机械工程

• 一种基于双梁结构的旋转压电能量采集器动力学建模与分析

  马进珺;陈渊钊;吴文军;

  本文提出一种内接和外接压电层合梁的组合结构，可作为旋转压电能量采集器的关键元件。基于EulerBernouli理论，利用有限元法离散压电层合梁，并考虑柔性梁由于弯曲变形产生的轴向变化量，推导出离心力和重力做的功，同时结合压电材料的本构方程，推导系统的动能、应变能、电焓，应用第二类拉格朗日方程建立系统的动力学方程与传感压电方程。通过数值计算分析，讨论了系统梁长度和共振圆频率的关系。使用该关系的数值拟合经验公式，可快速计算梁的共振圆频率，确定旋转压电能量采集器双梁结构长度关系，从而达到增强系统共振时电压输出幅值或拓宽系统共振圆频率区间的目的。

  2025年03期 v.36 1-8+16页 [查看摘要][在线阅读][下载 1986K]
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• 柴油/正戊醇燃料发动机CFD模型的研究

  叶卓;林贤坤;

  作为清洁且可再生的替代能源，醇类燃料对于优化发动机的排放性能具有显著的效果。通过数值模拟计算发动机运行过程，能够避免试验研究存在的设备开发投入高、试验周期长等问题。本文使用CONVERGE软件，根据使用柴油/正戊醇燃料的YC4Y22型玉柴柴油发动机试验结果，分析三维计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD），合理设置各个计算模块，建立了发动机简化三维几何模型。在该模型的基础上，分析部分参数对模型预测发动机缸内平均压力及排放的影响。结果表明：热力学温度边界的设置对模型预测缸内平均压力影响不大，初始热力学温度的设置能有效修正缸内平均压力曲线；模型HC和CO的排放随着活塞边界热力学温度和缸盖边界热力学温度的升高而下降，随着壁面边界热力学温度的升高先下降后升高；同时HC和CO的排放随着喷油器深度尺寸的增大而下降，随着直径尺寸的增大而升高。综合以上结果修正参数，对比柴油/正戊醇燃料发动机的燃烧和排放两种特性，建立了合理的发动机计算流体力学模型，用于分析和优化不同因素对柴油/正戊醇混合燃料发动机燃烧和排放特性的影响。

  2025年03期 v.36 9-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 1759K]
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• 设计一种双自由度被动踝关节外骨骼

  朱浩冉;尹辉俊;胡子恬;

  当前无源外骨骼普遍采用棘轮棘爪作为离合器，且自由度单一，存在结构复杂、运行噪音较大以及过度绑定等问题。针对以上问题，本文提出了一种踝关节的被动下肢外骨骼用于行走辅助。设备改进了棘轮棘爪离合器，用于行走时接合和分离弹性元件，同时对于脚踝的自由摆动无干扰。设备拥有矢状面和冠状面2个旋转自由度，允许脚踝内外翻转。本文阐述了外骨骼助力的工作原理，使用动作捕捉和力台系统进行步行测试，研究外骨骼对下肢关节角度和力矩的影响。研究表明：在一个步态周期中，外骨骼对髋、膝关节运动角度具有轻微影响，对踝关节运动角度影响较大；在穿戴外骨骼后略微降低了髋、膝关节力矩，并且在步态周期中的推离阶段为踝关节提供的辅助力矩至少为踝关节自然力矩的25%，从而降低行走所需关节力矩，提高步态稳定性。

  2025年03期 v.36 17-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 2008K]
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• Dense-YOLO：一种用于监测复杂场景灰飞虱虫害的检测算法

  李善达;王虎奇;丛佩超;冯浩;胥羽涛;李添恒;

  灰飞虱为典型田间害虫，不仅危害作物发育，而且会给农民带来重大经济损失，影响正常的粮食供应。采用基于深度学习技术的目标检测算法监测灰飞虱分布状态可取代繁琐的传统人工观察与计数，同时其使用成本较低。本文基于YOLOv5开发一种新型灰飞虱小目标检测算法Dense-YOLO，用于准确检测并计数分布于复杂田间且不同种类的灰飞虱，通过在YOLOv5主干网络中融合CSPDenseNet以促进浅层特征的重复使用，从而提高网络对小目标的检测能力。实验结果表明，Dense-YOLO的检测AP@0.5∶0.95、AR、F1评分分别可达52.4%、61.5%、56.6%，较YOLOv5分别提升2.2、0.7、1.6百分点，平均耗时为58.82 ms，在满足高精度的同时具有较快的推理速度，可满足灰飞虱小目标虫害实时监测的使用需求，同时该方法也可用于对其他不同类型作物虫害的实时监测。

  2025年03期 v.36 24-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 1884K]
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土木工程

• 双向风激励下非对称悬挂结构随机响应的解析解法

  谢华;葛春雷;廖驻;葛新广;

  针对非对称悬挂结构对风振作用下的敏感性，本文提出了一种解析解法，用于计算其在水平及竖向风激励下的随机响应。首先，基于达朗贝尔原理，建立非对称结构在水平与竖向脉动风激励下的振动方程，并采用实模态振动分解法构建以广义坐标表示的风振动方程，通过Midas Civil有限元软件建模并进行动力分析获得实模态振动参数；然后，综合运用复模态法和虚拟激励法推导出非对称悬挂结构节点水平和竖向位移等响应量的统一频域解，并利用功率谱的二次式分解法推导出结构响应量基于Davenport水平风速谱和Panofsky竖向风速谱的偶数阶谱矩和方差的简明解析解；最后，通过算例验证了所提出解析方法的有效性，并研究竖向脉动风荷载对于非对称悬挂结构振动的影响。研究表明，竖向脉动风荷载对于非对称悬挂结构双向振动的影响较大，必须在设计中考虑其影响。

  2025年03期 v.36 33-40页 [查看摘要][在线阅读][下载 2007K]
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• 钻井法条件下西部矿区细粒砂岩物理力学与磨蚀特性研究

  葛栋梁;林键;李湘炜;奚肖强;

  为探究钻井法凿井施工对西部煤矿立井细粒砂岩物理力学特性及磨蚀行为的影响规律，针对干燥、饱和、泥浆饱和3种状态的细粒砂岩样品，系统开展里氏硬度、纵波波速、单轴抗压强度、巴西劈裂强度及磨蚀性指数（cerchar abrasivity index, CAI）测试。通过一元线性回归与元素间相关性分析，揭示不同处理状态下砂岩参数与磨蚀特性指标间的内在关联。研究结果表明：相较于干燥状态，饱和、泥浆饱和处理导致砂岩里氏硬度、单轴抗压强度及抗拉强度显著降低，方解石和黏土矿物含量减少，岩石磨蚀性随之下降；但纵波波速及部分矿物组分呈现递增趋势。砂岩CAI指数在不同处理状态下呈现显著相关性，其干燥、饱和、泥浆饱和条件下的相关性系数分别达到0.926、0.984和0.977。通过主控因素识别构建的参数拟合模型显示，3种状态的模型拟合优度分别为0.962、0.901和0.893，验证了模型的可靠性。

  2025年03期 v.36 41-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 3984K]
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• 长细比对BFRP网格ECC复合约束方形RC柱轴压性能影响研究

  黄晓艳;邓朗妮;经凤明;马勇军;杨磊;赖世锦;方帅威;

  为研究长细比对玄武岩纤维增强聚合物（BFRP）网格增强工程水泥基复合材料（ECC）复合约束方形钢筋混凝土（RC）柱轴压性能的影响，通过试验研究和理论分析，探讨不同长细比下BFRP网格/ECC复合加固对RC柱的承载能力、延性和破坏模式的作用机制。试验设计了7个试件，包括未加固的对照组和不同长细比的加固组。结果显示：加固后的RC柱承载能力和延性显著提高，且加固层与混凝土界面黏结性能良好。试验数据和荷载-应变曲线表明，加固柱的承载能力和延性优于未加固柱，虽然长细比的增加会导致加固柱极限承载力略微下降，但影响相对较小，说明BFRP网格/ECC复合加固方法对不同长细比的柱均具有良好的适应性。

  2025年03期 v.36 52-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 1990K]
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自动化技术、计算机技术

• 基于恒定强磁场测试平台的车用电磁继电器静态特性实测分析

  王晓光;夏圣;张吉宇;赵金强;郑艺侃;梁程华;

  为模拟电解铝厂电解槽车间在生产过程中产生的恒定强磁场对车用电磁继电器静态特性的干扰问题，以准平面式分布的磁场空间为基础，搭建了一个恒定强磁场测试平台，并在该平台上测试国内某汽车集团量产卡车上装配的电磁继电器，对此继电器的静态特性进行实测分析。文中对恒定强磁场测试平台的磁场大小进行了实测验证，在距线圈表面高度10 mm处，可产生最大约70.0 mT的恒定磁场，并通过Ansys Maxwell有限元仿真给出了其磁场发生装置产生的平均磁感应强度和磁场均匀度等参数。最后通过分析恒定强磁场对车用电磁继电器静态特性的影响机理，并基于该恒定强磁场测试平台实测分析了电磁继电器静态特性在不同磁场方向和不同磁场大小干扰下的影响。实测结果显示，随着恒定磁场强度的增强，此车用电磁继电器的动作电压和释放电压的偏移量逐渐增大，继电器相继发生拒动作和误动作故障。

  2025年03期 v.36 60-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 2430K]
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• 光伏储能系统中交错并联Boost变换器的优化模糊PI控制研究

  仲其达;罗文广;

  针对光伏储能系统中常规的交错并联Boost变换器模糊PI控制设计主要依赖人工经验，在大功率的应用场景中稳定性和动态效果不佳的问题，本文提出了一种麻雀搜索算法（sparrow search algorithm, SSA）优化模糊PI的控制方法。将该优化方法用于交错并联Boost变换器的控制策略中，以时间与系统误差及误差的导数为目标函数，根据系统的不同工况优化系统比例-积分参数，能够解决光伏储能系统中直流母线电压不稳定、响应速度慢等问题。通过MATLAB/Simulink建立仿真模型，并与传统PI控制、模糊PI控制方法进行对比分析。仿真实验表明，本文的SSA算法优化模糊PI控制器使变换器系统在复杂的应用环境中具有更好的动态响应和稳定性。

  2025年03期 v.36 68-75+115页 [查看摘要][在线阅读][下载 1593K]
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• 基于动态规划的自适应ECMS混联式HEV能量管理策略研究

  李帅;刘胜永;唐安琼;

  采用动态规划策略可以极大地改善混联式混合动力汽车（hybrid electric vehicle, HEV）的燃料消耗和动力部件的运行效率。因此，本文通过动态规划策略来研究电池荷电状态（state of charge, SOC）在全球轻型汽车测试循环（world light vehicle test cycle, WLTC）工况下的变化趋势。将等效燃油消耗最低的能量管理策略作为基础，以SOC目标值与瞬时值的差值作为比例积分控制器的输入，实时调整油电转换等效因子，使电池荷电状态的实际状态与理论预测的状态相接近，从而获得一种具有实时调节功能的自适应等效油耗最小的能量管理策略。经过仿真探究证明，在WLTC工况条件下，相比于传统等效油耗最小的能量管理策略，自适应等效油耗最小的能量管理策略能够达到节能目标，混联式HEV百公里可降低1.82%的燃料消耗，且自适应等效燃油消耗最小能量管理策略的控制效果与动态规划控制策略更加接近。

  2025年03期 v.36 76-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 2029K]
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• 基于改进YOLOv8的复杂路况下的目标识别

  张成涛;李习刊;徐伟航;王瑞敏;

  目标识别检测是自动驾驶技术中的关键技术，但是现有目标识别算法在复杂路况场景下检测精度偏低。本文首先对YOLOv8算法进行改进，引入多头自注意力（multi-head self-attention, MHSA）机制到特征检测层，由于MHSA具有对存在车辆和行人的区域进行选择性关注的特点，最终能捕获更高级的语义特征；然后引入可变形卷积v2，在各位置上通过学习获得偏移参数，自适应调整感知区域以适应复杂的视觉任务，并能够更好地捕获目标的空间变化和形状信息；最后在城市道路数据集进行训练，得到消融实验和对比实验结果。结果表明，改进后的YOLOv8算法在复杂场景下的性能优于原算法，平均精度均值达到93.14%，提升了5.29%，目标检测性能更好。

  2025年03期 v.36 85-91+122页 [查看摘要][在线阅读][下载 1982K]
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• 基于多尺度密集连接的糖尿病视网膜病变分类网络

  秦丽君;林川;

  糖尿病视网膜病变可以通过早期筛查有效地预防病情恶化，利用深度学习技术实现医学辅助诊断可以提高诊断效率。为提高深度学习在医学辅助诊断中的实际应用效果，本文着重于降低网络模型的参数量和复杂度，提出一种基于多尺度密集连接的糖尿病视网膜病变分类的轻量化主干网络，并通过特征引导关注模块，使主干网络关注病灶中重要的特征区域，并提取出具有判别性和表达能力的病灶特征信息。同时设计了多尺度特征密集模块使网络关注特征的整体和细节信息，进而提高网络对病灶特征的感知能力，有效补充网络在下采样过程中丢失的病灶信息，提高网络特征的提取能力。在APTOS2019数据集上的实验结果表明，该网络的准确率达到了0.838 8，与同类网络相比，本文提出的方法在低参数量和低复杂度下具有优秀的性能。

  2025年03期 v.36 92-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 1363K]
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生物与化学工程

• 金花葵籽油体外生物活性研究

  唐献兰;蒙衍强;吕保樱;秦秋红;张舵;杨雨欣;王艳清;

  本研究以金花葵籽压榨得到的金花葵籽油为原材料，利用紫外-分光光度法研究金花葵籽油对酪氨酸酶活性的抑制作用，探讨金花葵籽油的美白效果；通过DPPH自由基清除实验、ABTS+·自由基清除实验及羟基自由基清除实验，评价金花葵籽油的体外抗氧化能力；碘量滴定法测定过氧化值；通过体外止血实验判断金花葵籽油的凝血功效。结果表明，金花葵籽油在实验浓度范围内，对酪氨酸酶活性的抑制率随浓度的增加而增大，当质量浓度为12.0g/L时，金花葵籽油的抑制率高达96.20%，与维生素C抑制酪氨酸酶的作用相当，有明显的美白功效。体外抗氧化研究表明，1 mL金花葵籽油对DPPH自由基清除能力相当于0.17 mg维生素C的清除能力，对ABTS+·自由基的清除率相当于707 mg Trolox的清除率；当金花葵籽油质量浓度为5.8 g/L时，金花葵籽油的羟基自由基清除率达到100%，其平均过氧化值为6.05 mmol/kg。体外凝血研究表明，金花葵籽油有促凝血的作用。

  2025年03期 v.36 100-106页 [查看摘要][在线阅读][下载 1067K]
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• 甘蔗渣多孔碳基复合相变材料的制备及其性能研究

  徐琬茹;洪宇翔;杜娟;林海涛;

  以天然生物质材料甘蔗渣为碳源，在氮气气氛下，用不同温度对其进行热处理，使生物质材料炭化并进一步石墨化转化，采用真空熔融浸渍法制备出具有生物质天然孔结构的多孔高导热碳基载体材料。为进一步提高载体材料在相变材料上的吸附率，采用不同质量的碱盐氢氧化钾（KOH）对炭化后的原料进行改性，制备了一系列形貌稳定的复合材料，并对其进行了泄漏实验，最终通过相关计算得到复合相变材料的最大吸附率。通过扫描电子显微镜（scanningelectronmicroscope,SEM）、傅氏转换红外线光谱分析仪（Fouriertransform-infrared spectroscopy, FT-IR）、热重分析仪（thermogravimetric analyzer, TG）、多功能X射线衍射仪（X-ray diffractometer,XRD）等仪器，采用差示扫描量热法（differentialscanningcalorimetry,DSC）、比表面及孔径分析法（Brunauer-Emmett-Teller,BET）等方法，对载体材料和复合材料的结构进行表征以及性能测试。结果表明，在750℃炭化后，用质量比为1∶4的KOH进行改性后制备得到的复合相变材料的吸附率最佳，为73.59%。XRD、FT-IR、SEM和TG结果表明，通过物理混合工艺制备的复合材料具有良好的化学相容性和耐热性。与以往的研究相比，本文制备的复合相变材料具有一定的竞争优势。

  2025年03期 v.36 107-115页 [查看摘要][在线阅读][下载 2200K]
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理学

• Laplace矩阵左零特征向量各分量的同号性质及其严格证明

  冯鹏勃;郭万里;何晓莹;张明俊;

  Laplace矩阵是研究图的性质和结构的载体。经过多年的发展，Laplace矩阵已成为联系图论与网络优化、自动控制等的有力工具。特别地，Laplace矩阵的左零特征向量常被用于构造复杂系统的稳定流形及Lyapunov函数。本文通过对一类特殊行列式结果的分析，结合Cramer法则和Gershgorin圆盘定理等理论，证明了Laplace矩阵左零特征向量各分量的同号性，以及Laplace矩阵的可约性与其左零特征向量的关系。另外，根据Laplace矩阵左零特征向量的同号性质，构造了Lyapunov稳定性理论中常用的半正定矩阵，为复杂系统协作控制提供理论基础。

  2025年03期 v.36 116-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 903K]
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