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（436）

PDF（pc）（862KB）（1601）

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（542）

PDF（pc）（1152KB）（840）

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. 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（277）

PDF（pc）（4255KB）（809）

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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4. 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（933）

PDF（pc）（4508KB）（738）

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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5. 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（350）

PDF（pc）（4323KB）（726）

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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6. 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（162）

PDF（pc）（2599KB）（717）

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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7. 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（354）

PDF（pc）（2711KB）（649）

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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8. Cr含量对Fe ₃Al合金电子结构及力学性能影响的第一性原理

李亚敏, 张军霞

兰州理工大学学报 2022, 48 (2): 1-8.

摘要（424）

PDF（pc）（4161KB）（649）

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Cr含量对DO ₃-Fe ₃Al合金电子结构及力学性能的影响.通过计算掺杂前后体系的形成热和结合能明确Cr在超晶胞模型中的占位;通过计算各体系的弹性模量、布居、态密度及差分电荷密度揭示了Cr对Fe ₃Al合金力学性能影响的微观机制.结果表明:含量为3.125 at.%时,Cr优先占据Fe Ι位,含量为6.25 at.%时,Cr倾向于占据Fe Ι和Al位;Cr的掺杂提高了体系的稳定性,改善了合金的脆性,且增韧效果随着Cr含量的增加而增加;Cr掺杂改变了原子之间的电子分布,随着Cr含量的增加,Fe-Al之间p-d杂化电子数减少、共价键性减弱,同时原子之间电荷转移量增加,Fe-Fe键的增强以及Fe-Cr、Al-Cr反键的存在增强了体系的金属性,加之(100)面上共价键的减弱以及(010)面原子间键合强度的增加等因素都提高了Fe ₃Al合金的韧性.

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9. 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（220）

PDF（pc）（3548KB）（623）

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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10. 基于轴转矩补偿的永磁伺服系统机械谐振抑制

包广清, 杜赫轩, 祁武刚

兰州理工大学学报 2022, 48 (4): 76-82.

摘要（152）

PDF（pc）（2877KB）（621）

柔性传动装置会在交流永磁伺服系统中引发机械谐振,并降低系统的动态性能和控制精度,为此提出一种基于卡尔曼滤波器的轴转矩补偿谐振抑制方法.该方法通过卡尔曼滤波器获得柔性传动装置的轴转矩估计值,将其转化为电流信号并补偿到电流环给定,由此消除柔性传动对电机转速的影响,同时提高了系统的动态性能.最后通过仿真验证了该方法的有效性.

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11. 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（351）

PDF（pc）（3156KB）（601）

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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12. 主蒸汽隔离阀地震概率易损性分析

俞树荣, 陈栋然, 薛睿渊, 张希恒

兰州理工大学学报 2020, 46 (3): 70-74.

摘要（204）

PDF（pc）（1765KB）（577）

采用有限元软件对主蒸汽隔离阀进行等效静力计算,确定其抗震薄弱点,并运用概率易损性方法计算主蒸汽隔离阀的抗震裕度.计算结果表明:主蒸汽隔离阀的抗震薄弱点随着地震震动的放大会发生转移.经过计算,确定主蒸汽隔离阀的抗震薄弱点为支架,计算出支架在95%置信度、5%失效概率下的抗震能力为11.14 g,在此基础上绘制了主蒸汽隔离阀在弹性失效模式下的不同置信水平的易损性曲线,梳理了核电阀门抗震裕度的计算方法,论证了在超设计基准地震发生时,抗震裕度对于抗震安全的重要性.

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13. 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（255）

PDF（pc）（877KB）（574）

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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14. 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（464）

PDF（pc）（1787KB）（573）

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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15. 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（423）

PDF（pc）（3701KB）（566）

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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16. 一种混凝土结构钢筋腐蚀的光纤传感监测装置

李忠, 崔宏, 汪红星, 张曦

兰州理工大学学报 2021, 47 (4): 111-115.

摘要（175）

PDF（pc）（1711KB）（560）

钢筋的腐蚀逐渐成为影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素.腐蚀后的钢筋体积膨胀,保护层逐渐开裂,进而降低结构的使用性能、影响结构的耐久性.基于钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀膨胀原理与光纤光栅应变传感技术原理,提出一种新型钢筋腐蚀监测装置.根据推导出的FBG波长与钢筋锈蚀率的关系,制作钢筋混凝土试件并进行加速试验.最后利用ABAQUS有限元软件结合试验结果进行数值模拟,模拟结果与试验结果相吻合.试验结果表明,设计出的新型钢筋腐蚀传感装置能有效的监测钢筋的腐蚀程度,可实现混凝土保护层开裂过程的全程监测.

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17. 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（651）

PDF（pc）（6499KB）（551）

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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18. 水平轴风力机尾流湍流结构的时空演化

李德顺, 胡进森, 于佳鑫, 郭涛, 焦选平, 李仁年

兰州理工大学学报 2020, 46 (3): 64-69.

摘要（219）

PDF（pc）（2002KB）（550）

基于小波变换的分析方法,结合致动线模型和大涡模拟研究了一台33 kW水平轴风力机尾流湍流结构的时空演化过程.研究发现,随着距风轮平面距离的增大,尾流中各测点的平均速度先减小后逐渐增大,速度波动的幅值呈减小趋势;风轮后7倍直径内,速度曲线具有明显的周期性,反映出脱落涡通过频率为1.80 Hz,其为风轮旋转频率的两倍.风轮后1倍直径测点处的叶尖涡所在的频率为0.78~25.00 Hz,形成的涡管通过该测点的时间约为0.32 s,涡管直径约为1.83 m;3倍直径测点处出现了0.15~0.78 Hz的低频率湍流结构;7倍直径测点处叶尖涡的频率为1.56~25.00 Hz,相比7倍直径测点之前的叶尖涡频率范围有大幅减小;8倍直径测点处,与近尾流区域相似的叶尖涡的涡管形状消失;9倍直径测点处叶尖涡基本完全耗散.

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19. MapReduce框架下基于线性回归的短期负荷预测

吴丽珍, 孔纯, 陈伟

兰州理工大学学报 2021, 47 (1): 97-104.

摘要（227）

PDF（pc）（2853KB）（546）

为解决负荷预测时因数据量大、数据种类繁多带来的计算速度慢、预测精度低等问题,在MapReduce并行编程框架下,提出基于小批量随机梯度下降法的线性回归模型.首先,为清理智能配电终端产生的重复数据和不良数据,提出利用自适应近邻排序算法清除重复记录的数据,并利用K均值聚类的方法剔除异常数据和记录不完整的数据,然后利用F检验法来检验该数据集能否线性表征负荷,再利用T检验法检验特性向量与负荷间线性关系的显著性,并剔除与负荷线性关系较弱的特性向量.根据以上方法建立短期负荷预测模型,并将其用在甘肃武威某区域配电网短期负荷预测中.结果表明,所提出的短期负荷预测模型的平均绝对百分误差为2.043%,均方根误差为3 112.62.这些预测误差满足负荷预测的要求,极大地提高了负荷计算的速度,缩短了负荷预测时间.

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20. 进口压力对正开口配流盘轴向柱塞变量泵斜盘力矩的影响

王建森, 李培勇, 陈波, 李理, 于昕海

兰州理工大学学报 2020, 46 (1): 44-47.

摘要（277）

PDF（pc）（2215KB）（534）

以某型具有正开口配流盘结构的闭式斜盘轴向柱塞变量泵为例,建立了单柱塞腔可压缩配流模型和斜盘力矩计算公式,得出配流盘吸排油过流断面面积变化曲线和单柱塞腔预升压、预卸压曲线,研究了不同进口压力下斜盘力矩的变化规律.结果发现随着泵进口压力的增大,斜盘绕三个坐标轴上所受力矩平均值均有不同程度的减小,其中变量力矩脉动幅值明显减小,适当增大入口压力有利于减小泵的变量力矩和减弱斜盘的机械振动.

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