2025年, 第0卷, 第08期　
刊出日期：2025-07-16

  

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  碳纤维增强型复合材料分层缺陷的中频涡流C扫描成像检测

  王楠, 何存富, 刘秀成, 梁雪斌, 李鹏

  北京工业大学学报. 2025, 0(08): 897-907.

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  碳纤维增强型复合材料(carbon fiber reinforced composits,CFPR)在制备和服役过程中容易诱发多种损伤,其中分层缺陷对材料的潜在破坏性最大。针对CFPR中分层缺陷的检测问题,采用涡流C扫描检测技术对碳纤维复合材料板内分层缺陷进行可视化成像。基于成像结果,建立数学统计模型对缺陷面积进行重构,通过分析不同阈值对重构效果的影响以实现涡流对分层缺陷面积检测精度的量化评估。在此基础上,研究缺陷埋深与不同方向涡流特征曲线的变化规律,揭示涡流对板内分层缺陷深度的检测能力。试验结果表明,建立的中频(小于1 MHz)涡流C扫描成像系统可以实现CFPR板内最小直径5 mm、埋深0.5 mm分层缺陷的三维成像与定量评估。研究工作为碳纤维复合材料板内分层缺陷的无损检测与评估提供了一种可行思路。
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  基于RGB相机的无标志物TMS机器人辅助定位方法

  程强, 赵帅, 郝小龙, 刘杰, 许静静, 李世俊

  北京工业大学学报. 2025, 0(08): 908-917.

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  经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation,TMS)是一种神经调制方法,临床中凭借医生经验手动确定TMS线圈摆放位姿,导致线圈摆放位置和姿态不准确且重复定位精度差。针对上述问题,提出一种TMS线圈机器人辅助定位系统,使用RGB相机替代导航系统中双目红外相机,采用一种基于神经网络的无标志物TMS线圈机器人辅助定位方法。搭建神经网络实现相机空间线圈姿态到操作臂空间关节角度的映射,并通过仿真数据训练验证了该神经网络架构适用于TMS线圈位姿摆放问题。随后,通过实验验证了该方法的可行性,同时表明训练的神经网络针对TMS线圈定位任务具有良好的泛化能力。最后,在笛卡尔空间的位姿验证结果显示TMS线圈三维位置平均误差为2.16 mm,总体姿态误差为0.055 rad,使用RGB相机的TMS线圈机器人辅助定位系统在精度上达到了与其他使用双目红外相机的科研或商用系统相同的水平,满足TMS临床治疗要求,具备临床应用的可行性。
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  基于路面附着系数辨识的四轮独立驱动车辆操稳性控制策略研究

  王志福, 卢彦希, 罗崴, 王学晨, 林贤坤

  北京工业大学学报. 2025, 0(08): 918-929.

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  四轮独立驱动车辆,其特点是各轮转矩均可独立控制且易于测量,已经成为未来车辆发展的理想平台。本文以4×4四轮独立驱动车辆为研究对象,针对轮毂电机驱动车辆的操纵性和稳定性控制问题,提出一种结合神经网络的分层式操纵稳定性控制策略。该策略以轮胎所受的滑移率、侧偏角为输入,分析神经网络算法预测路面附着系数的准确性,以实现车辆行驶过程中对路面附着系数的实时估计;并基于已识别的路面附着系数,搭建一种分层式操纵稳定性控制策略模型。该策略基于实时路面识别参数,可以优化车辆的鲁棒性控制,并能较好地处理电机转矩分配问题,从而保证轮毂电机驱动车辆的操纵性和稳定性控制。仿真和实验结果表明:车辆在附着路面上行驶时,操纵稳定性能得到保证。
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  基于固定窗漂移检测的MSWI过程CO排放建模

  汤健, 张润雨, 夏恒, 乔俊飞

  北京工业大学学报. 2025, 0(08): 930-943.

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  针对城市固废焚烧（municipal solid waste incineration,MSWI）过程中能够表征燃烧过程是否稳定的关键工业参数——一氧化碳（carbon monoxide,CO）排放浓度的动态时变特性,提出基于固定窗漂移检测的MSWI过程CO排放建模方法。首先,基于历史数据集采用k均值（k-means）算法获取典型样本池（typical sample pool,TSP）,构建基于长短期记忆（long short-term memory,LSTM）神经网络的离线预测模型和基于核主成分分析（kernel principal component analysis,KPCA）的漂移指标计算模型。然后,针对每个在线采集样本,在预设定固定窗口未填满时基于历史LSTM神经网络模型进行在线预测,在预设定固定窗口填满时采用历史KPCA模型进行漂移检测。最后,利用指标霍特林统计量（Hotelling's T²）和平方预测误差（squared prediction error,SPE）判断是否产生漂移。若未产生漂移,则返回至新窗口期;若产生漂移,则合并历史数据和漂移数据以更新TSP、LSTM模型和KPCA模型。工业现场实际数据的仿真验证了所提方法的合理性和有效性。
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  基于融合注意力和多尺度特征的热轧带钢表面缺陷检测方法

  包广清, 周芷意, 孟庆成

  北京工业大学学报. 2025, 0(08): 944-956.

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  针对热扎带钢表面缺陷面积较小、形态多样、边界模糊且背景复杂的问题,提出一种热轧带钢表面缺陷检测模型SFSP-YOLOv7。首先,通过改进k-means++聚类算法调整先验框维度,使用交并比(intersection over union,IoU)替换欧氏距离度量,引入遗传算法(genetic algorithm,GA)获得更具代表性的锚框尺寸,提升模型的回归速度和小面积缺陷检测的准确率。其次,对于边界模糊且背景复杂的缺陷,提出一种目标检测边界框损失函数FocalSIoU,以减少模型中不必要的特征学习,加快检测速度,提升预测框的回归效果。最后,设计一种多尺度特征融合注意力模块(multi-scale feature fusion module,MFFM),通过多尺度信息融合增强模型特征提取能力,提高小目标的检测精确度,并改善模型检测误检率。在模型Head结构中引入空到深(space to depth,SPD)卷积模块对模型进行改进,避免细粒度信息的丢失,降低目标漏检率。通过INEU-DET数据集进行验证,结果表明,SFSP-Y OLOv7模型检测的平均精确度均值(mean average precision,mAP)为78.25%,相比原YOLOv7模型提升了4.92个百分点,表明提出的检测方法具有有效性。
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  水下管道填充复合激发高容重泡沫混凝土性能试验研究

  郝逸飞, 王雪寒, 张默, 潘竹

  北京工业大学学报. 2025, 0(08): 957-965.

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  为了解决地聚物泡沫混凝土(geopolymer foam concrete,GFC)的凝结时间与施工需求不匹配、高容重情况下抗压强度过高、不利于后期开挖检修等问题,基于回填料性能需求,采用单因素试验法揭示石膏掺量、硅酸钠掺量和前驱体比例对GFC的流动度、凝结时间和抗压强度的影响规律。结合X射线衍射(X ray diffraction,XRD)研究GFC水化反应产物,提出一种水下管道填充复合激发高容重泡沫混凝土。试验结果表明:增加硅酸钠掺量可显著提高GFC的流动度和抗压强度,凝结时间先增加后降低,石膏掺量的增加呈现抗压强度先上升后下降的趋势。石膏激发的GFC会为早期生成的钙矾石提供强度,掺入硅酸钠后,会生成无定形的C-S-H凝胶。本文制备的复合激发高容重地聚物泡沫混凝土可以为水下油气管道的回填保护提供思路。
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  基于部分传统路面性能指标的路面跳车预测方法

  张金喜, 闫文陶, 周胜男

  北京工业大学学报. 2025, 0(08): 966-974.

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  我国《公路技术状况评定标准》(JTG H20—2018)中,第一次将路面跳车作为路面性能评价对象纳入评价标准,但经研究发现路面跳车与其他部分传统路面性能存在相关性。探究用部分传统路面性能指标,包括国际平整度指数、车辙深度、路面破损率和路面磨耗率4项指标综合识别路面跳车的方法。对北京市区域内6条高速公路的路面性能进行检测和评价,利用随机森林机器学习模型对4类路面性能与路面跳车的关系进行建模,对路面跳车路段进行预测。研究结果表明,国际平整度指数international roughness index (IRI)与路面跳车关联性最大,车辙深度次之,破损率和磨耗率对路面跳车的影响较小。经过交叉验证以及对模型调优后,路面跳车预测模型准确率可以达到99.475%,满足实际工程应用需要。该研究为路面跳车指标的快速识别和检测提供了新思路,可以为路面跳车的识别提供一种低成本、低资源消耗的检测方法。
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  基于顺序混合方法的活动对出行方式选择行为影响分析

  孙智源, 韩璐, 王多, 戚欣, 李悦, 陈艳艳

  北京工业大学学报. 2025, 0(08): 975-984.

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  为研究活动对出行方式选择行为的影响,提出一种顺序混合方法,旨在捕捉更加丰富的出行行为规律。第一阶段使用均值异质性随机参数logit模型,分析各因素对出行方式选择行为的影响,并研究显著影响因素的异质性;第二阶段使用XGBoost-SHAP算法,补充发现显著影响因素的重要性及交互性。研究表明:11个影响因素会增加出行者选择公共交通方式的概率,其中3个与活动属性相关的因素。5个影响因素具有随机参数,其中,与活动属性相关的因素包括:出行前活动地点与最近停车场的距离近(≤200 m)、出行后活动地点与最近地铁站的距离近(≤800 m)、出行前活动类型(不在家的娱乐性活动),并且前2个因素表现出随机参数的均值异质性。活动属性相关的因素与其他属性相关的因素交互时,会对出行方式选择产生不同的影响。
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  锆基金属有机笼混合基质膜的制备及其气体分离性能

  谢亚勃, 张瑞丽, 刘桐欣, 李建荣

  北京工业大学学报. 2025, 0(08): 985-994.

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  为了分离CO₂/CH₄,笔者合成了2种新型金属有机笼（metal-organic cages,MOCs）(MOC-1-2 0H和MOC-1-OH),在二甲亚砜（DMSO）中与聚酰亚胺（6FDA-DAM polyimide,6FDA-DAM）共混形成透明的铸膜液,然后被加工成混合基质膜。通过X射线衍射仪（X-ray powder diffractometer,XRD）、扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）、拉曼、纳米压痕以及差示扫描量热仪（principle of DSC,DSC）等表征手段对制备的膜进行表征,结果表明所制备的膜致密且均一,同时具有良好的热稳定性和机械性能。在气体分离性能测试的结果中,MOC-1-20H的负载量为2.17%（填料与整个膜的质量比）时膜的分离性能最佳,其CO₂渗透率为966.38×10～4 m²/s,分离选择性为21;同样MOC-1-OH的负载量为2.17%时所制备的膜分离性能最好,CO₂渗透率为784.25×10～4 m²/s,分离选择性为20.15。对比可知,w（MOC-1-20H）=2.17%时膜的分离性能优于w（MOC-1-OH）=2.17%时所制备的分离膜,且高于2008年CO₂/CH₄ （表示分隔号前后物质的混合）的Robeson上限。
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  左金丸水提取液提高ATG4B含量促进自噬抑制三阴性乳腺癌进展

  朱会宇, 刘雅琳, 王思嘉, 刘馨慧, 黄华, 管翼飞

  北京工业大学学报. 2025, 0(08): 995-1003.

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  为研究中药左金丸水提取液对乳腺癌进展的影响,选用正常乳腺上皮细胞(MCF10A)、乳腺癌细胞(MCF7)、三阴性乳腺癌细胞(MB231)进行体外细胞实验研究。通过肿瘤细胞表型分析,证实左金丸对三阴性乳腺癌发展有显著抑制作用,可显著抑制其增殖能力、迁移能力、侵袭能力及克隆形成能力。同时,其对正常乳腺细胞无显著性影响。进一步通过蛋白筛选分析,发现左金丸可显著性提高MB231细胞ATG4B蛋白水平,并显著性促进细胞自噬进程。通过药物诱导体外实验,确认了激活自噬进程可显著抑制MB231细胞的肿瘤表型。此外,采用CRISPR/Cas9技术建立ATG4B敲除的MB231细胞株,将左金丸水提取液暴露该模型细胞后,发现左金丸对三阴性乳腺癌的抑制作用及对胞内自噬的调控能力均显著性减弱。结果表明:ATG4B蛋白是左金丸在三阴性乳腺癌MB231中的高特异性靶点,左金丸水提取液可显著提高ATG4B的表达,进而促进细胞自噬进程,抑制三阴性乳腺癌进展。
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  疲劳尺寸效应之高应力体积法研究进展

  何金超, 朱顺鹏, 牛晓鹏, 廖鼎, 罗昌齐

  北京工业大学学报. 2025, 0(08): 1004-1016.

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  随着重大装备结构尺寸的愈趋增大及对安全运行需求的不断提升,对其可靠性指标提出了更高要求,推动了尺寸效应下疲劳寿命预测理论的发展。尺寸效应泛指尺寸相关因素对材料/结构疲劳强度的影响。传统疲劳设计理论通常以小尺寸材料级试验为依托,并通过经验性尺寸系数量化尺寸效应的影响。作为常用的尺寸效应建模方法,高应力体积法实现了不同尺寸结构间疲劳性能的精确描述和稳健传递。该文系统阐释尺寸效应下疲劳寿命评估发展史及基本分析流程,总结高应力体积法发展现状及尺寸效应分析流程,对比高应力体积法与临界距离、最弱链等理论的预测效果及方法优缺点,最后,总结、梳理其发展瓶颈并对未来发展方向作出展望。