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多孔钛合金拓扑优化设计及性能研究

稀有金属材料与工程 2024年第3期53卷 807-814页

作者：张永弟孙宝钰王伟志杨光河北科技大学机械工程学院河北石家庄050018

为了得到具有良好力学性能和高渗透性的钛合金多孔结构,需要在多孔结构的孔隙率与强度之间保持权衡。以人体膝关节胫骨假体为研究对象,首先,根据胫骨受力状态,采用拓扑优化设计并重构不同载荷工况下的抗压、抗剪单胞结构(TO-P1、TO-P2、... 详细信息

为了得到具有良好力学性能和高渗透性的钛合金多孔结构,需要在多孔结构的孔隙率与强度之间保持权衡。以人体膝关节胫骨假体为研究对象,首先,根据胫骨受力状态,采用拓扑优化设计并重构不同载荷工况下的抗压、抗剪单胞结构(TO-P1、TO-P2、TO-S1、TO-S2),与几种常见的基本单胞结构(bcc、fcc、rdc、dcc)进行研究比较;其次,通过对不同类型多孔钛合金进行压缩、剪切性能仿真,研究不同拓扑形态的多孔钛合金关于抗压、抗剪的力学性能,并采用SLM技术成型多孔钛合金压缩试件,验证了仿真分析的有效性;最后,选择力学性能较优的4种多孔钛合金进行渗透性分析。结果表明,TO-S2结构的抗压、抗剪力学性能和渗透性能最为出色,适合作为压剪载荷类植入物的多孔结构。

关键词：多孔结构拓扑优化 Ti6Al4V合金选区激光熔化力学性能渗透性能

基于SPR的液晶填充双D型PCF双参量传感器设计

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光学学报 2024年第9期44卷 247-257页

作者：范振凯孟俊皓褚世超河北科技大学信息科学与工程学院河北石家庄050018

提出了一种基于表面等离子体共振(SPR)原理的液晶填充的双D型光子晶体光纤(PCF)传感器,用于温度和折射率(RI)的双重检测。选用金作为金属对PCF中的两个大开环以及第二包层的4个气孔进行镀膜以激发SPR现象,实现了外部传感与内部传感的结... 详细信息

提出了一种基于表面等离子体共振(SPR)原理的液晶填充的双D型光子晶体光纤(PCF)传感器,用于温度和折射率(RI)的双重检测。选用金作为金属对PCF中的两个大开环以及第二包层的4个气孔进行镀膜以激发SPR现象,实现了外部传感与内部传感的结合,并进一步增强了SPR效应。为了实现温度与RI的双重检测,将温敏材料液晶E7填入中央大气孔形成纤芯,进而提升温度传感性能,通过上下两侧的大开环与待测分析液的接触实现折射率传感。使用全矢量有限元法,在完美匹配层条件下对传感性能进行了分析,并研究了中央液晶孔、小气孔及普通气孔的大小对传感性能的影响。仿真结果表明,所设计的传感器在温度为15~50℃、折射率为1.48~1.55的检测范围内具有良好的温度和RI传感性能。

关键词：传感器光子晶体光纤表面等离子体共振双重检测传感器双D型液晶

玉米-大豆复合种植模式下玉米根区细菌群落特征分析

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环境科学 2024年第8期45卷 4894-4903页

作者：宋瑶周斯豪牛宏进张晓旭黄亚丽邢明振陈晓波河北科技大学食品与生物学院石家庄050018 河北科技大学环境科学与工程学院石家庄050018 根力多生物科技股份有限公司邢台054001

为揭示玉米-大豆复合种植模式下玉米根区土壤理化特征和细菌群落结构的变化,解析复合种植引起的土壤理化因子与细菌群落动态变化的关系,以单作和复合种植条件下的玉米根区土壤和根系为研究对象,采用常规分析方法测定土壤理化性质和酶活... 详细信息

为揭示玉米-大豆复合种植模式下玉米根区土壤理化特征和细菌群落结构的变化,解析复合种植引起的土壤理化因子与细菌群落动态变化的关系,以单作和复合种植条件下的玉米根区土壤和根系为研究对象,采用常规分析方法测定土壤理化性质和酶活性,采用Illumina NovaSeq高通量测序技术测定土壤微生物群落结构和多样性.与单作相比,复合种植玉米土壤的电导率、有机质、速效钾、有效磷、全氮和土壤酶活性均显著升高,两种种植模式根际土壤细菌群落间的α多样性和β多样性差异显著.复合种植玉米根际土壤中有11个菌属的丰度显著高于单作,土壤全氮、有效磷以及过氧化物酶活性对玉米根际菌属分布贡献最大,其中unclassified Vicinamibacterales、unclassified Geminicoccaceae、MND1、unclassified Gemmatimonadaceae、Acidibacter、unclassified Vicinamibacteraceae、Sphingomon as和unclassified Comamonadaceae的丰度与全氮含量呈显著正相关.玉米-大豆复合种植主要影响玉米根际土壤的细菌群落,且具有良好的土壤培肥和微生物多样性调控作用,为合理套作和维持农业生态系统生物多样性提供理论依据和实践指导.

关键词：玉米复合种植模式土壤性质高通量测序微生物多样性细菌群落

POSS改性氧化石墨烯对涂层防腐和疏水性能的影响

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化工学报 2024年第5期75卷 1977-1986页

作者：赵璐璐唐二军邢旭腾刘少杰褚晓萌呼娜张泽河北科技大学化学与制药工程学院河北石家庄050018

通过有机硅化合物γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)自水解缩合制得有机-无机杂化材料笼型倍半硅氧烷(POSS),将其接枝到氧化石墨烯(graphene oxide,GO)上以克服GO的聚集,利用Boehm滴定法测定接枝率为98.3%,进一步负载锌离子制得复合纳米粒子... 详细信息

通过有机硅化合物γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)自水解缩合制得有机-无机杂化材料笼型倍半硅氧烷(POSS),将其接枝到氧化石墨烯(graphene oxide,GO)上以克服GO的聚集,利用Boehm滴定法测定接枝率为98.3%,进一步负载锌离子制得复合纳米粒子POSS/GO/Zn。通过FT-IR、XRD、Raman、NMR和SEM对POSS/GO/Zn结构及微观形貌进行了表征,并将其应用在水性环氧树脂(WEP)涂层材料中,电化学阻抗谱(EIS)和水接触角测试结果表明,所制得的纳米粒子的复合涂层具有优异的防腐和疏水性能,在3.5%氯化钠溶液中浸泡40 d后POSS/GO/Zn/WEP的阻抗值为8.33×10^(5)Ω·cm^(2),大于空白环氧涂层浸泡第一天的初始值1.46×10^(5)Ω·cm^(2),水接触角由48.42°增大至98.11°,涂层由亲水转为疏水特性,表明该材料在涂层材料中具有良好的应用潜能。

关键词：腐蚀表面纳米材料氧化石墨烯

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白洋淀夏季汛期入淀河流水体溶解性有机物的光谱特征及来源

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环境科学 2024年第5期45卷 2640-2650页

作者：孟佳靖窦红陈哲周石磊底怡玲武辰彬王晨光张家丰崔建升河北科技大学环境科学与工程学院河北省污染防治生物技术实验室石家庄050018 石家庄市环境监控中心石家庄050018

溶解性有机物(DOM)是全球最大的有机碳储存库,在天然水体的生物地球化学循环中起着至关重要的作用.河流是连接源头与受纳水体的过渡区,是进行DOM交换的关键环节.因此,运用紫外-可见光谱技术(UV-vis)和三维荧光光谱技术(EEMs)结合平行因... 详细信息

溶解性有机物(DOM)是全球最大的有机碳储存库,在天然水体的生物地球化学循环中起着至关重要的作用.河流是连接源头与受纳水体的过渡区,是进行DOM交换的关键环节.因此,运用紫外-可见光谱技术(UV-vis)和三维荧光光谱技术(EEMs)结合平行因子分析法(PARAFAC),分析了夏季汛期白洋淀流域府河、小白河、白沟引河和瀑河水体中溶解性有机物的光谱特征及其来源.结果表明,府河和小白河水体的a245和a355显著高于白沟引河和瀑河;E2/E3显示入淀河流水体DOM相对分子质量大小为:瀑河>白沟引河>府河>小白河.三维荧光通过PARAFAC共解析出3种组分,分别为类酪氨酸(C1)、陆源类腐殖质(C2)和类色氨酸(C3);各荧光组分间不存在差异(P>0.05),C2和C3组分在不同入淀河流间存在差异(P<0.05);易降解类蛋白质组分(C1+C3)占比高于类腐殖质组分C2.各入淀河流自生源指数BIX都大于1,腐殖化指数HIX都小于4,表明入淀河流水体自生源特征明显,腐殖化程度较弱;府河水体具有最高的FI指数(1.96±0.25)和最低的HIX指数(0.46±0.08),且沿入淀河流方向自生源特征逐渐加强,表明府河水体呈现更高的内源特征.经入淀河流水体DOM的荧光组分与特征参数相关性分析得出,府河水体与小白河水体相关性呈现相似关系,白沟引河水体与瀑河水体呈现相似关系;各入淀河流水体DOM的荧光组分与水质参数的相关性呈现明显差异,并且与水体氮、磷关联较强;经多元线性回归分析,各入淀河流在C1组分之间不存在显著差异,在C2组分和C3组分之间存在显著差异.综上所述,通过对夏季汛期入淀河流水体的DOM光谱特征及来源的研究,进一步认识了白洋淀入淀河流的碳循环过程.

关键词：白洋淀入淀河流溶解性有机物(DOM) 紫外-可见光谱(UV-vis) 三维荧光光谱(EEMs)

不同水文情景下白洋淀水体好氧反硝化菌群对水质因子的动态响应

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环境科学 2024年第6期45卷 3627-3637页

作者：孟佳靖张甜娜陈哲周石磊底怡玲武辰彬王晨光张家丰崔建升河北科技大学环境科学与工程学院河北省污染防治生物技术实验室石家庄050018

为探究不同水文情景下白洋淀水体好氧反硝化菌群的演变规律和驱动机制,基于水质调查和高通量测序技术,进行了水体水质因子分析、好氧反硝化菌群α多样性分析、物种组成和网络分析.结果表明,白洋淀水体呈弱碱性,丰水期水体T最高,DO最低,... 详细信息

为探究不同水文情景下白洋淀水体好氧反硝化菌群的演变规律和驱动机制,基于水质调查和高通量测序技术,进行了水体水质因子分析、好氧反硝化菌群α多样性分析、物种组成和网络分析.结果表明,白洋淀水体呈弱碱性,丰水期水体T最高,DO最低,冰封期T最低,DO最高.白洋淀水体在枯水期、丰水期、平水期和冰封期下NH_(4)^(+)-N、NO_(2)^(-)-N、NO_(3)^(-)-N、TN、高锰酸盐指数、Fe和Mn之间均存在显著差异(P0.05).不同水文情景下水体中最大的细菌门类为Proteobacteria,相对丰度较高的属为Magnetospirillum、Aeromonas、Pseudomonas、Azospirillum和Bradyrhizobium.此外,好氧反硝化菌群的α多样性均存在显著差异(P环境因子驱动机制进行研究,可为认识天然环境中好氧反硝化菌群演变机制提供依据.

关键词：好氧反硝化白洋淀水文情景网络分析水质因子

改进YOLOv5的无人机小目标检测方法研究

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计算机工程与应用 2024年第10期60卷 276-284页

作者：白宇周艳媛安胜彪河北科技大学信息科学与工程学院石家庄050018

无人机拍摄图像的小目标具有特征信息不明显、背景复杂和部分目标遮挡的特点,导致检测时会出现误检和漏检的问题。针对这些问题,提出一种改进YOLOv5的无人机小目标检测方法SDT-YOLOv5。首先对数据集图像进行切片处理,使得每个切片中小... 详细信息

无人机拍摄图像的小目标具有特征信息不明显、背景复杂和部分目标遮挡的特点,导致检测时会出现误检和漏检的问题。针对这些问题,提出一种改进YOLOv5的无人机小目标检测方法SDT-YOLOv5。首先对数据集图像进行切片处理,使得每个切片中小目标的占比变高,提高小目标的识别能力。其次采用动态解耦检测头,引入动态卷积和自适应感受野机制,同时将检测头的分类和回归分支解耦,以实现更强的特征表达和提取能力。最后提出了基于最小点距离的交并比损失的最佳传输分配方法。最小化预测边界框与真实边界框之间的左上角和右下角点距离,再基于边界框的位置信息和距离度量,以最小化总成本为目标,找到最优的真实边界框与预测边界框匹配方案,提高检测的准确性。在VisDrone2019数据集上进行实验,结果显示改进YOLOv5的mAP50值达到了58.5%,相比于原始YOLOv5的mAP50值提高了23.2个百分点。这表明改进方法有效地提高了无人机小目标的检测精度,能够更准确地检测到小目标。

关键词： YOLOv5 小目标检测检测头损失函数

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基于ATO-YOLO的小目标检测算法

计算机工程与应用 2024年第6期60卷 68-77页

作者：苏佳秦一畅贾泽王静河北科技大学信息科学与工程学院石家庄050018

小目标检测在计算机视觉领域具有重要意义,但现有方法在应对小目标的尺度变化、目标密集和无规则排列等挑战时经常出现漏检和误检的问题。为解决这些问题,提出基于改进YOLOv5算法的ATO-YOLO。为提升检测模型的特征表达能力,提出一种结... 详细信息

小目标检测在计算机视觉领域具有重要意义,但现有方法在应对小目标的尺度变化、目标密集和无规则排列等挑战时经常出现漏检和误检的问题。为解决这些问题,提出基于改进YOLOv5算法的ATO-YOLO。为提升检测模型的特征表达能力,提出一种结合注意力机制的自适应特征提取模块(adaptive feature extraction,AFE),通过动态调整权重分配突出关键目标的特征表示,提高目标检测任务在不同场景下的准确性和鲁棒性。设计一种三重特征融合机制(triple feature fusion,TFF),能够在不同尺度下充分利用多尺度信息,将多个尺度的特征图融合,以获取更全面的目标特征,提升对小目标的检测效果。引入一种输出重构模块(output reconstruction,ORS),通过去除大目标检测层并增加小目标检测层,实现精确定位和识别小目标,并且相对于原模型复杂度更低,检测速度更快。实验结果表明,ATO-YOLO算法在VisDrone数据集上的mAP@0.5达到了38.2%,较原YOLOv5提升了6.1个百分点,且FPS较改进前提升了4.4%,能够快速准确地对小目标进行检测。

关键词： YOLOv5 多尺度特征融合自适应特征提取小目标检测

面向工业表面缺陷检测的改进YOLOv8算法

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计算机工程与应用 2024年第14期60卷 187-196页

作者：苏佳贾泽秦一畅张建燕河北科技大学信息科学与工程学院石家庄050018

针对工业缺陷对比度低、周围干扰信息多导致的误检率和漏检率高的问题,提出一种基于改进YOLOv8的工业表面缺陷检测算法EML-YOLO。通过设计一种高效大卷积模块(efficient large kernel,ELK),在保留空间信息的同时提供多尺度的特征表示,... 详细信息

针对工业缺陷对比度低、周围干扰信息多导致的误检率和漏检率高的问题,提出一种基于改进YOLOv8的工业表面缺陷检测算法EML-YOLO。通过设计一种高效大卷积模块(efficient large kernel,ELK),在保留空间信息的同时提供多尺度的特征表示,从而提高模型的特征提取能力;提出多支路并行的特征融合模块(multi-scale context module,MCM),使得模型能够获取丰富的特征信息和全局上下文信息;在Neck模块中通过特征压缩和精简来减少模型的参数量和计算量,让模型更适用于资源有限的工业场景。采用GC10-DET和DeepPCB两个工业表面缺陷数据集来验证改进的EML-YOLO算法的有效性。实验结果表明,在GC10-DET数据集和DeepPCB数据集上,检测准确率上分别提高了4.3个百分点和2.9个百分点,参数量仅2.7×10^(6)。所提算法可以较好地应用于工业缺陷检测场景。

关键词：缺陷检测高效大卷积模块多尺度特征特征压缩 YOLOv8