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2022年第04期

• 镍基单晶高温合金力学性能各向异性研究进展

  王骏,郭飞强

  针对镍基单晶高温合金力学性能呈现各向异性的特性，对单晶高温合金拉伸、蠕变、疲劳性能的各向异性研究进展进行综述；论述温度、化学成分等对单晶高温合金力学性能各向异性的影响机理，认为不同取向合金性能的差异主要与合金弹性模量、原子扩散能力等有关；指出未来镍基单晶高温合金的研究重点为进一步研究单晶涡轮叶片最佳取向，以及二次取向对合金性能的影响。

• 碳化硅泡沫陶瓷研究进展

  马德礼,李庆刚,王志,史国普,吴俊彦,孙孟勇,宋力,李颜华

  针对碳化硅泡沫陶瓷材料具有大比表面积、高气孔率、耐高温、抗化学腐蚀、热稳定性好、低密度等优良特性，对碳化硅泡沫陶瓷的制备工艺及其应用进行综述，包括添加造孔剂法、发泡法、有机泡沫浸渍法、溶胶-凝胶法、液(气)相渗硅法、凝胶注模法、反应烧结法等制备方法；根据碳化硅泡沫陶瓷多孔特点，介绍碳化硅泡沫陶瓷在过滤器、催化剂载体、泡沫阀塔盘、生物学等领域的应用研究和成果，指出碳化硅泡沫陶瓷作为一种重要的多孔材料，未来的研究重点是开发碳化硅泡沫陶瓷的最佳合成工艺以及碳化硅泡沫陶瓷在不同领域的应用。

• 基于Delaunay三角划分网格计算多连杆机器人工作空间

  吴虎,李鑫宁,杨先海,薛鹏,谭帅

  为了更准确地描述多连杆机器人的工作空间，提出一种基于Delaunay三角划分网格的多连杆机器人工作空间计算方法；给出多连杆机器人的基本结构并进行化简，得到多连杆机器人的运动学方程，构建工作空间的密度函数，绘制出末端轨迹点云图，分别采用所提出的方法、数值积分法和网格划分法计算工作空间的面积。结果表明，采用数值积分法和网格划分法计算的工作空间面积误差率分别为2.76%、 2.27%,而采用所提出的方法计算的误差率为1.77%,该方法的计算性能明显优于其他2种方法的计算性能。

• 轻质液压机械臂的机构优化

  朱晓蕙,赵鑫宇,刚宪约,柴汇

  针对轻质液压机械臂载荷质量比小、关节工作范围小的研究现状，对某轻质液压机械臂进行机构优化；基于向量代数和线性变换原理，建立机械臂机构的显式分析方程和准静态力平衡方程，并提出机械臂构型的优化设计模型；以机械臂工作范围、连杆机构尺寸、驱动油缸的伸缩单调性为约束条件，以极小化油缸驱动力峰值为目标函数，对机械臂各关节铰接点位置进行优化设计。结果表明，优化设计后的机械臂运动范围幅度大，承载能力强，有效减小了关节铰接点载荷。

• 生产-生活-生态空间格局演化及其分析技术研究进展

  王皓天,郑少鑫,王颖超,王林申,蒋伟春

  针对生产-生活-生态空间格局演化的研究现状，以研究文献的关键词、研究尺度、研究内容和特别关注的技术模型等为述评对象，梳理研究脉络，分析相关技术运用，展望未来发展趋势；指出国内有关生产-生活-生态空间的研究已从基础理论发展向深化研究阶段演进，空间量化识别与功能分析技术的运用是当今学术主要潮流之一，空间格局演化研究分析方法主要集中于微观与宏观尺度且中观尺度研究的学术前景优越，多元背景下的跨学科研究是未来生产-生活-生态空间潜在的研究重点之一。

• 基于有限元仿真的挡土墙墙顶护栏车辆撞击分析

  石雪飞,苏昶,张浩

  随着高速公路车辆撞击护栏事故的增多，为了缓冲和消散挡土墙结构所受墙顶护栏的车辆撞击力，提出护栏与挡土墙的分离式设计方案；依托沈阳至海口国家高速公路汕尾陆丰至深圳龙岗段改扩建工程，利用显式动力有限元仿真方法，从能量变化、挡土墙位移等方面进行动力响应计算与分析，提取挡土墙结构的内力效应，并采用静力等效方法进行结构承载能力安全性分析，针对分离间距和挡土墙节段间连接等开展参数化分析。结果表明：墙顶护栏与挡土墙之间的缓冲土体可以较好地消散车辆对护栏的水平撞击力，挡土墙结构在车辆对护栏的水平撞击力偶然组合下满足极限状态承载能力要求；随着分离间距的增加，缓冲土体对车辆撞击力的消散作用逐渐增强，可有效减弱挡土墙面板和底板的弯曲效应，而挡土墙节段间的连接仅可有效减弱挡土墙底板的弯曲效应，对面板的弯曲效应影响较小。

• 绍兴地铁一号线深基坑开挖过程数值分析

  陈晓鹏,陈士军,吴烈,李栋伟,鹿庆蕊,蒋潇伊

  以绍兴地铁一号线工程为背景，建立大型三维有限元模型，对该地铁深基坑的开挖及地下连续墙、钢支撑等支护结构体系的位移变化进行数值模拟，并对比模拟结果与现场监测数据。结果表明：地下连续墙的最大水平位移与现场实测值误差仅为8%,基坑周边土体的竖向位移即沉降与现场实测值误差较大；对于长宽比较大的深基坑，地下连续墙长边中点和端部2个断面的变形相对其他位置的较大，应单独设置合理的报警值；开挖层的上一层钢支撑轴力会显著增加，是设计和施工需要密切关注的一个焦点。

• 基于频繁项集的多源异构数据并行聚类算法

  赵春霞,赵营颖,宋学坤

  针对多源异构数据并行聚类算法存在并行聚类处理精度低、处理时间长的问题，提出基于频繁项集的多源异构数据并行聚类算法；通过确定数据库内频繁项集与支持度的数值，采用关联规则满足最小支持度阈值以及最小置信度阈值，利用极大元法挖掘最大频繁项集，构建相异度数据结构矩阵；利用平均加权法获取数据库内多源异构发射数据包，使用时间窗口和频繁项集挖掘出多源异构数据特征，获取信道传输功率谱密度；利用时间反转处理以及高维相空间重构方法，实现多源异构数据并行聚类。结果表明，该算法的多源异构数据并行聚类处理精度较高，能够有效缩短处理时间。

• 基于最小生成树和图像矩的陶瓷过滤器表面缺陷检测

  周静,刘旭,董子昊,李金屏

  针对人工检测陶瓷过滤器堵孔、裂缝缺陷效率低、误检率高的问题，提出一种基于最小生成树和图像矩的缺陷检测算法；对输入缺陷图像进行灰度化和去除噪声处理，利用阈值分割方法对图像进行二值化，根据陶瓷过滤器表面孔洞空间分布及面积变化，利用滑动窗口遍历图像，结合最小生成树与图像占空比检测堵孔缺陷；根据过滤器裂缝的灰度和形状特征，采用基于图像矩的等价椭圆的方法检测裂缝缺陷。结果表明，所提出的算法能够有效地检测出陶瓷过滤器堵孔、裂缝缺陷，自建数据集的检测准确率达到95%以上。

• 基于间隔棒跟踪的输电线舞动检测

  任佳颖,李小雨,房体育,董子昊,李金屏

  针对输电线舞动危害电力系统安全、稳定运行的问题，提出一种基于间隔棒跟踪的输电线舞动检测方法；利用纹理、灰度分布等特征分割出天空区域，结合穿线法和旋转投影实现输电线的精确定位；采用滑动窗口遍历输电线，并根据窗口内投影曲线的Laws纹理能量值检测间隔棒；通过跟踪摄像头获取的输电线视频信息中的间隔棒并生成其运动轨迹，计算输电线舞动幅值和频率，进而判断输电线舞动。结果表明，该方法在八分裂间隔棒的输电线上的检测准确率、误报率、漏报率分别为96.9%、 3.12%和3.03%,能够有效地检测输电线的舞动。

• 基于典型相关分析的信号与彩图混合分离方法

  陈柯鑫,范丽亚

  为了解决信号与彩图的混合分离问题，提出一种基于典型相关分析的信号与彩图混合分离方法；该方法利用原始彩图与原始信号的自相关性以及典型投影方向之间的正交性，估计原始彩图在红、绿、蓝三原色通道上的原始灰色图像，从而根据信号与彩图的混合方式恢复原始信号；针对双信号双彩图和多信号多彩图2种情况，将所提出的方法与目前最常用的独立成分分析法进行分离混合信号与彩图对比实验。结果表明，所提出的方法不仅可以同时分离信号与彩图，而且所分离出的信号与彩图均具有较高的质量，信号与彩图恢复相似度均提高了近30%。

• 基于随机森林回归算法的山洪灾害临界雨量预估模型

  赵龙,桑国庆,武玮,刘昌军,王君诺

  针对山洪灾害临界雨量影响因素众多、计算流程复杂的问题，以山东省临朐县山丘区237个沿河村落为研究对象，选取有实测资料、计算条件较好的沿河村落，采用水文水力学法，计算山洪灾害临界雨量作为原始数据集；选取降雨特征、流域特征、沿河村落特征、河道特征等参数，基于随机森林回归算法，构建山洪灾害临界雨量预估模型，利用网格搜索法及K折交叉验证法调整预估模型参数；确定无实测资料的沿河村落山洪灾害临界雨量指标，并验证预估模型精度，分析特征参数重要度。结果表明：所构建的预估模型具有较高的准确性与泛化性，训练集与测试集的决定系数均大于0.9,预估效果较好；流域面积、流域最长汇流路径比降、降雨均值、流域平均坡度等特征参数的重要度相对较高。

• 污染负荷对生物炭人工湿地净化效果的影响

  高海威,李双,徐立荣,徐祥熙,王荣震,徐晶

  对生物炭基潜流人工湿地对农村生活污水净化效果进行中试实验，构建6组生物炭人工湿地，对比3组不同进水污染负荷条件下的实验结果，分析水质变化对各组生物炭人工湿地中化学需氧量、氨氮、总磷、总氮净化效果的影响。结果表明：在水力停留时间为36～48 h、水力负荷为10 cm/d的条件下，生物炭人工湿地对污水中总氮、氨氮、总磷、化学需氧量的去除率随着进水污染负荷的增大而减小；生物炭添加量的增加有利于人工湿地对总氮、氨氮的去除，各组人工湿地对化学需氧量的去除效果差别随污染负荷增加而增大，生物炭有助于加强人工湿地对化学需氧量的抗负荷能力；当污染负荷增加时，生物炭添加量和添加位置对总磷的去除效果的影响减弱，且生物炭人工湿地对总磷具有较好的抗负荷能力；在低污染负荷和中污染负荷条件下，各组生物炭人工湿地对4类污染物均有较高的去除率。

• 基于主成分分析和聚类分析的山东省农业节水分区

  朱赫,杨姗姗,刘晗,徐征和

  基于压力-状态-响应模型，选取干燥度、作物需水量、节水灌溉比例等共18个较全面、易获得、概括性强的指标，构建山东省农业节水分区指标体系；利用主成分分析法对分区指标进行降维处理，运用聚类分析法对山东省17个城市进行农业分区处理。结果表明，山东省可划分为黄泛平原区，鲁中山区，鲁南山区，鲁东丘陵区，鲁西南平原区，鲁中、鲁东平原区共6个农业节水类型区，各类型区缺水程度、主要作物类型、社会经济发展状况等均存在差异，应从农业种植结构调整、田间节水技术应用等方面提出适宜各类型区发展的农业节水模式。

• 基于土地利用变化的山东沿海地区生境质量时空演变

  殷婷婷,程琳琳,田超

  以山东沿海地区为研究区域，基于2005、 2010、 2015、 2018年土地利用数据并结合InVEST模型分析区域生境质量的时空演变特征；采用地理探测器探讨生境质量影响因素及驱动机制，并利用双变量空间自相关模型研究生境质量对土地利用的响应。结果表明：2005—2018年，山东沿海地区生境质量水平相对较低，平均生境质量指数为0.303,整体呈下降趋势；空间分布呈现中部低、西北和西南部高的特征；土地利用程度对生境质量的影响最大，其次是高程、坡度、植被覆盖度、人口密度、温度、湿度、国内生产总值、坡向、降雨；土地利用程度与生境质量呈显著负相关，在城市化水平高的地区，生境质量聚集程度明显。

• 山东省主要河流近60 a径流变化及其归因分析

  郭晓娜,武玮,郑从奇,桑国庆

  以山东省7条主要河流为研究对象，基于代表性水文站近60 a的实测径流数据，采用Mann-Kendall法、有序聚类分析法和双累积曲线法进行径流变化特征分析，并通过径流还原法识别气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明：近60 a来，大汶河、大沽河、沂河和沭河径流深均呈显著减小的趋势，小清河径流深呈显著增加趋势；小清河实测径流深在1994年发生突变，徒骇马颊河突变年份为1989年，其他河流的突变年份均集中在1974—1976年；河流径流变化受气候变化和人类活动的共同影响，其中大沽河和沭河径流变化以气候变化影响为主，泗河径流变化以人类活动影响为主，气候变化和人类活动对其他河流径流变化的影响基本相当。

• 城镇化发展对中国大陆近岸海域水环境的影响

  亓广志,王志宝,李鸿梅,程钰

  为了探究城镇化发展对近岸海域水环境的影响，基于环境库兹涅茨曲线理论，以中国大陆沿海地区为例，分析近岸海域水环境的演变，并构建城镇化发展与近岸海域水质的多元面板回归模型，探究新型城镇化进程下影响近岸海域水质的主导因素。结果表明：中国大陆沿海各省份一、二类海水比例波动上升，劣四类海水比例下降，近岸海域水环境向好发展；优良水质比例主要受到人口城镇化率以及人均国内生产总值的影响，而劣等水质比例主要受土地城镇化率、非农产业比例以及人均国内生产总值的影响；城镇化的各个方面对中、高值区劣等水质比例的影响效应存在差异性，人口城镇化率对中值区呈现促进作用，在高值区呈现抑制作用，而土地城镇化率在中值区呈现抑制作用，在高值区呈现促进作用。