大连理工大学学报杂志

大连理工大学学报杂志2022年第5期

• 主动式声学超表面研究及其控制系统设计

  欧阳华江,周鑫,龚柯梦,莫继良

  为克服目前声学超表面存在可重构性差、功能单一以及稳定性较差等不足，基于声学理论并结合可编程逻辑控制器设计了一种可精密调节的多模式共振腔型声学超表面．首先建立了超表面狭缝宽度与相位变化的理论模型，并利用此模型分别计算出实现连续可调的声聚焦及声折射功能所需的狭缝宽度，且基于执行系统中的电机最大速度对其进行修正；其次设计包含单主多从模式硬件平台和电机运动软件算法的控制系统；最后利用自主研发的声场测试试验台对该超表面进行声波波阵面调制试验，并基于有限元方法分别对超表面调节入射平面波的声场进行数值模拟．试验和数值仿真结果表明，设计的控制系统可精确同步调控超表面狭缝宽度实现多种功能，设计的算法误差在0~1.1%，系统运行平顺性和鲁棒性得到提高，提出的主动式声学超表面解决了传统声学超表面可重构性差和因流体波动性导致共振腔室体积时变问题，增强了超表面的实际应用性，对声学超表面在主动声波操控方面提供了一定的指导．

• 重复6 h时差处理对小鼠行为节律影响

  李琼,马常啸,陈丽红,杨光锐

  机体受到昼夜紊乱干扰时，通常需要若干天来重新同步体内时钟与外部时钟．为研究短期多次时差处理对小鼠行为节律的影响，给予C57BL/6小鼠多次向前6h时差(+6，即相当于向东跨越6个时区)或向后6h时差(-6，即相当于向西跨越6个时区)，利用跑轮活动来了解小鼠适应能力的动态变化．结果显示，随着+6或-6时差次数的增加，行为适应所需时间均逐渐减少［+6时差：从(5.33±0.21)d到(1.29±0.18)d，p<0.001；-6时差：从(5.83±0.40)d到(3.00±0.37)d，p<0.001］．然而，在多次+6时差后，给予-6时差处理，小鼠的适应能力并未进一步提高［(5.71±0.61)dvs.(5.33±.21)d，p=0.95］．而先经历多次-6时差，后经历+6时差的小鼠，适应第一次+6时差所需时间显著延长［(13.14±0.55)dvs.(5.83±0.40)d，p<0.001］．这些结果表明，短期多次同向时差处理可以提高小鼠的适应性，但给予反向时差处理时适应能力并未增强，甚至有可能被显著削弱．

• 考虑随机维修质量的退化系统选择性维修策略

  曹慧,段富海

  面向退化状态可监测的复杂系统，提出一种以可靠度为中心的选择性维修策略．该策略以系统部件退化可靠度为依据，在受维修资源约束的条件下，搜索使系统执行下一任务可靠度最大化部件的最优维修决策．此外，针对系统部件维修水平不确定性问题，建立了考虑部件非完美维修且维修质量随机的维修策略，采用遗传算法求解该策略的复杂优化问题，并以航空发动机控制系统为例验证了所提的选择性维修策略的有效性．与确定性维修质量的维修策略模型相比，所提策略能精确评估系统可靠性，可为合理系统维修计划制订提供理论支撑．

• 基于ICSA-MCKD方法的滚动轴承声信号微弱故障诊断

  王树杰,李宏坤,王朝阁,孙斌,刘艾强

  针对滚动轴承声信号中微弱故障特征难以有效提取的问题，提出了基于自适应的最大相关峭度反卷积(maximumcorrelationkurtosisdeconvolution，MCKD)的滚动轴承声信号故障诊断方法．首先，提出了改进的布谷鸟搜索算法(improvedcuckoosearchalgorithm，ICSA)，在莱维飞行中引入步长尺度因子，在偏好随机游走中自适应地调整发现概率，使得算法有更快的搜索速度和更高的搜索精度．然后，利用ICSA以调整的谐波显著性指标(adjustedharmonicsignificantindex，AHSI)作为适应度函数对MCKD的滤波器长度和故障特征周期进行寻优，将最佳参数组合输入MCKD中进行反卷积处理．最后通过包络谱分析，实现了基于声信号滚动轴承故障诊断．对仿真信号和实测信号的验证，证明了该方法的有效性和优越性．

• 考虑细化用户群体的全自动驾驶汽车使用意愿

  崔馨玥,赵胜川

  为探究公众中不同典型群体间的异构性和影响选择全自动驾驶汽车(SAE，L5)的因素，基于技术接受模型，对不同公众群体的特征和使用意愿的差异进行分析．在对公众进行全自动驾驶汽车使用意愿线上与线下调查的基础上，采用偏最小二乘法结构方程模型、模糊C均值聚类及潜在剖面聚类，对204名受访者进行了分析及群体聚类．结果显示：(1)感知收益内部有影响关系，社会影响是关键因素，可以通过中介效应影响使用意愿．(2)受访者可分为消极组、摇摆组及积极组3个代表性群体．不同群体间，教育程度、是否有驾照、社会影响和使用意愿表现出了显著差异．积极组最可能成为早期消费者．(3)根据不同群组间的方差分析结果，可以通过社会影响方面的措施改变摇摆组的态度．研究成果有助于更好理解市场细分后用户的使用意愿，为制定针对特定群体的全自动驾驶汽车发展策略提供参考依据．

• 建筑围护结构热工性能对城市热岛强度影响研究

  周文倩,李祥立,端木琳,高进

  城市区域环境对建筑节能设计影响复杂，目前城市气候影响因素研究中建筑热工参数常被忽略．以大连市为例，利用WRF分析了高精度土地利用数据下建筑热工设计对城市夏季热岛强度的影响．首先，对模拟结果的误差检验表明WRF能够准确反映大连市区域气候特征．当建筑围护结构传热系数减小，日间和夜间气温分别可降低约0.15K和0.61K，说明良好的热工性能可以缓解城市热岛效应，改善区域热环境．此外，当建筑屋面反照率由0.2增至0.6时，屋面温度最大降幅为5.50K，近地面气温可降低0.15K，城市热效应也有所减弱．因此未来建筑在满足节能设计标准时，采用反照率较大的表面材料，可有效缓解城市热岛效应，营造良好的室内外环境．

• Kapton膜材低温单轴循环拉伸力学性能研究

  刘岩,刘俨震

  为明晰充气天线反射面膜材的低温循环拉伸力学性能，对25μm厚的Kapton膜材进行了低温(20、0、-10、-40、-70℃)下的单轴循环拉伸试验，通过分析不同循环次数和温度下的应力-应变曲线，阐释了低温循环荷载作用下材料的受力机理与性能表征，分别建立了弹性模量与循环次数和温度的关系式，并获得了参量对棘轮应变以及滞回环面积的影响规律．试验结果表明：随着循环次数的增加，弹性模量逐步增大，滞回环面积减小；低温使得弹性模量显著提高，而滞回环面积减小；以最后一次循环加载后的结果来看，温度对膜材垂直方向的棘轮应变影响更大．研究所得结论可为极端温度场下的充气可展结构设计及在轨交变高低温测试提供参考．

• 结构性土非线性压缩特征本构模型

  刘文化,孙阳,张洪勇,孔纲强,李吴刚,孙秀丽

  由于结构性的破坏，在孔隙比和有效应力半对数坐标平面内，结构性土的压缩曲线表现出明显的非线性特征．通过分析结构性土的典型形成过程，对有效应力进行修正，以考虑结构性土颗粒间的胶结作用，并定义新的代表结构性程度的结构性因子．将结构性土的正常固结压缩指数定义为结构性因子的函数，结合结构性因子的发展式，建立了考虑结构性土非线性压缩特征的增量方程．采用模型对天然原状土与人工胶结土在不同剪应力比下的固结试验进行模拟．结果表明所提增量方程能够很好地表述结构性土的如下特征：结构性土屈服前压缩性较小，屈服后压缩性迅速增大且表观压缩性大于重塑土；随着荷载增加，结构性土的压缩曲线最后会逐渐趋近于重塑土的压缩曲线；结构性土的压缩曲线随剪应力比增大逐渐下移．所提模型能够较为合理地描述天然原状土以及人工胶结土的压缩特征．

• 基于组合神经网络的建筑冷负荷混合预测模型

  于军琪,高之坤,赵安军,周敏,虎群

  准确的建筑冷负荷预测是实现大型中央空调系统优化运行、节能降耗的关键．为此，提出一种天牛须搜索(BAS)算法优化的广义回归神经网络(GRNN)结合长短时记忆(LSTM)神经网络的混合预测模型(BAS-GRNN&LSTM)，用于建筑冷负荷预测．首先，采用递归特征消除法得到最佳特征数量并结合随机森林算法做特征选择；再将天牛须搜索算法优化后的广义回归神经网络与长短时记忆神经网络组合，构建冷负荷混合预测模型；最后利用某大型建筑的实测数据进行了仿真实验．结果表明：天牛须搜索算法有很好的稳定性和收敛性，适用于广义回归神经网络参数优化；利用随机森林算法结合递归特征消除法提取出的特征能够更好地建立预测模型，有效增加模型预测精度；相比其他预测模型，BAS-GRNN&LSTM的预测效果更为优越，并能对不同月份冷负荷进行有效预测，泛化能力强，适用于建筑冷负荷预测．

• 考虑水力工况的风机盘管系统建模方法与辨识

  赵安军,张萌芝,于军琪,杨航杰,董菲菲,周敏

  针对风机盘管研究中大多数模型仅考虑热力学性能，未考虑水力学性能影响这一问题，提出一种新的盘管建模方法，以提高对中央空调末端的控制性能．该方法基于基尔霍夫定律，采用电气模型模拟风机盘管系统水力学性能，通过遗传算法求解各个盘管的水流量；以水流量为输入，引入盘管内风机开度及传热系数，建立面向控制的风机盘管系统热工灰箱模型，通过最小二乘法对其参数进行辨识．实验结果表明：风机盘管系统热工水力模型能够精确地反映实际的水力工况和热交换过程，理论计算值与实际测试值误差低于6%，为风机盘管系统的有效调控打下了良好基础．

• 基于深度学习的多模式权重网络语音情感识别

  张晓宇,张华熊,高强

  语音的单一特征如声学信息往往不能涵盖所有的语音特性，从而导致语音情感识别率低，为此提出了一种基于深度学习的多模式权重网络模型．该模型先采用循环神经网络和ResNet-50网络基于语音声学特征、语音转化成文本信息后的语义特征、语音频谱特征建立3种分类器，然后将这3种分类器的分类结果作为权重网络模型的输入进行训练以获取最优权重，最终基于该权重构建权重网络分类器实现语音情感识别．实验结果表明，其语音情感识别率达到了75.4%，比单一特征语音情感识别模型提高了5%以上，相对应用集成学习结合3种特征的模型提高了10.4%，并且与现有语音情感识别模型相比，多模式权重网络模型具有更高的识别率．

• 一种基于环视图像的空停车位检测方法

  李伟东,钟健聪,孙浩,李冰,唐琪,郑国君

  停车位检测是自动泊车系统的重要组成部分．针对车位线及角点不清晰或出现遮挡情况下的车位难以检测问题，提出了一种基于环视图像的空停车位检测方法．该方法将整个空停车位视为一个整体，在空停车位车位线及角点信息不完整的情况下利用MobileNetV3进行特征提取并构建特征金字塔，进而实现分类、边框回归和语义分割，再根据Douglas-Peucker算法对语义分割结果进行拟合得到空停车位．实验表明，所提方法在ps2.0数据集测试集中挑选出的车位线及角点不清晰或者出现遮挡的197张测试图片中检测性能优秀，精确率达到98.39%，召回率达到97.21%，实现单帧11ms的检测速度，能对不同环境下的不同类型车位进行检测．此外该方法在自注释数据集上具有优秀的性能，有较好的泛化能力．

• 针对多中心场站下两级选址路径问题的双智能集成算法

  唐震霆,胡志华

  两级物流网络的构建一直是城市物流领域中的主要课题，中心场站和枢纽点的辐射范围、枢纽点与客户点的对应关系以及配送路径问题一直是两级物流网络的难点．为解决这一系列问题，提出一种基于多中心场站选址路径问题的数学规划，并在拥有两阶段算子的自适应大邻域搜索算法、模拟退火算法的基础上，提出一种双智能集成算法．在两级结构中，使用两阶段算子的自适应大邻域搜索算法解决了每一级节点分配问题后，使用模拟退火算法求解了每一个主节点与其子节点形成内循环的遍历序列——仅考虑内循环为旅行商问题的情况，两级车辆路径问题与节点分配问题的耦合造成其极高的复杂性．最后选取不同量级的数据集对算法性能进行有效性测试，确定算法在一定时限内明显优于数学规划与部分现有的启发式算法，实验结果还说明了枢纽点数量与总成本之间存在一定的效益悖反．