词：桥梁工程组合柱抗震性能 OpenSees 钢-FRP复合筋高延性水泥基复合材料可恢复

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基于生成式样本合成的工件缺陷样本数据增强

广东工业大学学报 2025年

作者：李晋芳肖立宝何明桐莫建清广东工业大学机电工程学院

针对深度学习模型在工业缺陷视觉检测领域中因样本稀缺而难以较好训练的问题，本文提出一种融合生成对抗网络(Generative Adversarial Network, GAN)和基于物理的渲染(Physically Based Rendering, PBR)流程的生成式样本合成方法用于数... 详细信息

针对深度学习模型在工业缺陷视觉检测领域中因样本稀缺而难以较好训练的问题，本文提出一种融合生成对抗网络(Generative Adversarial Network, GAN)和基于物理的渲染(Physically Based Rendering, PBR)流程的生成式样本合成方法用于数据增强。该方法以ConSinGAN为缺陷特征扩增模型，并通过引入坐标注意力机制(Coordinate Attention, CA)来优化鉴别器，使其能更精确识别图像中的缺陷特征。同时调整损失函数，引入重构损失与多尺度结构相似度损失的加权组合以缓解小样本训练中的梯度消失问题并提高生成质量。采用PBR流程输出扩增样本，首先为待扩增样本的工件构建三维模型，然后利用泊松融合将扩增的缺陷特征与原始模型贴图融合，最后在虚拟生产环境中通过虚拟相机渲染输出工件缺陷样本。在公共数据集下的实验结果表明该方法可以对给定的工件缺陷小样本进行有效数据增强。

关键词：数据增强生成对抗网络图像生成样本合成工件缺陷

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功率模块封装用环氧树脂改性技术的应用进展

电子与封装 2025年

作者：曹凤雷贾强王乙舒刘若晨郭褔北京工业大学材料科学与工程学院北京工业大学重庆研究院北京信息科技大学机电工程学院

环氧树脂因其优异的电气绝缘性、机械强度和耐高温性能，成为功率模块封装材料的首选。随着功率模块的集成度提升和服役环境的严苛化，对环氧树脂的性能要求不断提高。本文从环氧树脂的分类、改性及其在功率模块封装中的应用三个方面进... 详细信息

环氧树脂因其优异的电气绝缘性、机械强度和耐高温性能，成为功率模块封装材料的首选。随着功率模块的集成度提升和服役环境的严苛化，对环氧树脂的性能要求不断提高。本文从环氧树脂的分类、改性及其在功率模块封装中的应用三个方面进行总结，并指出了环氧树脂面临的挑战以及未来发展方向。改性后的环氧树脂可以提升功率模块封装的热管理能力、绝缘性能、耐腐蚀性和抗翘曲能力等。未来的研究方向包括耐高温封装材料的开发、环保和多功能环氧树脂的探索，以及新材料和新工艺的结合。

关键词：环氧树脂功率模块封装改性技术热管理能力绝缘性能

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典型工业城市O3污染成因及控制策略研究

中国环境科学 2025年

作者：蒋凯侯晓松程水源北京工业大学环境科学与工程学院区域大气复合污染防治北京市重点实验室

本研究以典型工业城市邢台市为对象，基于2018-2022年的空气质量监测数据和气象数据，分析了O3的污染特征.通过地理探测器方法，研究了气象因素与前体物对O3污染的单独及联合影响.利用空气质量模型评估了O3生成的敏感性，并采用EKMA曲... 详细信息

本研究以典型工业城市邢台市为对象，基于2018-2022年的空气质量监测数据和气象数据，分析了O3的污染特征.通过地理探测器方法，研究了气象因素与前体物对O3污染的单独及联合影响.利用空气质量模型评估了O3生成的敏感性，并采用EKMA曲线确定不同控制区的最佳减排比例.研究表明，邢台市月均浓度呈“倒V型”，在6月出现O3浓度高峰期，1月和12月出现O3浓度低值，变化幅度为37.16～199.28μg/m3，不同季节O3小时浓度及变化幅度大小均为夏季＞春季＞秋季＞冬季.各驱动因素对地面O3浓度影响存在显著的季节差异.在年度时间尺度上，气象因素对O3污染的影响高于前体物.温度和太阳辐射是O3浓度上升的主要正向驱动因素，而湿度和降水是主要的负向驱动因素.春夏季节，CO和NO2为正向驱动，秋冬季则相反.邢台市中心城区及周边部分区县，以及清河县和临西县被确定为VOCs控制区，西北部和中东部区县则为VOCs和NOx协同控制区，VOCs与NOx的最佳减排分别为1.5:1和1:1.研究结果可为工业城市O3污染的控制策略提供重要理论依据.

关键词：邢台市 O 污染地理探测器 WRF-CAMx 敏感性分析