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考虑表面效应时涂层纤维增强复合材料的动态有效力学性能

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工程力学 2024年

作者：郭强肖俊华燕山大学工程力学系燕山大学河北省重型装备与大型结构力学可靠性重点实验室

本文研究了SH波在横观各向同性的纳米涂层纤维增强复合材料中传播。基于Gurtin-Murdoch表面弹性理论，利用广义自洽模型(GSCM)和多重散射法给出了复合材料中波传播的有效相速度、衰减以及动态有效弹性常数，讨论了涂层的几何尺寸、材料... 详细信息

本文研究了SH波在横观各向同性的纳米涂层纤维增强复合材料中传播。基于Gurtin-Murdoch表面弹性理论，利用广义自洽模型(GSCM)和多重散射法给出了复合材料中波传播的有效相速度、衰减以及动态有效弹性常数，讨论了涂层的几何尺寸、材料常数、界面性能对复合材料动态有效力学性能的影响。分析表明：表面效应对复合材料动态有效力学特性的影响显著，纤维半径越小、涂层壁厚越大、波频率越高，表面效应就越明显。特别软或特别硬的涂层都会掩盖复合材料中纤维模量的作用，涂层界面性能的影响随着涂层模量增大而减弱。

关键词： SH波表面效应纳米复合材料广义自洽方法动态模量

大孔柚子型微结构光纤探针的表面增强拉曼散射性能研究

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 527-533页

作者：李佳轩付子珍曹茜清胡志国付兴虎付广伟金娃毕卫红燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室河北秦皇岛066004

随着光纤制备工艺以及纳米材料制备技术的发展,光纤探针已成为一种新型的表面增强拉曼散射(SERS)基底,通过在普通单模光纤或多模光纤上制备不同的结构并修饰相应的纳米材料,可以得到多种类型的光纤表面增强拉曼散射探针,并实现较好的检... 详细信息

随着光纤制备工艺以及纳米材料制备技术的发展,光纤探针已成为一种新型的表面增强拉曼散射(SERS)基底,通过在普通单模光纤或多模光纤上制备不同的结构并修饰相应的纳米材料,可以得到多种类型的光纤表面增强拉曼散射探针,并实现较好的检测效果。但受限于光纤本身的结构,普通光纤仅能利用端面或侧表面提供拉曼检测的“热点”区域,限制了其SERS性能的进一步提高。因此制备了大孔柚子型微结构光纤(MSF)表面增强拉曼散射(SERS)探针,其中大孔柚子型MSF SERS探针结构通过一段阶跃多模光纤与柚子型微结构光纤熔接制得。实验分别对自制的纳米银溶胶基底以及大孔柚子型MSF SERS探针的SERS性能进行检测。采用溶胶自组装法制备负载银纳米颗粒的MSF SERS探针,通过控制自组装时间制备不同光纤SERS探针(Ag/MSF-x,其中x为自组装时间,分别为15、30、45、60 min)。采用溶液检测方法,利用Ag/MSF-x探针对10^(-3) mol·L^(-1)的亚甲基蓝(MB)探针分子进行检测,通过比较相同条件下的增强效果筛选得到Ag/MSF-45探针。为进一步检测Ag/MSF-45探针的SERS性能,制备不同浓度的MB溶液,分别利用纳米银溶胶基底和Ag/MSF-45探针对其进行检测。实验结果表明,纳米银溶胶基底对MB的检测限(LOD)为10^(-6) mol·L^(-1),Ag/MSF-45探针对MB的检测限(LOD)为10^(-7) mol·L^(-1);拉曼信号的再现性结果表明纳米银溶胶基底以及Ag/MSF-45探针在各个特征峰处的RSD值均在合理范围内;在1619 cm^(-1)拉曼位移处对纳米银溶胶基底以及Ag/MSF-45探针检测MB的拉曼强度和浓度进行对数转换拟合,纳米银溶胶基底的拟合优度R2达0.91628,Ag/MSF-45探针的拟合优度R2达0.98848;纳米银溶胶基底和Ag/MSF-45探针的再现性结果表明,其在各个特征峰处的RSD值均处于合理范围,但Ag/MSF-45探针的各特征峰RSD值均小于纳米银溶胶基底,最大为13.89%;利用10^(-6) mol·L^(-1)的MB对Ag/MSF-45探针的增强因子(AEF)进行计算,Ag/MSF-45探针的AEF达到6.09×10^(6),表现出良好的增强效果。因此,基于大孔柚子型MSF SERS探针凭借独特的空气孔结构使其具有较高的灵敏度以及良好的再现性,且其SERS性能均优于纳米银溶胶基底,在农业、化学分析、生物检测等领域及大分子物质检测等方面应用前景广泛。

关键词：表面增强拉曼散射柚子型微结构光纤光纤探针纳米银溶胶亚甲基蓝

一种无传统防扭力臂的直升机旋翼操纵机构位置解分析

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机械工程学报 2024年第15期60卷 71-79页

作者：胡波高添胡国烽李涛赵金君燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室秦皇岛066004

直升机旋翼操纵机构是一种比较复杂的混联机构,此类混联机构的整机精准运动学全解研究尤为重要。提出一种新型的旋翼操纵机构,该机构采用一种2SPS+RPU+PS机构作为并联驱动模块,从而省去了传统机构中的防扭力臂,以该机构为例给出了此类... 详细信息

直升机旋翼操纵机构是一种比较复杂的混联机构,此类混联机构的整机精准运动学全解研究尤为重要。提出一种新型的旋翼操纵机构,该机构采用一种2SPS+RPU+PS机构作为并联驱动模块,从而省去了传统机构中的防扭力臂,以该机构为例给出了此类旋翼操纵机构的位置解全解。首先,分析了旋翼操纵机构约束力/矩,计算了其自由度。其次,通过理清机构中的几何和尺寸约束关系,得到了机构的约束方程。通过约束方程建立起桨距角和旋转倾斜盘位姿参数的耦合关系,结合Sylvester消元法得到了求解旋转倾斜盘位姿的解析模型,进而得到整体机构的运动学反解。再次,采用消元法求解了2SPS+RPU+PS机构的位置正解封闭解,通过上层机构的运动传递关系,得到了三个桨距角的表达式,从而完成了整体机构正解分析。最后,给出机构在一般位形下的位置解算例,实现了旋翼操纵机构的位置正反解精准求解。该研究为旋翼操纵机构的位置解研究提供了参考。

关键词：旋翼操纵机构混联机构运动学正解反解

时空特征校准和相关性解耦的骨架细粒度动作识别模型

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信号处理 2024年

作者：胡正平王昕宇陈代萍唐熙珩燕山大学信息科学与工程学院燕山大学河北省信息传输与信号处理重点实验室

针对骨架数据丢弃部分重要信息导致相关动作识别模型较难捕获动作序列的细微变化从而造成对细粒度动作类别识别率不足的问题，本文提出时空特征校准和相关性解耦的骨架细粒度动作识别模型，在基于GCN的主干网络中间层和输出层中分别引... 详细信息

针对骨架数据丢弃部分重要信息导致相关动作识别模型较难捕获动作序列的细微变化从而造成对细粒度动作类别识别率不足的问题，本文提出时空特征校准和相关性解耦的骨架细粒度动作识别模型，在基于GCN的主干网络中间层和输出层中分别引入时空特征校准模块和相关性解耦模块，提高模型对细粒度动作类别识别能力。首先，为动态校准特征空间中容易被错误分类的样本同时提高模型对时空信息表征能力，引入时空特征校准模块，该模块对特征进行时空解耦以丰富特征空间中的时空信息，并且利用对比学习方法在特征空间中动态发现并纠正被错误分类的细粒度模糊样本；随后，为降低特征相似性对最终分类造成的影响，引入相关性解耦模块，该模块在第一阶段强制所有特征样本彼此远离以达到去相关目的，并且在第二阶段使去相关后的特征与相应类别原型聚合进而使最终分类难度降低。本文所引入对比学习模块仅在模型训练阶段参与计算，不会对测试阶段带来计算负担。为验证模型有效性，本文在大型公开骨架动作识别数据集上进行实验，模型在NTURGB+D的X-Sub和X-View基准上识别准确率分别达到92.6%和96.8%，在NTURGB+D120数据集的X-Sub和X-Set基准上识别准确率分别达到89.2%和90.7%，相比于主流骨架动作识别模型有明显提升，实验结果表明，本方法能够提高模型对细粒度动作类别识别能力，具有一定优势。

关键词：对比学习细粒度分类动作识别骨架数据

碱渣-电石渣激发混凝土的基本力学性能与应力-应变关系

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材料导报 2024年第17期38卷 136-143页

作者：郭维超赵庆新邱永祥石雨轩王帅燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室河北秦皇岛066000 燕山大学城市固废无害化协同处置及利用河北省工程研究中心河北秦皇岛066000 燕山大学河北省土木工程绿色建造与智能运维重点实验室河北秦皇岛066000

碱渣、电石渣等碱性工业固废的大面积堆置引发了严重的环境污染问题,亟需拓展资源化利用渠道。本工作以先前开发的碱渣-电石渣协同激发矿渣-粉煤灰胶凝材料替代水泥制备了新型混凝土,研究了其抗压、抗拉、抗折等基本力学性能与单轴受压... 详细信息

碱渣、电石渣等碱性工业固废的大面积堆置引发了严重的环境污染问题,亟需拓展资源化利用渠道。本工作以先前开发的碱渣-电石渣协同激发矿渣-粉煤灰胶凝材料替代水泥制备了新型混凝土,研究了其抗压、抗拉、抗折等基本力学性能与单轴受压应力-应变关系。结果表明:新型混凝土的早期抗压强度相比水泥混凝土发展缓慢,可通过适宜的热养护(60~75℃@12 h)进行改善,且对后期强度不会产生不利影响。新型混凝土拉压比和折压比分别为0.102±0.006、0.137±0.007,均高于同等级的水泥混凝土。新型混凝土在单轴受压下具有比水泥混凝土更短的弹性上升段,更长的塑性上升段,峰值应力后延性略差。通过统计回归分别建立了标准抗压、轴心抗压、劈裂抗拉、抗折强度的预测模型以及单轴受压应力-应变关系,均与试验值吻合性较好,为这类新型混凝土的配合比设计、强度预测及工程应用奠定了理论基础。

关键词：碱渣电石渣混凝土力学性能应力-应变关系

ASE-ERNIE:一种基于ERNIE的中文指令动作序列生成方法

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计算机集成制造系统 2024年第5期30卷 1745-1753页

作者：赵逢达郭凡李贤善门旭静王彬燕山大学信息科学与工程学院新疆科技学院信息科学与工程学院河北省软件工程重点实验室

中文结构灵活多样，同样的语义有多种表达方式，在中文指令过长或存在多组动作的情况下，家庭服务机器人很难正确理解并做出响应。此外，家庭环境的中文指令解析研究在数据方面仍然稀缺。现有的方法不能准确提取出指令中包含的全部动作... 详细信息

中文结构灵活多样，同样的语义有多种表达方式，在中文指令过长或存在多组动作的情况下，家庭服务机器人很难正确理解并做出响应。此外，家庭环境的中文指令解析研究在数据方面仍然稀缺。现有的方法不能准确提取出指令中包含的全部动作序列。由此提出一种基于ERNIE方法的动作序列提取(ASE-ERNIE)模型来提取中文指令中的可执行动作序列，该模型通过动作类型和参数之间的关系提取指令信息，将动作序列的提取工作转化为序列标注任务。在指令中存在多组动作并且存在多个参数的情况下，依然能够提取出全部动作序列。通过实验验证了所提方法的有效性，动作序列提取任务的F1值达到了80.37%。

关键词：指令解析动作序列 ERNIE方法序列标注

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异温轧制钛/铝复合板温度控制及性能研究

稀有金属材料与工程 2024年第6期53卷 1693-1700页

作者：余超郭允畅肖子涵姜润五和志斌肖宏燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004

为实现钛铝异温轧制复合过程中钛板电磁感应加热时温度分布更均匀,设计不同的感应加热线圈组对钛板进行加热,使用有限元模拟了电磁感应加热中感应线圈的结构参数对温度场的影响,通过调节感应加热参数将钛板宽度方向温差控制在50℃以内,... 详细信息

为实现钛铝异温轧制复合过程中钛板电磁感应加热时温度分布更均匀,设计不同的感应加热线圈组对钛板进行加热,使用有限元模拟了电磁感应加热中感应线圈的结构参数对温度场的影响,通过调节感应加热参数将钛板宽度方向温差控制在50℃以内,形成较均匀的钛板温度。对钛板进行感应加热和测温试验,在较短时间的加热下形成了平均温度635℃,温差45℃以内的钛板温度,验证了仿真结果的正确性。对均匀性较好的高温钛板与室温铝合金板进行异温轧制,制备出界面剪切强度为63.3MPa的钛/铝复合板,并对制备出的钛/铝复合板结合性能的分布受温度均匀性的影响做了分析。

关键词：钛/铝复合板异温轧制感应加热温度控制线圈设计

生存进化阶段性搜索微粒群算法及其可靠性冗余分配优化应用

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计算机集成制造系统 2024年第6期30卷 1959-1971页

作者：姚成玉刘晓波陈东宁张运鹏吕世君燕山大学河北省工业计算机控制工程重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学先进锻压成型技术与科学教育部重点实验室河北秦皇岛066004

为高效解决含有异质冗余的多态系统(MSS)可靠性优化问题,并弥补微粒群优化(PSO)算法易早熟收敛的不足,从作用力方式和种群拓扑结构两方面对算法进行改进。改进PSO算法中单一的作用力方式,设置前后两个搜索阶段,对应两个搜索阶段分别构... 详细信息

为高效解决含有异质冗余的多态系统(MSS)可靠性优化问题,并弥补微粒群优化(PSO)算法易早熟收敛的不足,从作用力方式和种群拓扑结构两方面对算法进行改进。改进PSO算法中单一的作用力方式,设置前后两个搜索阶段,对应两个搜索阶段分别构造平衡引斥力方式和双层引力(个体和全局最优解引力、中间适应度微粒引力)方式,提出阶段性搜索微粒群(SPSO)算法;利用生物个体“择友而交”和优胜劣汰的生存体系构建生存进化(SE)拓扑结构,以结构演化和算法进化并行方式将该拓扑结构融入SPSO算法,提出生存进化阶段性搜索微粒群(SPSO-SE)算法,进一步提升算法的优化性能;利用Benchmark函数对所提算法与PSO的改进算法进行测试对比,结果表明,所提SPSO-SE算法具有更好的寻优能力。采用SPSO-SE算法对串-并联和桥式结构的多态系统的可靠性冗余分配问题进行优化,得到的系统结构费用更低、可靠度更高。

关键词：异质冗余多态系统微粒群优化算法作用力方式生存进化 Benchmark函数可靠性冗余分配问题优化

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同面阵列电极敏感场优化方法

计量学报 2024年第2期45卷 222-230页

作者：温银堂王凯张玉燕宗乐文潘钊燕山大学电气工程学院河北秦皇岛066004

同面阵列电极敏感场的非线性特性导致图像重建过程存在严重的不适定性,为提高同面3×4阵列电容成像系统的成像质量与稳定性,提出了一种数据降维并结合平方增敏的方法对敏感场进行优化。该方法依据最大熵原理实现敏感场的自适应降维寻优... 详细信息

同面阵列电极敏感场的非线性特性导致图像重建过程存在严重的不适定性,为提高同面3×4阵列电容成像系统的成像质量与稳定性,提出了一种数据降维并结合平方增敏的方法对敏感场进行优化。该方法依据最大熵原理实现敏感场的自适应降维寻优,重构得到的特征敏感场与实际敏感场具有更高的特征匹配度。另外,平方化的增敏方式可以增强敏感场特征数据与和非特征数据的对比度,同时还可以减弱敏感场矢量求解造成的特征边缘波动性。最后通过同面3×4阵列电容成像系统,设计了多组实验对所提优化方法的有效性进行验证,结果表明敏感场优化后的重建图像质量与稳定性明显提高。

关键词：无损检测电容成像同面阵列电容敏感场图像重建