兰州理工大学学报

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1. 基于级联卷积神经网络的人脸特征点识别算法实现

张云, 李岚

兰州理工大学学报 2020, 46 (3): 105-109.

摘要（534）

PDF（pc）（862KB）（1792）

针对在有冗余图像信息干扰下进行人脸有效特征点提取时精度不高的问题,提出了基于级联卷积神经网络的人脸特征点检测算法.在该算法中:输入层读入规则化的原始图像,神经元提取图像的局部特征;池化层进行局部平均和降采样操作,对卷积结果降低维度;卷积层和池化层分布连接,迭代训练,输出特征点检测结果.该算法采用Python语言编程实现,在人脸数据集进行仿真实验,结果表明该算法对人脸特征点有较高的识别率.

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2. 变负载下永磁同步直线电机的推力及速度变化分析

沈浩, 张旺, 谈伟荣, 党生辉

兰州理工大学学报 2021, 47 (2): 54-59.

摘要（721）

PDF（pc）（1152KB）（1288）

以永磁同步直线电机为研究对象进行受力分析,建立数学模型,并利用Matlab/Simulink软件建立直线电机的仿真模型,探究施加不同负载时直线电机的推力以及速度变化.结果表明:随着工件质量的不断增加,直线电机的状态响应时间和最大偏差也在增加;速度的响应时间曲线上升趋势较为平缓,推力的响应时间曲线变化明显;推力的超调量曲线上升趋势较为平缓,速度的超调量曲线上升趋势变化明显,当工件质量为240 kg时,电机速度的超调量超过30%,严重影响到电机的运行.为降低负载变化对直线电机稳定性的影响,通过计算得出了最大负载质量和最大电机推力.

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3. 叶轮出口宽度对离心泵性能及压力脉动的影响

赵伟国, 翟利静, 咸丽霞, 马亮亮

兰州理工大学学报 2020, 46 (2): 62-68.

摘要（843）

PDF（pc）（6499KB）（949）

以某型单级单吸离心泵为研究对象,在保证叶轮的进出口安装角、进出口直径等参数不变的情况下,分别设计了五组不同出口宽度的叶轮,依次对各模型进行数值模拟,分析叶轮出口宽度对低比转速离心泵的性能及压力脉动的影响.研究结果表明:随着叶轮出口宽度的增大,扬程、轴功率均有不同程度的上升,效率曲线呈驼峰状,说明叶轮出口存在一个最佳宽度使流动损失最小;增大叶轮出口宽度,流道内脱流现象增强,流道内的堵塞现象减弱,水力损失降低,说明合适的叶轮出口宽度对于减少离心泵能量损失是有效果的;随着叶轮出口宽度的递减,轴频峰值变化明显,呈递增趋势,这表明叶轮出口宽度过窄容易导致流道堵塞,阻碍流态的发展,同时,叶轮出口宽度对离心泵内的压力脉动也具有较大的影响.

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4. 有限土体主动土压力计算方法探讨

朱彦鹏, 魏鹏云, 马孝瑞, 李庚, 刘鑫

兰州理工大学学报 2020, 46 (2): 133-137.

摘要（455）

PDF（pc）（2711KB）（927）

基于库伦理论的平面滑裂面假设及极限平衡理论,假定有限土体水平,支护结构垂直,再依据有限土体的宽度 b ₀(支护结构与已有建筑的距离)与三角滑动楔体之间的宽度 b之间的相对关系推导了改进的主动土压力计算公式.分析外摩擦角和支护结构与土体之间的黏着力对滑动土体破裂角以及主动土压力的影响,并提出广义主动土压力系数观点.通过算例对比,结果表明本次提出的计算公式更接近实际,考虑外摩擦角和黏着力的作用有利于节约成本.

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5. 无线激光数据通信系统收发电路的设计与实现

王惠琴, 马玉昆, 蔡红亮, 张悦, 曹明华

兰州理工大学学报 2021, 47 (3): 91-96.

摘要（374）

PDF（pc）（4255KB）（904）

以650 nm波长的红光作为信号载体,设计一种无线激光通信的收发电路,并且详细阐述了激光发射电路与光电接收电路的设计原理与方法.其中,发射电路具有自动功率控制、故障指示、电流监测等功能,接收电路具有信号放大、光电流监测、自动静噪等功能.在此基础之上,利用搭建的实验系统对该电路进行性能测试,进一步验证了设计电路的正确性和合理性.实验结果表明,设计的电路能够实现传输速率为16 Mbit/s的稳定传输.

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6. 五面体加工中心立卧转换摆角头结构设计及建模仿真

剡昌锋, 李辉龙, 李强, 高刚刚, 苟卫东

兰州理工大学学报 2020, 46 (2): 35-40.

摘要（429）

PDF（pc）（4323KB）（902）

针对五面体加工中心在立卧转换时传动链过长不利于提高加工精度的问题,提出了一种五面体加工中心立卧转换摆角头的新方案.该方案摒弃了摆角头传输切削动力和立卧转换各自使用独立的一套动力源单独传动的方案,采用一套动力源既可以实现切削动力传输也可以实现立卧转换的设计方案,极大地缩短了传动链,在SolidWorks中建立了其三维机械结构模型.基于Romax对摆角头的传动系统进行了建模,在不同工况下对传动系统的可靠性进行了分析.结果表明:在给定工况下传动系统设计合理,运行可靠性满足设计要求.为了保证立卧转换摆角头主轴的刚度和稳定性,采用ABAQUS对其进行了模态分析.结果表明:在额定的工作转速范围内主轴不会发生共振.

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7. 风电场功率曲线异常数据的清洗与建模

曹立新, 刘伟民, 郭虎全

兰州理工大学学报 2022, 48 (4): 64-70.

摘要（510）

PDF（pc）（3178KB）（880）

风电场风速功率数据中通常包含大量异常数据,难以反映风机的真实工作情况,影响风电功率预测的准确性,进而造成一定的经济损失.针对该问题,分析异常数据的特征,提出滑差-四分位异常数据剔除方法,并利用高次多项式和Logistic函数对剔除后的数据进行风速-功率曲线建模,最后用和方差、均方根误差和确定系数验证该方法的适用性和有效性.实例分析表明,该方法简单高效、通用性强,可显著提高风电机组功率特性分析的准确度.

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8. 斜盘式轴向柱塞泵柱塞运动学分析的一般模型

王建森, 曹伟栋, 何鑫龙, 王峥嵘, 张志伟

兰州理工大学学报 2021, 47 (5): 59-64.

摘要（608）

PDF（pc）（3701KB）（824）

考虑斜盘式轴向柱塞泵斜盘倾角、斜盘交错角及柱塞倾角结构特征,采用坐标变换法,建立了柱塞泵柱塞运动学分析的一般数学模型.经分析结果表明:斜盘交错角使柱塞运动的相位发生变化;柱塞倾角使柱塞运动曲线呈类简谐规律变化;斜盘交错角和柱塞倾角增大均会使柱塞的位移、速度和加速度最大幅值增大,位移增大可增加柱塞泵的排量,柱塞沿其轴线方向速度和加速度的增大会提高柱塞腔液流瞬时最大速度和柱塞的惯性力;采用负的斜盘交错角时,上下死点偏转角偏转方向与缸体旋向相同为正,推迟柱塞腔预压缩和预膨胀过程,反之则为负,提前柱塞腔预压缩和预膨胀过程;在斜盘变量过程中,上下死点偏转角随斜盘倾角改变而变化,斜盘交错角绝对值越小,上下死点偏转角的变化梯度随斜盘倾角变小而增大,而当斜盘倾角在大排量范围内变化时上下死点偏转角的变化梯度变小;上下死点最大偏转角为90°,此时斜盘倾角为零.

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9. 大倍率充放电循环对锂离子电池特性及热安全性能的影响

李东琪, 张青松, 郑少帅

兰州理工大学学报 2023, 49 (3): 30-35.

摘要（550）

PDF（pc）（2624KB）（780）

锂离子电池广泛应用于电动汽车及各类储能设备.通过不同充放电倍率下循环老化及热失控实验,研究了大倍率充放电对单体锂离子电池性能与热安全性的影响.结果表明:大倍率充放电循环下,单体锂离子电池的实际容量出现了衰减,衰减程度与充放电倍率呈正相关.恒流比呈阶梯式衰减,但库伦效率仍处于99%~100%,表明锂离子电池的可逆性能正常.随着倍率增加,热失控触发时间、燃爆压力、喷射火焰温度呈先增大后减小的趋势,燃爆时电池表面平均温度为655.8 ℃,接近金属铝的熔点温度,燃爆喷射粉末产物主要以金属铝、石墨、锂钴氧化物为主.

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10. 基于模型预测控制的桥式起重机防摇设计

唐伟强, 黄小丽, 龙文堃, 孙丽娟

兰州理工大学学报 2020, 46 (2): 92-96.

摘要（632）

PDF（pc）（1787KB）（775）

针对桥式起重机工作过程中吊重摇摆的问题,基于预测控制策略提出了一种电子防摇设计方法.首先对桥式起重机进行动力学分析,利用Lagrange方程,建立了面向控制的数学模型.其次,根据对象的历史信息和未来输入预测其将来输出,结合预测误差补偿,通过性能函数的优化得到其控制律.最后,仿真结果表明,所设计的防摇系统能实现小车快速定位和吊重摆角的有效抑制.与最优防摇控制相比,系统超调量和摆角幅度均大大减小,显示了该防摇方法的优越性;加入参数摄动和测量噪声,防摇系统仍能很好地达到控制目标,说明了该防摇方法具有较好的鲁棒性.

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11. 基于机器学习的红外光谱数据鉴别中药材性能方法

田春婷, 赵宁, 秦建伟, 孟晓凤

兰州理工大学学报 2023, 49 (3): 55-59.

摘要（325）

PDF（pc）（2953KB）（771）

中药材种类不同,近红外和中红外光谱特征也有很大差异.由于无机元素和有机物质等化学成分不同,所以即使同种中药材产地不同,在近红外和中红外光谱辐照下标记效果也会显示不同的光谱特性,这些特性可用于对中药材进行分类和产地识别.借助MATLAB软件和SPSS分类工具 K-均值聚类算法对中药材进行无监督机器学习,从而对中药材进行分类.同时,运用SPSS神经网络多层感知器和Python语言提供的随机森林算法,将数据集的70%作为训练集,30%作为验证集,进行监督机器学习模型训练,从而对中药材产地进行鉴别预测.

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12. 处理面积对AZ31B镁合金微弧氧化负载特性的影响

王晟, 黄志杰, 兰晔峰, 刘康康, 王小龙, 马颖

兰州理工大学学报 2020, 46 (5): 7-12.

摘要（204）

PDF（pc）（2599KB）（761）

为了明确处理过程中试样面积对微弧氧化负载特性及膜层性能的影响,采用单极性脉冲电源模式,对4个具有不同面积的AZ31B镁合金试样进行微弧氧化处理.处理中采用LCR测试仪采集负载的等效电阻和等效电容值,用示波器记录负载的电压、电流波形,并用MATLAB对负载电压波形进行拟合,以研究试样面积对微弧氧化处理过程中负载特性的影响.结果表明:随着处理电压的升高,所有的负载等效电容都持续减小,等效电阻都持续增大,负载的放电时间常数不断增大,等效电阻的增大说明膜层厚度随处理电压的增高而不断增长.此外,随着处理面积的增大,相同电压下负载的等效电阻不断减小,负载电容不断增大,负载的放电时间常数不断减小,说明随着面积的增大,膜层的增长变慢,而且面积越大的试样,负载波形更接近于方波,因此对单极性脉冲的实用性越好.

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13. 共轭微孔聚合物管状硬炭的氮掺杂与储锂性能

张庆堂, 白永保, 李萌

兰州理工大学学报 2020, 46 (1): 71-76.

摘要（997）

PDF（pc）（4508KB）（753）

通过选择不同单体合成了共轭微孔聚合物(CMP)和含氮共轭微孔聚合物(NCMP),并分别将其高温热解制备管状硬炭(THC)和氮掺杂管状硬炭(NTHC).通过SEM、TEM和BET对两种管状材料的形貌结构进行了表征,THC和NTHC材料具有相似的形貌和比表面积.进一步采用恒电流充放电法对THC和NTHC进行电化学性能分析,并与普通碳纳米管(CNT)的电化学性能相比较.结果表明,NTHC储锂性能最好,在0.1 A/g时,NTHC的可逆储锂容量高达541.2 mAh/g,在0.6 A/g电流密度下,其比容量在经过500次循环后仍高达458 mAh/g.

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14. 西北地区太阳能采暖系统储热水箱热损失试验研究

李金平, 刘润, 崔维栋, 黄娟娟, 王春龙

兰州理工大学学报 2020, 46 (4): 67-72.

摘要（325）

PDF（pc）（877KB）（735）

以西北新农村117.07 m ²的单体建筑太阳能采暖系统为研究对象,以12月15日为例,得出储热水箱热损失主要发生在自然冷却阶段,当日储热水箱的总热损系数为5.68 W/℃,总热量损失为9.49 MJ.再选取其余11个典型日的试验数据对储热水箱总热损系数和总热损失各影响因素进行拟合,储热水箱总热损失由于受到环境温度和室外风速的影响,储热水箱的温度也随之变化.研究结果表明:平均环境温度每降低1 ℃,储热水箱总热损失增加0.067 MJ;室外风速每增加1 m/s,储热水箱总热损失增加0.042 MJ;储热水箱平均温度每降低1 ℃,储热水箱总热损失增加0.068 MJ;储热水箱温度变化幅度每增加1 ℃,储热水箱总热损失增加1.641 MJ.针对储热水箱热损失分析及室内热环境现状,提出将储热水箱置于室内以增强储热水箱储热能力和改善建筑室内舒适度.

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15. 玉米芯基生物炭的制备及其吸附性能

韦会鸽, 李岱原, 马俊辉, 周登凤, 崔大鹏

兰州理工大学学报 2020, 46 (6): 77-84.

摘要（825）

PDF（pc）（2593KB）（732）

采用农业废弃物玉米芯作为原材料,通过生物碳化(HTC)的方法在不同温度下制备低成本、高性能吸附剂用生物炭.该生物炭具有介孔结构,表面含有丰富的含氧官能团,如—OH,C==O,C—O等,其种类及密度受水热温度的影响.以亚甲基蓝(MB)作为模型吸附剂,进一步研究了生物炭的吸附性能.吸附动力学研究表明符合拟二级动力学模型吸附行为,且225 ℃水热条件下得到的生物炭具有最大吸附量(41.37 mg/g)和最高吸附速率.等温吸附平衡数据与Langmuir等温模型吻合较好,表明生物炭对MB的吸附是单层吸附;生物炭表面含氧官能团与MB分子相互作用有助于吸附过程.

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16. 单级单吸离心泵多工况的能量性能预测

杨军虎, 姬亚亚, 林彬, 马琦航, 罗钰铜, 李之帆

兰州理工大学学报 2020, 46 (2): 48-54.

摘要（323）

PDF（pc）（2022KB）（731）

为了准确预测离心泵不同工况下的能量性能,基于国内外现有的理论公式和经验公式建立离心泵水力损失模型.运用线性回归的方法找出了叶轮进口冲角与冲击损失系数之间的函数关系,对冲击损失公式进行修正.为验证此模型预测离心泵不同工况下能量性能的准确性,选取一台比转速为92.8的离心泵,计算其9个工况点的扬程、效率和轴功率,并与试验结果进行对比分析.结果表明:扬程的预测结果与试验结果基本一致,9个工况点预测扬程与试验扬程之间的误差均在5%以内,这表明水力损失方程能很好地预测离心泵不同工况下的能量性能.

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17. 风力发电机塔筒法兰高强度螺栓疲劳强度分析

梁原, 王有良, 魏泰, 刘俭辉

兰州理工大学学报 2023, 49 (2): 65-69.

摘要（268）

PDF（pc）（1391KB）（730）

以风力发电机塔筒法兰高强度螺栓为研究对象,考虑外载对疲劳损伤的影响,建立风力发电机塔筒法兰高强度螺栓疲劳强度分析的方法.首先,以连接截面受力状况作为损伤参量,借助塔筒等效模型确定最大受载截面;其次,采用Schmidt-Neuper算法获得塔筒任意扇面所受外载,并基于有限元模型研究外载与高强度螺栓内应力的关系,建立高强度螺栓疲劳损伤分布模型;最后,考虑预紧力的影响,对比研究不同螺栓预紧力疲劳累积损伤值,确定最优螺栓预紧力.结果表明,整圈法兰螺栓疲劳累积损伤最大位置为－4.17°和175.87°,预紧力比例为70%时螺栓预紧力最为合适.

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18. 基于介度熵的复杂网络节点重要度识别方法

卢鹏丽, 郭旭东, 董璊, 曹乐

兰州理工大学学报 2020, 46 (2): 111-115.

摘要（438）

PDF（pc）（3156KB）（720）

现有复杂网络通常会受到随机攻击和蓄意攻击,导致复杂网络拓扑结构的可靠性性能下降.为了解决以上问题,基于图熵,结合节点的介数中心性和其所有邻居节点的度中心性,提出一种新的攻击策略,即介度熵( BE),用来识别网络中的重要节点并加以保护.实验分别通过静态攻击和动态攻击来评估攻击策略在3个标准网络模型和3个真实网络上的效率,通过比较,介度熵比传统的攻击策略具有更高的攻击效率.

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19. 随焊氩气激冷控制铝/钢薄板焊接应力与变形数值模拟

樊丁, 韩苗苗, 赵金龙, 于晓全, 高溟江

兰州理工大学学报 2020, 46 (4): 22-26.

摘要（289）

PDF（pc）（3548KB）（716）

采用有限元分析软件ANSYS,对不同焊接工艺条件下铝/钢异种金属薄板对接熔钎焊接过程进行数值模拟,建立了TIG电弧热源与氩气冷源模型,将常规焊接和随焊氩气激冷焊接的残余应力与变形进行对比分析,研究发现:随焊氩气激冷技术可使焊接纵向残余应力和变形分别降低32.8%和48.1%。为了验证数值模拟结果的准确性,进行了铝/钢异种金属薄板熔钎焊试验,将温度场与应力场的模拟值与试验值进行对比,结果显示两者吻合较好,表明随焊氩气激冷技术可有效控制铝/钢薄板焊接残余应力与变形。

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20. 具有通信约束的网络化系统动态输出反馈控制

祝超群, 李留洋, 金辉

兰州理工大学学报 2021, 47 (1): 83-90.

摘要（242）

PDF（pc）（1124KB）（713）

针对一类存在访问约束和时变时延的网络化控制系统,研究了其中的动态输出反馈控制器的设计问题.考虑到介质访问约束服从Markov分布和时变时延的上界小于一个采样周期的情况,将网络化控制系统建模为一类具有不确定性的离散时间Markov跳变系统.根据Lyapunov稳定性理论与状态增广方法,给出了闭环网络化控制系统渐近稳定的充分条件,并设计了动态输出反馈控制器,使得闭环系统渐近稳定.最后通过仿真验证了所提方法的有效性.

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