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05期

• 基于第一性原理计算L1_2-Al_3Li金属间化合物低指数晶面表面能

  张倩,王营,房洪杰,余琨,江勇,姚建刚

  采用基于第一性原理的平面波贋势法,计算L1_2-Al_3Li金属间化合物的(100)、(110)、(111)3个低指数晶面的表面能。结果表明,Al_3Li的(100)、(110)晶面分别具有Al-Li表面终端和富Al表面终端2种非化学计量比结构,(111)晶面只有一种化学计量比表面终端结构,而且具有最小的表面能(约0.757 J/m~2),定量计算与电子性质定性分析结果完全一致。

• 回填土夯实效果与挡墙高度对加固边坡失效概率的影响

  王上上,陈富,翟明,刘旭,李亮,凌贤长

  为了评估加固边坡的稳定程度并优化挡墙高度,提出通过改变夯填粗颗粒土内摩擦角的变异系数间接考虑施工质量不确定性的方法;采用Geo-Studio软件建立加固边坡模型,并应用Morgenstern-Price法计算边坡的安全系数,基于Win-Batch~(TM)语言实现蒙特卡罗抽样,计算不同变异系数时加固边坡的失效概率;结合光滑粒子流体动力学方法,研究挡墙高度对加固边坡失效概率的影响;将所提出的方法在哈佳铁路加固边坡中进行应用。结果表明:在施工中提高施工质量以减小夯填土的参数变异性可以有效降低加固边坡的失效概率;增加挡墙高度可以有效阻隔滑动土体滑落至铁路线,显著降低边坡失效概率;当变异系数为0.4并且未加高挡墙时,失效概率为27.2%;当挡墙高度增加1 m时,失效概率降为2.58%;在变异系数小于0.4的条件下,挡墙高度增加1 m时加固边坡失效概率的降低程度更明显。

• 抓取机械手的动力学性能及结构有限元仿真

  胡义华

  对物流货物抓取机械手进行动力学性能分析,利用有限元软件ANSYS Workbench建立机械手关键部位的仿真模型,对大臂、小臂构件进行危险工作状态下的有限元分析,并对该机械手构件的结构进行模态分析。结果表明,该机械手关键部位的结构和材料均满足工作性能要求,机械手中的大臂、小臂构件在作业过程中不会产生共振现象,具有良好的动力学性能。

• 基于能量平衡的扁平式恒力弹簧支吊架显式设计方法

  针对扁平式恒力弹簧支吊架的设计问题,根据负载管恒力载荷做功与弹簧元件变形能的能量平衡关系,建立凸轮曲线的显式代数方程模型;为了定量考虑负载管滚柱半径的影响,基于范成原理建立凸轮曲线的修正模型;利用Adams软件,对不同设计方法得到的支吊架方案的恒力性能进行对比。结果表明:仅需简单的显式代数运算和线性变换,即可得到比传统非线性微分方程模型更精确的结果;显式设计方法的恒力精度明显高于传统模型的恒力精度,考虑滚柱半径影响能够进一步提高凸轮曲线的设计精度。

• 主从式上肢外骨骼康复机器人的运动学研究

  针对主从式上肢外骨骼康复机器人的机械臂活动空间设计和双臂干涉问题,基于Denavit-Hartenberg参数建模法,以人体上肢活动范围为边界条件,建立主从臂各关节在统一固定坐标系下的运动学模型;以齐次坐标运动学模型为基础,确定基于上肢运动极限位置约束的主从双臂间的安全活动空间,并利用蒙特卡罗算法进行仿真验证;根据主从双臂活动范围的安全距离与上肢活动规律,给出主、从双臂各五自由度康复机器人的设计及从臂跟随主臂意图运动的训练方法。计算机仿真试验和实验室样机现场试验结果表明,机器人活动空间满足康复训练上肢活动方式和活动范围等人体工学要求,解决了因主从臂干涉而造成的二次伤害等影响康复效果的问题。

• 基于ABAQUS软件的海底电缆反应力锥切削仿真及切削参数优化

  曲爱涛,高常青,余超,吴绍聪,杨波

  为了改善和提高海底电缆反应力锥的切削质量和切削效率,通过分析反应力锥的形状及绝缘材料的切削性能,选取圆柱形铣刀作为切削刀具;利用ABAQUS软件,通过有限元方法对绝缘切削过程进行模拟,对切削过程中所需要的扭矩进行仿真;采用Design-expert软件建立切削扭矩响应曲面模型,分析切削参数对切削扭矩的影响。结果表明,当铣刀转速为520 r/min,每齿进给量为0.28 mm,侧吃刀量为2.25 mm时,能够有效地进行反应力锥的切削,并且所需要的切削扭矩较小。

• 基于电导率的米山水库水质演变分析

  以具有胶东调水工程末端调蓄功能的米山水库1987—2019年长系列水文及水质监测资料为基础,分析水体电导率的变化趋势及其影响因素。结果表明:受调水影响,2016—2019年米山水库水体平均电导率较1987—2015年的增大了1.56倍,达到858μS/cm,氯化物、硫酸盐和钠的浓度也明显增大,并且与水体电导率变化趋势一致;水体电导率受降雨量、客水水质、调水周期和调水量的综合影响,呈现汛期减小、非汛期增大的周期性变化趋势;水体电导率年均值与降雨量呈负相关,而与外调水量、客水水质呈正相关。

• 泗河水质变化与影响因素分析

  齐家蕙,杨丽原,张游,江丹丹,赵婷婷

  选取泗河流域1980—2019年的高锰酸盐指数、氨氮、总磷和总氮水质监测数据,对近40 a泗河流域水质年际变化及污染情况进行比较;采用综合水质标识指数法、水质综合污染指数法及内梅罗指数法,对泗河水质进行综合评价,分析流域社会、经济发展对泗河水质的综合影响。结果表明:1980—2019年间各监控站点高锰酸盐指数、氨氮、总磷和总氮浓度的年平均值总体呈先增大后减小的趋势,综合水质标识指数由1.600增大至15.926、再减小至4.221,水质综合污染指数由0.10增大至27.40、再减小至1.13,内梅罗指数由0.12增大至54.24、再减小至1.58;泗河水体高锰酸盐指数和氮、磷营养盐含量在空间分布上差异较小。

• 中国生态福利绩效时空演变与影响因素

  刘娜,程钰,韩政

  通过构建生态福利绩效评价指标体系,运用超效率数据包络分析与空间自相关方法,分析中国生态福利绩效的时空演变特征,并结合系统广义矩估计探究中国生态福利绩效的影响因素。结果表明:中国生态福利绩效水平较低,呈现先降后升的U型趋势,绩效值从2000年的0.813减小至2011年的0.558,然后增大至2016年的0.706;中国省域生态福利绩效具有显著的空间分异特征,绩效值由大到小的地区依次为东部地区、中部地区、西部地区、东北地区,空间正向集聚特征显著,表现出北冷南热的空间关联格局;市场化程度、城市化率和技术进步对中国省域生态福利绩效具有正向作用,产业结构(工业增加值占国内生产总值的比例)、消费效应则具有负向作用。

• 中国城市工业集聚与污染排放空间关联性及其影响因素

  宋成镇,陈延斌,侯毅鸣,唐永超,刘曰庆

  以2016年中国238个地级市为研究对象,利用空间自相关分析法探究工业集聚与污染排放的集聚特征及空间关联性,并借助空间计量方法探究工业污染排放的影响因素。结果表明:中国工业集聚水平呈现东高西低的空间分布特征,工业污染排放总体表现为明显的南北差异和东西差异;工业集聚与污染排放强度总体呈负相关关系,且二者局部空间关联性较强,空间集聚类型以高集聚-低污染、低集聚-高污染、低集聚-低污染为主;工业集聚有利于降低污染排放强度,能源强度增大导致工业污染排放强度增加,其他指标对污染排放的影响存在污染类型的异质性。

• 基于深度卷积神经网络和支持向量机的手势识别算法

  闫俊伢,吴迪,滕华

  为了提高手势识别的准确率,提出一种基于深度卷积神经网络和支持向量机的手势识别算法;将包含手势的图像进行手掌轮廓分割及手指关节特征提取,经过去噪后获得准确的手势图像,然后通过卷积与池化获得手势特征样本,采用神经网络算法对输入特征样本进行训练,并对全连接层各节点的输出结果进行支持向量机多元分类,从而获得手势识别结果;在差异化设置条件下,通过对比手势识别的平均准确率和识别时间,可获得最优的卷积核尺寸及池化方法。仿真实验结果表明,相比其他3种识别算法,所提出的算法具有更优的识别准确率。

• 基于策略推导的嵌入式多媒体终端控制系统

  为了进一步改善智能嵌入式多媒体终端控制系统在车辆中的应用性能,提高系统定位准确性以及系统可靠性,提出基于策略推导的嵌入式多媒体终端控制系统设计方案;创建嵌入式多媒体文件传输协议,利用差错修复机制,简化嵌入式接收端工作流程,通过速率控制策略推导方法明确是否产生数据传输丢包事件;运用包对法预测链路带宽,完成多媒体终端高效率数据传输;采用Windows CE 5.0操作系统,以飞思卡尔i.MX31处理器为核心,构建支持多媒体播放、全球定位系统定位导航、可视倒车及倒车距离实时报警、车载蓝牙通话、调幅/调频收音机功能于一体的嵌入式车载多媒体终端控制系统。系统测试结果表明:该控制系统平均定位偏差为19%,与实际定位结果的偏差较小,有效地提高了车辆定位的准确性;不同时间段倒车影像的屏幕播放帧率均值为13.9 s~(-1),满足实际车载多媒体的应用需求。

• 基于差分等势星球图的通信辐射源个体识别方法

  蒋红亮,王申华,赵凯美,应雨龙,李靖超,何湘威

  为了准确地识别和认证物联对象,阻止用户身份假冒和设备克隆等问题的发生,提出一种基于差分等势星球图的通信辐射源个体识别方法;通过差分等势高星球图的射频指纹特征提取,在不对接收机的载波频率偏差和相位偏差进行估计和补偿的情况下,获取较稳定的通信辐射源个体(发射机)射频指纹;对同厂家、同型号、同批次的20个无线保真网卡设备进行识别测试。结果表明:差分等势星球图通过点密度特征可以恢复一定低信噪比时的星座图丢失的统计特征,更全面地描述信号的细微特征;在相同的深度卷积神经网络模型架构下,相较于传统的基于星座图的统计图域方法,所提出的方法可以在很大程度上提高识别准确率。

• 基于深度学习和支持向量机的基因结合蛋白预测

  针对传统的方法对蛋白质预测的精度低且需要人工提取环节等问题,提出一种基于深度学习和支持向量机的基因结合蛋白预测算法;该算法将卷积神经网络与门控循环单元结合,搜索蛋白质序列,保留蛋白质序列中氨基酸的位置依赖性,利用支持向量机代替神经网络的Softmax分类器对蛋白质的特征序列进行预测;将该模型分别在基准数据集DBP2858和PDB14189上进行对比实验。结果表明,该模型具有更好的脱氧核糖核酸结合蛋白预测能力,并且预测精度和效率均较高。

• 基于量子群智能优化检测虚拟现实中物体碰撞

  肖世龙,张德育,刘源,黄勇,刘猛,毛容

  为了改善虚拟现实中物体碰撞检测的性能,采用量子群智能优化算法进行碰撞检测;首先对待检测物体进行盒包围并投影至二维平面,根据盒包围交叉空间粗略判断物体是否发生碰撞;然后根据盒包围交叉空间对待检测物体的特征提取,构建人工鱼群,并对人工鱼群位置进行量子编码;将人工鱼群的位置变化转变为量子动态相移变化,以待检测物体的同类特征距离的倒数作为人工鱼群的实物浓度函数;最后采用人工鱼群算法实现物体的碰撞检测。仿真结果表明,通过合理设置动态相移变化因子和视野参数,可以获得较好的碰撞检测准确度,与常用的碰撞检测算法相比,该算法的碰撞检测精度高,且耗时少。

• 基于快速选区卷积神经网络模型的工业产品表面缺陷检测

  王李馥颖,朱振杰,杜付鑫

  针对传统带钢表面缺陷检测算法检测效率低、准确率差的情况,提出一种基于快速选区卷积神经网络模型的多尺度带钢表面缺陷检测算法;首先利用残差网络思想对该模型网络特征提取层进行改进;其次,利用多尺度推荐区域网络设置合理大小的卷积滑动窗口,提取出更加准确的推荐区域;最后,利用软判决非极大值抑制机制替代传统的非极大值抑制机制,解决缺陷特征相近时检测框丢失的情况,并在SD_data数据集上进行实验验证。结果表明,所提出的算法对多尺度带钢表面缺陷的检测准确率明显提高,漏检率显著降低。