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第50卷,第4期
刊出日期:2022年04月
  • 土木与机械工程
  • 方昊, 郑俊杰, 后如意 doi: 10.13245/j.hust.220404 P1-6 在线阅读 下载(976.61 KB)
    为了研究水平向非均匀弹性地基上梁受静载作用下的弯曲变形,基于欧拉-伯努利梁和简化多层弹性地基理论,推导出了水平向非均匀弹性地基上梁受静载作用下的控制方程.引入虚拟单元概念,利用傅里叶级数和伽辽金法相结合的方法,得到了梁的弯曲变形结果.与有限元的结果进行对比,符合得很好,验证了本文方法的正确性.分析了地基水平向非均匀性对梁弯曲变形的影响.研究结果表明:在不同于水平向均匀地基的情况下,水平向非均匀弹性地基的不同级数系数之间存在耦合的关系;地基的非均匀性对地基上梁的弯曲变形结果有很大的影响;梁与水平向非均匀地基的接触面上存在应力集中的现象,该现象出现在不同地基土的交界处附近.
  • 程霖, 杨成永, 马文辉, 车敬珂 doi: 10.13245/j.hust.220405 P7-13 在线阅读 下载(2.37 MB)
    为得到管线附加变形的理论计算方法,建立了考虑管土脱空的双层弹簧弹性地基梁模型.基于所建模型分别推导了管土接触区与脱空区的荷载表达式,给出了管线变形控制微分方程的传递矩阵法求解步骤,利用有限元数值解验证了理论解的正确性.计算了管土相对刚度系数R与管线归一化弯矩和沉降的关系.开展离心模型试验对管土脱空行为进行观测,将试验数据与理论计算结果进行了对比分析.结果表明:本文方法计算得到的管线沉降和弯矩比当不考虑管土脱空时较小;R=1×10-4可作为判断管土能否产生脱空的界限;在离心模型试验中,管线与下部土层相互作用力试验结果证实了管土脱空的存在,表明在管线变形计算中考虑管土脱空是有必要的.
  • 刁宽, 刘晓军, 徐龙, 胡明亮 doi: 10.13245/j.hust.220401 P14-18 在线阅读 下载(1.5 MB)
    基于四象限探测器的光斑位置检测原理,建立了不同光斑半径、能量分布和探测器死区等影响因素下四象限探测器输出偏置电压与光斑位置的表征关系.数值仿真结果表明:通过选择合适的光斑半径大小、探测器的测量区域、选择死区较小的探测器等,可有效提高探测器的定位精度.基于仿真分析,搭建了测试实验和利用均匀光斑、探测器存在死区情况下的表征方程对测量结果进行数值计算.实验结果表明:与标准值比较,在该表征方法下,在300 μm范围内,四象限探测器光斑中心定位精度为0.35 μm,均方根为0.18 μm.
  • 柴红强, 杨国来, 刘小雄, 尹大禹 doi: 10.13245/j.hust.220402 P19-25 在线阅读 下载(1.69 MB)
    为了研究油液不同属性对直线共轭内齿轮泵流动特性的变化规律,系统分析了油液属性并建立了相应的数学模型;指出了油液属性变化的本质并解析了含气量、工作压力及油温对油液属性的影响规律;搭建了CFD动力学仿真模型并设计了正交试验方案;详细研究了不同试验条件下流量脉动、压力脉动、容积效率及总效率的变化情况并进行了试验验证.结果表明:变工况是引起油液属性变化的本质;压力脉动正相关于流量脉动;工作压力对流量脉动率、含气量对压力脉动率及总效率、油温对容积效率分别是影响最大的因子.
  • 张朋, 张洁, 王卓君, 孙可芯 doi: 10.13245/j.hust.220403 P26-32 在线阅读 下载(909.38 KB)
    针对晶圆制造系统光刻区调度问题,考虑设备专用性约束、掩膜版数量约束及设备加工能力约束,以最小化总完工时间和光刻成本、最大化晶圆准时交付率和设备利用率为目标,提出了基于分解多目标进化算法的光刻区调度方法.针对非支配前沿点分布不均的问题,设计了基于聚类分析的参考点生成方法;综合考虑非支配解的分布均匀性、收敛性及计算资源的合理分配,改进了惩罚边界交叉聚合函数;设计了外部档案变邻域搜索方法,提高算法的求解质量和收敛速度.24组基准算例和晶圆制造仿真系统连续12个月的测试结果表明:提出的分解多目标进化算法相对于多种多目标进化算法,能够取得更好的收敛性和解的多样性.
  • 计算机与控制工程
  • 丛明, 边雪, 刘冬, 杜宇 doi: 10.13245/j.hust.220406 P33-39 在线阅读 下载(3.18 MB)
    针对同步定位与地图构建(SLAM)过程中因传感器累积误差、干扰等情况造成定位精度不高的问题,借鉴哺乳动物海马空间对多源信息的认知与整合机理,提出一种新型空间认知模型和融合贝叶斯估计的误差修正方法.首先,建立视觉线索的模拟机制,并对头朝向细胞和3D网格细胞进行建模;其次,构建反赫布学习递归神经网络完成对特定位置的编码,实现机器人对时空经验信息稳定的表达;最后,采用贝叶斯估计原理,建立原位置细胞邻域空间,提出结合位置细胞放电率的误差修正策略.与NeuroSLAM,OKVIS和VINS算法在EuRoC公开数据集上进行对比测试,结果表明:本文算法能够整合多源环境信息实现认知地图构建,最大绝对平移误差为0.727 m,最大绝对旋转误差为0.442.
  • 曹毅, 费鸿博, 李平, 张小勇 doi: 10.13245/j.hust.220407 P40-46 在线阅读 下载(1.25 MB)
    针对单特征输入时,现有声场景分类方法分类准确率不高且泛化能力不强的问题,提出了一种基于多流卷积和数据增强的声场景分类方法.首先,介绍了卷积神经网络和混合数据增强的基本原理;其次,基于网络并行输入理论,设计了一种多流卷积神经网络模型以期实现多流特征融合,其由特征提取模块和特征融合模块组成;然后,为进一步提升模型的准确率并降低模型过拟合的概率,提出了一种多维混合数据增强方法以实现特征数据的平滑处理;最后,采用9种特征组合方案,基于Urbansound8K,ESC50和ESC10数据集分别开展了声场景分类实验.实验结果表明:模型的准确率分别为88.29%,77.75%和96.25%,验证了当使用该方法进行声场景分类研究时,模型具有较高的准确率和较强的泛化能力.
  • 侯新国, 王灿, 卜乐平, 闫正军 doi: 10.13245/j.hust.220408 P47-50 在线阅读 下载(1.88 MB)
    针对现有的基于卷积神经网络的火灾探测模型无法做到精度高与参数量小兼顾,并且容易对颜色似火的物体产生误判的问题,提出了一种利用火焰的颜色特征提高模型抗干扰能力的方法,主要是通过增加模型对蓝色通道的关注度来提高模型的抗干扰能力;同时,利用一种训练方案大幅度减少了模型的参数量和训练时间,主要是通过知识蒸馏对模型进行压缩,以促进其在移动终端或嵌入式设备上的部署.结果表明:使用该方法训练出来的模型,参数量减少了7/8,误报率减少了6.53%,精度增加了2.42%,实现了精度高和参数量小兼顾.
  • 张玺君, 陶冶, 张冠男, 余光杰 doi: 10.13245/j.hust.220409 P51-56 在线阅读 下载(1.25 MB)
    针对交通流预测中的时空相关性进行研究.首先,根据城市交通路网建立速度矩阵,将每个时刻的速度矩阵输入胶囊网络进行空间特征的提取;其次,利用注意力机制结合近期交通流数据生成注意力权重;最后,将带有注意力权重的数据输入到门控循环单元学习交通流的时间特征,进行组合模型的短时交通流预测.使用西安市的交通流数据进行验证,结果表明:提出的ACapsGRU组合模型有更好的预测结果,相比于卷积神经网络、胶囊网络及CapsNet-NLSTM等模型预测结果,在平均绝对误差(MAE)方面分别优化了17.08%,13.85%和4.78%.
  • 张延恒, 张莹 doi: 10.13245/j.hust.220410 P57-63 在线阅读 下载(3.14 MB)
    设计了一种可居家使用的采用单目相机实现手部抓握状态识别及抓握能力训练的系统.通过分析不同姿态下手部抓握特征,提出了采用手部轮廓面积和虚特征参数对手部抓握状态进行识别和评估的方法,并通过在手部粘贴标识对手部姿态进行识别实现了两类特征参数的优选.对于采用单一虚特征参数进行手部抓握状态识别时存在的失效问题,提出了分段采用面积虚特征参数和长度虚特征参数的识别方法,并重新定义状态变化因子,实现了不同虚特征参数描述抓握状态变化的尺度上的统一.为减少手部无效面积对手部抓握状态评估的影响,建立了基于手部结构比例特征提取手部有效轮廓的算法.实验结果表明:所提出的手部抓握状态识别方法能够满足人机流畅交互要求,不同评价特征参数可以实现无缝切换.
  • 种衍文, 章郴, 冯文强, 潘少明 doi: 10.13245/j.hust.220411 P64-70 在线阅读 下载(3.78 MB)
    针对行人重识别(re-ID)中背景簇、遮挡、视点变化和姿态变化等因素的负面影响,提出了一种新的算法,称为多粒度融合生成对齐网络(MLFGAN).首先,提出身份(Identity, ID)不变的姿态标准化生成对抗网络(IIPN)来生成8种标准姿态的行人图像;然后,通过全局对齐网络实现图像对齐,利用局部对齐网络进行精细化行人匹配,用多粒度特征融合来整合不同粒度的信息,防止小尺度鉴别性信息丢失.MLFGAN能够有效地提取有区分性和鲁棒性的行人嵌入表示,其有效性在Market1501和DukeMTMC-reID等广泛使用的数据集上得到了清楚的验证.
  • 冯辉, 胡胜, 余文曌, 魏跃峰 doi: 10.13245/j.hust.220412 P71-76 在线阅读 下载(1.79 MB)
    针对欠驱无人水面船在外界时变环境干扰和模型不确定影响下如何提高循迹控制性能的问题,提出了一种带漂角观测器的有限时间自抗扰循迹控制方法.首先,基于有限时间稳定性理论设计有限时间非线性干扰观测器,对时变大漂角进行在线估计,并结合视线法引导律(LOS),提出有限时间引导律(FLOS),提高引导系统的响应速度和鲁棒性,使得船舶快速收敛至期望路径,并稳定地沿着期望路径航行;然后,结合反步控制和二阶滑模控制进行有限时间控制器设计,将模型不确定性、时变环境干扰和虚拟控制量视为总扰动,对其进行观测并补偿,设计有限时间自抗扰控制器(FADRC),使纵向和艏向控制系统误差在有限时间内收敛至零附近;最后,通过仿真验证了提出方法的有效性.
  • 焦建芳, 包端华, 胡正中 doi: 10.13245/j.hust.220413 P77-82 在线阅读 下载(1.85 MB)
    针对存在模型参数摄动与外界未知海洋环境干扰的船舶轨迹跟踪问题,提出一种具有规定性能要求约束的船舶轨迹跟踪控制策略.该控制策略通过引入具有约束作用的性能函数进行控制器的设计.先将有不等式约束的船舶轨迹跟踪误差转换为等价的无约束的误差,然后将转换得到的误差与滑模控制相结合设计控制器,保证船舶轨迹跟踪控制的快速性与高精度,同时使用低通滤波器求解虚拟控制量导数,避免微分爆炸.而后通过径向基函数(RBF)神经网络克服模型参数摄动,利用非线性增益函数与双曲正切函数设计自适应律,对外界未知干扰与模型参数逼近误差的总和的界进行估计.最后基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定理论证明了闭环系统中所有状态量最终一致有界,且船舶轨迹跟踪误差收敛到规定的范围内.仿真实验验证了所提出的控制策略的有效性与优越性.
  • 船舶与海洋工程
  • 吴刚, 刘昕, 倪宝玉, 郭鹏杰 doi: 10.13245/j.hust.220414 P83-89 在线阅读 下载(3.62 MB)
    为了研究气泡辅助系统降低船模碎冰区阻力的机理及效果,采用非冻结模型冰,在室外冰水池内开展了一系列船模拖曳试验,分别对不同碎冰密集度、不同船模航速及不同通气量参数下的阻力特性变化规律展开研究.试验结果表明:当该气泡辅助系统工作时,船体两侧的碎冰会受到气泡上浮及气水混合流的作用,发生翻转并向远离船体方向运动,在船体与碎冰之间形成一条无冰带,在该范围内几乎没有船体与碎冰的相互接触,以此达到降低阻力的效果;船模开启气泡辅助系统后的减阻率受碎冰密集度、航速、通气量三者共同影响,减阻率总趋势是随通气量的增加而增加,且该系统在低碎冰密集度、低航速工况下的减阻效果更好.
  • 杨文吒, 颜家杰, 马勇, 虞志益 doi: 10.13245/j.hust.220415 P90-95 在线阅读 下载(1.42 MB)
    针对湍流剖面仪的数据采集系统设计和耐压材料选取的问题进行研究.数据采集系统主要研究剪切流处理电路、快速温度处理电路和微处理器,剪切流处理电路获取剪切应力的信息,快速温度处理电路获取湍流快速温度变化的信息,微处理器采用低功耗、高性能、多外设的MSP (混合信号处理器) 430完成数据的通信和处理任务.湍流剖面仪的耐压舱使用钛合金耐压材料,采用有限元方法对耐压舱的材料进行力学分析,在5 000 m海水深度下,相比不锈钢材料(AISI304),钛合金材料(TC4)在深海条件下的最小安全系数为其4倍,说明具备更好的耐压性能.
  • 陈晓, 黄桥高, 曹勇, 潘光 doi: 10.13245/j.hust.220416 P96-101 在线阅读 下载(2.44 MB)
    采用数值仿真耦合求解流体动力方程与扑翼运动方程,建立扑翼-流体耦合的自主推进计算模型,数值模拟了非正弦俯仰运动下扑翼在前进方向及侧向的自主推进,研究在静水中不同运动波形及俯仰频率对自主推进速度、自主推进效率及流场结构的影响.结果表明:非正弦波形调节参数K和俯仰频率对自主推进前进速度、前进距离影响很大,提高K或频率,可增大平均前进速度、前进距离与侧向位移,并在K=2.5的方波取得平均速度最大值,相较于正弦波运动提高70.3%;自主推进效率及能量利用率随着K的减小不断增大,高频时推进效率高,低频时能量利用率高.
  • 付建, 孙俊忠, 曾帆, 李嘉 doi: 10.13245/j.hust.220417 P102-106 在线阅读 下载(3.17 MB)
    为在频域内分析潜艇艇体声散射效应对尾流场中螺旋桨声场的影响,以小比例潜艇和大侧斜螺旋桨为对象,首先基于计算流体力学(CFD)方法模拟了“艇+桨”的推进特性,得到了螺旋桨壁面的脉动压力,然后考虑艇体的散射效应,计算分析了螺旋桨的声场特性.结果表明:当以“艇+桨”系统为对象真实模拟螺旋桨的工作条件时,由于潜艇尾部十字舵的存在,因此螺旋桨前方不均匀轴向进流出现四个低速区,导致轴向测点处单个桨叶自由场噪声在4倍轴频及其谐频处有线谱出现;螺旋桨的散射声场与入射声场存在较大差异,并且艇体散射对径向测点螺旋桨噪声的影响要高于轴向测点.
  • 和卫平, 王军, 魏建辉, 李光明 doi: 10.13245/j.hust.220418 P107-112 在线阅读 下载(2.74 MB)
    以结构简化后的模块化平台作为研究对象,根据水下爆炸设备抗冲击试验设计标准,设计试验工况使其达到GJB150.18—1986规定的最严酷考核工况,对此单层隔振平台进行抗冲击试验并与设计谱输入下的仿真结果进行对比.结果表明:试验设计合理,最严酷工况下谱位移达到设计要求,试验后模块化平台模型外观完好,未出现塑性变形,模块化平台冲击响应计算结果与试验结果较为符合,模块化平台的加速度峰值与谱加速度相较于浮动冲击平台内底减小幅度在95%以上,表明单层隔振平台具有良好抗冲击性能.
  • 张伽伟, 姜润翔, 喻鹏 doi: 10.13245/j.hust.220419 P113-117 在线阅读 下载(2.33 MB)
    为解决晃动测量平台的船舶电场跟踪问题,对水面浮动平台的实测电场数据进行了特征分析,明确了海洋环境及平台晃动产生的干扰电场能量主要集中在0.5 Hz以下,随着频率的增加而减小.水面浮动平台环境电场干扰在0.5 Hz以下和0.5~30.0 Hz两个频段的量级分别为100 μV/m和10 μV/m,得出了在动平台不宜采用0.5 Hz以下静电场或静态电位差作为船舶跟踪信号源的结论,提出了利用轴频电场的动平台船舶跟踪方法,并首次实现了实船电场跟踪,实测结果表明:所提的跟踪方法对船舶的有效跟踪距离达900 m,最小跟踪距离误差为20 m.
  • 汤明刚, 李生鹏, 郭泽鹏, 王子渊 doi: 10.13245/j.hust.220420 P118-123 在线阅读 下载(3.15 MB)
    以某实际应用的双模块半潜型浮式平台为例,提出了基于平台模块主体、过渡加强区、连接器本体的三级区域串并联的连接器等效结构刚度计算方法.建立了各级区域的三维精细有限元结构模型,其中过渡加强区采用多点耦合方法,连接器本体采用接触非线性分析方法,最终获取了该平台连接器的等效结构刚度.分析结果显示:不同区域结构刚度量级基本一致,表明在连接器等效结构刚度计算中,每个区域结构的贡献均不能忽略;连接器不同方向刚度耦合效应较强,同时垂向等效结构刚度要小于纵向刚度值.开展了连接器部分区域结构原型加载试验,刚度测试结果与数值模拟结果符合良好,验证了计算方法的准确性.
  • 高鹏骋, 黄桥高, 潘光, 赵嘉祯 doi: 10.13245/j.hust.220421 P124-130 在线阅读 下载(3.44 MB)
    为探究外界输入正弦扰动信号对升沉扑翼推进性能和尾涡结构的影响,采用数值模拟方法研究了在一个升沉扑翼的基础正弦输入信号中加入高频同相正弦扰动.数值计算结果表明:在大多数情况下,引入扰动增加了轴向推力,尤其是当基频为0.50 Hz时,外加12 Hz扰频促使轴向推力增加至原来的843.5%.计算结果证实:仅在基频较低的情况下,升沉扑翼能拥有良好的推进效率,随着基频或扰频的增大,扑翼推进效率均呈下降趋势.结果表明:当最低基频为0.50 Hz时,随着扰频的增加,尾涡结构在扰频为4 Hz情况下开始由无明显涡脱落模式转换为2S模式;当基频为0.75 Hz时,尾涡结构随着扰频的增加由2P模型转换为2S模式;在1.00,1.25,1.50,1.75 Hz基频情况下,尾涡结构随着扰频的增加由2S模式变得杂乱.
  • 王超, 张郭杨, 汪春辉, 宋梅筠 doi: 10.13245/j.hust.220422 P131-136 在线阅读 下载(2.43 MB)
    为研究极地船舶在碎冰-波浪作用下的增阻性能和运动响应规律,采用半精炼颗粒状石蜡模型冰,研究迎浪工况下极地船舶的增阻随航速、冰密集度、波长、波高的变化规律,进一步探究联合作用下船舶的运动响应和阻力的变化规律.试验结果表明:在船-浪相互作用下,船模总阻力会增加,波浪增阻和船舶运动响应随波高和波长的增加而增加,并且在Fr=0.055附近会发生变化.船-冰-波浪三者作用时,波长和波高的变化对波浪阻力成分与浮冰阻力成分产生了相反变化,但整体还是体现出增加的趋势;在相同冰密集度条件下,在Fr=0.055附近区间,船舶的运动响应会达到最大.
  • 邱元燃, 胡泽超, 徐伟, 尹礼航 doi: 10.13245/j.hust.220423 P137-142 在线阅读 下载(3.28 MB)
    建立了柔性中间质量与刚性中间质量双层减振系统减振性能对比分析模型,分析了主要设计参数对减振效果的影响规律.设计了一种集成式、可调节双层减振模块,利用其结构形式灵活、设计承载能力范围广等特点,实现在紧凑结构空间的布置,相比传统柔性中间质量浮筏减振装置,尺寸质量大幅降低,同时具有较好的减振、姿态控制性能.基于某船舶动力装置研制样机并开展了减振效果与姿态控制精度试验,结果表明:相对传统浮筏减振装置,在质量减轻50%的条件下,模块化减振装置的减振效果可达到要求,并具有良好的姿态控制精度.
  • 汪春辉, 王嘉安, 王超, 宋梅筠 doi: 10.13245/j.hust.220424 P143-148 在线阅读 下载(1.89 MB)
    采用石蜡非冻结模型冰,通过试验模拟真实冰况中浮冰尺寸分布,对浮冰群在不同波长规则波中的运动响应进行了测量,总结了其纵向及垂荡运动响应规律,并与孤立浮冰在波浪中的运动响应规律进行了对比.结果显示:浮冰群在波浪中的纵向运动表现出短波区间内不规则运动与长波区间内规则运动两种运动状态;不同尺寸浮冰的纵向运动响应参数未发现有规律性差异;浮冰群的纵向漂移平均速度随波长的增加先快速增长后逐渐减少并趋向于零;浮冰群的纵荡响应速度及位移幅值在短波区间振荡剧烈无法测量,在长波区间随波长的增加快速增大且位移幅值很快超过波高后缓慢减少,但持续大于波高;浮冰群的纵荡响应周期随波长的增加先略大于波浪周期后与波浪的周期近似重叠.
6 2024
主 管:教育部
主 办:华中科技大学
主 编:李元元
刊 号:ISSN 1671-4512
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