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基于改进最小边际代价算法的多USV多AUV任务分配

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控制与决策 2025年第1期40卷 119-127页

作者：白小山佘桉奇郑心泉吴宗泽深圳大学机电与控制工程学院燕山大学电气工程学院

随着自主水下机器人(AUV)和无人水面艇(USV)在民用和军事领域的应用不断扩展, USV与AUV协同完成相关任务的作业模式受到了广泛关注.针对多USV和多AUV协同访问多目标点的任务分配问题进行研究,旨在最小化多USV和AUV系统访问所有目标点的... 详细信息

随着自主水下机器人(AUV)和无人水面艇(USV)在民用和军事领域的应用不断扩展, USV与AUV协同完成相关任务的作业模式受到了广泛关注.针对多USV和多AUV协同访问多目标点的任务分配问题进行研究,旨在最小化多USV和AUV系统访问所有目标点的总旅行距离.首先,建立考虑通信约束和AUV最大航程约束的多USV多AUV协同多点访问任务分配问题的数学模型,并对问题的NP-hard属性进行分析.其次,提出一个两阶段任务分配算法:1)先利用最小边际代价算法构建各USV访问完所有水面目标点的路径,再采用最近插入策略分配水下目标点; 2)通过多个邻域搜索算子对初始解进行优化,得到可行最终解.相对于已有流行的自组织映射算法,仿真实验表明所提出任务分配算法能在较短计算时间内得到质量较优的任务分配方案.

关键词：任务分配 USV-AUV协同启发式算法协同控制邻域搜索通讯约束

基于SCI-CA模型的船舶纵摇多维多步预测方法

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控制与决策 2025年第1期40卷 64-70页

作者：王宇超赵洵杨周琦傅荟璇哈尔滨工程大学智能科学与工程学院

海洋环境复杂多变,船舶航行容易受到风浪、洋流等因素的干扰,船舶运动具有非线性、耦合性等特点.针对传统的船舶运动姿态预测方法对时序数据的提取效率尚有不足,难以达到高精度预测效果的问题,提出样本卷积交互-通道注意力(SCI-CA)神经... 详细信息

海洋环境复杂多变,船舶航行容易受到风浪、洋流等因素的干扰,船舶运动具有非线性、耦合性等特点.针对传统的船舶运动姿态预测方法对时序数据的提取效率尚有不足,难以达到高精度预测效果的问题,提出样本卷积交互-通道注意力(SCI-CA)神经网络船舶纵摇运动预测模型.该模型采用多类别船舶运动姿态数据作为输入,将输入拆分为两个子序列,利用样本卷积交互网络(SCI)的递归下采样卷积交互结构,结合多分辨率聚合而成的丰富特征,提高船舶运动数据深层特征的利用率.再通过通道注意力机制(CA)提高有效通道的权重比例,并以残差结构输入到全连接层,得到最后的预测结果.实船数据验证结果表明, SCI-CA组合模型预测结果较其他模型预测精度高,其平均绝对百分比误差(MAPE)、均方根误差(RMSE)均有明显降低,验证了SCI-CA模型预测船舶运动的有效性.

关键词：船舶纵摇 SCI-Net 通道注意力交互学习结构组合模型多步预测

LiFePO4电极表面织构化设计与表面润湿性研究

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表面技术 2025年

作者：于凯王守仁王英姿济南大学机械工程学院济南大学材料科学与工程学院

目的为提高锂离子电池电极表面的润湿性，改善锂离子扩散动力学，进一步探究织构对电极表面润湿性的影响规律。方法通过超快脉冲激光技术在LiFePO4电极表面制备沟槽织构，借助扫描电子显微镜、非接触式三维光学轮廓仪、接触角测量仪、X... 详细信息

目的为提高锂离子电池电极表面的润湿性，改善锂离子扩散动力学，进一步探究织构对电极表面润湿性的影响规律。方法通过超快脉冲激光技术在LiFePO4电极表面制备沟槽织构，借助扫描电子显微镜、非接触式三维光学轮廓仪、接触角测量仪、X射线光电子能谱等测试手段，系统研究了织构对电极表面形貌和润湿性的影响。此外，使用电池测试系统和恒电位仪评估了锂离子电池放电性能和锂离子扩散动力学。结果织构电极表面的润湿性得到了显著改善，接触角降低至7.1°，润湿时间缩短至6s，扩散面积增加至26.52mm2，润湿过程表现出各向异性。仿真结果证明电解液在织构电极表面处于Wenzel润湿状态，并且拟合得到的接触角方程能较好解释接触角的变化趋势。织构化电池在0.5C下的容量保持率从58.4%提高到99.4%，显示出最大的锂离子扩散系数(2.67×10-13cm2s-1)。结论织构对电极表面润湿性的改善具有显著效果，并且接触角与织构深径比成负相关；激光烧蚀增加了电极的表面能，而C═O是提高电极表面亲液性的关键因素；电极材料的进一步润湿改善了锂离子扩散动力学，提高了锂离子电池放电性能，为制备高性能的锂离子电池提供了一定指导。

关键词：表面织构锂离子电池润湿性磷酸铁锂超快脉冲激光刻蚀形貌接触角

160Cr Ni Mo轧辊激光熔覆Mo、V铁基涂层的热疲劳性能

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中国表面工程 2025年

作者：张旭龙张云华胡登文刘艳方强韩辉西南交通大学材料科学与工程学院上海交通大学材料科学与工程学院

轧辊作为诸多行业生产过程中的主要消耗件，大量的报废造成我国能源和资源的巨大浪费。为修复报废轧辊表面并提高其热疲劳性能，在疲劳失效的160CrNiMo轧辊材料表面利用激光熔覆技术制备以T504为基础粉末并添加Mo、V元素的铁基涂层，采... 详细信息

轧辊作为诸多行业生产过程中的主要消耗件，大量的报废造成我国能源和资源的巨大浪费。为修复报废轧辊表面并提高其热疲劳性能，在疲劳失效的160CrNiMo轧辊材料表面利用激光熔覆技术制备以T504为基础粉末并添加Mo、V元素的铁基涂层，采用光学显微镜、扫描电子显微镜及热疲劳试验机等设备分析基体材料及熔覆层在热疲劳过程中的裂纹扩展速率、机理等。结果表明：添加Mo、V比例为1∶0.5、1∶1和1∶1.5的熔覆层平均硬度分别为59.2、59.9和59.1HRC，平均较基体提高了33.4%；当热疲劳试验循环2 000次后，基体材料试样裂纹长度为11.289 mm，添加Mo、V质量比为1∶0.5、1∶1和1∶1.5的熔覆层试样裂纹长度分别为3.185、16.596和8.401 mm。由于Mo、V元素的添加使熔覆层具有了较高的硬度，在热疲劳试验过程中疲劳裂纹的扩展均为脆性穿晶扩展，其中当添加Mo、V质量比为1∶0.5时，热疲劳性能较修复前的轧辊材料提高71.7%。对比了不同Mo、V比例的铁基涂层热疲劳性能，研究成果可为轧辊修复中铁基涂层体系的选取提供试验依据。

关键词：修复再制造轧辊激光熔覆热疲劳性能

基于科研思维培养为导向的高分子化学综合实验教学设计——以“胺固化环氧树脂基形状记忆高分子的网络结构调控与性能”为例

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高分子通报 2025年

作者：路平李兴建临沂大学材料科学与工程学院

针对高分子化学实验教学缺乏对学生科研思维培养的问题，本文将胺固化环氧树脂基形状记忆高分子的网络结构调控与性能设置成综合实验，以环氧树脂和聚醚胺为原料，通过体型缩聚设计合成具有形状记忆效应的环氧树脂基形状记忆高分子。利... 详细信息

针对高分子化学实验教学缺乏对学生科研思维培养的问题，本文将胺固化环氧树脂基形状记忆高分子的网络结构调控与性能设置成综合实验，以环氧树脂和聚醚胺为原料，通过体型缩聚设计合成具有形状记忆效应的环氧树脂基形状记忆高分子。利用凝胶含量、示差扫描量热仪、动态热机械分析仪和创意实验分别研究材料的交联密度、玻璃化转变、储能模量、损耗因子和形状记忆性能。引导学生建立高分子材料“化学→结构→性能→功能”科研思维模式，在这个递进关系中将高分子化学与物理重要理论串联起来，使科研思维和创新意识能够得到一定的训练；通过有趣的“变形→固定→回复”的宏观形状记忆效应，学生能够感知微观的玻璃化转变和熵弹性过程，在有趣的实验现象和感官刺激下培养学生对科研的兴趣和创新意识。

关键词：环氧树脂形状记忆高分子形状记忆效应网络结构

相变辅助闪烧制备Al2O3–ZrO2纳米非晶复合材料

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硅酸盐学报 2025年

作者：王竖淮王江林杨永康贾子祺苏兴华许西庆长安大学材料科学与工程学院

纳米非晶复合材料是以纳米非晶材料为基体并析出一定纳米晶相的新型材料，具有很多特殊性能，但其制备需要庞大且昂贵的烧结设备，相比之下闪烧设备简单经济，可在较低温度实现快速致密化，为纳米非晶复合材料的制备提供新的途径。采用... 详细信息

纳米非晶复合材料是以纳米非晶材料为基体并析出一定纳米晶相的新型材料，具有很多特殊性能，但其制备需要庞大且昂贵的烧结设备，相比之下闪烧设备简单经济，可在较低温度实现快速致密化，为纳米非晶复合材料的制备提供新的途径。采用溶胶凝胶法制备了Al2O3–La2O3（AL）、Al2O3La2O3–ZrO2（ALZ）、Al2O3–ZrO2（AZ） 3种纳米非晶粉体，通过闪烧技术制备了纳米非晶复合材料。3种体系在1000 V/cm下发生闪烧后，AZ纳米非晶复合材料具有最大结晶度（69.82%）和最高相对密度（89%）的均匀显微组织。将电场强度提升至1600 V/cm，AZ的结晶度和相对密度进一步提高至74.11%和96%。研究表明，闪烧可以加速非晶样品粉体向晶态的转变，同时相变过程促进了原子扩散和颗粒重排，对闪烧过程中的致密化起到了改善作用。AZ闪烧样品的HRTEM证实了纳米非晶结构的存在，t-ZrO2、α-Al2O3和m-ZrO2纳米晶相在非晶基质中均匀析出，纳米晶和非晶区域的平均粒径分别为8.74 nm和3.15 nm，表明相变辅助闪烧致密化可实现纳米非晶复合陶瓷材料的低温快速制备。

关键词：纳米非晶材料闪烧低温烧结氧化铝–氧化锆相变

苯基/十二烷基环氧化超支化聚硅氧烷增韧环氧树脂

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精细化工 2025年

作者：黄文钦向艳丽孟旭方建波任强汪称意常州大学材料科学与工程学院

苯基三甲氧基硅烷（PTMS）、十二烷基三甲氧基硅烷（DTES）和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH-560）经水解缩合反应制备了同时含苯基、十二烷基和环氧基3种官能团的超支化聚硅氧烷（HPGD）。采用FTIR、1HNMR、凝胶渗透色谱-多角度... 详细信息

苯基三甲氧基硅烷（PTMS）、十二烷基三甲氧基硅烷（DTES）和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH-560）经水解缩合反应制备了同时含苯基、十二烷基和环氧基3种官能团的超支化聚硅氧烷（HPGD）。采用FTIR、1HNMR、凝胶渗透色谱-多角度激光光散射-特性黏度（GPC-MALLS-Viscometer）三联检测、UV-Vis对HPGD进行了表征。考察了n（KH-560）∶n（PTMS）∶n（DTMS）对制备的HPGD与环氧树脂（E51）混合固化物（HPGD/E51）冲击强度和相容性的影响。通过力学、水接触角和TGA测试，探究了m（HPGD）∶m（E51）对增韧环氧树脂材料（HPGD/E51）的影响。结果表明，由n（KH-560）∶n（PTMS）∶n（DTMS）＝5∶3.0∶2.0制备的HPGD-2黏度（1800 mPa·s）最低，制备的HPGD-2/E51的冲击强度和透光性最佳；由m（HPGD-2）∶m（E51）＝15∶85制备的HPGD/E51-15的抗冲击强度为29.86 kJ/m2，拉伸强度为48.72 MPa，断裂伸长率为18.95%，比由m（HPGD-2）∶m（E51）＝0∶100制备的HPGD/E51-0分别提高了63%、90%和180%。HPGD/E51-15的玻璃化转变温度（78 ℃）较HPGD/E51-0（89 ℃）略有降低。HPGD的引入明显提高了HPGD/E51的疏水性能和耐热性能，HPGD/E51-15的水接触角为108°，从HPGD/E51-0的亲水性变为疏水性；HPGD/E51-15的初始分解温度(T5%)为301.7 ℃，800 ℃时的残炭量(R800)为6.73%，较HPGD/E51-0(T5%＝286.0 ℃，R800＝0.77%)均有所提升。

关键词：超支化聚硅氧烷十二烷基增韧增强低黏度环氧树脂功能材料

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基于颜色线模型和多尺度融合的水下图像增强

控制与决策 2025年第1期40卷 162-169页

作者：梁秀满赵治刚于海峰刘振东李鑫滨华北理工大学电气工程学院燕山大学电气工程学院

针对水下图像出现蓝绿色偏、雾化和噪声等问题,提出一种基于颜色线模型和多尺度融合的水下图像增强算法.首先,设计一种局部自适应颜色校正方法对退化图像进行预处理,提高图像颜色线拟合效果并降低图像色偏的程度;然后,构建一种利用颜色... 详细信息

针对水下图像出现蓝绿色偏、雾化和噪声等问题,提出一种基于颜色线模型和多尺度融合的水下图像增强算法.首先,设计一种局部自适应颜色校正方法对退化图像进行预处理,提高图像颜色线拟合效果并降低图像色偏的程度;然后,构建一种利用颜色线和背景光矢量求解偏置来估计透射率的凸优化算法,求得准确的模型参数来恢复图像实现图像去雾;接着,将预处理后的图像利用白平衡算法来补偿颜色的深度选择性吸收所造成的偏色,将白平衡处理后的图像分别利用伽玛校正和基于颜色线约束的噪声抑制算法进行处理,分别得到提高全局对比度和抑制噪声的图像;最后,对去雾、对比度增强和低噪声图像进行多尺度融合,得到特征丰富的水下增强图像.实验结果表明:所提出方法能够有效解决水下图像的色偏、雾化和噪声现象;相对于各对比算法,在水下彩色图像质量评价指标和峰值信噪比上分别提高了18.37%和42.16%,更好地保留了水下图像的颜色并降低了图像噪声.

关键词：水下图像增强颜色线模型多尺度融合颜色校正凸优化噪声抑制

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“挤镦”剧变形力学模型建立

机械工程学报 2025年 188-198页

作者：王珍张治民于建民程眉山西工学院智能制造工程学院中北大学材料科学与工程学院

针对“挤镦”剧变形过程缺少变形力的计算模型，无法进行设备选择、工艺设计及工装模具设计的现状，建立过程中的载荷求解模型。采用Deform-3D模拟软件研究了坯料尺寸、成形件尺寸及摩擦因子对于成形载荷的影响。由于变形特征为局部注... 详细信息

针对“挤镦”剧变形过程缺少变形力的计算模型，无法进行设备选择、工艺设计及工装模具设计的现状，建立过程中的载荷求解模型。采用Deform-3D模拟软件研究了坯料尺寸、成形件尺寸及摩擦因子对于成形载荷的影响。由于变形特征为局部注入式镦粗变形的特殊性，传统力学模型无法进行计算，通过分析变形过程中的质点流动规律，提出新的边界条件假设。采用主应力法建立微小单元体的力学平衡方程，从而实现载荷模型的建立，并通过AZ80及VW124A两种典型镁合金进行物理试验验证。模型曲线的变化趋势与模拟曲线的变化趋势一致，表明所提出的边界条件假设是合理的，可用于“挤镦”剧变形的力能计算。但物理试验的变化趋势与之不同，是因为材料性能受应变状态的影响。成形载荷物理试验结果与计算结果偏差均小于10%，表明所建模型的合理性，为设备选择及工艺设计提供理论依据。

关键词： “挤镦”剧变形金属流动变形假设载荷求解模型