Abstract:

为解决传统Radau伪谱法在轨迹优化求解效率与轨迹解可行性之间存在的矛盾,本文提出一种基于自适应阈值的分段升阶伪谱法,用于提升非线性优化问题的求解精度,加快收敛速度。该方法通过动态比较迭代过程中的误差矩阵极大值与标准时间步长,在误差超过自适应阈值的区间设置新分段点,并在误差小于偏差阈值的分段内增加配点数,这种策略对轨迹解的平滑/非平滑区间进行针对性优化,从而以较少的分段数和配点数达成轨迹规划目标。相比于传统Radau伪谱法,自适应分段升阶方法能够以较少迭代轮次收敛到期望结果,实现数值精度与求解效率的有效平衡。为验证算法性能,本研究基于自由飞行空间机器人非合作目标捕获场景进行了对比仿真实验。实验结果表明,本文提出的自适应分段升阶方法,在求解耗时和轨迹解的末端精度方面均优于对比方法,显示出更好的综合表现。

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为解决地下空间中空地异构无人系统协同区域搜索效率低下的问题,本文综合考虑空中与地面障碍物的双重约束,构建了三维栅格地下空间模型。基于此,利用自适应高度的无人系统三维传感器模型,量化分析了探测距离对探测性能的影响,并采用信息素图机制,通过信息素的扩散与挥发动态更新环境信息。在分布式模型预测控制(distributed model predictive control,DMPC)框架下,融合差分变异、三角形游走、高斯扰动和t分布自适应扰动策略,提出了一种融合信息素图机制的改进人工旅鼠算法(improved artificial lemming algorithm-pheromone map,IDALA-PM),以实现多空地异构无人系统的分布式实时路径规划。仿真结果表明,所提出的IDALA-PM算法能够有效完成地下空间搜索任务,相比传统算法,搜索效率提高了54.2%。

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为研究神经网络和强化学习算法与高等动物进化原理之间的联系,本文结合深度确定性策略梯度（deep deterministic policy gradient,DDPG）算法构建了一套可观测、可解释的轮足机器人自主运动控制系统。首先在FPGA（field-programmable gate arrays）上部署Actor-Critic神经网络,并设计了一套FPGA-ARM机器人控制系统,通过实时导出网络权值激活信号并生成权值热力图,以可视化展示策略演化过程。实验表明,该方案单步计算时延缩减至28 μs,5 000步内完成收敛。同时,权值热力图揭示了策略在初期、中期及后期3个阶段的动态演化,定性分析表明,非关注区域对整体策略影响微弱、资源利用更趋优化。本文提出的硬件算法协同框架为强化学习“黑箱”可观测性研究提供了新范式,展示了FPGA在嵌入式机器人控制中兼具低延迟、高并行和低功耗的独特优势,为多智能体协作与异构平台下的实时技能学习与硬件加速提供了潜在应用前景。

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为解决变后掠翼飞行器在动态拦截环境下的自主规避问题,本文提出一种智能变形决策算法,通过实时调节后掠角,将动态变形作为规避的核心手段。首先,针对后掠角可变的变体飞行器模型,基于最小二乘法拟合气动系数,并分析了气动参数对飞行器气动性能的影响,从而为智能变形决策提供依据。其次,考虑变后掠翼飞行器飞行速度、飞行区域边界等实际物理约束条件,构建面向突防任务的变体飞行器双拦截器动态博弈场景,结合飞行器状态、拦截器状态及目标信息的状态空间,设计以规避效果、气动性能为优化目标的决策模型。仿真实验验证结果表明,本文算法能够在完成自主变形决策规避的同时,兼顾机动性和敏捷性,克服了传统变形策略依赖离线优化计算和根据预设任务切换,难以自适应应对高动态博弈环境的局限性。

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自重构波状爬行(self-reconfiguration wave-like crawling,SWC)机器人具有特殊的串/并联连接状态,其在运动规划过程中更需要生成连续可行的轨迹。传统运动规划算法存在效率低下、生成路径不符合运动学约束的问题。本文提出了一种改进的信息增强快速探索随机树运动规划方法。首先以RRT-Connect(rapidly-exploring random tree connect)算法为基础,生成初始可行路径,构建椭圆状态空间采样域,实现随机树的快速生长。其次,基于最小化的加加速度目标函数和Hessian矩阵优化多项式轨迹,生成符合SWC机器人运动学特性的平滑轨迹。最后,基于不同的障碍物场景进行路径规划仿真,以验证优化后算法的效果。仿真结果表明,相较于传统算法,所提方法在多种障碍物环境中可显著提升路径规划效率,缩短全局采样时间和规划路径长度,并可有效地避免SWC机器人运动过程中的急加速转弯,消除路径中的尖锐转折,更符合实际作业需求。

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为提升时空运动耦合约束的物流配送效率和灵活性,通过结合无人机高机动和无人车强运载能力,构建了异构空地协同智能物资配送系统。设计了一种多层级多尺度的多机物资配送轨迹规划方法(multi-layer multi-scale multi-robot transportation trajectory planning,M³TTP),基于改进蚁群算法与概率路线图算法相结合,以优化多目标障碍约束下的旅行商问题轨迹求解结果,实现多尺度的分层任务分配决策规划。实验结果表明,考虑实际环境中空间障碍物和动态时序约束条件,通过改进的末端启发式算法构建邻接矩阵,可以实现小尺度的已知路网信息下求解最优配送路径。提出的异构协同任务作业时间同步机制,以Dubins算法将规划的轨迹均匀离散,提高了地空配送任务中多机协同效率。设计的M³TTP方法可以增强系统在时空运动耦合约束下的适应性和配送效率。

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为完善非线性系统预设性能跟踪控制过程中约束冲突问题的处理机制,并对系统施加更精细的约束,本文提出了一种基于新型可变障碍函数的性能约束控制方法。首先,对非线性系统约束控制中因初始状态不确定和期望轨迹突变导致的约束冲突问题进行分析,提出了一种新的非对称可变障碍函数构型。该构型为系统引入了吸引函数,能够统一处理约束冲突过程中的约束解除和约束恢复两个阶段,并能够丰富预设性能边界的设置形式,使得约束控制策略更加简单和完善。其次,基于设计的新型非对称可变障碍函数构型,设计一组新型L型预设性能边界函数。该组性能边界函数本身具有约束力,能够对系统输出的超调量施加定量约束,从而更精细地约束系统的行为。最后,对系统误差的有界性和前向不变性进行了证明,并基于Lyapunov函数稳定性理论证明所有闭环信号的一致最终有界性。选取四旋翼无人机系统进行数值仿真和实验对比,数值仿真和实验结果验证了所提方案的有效性和优越性。本文设计的吸引预设性能方法,能够在给系统施加定量超调约束的同时,解决约束过程中产生的约束冲突问题。

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超参数优化是自动机器学习领域中的关键技术之一,旨在通过实现超参数调优的自动化,减轻机器学习从业者的工作负担。在机器人系统中,超参数优化对感知模块的神经网络训练、控制器的参数整定以及多模态数据融合算法的性能提升具有关键作用。然而,尽管该技术已取得显著进展,但其效率问题仍是限制其广泛应用的主要瓶颈。近年来,元学习技术的迅猛发展为提升超参数优化的效率开辟了新路径,该技术在机器人系统需要快速适应动态环境及新任务场景时展现出独特优势。元学习的核心在于使模型能够从大量先验任务中自动吸收并应用相关知识,从而显著提升其对未知任务的学习效率。基于此,众多研究者正致力于探索如何利用元学习技术来增强超参数优化的搜索能力。本文旨在系统梳理相关研究进展:首先对超参数优化问题进行形式化定义,并综述当前主流方法;其次,总结基于元学习理论的超参数优化策略,并分析当前主流元学习算法的特点；再次,介绍超参数优化领域的基准数据集,并对比分析主流方法在其上的实验性能;最后,对超参数优化技术的未来发展趋势进行展望。

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为解决车辆边缘计算中因高动态网络拓扑结构、高维动作探索空间以及严格的低时延约束引起的任务卸载不稳定、计算资源不能充分利用、卸载成本高、用户服务质量低的问题,本文提出了一种数字孪生辅助聚类的车辆边缘计算任务卸载方法。首先构建了车辆社交关系模型,以量化车辆间的相互关系,通过引入两个社交信任因子衡量车辆间卸载稳定性,减少因通信链路不稳定而造成的计算资源浪费；而后构建数字孪生车辆边缘计算网络模型,通过数字孪生网络模型与实体车载边缘设备网络之间的双向信息交互,实时监控车辆边缘设备的状态；同时,设计了基于引力模型的聚类算法,辅助车辆聚类以缩小动作探索空间,提高计算任务的卸载效率,降低边缘任务计算成本；最后,在以上优化策略的基础上,设计实现了数字孪生辅助聚类的双延迟深度确定性策略梯度边缘计算任务卸载算法。仿真对比实验表明,与已有的卸载方法相比,所提方法在充分利用计算资源的基础上,能够显著减小任务卸载成本,降低任务执行时延并提高任务卸载成功率,可以实现车辆边缘计算任务的高效稳定卸载,提升用户服务质量。

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为解决异质信息网络中现有社区搜索方法存在的局限性,本文提出了一种融合多种语义关系的异质信息网络社区搜索方法,采用高效的“离线学习在线搜索”策略,其核心在于:利用语义注意力机制自适应学习不同元路径对目标社区凝聚性的权重贡献,精准量化语义差异；再结合网络结构与节点属性特征度量节点相关性,定位社区成员。离线阶段预训练节点社区关联模型,生成节点归属各类社区的概率分布向量；在线阶段基于预计算结果快速响应社区搜索。此策略既可保持学习模型的灵活性,有效捕捉异质网络语义与属性,又将主要计算负担置于离线阶段,显著提升查询效率,尤其适用于高频场景。在多个真实数据集上的验证实验表明,本方法在社区有效性（语义相关性、结构凝聚性、属性一致性）和查询效率上均显著优于现有主流方法。

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为提高图像时间序列预测的精度,本研究提出了一种基于 长短期记忆网络（long short-term memory,LSTM)与注意力机制的时间序列预测网络:MA-LSTM。该网络整体由多尺度注意力模块（multi-scale attention block,MAB）、多尺度注意力层(multi-scale attention layer,MALayer)和超分辨率重建模块(super resolution reconstruction module,SRRM）组成,以多尺度特征建模为核心,着重提升时空特征表达能力与长程依赖建模能力。首先,MA-LSTM设计了MAB模块,通过时空特征增强层 提升模型的细节建模能力,并利用通道特征增强层加强了特征图的跨维度信息交互,解决了SwinLSTM对于细粒度特征捕捉不足的问题。其次,MA-LSTM引入了简化的LSTM结构,与MAB结合构建了MALayer,增强模型对时序信息的建模能力。最后,在特征图重建时设计了SRRM模块,有效增强模型预测输出的细节表达能力。研究表明,MA-LSTM在MovingMNIST和KTH两个不同领域的数据集上,结构相似性指数分别达到0.960 2和0.924 3,与SwinLSTM、PhyDNet、PredRNN、ConvLSTM网络进行的对比试验结果表明,结构相似性指数最高提升了0.337和0.212,展现了其在时序预测任务中的高效性和适用性,且具备跨领域的推广潜力。此外,消融实验进一步证明了本文所提出模块的有效性。

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为提高零中频接收机中正交(in-phase quadrature,IQ)失配信号校正的收敛速度与鲁棒性,本文将Kalman滤波算法与盲源分离结构结合,提出了一种基于双通道Kalman滤波的校正算法。该算法通过状态空间建模与协方差自适应更新,能够在动态环境下实现更高效、稳定的参数估计,从而实现对IQ失配信号的有效补偿。将本文算法与最小均方算法(least mean square,LMS)、归一化最小均方算法(normalized least mean square,NLMS)和仿射投影算法(affine projection algorithm,APA)进行对比仿真,结果显示,校正后信号的镜像抑制比(image rejection ratio,IRR)均达到约45 dB,但双通道Kalman滤波算法对应的IRR曲面图更加平滑,同时,16QAM和16PSK调制方式下该算法的误符号率最低,表明本文算法能够有效实现IQ失配校正,具有较好的稳定性。本文算法迭代约50次时,均方误差收敛趋近于0,而LMS、NLMS和APA算法则分别需要迭代约500次、400次和200次才能够收敛,表明该算法具有较好的收敛性。通过参数的敏感性仿真分析,在较大的参数范围内本文算法达到的IRR差别甚微,具有良好的鲁棒性。

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为准确评估复杂环境荷载作用下海上风机四桩导管架基础的承载变形特性,本文基于改进非线性滞回圈p（桩侧土反力）-y（桩横向变形）曲线构建了基础的三维数值分析模型,并引入修正P乘子以考虑群桩效应和基桩轴力对基础水平承载特性的影响。同时,采用两点组合循环加载方式分别模拟风压与波浪荷载作用,并考虑其幅值、频率、作用高度等荷载特征差异。研究表明:当桩间距≥7D时,四桩导管架基础的群桩效应可以忽略,且随着加载高度的增加（加载位移控制不变）,基桩轴力对基础水平承载特性的影响逐渐增强；波浪占比的增加和风载高度的降低会显著增大基础变形及内力,且其对于风浪占比的变化更为敏感；小幅值组合循环作用下,桩顶位移随循环次数（取对数坐标）呈线性变化且累积位移趋于不变,但当加载幅值为0.4时,桩顶塑性累积位移持续增长。

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为解决现有隔震装置普遍侧重水平向而竖向控制薄弱的问题,本文提出一种新型液压蓄能竖向隔震体系,以有效抑制结构的竖向地震响应。首先,分析了系统的刚度特性,通过静力试验验证了隔震系统的力学性能和阻尼耗能能力。其次,建立了隔震系统动力学模型,采用谐波平衡法求解系统的幅频响应和位移传递率,分析了振动幅值、阻尼比和蓄能器体积压缩系数对位移传递率的影响。最后,建立了液压蓄能竖向隔震混凝土框架结构和未隔震框架结构的有限元模型,对上述模型进行了地震动动力时程分析,对比分析了两种框架的地震响应结果。研究结果表明:液压蓄能竖向隔震混凝土框架结构的竖向加速度响应与地面输入相比平均降低了59%,竖向隔震效果明显。

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为明晰铝合金管混凝土的工作机理,验证并提升圆铝合金管混凝土短柱轴压承载力计算模型的可靠性,本文对现有圆铝合金管混凝土的短柱轴压试验进行了统计和分析,建立了试验数据库。在此基础上进一步分析了其短柱轴压力学性能,验证了现有5种典型承载力计算模型的适用性,并提出了更为准确的短柱轴压承载力计算模型。研究结果表明:现有研究的部分参数已超出“组合结构”的研究范畴,在相应分析中应予以单独考虑；相比于同条件的钢管混凝土,铝合金管混凝土的界限约束效应系数更高,初步可取为1.75；本文所列举的5种典型计算模型均可较好地预测圆铝合金管混凝土的短柱轴压承载力,但所收集试件中仍有5.6%~32.4%的承载力预测偏差超过20%,且主要集中于低约束效应系数（ξ<1.0）范围内；本文所提出的承载力计算模型对所收集试件的承载力预测偏差大于20%的占比低于3%。

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为减少结构在地震作用下的残余变形,本文提出了一种基于形状记忆合金（shape memory alloy,SMA）螺栓的自复位转动摩擦阻尼器（shape memory alloy self-centering rotary friction damper,SMA-SRFD）,介绍了其基本构造及工作原理,开展了SMA螺栓材性实验,对螺栓及SMA-SRFD的受力性能进行了理论分析,并与有限元分析结果进行了对比,验证所采用理论公式的准确性；建立SMA-SRFD三维有限元模型,并选取旋转子中摩擦斜面倾角、摩擦系数及SMA螺栓预紧力为变量进行了参数分析。结果表明:SMA螺栓的应力应变曲线呈典型的“旗帜”形,具有良好的耗能及自复位能力；SMA-SRFD理论分析与数值模拟结果吻合,二者均可准确反映阻尼器的受力过程；增大斜面倾角,会提升SMA-SRFD的承载能力及等效刚度,但阻尼器耗能及阻尼比降低；提高接触面之间的摩擦系数,SMA-SRFD的耗能、等效刚度及等效阻尼比均随之增加,自复位能力减弱；随着SMA螺栓预紧力的增加,SMA-SRFD的最大承载力基本相同,而变形量会略有减小,此外,对SMA螺栓施加不同的预紧力,阻尼器的滞回性能无显著变化。

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为研究Ⅱ型APC套筒约束下带肋钢筋与灌浆料间的黏结滑移性能,本研究进行了23组共69个Ⅱ型APC套筒约束灌浆料钢筋拉拔试验。采用电液伺服万能试验机进行单向拉伸加载,利用应变片及位移计分别采集套筒应变和钢筋滑移值,研究了试件破坏形态、黏结强度影响因素、黏结滑移本构关系、套筒荷载应变曲线等。结果表明:套筒约束灌浆料试件的破坏形式包括钢筋（屈服前及屈服后）拔出破坏和钢筋拉断破坏两种；试件黏结强度随钢筋直径、锚固长度的增大而降低,随含钢率的增大而提升；钢筋与约束灌浆料间的黏结滑移分为滑移段、劈裂段、下降段、残余段4个阶段；对比不同材料锚固试件发现,灌浆料、套筒约束灌浆料、混凝土达到极限黏结强度时的滑移值依次降低,混凝土因骨料限制了裂缝发展,其滑移值最小。黏结滑移曲线的能量分析表明,试件延性较优,脆性系数随钢筋直径增大而降低、随锚固长度增大而提升。极限荷载时,套筒长边环向为拉应变,且随钢筋直径的增大而增大,短边环向绝大部分为压应变,套筒长边和短边纵向应变均为拉应变,且套筒长边纵向及环向应变均大于短边。基于ABAQUS平台构建了Ⅱ型APC套筒约束灌浆料有限元模型,其仿真结果与试验数据吻合较好。在计算屈服及拉断临界状态下钢筋临界锚固长度值时,套筒的存在可使其大大减小。

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针对航天器姿态控制过程中同时存在执行器故障、安装偏差与控制受限的多约束问题，提出一种基于积分滑模面的自适应鲁棒姿态容错控制方法，所设计的控制器在满足执行器控制能力的饱和受限约束的条件下确保系统稳定；同时，通过引入控制参数在线自适应学习策略以提高对干扰、安装偏差以及故障变化的鲁棒性，进而减小对这些信息的依赖能力，并基于Lyapunov方法分析了系统稳定性.通过数值仿真结果表明，提出的自适应积分滑模容错控制算法能有效的保证执行器故障时航天器姿态控制系统的稳定性，并具有较强的鲁棒性.

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为了研究近断层脉冲型地震动作用下适用于评价高耸结构抗震性能的地震动强度参数,基于加速度反应谱提出一种同时考虑结构周期延长和高阶振型效应的地震动强度指标。分别以120 m和240 m的钢筋混凝土烟囱结构为研究对象,使用OpenSEES程序,在近断层脉冲型地震动作用下,揭示了高耸混凝土结构的损伤指标（ParkAng损伤指标、最大层间位移角、最大曲率、最大楼层加速度以及最大顶点位移）与37个地震动强度指标的关联性。研究结果表明:提出的地震动强度指标最适合用于预测高耸混凝土结构在近断层脉冲型地震作用下发生的ParkAng损伤；与速度相关的地震动强度指标表现出与高耸结构损伤指标的较高的相关性；随着结构周期的增大,位移型的地震动强度指标与损伤的关联性有增长的趋势；此外,地面峰值加速度在表征高耸结构变形破坏方面存在局限性,但是可以用来分析非结构构件的抗震性能。研究结论可为选择合适的地震动强度指标和损伤指标评价高耸混凝土结构在近断层脉冲型地震动作用下的抗震性能提供参考。

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无人机在军事和民用应用上越来越广泛，为使无人机能够更好地发挥作用，需要采用多无人机编队飞行控制来实现协同侦察、作战、防御及喷洒农药等任务.多无人机协同编队控制技术主要包括信息感知技术、数据融合技术、任务分配技术、航迹规划技术、编队控制技术、通信组网技术和虚拟/实物验证实验平台技术等.首先对国内外多无人机编队相关技术的现状和进展进行综述，然后重点对多无人机编队控制方法进行分析，并对队形设计、队形调整和队形重构等问题进行归纳总结，最后对多无人机协同编队所面临的机遇和挑战进行了展望.结果表明：目前多无人机编队飞行理论方面取得了丰硕成果，但是实物飞行试验仅能实现简单通信环境下的协同编队飞行，任务分配和航迹规划实时性不高，控制方法应对突发情况鲁棒性低，多机多传感器协同感知能力不足，欠缺对实体的仿真实现，未来的研究方向应是突破上述关键技术的不足，开展复杂感知约束和复杂通信环境下的多无人机协同编队飞行研究，提出更加有效的控制方法，并进行多无人机实物编队飞行试验，使无人机能够更好地完成既定任务.

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随着工业4.0概念的发展,数字孪生技术（digital twin）已经成为智能制造和产品全寿命周期管理相关领域的主要数字化解决手段。在工程建设领域,提升土木工程结构数字化防灾能力和管理水平是未来智慧城市建设的重要环节。建立精确可靠的数字孪生模型,一方面,可以帮助实现工程灾害的精准防控和重大灾害事故的风险识别预警；另一方面,数字孪生也为未来城市的数字化建设和管理提供了技术基础。本文首先对数字孪生技术的基本概念和阶段性发展成果进行梳理,总结了在土木工程领域里孪生数据获取和构建数字孪生体的技术手段。最后,从结构运营评估、灾害仿真推演和数字孪生城市建设三个领域来回顾与展望数字孪生技术在土木工程领域的应用进展。

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先进纳米集成电路工艺的发展使得微电子器件翻转的阈值电荷不断降低,导致数字电路中由单粒子效应引起的软错误率增加。为加强集成电路中标准单元的抗辐射特性,本文提出了一种抗单粒子瞬态(single-event transient,SET)加固的与非门结构。在三阱工艺下,通过将下拉网络中每一个NMOS管的衬底和源极各自短接,便有效地提高了与非门抗辐射性能,而且随着输入端数目的增加,本文提出的与非门加固效果更加明显。利用Sentaurus TCAD软件的混合仿真模式进行粒子入射仿真实验,对于与输出节点相连的NMOS管采用经过工艺校准的三维物理模型,其他MOS管采用工艺厂商提供的Spice模型。结果显示:在40 nm工艺下,当入射粒子 线性能量传输(linear energy transfer,LET)值为10 MeV·cm²/mg时,本文提出的2输入与非门能够在3种输入的情况下降低输出电压扰动幅度。其中在N₂管关闭的输入模式下,达到了对单粒子入射免疫的效果；对于3输入与非门,即使在“最坏”输入的情况下,也能使输出电压翻转幅度降低85.4%。因此,本文提出的与非门加固方法起到了显著的抗单粒子瞬态效果。

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在超密集网络环境中,各个接入点密集部署在热点区域,构成了复杂的异构网络,用户需要选择接入合适的网络以获得最好的性能。如何为用户选择最优的网络,使用户自身或网络性能达到最佳,称为网络接入选择问题。为了解决超密集网络中用户的接入选择问题,综合考虑网络状态、用户偏好以及业务类型,结合负载均衡策略,提出了一种基于改进深度Q网络(deep Q network,DQN)的超密集网络接入选择算法。首先,通过分析网络属性和用户业务的偏好对网络选择的影响,选择合适的网络参数作为接入选择算法的参数；其次,将网络接入选择问题利用马尔可夫决策过程建模,分别对模型中的状态、动作和奖励函数进行设计；最后,利用DQN求解选网模型,得到最优选网策略。此外,为了避免DQN过高估计Q值,对传统DQN的目标函数进行优化,并且在训练神经网络时,引入了优先经验回放机制以提升学习效率。仿真结果表明,所提算法能够解决传统DQN的高估问题,加快神经网络的收敛,有效减少用户的阻塞,并改善网络的吞吐能力。

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基于视觉图像的船舶目标检测中由于图像背景复杂,无关干扰较多,导致船舶目标检测的难度增大。并且多类别船舶检测数据集现有数量较少且存在样本不均衡的问题使得船舶目标检测性能较低。针对复杂背景干扰检测,本文通过引入SimAM注意力机制对YOLOv3模型进行改进,利用该机制加强船舶目标在提取特征中的权重并抑制背景干扰权重,从而提升模型检测性能;同时,采用强实时数据增强以改善样本尺度分布不均衡的问题,结合迁移学习提升在样本数量受限情况下的船舶检测精度。提取特征的可视化结果显示改进模型对无关背景特征干扰进行了抑制,增强了模型对于船舶特征的提取能力。在SeaShips数据集上,提出的改进模型在不引入额外可学习参数的情况下mAP.5、mAP.75分别达到了96.93%、71.49%,检测速度达到了66 frame/s,在检测精度与运行效率方面保持了均衡。与Saliency-aware CNN、eYOLOv3相比更有效地优化了目标特征,使得mAP.5分别提高了9.53%、9.19%。改进模型在新加坡海事数据集上在船舶类型目标检测的mAP.5达到了81.81%,验证了模型具有较好的泛化能力。

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为研究双层圆钢管混凝土长柱在压、扭荷载作用下的力学性能,利用研制的Stewart六自由度加载平台,进行了两个普通圆钢管混凝土长柱和两个双层圆钢管混凝土长柱试件在纯扭、压扭作用下的低周往复试验。对比分析了各试件的承载力、扭转变形、耗能、滞回性能,进行了有限元参数分析。研究表明:普通圆钢管混凝土长柱和双层圆钢管混凝土长柱均具有较好的抗扭能力；与普通圆钢管混凝土长柱相比,双层圆钢管混凝土长柱的初始刚度和承载力略有提升,滞回曲线更饱满,耗能能力和延性大幅提升；参数分析表明含钢率一定时,内层钢管径厚比越大,对抗扭越有利；一定范围内的轴向荷载,可提高钢管混凝土柱的抗扭能力。

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针对边缘设备计算和存储能力差的问题,本文对传统YOLOv5模型中用于特征提取的主干网络CSPDarkNet53进行轻量化处理,提出了一种轻量化MPE-YOLOv5手势识别算法,以实现模型在低功耗边缘设备上的部署；针对轻量化模型提取特征较少而导致的难以识别大尺度变换目标和微小目标问题,对M-YOLOv5网络设计添加有效通道注意力机制（efficient channel attention,ECA）,以缓解因特征通道减少而导致的高层特征信息丢失的问题；同时增加针对微小目标的检测层,提高对微小目标手势的敏感度；并选用EIoU作为预测锚框的损失函数,以提高模型的定位精度。本文在自制数据集和NUS-Ⅱ公共数据集上验证了MPE-YOLOv5算法有效性,并将MPE-YOLOv5算法与轻量化后的M-YOLOv5算法和原始的YOLOv5算法在自制数据集上进行了对比实验。实验结果表明,改进算法的模型参数量、模型大小和计算复杂度分别是原算法的21.16%、25.33%和27.33%,平均精度可达97.2%；与轻量化模型M-YOLOv5相比,MPE-YOLOv5能够在保持原来效率的同时,使平均精度提升8.72%。因此,所提MPE-YOLOv5算法能够较好地平衡模型的检测精度和实时推理速度,可实现在硬件受限的边缘终端上进行部署。

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为提高钢-UHPC组合结构的延性,本文提出一种采用装配式栓钉连接的 钢-UHPC组合板。设计并完成了不同抗剪连接程度的组合板的抗弯性能试验,分析了组合板试件破坏形态、极限承载力、刚度、裂缝发展规律和板端滑移,并与采用焊接栓钉的钢-UHPC组合板进行了对比分析,讨论了组合板试件的可拆卸性,最后对其极限抗弯承载力和抗弯刚度进行了理论分析并推导了计算公式。结果表明:装配式栓钉连接的钢-UHPC组合板破坏模式为纵向水平剪切黏结破坏；降低栓钉间距能提高组合板的协同变形能力,从而提高组合板结构的极限承载力、弹塑性阶段的刚度和裂缝控制能力；与采用焊接栓钉连接的钢-UHPC组合板对比,其在发生较大变形的情况下钢板和UHPC板仍然可较容易地拆卸分离；推导了装配式栓钉连接的钢-UHPC组合板的极限承载力计算方法和抗弯刚度计算公式,提出了抗弯刚度计算时应对UHPC板高度进行折减,折减系数（β_U）在正常使用阶段建议为0.85,理论计算结果与试验结果吻合良好。本文研究成果可为采用装配式栓钉的钢-UHPC组合板的设计和应用提供理论依据。

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随着网络规模的日益增大,实时准确的网络流量预测对流量调度、路由设计等工作至关重要。由于网络流量数据的非线性和不确定性,一些传统方法无法取得较好的预测精度。针对网络流量复杂的时空特征,本文提出一种基于时空特征融合的神经网络（ST-Fusion）进行流量预测。该模型采用编码器-解码器结构。首先,编码器具有时间和空间两个并行的特征通道,联合门限循环网络和自注意力机制提取流量的时序特征,采用图卷积神经网络提取流量的空间特征；然后,将编码器提取的时空特征使用双边门限机制进行特征融合；最后,将融合的结果输入到基于门限循环网络的解码器中依次生成预测结果。本文在3个公开的网络流量数据集(GEANT、ABILENE、CERNET)上进行实验,其评价指标选用MAE、RMSE、ACCURACY、VAR。实验结果表明ST-Fusion方法能够取得更好的预测效果。

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为充分发挥装配式工业化程度高和钢混组合结构优良力学性能的优势,提出一种装配式双拼槽钢混凝土组合楼板,对3组简支组合楼板试件进行了四点加载试验,研究了该组合楼板的竖向静载下力学性能。分析了楼板裂缝、挠度、应变（钢筋、钢梁、混凝土板）随荷载发展规律；基于极限平衡法,提出了考虑受拉薄膜效应和刚度强化系数的承载力计算公式。结果表明:组合楼板的变形呈双向板特征,试件破坏时均出现板顶角部裂缝和弧形裂缝,混凝土板底中心区域为网状裂缝和向角部延伸的斜裂缝,双拼主梁发生塑性弯曲；在楼板的中心挠度达到l₀/40时,试件荷载分别为327.63 kN、436.92 kN和406.12 kN,组合楼板承载力较高；钢筋的应变发展在垂直钢梁方向较大,沿着塑性铰线屈服；考虑受拉薄膜效应和刚度强化系数的计算公式与试验结果吻合良好,准确地预测了楼板荷载-挠度全过程曲线。

Abstract:

针对强震作用下典型装配式剪力墙结构的破坏机理和薄弱环节,提出一种具有耗能减震功能的新型装配式剪力墙。采用模型试验和数值模拟相结合的方法,设计制作了4片缩尺比1∶1.54、剪跨比1.52的新型装配式剪力墙试件,并对其进行了相应的抗震性能试验,系统分析了螺栓数量、轴压比和边缘构件纵筋配筋率对试件破坏模式、滞回性能、承载能力、变形性能、刚度退化及耗能能力的影响规律。试验结果表明:各试件破坏模式与相同剪跨比的现浇剪力墙基本一致,呈弯剪型破坏；但新型装配式剪力墙具有更为优异的滞回性能和耗能能力,其在破坏点的耗能值显著高于普通现浇墙体；当螺栓数量减少时,新型装配式剪力墙承载能力无明显变化,但滞回性能降低、墙体变形加剧；轴压比或边缘构件纵筋配筋率的降低会导致剪力墙承载能力降低和极限位移增大。最后采用ABAQUS软件建立了相应试件的有限元模型,模拟结果与试验结果吻合较好,表明所建模型的正确性,能够将其应用于新型装配式剪力墙的分析之中。

Abstract:

为了提高建筑外围护结构施工效率及解决传统外保温系统长期存在的易脱落和易着火问题,提出了一种集保温和建筑模板于一体的岩棉复合保温外模板（RWCIEF）体系。RWCIEF由内到外依次为内侧加强层、岩棉保温芯材、黏结层、保温过渡层以及外侧加强层。以哈尔滨市为例,基于全寿命周期成本（life cycle cost,C_lc）确定了岩棉保温芯材的最佳厚度。采用有限元分析与理论计算相结合的方法探求了RWCIEF在工程中的可行性,分析了RWCIEF的抗弯性能、施工承载力及温度效应下的应力和变形,讨论了开槽形式、开槽宽度、开槽深度以及开槽间距对RWCIEF抗弯性能的影响。结果表明:RWCIEF的抗弯性能理论计算结果与有限元分析结果有较高的一致性；开槽处理可有效提高RWCIEF的抗弯性能,综合抗弯性能、热工特性及加工角度,建议开槽形式选用对应开井字槽或对应开纵槽,开槽深度和宽度均为10 mm,开槽间距 为150 mm;设计的RWCIEF满足施工承载力,可保证外围护结构保温工程施工质量;由温度效应产生的最大拉应力和压应力均未超过RWCIEF的外侧加强层承载力,反映出RWCIEF出现夏季空鼓或冬季开裂现象的可能性极小。提出的RWCIEF体系可为外围护结构保温工程及建筑模板工程未来研究方向提供一种新的思路和方法。

Abstract:

基于序列图像的自主导航作为未来深空探测地外天体精确定点着陆任务的关键技术，是目前深空探测技术的重点发展方向之一.针对未来深空探测地外天体精确着陆自主导航的需求，阐述了发展深空探测着陆过程序列图像自主导航的必要性.首先，分别从主动成像和被动成像两个方向介绍了基于序列图像的深空探测着陆过程自主导航研究现状；然后，总结并分析了基于序列图像的深空探测着陆过程自主导航涉及到的关键技术；最后，根据关键技术分析给出了基于序列图像的深空探测着陆过程自主导航研究目前存在的主要问题并对其后续发展进行了展望.

Abstract:

针对现有去雾算法大都存在复原图像亮度低、天空明显色彩失真等问题,提出了一种融合大气光值-图估计的无人机航拍图像去雾方法。首先,根据颜色衰减先验理论获取景深图像,将景深图像内偏差最小区域均值作为大气光值；其次,设计了一种自适应随机游走聚类方法用来估计大气光图,通过自适应随机游走算法将图像聚类为N个子区域,对子区域前0.1%像素求均值作为区域大气光值,将区域大气光值组合并通过引导滤波对其进行细化,获得大气光图；然后,通过融合大气光值-图估计方法将两种大气光估计融合为新的大气光图,作为更加准确的大气光估计；利用雾霾线先验方法获得透射率,同时提出一种暗补偿方法对其进行优化,提高透射率精度；最后,根据大气散射模型,利用求得的融合大气光图和优化透射率,得到清晰的复原图像。实验结果表明,相对于比较算法,提出的算法的复原图像在信息熵、平均梯度、模糊系数及对比度上分别提升1.1%、6.3%、8.5%、6.4%,主观视觉效果更好,信息更加丰富。

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图像分割是按照一定的规则,将图像中具有特殊意义的区域划分为若干个互不相交的子区域,是从图像处理到图像分析的关键环节,传统分水岭图像分割方法是一种应用较为广泛的技术,具有快速、简单的优点,但该方法易受噪声干扰,分割结果易丢失边缘重要信息,出现过分割现象。为改善传统分水岭图像分割方法存在的过分割问题,提出了一种基于自适应结构元素的改进分水岭图像分割方法。首先,利用图像像素点邻域的局部密度、对称度及边缘特征构造形状可变的自适应结构元素,确保其与图像目标几何结构具有较强的一致性；其次,利用该结构元素获取图像形态学梯度,提高目标边缘的定位精度；将L₀范数梯度最小化和形态学开闭混合重建相结合修正梯度图像,减少梯度图像中的局部无效最小值点,抑制过分割现象的产生；最后对修正后的梯度图像进行分水岭分割,实现图像目标区域的精确分割。实验结果表明,该方法能够有效抑制过分割现象,提高目标边缘定位的准确性,具有较高的分割精度。

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为探究钢-薄层超高性能混凝土（ultra-high performance concrete, UHPC）轻型组合桥面体系在局部轮载下的抗弯性能,设计并开展了4块基于高强螺栓连接的可拆卸式钢-UHPC组合板的四点弯曲试验,研究了钢板类型、抗剪连接件间距对可拆卸式钢-UHPC组合板的破坏模式、荷载-挠度曲线、界面相对滑移、裂缝宽度、截面应变分布等影响规律,研究结果表明:在正弯矩荷载作用下,采用Q355钢板的组合板的破坏模式为高强螺栓被剪断,而采用负泊松比（negative Poisson’s ratio, NPR）钢板的组合板的破坏模式为部分高强螺栓被剪断、部分预埋带垫加长螺母被拔出、UHPC板由于失稳大面积压溃等；在相同的高强螺栓间距下,采用NPR钢板的组合板的板端相对滑移较小,说明NPR钢板有效延缓并限制了钢板与UHPC板的相对滑移,从而提升两者的协同变形能力,继而提高组合板的抗弯刚度及承载力等；由截面应变分析可知,由于NPR钢板的负泊松比效应、高刚度、高屈服强度,整个加载过程NPR钢板与底部UHPC层的拉应变保持着应变协调性,随着荷载的增大截面塑性中和轴的上移幅度可忽略不计。因此,在采用NPR钢板提升钢-UHPC组合板抗弯性能的前提下,应使UHPC厚度与NPR钢板的性能进行匹配,充分发挥两者的材料性能,避免失稳破坏先于UHPC材料强度破坏。

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面向低时延、稳定传输、高用户体验质量(quality of experience,QoE)的网络实时传输需求场景,提出一种低时延智能网络数据传输调度算法。该算法由数据块排队控制策略和拥塞控制策略两部分组成。数据排队控制策略提出了综合数据块的创建时间和有效时限(effective time)的性价比模型,有效地解决了传输时间约束下的信息传输不均衡问题；拥塞控制策略提出了基于使用耿贝尔分布(Gumbel distribution)采样重参数化与混合经验优先级模型改进后的深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,DDPG)方法,解决了深度确定性策略梯度不适用于离散网络动作空间拥塞控制的问题,并通过学习自适应调整发送参数显著提升了网络拥塞控制质量。实验结果表明,实时传输场景下使用本文提出的排队算法能够有效提升QoE,采用改进后的DDPG进行拥塞控制能大幅降低传输时延。同样场景下,将提出的智能网络数据传输调度算法与排队策略及拥塞控制策略相结合,与传统的网络数据传输调度算法相比,能够更好地兼顾低时延和稳定传输,提供更高的数据传输质量。

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为了改善通用预训练模型不适应医疗领域的命名实体识别任务这一不足,提出了一种融合医疗领域知识图谱的神经网络架构,该架构利用弹性位置和遮盖矩阵使预训练模型计算自注意力时避免语义混淆和语义干扰,在微调时使用多任务学习的思想,利用回忆学习的优化算法使预训练模型均衡通用语义表达和目标任务的学习,最终得到更为高效的向量表示并进行标签预测。实验结果表明:本文提出的命名实体识别架构在医疗领域上取得了优于主流预训练模型的效果,在通用领域也有较为良好的效果。该架构避免了重新训练针对某个领域的预训练模型和引入额外的编码结构从而精简了计算代价和模型大小。此外,通过消融实验对比,医疗领域对于知识图谱的依赖程度较通用领域依赖程度更大,这说明在医疗领域中融合知识图谱方法的有效性。通过参数分析,证明本文使用回忆学习的优化算法可以有效控制模型参数的更新,使模型可以保留更多的通用语义信息并得到更符合语义的向量表达。本文也通过实验分析说明了所提方法在实体数量少的种类上具有更优的表现。

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为研究适用性强的钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)混合节点抗剪承载力计算方法,对近年来的RCS节点剪切破坏试验数据进行了统计,将试验结果与中国规程方法、Nishiyama方法、Parra方法和ASCE指南方法计算结果进行了对比,并对各方法的参数适用性进行了讨论。对比结果表明:4种方法均具有工程实用价值,其中Parra方法结果离散性最小,中国规程方法计算最为简便。参数分析表明:4种方法对不同配箍率和不同位置节点均有较好适用性,但对小轴压比节点（轴压比0~0.2）与柱贯通节点预测均偏于保守；中国规程方法对于混凝土强度高于60 MPa的节点预测结果偏于危险,同时对有直交梁节点承载力预测偏于保守。建议在公式中引入混凝土强度系数和直交梁约束系数,用以考虑两者对承载力的影响。

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为合理选取地震动参数以有效减小结构损伤预测的不确定性,基于弹性网络回归技术对多个地震动参数进行了比选。基于多种地震动参数以及大量单自由度（SDOF）模型的增量动力分析结果建立弹性网络回归模型,定义回归模型中回归系数值以及回归系数值为非零值的个数分别为地震动参数的敏感性系数和频数。基于地震动参数敏感性和频数分析结果对多种地震动参数进行排序,研究结构恢复力模型、地震动集和结构极限状态对地震动参数排序结果的影响。基于一座8层钢框架结构分析结果验证了基于弹性网络回归的地震动参数比选方法的有效性。结果表明:选取代表性的地震动参数加入最小二乘回归模型时,不同结构极限状态下回归分析中残差标准差显著减小。基于大量SDOF体系的地震动参数排序结果比选出了受地震动集、结构恢复力模型和结构极限状态影响较小的地震动参数。结果可为结构抗震能力预测用地震动参数的比选提供理论基础。

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为研究张弦式钢竹组合工字形梁的受弯性能,以预应力水平、张弦及加载方式为基本参数,设计制作了12根张弦式钢竹组合工字形梁进行受弯试验,观察分析了加载过程中组合梁的试验现象、破坏特征,探究了各参数对组合梁承载能力、应变分布、变形性能等的影响规律,并推导得出了张弦式组合梁承载力的近似计算公式。结果表明:张弦式组合梁的整体性能优良、组合效应突出,具有良好的变形性能及承载能力；张弦试件的破坏形态主要为翼缘竹材撕裂、局部钢材屈曲等破坏；施加预应力及提高预应力水平能有效增加组合梁的变形性能,以及在相同挠度控制条件下的承载能力,且采用二点张弦布置预应力筋时可获得更好的效果；张弦式组合梁跨中截面应变分布符合平截面假定,且随着预应力水平提高而中性轴下移；最后,基于理论计算得出的承载力与试验值较为接近且相对保守,近似计算公式具有较好的适用性。

Abstract:

为考察不同碱性激发剂对钢渣水泥性能的影响,开展碱性激发剂（水玻璃、Na₂CO₃/NaOH、NaOH）对钢渣水泥宏观力学性能影响的试验研究,并采用水化热测试、X射线衍射（XRD）、热重分析（DSC-TG）、扫描电子显微镜（SEM）和压汞试验（MIP）对其微观结构进行研究。结果表明:碱性激发剂提高钢渣水泥早期水化时孔隙液的碱度,加速钢渣玻璃体解聚并生成H₃SiO-₄和H₃AlO^2-₄,增大体系反应速率,加速C-S-H凝胶和沸石类产物的形成,从而宏观上表现为凝结时间降低,诱导期缩短,反应热峰值和累计放热量增加,早期强度提高；激发剂对钢渣水泥性能的影响与其分子结构有关,影响顺序由大到小依次为水玻璃、Na₂CO₃/NaOH和NaOH；水玻璃不仅可增大钢渣水泥早期水化时液相的碱度,同时激发剂中的SiO^2-₃可与Ca(OH)₂反应,生成水化产物C-S-H凝胶。掺入碱性激发剂可促进钢渣水泥水化反应的进行,有助于钢渣水泥力学性能与微观结构致密性的提升。

Abstract:

随着土体渗流侵蚀研究的逐渐深入,对土颗粒流失和变形破坏机理的研究方法呈现出多尺度的特点。其中,计算流体力学-离散元耦合方法（CFD-DEM）为在细观尺度上研究流-固耦合相互作用对土体宏观力学特性的影响提供了一种行之有效的方法。针对CFD-DEM耦合方法在岩土工程领域应用现状,本文系统总结现有流-固耦合计算方法的优缺点,重点论述CFD-DEM耦合方法的建模策略,包括固相颗粒形状建模与粒间接触模型、流体相控制方程及参数计算方法,以及CFD-DEM耦合计算,并就相关问题进行深入探讨,最后提出了CFD-DEM耦合方法未来的发展方向。

Abstract:

为研究非静水压条件下煤体动力学性能及动力扰动后卸荷破坏特征,在三维动静加载实验的基础上,研究了卸荷方式对动力扰动后卸荷煤样宏观破坏特性的影响。首先,采用Ф50 mm的分离式霍普金森压杆系统,开展三维动静加载下煤样的动力学实验,研究轴压、应变率对煤样动力学响应规律的影响；其次,基于响应曲面理论,借助中心复合试验法,构建考虑因素交互作用的回归模型,并分析单因素及因素交互作用的显著性；然后,结合因素交互作用、Weibull分布、Drucker-Prager准则,修正煤的强度型统计损伤本构模型,对比理论与实验结果,验证模型可靠性；最后,借助加卸荷电液伺服装置,探究轴压、冲击气压、卸荷方式对煤样破坏特征的影响及作用机制。结果表明,构建的强度型统计损伤模型,相关系数R²≥0.88,可表征煤样动力学响应行为。冲击后同步卸荷的煤样多呈层裂破坏,拉伸界面随轴压增大而后移直至消失,无法形成层裂破坏；非同步卸荷下煤样破坏形式主要包括整体完整、层裂、压剪破坏,而当冲击气压0.4~0.6 MPa,轴压14.5 MPa时,表现为“层裂+压剪”混合破坏。

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为比较套筒灌浆搭接及对接接头间力学性能差异,进行了41个搭接接头和20个对接接头的单拉及高应力反复拉压试验。结果表明:单拉及高应力反复拉压时,两种接头均能实现最大力下总伸长率大于6%、延性系数大于4,强度基本满足规范要求；高应力反复拉压后单拉时,两种接头承载力均有所提高,但接头初始刚度和延性下降；防偏转措施可减少搭接接头残余变形,但其约束刚度有限,搭接接头残余变形略大于对接接头,防偏转搭接接头及对接接头残余变形基本满足规范要求；高应力反复拉压后单拉时,搭接接头套筒中部截面在加载前期纵向受拉、环向受压,加载后期纵向受压、环向受拉,对接接头套筒加载过程中均为纵向受拉、环向受压；高应力反复拉压结束后单拉时,防偏转、不防偏转搭接接头套筒中部截面近钢筋侧最大纵向拉应变分别为对接接头的0.10~0.39倍、0.13~0.18倍,最大环向压应变分别为对接接头的0.09~0.49倍、0.02~0.32倍,搭接接头对套筒材性要求较低；钢筋直径相同时搭接接头材料成本较对接接头降低约35%。

Abstract:

为研究超高性能混凝土（UHPC）免拆模板钢筋混凝土（URC）柱的抗震性能,选取UHPC免拆模板拼接方式和表面处理方式为试验设计参数,制作并完成了9个URC柱和1个钢筋混凝土（RC）柱的拟静力加载试验。模板拼接方式为螺栓加角钢连接、螺栓连接和环氧树脂砂浆连接；表面处理方式为光面处理、气泡膜印花处理和设肋处理,通过拟静力试验研究了模板拼接方式及表面处理方式对该类柱抗震性能的影响。此外,基于平截面假定,提出了URC柱的正截面偏压承载力计算式。结果表明:峰值荷载前,UHPC模板与核心混凝土黏结面无明显破坏,URC柱表现出良好的整体性,尤其是采用螺栓加角钢连接的URC柱,即使加载至极限位移时,也没有发生界面黏结失效破坏;与普通RC柱相比,URC柱的承载力提高了6.4%～43.3%,延性提高了11.4%～48.7%,耗能能力提高了27.7%～85.3%；三种连接方式中,采用螺栓加角钢连接的URC柱承载力最高,连接最可靠。最后,基于平截面假定提出的公式计算值与试验值吻合较好,可为工程应用提供参考。

Abstract:

为研究纵筋与箍筋共同锈蚀对钢筋混凝土黏结性能的影响,采用电渗—恒电流—干湿循环的加速锈蚀方法对25个钢筋混凝土（RC）试件进行锈蚀,进而对其进行拉拔试验,研究了纵筋锈蚀、箍筋锈蚀、保护层厚度和箍筋间距等参数对黏结性能的影响规律。分析了锈蚀对混凝土与钢筋界面间黏结力的影响,将黏结性能退化归因于材料性能退化和约束效应退化,基于试验数据,建立并验证了一个考虑设计参数、纵筋及箍筋共同锈蚀的修正黏结滑移本构模型。结合所提本构模型及微元算法建立了锈蚀纵筋应力-滑移模型,基于OpenSees平台,将所建模型应用于零长度截面单元中,通过串联纤维梁柱单元与零长度截面单元建立了考虑黏结滑移变形的锈蚀RC构件数值模型,根据锈蚀RC柱拟静力试验数据对该模型的准确性进行验证,并采用仅考虑锈蚀损伤的纤维模型进行辅助验证。结果表明:混凝土与钢筋界面间黏结力随锈蚀程度的增加呈先上升后下降的趋势,增加保护层厚度可略微增加黏结强度,而箍筋加密对黏结强度提升明显；与纤维模型相比,所建锈蚀RC纤维模型承载力、累计耗能和极限位移误差分别降低12.8%、23.5%和14.2%,表明所建模型可合理计算钢筋滑移的贡献且准确预测锈蚀RC柱地震整体响应。

Abstract:

为改善粉末活性炭的可分离性，采用化学共沉淀法制备新型磁性活性炭，以亚甲基蓝为目标污染物配制染料废水，对粉末态磁性活性炭对目标污染物的处理效能进行探讨，并与粉末活性炭处理效果进行对比，考察pH、接触时间以及污染物质量浓度对其处理效能的影响.结果表明：合成的粉末态磁性活性炭吸附能力高于粉末活性炭，pH为影响其处理效能的关键因素，偏碱性的pH和适宜的接触时间有利于污染物的去除.当亚甲基蓝初始质量浓度为100 mg/L、磁性活性炭投量为0.4 g/L、pH为9、反应时间为300 min时，亚甲基蓝的去除率达98.9%.亚甲基蓝在磁性活性炭上的吸附过程符合Langmuir吸附等温线和Elovich动力学模型，热力学分析表明，该吸附过程为自发进行的单分子层吸热反应，且以化学吸附为主.该磁性活性炭具有很好的分离性能，在自然重力沉降条件下10 min内沉淀完全，而在外强磁场作用下30 s内可实现快速分离.

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为了实现对长期服役后的结构在地震、风等动荷载作用下安全性和舒适性的评估,利用监/检测数据建立一个能准确反映实际建筑在地震、风等动荷载作用下动力响应的结构动力学模型至关重要。本文针对非常普遍的框架建筑结构,提出了一种基于少量移动传感器的框架结构等效简化动力学模型构建方法。首先,提出建筑结构等效简化模型构建的层间剪力等效原理,证明了以该原理构建的简化模型具备准确模拟实际建筑结构动力响应的能力。其次,推导了框架结构简化模型形式,并研究了简化模型参数特点。然后,提出了一种框架结构简化模型参数的迭代识别方法,实现了仅使用少量无线移动传感器的简化模型参数识别。最后,通过一个12层3跨钢框架结构数值模拟算例,研究了在不预知结构刚度退化的具体形式和仅使用少量移动加速度传感器的条件下,由本文所提方法构建的等效简化模型对实际框架结构在不同水平动荷载作用下结构动力响应的预测能力。数值试验结果表明,等效简化模型能准确模拟不同荷载工况下框架结构加速度和位移响应。因此,本文提出的框架结构等效简化模型构建方法将在评估既有框架结构在风、地震等动荷载作用下的结构安全性和舒适性方面具有重要的应用前景。

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二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)作为能够实现煤化工行业温室气体大规模减排的前沿技术, 已成为当前研究热点.而管道运输是该技术得以实施的关键环节, 高昂运输成本是影响该技术大规模推广的主要因素.因此, 通过开发煤化工二氧化碳(CO₂)捕集压缩、管道运输系统优化模型, 实现CO₂管道运输系统内关键环节的工艺和技术优化配置, 降低捕集压缩、运输及注入整个系统的总成本.将模型初步应用于陕西延长榆林煤化工CCUS项目, 结果表明：当封存区域CO₂封存需求量小, 而且能够在封存现场提供方便的液化压缩设备时, 榆林能化煤化工企业可以采用气相压缩输送方案, 并结合封存地点液化加压注入；对于大规模CO₂封存及运输需求时, 推荐超临界/密相CO₂输送, 能够有效减少封存区再次加压环节的成本, 从而使整个流程更为经济

Abstract:

为满足空间任务中对可展薄膜机构的大折展比、高平整度等需求,提出基于Miura弹性折痕的空间薄膜可展机构,并进行建模分析及样机研制。 根据折痕分布规律和几何关系建立Miura-ori几何模型,研究薄膜的折痕参数对折展比和折痕总长的影响规律,并进行计算和折痕参数优化。在ABAQUS/Explicit中建立折痕倾角θ=90°及θ＜90°的四折痕基本单元的数值仿真模型,分析薄膜关键折痕处的力学行为变化,初步证明二维弹性折痕的可行性；进一步研究经过Miura弹性折痕折叠后三角形薄膜的弹塑性,绘制折痕交点处应力随折叠过程的变化曲线,应力峰值均处于材料弹性范围内；研制空间可展开薄膜机构样机,进行了验证分析。结果表明:机构构型设计方案合理,优化后的折痕参数可以得到大折展比和小折痕总长的薄膜Miura折叠方案,展开后薄膜表面具有较高的平整度,证明了可展薄膜Miura弹性折痕的可行性和优越性。

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分析总结了基于图优化同步定位和地图构建(SLAM)前端图构建过程的各种方法. 对现有SLAM研究方法进行分类,指出基于Kalman滤波器、粒子滤波器、图优化方法的优缺点；重点介绍SLAM问题的3种图建模方法,即动态贝叶斯网络的图建模方法、基于因子图的建模方法、基于Markov随机场的建模方法；对图优化SLAM方法前端图构建的核心环节——帧间数据关联和环形闭合检测方法进行了分析；讨论了特征提取、特征匹配、运动估计、环形闭合检测等方面的最新研究成果.

Abstract:

为探索拱腹焊接圆钢对钢管混凝土偏压构件弯曲性能的提升机制,在ABAQUS软件中建立了圆钢加固钢管混凝土梁数值模型,并采用试验数据验证了模型的合理性。通过分析圆钢加固钢管混凝土偏压构件的弯矩-挠度曲线、弯矩-纵向应变曲线、环向应变曲线、约束指数和中性轴偏移规律,揭示了焊接圆钢对钢管混凝土偏压构件弯曲性能的提升机制。进一步,分析了圆钢直径以及构件长细比对圆钢加固钢管混凝土偏压构件弯曲性能的影响规律。结果表明:焊接圆钢可以降低截面中性轴的位置,增大受压侧钢管环向应变,从而提高了受压区混凝土面积,增强了受压侧钢管对混凝土的约束作用,进一步提升钢管混凝土偏压构件的抗弯承载力和弯曲刚度,并且圆钢直径越大提升幅度越高；圆钢加固钢管混凝土偏压构件的极限弯矩随着轴压比的增加而减小,减小的幅度随着圆钢直径和构件长细比的增加而增大,焊接圆钢提升大长细比偏压构件弯曲性能的效果更好,且对大长细比构件弯曲性能的提升效果随着轴压比的增加而增大。

Abstract:

装配式混凝土结构中存在大量新老混凝土连接界面,模板效应导致界面区水泥砂浆孔隙率相对增大,从而引起其力学及耐久性能的弱化。为定量描述界面区水泥砂浆孔隙率分布特征,制作了不同水灰比搭配的新老混凝土竖缝平整界面区试件。利用扫描电镜获取各试件距离界面不同位置处的灰度图像,并采用数字图像处理工具进行图像信息增强处理和二值化处理,从而获得孔隙像素占总像素的比值（即名义孔隙率）,据此分析了新老混凝土竖缝平整界面区名义孔隙率的分布特征；基于名义孔隙率与真实孔隙率之间的稳定关系,建立了新老混凝土竖缝平整界面区孔隙率的分布模型；考虑凿毛区新老混凝土含量连续变化关系,建立了凿毛界面区孔隙率的分布模型。结果表明:名义孔隙率在界面处最大,向混凝土内部逐渐减小,最后趋于稳定,总体变化趋势具有高斯函数特征；随水灰比增大,从界面到内部各部位的名义孔隙率均呈现相对增大趋势,但不同水灰比混凝土各自界面区与内部稳定区的相对名义孔隙率却接近一致。

Abstract:

从介绍人类皮肤的触觉感知性能出发，全面综述了国际上多学科领域模拟人类皮肤的电子皮肤触觉传感器研究进展与关键技术；分析讨论了电子皮肤触觉传感器的工作原理、新型材料和结构、先进设计制作方法、触觉传感特性和性能指标等方面内容；重点总结了国内外近年来在电子皮肤阵列触觉传感器柔性化、弹性化、空间分辨率、灵敏度、快速响应、透明化、轻量化和多功能化等方面的研究进展. 指出了电子皮肤触觉传感器的研究依然存在着难以兼顾高柔性和高弹性、高灵敏度电子皮肤设计制作工艺复杂，可扩展性差和成本高等技术难题. 电子皮肤触觉传感器可广泛应用于机器人、医疗健康、航空航天、军事、智能制造和汽车安全等领域，正朝着高柔弹性、宽量程的高灵敏度、多功能、自愈合与自清洁、自供电与透明化等方向发展.

Abstract:

为了使用随机静力位移测量数据对结构有限元模型进行修正,并保证计算效率,提出了一种同伦代理模型与贝叶斯抽样方法结合的随机模型修正方法。首先以结构静力位移构建目标函数,然后采用延缓拒绝自适应抽样算法对修正参数的后验概率密度进行估计。抽样过程中,采用同伦代理模型替代有限元模型对结构静力位移进行计算。数值算例和试验结果表明:进行变截面梁的有限元模型修正时,与二次响应面模型相比,在静力贝叶斯模型方法中利用同伦代理模型,修正参数的后验概率密度能更准确地复现结构随机响应,使修正后的结构随机响应与测量结果概率密度函数更加吻合。即使在随机测量误差的变异系数较大、先验信息与真实修正参数之间差异较大时,所提方法仍能够快速得到修正参数的后验概率密度,使修正参数计算的结构随机位移响应与测量结果的概率密度函数保持一致。同伦代理模型结合贝叶斯抽样算法能在概率框架内快速而准确地对结构进行随机模型修正。

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随着舰船的发展和大量应用,舰船甲板流场的分析与控制的重要性进一步凸显出来。为改善舰船甲板流场,提出了一种新型的基于射流装置的主动流动控制方法,并以直升机桨盘位置为例分析了不同射流装置参数对于直升机桨盘流场优化的效果。首先基于Navier-Stokes方程建立了舰载直升机甲板流场的数值模型,以研究基于射流主动流动控制对舰船甲板流场的影响。然后该方法选取k-ε湍流模型,并通过算例验证了方法的有效性。最后模拟得到添加射流装置的舰船甲板流场流线与速度分布,结合流场信息对旋翼受力的影响对比分析了加装射流装置对舰船甲板流场的流动控制作用。结果表明:上射流的添加可以使得甲板流场中回流区的影响范围减小,从而使得桨盘流场速度梯度减小;桨盘流场速度梯度的减小可以有效降低旋翼气动力变化和响应水平;不同的来流角下添加上射流装置均能通过控制甲板流场从而减小响应,提高直升机的安全性。射流速度对流场控制效果影响显著,应结合射流装置安装位置选取最优射流速度从而达到较好的控制效果。

Abstract:

为了探究整体式桥台-RC桩-土体系的力学性能,以国内某整体桥为背景,设计并制作了4个不同桩基配筋率和截面形状的整体式桥台-RC桩模型,并开展整体式桥台-RC桩-土相互作用低周往复荷载拟静力试验研究,主要研究RC桩配筋率与截面形状对桥台-RC桩-土体系受力性能的影响,并分析台后土抗力、桩侧土抗力、桩身应变与桩身弯矩的分布规律等。结果表明:在桥台往复位移作用下,距离台背较近处土抗力沿高度方向的分布规律会由“三角形”分布向“抛物线形”分布转变；距离台背较远处的基本呈“三角形”分布；台后土抗力会受到RC桩配筋率和截面形状的影响,提高RC桩的配筋率或采用矩形截面可增大整体式桥台-RC桩-土体系的整体性；桩身累积变形会影响桩侧土抗力的分布规律,使桩后侧土抗力减小、桩前侧土抗力增大；采用配筋率更大或矩形截面RC桩的试件更不易受累积变形的影响,桥台-桩基-土体系整体性更好；整体式桥台-RC桩在向河跨侧挤压前侧土体运动时,桩身应变和弯矩的分布规律与传统桩基一致；向岸坡侧挤压后侧土体运动时,桩身最大应变和弯矩出现在台底与桩顶连接处。提高RC桩配筋率或采用矩形截面RC桩可有效减小桩身应变和弯矩,改善RC桩基的受力性能。

Abstract:

为理清粗糙度、含石量、法向应力对灰质岩弃渣混合料与混凝土接触面剪切力学特性的影响,采用新型大型直剪仪对4种含石量的灰质岩弃渣混合料和5种粗糙度的混凝土面板分别在不同法向应力条件下进行系列接触面剪切试验,探究粗糙度、含石量、法向应力变化对接触面剪切强度的影响,揭示三者与接触面剪切力学特性的内在关联及接触面抗剪强度机制。结果表明:相同法向应力条件下,随粗糙度的增加,接触面抗剪强度呈现先增加后减小的趋势,且粗糙接触面能显著提高接触面的剪胀程度,但随法向应力的增加,粗糙度对接触面抗剪强度和法向变形的影响均减弱；相同法向应力条件下,随含石量的增加,接触面抗剪强度的变化规律与法向应力的大小密切相关。同时,试验数据分析表明接触面抗剪强度与Mohr-Coulomb强度准则高度吻合,且粗糙度和含石量对接触面表观黏聚力的影响相比对接触面内摩擦角的影响更为显著。合理的粗糙度和含石量能较大程度地提高弃渣混合料与混凝土接触面的抗剪强度。

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为更准确地描述材料的非线性磁机械耦合效应,以非线性磁致伸缩应变方程、有效场理论和能量平衡方程等为基础提出新的磁弹性耦合模型与变刚度模型,分析了铁磁材料的磁机械效应和变刚度效应,并利用数值分析软件将非线性磁化模型的理论结果与仿真过程进行耦合。结果表明,仿真得到的缺陷泄漏场分布与已有研究结果一致,验证了所提出模型与仿真方法的可行性和准确性。分析了应力、缺陷尺寸和缺陷位置对表面磁场的影响,结果表明:在拉伸载荷作用下,试样表面法向磁场信号呈类S形曲线,切向信号呈类锥形曲线,其极值均随载荷增加先减小后增大；试样存在缺陷时,不同采集路径上获取的信号存在很大差异,缺陷边缘路径上的漏磁场峰值与缺陷长度呈负相关,而峰值距离和跨度却相反,在远离缺陷的采集路线上,漏磁场信号的峰值和跨度均与缺陷长度呈正相关。

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模仿人眼的视觉特性已成为机器迈向智能感知、智能认知的研究热点和难点。图像边缘蕴含着丰富的信息,因此人眼对场景中物体的边缘更加敏感。为在机器上实现这一视觉特性,提出了一种仿人眼双目图像特征点提取与匹配方法。首先选择边缘特征提取能力突出的SUSAN（small univalue segment assimilating nucleus）算子作为特征检测器；然后改进尺度不变特征变换（scale-invariant feature transform,SIFT）描述子的采样邻域,减少远离特征点的梯度信息因视点和视角差异带来的匹配误差,保留靠近特征点的主要梯度信息；随后对输入图像建立多尺度结构,在不同尺度上计算同一特征的主要梯度信息；最后利用平方根核比较梯度信息的相似性,生成多尺度描述子,增强描述向量的独特性。实验采用多种评价指标分别对提出的多尺度描述子和整体算法进行评估,并与经典的SIFT、SURF（speeded up robust features）、Root-SIFT等算法和先进的BEBLID (boosted efficient binary local image descriptor)、SuperGlue、DFM等算法进行对比。结果表明:提出的多尺度描述子能够提高边缘特征点的匹配准确率,并对光照变化具有更强的适应能力,体现出更好的匹配稳定性；与其他算法相比,本算法具有更高的匹配准确性。

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为满足空间植物培养的需求,基于空间微重力环境和平台资源约束,开展了根部水分和养分控制、栽培室大气环境控制、光环境控制等方面的空间植物栽培装置方案研究。研制了具有水分/养分供应、大气环境控制、光源、测量与控制、栽培室和根盘等6个功能模块的空间植物栽培装置。开展了装置的集成与调试,对装置各功能模块设计合理性进行验证。最后利用组合体试验平台,进行装置各功能模块集成性能验证、植物功能评价验证（生物学特性、物质和能量交换、营养品质和生物安全性等）及植物栽培流程验证（流程合理性、资源需求及保障、与环境之间的相互影响）。验证结果表明:水分供应、养分供应、大气环境控制、植物光照控制和参数测量控制等性能良好,能够满足植物培养对各类生长环境条件的需求；生菜生长旺盛,生产效率101.31 g(鲜质量)·(kWh)^-1·d^-1·m^-2,光能利用率0.31 g(干质量)·mol^-1光子,富含各种营养,食用安全。装置方案和植物栽培流程合理可行,性能良好,具有较高的植物生产能力。研究结果为后续开展空间植物栽培装置研制奠定了技术基础。

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为探究输调水工程混凝土表面聚合物水泥防护层在经受高速水流作用下冲蚀损伤机制,利用改进的高压水枪冲蚀试验设备研究防护层的冲蚀特性。通过三维扫描提取冲蚀区域的最大长度、最大宽度、最大深度以及体积4种特征参数,分析不同喷射压力、喷射长度、喷射角度和喷射时间下防护层的冲蚀损伤形态、损伤参数演变规律及损伤机制。以防护层冲蚀最大深度为目标值,建立基于Logistic回归函数的防护层蚀变深度预测模型。结果表明:相同工况下,防护层的4种冲蚀损伤特征参数都随喷射压力和冲蚀时间的增加而增加。喷射长度的增加（从喷射长度为0.5 cm增加到6.6 cm）使防护层的冲蚀形态由“沙漏”向“条形”转变,该过程中水力劈裂对防护层与混凝土界面处的破坏效果降低。构建的防护层蚀变深度预测模型具有很好的准确性,可以通过增大喷射长度和喷射角度显著降低防护层的冲蚀损伤程度,这为实际混凝土工程表面防护设计提供了参考依据。

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铁磁流体微泵由于其自润滑性和自密封性,使其更加符合微流控技术应用在生物医学、生命科学、化学分析、航空航天等领域的需求,而在目前的结构设计中无法同时满足加工简单、可靠性高、流动稳定等优势,因此限制其应用及发展。为提高铁磁流体微泵的可靠性和稳定性,促进其发展和应用,本研究基于铁磁流体的外场控制原理、磁流变效应及介质流体的流体力学行为设计了一种离心式的新型铁磁流体微泵,并应用数值计算分析了介质流体流动特性。结果表明:该微泵可以有效实现泵送过程,当转速为10 r/min时,一个周期内的泵送净流量可达0.07 kg/T,且在两股铁磁流体的交替作用下可以阻断泵腔进口与出口的介质流体质量交换；由于铁磁流体与泵腔结构的动静干涉作用,导致出口流量存在轻微脉动（数量级为10^-5）,但仍处于层流状态 （Re＜1）,并且由于惯性力与特征尺寸相关而黏滞力与特征尺寸无关等力学因素,导致泵送动力对出口尺寸长度非常敏感,在转速4 r/min、出口段长度9 mm时无法实现有效泵送。同时对铁磁流体与泵送介质流体之间的相界面压力波动和自密封性能进行分析,得到相界面上的压力波动峰值远小于铁磁流体自密封性能,相差3个数量级,从铁磁流体的密封稳定性和界面稳定性角度验证了离心式铁磁流体微泵的可行性。

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刀具磨损情况是影响盾构机掘进效率的重要因素,也是决定开仓换刀时间和频率的关键依据。针对盾构掘进过程中刀具整体磨损状态难以判断的问题,统计换刀点每把刀具磨损量与限定磨损量之间的关系,提出了3个磨损状态等级。在推导3种关键掘进参数（推力、扭矩和掘进速度）与单把滚刀切削分力理论关系的基础上,提出一种对掘进参数信号进行小波包分解以识别刀具整体磨损状态的方法。该方法以分解后的信号节点小波包系数标准差组成的特征向量作为磨损识别指标,通过敏感性分析找出对刀具磨损最敏感的节点特征向量,进而通过拟合分析确定磨损状态与磨损识别指标的函数关系。对深圳地铁14号线大运站至宝荷站区间工程实例的分析结果表明,该方法能准确识别盾构刀具的整体磨损状态,其中使用掘进速度信号进行识别的精度最高,推力次之,扭矩最低。该方法在使用中仅需对盾构机自动采集的掘进参数进行处理分析,不需要布置传感器,具有简便易行、成本低和精度高等优点,为及时开仓换刀提供了可靠依据。

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为研究黏性沙不同级配对高速水流空化空蚀的影响及机制,利用自主研发的小型循环式水洞试验装置,采用两条不同的黏性沙级配曲线进行较系统的试验研究。通过配置黏性沙小于某一粒径不同质量分数的挟沙水流,用压力动态数据采集系统实时量测水洞工作段空化区和空蚀区的压力；制作不同配合比的混凝土试件,使混凝土试件在黏性沙小于某一粒径不同质量分数工况下进行4 h的空蚀试验,以混凝土试件每小时质量损失表征空蚀量。结果表明:水洞工作段空蚀区各测点的时均压力和空化数随黏性沙小于某一粒径质量分数的减小而增大；混凝土试件空蚀量随黏性沙小于某一粒径质量分数的减小而增加；流速相同时,较高强度配合比混凝土试件的抗空蚀能力明显优于较低强度配合比的混凝土试件；较低流速下空蚀区主要位于试件前段,较高流速下则位于试件后段；试验所用黏性沙细颗粒比重越大,空蚀量越大。

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铆钉搭接结构是典型的多位置损伤敏感结构,容易在多个铆钉孔边萌生疲劳裂纹,进而威胁飞机结构安全。由于裂纹个数、位置和大小随机多变,铆钉与平板间存在复杂的接触关系。为高效、准确计算多铆钉搭接板的应力强度因子以进行裂纹扩展寿命分析,提出针对搭接结构复杂裂纹问题的权函数分析方法。首先,对多铆钉搭接板的复杂裂纹构型进行合理简化分类,利用其对应的权函数求解应力强度因子。然后,采用有限元分析计算含裂纹多铆钉搭接板的应力强度因子以验证权函数法的计算精度。最后,将经验证的权函数分析方法结合Paris裂纹扩展公式,对铆钉搭接结构进行疲劳裂纹扩展分析,并通过试验验证分析方法的有效性。结果表明,采用权函数法计算的应力强度因子与完全采用有限元方法计算的应力强度因子的相对差别小于5%,分析预测的裂纹扩展寿命与试验结果吻合良好,且计算效率比完全采用有限元法快3个数量级,进而为铆钉连接结构孔边裂纹的应力强度因子和疲劳裂纹扩展分析提供了一个有效方法。

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为进一步提高燃烧室火焰筒的冷却性能,提出一种具有更高冷却性能的双耳孔型气膜冷却结构。采用数值模拟方法对比分析吹风比在0.67～2.01时,传统圆柱孔、扩散孔、收敛孔、双耳孔的流动传热和冷却特性。计算结果表明:与其他3种孔型相比,冷却壁面长径比在0～40时,双耳孔出口冷却气流在高温主流作用下形成的肾形涡对尺寸较小,强度较弱,对涡中心的间距较大,且冷却气流横向分布更广,壁面换热系数比更低,提高了气膜冷却性能。在吹风比为2.01时,与圆柱孔相比,扩散孔的流量系数提高了13.7%,展向换热系数比降低了1.5%；收敛孔的流量系数没有变化,展向换热系数比降低了2.7%；但双耳孔的流量系数却降低3.1%,展向换热系数比降低了11.25%。在吹风比为1.33时,与扩散孔和收敛孔相比,双耳孔的流量系数更低,在长径比小于40时,双耳孔的换热系数比最低,冷却效果最好。

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为研究预制混凝土结构的钢筋连接方法,设计制作了81个预制混凝土插入式预留孔灌浆钢筋锚固拉拔试件,考虑钢筋直径、混凝土强度、锚固长度等主要影响参数.连续加荷拉拔试验结果表明:灌浆锚固试件的最终破坏状态都是外部钢筋屈服或被拉断,没有发生异常锚固破坏,而且在基本锚固长度基础上分别减小为0.9、0.8倍时还有较大安全储备.根据试验数据结果给出插入式预留孔灌浆钢筋的基本锚固长度为0.8 l a.

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无人机在军事和民用应用上越来越广泛，为使无人机能够更好地发挥作用，需要采用多无人机编队飞行控制来实现协同侦察、作战、防御及喷洒农药等任务.多无人机协同编队控制技术主要包括信息感知技术、数据融合技术、任务分配技术、航迹规划技术、编队控制技术、通信组网技术和虚拟/实物验证实验平台技术等.首先对国内外多无人机编队相关技术的现状和进展进行综述，然后重点对多无人机编队控制方法进行分析，并对队形设计、队形调整和队形重构等问题进行归纳总结，最后对多无人机协同编队所面临的机遇和挑战进行了展望.结果表明：目前多无人机编队飞行理论方面取得了丰硕成果，但是实物飞行试验仅能实现简单通信环境下的协同编队飞行，任务分配和航迹规划实时性不高，控制方法应对突发情况鲁棒性低，多机多传感器协同感知能力不足，欠缺对实体的仿真实现，未来的研究方向应是突破上述关键技术的不足，开展复杂感知约束和复杂通信环境下的多无人机协同编队飞行研究，提出更加有效的控制方法，并进行多无人机实物编队飞行试验，使无人机能够更好地完成既定任务.

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为综合评价水平拼缝采用竖向钢筋浆锚搭接的装配式混凝土剪力墙抗震性能,采用2个装配式和1个现浇的足尺试件进行低周反复荷载试验．试验结果表明:对于破坏形态,装配式混凝土剪力墙内墙试件与现浇试件基本相同,装配式混凝土剪力墙外墙试件与现浇试件有区别;各试件的滞回曲线均较饱满,骨架曲线走势基本一致,耗能能力接近;各试件极限位移角1/56～1/49,位移延性系数均为4;装配式混凝土剪力墙试件较现浇试件初期刚度有所降低,外墙试件水平拼缝上移后,承载能力有所提高．

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为了对电动并联机器人进行特性分析和性能预测,以永磁同步电机(PMSM)驱动6-SPU型并联机器人为例,提出一种精确整体动力学建模思想.电动并联机器人电机系统除存在随支腿的转动,转子及丝杆还存在绕自身轴线的旋转.针对这两部分运动很难单纯通过多刚体动力学或PMSM动力学来分析的问题,采用多刚体动力学来考虑第一种运动,PMSM动力学来考虑第二种运动,并建立电动并联机器人的精确整体动力学模型.该模型避免了负载折算到电机端时变等效惯量的计算,并将电机系统反电动势、粘性摩擦力考虑在内.以1Hz正弦位姿指令对并联机器人进行仿真分析,验证了模型的正确性.

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将基于遗传学原理的基因修复技术引入用于求解装配序列规划问题的遗传算法,该算法采用基因组描述装配过程中的零部件顺序信息,通过建立先序关系矩阵描述装配过程中零部件的装配优先关系及几何可行性约束.利用基因"修复"操作,将子代个体中违反先序约束的基因"修复"为有效基因,从而保证了整个种群的基因多样性,避免了进化过早地收敛于局部最优解,使得最终结果的评价指标更优.某二级减速器的装配规划实例表明,该方法是一种具有工程实际意义的产品装配序列规划方法.

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为了提高高速高精度晶圆传输机器人的定位精度,建立了精度分析和运动学标定为一体的精度保障体系.针对机器人的特点,建立了误差模型,分析了各结构几何参数误差源的灵敏度,提出了结合几何误差迭代法和基于运动学逆解的非线性参数辨识的分步标定方法,对其进行了标定,并对几何结构参数进行了误差补偿.仿真分析以及实验证明:机器人定位误差达到0.07mm,有效地提高了机器人末端的定位精度.

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提出了一种跳跃腿机构.为减轻质量,降低能耗,采用单电机驱动方式,通过分时控制实现机构的跳跃、空中收腿和能量调节动作.在结构设计中采用五杆机构作为腿部执行机构,并增加了脚掌和跗跖关节以保证跳跃和着陆时的稳定性.结合仿真分析了其跳跃过程及各阶段的关键动作,最后对机器腿进行了跳跃实验,实验证明:其具有很好的跳跃能力及较高的跳跃效率,能实现空中收腿动作以及稳定着陆.

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为了解决多轴联动电火花加工数控系统在开发过程中实时技术的处理问题,将RT-Linux技术应用于数控系统开发之中.将数控系统的体系结构宏观上分为实时部分和非实时部分两大部分,微观上分为用户管理模块、实时控制模块和驱动模块3大模块;构建3个模块中所有涉及到实时任务的部分,包括实时控制模块的构建,驱动模块的构建,用户管理模块和实时控制模块间通信方式的构建,实时控制模块和驱动模块间通信方式的构建;开发了五轴联动电火花加工数控系统,并应用于整体式涡轮盘加工实验,实验表明,整个系统实时性强,稳定、高效.

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针对航天服手臂的特殊软关节结构和多自由度的特点,提出了基于最近邻的快速逆运动学解法,该方法保证在任何测量位置都能得到航天服关节角度的近似解.采用空间分块二步搜索策略,解决了基于最近邻方法求解舱外航天服手臂逆运动学中内存占用量大和效率低的缺点.仿真结果表明,最近邻的快速逆运动学解法在计算精度和实时性上均能满足测试系统的要求.

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为了研究柔性索对空间索杆铰接式伸展臂力学特性及稳定性的影响,对伸展臂自平衡状态的受力情况进行分析,计算出满足伸展臂承载结构的最小索拉力设计值.计算表明,伸展臂展开驱动力矩随索拉力的增加而成比例增大;伸展臂的轴向拉伸刚度、剪切刚度和扭转刚度随着索的抗拉刚度增加而增大;静刚度实验表明索张力对静刚度几乎没有影响.仿真分析表明,增加斜拉索直径可以提高伸展臂的扭转振动频率,而斜拉索直径及张力对伸展臂的弯曲和轴向振动频率影响较小.对不同索张力的伸展臂桁架单元进行了动力学试验,验证了仿真分析的正确性.伸展臂铰接结构受力分析表明,增大索张力有利于提高伸展臂稳定性.

Abstract:

为了分析不同设计参数对IEEE802.16e中卷积Turbo码(CTC)性能的影响以及对比IEEE802.16e支持的CTC和卷积码的编码性能,介绍了IEEE802.16e中的CTC的编码过程,给出了编码过程中的循环状态确定方法的推导过程,分析了CTC的迭代译码结构和译码算法,最后对CTC的性能进行了仿真.仿真结果表明:在相同码率和相同调制方式下CTC的编码增益要比卷积码大,采用CTC比采用卷积码有着明显的性能优势.因此在码率较低、信道状况较好或对系统实时性要求严格的情况下,可考虑使用卷积码,以降低信道编码的复杂度;而在码率较高、信道状况较差或对误码率要求严格时,可考虑选用CTC编码方案,以保证通信的可靠性.

Abstract:

针对由于路由不稳定导致通信质量变差,建立了一种高效的适用于无线链路中断时路由重构的自愈模型,基于最优搜索方程提出了一种限制下一跳节点搜索区域的自愈的方法,旨在提高移动Ad Hoc网络的抗毁性,在路由损毁时维持数据持续传输的同时减小链路重构所需的开销和时延,以实现网络路由的快速自愈.基于NS-2的仿真结果表明,本文所提出的路由自愈方法对移动Ad Hoc网络的开销有较为明显的改善,有效的避免了网络节点的移动、RF传播条件变化、节点被毁等原因造成网络结构上的损伤,减少频繁路由寻找耗费的能量,从而实现了移动Ad Hoc网络的抗毁性以及路由的可用性.

Abstract:

根据舰船通信系统的多天线阵结构,提出一种适合舰船通信的新的非合作直扩信号检测方法,与传统多信号检测方法不同,新方法在预处理部分引入了核独立分量分析技术,克服了多个信号频段重叠、频谱交叉时信号难以分离的难题,提高了后续部分直扩信号的检测与识别准确率,通过仿真分析,验证了该检测方法的有效性.如对决策参数做适当调整,该检测方法同样适用于其他通信信号的检测.

Abstract:

根据对盲元特性的分析,提出将三维噪声模型中的固定图形噪声与随机时空噪声作为盲元检测的数据源,在像素等级上构建形成特征向量.建立特征向量的独立二元正态分布统计模型,将盲元看作是游离于正态分布等概率密度椭圆之外的异常点.以特征空间中的统计距离与特征空间角作为异常点检测的统计判据,并分类死元、过热像元与闪烁像元.将该算法应用于实际制冷型红外焦平面的盲元检测,实验结果证明了该算法的有效性.

Abstract:

利用人造飞行目标相邻波段光谱辐射强度连续性特点,提出了一种多光谱辐射强度和梯度相组合的目标识别快速算法.该算法首先对多光谱图像进行高通滤波实现背景抑制,而后以残余图像符合高斯统计分布为假设前提,建立了强度阈值与光谱梯度阈值的概率密度函数,最后利用3σ准则确定强度阈值以达到噪声中目标和诱饵的检测,确定光谱梯度阈值对二者进行识别,这种依据数据统计特性进行的双阈值确定方法增强了算法的自适应性能.利用此算法进行了强噪声下的目标识别仿真试验,表明了算法的有效性.

Abstract:

为了了解加工方法和参数对加工表面特性PSD表征结果的影响规律,采用功率谱密度方法(PSD)对超精密磨削加工表面进行了表征与分析.应用Dimension 3100原子力显微镜对超精密加工表面进行测量,得到三维微观形貌和数据,以空间波长为横坐标,功率谱密度为纵坐标输出PSD图像,简单直观地分析了加工表面空间波长分布及不同波长在表面所占的比重,对比分析了加工方法和参数对PSD表征结果特征的影响.实验结果表明,超精密加工表面PSD图像的主导频率、波长分布特点以及各波长的PSD值大小等参数不仅可以同时体现横向尺寸及高度尺寸特性,而且能够得到表面误差的空间频率分布和方向特性信息.

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提出了一种基于多目视觉红外光电探测和圆锥曲面拟合的喷管轴线、摆角等参数估计方法.假定前端装有红外LED发光板和红外滤光片的4台高速相机实现了同步数据采集,且已完成标定.以红外反光标记球贴着喷管表面移动的大量三维坐标采样为基础,采用圆锥曲面拟合的方法求取喷管轴线的向量表示以及喷管圆锥曲面的虚拟顶点.通过喷管摆动的大量瞬时转轴拟合得到最小二乘意义上的摆动轴.将喷管轴线和摆动轴的公垂线与喷管轴线的交点作为摆心.喷管在摆动前后任意两时刻间的摆角可以用喷管上标记点的前后坐标到摆动轴的垂线向量的内积求得.摆角变化量除以时间间隔可得摆动角速度.摆动角速度的变化量除以时间间隔可得摆动角加速度.使用双轴摇摆-直线升降运动校准装置模拟喷管运动,摆心位移、摆角、摆动角速度和角加速度的测量误差分别为0.17mm、0.03°、0.12(°)/s、0.4(°)/s2.实验结果证明了算法的可行性.

Abstract:

研究了利用拉格朗日键合图建立梁横向振动数学模型的基本方法.由于拉格朗日键合图方法中能量转换矩阵对广义坐标的要求,将梁离散为刚杆-质点-弹簧系统,定义挠度为广义坐标,然后分析了多种边界条件下梁横向振动的数学模型.最后以两端简支梁为例作了仿真计算,其仿真结果与该模型的理论解以及ANSYS的计算结果进行了对比,验证了梁的离散模型的有效性,并说明了拉格朗日键合图对梁横向振动进行模态分析相对于别的方法是简便可行的.

Abstract:

研究了铁磁构件在应力和地磁场共同作用下的磁记忆检测机理,从磁记忆的原理出发,根据铁磁材料所具有的自发磁化和磁畴的特点以及磁的产生机制,提出一种新的磁记忆检测技术的机理模型.以此模型为基础,得出试件表面所测得的磁场是缺陷处产生的漏磁场、试件本身感应磁场以及环境磁场矢量叠加的结果,并以矩形槽为例用matlab对磁场进行了仿真,很好的解释了磁记忆检测过程中的现象.

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为保证卫星成功发射,应用整星隔振方法改善卫星在升空过程中其所处恶劣的动力学环境,降低卫星由于运载火箭激励而引起振动的幅值.通过隔振器传递率特性实验,可以证明添加隔振器后卫星顶端的响应幅值比未隔振前大幅降低.添加隔振器后的随机实验表明,在随机激励下,隔振器的隔振效果可以满足发射要求.此外,通过对隔振器阻尼可靠性问题的讨论,证明在隔振器少量阻尼元件失效条件下,隔振器性能变化不大,可以满足卫星发射对隔振器的冗余性能要求.