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  《兰州理工大学学报》为自然科学类综合性学术期刊,由兰州理工大学主办。创刊于1975年,国内外公开发行,辟有材料科学与工程、机械工程与动力工程、化工与轻工、自动化技术与计算机技术、建筑科学、数理科学等栏目。本刊为中国科技论文统计源期刊、中国科学引文数据库来源期刊、中国学术期刊综合评价数据库来源期刊。自1987年以来,本刊陆续被美国《化学文摘》(CA)、俄罗斯《文摘杂志》(PЖ)、美国《数学评论》(MR)、 德国《数学文摘》(Zbl)、《中国化学文献数据库》、《中国数学文摘》、《中国机械工程文摘》、《机械制造文摘》等国内外权威数据库和文摘刊物收录。 更多...
2024年, 第50卷, 第2期 刊出日期:2024-04-28 上一期   
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材料科学与工程
核用TiNbVMo-(Zr, Cr)系难熔高熵合金的组织和性能
李季菁, 胡世文, 刘德学
2024 (2):  1-8. 
摘要 ( 84 )   PDF(6063KB) ( 133 )  
开发了三种新型单相BCC结构的韧性Ti40Nb25V15Mo5Zr15、Ti40Nb30V20Mo5Zr5和Ti40Nb30V20Mo5Cr5难溶高熵合金(RHEAs).合金在室温下均表现良好的强韧性,其中Ti40Nb25V15Mo5Zr15的最大抗拉强度为1 037 MPa,随着Zr元素含量的降低,Ti40Nb30V20Mo5Zr5的断裂延伸率从8.94%提高至13.96%.Ti40Nb30V20Mo5Cr5在450 ℃下进行100、300、700 h的静态铅铋饱和氧腐蚀试验后仅形成单层腐蚀扩散层,腐蚀层的厚度没有随时间的增加出现明显变化.
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不同配对副作用下浸渍石墨的磨损特性
宋伟, 李凯民, 马荣荣, 丁雪兴
2024 (2):  9-16. 
摘要 ( 37 )   PDF(5171KB) ( 51 )  
采用球/平面的接触形式,分别使用GCr15钢球、Si3N4和Al2O3陶瓷球作为摩擦副,利用TRB3摩擦试验机探究浸渍石墨的摩擦磨损性能.通过扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜分别对摩擦系数、磨损体积、磨痕轮廓及磨痕表面形貌进行表征分析,探究浸渍石墨在不同法向载荷作用下摩擦划痕和磨损特性,建立能量磨损模型探究磨损过程中接触状态的变化机制,预测磨损进程.结果表明:随着上试样硬度逐渐增大,小载荷时摩擦系数逐渐增大,大载荷时摩擦系数逐渐减小.不同摩擦副作用下,石墨表面磨痕轮廓较浅分别呈现类似“U”形、“V”形和“W”形轮廓,石墨与GCr15、Si3N4和Al2O3配对副之间的主要磨损机制为粘着磨损、磨粒磨损和轻微的氧化磨损,摩擦副表面间存在材料转移、剥落和犁沟现象.
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偏高岭土对聚合物改性水泥浆体流变的影响
关玲, 袁志华
2024 (2):  17-23. 
摘要 ( 44 )   PDF(2944KB) ( 48 )  
研究了偏高岭土掺量对不同水胶比的聚合物改性水泥浆体流动度、流变参数、触变性和粘弹性的影响.结果表明:掺入偏高岭土的复合浆体在新拌阶段的流变性能符合H-B模型,并且所有浆体均呈剪切稀化的流变特性.随着偏高岭土掺量的增大,浆体流动度、屈服应力和塑性黏度均增大.掺入20%偏高岭土后,水泥浆体的触变环面积由原来的1 502 Pa·s-1增加至6 672.63 Pa·s-1,并且水胶比更低的浆体对应更大的触变面积.所有的复合浆体均存在明显的粘弹特性,并且当偏高岭土掺量越大时,浆体的临界点振幅和线性区的储能模量值均越大.
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纤维-地聚物混凝土力学性能及耐久性能研究
公晋芳, 任永祥
2024 (2):  24-30. 
摘要 ( 49 )   PDF(2696KB) ( 54 )  
为改善地聚物混凝土的力学性能和耐久性,通过掺入不同长度和掺量的聚丙烯纤维,对地聚物混凝土的力学性能、抗冻性、抗氯离子侵蚀性及抗裂性进行了研究,并基于SEM试验,从微观角度进一步解释聚丙烯纤维的作用机理.结果表明:聚丙烯纤维的掺入能够提高地聚物混凝土的力学性能和耐久性能,当纤维掺量为0%~0.6%时,随着纤维掺量的增加,地聚物混凝土的改善效果越明显.当掺量超过0.6%时,其力学性能和耐久性开始下降.通过SEM分析也表明,聚丙烯纤维能够提高基体内部的整体性和密实性,从而显著改善地聚物混凝土的力学性能和耐久性.最终推荐掺量0.6%长度为12 mm的聚丙烯纤维为最佳掺量.
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机械工程与动力工程
基于遗传算法的风电齿轮传动系统参数优化设计
王保民, 闫瑞翔, 房文博, 赵瑞平, 刘洪芹
2024 (2):  31-35. 
摘要 ( 52 )   PDF(670KB) ( 36 )  
齿轮箱是风力发电系统的重要部件,其体积大、重量高等问题制约了风电清洁能源的发展.以1.5 WM风力发电机组为研究对象,建立齿轮传动系统轻量化数学模型,并采用遗传算法进行优化求解.结果表明,采用遗传算法是可行的,优化后齿轮传动系统体积减少了4.59%,这将进一步减小齿轮传动系统箱体体积和总质量.通过计算行星轮系的传动效率,验证了优化结果的可行性,该研究将为风电齿轮传动系统轻量化设计提供新方法.
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非圆齿轮电火花线切割加工工艺参数对齿廓误差的影响
王亚洲, 马晓文, 赵家黎, 陈柏昕, 王真
2024 (2):  36-43. 
摘要 ( 39 )   PDF(2127KB) ( 35 )  
线切割加工非圆齿轮时电参数是影响齿廓误差的关键因素之一.设计正交试验,分别采用非圆齿轮齿根、齿廓中部和齿顶的最大齿廓误差对线切割加工非圆齿轮进行分析.通过方差分析方法和主效应分析法,研究线切割加工电参数峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔和跟踪对非圆齿轮齿根、齿廓中部和齿顶的齿廓误差影响规律.同时,对齿廓误差、加工时长和工艺参数进行回归分析,并建立回归模型,基于灰狼优化算法对回归模型进行多目标优化求解.通过研究结果可以得出线切割加工非圆齿轮齿廓不同部位的最优参数组合,可为实际加工提供参考.
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风力发电机塔架起吊力学特性研究
石福国, 王强兵, 任少斌, 董付刚
2024 (2):  44-48. 
摘要 ( 38 )   PDF(1830KB) ( 19 )  
针对风力发电机塔架拆卸过程稳定性问题,采用有限元数值分析法,考虑吊钩位置和吊耳数量,分析塔架起吊时静力特性,以此寻找塔架拆卸的合理配置方案.首先,以2 MW风力发电机组塔架为研究对象,详细论述塔架拆卸方案流程;然后,构建质量最大的第1段塔架有限元模型,应用有限元数值分析法对比分析不同吊钩位置和吊耳数量下结构抵抗变形的能力和应力响应特性.结果表明,相比2个吊耳使用3和4个吊耳起吊均可全程大幅降低塔架变形响应,且最大降低幅度分别为81%和87.3%.此外,在吊钩距塔顶轴心距离与第1段塔架高度比大于0.6时,相比4个吊耳使用3个吊耳起吊在降低第1段塔架总变形的方面具有更大贡献.同时,相比2和4个吊耳使用3个吊耳起吊时第1段塔架等效应力全程最小,且等效应力变化幅值最小.由此说明,使用3个吊耳起吊时第1段塔架最稳定,研究结果可为相关标准或技术规范要求提供坚实的科学依据.
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槽式太阳能集热管内导热油结焦产物特性分析
董军, 张馨, 雷东强, 韦安柱, 张亚南
2024 (2):  49-54. 
摘要 ( 21 )   PDF(2194KB) ( 14 )  
鉴于槽式太阳能集热管壁面堆积的结焦产物对集热管安全问题及其内导热油流动和换热的影响,分析了某槽式太阳能热发电系统运行3年后集热管结焦产物的表观形貌和产物特性.结果表明:结焦产物在金属内管周向呈现聚光侧较厚、坑洼状的粗糙表面和非聚光侧较薄的非均匀分布;结焦产物颗粒立体感明显,具有结焦团聚焦和分散焦2种形式;结焦产物堆积后真密度为1.259 7 g/cm3, 通过DSC蓝宝石法测得比热容为0.83~2.11 J/(g·K);使用闪光法在400 ℃时测得有结焦产物的不锈钢金属内管样品导热系数为24.05 W/(m·K),比无结焦产物的不锈钢金属内管样品导热系数降低了21.7%,由此说明结焦产物显著影响金属内管的传热性能.
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车轮多边形相位差对车辆动力性能的影响
马运章
2024 (2):  55-64. 
摘要 ( 28 )   PDF(7815KB) ( 24 )  
为研究同轮对两侧车轮圆周多边形存在相位差的问题,建立基于轮对柔性的刚柔耦合车辆-轨道动力学模型,分析不同运行速度下同轮对两侧存在相同阶数车轮多边形时相位差变化对轮轨动态响应的影响,进一步探究对车轮磨耗演变行为的影响.结果表明:3阶车轮多边形存在相位差时,随着相位差增大轮轨间垂向冲击减缓,而轮轨间横向冲击加剧,并且轮轨蠕滑特性和磨耗功受到显著影响;同时,3阶车轮多边形存在相位差时,速度提升严重影响轮轨蠕滑特性,并且增大轮轨磨耗功可加剧车轮多边形成;25阶车轮多边形存在相位差时,尤其在相位差周期一半左右轮轨力波动范围较大,并且轮轨蠕滑特性所受影响最显著,磨耗功波动范围最大,从而进一步加剧了车轮多边形的磨耗演变;相位差的存在加剧了一侧车轮的磨耗速率,改变了车轮的磨耗位置,需要及时进行镟修处理.
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化工与轻工
N-芳基烯胺酮衍生物的高效合成方法
杨峥, 解恒参, 赵美霞
2024 (2):  65-68. 
摘要 ( 33 )   PDF(1019KB) ( 14 )  
以环氧乙烷衍生物和芳胺为原料,醋酸·三氟化硼/乙酰丙酮协同促进下、1,4-二氧六环溶剂中80 ℃经原位开环-芳基迁移过程,合成了一系列N-芳基烯胺酮衍生物,收率优良.核磁共振氢谱、红外光谱和高分辨率质谱证实了产物的结构,其中化合物3a的结构得到单晶衍射的确认.
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自动化技术与计算机技术
基于多尺度残差和注意力机制的图像去雾算法
陈辉, 牛丽丽, 付辉, 张天佑, 席磊
2024 (2):  69-76. 
摘要 ( 63 )   PDF(4568KB) ( 46 )  
雾的存在严重降低了图像的质量,阻碍了后续对图像的进一步处理.针对已有去雾算法特征提取不充分等问题,提出了一种端到端的基于多尺度空洞残差块和多尺度注意力机制的图像去雾算法.首先,通过三个小尺度的卷积核进行卷积运算提取雾图的浅层特征,可以在得到较大感受野的同时降低参数量.然后,将其输入多个由多尺度残差空洞卷积特征提取模块和多尺度注意力机制模块串联组成的网络模块,多尺度空洞卷积残差特征提取模块可以提取不同感受野的雾图特征并进行不同维度的特征融合,有效解决特征尺度单一问题;多尺度注意力机制模块可合理分配不同特征的权重,并抑制无关的冗余信息.最后,把雾图中的雾特征筛减便得到去雾图的特征图,再通过卷积操作恢复出无雾图像.通过在SOTS测试集上测试,得到了比其他几种经典方法更好的视觉效果,且在PSNR和SSIM上的表现也优于其他几种经典方法.
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电动汽车IGBT剩余使用寿命预测
杜先君, 王紫阳
2024 (2):  77-86. 
摘要 ( 43 )   PDF(4940KB) ( 39 )  
引入一种基于贝叶斯优化(BOA)的双向长短时记忆网络(Bi-LSTM),同时结合注意力机制,应用于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)剩余使用寿命预测,所提方法可有效提高IGBT剩余使用寿命预测的准确性.通过IGBT加速老化试验收集VCE-on,验证了其作为失效特征参数的可行性,并将其作为实验数据集对所提方法进行仿真验证.实验分析结果表明,所提的混合预测模型与经典LSTM及其他预测模型相比,有更低的退化预测误差,具备较高的理论意义和实践价值.
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基于改进SE-Net和深度可分离残差的高光谱图像分类
王燕, 王振宇
2024 (2):  87-95. 
摘要 ( 40 )   PDF(4381KB) ( 26 )  
针对目前常见的用于高光谱图像分类的卷积神经网络参数数量多,训练时间长,对样本数量依赖性大的问题,提出一种适用于有限训练样本条件下基于改进压缩激活网络和深度可分离残差的分类网络MDSR&SE-Net.首先使用主成分分析对原始高光谱图像进行通道降维,然后通过三维卷积神经网络连接多特征残差结构,同时嵌入改进的SE模块提取高光谱图像的空间和光谱细节特征,最后将提取到的特征数据输入Softmax分类器激活分类.为了使网络更加轻量,通过在残差结构中使用深度可分离卷积和引入全局平均池化减少参数数量.实验结果显示,使用有限训练样本在三种常见高光谱数据集上总体分类精度均达到99%以上.
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基于KPCA特征量降维的风电并网系统暂态电压稳定性评估
张晓英, 史冬雪, 张琎, 张鑫
2024 (2):  96-103. 
摘要 ( 46 )   PDF(1597KB) ( 49 )  
针对电力系统暂态电压稳定性评估中所需特征量数据庞大,影响模型训练时间,降低计算效率等问题,提出了一种基于核主成分分析方法KPCA和CPSO-BP组合的风电并网系统暂态电压稳定性评估方法.首先根据输入特征采集原始特征集,采用核主成分分析算法对特征量进行非线性数据处理,提取出最优的特征集.然后将降维后的特征集作为CPSO-BP神经网络输入量进行监督学习,将得到的模型按照临界故障切除时间裕度值的大小进行分类,将分类后的样本进行风电并网系统的暂态电压稳定性评估和临界故障切除时间裕度值预测.仿真分析结果表明,对输入特征进行降维,保留重要输入特征量,剔除冗余特征量,不仅简化了模型,还提高了网络评估的准确性和计算效率.
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建筑科学
基于Python的平面杆系结构有限元分析
董军, 张尧, 李国华, 刘亚立, 王秀芳
2024 (2):  104-110. 
摘要 ( 42 )   PDF(657KB) ( 64 )  
基于Python程序,将杆单元位移不连续、理想刚杆两种力学对象关联统一,开展平面杆系结构有限元模型分析,并实现一种基于“变量标记”的自由度集中处理的计算模式.基于虚功原理引入并推证刚体荷载传递定理,表明耦合单元、刚杆及忽略某一自由度的有限元内置算法处理过程中,实质是将单元刚度矩阵进行“刚化”处理.算例分析表明,“变量标记”的计算模式与单元刚度矩阵的“刚化”处理,具有力学模型的普适性和统一性、编程的可行性以及结果的可靠性等特点,能解决平面任意杆系结构的建模问题.研究结果表明,“主从结点”、“刚杆”等建模方法,对于进一步开展有限元二次开发、大变形以及非线性等功能性扩展等有重要的参加价值,证明将Python程序应用于结构有限元分析的可行性.
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销铰节点螺栓销轴常幅疲劳性能试验研究与仿真分析
焦晋峰, 樊丽轩, 李渊, 魏珍中, 刘勇
2024 (2):  111-117. 
摘要 ( 20 )   PDF(3314KB) ( 18 )  
为揭示空间结构销铰节点螺栓销轴常幅疲劳破坏机理、探清其疲劳强度影响因素,对M36螺栓销轴进行疲劳试验.基于自行设计的加载装置,进行了9个螺栓销轴的常幅疲劳试验;采用nCode疲劳仿真分析软件对其进行4因素共32个模型疲劳模拟参数化分析.试验结果和数值模拟表明:销铰节点中最大等效应力位于内外耳板与螺栓销轴交界处,且该处应力集中程度严重;在忽略试件初始缺陷和试验加载等不利因素下,数值模拟所得疲劳寿命部分高于相应疲劳试验寿命,并基于线性拟合得到了该螺栓销轴的S-N曲线和理论疲劳寿命估算公式;螺栓销轴常幅疲劳强度与加载应力比/螺栓直径两个参数正相关,与销孔间隙初始增长呈负相关,且与耳板间距基本无关;螺栓销轴常幅疲劳性能影响因素敏感性顺序为:销孔间隙→螺栓直径→应力比→耳板间距.
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响应面法分析盐沼区基桩承载力影响因素
邓友生, 张克钦, 冯忠居, 张文, 王正振, 肇慧玲
2024 (2):  118-123. 
摘要 ( 29 )   PDF(4551KB) ( 29 )  
依托青海省德香高速公路盐沼泽区域桥梁桩基工程,探究盐沼泽区基桩受不同腐蚀损伤对承载力的影响.通过响应面法建立桩长、桩径、腐蚀深度及剥落厚度对基桩竖向与水平承载力影响的响应模型,通过响应曲面图对两因素交互作用进行分析.结果表明:响应面法建立的受腐蚀基桩承载力模型精确度较高;竖向承载力随桩长与桩径的增大、腐蚀深度与剥落厚度的减小而增加,水平承载力随桩径的增大与剥落厚度的减小而增加,随桩长的增大先减小后增加;桩长较小时腐蚀深度对承载力的影响较小,剥落厚度的影响远大于腐蚀深度,工程中应重点关注水平腐蚀损伤的防护.
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桩土界面荷载传递函数的修正
王进寿, 吴昊, 杨阳, 曹铭, 张渭军, 段天昊
2024 (2):  124-130. 
摘要 ( 31 )   PDF(1004KB) ( 51 )  
土体的固结沉降计算对于桩侧负摩擦力具有较大影响.在非饱和土力学的框架下,基于桩土界面作用原理,根据湿陷性黄土的水力等效原理,计算出浸水等效后的荷载,之后考虑非饱和土固结特性,建立等效荷载作用下的孔隙气、液两相的控制方程,进而推导出排气阶段土体的沉降量计算.根据桩周土体沉降量与桩身轴力、负摩阻力之间的关系求得桩侧负摩阻力,并利用相关算例对该计算方法的合理性进行了验证.结果表明:该计算方法具有一定的可行性,丰富了桩基负摩阻力的计算模型,为桩基础负摩阻力的研究提供了新思路.
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金属屋面系统新型T形连接件抗风性能分析
周锟, 南宁, 郑世巨, 葛文星
2024 (2):  131-135. 
摘要 ( 21 )   PDF(1298KB) ( 14 )  
金属屋面系统对风荷载格外敏感,各屋面构件通过连接件固定,当风荷载较大时容易造成连接失效破坏.根据金属屋面与连接件在风荷载作用下的受力情况及破坏模式,提出一种可自由转动的扣嵌式新型连接件,由连接件的转动来抵消屋面变形及缓解温度应力,使整个屋面系统灵活可变,从而提高整个屋面板的抗风揭性能.通过ANSYS软件建立有限元模型,对新型连接件进行数值模拟分析,获得新型T形连接件的抗风承载力及抗风失效模式,并与原T形连接件进行对比分析,验证新型T形连接件对提高金属屋面系统抗风揭能力的有效性及合理性.
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弹性模量对框架预应力锚杆支护边坡坡面变形影响分析
叶炜钠, 周勇, 叶帅华
2024 (2):  136-141. 
摘要 ( 24 )   PDF(3622KB) ( 43 )  
基于强度折减法,通过实际工程案例对三种弹塑性模型下边坡失稳过程进行数值分析,探究边坡坡面变形规律,研究不同弹塑性模型下土体粘聚力和内摩擦角对边坡坡面变形的影响.结果表明:对边坡坡面变形影响最大的为变模量弹塑性模型,最小的是理想弹塑性模型;采用变模量和弹性模量线性增加弹塑性模型计算的变形更加趋近实际的变形.通过变形突变点对应的折减系数得到安全系数,为变形和边坡安全系数建立关系提供思路、为边坡监测预警系统的建立提供借鉴,对未来边坡工程信息化的进展有着重要意义.
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数理科学
(m,n)-内射和(m,n)-平坦函子
朱军, 赵仁育
2024 (2):  142-147. 
摘要 ( 31 )   PDF(570KB) ( 24 )  
R是有单位元的结合环, m和n是两个固定的正整数. 引入了(m,n)-内射函子和(m,n)-平坦函子的概念, 研究了这两类函子的一些性质, 利用(m,n)-内射函子和(m,n)-平坦函子给出了(m,n)-凝聚环和Von Neumann正则环的一些等价刻画.
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Γ-半群的L-反模糊理想
田振际, 柴媛
2024 (2):  148-152. 
摘要 ( 28 )   PDF(459KB) ( 56 )  
给出了L-反模糊子半群和L-反模糊Γ-子半群的定义, 并研究了Γ-半群的L-反模糊理想的基本性质. 进一步得到Γ-半群的L-模糊子集是L-反模糊双Γ-理想的充分必要条件.
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振动梁离散模型的一类模态反问题
吴静, 惠小健, 孙宗岐, 李文博
2024 (2):  153-160. 
摘要 ( 26 )   PDF(540KB) ( 29 )  
讨论了一类对系统的刚度主子阵存在一定约束的条件下,部分或缺损的模态信息构造振动梁模型刚度矩阵的模态反问题.由特征信息得到矩阵方程组,根据给定的频率数据是否属于系统,分三种情形求解.分别利用牛顿-康托洛维奇定理和线性方程组的基本理论,得到了模态反问题存在唯一解的充要条件,并给出了解的显式表达式和数值算法;证明了对应算法的收敛性和数值稳定性分析,结合工程实例,通过数值实验表明了理论的正确性和算法的有效性,并分析说明了计算过程是数值稳定的.
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(G,N)-蕴涵关于常见推理规则的可满足性
李冉冉, 于鹏
2024 (2):  161-168. 
摘要 ( 22 )   PDF(527KB) ( 24 )  
针对(G,N)-蕴涵是否满Modus Ponens、Modus Tollens和Hypothetical Syllogism等推理规则问题展开讨论,给出了几类常见t-模下,(G,N)-蕴涵满足相应推理规则的判定条件, 为优化模糊推理算法的设计提供了参考依据.
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局部超二次二阶哈密尔顿系统周期解的多重性
王明伟, 冯鑫鑫, 朱亚培
2024 (2):  169-172. 
摘要 ( 26 )   PDF(464KB) ( 54 )  
运用对称山路引理研究一类二阶哈密尔顿系统在局部超二次条件下周期解的多重性问题.得到了系统的能量泛函的无穷多个临界点.在此局部超二次条件下,二阶哈密尔顿系统有无穷多个周期解.
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