机械工程

  • 基于CPO-BP神经网络的双燃料发动机性能预测模型研究

    张清;王闯;莫清烈;李哲骏;姜峰;

    针对天然气-柴油双燃料发动机参数标定复杂度高、传统标定方法成本高的问题,构建高精度性能预测模型,为发动机控制参数优化与节能减排提供技术支持。基于GT-Power软件构建的YC6K型双燃料发动机一维仿真模型,包含了进排气系统、缸内工作过程、Wiebe燃烧模型等核心模块。通过外特性(最大误差4.2%)和推进特性(缸压曲线误差不超过4.0%)验证模型的可靠性。采用Sobol空间填充试验设计方法,在6个参数(转速、预喷正时、主喷正时、轨压、空燃比、预喷油量)自由组合中抽取260个样本点。将冠豪猪优化算法(crested porcupine optimizer, CPO)与BP神经网络结合,通过CPO算法动态调整权重/偏置,解决传统BP易陷入局部最优问题,实现对双燃料发动机性能的预测。

    2025年05期 v.36 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 2885K]
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  • 基于多工况的纯电巡逻车车架优化设计

    罗祖显;贺亚鹏;程峰;徐代俭;韩梦真;傅爱军;

    为减轻巡逻车质量,提高纯电巡逻车的续航,以便治安人员更好地履行职责,以某4座纯电巡逻车车架为分析对象,利用HyperMesh软件建立其有限元仿真模型。分析车架主体在满载状态下垂向、制动和转向3种工况下的性能表现,以及车架弯曲刚度和扭转刚度,根据分析结果可知该车架主体部分刚度和强度都过剩。由于巡逻车车架零部件数量太多,无法高效且有针对性地找到关键零部件对整体车架性能的影响差异,因此,采用灵敏度分析分别得出质量、一阶模态、制动工况下构件位移的灵敏度函数;并分别计算出模态与制动工况下构件位移对质量的相对灵敏度,以此挑选出相对灵敏度绝对值较小的部件;再以这些部件作为设计变量,对车架进行尺寸优化。在确保优化结构合理性的前提下,车架质量减少22.1 kg,轻量化效果明显。

    2025年05期 v.36 10-16+51页 [查看摘要][在线阅读][下载 2792K]
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  • 基于ANCF的两种边界条件下旋转压电层合梁振动特性研究

    刘昊成;陈渊钊;李健;

    为分析平面内旋转的两种边界条件下压电层合梁动力学特性,基于绝对节点坐标法(absolute nodal coordinate formulation, ANCF)和Euler-Bernoulli梁理论,采用Green-Lagrangian应变张量和精确曲率公式表示拉伸和弯曲应变,结合压电材料的本构方程推导系统的动能、应变能和电焓,运用第二类拉格朗日方程建立旋转压电层合梁的动力学方程。通过比较本文模型计算结果与文献结果,验证了本模型的正确性。结果表明,相比固支-自由压电层合梁,简支-简支压电层合梁在大范围转动中更容易出现频率转向和振型交换。此外,旋转压电层合梁的感应电压振幅受弯曲振型主导,频率转换对旋转压电层合梁的电压会有较大影响。

    2025年05期 v.36 17-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 2460K]
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土木工程

  • 考虑土-结构效应的调谐质量阻尼器耗能结构随机地震响应

    王向东;赵祯;蒋俊志;尹尚之;肖慈航;葛新广;

    鉴于调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)耗能结构在考虑土-结构相互作用(soil-structure interaction,SSI)时,随机地震响应分析方法较为复杂,本文提出一种计算响应谱矩和方差的简明解法,并深入研究SSI效应下结构随机地震动的响应特性。首先,根据达朗贝尔原理建立考虑SSI效应的TMD耗能结构的地震动方程,利用有限元动力技术建立基于实模态分解法的TMD耗能结构地震动一般方程;其次,利用功率谱二次式分解法推导出基于杜修力地震动激励的结构位移、TMD位移、基础平动和转动位移响应的0阶—2阶谱矩的简明封闭解;最后,通过算例,验证所提方法并研究了考虑SSI效应的TMD耗能结构地震响应特性。结果表明:在基础固定的情况下,场地土为中硬土、中软土和软弱土时,以层间位移为指标的动力可靠度、结构顶层位移逐渐变大,SSI效应逐渐显著;TMD在各种场地条件下都具有良好的减震效果,且最优参数受场地影响较小。与传统方法相比,本文方法计算过程更为简便,精度更高,能更高效地应用于实际工程。

    2025年05期 v.36 26-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 1454K]
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  • 钢绞线不同弯折情况下的破断力与预应力损失试验研究

    杨雄文;米尔阿地力江·阿木提;赵爽;

    针对柔性光伏支架在山地、丘陵等复杂地形中应用时,由于地形起伏明显,钢绞线易发生弯折,从而导致预应力损失与破断力衰减的问题,本文围绕钢绞线在方管和滚轮2种典型弯折结构下的力学特性展开研究。采用理论建模与试验测试相结合的方法,分析不同弯折角度(10°、20°、30°)对钢绞线破断力与预应力损失的影响。理论计算表明,钢绞线预应力损失随弯折角度增大而增加。试验结果表明:弯折角度由10°增至30°时,钢绞线在方管结构中的破断力从230 kN降至175 kN,而滚轮结构中则从220 kN降至164 kN,表明方管结构在保持破断力方面更具优势;在小角度(≤20°)弯折时,滚轮结构可减少预应力损失,但当角度增至30°时,其损失反超方管结构。此外,摩阻损失率随张拉力增大而减小,在滚轮结构、小角度下表现出良好的线性关系。研究结论为柔性光伏支架设计中弯折结构的合理选择提供了理论与试验依据。

    2025年05期 v.36 35-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 2015K]
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  • 综合管廊UHPC双T隔舱板足尺试验及数值分析研究

    吴郁华;陈宇良;徐德意;

    超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)因其卓越的力学性能和优异的耐久性,常用于对结构性能要求较高的地下工程中。本文依托广东省某市智慧城综合管廊建设项目,针对管廊内部空间受限的特点,将具有高强轻质特性的UHPC材料应用于隔舱板结构设计中,开展足尺UHPC双T隔舱板的弯曲性能试验研究,并结合数值模拟方法对其受力性能进行了系统分析。通过弯曲试验,获得了UHPC双T隔舱板在不同荷载作用下的破坏形态、裂缝发展特征;基于ABAQUS有限元分析平台,进一步探讨了板厚、肋梁高度及肋梁间距等关键构造参数对构件抗弯性能的影响;同时验证了现行相关设计规范在该类构件中的适用性。研究成果为新型装配式综合管廊中UHPC双T隔舱板的结构设计提供了科学依据和合理建议,为类似工程的设计与应用提供了有价值的参考依据。

    2025年05期 v.36 43-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 2642K]
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自动化技术、计算机技术

  • 基于YOLOv5的校园行人及人脸检测研究

    杨浩;林川;

    校园行人及人脸检测是校园智能安全的基础,在计算资源紧张的校园管理系统中,模型检测性能和参数量的平衡尤为重要。本文基于校园环境数据集,针对大量多尺度行人对象,设计了一种低参数量、高性能的校园行人及人脸检测网络,称为Campus-YOLO。在主干网络中,通过设计一种轻量化的模块和减少网络深度2种策略实现了网络的低参数量,同时保持优秀的检测准确率;设计了一种新型注意力机制,以更有效地捕获不同尺度的特征信息;在模型的Head部分采用Anchor-free策略,简化了模型结构并提高了训练效率。实验结果表明,本模型在参数量仅为1.70 MB的情况下,实现了平均精度均值为0.792的优秀检测性能,充分满足校园环境下计算资源约束与高精度检测需求,为校园安全的智能化检测提供了技术支持和新思路。

    2025年05期 v.36 52-57+64页 [查看摘要][在线阅读][下载 1551K]
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  • 类Fano共振在增益纳米团簇上诱导的横向光力矩反转

    郭俊杰;罗陈;刘金扬;何凤龄;陈华金;

    在由线偏振平面波构成的简单光场中,研究类Fano共振对具有增益的纳米团簇上横向光力矩的影响。该纳米团簇的消光谱线展示出不对称的类Fano线形,表明类Fano共振在纳米团簇上已被有效激发。基于全波模拟方法,结合光力矩表达式,计算纳米团簇在类Fano共振波长附近的横向光力矩。结果表明:在类Fano共振激发时,横向光力矩显著增强,并伴随方向反转现象;通过调整组成纳米团簇微粒的尺寸或者增益幅度,可灵活调控类Fano共振的激发,并同样可以反转施加在纳米团簇上的横向光力矩。这些发现为类Fano共振调控纳米团簇的光学操控提供了一种新的思路。

    2025年05期 v.36 58-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 1404K]
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  • 面向轻量化网络的硅钢片缺陷检测算法

    李克讷;陈福丁;李永革;陈健民;

    针对工业硅钢片表面缺陷检测方法检测精度低、速度慢、模型计算复杂度高、部署困难等问题,设计一种轻量级目标检测算法YOLOv7-GSS。该算法以YOLOv7-tiny为基础架构,首先,对其主干网络的ELAN模块进行重构,引入轻量化GSConv卷积模块和无参数Sim AM注意力机制,并构建ELAN-GSS模块,以此减轻模型复杂度并保持精度;其次,对改进模型进行通道剪枝操作,剪去模型中的冗余通道,从而减少模型参数量,使模型更加轻量化;最后,应用知识蒸馏策略辅助修剪后的模型进行训练以提高模型的检测性能。实验结果表明:优化后的YOLOv7-GSS模型相比原模型,m AP@0.5提升了1.564%,参数量减少了80.399%,每秒浮点运算次数(GFLOPs)减少了79.389%,FPS提高了44.751%;相较于其他目标检测模型,YOLOv7-GSS模型在检测速度和检测精度方面取得了良好的平衡,满足生产车间场景下对硅钢片进行实时、准确检测的需求,为其嵌入移动设备提供了有利条件。

    2025年05期 v.36 65-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 1291K]
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  • 基于YOLOv8s-Pose的攀岩动作检测算法

    易彤;谭光兴;唐天南;陈海峰;

    针对因攀岩动作复杂、攀岩过程中人体姿态容易受到遮挡导致目标检测困难的问题,提出一种基于改进YOLOv8s-Pose的攀岩动作检测算法。首先,用GhostBottleneck模块代替C2f模块,减少特征通道融合过程中的浮点运算量,降低模型参数量;其次,引入EMA(exponential moving average)注意力机制,提高重要特征的权重,降低无关特征的权重;最后,引入CARAFE(content-aware reassembly of features)上采样算子,获得较大的感受野,提升上采样操作特征提取能力,使网络能够捕获到更丰富的特征语义信息。实验结果表明:在攀岩姿态数据集上,改进算法与原算法相比,m AP50提高了1.56%,模型大小缩小12.77%,参数量降低了12.83%,模型计算量降低且精度提升,能够实时准确地检测攀岩动作。

    2025年05期 v.36 73-80+107页 [查看摘要][在线阅读][下载 1638K]
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  • 基于MGWO-DEKF算法的锂离子电池状态估计研究

    刘鹏辉;刘胜永;邓丹;

    电池荷电状态(SOC)估计是电动汽车稳定运行的重要保障。为提高SOC的估算精度,本文提出一种基于改进灰狼遗忘因子的双扩展卡尔曼滤波算法(MGWO-DEKF)。该方法以双极化模型(DP-Thevenin)为基础,通过改进灰狼优化算法(MGWO)实时调整双扩展卡尔曼滤波的噪声协方差矩阵,2个扩展卡尔曼滤波算法分别对SOC、电池健康状态(SOH)进行估计。高精度的SOC估计值提高SOH估计精度,又由于实验过程中电池容量不断衰减,影响SOC估计精度,因此,准确估计SOH值并反馈修正SOC值,有助于提高SOC估计精度,从而实现SOC和SOH联合估计。实验结果表明:MGWO-DEKF在HPPC工况下,SOC最大误差为0.77%,平均误差为0.29%,估计容量最大误差为0.044 A·h;在BBDST工况下,SOC最大误差为0.59%,平均误差为0.31%,估计容量最大误差为0.016 A·h,证明本文方法正确有效。

    2025年05期 v.36 81-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 1349K]
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  • Vision Transformer模型在中医舌诊图像分类中的应用研究

    周坚和;王彩雄;李炜;周晓玲;张丹璇;吴玉峰;

    舌诊作为中医望诊中的一项重要且常规的检查手段,在中医临床诊断中发挥着不可或缺的作用。为突破传统舌诊依赖主观经验及卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)模型分类性能不足的局限,本文基于高质量舌象分类数据集,提出基于Vision Transformer(ViT)深度学习模型,通过预训练与微调策略优化特征提取能力,并结合数据增强技术解决类别分布不平衡问题。实验结果表明,该模型在6项关键舌象特征分类任务中,5项指标的准确率(苔色85.6%、瘀斑98.0%、质地99.6%、舌色96.6%、裂纹87.8%)显著优于现有CNN方法(如ResNet50对应准确率分别为78.0%、91.0%、92.0%、68.0%、80.1%),验证了该模型在突破传统性能瓶颈、提升中医临床智能诊断可靠性方面的有效性和应用潜力。

    2025年05期 v.36 89-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1876K]
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  • 基于优化模糊控制的混联式混合动力汽车的能量管理策略

    张雪;覃永新;蓝红莉;罗文广;

    制定合理有效的能量控制策略是混联式混合动力汽车(parallel-series hybrid electric vehicle, PSHEV)设计研发的关键技术之一,对提高整车能量利用率和节能减排具有重要意义。针对混联式混合动力系统的非线性与复杂性,本文提出一种基于优化模糊控制的能量管理策略,并设计出对应的模糊控制器来控制发动机的输出扭矩,以实现能量源之间的合理分配。为改善模糊能量管理策略的局限性,利用粒子群算法优化模糊控制隶属度函数,将等效燃油消耗总量设置为粒子群算法的适应度函数,选取41个模糊控制的隶属度函数参数进行优化。通过MATLAB/Simulink与Cruise联合仿真计算,获得适应度函数的优化解。仿真结果表明,在WLTC和NEDC两种工况下采用优化的能量管理策略,在保证优良的车速跟随状态的同时,两种工况所产生的燃油消耗量相较于未优化时分别降低了32.6%和7.5%,提升了汽车的燃油经济性;同时优化后SOC(state of charge)变化趋势更加平缓,有效地减缓了电池衰退程度,可延长电池的使用寿命。

    2025年05期 v.36 99-107页 [查看摘要][在线阅读][下载 1518K]
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材料科学

  • 新型芳基羧酸锌(Ⅱ)配合物的合成结构及介电性能

    管朦;余慧群;

    用于静电储能的介电聚合物在高温下储能密度低、放电效率差,限制了其在电子设备和系统中的应用。通过掺杂纳米填料将深陷阱能级引入聚合物基体并构建多层结构,可以显著提高介电聚合物的介电储能性能。以3,5-二叔丁基邻羟基苯甲酸为原料,以去离子水为溶液作为触发剂,在固态标准温压条件下合成一种新型金属有机配合物{[Zn(3,5-thbzc)_2(H_2O)_2]·C_3H_7NO·2H_2O}_n(其中t为叔丁基,hbzc为2-羟基苯甲酸),即配合物1。通过使用单晶X射线衍射仪(single crystal X-ray diffractometer, SC-XRD)、X射线粉末衍射仪(X-ray powder diffractometer, XRPD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(Fourier transform infrared spectrometer, FTIR)和同步热分析仪(simultaneous thermal analyzer, STA)对配合物1的结构和形貌进行表征,并在不同频率、不同温度下测试该配合物的介电行为。结果表明,配合物1采用单齿四配位模式,且禁带宽度为3.28 eV,证明它是宽带隙半导体材料。介电研究结果表明,配合物1在室温下表现出较高数值的介电常数(κ)(当频率为1 k Hz时,κ=8.00),在PVDF基体中添加低填充量(质量分数为5.0%)的配合物1可以将PVDF基复合材料的介电常数在1 kHz时提高到19.73,大约是室温下纯聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)(当频率为1 k Hz时,κ=11.01)的1.8倍。因此,这种金属有机配合物可作为有机纳米填料用于显著改善介电聚合物的介电性能。

    2025年05期 v.36 108-117+124页 [查看摘要][在线阅读][下载 2446K]
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  • PVDF-HFP/LLZTO复合固态电解质膜的制备与性能研究

    沈鹏程;王玉莹;浑前坤;贠淑宏;卢炫安;史雪利;梁兴华;

    固态锂金属电池(solid-state lithium metal battery, SSLMB)能量密度高和安全性高,有着广阔的应用前景。然而,电解质和电极之间的弱界面接触在SSLMB的实际应用中面临着挑战。首先,制备独立、灵活的复合固态电解质(composite solid electrolyte, CSE)膜,将无机填料Li_(6.4)La_3Zr_(1.4)Ta_(0.6)O_(12)(LLZTO)加入到以聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)为基础的固体聚合物电解质中;其次,添加质量分数为10%的LLZTO来改善固体电解质的电化学性质;最后,将装配好的LFP/CSE/Li电池进行充放电测试。CSE膜在室温下的离子电导率为4.72×10~(-4)S/cm、锂离子迁移数为0.61和电化学窗口为4.0 V。在0.1C循环下,固态电池的首次放电比容量为122 m A·h/g。经过40圈循环后,LFP/CSE/Li的放电比容量依然达到109 mA·h/g,容量保持率为89%,库伦效率达到100%。

    2025年05期 v.36 118-124页 [查看摘要][在线阅读][下载 1251K]
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