2024年, 第41卷, 第05期　
刊出日期：2024-09-26

  

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  央视《新闻联播》聚焦安徽工业大学金属表面涂层实验室

  黄敏, 张世宏, 王菁

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(05): 462-462.

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  <正>8月26日晚，中央广播电视总台《新闻联播》报道了安徽工业大学金属表面涂层实验室服务行业重大科技需求，深度参与长三角协同创新的情况。报道以《长三角一体化深入推进更好发挥高质量发展动力》为题，在专栏《锚定现代化改革再深化》专栏播出。报道提到，在安徽工业大学的金属表面涂层实验室，一个由上海、江苏、安徽的行业龙头企业，与长三角国家技术创新中心联合发起的钛合金材料“众筹科研”项目正在进行。“众筹”改变了以往单打独斗搞科研的状态，龙头企业和科研机构联合，既减轻了企业的资金压力，又提高了研发效率，实现共同出资、共担风险、共享成果。
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  Cu-3.27Ti合金热变形行为及组织演变过程

  侯文忱, 宋孟

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(05): 466-473.

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  利用Gleeble-3500热模拟试验机，在变形温度为750～900℃、应变速率为0.1～10.0 s^-1的条件下对铸态Cu-3.27Ti合金进行热压缩模拟试验；在此基础上构建Cu-3.27Ti合金高温本构关系模型、绘制热加工图，研究热变形温度、应变速度对Cu-3.27Ti合金热变形行为和组织演变过程的影响，优化其热变形工艺参数。结果表明：建立的高温本构关系模型可较好地表征Cu-3.27Ti合金变形温度、应变速率以及流变应力之间的关系，热加工图显示合金存在1个功率耗散峰值区和2个流变失稳区，功率耗散峰值约0.27，对应的变形条件为900℃，功率耗散峰值区与失稳区不重叠，理论上900℃条件下Cu-3.27Ti合金的热加工性能较好；变形温度和应变速率对Cu-3.27Ti合金微观组织动态再结晶比例和再结晶晶粒平均直径均有明显影响，两者均随变形温度和应变速率的升高而上升，当组织完全再结晶后变形温度和应变速率对晶粒平均直径的影响更显著；Cu-3.27Ti合金在750℃变形时细小的再结晶晶粒呈链状分布于初始晶粒周围，呈现出流变失稳特征，变形条件为900℃/10.0 s^-1时，合金的微观组织完全再结晶且晶粒比较细小均匀，比较适于进行热加工。
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  低碳铝镇静钢精炼渣理化性能研究及动态调控

  王多刚, 虞大俊, 夏云进

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(05): 474-482.

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  为提升低碳铝镇静钢水的可浇性，基于低碳铝镇静钢精炼渣的热力学计算，研究典型组分CaO/Al₂O₃ （C/A）、SiO₂、FeO对精炼渣液相线温度、1 650℃黏度和表面张力的影响规律，结合精炼渣理化性能（熔点和黏度–温度曲线）测试结果，建立吹氩直上精炼渣动态调控模型，并投入生产实践应用。结果表明：随着C/A增加，精炼渣熔点在渣中SiO₂质量分数为5%时单调升高，在渣中SiO₂质量分数为10%时先降后升，另随C/A的增加精炼渣黏度及黏度–温度曲线的转折温度升高；精炼渣组分范围为C/A 0.75～1.50、SiO₂质量分数0～10%、FeO质量分数2%～6%时，可获得较低的液相线温度、较高的黏度和表面张力。生产实践中应用建立的模型可实现造渣物料的动态加入，精炼渣理化性能的稳定性得到显著提升，精炼渣的C/A和全铁（TFe）质量分数标准差明显降低；液相线温度、1 650℃时的黏度和表面张力平均值分别降低6.9℃、增加0.020 6 Pa·s和0.010 9 N/m；全氧（TO）质量分数均值由2.78×10^-3%下降为2.25×10^-3%，改进了19.1%，钢水的可浇性得到显著改善。
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  柠檬烯纳米乳液驱油剂在油藏中的增产机制

  李建阁

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(05): 483-489.

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  结合实验与理论计算，分析纳米乳液的组装结构和稳定性，通过能量最小化结构优化和分子动力学模拟，考察柠檬烯纳米乳液在油藏沥青质和胶质中的行为，探讨柠檬烯纳米乳液驱油剂的作用机制。结果表明：柠檬烯分子的强疏水性和非平面结构在驱油过程中发挥关键作用，其疏水特性促进表面活性剂组装成高度稳定且尺寸较小的纳米胶束，从而有效减少地层对纳米乳液的吸附损失，扩大波及体积。此外，柠檬烯的非平面结构使其在分子间不规则碰撞中灵活旋转，能够深入渗透至稠油中的沥青质和胶质，并通过π—π相互作用解离这些组分的缔合作用，降低稠油黏度，增强流动性和剥离性能，从而显著提高原油采收率。这些发现为深入理解纳米乳液驱油剂的增产机制提供了新视角，并为开发更高效的纳米驱油剂提供了重要参考。
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  混合网络攻击下马尔可夫跳变神经网络的安全容错同步控制

  汪威辰, 苏磊, 费习宏, 朱金民, 方田

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(05): 490-498.

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  针对一类混合网络攻击下马尔可夫跳变神经网络安全容错同步控制问题，提出1种确保神经网络主从系统安全容错同步控制器的设计方法。利用2个独立的伯努利分布对随机发生的欺骗攻击和拒绝服务（DoS）攻击进行建模，将马尔可夫跳变神经网络和混合网络攻击置于同一框架中，考虑到执行器可能发生的失效故障情况，设计1种容错控制器；引入1种自由矩阵方法，构建李雅普诺夫（Lyapunov）函数，采用线性矩阵不等式分析方法和特殊的积分不等式放缩技术，推导出能够保证同步误差系统随机均方稳定且满足规定的H_∞性能指标的充分条件；进一步使用1种有效的解耦方法对矩阵的耦合项进行分离解耦，运用Matlab中的LMI工具箱得到控制器参数，最后通过数值算例说明所提方法的可行性和有效性。结果表明：当执行器故障失效60%～80%时，以及遭受欺骗攻击概率为80%和DoS攻击概率为50%的混合网络攻击时，所提方法仍然能实现神经网络主从系统的安全性和同步性。
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  基于前馈型变论域模糊PID控制的智能小车轨迹跟踪方法

  陆钰, 李丹, 赵文杰

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(05): 499-506.

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  为提高智能小车轨迹跟踪的精度及抗干扰能力，提出1种基于前馈型变论域模糊控制方法。以自动导向小车(automated guided vehicle,AGV)为研究对象，建立小车运动学模型对其进行动力学分析；在保持主控制参数不变的情况下，将前馈控制加入变论域模糊控制，搭建前馈型变论域模糊PID(proportional-integral-derivative)控制系统，通过变论域模糊PID控制调整参数使系统获得较好的稳定性，再通过调整前馈控制参数使系统的目标跟踪性能达到最佳；设定S形曲线跟踪路线，在Matlab/Simulink平台下搭建传统PID、模糊PID、变论域模糊PID及前馈型变论域模糊PID等4种控制模型进行仿真实验，比较验证本文方法的控制性能。结果表明：无干扰情况下，4种控制方法的车辆转弯最大横向偏差分别为0.258 0,0.198 8,0.179 2和0.112 5 m，本文方法的偏差最小，轨迹跟踪精度最高；模拟真实路况下，4种控制方法的车辆转弯最大横向偏差分别为0.891 7,0.820 9,0.791 7,0.683 3 m，本文方法的偏差依然最小，抗干扰能力最强，验证了本文所提控制方法兼具跟踪高精度和良好稳定性的优点。
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  基于DBO-LQR和MPC的智能车轨迹跟踪控制

  程超, 贺容波, 何浩然, 闫强

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(05): 507-515.

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  为提高智能车辆轨迹跟踪的精度和稳定性，提出1种基于蜣螂优化(DBO)算法优化的线性二次型调节器(LQR)与模型预测控制(MPC)的横向、纵向控制策略。构建车辆动力学模型和基于Frenet坐标系下的横向误差模型，设计带有前馈的横向LQR控制器，利用蜣螂优化算法确定LQR控制器权重系数；基于MPC实现纵向速度和位置的跟踪，利用纵向速度联结横向控制器与纵向控制器，同时对车辆的速度和转向进行控制；最后基于CarSim和Matlab/Simulink联合仿真平台在不同道路工况下进行仿真实验，验证所提策略的有效性。结果表明：在城市道路泊车、城市道路换道、高速公路换道3种工况下，车辆的最大横向跟踪误差均小于0.010 m、航向偏差在0.025 0 rad内；横摆角速度及前轮转角变化比较平稳、无明显抖动，所提策略可有效提高车辆跟踪轨迹的精度和稳定性。
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  二维激光雷达与相机数据融合标定

  颜洪杰, 朱志峰, 蔡伯华, 姚勇

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(05): 516-524.

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  针对单线激光雷达和相机之间外参标定速度慢、实时性差的不足，提出1种基于特征点的数据融合标定方法。在特殊设计的标靶上提取相机外参标定所需的像素特征点，通过激光雷达角度标定得到所需的点云特征点；采用特征点法融合标定像素与点云特征点，得到激光雷达数据与相机图像像素点对应的坐标序列，融合处理2种坐标序列计算出融合矩阵，且通过标定实验验证所提方法的可行性与有效性。结果表明：与传统标靶相比，采用特殊设计标靶的标定速度可提高31.4%；结合数据融合的处理方法可得到单线激光雷达和相机的标定参数，数据融合的平均重投影误差为1.9 pixel、标准差为0.7 pixel，雷达点云数据能够在标靶上较好地投影，使激光雷达点云与标靶图像成功匹配；通过融合矩阵只需较少对应的激光雷达点云和像素点，可避免计算标定的各个参数，标定过程更简便、快捷。
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  基于交叉熵金鹰优化算法的室内可见光定位

  杨洋, 李国成, 贾朝川

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(05): 525-534.

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  为改善金鹰算法在求解室内可见光定位问题时的优化能力，基于重要度抽样技术和Kullback–Leibler距离的交叉熵(CE)方法，提出1种新的交叉熵金鹰优化(CEGEO)算法。将交叉熵方法融合到金鹰优化(GEO)算法中，通过协同演化获得的新种群更新抽样概率分布参数，加速算法的迭代进程，降低抽样样本数和计算成本，提高算法的全局优化能力；同时，采用共同更新得到更好的个体，大幅度增加种群的多样性，改善算法的收敛速度。采用CEGEO算法及其他4种算法对标准测试函数和室内可见光定位优化问题进行仿真实验，比较分析CEGEO算法的性能。结果表明：与其他4种算法相比，提出的CEGEO算法具有更高的求解精度和更快的收敛速度，能有效平衡全局和局部搜索能力，寻优能力更强；在室内可见光定位中定位精度小于2.74E–12 cm，估计位置误差最小，平均误差接近2.07E–15 cm,CEGEO算法是1种解决室内可见光定位优化问题的有效算法。
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  基坑开挖下倾斜长短组合桩受力及土体位移数值模拟

  杜泽轩, 汪东林, 孙浩

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(05): 535-544.

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  利用软件Midas GTS NX建立基坑支护模型，模拟分析基坑开挖过程中不同倾斜长短组合桩支护下，基坑土体位移及桩身水平位移与弯矩变化的规律；探讨组合桩桩长分配与长桩倾角对支护效果的影响。结果表明：基坑开挖过程中，随着开挖深度的增加，一定程度地增加长桩倾角能够有效减小土体变形和桩身水平位移，开挖面以下桩身最大弯矩也随长桩倾角的增加而减小；在总桩长一定时，最佳桩长分配受长桩倾角影响存在临界值，在长桩倾角临界值以下最佳桩长分配受倾角变化影响，在长桩倾角临界值以上长桩越长支护效果越好。在同一开挖深度下，桩身水平位移与长桩倾角有关，长桩倾角在开挖面以上相对于开挖面以下对桩身位移影响更大；开挖面以下，部分桩身最大弯矩与桩长成正比。
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  基于光纤光栅感测技术的桥梁挂篮施工期应力应变监测方法

  包斌, 司海宝

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(05): 545-551.

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  针对桥梁内部应力与应变传统监测技术耐久性差、测量繁琐等技术不足，提出1种基于光纤光栅感测技术的桥梁挂篮施工结构健康监测方法。以跨常合高速分离式立交桥为研究对象，选取施工期活载作用下桥梁受力最不利截面，在桥墩处起步梁段的箱梁顶板、底板与腹板中心线交汇点植入光纤传感器监测其应力、应变，分析起步梁段箱梁在挂篮施工期的应力、应变的变化规律，评估桥梁挂篮施工期的内部结构健康状态。结果表明：提出的方法可用于监测桥梁内部受力变化，起步梁段顶板应力、应变增长主要受预应力张拉影响，底板应力、应变增大主要受混凝土浇筑影响；中跨合拢段箱梁浇筑后，中跨梁段不再呈现上拉下压现象；顶板应力、应变均在边跨合拢段前一个梁段预应力张拉后达到峰值，底板应力在边跨合拢段前一个梁段浇筑后达到峰值，而底板应变在边跨合拢段预应力张拉后达到峰值。建议桥梁挂篮施工过程中，应重点监测边跨合拢前一个梁段施工至施工结束这几个阶段的应力、应变变化。
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  800MPa高强钢T形截面轴压构件极限承载力有限元分析

  陶征强, 曹现雷, 钟锐, 王培, 陶清林, 陈云旭

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(05): 552-560.

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  针对800 MPa高强钢T形截面轴压构件失稳问题，基于ABAQUS软件建立有限元计算模型，分析残余应力、几何初始缺陷、翼缘宽厚比、腹板高厚比和构件长细比对构件极限承载力的影响，建立正则化长细比与整体稳定系数关系曲线，并将高强钢T形截面轴压构件极限承载力的模拟结果与GB 50017—2017系列设计规范进行比较分析。结果表明：建立的有限元模型能够准确模拟试验构件的屈曲行为，残余应力峰值对短柱承载力影响较小，对大长细比构件的承载力影响较大；试件初弯曲和板件翘曲对小长细比构件极限承载力影响较大，随构件长细比增加，构件极限承载力随着翼缘宽厚比变化表现为敏感度降低，腹板的高厚比变化规律与之类似。计算得到的稳定系数与GB 50017—2017中b类柱子曲线吻合较好，建议采用b类柱子曲线计算800 MPa高强钢焊接T形截面轴压构件的极限承载力。
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  长三角城市绿色创新空间关联及影响因素研究

  柏明国, 郑柯, 姚毓婷

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(05): 561-572.

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  基于绿色创新投入、绿色创新产出及绿色创新环境3个维度建立长三角城市绿色创新能力综合评价指标体系，采用全局熵值法对2010—2021年长三角41个地级城市的绿色创新能力进行测度，基于改进的引力模型构建长三角城市绿色创新网络，采用社会网络分析法从整体、个体和局部3个方面探讨长三角城市绿色创新空间关联的网络特征，采用二次指派程序(QAP)回归分析法探究其影响因素。结果表明：2010—2021年，长三角各城市间的绿色创新空间关联程度逐年增强，但整体方面还有提升空间，同时存在区域差异，东部地区发展态势优于西部地区；核心城市承担桥梁与中介作用，且主要集中在东部和中部地区，部分城市为“净受益”城市，无法主动缔结与其他城市的关联；皖北、皖南和浙南地区多为边缘城市，这些城市对外联系较弱，城市绿色创新发展呈现不均衡趋势；高等教育水平、金融发展规模、对外开放程度、信息化水平等差异是影响长三角城市绿色创新网络空间关联的主要因素。为推动长三角地区绿色创新高质量发展，应扩大核心城市的辐射范围，带动边缘城市发展；在第三、四子群内部建设中心城市，承担与外界沟通的桥梁和中介作用；缩小区域金融发展规模差异，完善跨城协作的基础建设，进行知识技术的交流互动与资源共享。
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  带有动态到达工件的分布式柔性作业车间调度问题研究

  张洪亮, 童超, 丁倩兰

  安徽工业大学学报（自然科学版）. 2024, 41(05): 573-582.

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  分布式柔性作业车间调度是生产调度的1个重要分支，工件的动态到达作为实际生产中的1种常见扰动情况，进一步增加了作业车间调度问题的复杂性和不确定性。针对带有工件动态到达的分布式柔性作业车间调度问题(DA-DFJSP)，提出1种分批调度策略，将原本的动态调度问题转化成一系列连续调度区间上的静态调度问题，构建以最大完工时间为优化目标的混合整数规划模型；在此基础上，结合问题特征采用批次、工厂、工序、机器的4层染色体编码及快速贪婪搜索插入的解码方式改进遗传算法，同时引入多种交叉、变异算子来增强染色体的多样性；最后，基于FJSP标准算例构建DA-DFJSP测试算例进行仿真对比实验，验证所提策略和改进算法的求解优势。结果表明：相较于传统的重调度策略和改进前的遗传算法，采用分批调度策略和改进的遗传算法(IGA)所求调度方案具有更短的完工周期、更均匀的工厂加工负荷及更高的设备工作效率，IGA与分批调度策略之间有高度的契合性，能够有效提升生产效率。