2024年, 第45卷, 第06期　
刊出日期：2024-06-15

  

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  电梯门机异常检测和故障定位方法

  范玉川, 范波, 陈卓, 张孝顺

  东北大学学报(自然科学版). 2024, 45(06): 761-768.

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  提出一种电梯门机运行异常检测和故障定位方法.首先，从电梯门机的运行数据中分离出开关门曲线并将其划分为10个运行段，提取各段的数据特征.其次，提出基于箱线图的异常检测方法并利用各运行段的累积数据特征进行异常诊断；为防止数据不满足正态分布而造成的诊断误差，加入了门机特征数据的正态性检验方法，并对不满足正态分布的数据进行Box-Cox变换，使其满足正态分布.最后，提取电梯门机分段特征数据，采用极限学习机（ELM）对门刀卡阻故障、整体阻力增大故障和同步带松脱故障3种故障进行分类模型训练.经实验验证，提出的异常检测方法和故障定位方法准确度高，具有较高的应用推广价值.
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  基于改进YOLOv4轻量化网络的机械手状态检测算法

  郭立新, 毕素涛, 赵明扬

  东北大学学报(自然科学版). 2024, 45(06): 769-775.

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  YOLOv4网络结构复杂、参数较多、模型较大，因此极大地限制了其在工业上的应用.针对这一问题，提出一种改进YOLOv4的轻量化网络.首先，采用GhostNet代替YOLOv4主干网络，简化网络结构，降低模型参数量；其次，为了弥补网络简化后带来的精度损失，在其余两个输出特征层后加入Spatial Pyramid Pooling结构，加强特征提取；再次，加入Squeeze and Excitation Network通道注意力机制，增强网络重要信息提取能力；最后，将损失函数CIOU替换为SIOU，加快模型收敛，进而产生更好的模型.实验结果表明，在满足工业要求的前提下，改进后的轻量化网络相比于YOLOv4网络，在牺牲较小检测精度的情况下，模型参数量和计算量大幅下降，同时检测速度得到了提升，从而证明了改进算法在光纤插拔任务中机械手夹持状态识别检测的有效性.
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  音乐多模态数据情感识别方法的研究

  韩东红, 孔彦茹, 展艺萌, 刘源

  东北大学学报(自然科学版). 2024, 45(06): 776-785+792.

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  音乐情感识别研究在音乐智能推荐和音乐可视化等领域有着广阔的应用前景.针对该研究中存在的仅利用低层音频特征进行情感识别时效果有限且可解释性差的问题，首先，构建能够学习音符语义信息的基于乐器数字接口（MIDI）数据的情感识别模型ERMSLM(emotion recognition model based on skip-gram and LSTM using MIDI data)，该模型的特征是由基于跳字模型（skip-gram）和长短期记忆（LSTM）网络提取的旋律特征，利用预训练的多层感知机（MLP）提取的调性特征以及手动构建的特征3部分连接而成；其次，构建融合歌词和社交标签的基于文本数据的情感识别模型ERMBT(emotion recognition model based on BERT using text data)，其中歌词特征是由基于BERT(bidirectional encoder representations from trans formers)提取的情感特征、利用英文单词情感标准（ANEW）列表所构建的情感词典特征以及歌词的词频—逆文本频率（TF-IDF）特征所组成；最后，围绕MIDI和文本两种数据构建特征级融合和决策级融合两种多模态融合模型.实验结果表明，ERMSLM和ERMBT模型分别可达到56.93%,72.62%的准确率，决策级多模态融合模型效果更优.
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  基于注意力机制的自适应图卷积三维点云识别算法

  马原, 佘黎煌, 李佳蔚, 鲍喜荣

  东北大学学报(自然科学版). 2024, 45(06): 786-792.

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  为了更好地捕捉三维点云的局部几何结构信息，提出了一种基于注意力机制的自适应图卷积三维点云识别算法.为了解决固定卷积核忽略特征的缺点，首先通过图结构特征动态学习自适应卷积核；其次为了提高模型对局部几何结构的建模能力，通过向量注意力机制自适应地调整卷积核的权重分配；而后使用点云的位置特征构建图，并利用自适应卷积核来对新构建的图结构特征进行卷积操作；最后通过池化得到新的点云特征.实验结果表明，相较之前的点云卷积算法，所提算法在采样点较少时仍可以很好地提取局部几何结构信息并在分类任务上取得较高精度.所提算法在ModelNet40,ScanObjectNN和ShapeNetPart数据集上的效果对比目前的点云分类和分割方法具有一定的优势.
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  基于VMD的双通道构音障碍语音特征图谱提取算法

  薛珮芸, 白静, 张楠, 赵建星

  东北大学学报(自然科学版). 2024, 45(06): 793-801.

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  针对在提取构音障碍患者语音有效特征信息不足，导致语音识别率低的问题，提出一种基于变分模态分解（VMD）的多尺度双通道滤波器组（MBCFbank）特征图谱提取算法.首先，为了更好地提取符合人耳听觉结构特性的声学特征，提出一种双通道滤波器组（BCFbank）特征提取算法，该算法采用Mel滤波后做对数变换，同时采用Gammatone滤波后作非线性响度变换；其次，采用VMD来优化BCFbank特征，对分解后的多个语音信号分量筛选出相关系数较高的3个，分别提取其BCFbank特征及其差分特征，同时对未分解的语音信号提取BCFbank特征，从而构成MBCFbank特征图谱；最后，在双路语音识别模型上进行训练和识别.实验结果表明，基于BCFbank特征、MBCFbank特征图谱的语音识别模型准确率最高分别达到了87.82%,94.34%，优于Fbank特征的识别效果.
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  SiCp粒径级配对55%SiCp/6061Al复合材料组织和性能的影响

  王梦奇, 刘越, 肖春林, 刘春明

  东北大学学报(自然科学版). 2024, 45(06): 802-807.

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  采用真空热压法制备了55%SiCp/6061Al(55%为体积分数)复合材料，研究SiCp粒径级配对复合材料SiCp分布均匀度、致密度和抗弯强度的影响.研究结果表明：粒径级配复合材料组织致密、SiCp分布均匀且SiCp与6061Al合金基体界面结合强度高.双粒径（60+25）μm、质量比4∶1复合材料热处理后抗弯强度由395 MPa提高为548 MPa；三粒径级配为（120+60+25）μm、质量比为1∶1∶1的复合材料热处理前抗弯强度最高，为397 MPa；双粒径级配（106+25）μm、质量比4∶1的复合材料致密度>99.0%、均匀度>90.00%、热处理后抗弯强度>400MPa，具有优异的综合性能.
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  颗粒击穿气泡时气泡的变形和破裂

  王飞, 杨泽, 陈进, 苏志坚

  东北大学学报(自然科学版). 2024, 45(06): 808-815+836.

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  通过高速摄像机拍摄研究了颗粒击穿半球气泡破碎的演变过程.观察并分析了气泡成型后边缘再生和对流情况、受到颗粒击穿时气泡破碎的概率、以及成孔后的气泡破碎行为.通过量纲分析以及实验研究发现，气泡破碎概率是雷诺数和韦伯数的函数，概率P=1.08 (Re^0.5We^0.25)^0.664，且当Re^0.5We^0.25> 1 020时，概率升至100%，气泡破碎形成的不稳定性射流数量是奥内佐格数Oh的函数.气泡液膜的卷曲速度随溶液浓度提高而升高，气泡液厚度随浓度提高而减小.
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  烧结工艺对多孔钛微观结构及力学性能的影响

  赵家豪, 曲扬, 罗洪杰, 杨世杰

  东北大学学报(自然科学版). 2024, 45(06): 816-822.

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  烧结作为多孔钛成型过程中的关键步骤之一，通过控制烧结条件能够赋予多孔钛优异的力学性能.以镁粉和镁颗粒作为造孔剂，采用真空蒸馏烧结在不同烧结条件下制备了造孔剂添加量为60%的液固过滤用多孔钛，并对其微观结构、压缩性能和抗弯性能进行了表征和测试.研究表明：随烧结温度的升高和烧结时间的延长，多孔钛的孔径减小、孔隙率下降、孔隙球化；当烧结温度低于1 150℃时，多孔钛的轴向收缩始终大于径向收缩；屈服强度和弯曲强度在烧结温度为1 150℃、烧结时间为180 min时达到最大，分别为158.60和230.40 MPa.
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  LiF-ZrF₄熔盐体系离子结构的Raman光谱

  康红光, 胡宪伟, 赵婉婷, 于江玉

  东北大学学报(自然科学版). 2024, 45(06): 823-828.

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  采用Raman光谱和量子化学计算相结合的方法，研究了803～1 086 K下，ZrF₄摩尔分数为10%～60%的LiF-ZrF₄熔盐体系的离子结构特征及变化规律.研究结果表明：熔体中含有ZrF₅^-,ZrF₆^2-,ZrF₇^3-和ZrF₈^4-四种络合阴离子团，其中以ZrF₇^3-和ZrF₈^4-为主，二者摩尔分数之和高达90%～94%,ZrF₅^-和ZrF₆^2-含量较少.在熔盐升温初始阶段，熔盐中发生ZrF₇^3-与ZrF₆^2-生成ZrF₈^4-和ZrF₅^-的反应(ZrF₇^3-+ZrF₆^2-→ZrF₈^4-+ZrF₅^-)；到达一定温度后，熔盐中发生ZrF₈^4-与ZrF₆^2-生成ZrF₇^3-,ZrF₅^-和F^-的反应(ZrF₈^4-+ZrF₆^2-→ZrF₇^3-+ZrF₅^-+2F^-).随着ZrF₄质量分数增加，熔盐中ZrF₅^-含量增加，ZrF₆^2-,ZrF₇^3-和ZrF₈^4-的含量减少.
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  基于NSGA-Ⅱ的串联机器人几何参数公差的多目标优化分配

  房立金, 高跃, 曹新星, 巩云鹏

  东北大学学报(自然科学版). 2024, 45(06): 829-836.

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  为了提高机器人末端执行器的几何定位精度，在机器人精度的初始设计阶段合理分配几何参数公差，提出了一种带精英策略的快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）的以成本与精度为目标的多目标公差优化分配方法.以ROKAE XB7型6自由度串联机器人为研究对象，分别基于遗传算法（GA）的最小成本单目标公差优化分配方法和NSGA-Ⅱ的多目标公差优化分配方法对DH(Denavit-Hartenberg)参数的公差优化分配.在精度设计目标和遗传算法参数设置相同的情况下，与基于遗传算法的最小成本的几何参数公差优化分配相比，基于NSGA-Ⅱ的多目标公差优化分配能够给出不同制造成本和不同精度设计要求的一系列最优解，在得到同等制造成本和机器人精度的情况下，公差的容错松弛率相对较高，参数公差优化分配的结果更优.
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  基于改进JH-2模型的氟金云母本构关系开发与模拟

  马廉洁, 于学荞, 韩智斌, 潘帅

  东北大学学报(自然科学版). 2024, 45(06): 837-842+849.

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  基于JH-2理论模型,建立了针对脆性材料有限元仿真改进的JH-2离散化模型,以此为本构模型对DEFORM软件的用户端模块进行了二次开发并对工程陶瓷的切削力进行了仿真分析.通过氟金云母车削试验,对比了JH-2离散化模型和J-C理想化模型的仿真效果,分析了切削速度、进给速度和切削深度三种工艺参数对切削力仿真的影响并验证了JH-2模型的准确性和可靠性.试验结果表明,切削力仿真值与试验值变化趋势相同且精度良好,相比于J-C理想化模型,JH-2离散化模型模拟的脆性材料加工形貌更符合实际情况.因此,在针对工程陶瓷的有限元研究中,改进的JH-2离散化模型相对于J-C模型在理论分析和仿真预测上均具有显著优势.
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  基于晶体塑性有限元法的316LN不锈钢单轴力学行为

  陈小辉, 陈天祥, 朱琳, 郎朗

  东北大学学报(自然科学版). 2024, 45(06): 843-849.

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  为了更准确描述316LN不锈钢单轴力学行为，在率相关晶体塑性理论框架下，以Ahmadzadeh-Varvani (A-V)随动硬化准则为基础，构建了多晶循环塑性本构模型.通过程序UMAT将其移植到有限元软件ABAQUS中，并通过Voronoi图建立二维多晶有限元模型；分别模拟了不同加载率、应变循环和非对称应力循环条件下316LN不锈钢的变形行为.对比模拟结果与实验数据可知：单轴拉伸条件下，两者的应力误差在±0.9%附近波动，最大应力误差仅为1.9%；应变循环条件下，两者的最大应力误差出现在第5圈，拉伸和压缩阶段应力误差分别为11.4%和12.2%，循环稳定后，拉伸和压缩阶段应力误差分别为7.4%和7.9%；应力循环条件下，两者的误差主要体现在滞环宽度上，模拟的滞环面积相对较窄，但滞环演化趋势误差较小.
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  面向外骨骼性能评估的多源生理能耗预测

  李坦, 王宏, 金博丕, 吴志伟

  东北大学学报(自然科学版). 2024, 45(06): 850-857.

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  在外骨骼设计过程中，助力性能评估直接影响整体结构的安全性和效率.针对目前性能评估多采用单一指标问题，提出了一种基于多源生理信号（表面肌电、脉搏和呼吸）的长短期记忆（long short-term memory,LSTM）网络运动能耗预测方法 .该方法首先对生理信号进行处理和特征提取，然后使用6层LSTM模型进行预测，并使用K折交叉验证方法进行验证.同时，与决策树（decision tree,DT）和支持向量机（support vector machine,SVM）进行了对比实验.最后，建立了在线能耗监测系统，作为评估外骨骼助力性能的依据.结果表明，三源信号均方根差（root mean square error,RMSE）为0.073 kJ，证明了采用多源生理信号融合预测的可行性；LSTM的RMSE相较于DT,SVM下降了39.53%,15.68%，测试集的总能耗值误差值为23.98kJ，说明LSTM模型对于总能耗预测效果最好，可用于外骨骼的助力性能评估.
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  具有不确定滑转的轮式移动机器人轨迹跟踪控制方法

  吴昊, 梁忠超, 王文成, 王永富

  东北大学学报(自然科学版). 2024, 45(06): 858-865.

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  轮式移动机器人在松软复杂地形条件下容易发生车轮滑转，影响轨迹跟踪精度.为提高机器人在该情况下的轨迹跟踪准确性，提出了一种基于容错控制的自适应滑转补偿控制器.首先，考虑车轮滑转率建立了四轮移动机器人运动学模型，并构建了相应的轨迹跟踪误差模型；然后，根据容错控制方法设计了滑转补偿项，并基于Lyapunov稳定性理论证明了自适应滑转补偿控制器的稳定性，实现了对由车轮滑转引起的速度误差的准确补偿；最后，利用四轮移动机器人进行了两种工况下的实验验证.结果表明，设计的控制器能够使移动机器人在未知的车轮滑转率条件下准确跟踪理想路径，并且相较于常规控制器有更强的鲁棒性和更高的跟踪精度.
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  基于DS-InSAR的蒲河煤矿采空区地表形变监测与开采参数反演

  敖萌, 孙颖, 魏恋欢, 张化南

  东北大学学报(自然科学版). 2024, 45(06): 866-873+882.

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  合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术在有植被覆盖的矿区难以识别到足够多的监测点目标，导致形变结果无法反映矿区真实形变特征.采用分布式散射体InSAR分析方法，能够有效提高植被密集区域雷达相干目标数量，从而准确描述矿区形变的时间演化规律和空间分布特征.矿区长期高强度开采会引发采空区的地表变形，严重威胁矿区基础设施建设和人员生命财产安全.基于沈阳蒲河煤矿采空区InSAR高精度监测数据，通过地球物理建模反演得到矿区地下关键开采参数，模拟的矿区形变场与InSAR监测结果较为一致，且反演开采参数符合真实开采情况.结合InSAR监测结果与Okada模型反演矿区参数，能够准确描述由采矿造成的采空区地表形变，为科学制定地下开采计划及矿区可持续开发提供重要信息.
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  考虑T应力及裂隙参数的岩体压剪断裂准则

  刘红岩, 祝凤金, 周月智, 郑秀华

  东北大学学报(自然科学版). 2024, 45(06): 874-882.

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  针对压剪作用下裂隙面将发生闭合及摩擦滑移的特点，首先基于Muskhelishvili复变函数理论，建立了压剪作用下裂隙岩体的Kolossoff-Muskhelishvilli应力函数，并求得考虑裂隙3类参数（即几何参数、摩擦强度参数和变形参数）的裂隙尖端应力强度因子K和3个T应力分量的计算公式；其次，将其代入经典的最大周向应力准则，得到考虑裂隙尖端T应力及裂隙3类参数的修正最大周向应力准则；同时该准则认为裂隙法向及切向刚度与裂隙面受力特征密切相关，而非定值，并给出了不同裂隙倾角时的裂隙变形参数.最后，基于压剪作用下翼裂纹起裂角试验结果对该准则的合理性进行了初步验证，结果说明考虑裂隙变形参数是有必要的.
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  钢铁企业除尘用涤纶滤料在复杂烟气环境下的老化行为分析

  代峰, 柳静献

  东北大学学报(自然科学版). 2024, 45(06): 883-889.

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  为研究高温烟气中酸碱耦合作用对滤料性能的影响，在3种不同温度（45,75和130℃）下对涤纶滤料进行酸碱交互老化试验.发现涤纶滤料在高温酸碱耦合环境下的耐水解性能较差，且先受到碱再受到酸腐蚀对滤料产生巨大影响.在130℃下，经碱性环境和酸性环境的交互老化后，滤料的拉伸断裂强力和面层剥离强力分别为由1 638.8,143.1 N下降到1 100.8,19.1 N,FT-IR(Fourier transform infrared spectroscopy)显示，C-O吸收峰减弱，表明水解过程中的聚对苯二甲酸乙二醇大分子链断裂，这也是发生水解和性能下降的主要原因.
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  生物质气化过程焦油裂解脱除技术

  姚锡文, 刘清华, 周浩东, 许开立

  东北大学学报(自然科学版). 2024, 45(06): 890-896.

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  为了明晰近年来生物质气化焦油裂解脱除技术的研究现状，针对生物质气化过程中焦油的产生机理及其热化学脱除等问题，采用文献研究、归纳总结和对比分析等方法对不同生物质气化炉气化技术及控制焦油原始排放方面的特点等进行了综述研究，分析了焦油热裂解脱除技术和催化裂解技术的发展，对比分析了不同焦油裂解催化剂的优缺点，指明了目前催化剂发展的主要方向，并指出将焦油催化裂解和物理脱除等方法集成到一起，如焦油催化裂解、重整、气液分离、电捕焦油等，是实现生物质气化工艺优化的一条有效途径.
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  基于EET非参数方法的时间分配偏好研究

  陆阳, 王健

  东北大学学报(自然科学版). 2024, 45(06): 897-904.

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  为研究人们的时间分配偏好，提出使用EET(equality equivalence test)非参数方法进行研究.首先，根据EET方法将决策者的时间分配偏好分为9类，再结合时间问题的特殊性提出相关研究假设；然后，分别开展关于时间和金钱的行为实验，基于无差异曲线判断决策者的分配偏好类型，进而分析人们时间分配偏好的特征.研究发现：相对于金钱，人们在时间分配上更易受他人影响，由于时间的不可测性，人们在决策中使用启发式思维导致对自己和对他人的分配结果趋同；当决策者获得奖励大于另一方时，其在分配时表现得更乐善好施，在不利情形下更具恶意；未发现极度恶意的分配偏好类型.
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  面向订单装配系统（ATO）两阶段随机库存优化研究

  靖可, 刘宇, 李乐华

  东北大学学报(自然科学版). 2024, 45(06): 905-912.

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  基于零部件的基本库存水平补货策略，在多周期订单产品需求不确定情况下构建两阶段随机优化模型：第一阶段在需求未知情况下，规划不同零部件基本库存水平决策变量，实现系统收益最大化；第二阶段针对订单交货期约束创新性设计订单指派决策变量，考虑在不确定需求收益和订单延期惩罚情况下，最大化订单期望收益.通过采样获取不同需求场景，并将不确定需求转成期望需求，针对该期望需求下的单阶段确定性模型求解，并与随机模型结果进行对比.数值实验表明，随机模型的优化结果远差于确定性模型，即未知信息具有一定的价值；同时通过对模型中参数的灵敏度分析，得到了实际中提升系统收益的策略.