济南大学学报(自然科学版)杂志

济南大学学报(自然科学版)杂志2021年第02期

• 多项分数阶非线性微分方程的数值方法

  乔智,赵维加,黄健飞

  为了数值求解一类多项分数阶非线性微分方程,构造一种具有一阶精度的显式数值方法;采用Riemann-Liouville积分算子,将多项分数阶非线性微分方程转化成与之等价的积分形式;基于该积分方程,运用复合矩形求积公式,给出有效的数值方法;对于2种不同形式的多项分数阶非线性微分方程,分别证明所构造数值方法的收敛性和无条件稳定性;通过3个数值算例,对数值方法进行验证。结果表明,该数值方法与理论计算结果相吻合,并且具有较高的计算效率。

• Mohr-Coulomb准则的弹塑性积分方法

  张谭,郑宏,林姗

  基于Koiter法则,提出一种适用于Mohr-Coulomb非光滑本构模型的弹塑性积分方法;阐述Mohr-Coulomb准则角点问题产生的原因,采用经典的Kuhn-Tucker互补条件判断可能活跃的屈服面,将Kuhn-Tucker互补方程作为一类特殊的变分不等式,使用投影收缩算法进行求解,并进一步通过迭代确定实际活跃的屈服面;基于主应力特征方程,在主应力空间中计算屈服函数对应力分量的偏导数,同时在一般应力空间中执行应力返回。结果表明,所提出的算法解决了Mohr-Coulomb准则的角点问题,消除了光滑角点带来的误差,既避免了Mohr-Coulomb屈服函数在一般应力空间中角点处的数值奇异性,又不需要进行主应力空间法中所需的应力变换。

• 公路隧道综合超前地质预报技术及应用

  武金博,周华敏,张杨,吴庆华

  针对公路隧道超前地质预报中单一超前预报方法精度不足的问题,对比当前主要超前地质预报方法的特点与局限性,提出地质分析技术与物探技术相结合、洞内外相结合、长短距离预报相结合,以及多种物性参数互补的综合超前地质预报实施方案;以某高速公路隧道超前地质预报工程为例,阐述基于地质调查法、掌子面地质素描法、地震波反射法、地质雷达法的综合超前地质预报技术体系,预报掌子面前方节理裂隙水发育区域,及时、有效避免隧道岩溶突水、突泥等地质灾害的发生。结果表明,该综合超前地质预报技术能充分发挥各种预报方法的优势并相互验证,极大地提高公路隧道施工不良地质超前预报精度。

• 建筑施工高风险行为高灵敏度自适应监测技术

  针对建筑施工中对高风险行为存在定位不准和结果多元,即自适应监测的匹配度和灵敏度低等问题,提出一种基于结构方程的建筑施工高风险行为自适应监测方法;根据建筑施工高风险行为预应力结构因子的权重矩阵、高风险行为的适应度函数构建风险预估函数,形成结构方程模型;采用t规则识别方法及最大似然法,完成对结构方程模型的识别及拟合,根据拟合优度评价指标完成结构方程模型修正;将修正好的结构模型转换为结构方程,实现建筑施工高风险行为高灵敏度自适应监测。结果表明,提出的方法的监测灵敏度为99%,监测自适应匹配度为98.75%,监测灵敏度和匹配度均得到了很大程度的优化。

• 基于热流法导热分析的木结构住宅墙体传热特性

  为了准确计算木结构住宅墙体的导热系数及热阻值,基于热流法导热分析,研究木结构住宅墙体传热特性;通过有限单元法,分析木结构住宅墙体传热分布原理,研究基于稳态热流法的墙体传热特性,检测均匀厚度材料的平行等温界面,获取理想热传导性能;采用稳态热流导热系数测试仪,测试江苏省南京市某木结构住宅墙体组成部分及墙体不同部位的传热特性。结果表明:在边界相同的情况下,尺寸为2英寸×6英寸(宽度×长度, 1英寸=2.54 cm)的木结构住宅墙体的热舒适性与节能效果较好,导热系数最大与最小的保温材料分别为玻璃棉和挤塑聚苯板,木结构墙体的传热特性因木墙骨的宽度不同而存在差异;基于热流法分析测试的墙体导热系数和热阻与理论计算值误差极小。

• 基于自适应卡尔曼滤波的梯次电池荷电状态估算

  柴建勇,侯恩广,李岳炀

  针对梯次电池荷电状态初始值不明确、估算不准确的问题,提出基于自适应卡尔曼滤波算法的梯次电池荷电状态的估算方法;建立梯次电池的全寿命周期模型,在卡尔曼滤波算法的基础上引入自适应估算原理,实时估算时变噪声,提高滤波稳定性,增强自适应特性。仿真结果表明,当荷电状态初始值为30%、 50%、 60%时,该算法表现出优良的自适应特性、收敛性和准确性,梯次电池的荷电状态都可以快速调整,并且荷电状态估算误差小于3%。

• 下降管蓄热器中沙漠砂流动性数值分析

  根据沙漠砂在下降管蓄热器进行热能存储的工作原理,设计制作下降管蓄热器实验装置,对沙漠砂作为显热蓄热介质与空气对流实现热交换的流动性进行研究;应用ANSYS Fluent离散相模型,对粒径为0.18～0.25 mm的沙漠砂在下降管中与空气对流的流动状态进行数值仿真分析。结果表明,当空气流速为0.60～0.80 m/s时,沙漠砂在下降管主体部分达到受力平衡,气固两相流呈现均匀混合的稳定状态,砂粒匀速降落,分布均匀性最好。

• 鸡腿菇多糖对骨骼肌疲劳的影响

  李宸宇,史远,金浩然,李书桐,蔡燕菲,朱鲁杰,丁海昆,李媛媛,孙海基,孙洪兆

  采用脉冲式电流刺激蟾蜍腓肠肌,将鸡腿菇多糖溶液组与任氏液组进行对比,探究鸡腿菇多糖对骨骼肌疲劳的作用。结果表明:鸡腿菇多糖能够延缓蟾蜍骨骼肌疲劳,质量浓度分别为0.16、 0.08、 0.04 g/L的鸡腿菇多糖溶液组离体、在体蟾蜍腓肠肌达到最大收缩幅度的90%、 50%、 10%的时间均明显长于任氏液组的;随着鸡腿菇多糖浓度的增加,骨骼肌收缩的时间也延长,呈现剂量依赖性的趋势。

• 肠道集聚性大肠杆菌基因组脱氧核糖核酸提取方法比较与改进

  杨焕蝶,杨金玉,陈相艳,王易芬,郑琳琳,陈蕾蕾

  为了得到一种高效的肠道集聚性大肠杆菌基因组脱氧核糖核酸(DNA)提取方法,比较OMEGA、天根、宝生物、全式金4种细菌基因组DNA提取试剂盒对肠道集聚性大肠杆菌基因组DNA的提取效果,并对宝生物、全式金试剂盒提取方法进行优化;测定所提取的基因组DNA的纯度及浓度,并进行基因组完整性检验及特征基因检测。结果表明,使用全式金细菌基因组DNA提取试剂盒提取肠道集聚性大肠杆菌基因组DNA时,通过增加溶菌酶孵育时长至40 min,同时蛋白酶K的用量增加1倍,基因组DNA提取浓度可提高约14.5倍。

• 基于主成分分析和多核支持向量机的农业保险需求预测

  为了探索中国农业保险需求评估的新模式,提出一种基于数据降维和多核支持向量机的农业保险需求预测方法;利用主成分分析进行数据降维,从农户经济条件因素、社会文化因素、地理环境因素和政府补贴因素4个方面的7个解释变量中提取出主要影响因子;采用权重的方式将局部和全局的核函数进行线性相加,组成多核支持向量机,实现农业保险需求预测。结果表明,与基于标准支持向量机和Logistic模型的保险需求预测方法相比,基于数据降维和多核支持向量机的方法能够得到更准确的预测结果。

• 基于STIRPAT模型的山东半岛蓝色经济区碳排放预测

  颜伟,黄亚茹,张晓莹,高梦斐

  采用STIRPAT模型,通过岭回归方法定量分析山东半岛蓝色经济区的人口数量、人均国内生产总值、能源强度、城镇化水平与碳排放量的关系;设置6种发展模式,分析山东半岛蓝色经济区的碳排放量发展趋势。结果表明:人口数量、人均国内生产总值、能源强度及城镇化水平每变化1%,碳排放量相应变化1.748%、 0.153%、-0.218%、 0.365%;高增长-中减排模式下碳排放量增速最快;结合山东半岛蓝色经济区的发展态势,确定中增长-高减排模式为控制碳排放量的最佳发展模式。

• 1990—2017年济南都市圈乡村地域功能的时空演化

  王云靓,盛科荣,张杰

  利用1990—2017年的面板数据,对济南都市圈各区(县)的生态保育功能进行核算,借助GeoDa软件对乡村地域功能时空演化进行探索性空间数据分析。结果表明:从时间角度来看,济南都市圈乡村地域功能的总价值呈现快速增长的态势,由636.01亿元增长到13 929.69亿元,工业发展功能始终占据主导地位;从空间角度来看,生态保育、农业生产、工业发展及社会保障4类地域功能的空间相关性皆为正,生态保育功能的高值主要集中在研究区的东南部且空间演化并不剧烈,农业生产功能的高值在南部比较稳定且空间相关性强,工业发展功能的高值自东向西逐渐转移,社会保障功能由东南部高值集聚向空间均衡分布转变。

• 基于人机协作的机器人柔顺示教及再现

  黄玉林,陈乃建,范振,张来伟

  针对机器人传统示教方法的局限性,通过分析机器人低速运动状态下的力矩变化,提出基于人机协作的机器人柔顺示教及再现技术;首先建立机器人重力矩和摩擦力矩动力学补偿模型,通过最小二乘法辨识得到机器人重力矩和摩擦力矩,以电机驱动力补偿机器人重力矩和摩擦力矩,以操作者的操作力补偿机器人运动过程中的惯性力、离心力等速度、加速度的相关项,人机协作共同完成柔顺示教;然后在电机速度模式下,通过低通滤波、比例微分控制和速度前馈完成轨迹再现;最后利用个人计算机与固高系列运动控制卡,搭建开放式机器人控制平台,在可视化仿真环境Simulink软件中建立控制程序进行实验。结果表明,通过人机协作,力矩补偿效果显著,柔顺示教较轻松,轨迹再现精度符合基本作业要求。

• RR-P5R型全球面工作空间解耦并联机构误差分析

  于珊珊,李为民,杨先海

  针对二自由度球面解耦并联机构工作空间不足的问题,提出一种新型P5R运动支链,基于该运动支链设计RR-P5R型全球面工作空间解耦并联机构;采用环路增量法对RR-P5R型并联机构进行误差分析,建立位置、速度、加速度误差模型。结果表明,该RR-P5R型并联机构可以实现完整的球面工作空间,所建立的误差模型可以作为机构的参数设计、控制以及误差补偿的理论基础。

• 基于柔性铰链的像旋补偿机构设计与分析

  李林,颜昌翔,田海英,李颐,丁宁

  针对空间相机系统的像旋问题,利用柔性铰链设计一种新型的像旋补偿机构,通过带动空间相机旋转进行像旋补偿;根据柔性单元的结构特性建立柔性单元的理论计算模型,通过有限元仿真,计算多组不同结构参数的柔性单元的变形,根据理论模型分析柔性单元变形与各结构参量的关系,最终确定柔性单元的几何参数,并对其进行有限元仿真。结果表明:仿真结果与理论计算模型的最大相对误差均小于5%,验证了理论计算模型的准确性;该机构能够实现空间相机转角为-3′～3′的像旋补偿,并且控制精度较高。