吉林大学学报(工学版)

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商蕾, 杨萍, 杨祥国, 潘建欣, 杨军, 张梦如

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2401-2413. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20231068

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针对质子交换膜燃料电池热管理系统存在响应速度慢、系统振荡、温度波动大及强耦合性等问题，本文提出了一种冷却液流量跟随电流控制，基于自适应粒子群算法优化神经网络的PID控制策略，并在Matlab/Simulink平台搭建燃料电池堆功率为125 kW质子交换膜燃料电池热管理系统，用于分析各零部件之间的流量分配和热量交换，在不同工况下与神经网络优化的PID控制策略和传统PID控制策略进行对比。仿真结果表明：在不同工况下，本文提出的控制策略能实现散热风扇和循环水泵的解耦；在阶跃信号测试下，实现循环水泵流量跟随电流快速响应；在动态性能测试下，实现无超调且在30 s内稳定，减小系统的振荡量，减轻燃料电池堆进出口冷却液温差和燃料电池堆电压的波动程度。结果说明该控制策略具有良好的控制性能。

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基于线性二次型调节器的四轮转向与分布式集成控制方法

吴量, 顾义凡, 邢彪, 马芳武, 倪利伟, 贾微微

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2414-2422. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221440

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本文基于线性二次型调节器，集成四轮转向和直接横摆力矩控制设计了一种车辆稳定控制器，实现协同控制策略的创新。该控制系统采用分层结构，上层为基于线性二次型调节器的横摆力矩决策层，下层为驱动力分配层。上层控制器采用迭代法实时求解黎卡提方程得到后轮转角与附加横摆力矩，以完成对质心侧偏角、横摆角速度的优化；下层控制器采用平均分配与序列二次规划两种分配方法，对求得的纵向力与附加横摆力矩进行四轮转矩分配。为了验证控制器的有效性，采用前轮转角阶跃、正弦两种工况对其进行仿真及实车试验。结果表明：该控制器能够使车辆质心侧偏角、横摆角速度较好地追踪理想值，车辆稳定性得到了提高；同时，序列二次规划法更好地降低了轮胎负荷率并延长了电机控制器的使用寿命。

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基于离散元方法的立式螺旋搅拌磨机工作性能

谢朋书, 崔达, 王国强, 李凯

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2423-2431. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221424

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对影响立式螺旋搅拌磨机工作性能的主要结构及特征参数进行分析研究，提出了关键工作参数选择方法。基于离散元方法，首先建立了立式螺旋搅拌磨机的仿真模型，分析了主轴转速、搅拌器导程和研磨介质尺寸分布对磨矿性能的影响；然后，提出综合磨矿性能指标，对各参数进行正交试验，得到磨矿效果的量化值；最后，得到在特定权重系数下的最优工作参数组合，为磨机的优化设计提供了参考方法。

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高速电主轴系统振动特性和精度可靠性分析

黄贤振, 郭斌, 姜智元, 唐继武

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2432-2440. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221411

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为了量化分析高速电主轴系统的结构和材料参数随机性对电主轴加工质量的影响，基于有限元法建立了电主轴-轴承-刀具系统模型，该模型考虑了质量偏心对电主轴振动特性的影响。此外，以刀尖许用振动幅度为阈值并结合Kriging理论提出了电主轴系统加工精度的可靠性分析方法。最后，采用本文方法深入分析了电主轴转速和预紧力对刀具振动的耦合影响。研究表明：由不平衡量引起的刀具刀尖的振动可靠度分别随着电主轴转速和轴承预紧力的增加而提高。

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基于流量可调重分配的级联失效模型

郑长江, 陶童统, 陈志超

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2441-2450. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221397

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为提高城市道路交通网络可靠性，减少级联失效对网络造成的危害，本文对城市路网级联失效进行研究。首先，构建具有双层网络结构特性的城市道路交通网络模型。其次，根据容量-流量模型以及城市路网特点，建立城市道路交通网络级联失效模型。再次，利用网络效率、网络阻塞程度、网络通行质量、正常节点比4个指标对网络可靠性进行评估，分析了不同攻击策略、拥堵失效阈值对道路交通网络可靠性的影响。最后，以上海市某区域道路交通网络为例进行案例仿真分析。仿真结果表明：选择性攻击下网络的可靠性更低；失效阈值越小，网络的可靠性越高，级联失效抗毁性越强。研究结果对提高城市道路交通网络可靠性和增强网络级联失效抗毁性具有重要的现实意义。

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凸面法兰连接下的螺栓载荷均匀性分析

李玲, 杜旭阳, 王晶晶, 阮晓光, 蔡安江

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2451-2459. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221393

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通过构建弹性相互作用模型，优化凸面法兰连接的螺栓预紧力均匀性。将一次弹性相互作用系数法扩展至多次拧紧过程，通过解析模型预测各拧紧步数下所有螺栓的初始预紧力。建立三维有限元模型验证其准确性，并探究拧紧顺序与步数的影响。结果表明：对称拧紧三步法可最小化弹性相互作用，提升预紧力均匀性。考虑弹性相互作用的模型进一步优化了均匀性，更接近目标值。该方法有效解决了预紧力分散问题，为螺栓法兰结构的安全可靠性设计提供了科学依据。

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中国空间站燃烧科学柜火焰传播速度地面测量试验

方钰, 梅德清, 郑会龙, 杨肖芳, 武海龙, 张晓武

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2460-2468. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221503

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基于本生火焰法，结合数字图像处理技术，应用中国空间站燃烧科学柜开展了甲烷和乙烯火焰传播速度地面测量试验，以期为将来的天地（微重力-常重力）燃烧对比试验提供地面数据，并为燃烧科学柜在轨科学研究奠定基础。结果表明：随着当量比的升高，火焰传播速度先上升后下降，火焰高度先下降后上升，二者均在当量比为1.04左右取得最值。甲烷预混燃烧的最高火焰传播速度约为37.36 cm/s，乙烯预混燃烧的最高火焰传播速度约为67.58 cm/s，后者约为前者的1.81倍。当量比一定时，未燃混合气出口流量或出口雷诺数的改变不会引起火焰传播速度的变化，但会显著影响火焰的高度。

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刚度增强型金属连梁阻尼器的抗震性能

杨伟松, 张安, 许卫晓, 李海生, 杜轲

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2469-2483. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221510

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为控制装有连梁金属阻尼器的联肢墙结构在极震下的残余位移并促进结构体系整体屈服模式的形成，提出了一种基于滑移连接组合而成的金属阻尼器。采用拟静力试验对其抗震性能进行全面研究，验证该阻尼器分阶段屈服和刚度增强的特性。试验结果表明：该阻尼器不仅可以达到分阶段屈服和刚度增强的效果，而且具有良好的变形能力和耗能性能，可根据滑移距离和矩形剪切板厚度等参数进行优化设计。进一步建立新型消能连梁-联肢墙结构体系的数值对比模型进行了动力时程分析。本文提出的阻尼器在罕遇地震中可以通过二阶刚度增强控制残余位移，有利于增强结构体系极震下抗倒塌能力并达到极震后易修复目的。

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螺旋箍筋-波纹管浆锚连接锚固性能试验

赵金全, 周龙, 丁永刚, 朱熔基

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2484-2494. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221478

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为了对螺旋箍筋-波纹管约束浆锚连接在装配式结构中的应用提供理论依据，设计并制作了21个锚固拉拔试件，通过单向拉拔试验，分析了试件的受力过程及不同影响因素对试件黏结锚固强度的影响规律。结果表明：试件的破坏形态主要为拔出、劈裂拔出、拉断和劈裂拉断等4种；黏结强度随着锚固长度和钢筋直径的增加而减小；随着波纹管直径的增大，黏结强度与钢筋直径呈非线性变化；平均极限黏结强度随着灌浆料强度的增加而提高且锚固长度可进一步缩短至5d。工程应用中，当钢筋直径不大于16 mm时，建议锚固长度取5～7d，孔径比取2.5～4.28，当灌浆料强度f_cu≥80 MPa时，锚固长度不低于5d。

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H型翅片椭圆管壁面磨损特性的数值模拟

吴金星, 马宇翔, 肖嘉邦, 徐耀, 李松歌

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2495-2501. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230458

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为确定H型翅片椭圆管的修复周期，本文使用离散相模型（DPM）对烟气冲蚀H型翅片椭圆管进行三维数值模拟，得到壁面的磨损特性，并研究了长短轴之比、翅片厚度、翅片节距对主管壁面及翅片壁面的磨损规律。结果表明：主管壁面和翅片磨损率都随着长短轴之比和翅片节距的增加而不断下降，翅片壁面的磨损率随着翅片厚度的增加而不断上升。通过改变翅片间距，能使基管壁面磨损率下降46%；通过改变翅片厚度，能将翅片壁面磨损率增大212%。

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混凝土加强波纹钢组合板抗弯刚度及承载能力

刘保东, 李芳, 王晓溪, 高猛

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2502-2510. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221405

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为了增强单层波纹钢板（CSP）的承载能力，在波纹钢板上焊接栓钉作为剪力连接件，然后在波纹钢板上浇筑混凝土层，二者共同受力。对3块混凝土加强波纹钢板组合构件进行了静力加载，分析了不同混凝土厚度对构件受力性能的影响，并验证了焊接栓钉作为剪力连接件的可靠性。试验结果表明：相较于单层波纹钢板，组合板的承载能力提高了60%～111%，并且其抗弯刚度是单层波纹钢板的4倍以上。基于波纹钢板-混凝土（CSPC）组合板的受力性能，提出了适用于波纹钢组合板弯曲刚度的计算方法。随后通过ABAQUS软件建立了数值模型并验证了其可靠性。本文研究结果为混凝土加强波纹钢组合结构在大跨桥涵中的应用提供了设计参考。

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面向智能汽车-行人交互的虚拟测试场景构建

郭洪艳, 张家铭, 刘俊, 胡云峰

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2511-2519. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221425

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针对城市工况下的智能汽车与行人交互测试需求，提出了一种综合考虑场景在真实世界中的出现频率及其对人车交互性能挑战程度的场景生成方法。首先，依据智能汽车与行人交互的关键特征从自然驾驶数据集中提取出行人横穿道路原始场景数据；然后，针对加速测试需求设计了基于重要性采样理论的关键场景提取方法，从原始场景中提取并构建针对智能汽车-行人交互测试的重要场景；最后，通过对重要场景与原始场景的数据分布比较，证明本文方法能够有效筛选出驾驶过程中可能对安全性能带来挑战的场景，从而实现加速测试，同时兼顾测试场景的统计特征。

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建成环境对路内停车泊位使用率的非线性影响模型

周锡浈, 宫贺, 李敦敦, 季彦婕, 严杰

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2520-2530. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221460

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为精细化把握微观空间尺度下的路内停车需求规律，针对工作日和非工作日两种典型场景，分别构建了分位数回归模型，揭示了土地利用、停车站点属性、交通因素、社会人口和经济对路内停车泊位使用率的非线性影响。研究结果表明：分位数回归模型捕捉研究变量间复杂关系的性能显著优于传统线性回归模型；解释变量的回归系数和显著性水平随着分位数的变化而变化，且工作日和非工作日存在明显异质性。例如，停车站点周边公交站的数量与低、高泊位使用率密切相关，而该变量在中等泊位使用率下无统计学意义；工作日餐饮类兴趣点对路内停车泊位使用率的影响并不显著。

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CapsNet融合D-BiLSTM的区域复杂路网交通速度预测

曹洁, 苏广, 张红, 李鹏辉

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2531-2539. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221455

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针对交通模式复杂和动态的时空相关性导致现有预测方法在结构深度和预测尺度方面不足以学习交通演变的问题，提出了一种结合胶囊网络（CapsNet）和深层双向LSTM(DBiLSTM)的深度学习模型。该模型采用CapsNet识别路网的空间拓扑结构并提取空间特征，融合D-BiLSTM网络，同时考虑交通状态的前向和后向依赖关系，捕获不同历史时期的双向时间相关性，对目标区域内大规模复杂路网的交通进行预测。在真实交通路网速度数据集上进行的实验表明：提出模型的预测精度平均提高了10%以上，优于其他方法，在区域复杂路网的交通预测中具有较高的预测精度和良好的鲁棒性。

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考虑等待忍耐时间的电动自行车违规行为研判

董春娇, 陆育霄, 马社强, 李鹏辉

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2540-2546. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221516

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引入生存分析法，将不违规和违规电动自行车骑行者的等待忍耐时间分别作为删失和完全数据，建立了电动自行车违规率函数，估算了单因素影响下的电动自行车违规率。将部分等待忍耐时间做分布形式假设，构建融合了参数方法和非参数方法特征的Cox比例风险回归模型，刻画多因素影响下的电动自行车违规行为。提取了1 335辆非机动车的等待行为数据，结合乘积极限法得到性别、年龄和非机动车类型影响下的电动车违规率函数。研究结果表明：中老年电动自行车骑行者违规率始终高于青年；当等待时间少于25 s时，女性电动自行车骑行者的违规率更高；当等待时间少于44 s或者在88～100 s时，电动自行车的违规率高于传统自行车和电动三轮车。与传统自行车违规行为的“从众”效应不同，当非机动车道狭窄或者是组群规模足够大，能够抑制电动自行车违规行为。增设协管员和专用左转相位能有效减少电动自行车违规行为。

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共驾型智能车辆人机接管行为序列编码与解析

严利鑫, 曾涛, 贺宜, 郭军华, 胡鑫辉

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2547-2556. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221391

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共驾型智能车辆同时具备人工驾驶和自动驾驶模式，其驾驶行为特性必将呈现新的特征。本文收集了15名被试人机接管的驾驶数据，采用符号聚合近似方法和视频录像标定法构建了驾驶行为特征图谱，通过最长公共子序列算法得出共通行为序列。结果表明，当车辆前方出现障碍物时，驾驶接管共通行为序列为：同时注视前方和制动踏板踩下-同时观察左后视镜和打开左转向灯-向左打方向盘-关闭左转向灯，该结论有助于提高智能车辆接管的有效性。

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基于悬锤系统的简支梁桥冲击系数测试方法适用性

薛宇欣, 周勇军, 王业路, 范凯翔, 赵煜

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2557-2567. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221390

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为研究悬锤系统在桥梁动力测试中的应用，以标准跨径简支梁/板桥为对象，采用理论推导、数值模拟与试验验证相结合的方法开展研究。首先，根据达朗贝尔原理推导了车-桥-悬锤系统耦合振动理论方程；然后，基于ANSYS软件编制分析程序进行数值计算，研究悬挂长度、铁丝直径、弹性模量以及悬锤质量对悬锤法测试冲击系数结果的影响，并与支架法测试结果对比，结合响应面分析，针对不同桥型提出了悬锤系统参数选型建议；最后，选取一座30 m简支箱梁桥进行动载试验，分别采用支架法与悬锤法测试挠度冲击系数，验证本文参数选型。结果表明：铁丝直径和悬锤质量交互作用显著；为满足悬锤法与支架法测量冲击系数差值小于5%的要求，铁丝直径以及悬锤质量的最佳取值应随悬挂长度增加而增大。

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装配式小箱梁桥超高性能混凝土免支模湿接缝抗弯性能

朱劲松, 佟欣瑶, 刘晓旭

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2568-2580. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221403

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为提高装配式小箱梁桥湿接缝的抗裂性并简化现场施工工艺，提出了一种超高性能混凝土（UHPC）免支模湿接缝构造形式和设计方法，并研究了UHPC湿接缝的抗弯性能。基于平截面假定、截面平衡条件以及钢筋、UHPC和普通混凝土的本构关系，提出了考虑受拉区UHPC对抗弯承载力贡献的UHPC-NC组合截面抗弯承载力计算方法，将理论值与有限元计算值进行对比。基于UHPC免支模湿接缝设计方法，计算其截面形式下各参数的可行值，并拟合得到湿接缝矩形条带宽度与小箱梁桥面板计算跨径的函数关系式。同时，基于有限元方法建立UHPC免支模湿接缝数值模型，分析了湿接缝构造形式和湿接缝宽度等参数对UHPC湿接缝抗弯承载力的影响规律。研究结果表明：本文方法的计算值与经验证后的有限元计算值吻合较好，可为UHPC湿接缝的设计提供指导。免支模湿接缝构造形式充分发挥了UHPC优异的力学性能，抑制了裂缝的发展，提高了桥面板的耐久性和承载力，提高了现场施工效率。当小箱梁桥横向钢筋直径为16 mm时，免支模湿接缝最小宽度为140 mm，且能发挥预制桥面板施工性能和经济性能。

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基于轨迹数据的高速公路小客车异常驾驶行为

周荣贵, 高沛, 李雨璇, 周建

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2581-2587. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221504

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为了分析不同异常驾驶行为带来的事故可能性与风险性，量化不同驾驶行为下加减速度的阈值大小，基于车辆的轨迹数据分析了速度与加速度的交互关系。采用回归的方式对速度与加速度的函数关系进行标定，构建了异常驾驶行为的数学判断模型。结果表明，在对应的速度区间内，加速度均值与1倍标准差的和可以作为一般异常行为判断阈值，此范围驾驶员存在产生风险的可能性；加速度均值与2倍标准差的和可以作为极端异常行为的判断阈值，此范围驾驶员已存在一定的风险，需要进行特定的管控。该模型克服了以往采用固定阈值的要求，能够实现实时动态的监控，为微观驾驶行为的研究提供了新方法。

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基于时空序列相似性的城轨乘客出行模式识别

张娜, 陈峰, 王剑坡, 朱亚迪

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2588-2599. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221413

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基于轨道交通智能卡数据，提出一种通过建模个体的时空序列识别出行模式的方法。首先，提取乘客个体访问的所有站点，以站间出行频次、站间距离和站点活动时长计算站点的相似性，利用层次聚类算法划分该个体的主要空间活动区域。其次，基于个体的出行次序推断时空序列，该序列为一组表征时空状态的离散值，依次采用PCA-KL和K-Means++提取相似性序列结构以识别乘客出行模式。最后，以西安某月的轨道交通智能卡数据为例，识别其乘客出行模式。结果表明，复杂的客流具有5种出行模式，其中3种典型模式宏观上属通勤出行，客流占比79%。可见，本文基于个体时空序列相似性的模式识别充分体现了研究方法的特殊性和通用性，针对不同城市操作性强。

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考虑黏结-滑移效应的UHPC梁裂缝宽度计算方法

孙永新, 蔺鹏臻, 杨子江, 冀伟

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2600-2608. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230724

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为建立适用于配筋超高性能混凝土（UHPC）梁的裂缝宽度计算公式，提出了考虑黏结-滑移效应的裂缝宽度计算方法。以钢纤维掺量、配筋率和保护层厚度为参变量，通过10片UHPC-T形截面梁的四点抗弯试验，研究了各参变量对试验梁破坏形态和最大裂缝宽度的影响规律。应用基于微元体建立的平衡与变形微分控制方程，结合考虑多影响因素的界面黏结-滑移关系，建立了配筋UHPC梁的裂缝宽度计算公式。通过与试验值、文献值对比，验证了裂缝宽度计算公式的正确性与适用性。结果表明：建立的裂缝宽度计算公式能充分体现钢纤维抗拉贡献和钢筋与UHPC界面间的黏结-滑移性能影响，其计算值与试验值吻合良好，能准确计算配筋UHPC梁的裂缝宽度。

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荷载和高温对沙漠砂混凝土单轴抗压性能的影响

刘海峰, 陶仁光, 车佳玲, 杨维武, 朱立晨

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2609-2619. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221408

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为了研究高温后的沙漠砂混凝土力学性能，采用毛乌素沙地砂代替部分中砂制备沙漠砂混凝土，对经历不同荷载和温度作用后的沙漠砂混凝土进行轴心抗压强度试验，测得应力-应变曲线，分析了荷载水平、温度等级和冷却方式对沙漠砂混凝土高温后的质量损失率、超声波速和单轴受压性能的影响。结果表明：随着温度的升高，沙漠砂混凝土质量损失率逐渐增大，轴心抗压强度逐渐减小，峰值应变显著增大，弹性模量不断降低，应力-应变曲线趋于扁平。最后，基于混凝土两阶段本构模型，建立了考虑温度和荷载水平影响的沙漠砂混凝土本构模型。

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水稻秸秆灰对混凝土抗压性能及微观结构的影响

王福成, 赵欣荣, 田家冰, 解国梁, 周立明

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2620-2630. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20240015

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为探究水稻秸秆灰对普通混凝土性能的影响规律，以不同养护天数和不同取代率（0%、5%、10%、15%、20%）的水稻秸秆灰混凝土为研究对象进行受压试验，以本构关系、峰值应力、峰值应变、弹性模量、泊松比为评价指标，揭示水稻秸秆灰对混凝土性能的影响规律，提出并建立了水稻秸秆灰混凝土本构模型，利用有限元法分析水稻秸秆灰混凝土试件受压破坏形态，通过扫描电子显微镜进行微观分析，结果表明：对比普通混凝土，随着取代率的增加，养护28 d的水稻秸秆灰混凝土应力-应变曲线有明显区别，峰值应力、峰值应变均有不同程度下降；养护128 d时曲线稍有变化，峰值应力、峰值应变均有不同程度增加，取代率5%时峰值应变提高12.24%，且长期强度最好。扫描电子显微镜图像分析表明：水稻秸秆灰中的二氧化硅可与水化产物反应，促进后期强度。研究结果可为水稻秸秆灰混凝土工业化应用提供技术支持，为生物质发电厂生产的水稻秸秆灰副产物利用以促进农业循环、增加农业收入提供了理论依据。

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融合机器学习和深度学习的大容量半结构化数据抽取算法

张磊, 焦晶, 李勃昕, 周延杰

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2631-2637. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20231214

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由于半结构化数据具有很高的数据异构性，并且数据量巨大，不同来源的数据结构不一致，导致数据抽取的准确性和完整性较低。为此，本文将机器学习和深度学习深度融合，提出一种针对大容量半结构化数据的抽取算法。利用机器学习的主成分分析法，降低大容量半结构化数据的维度。基于深度学习的转换器网络结构，分别改进嵌入层、编码层-解码层和编码层等部分，得到用于识别数据命名实体和抽取数据实体关系的两种数据抽取算法，实现大容量半结构化数据的抽取。经测试结果验证，所提算法的正确抽取成效显著，无效数据项的最小抽取量仅有4个，且抽取复杂度较低，时效价值较高，F值和抽取时间的消融实验结果充分证明，两种技术的融合对数据抽取研究意义重大，F值始终保持在92以上，抽取时间缩短至125ms内，具备较强的可行性，为提升运营效率、优化资源配置提供重要手段。

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基于RGHS图像增强和改进YOLOv5网络的黄颡鱼目标提取

李路, 宋均琦, 朱明, 谭鹤群, 周玉凡, 孙超奇, 周铖钰

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2638-2645. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230446

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针对水下能见度不佳，黄颡鱼目标提取精度低、速度慢等问题，提出了基于相对全局直方图拉伸（RGHS）算法和改进YOLOv5的黄颡鱼目标提取模型。首先，为解决光照不均、噪声大等因素带来的图像质量问题，采用RGHS算法对黄颡鱼图像进行亮度增强。然后，在YOLOv5主干网络中引入C3ghost模块和坐标注意力（CA）机制，在颈部网络中用gnConv替换普通卷积，建立改进YOLOv5模型，提升黄颡鱼目标提取精度。结果表明，改进模型的AP值、准确率、召回率比YOLOv5模型分别提升了2.76%、3.16%、3.1%,F1值提升了0.03，所占内存减少了2.3 MB，单张图片推理时间减少了0.001 s。同时，在与YOLOv4、SSD、Faster-RCNN、YOLOx模型的对比实验中，改进模型的AP值分别提升了3.27%、8.63%、2.48%、2.52%。基于RGHS图像增强的改进YOLOv5模型在保证较快速度的情况下，显著提高了黄颡鱼目标提取精度，可为鱼类状态监测方法的研究提供有益参考。

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采用神经网络架构搜索的高分辨率遥感影像目标检测

杨军, 韩鹏飞

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2646-2657. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221472

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针对传统遥感影像目标检测的深度学习网络需要人工设计、过度依赖专家经验、费力耗时等问题，提出了一种基于神经网络架构搜索的遥感影像目标检测方法，通过逐路径采样和进化搜索策略自动构建高效的目标检测网络，完成遥感影像目标检测任务。在DIOR数据集和RSOD数据集上进行了实验，目标检测平均精度达到67.8%和85.5%,FLOPs为208.47 G和201.67 G，在检测精度和计算效率方面均优于Faster R-CNN、RetinaNet、NAS-FCOS、ResNet Strikes Back、HRNet和GRoIE等现有网络模型。实验结果表明，本方法能自动搜索出高分辨率遥感影像目标检测的网络架构，具有比人工设计的经典网络更优越的性能。

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基于改进YOLOv5算法的道路目标检测方法

王宏志, 宋明轩, 程超, 解东旋

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2658-2667. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221461

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针对现有网络在道路交通场景下的远处目标识别效果欠佳、目标特征表达不充分及目标定位不准确等目标检测问题，提出一种基于改进YOLOv5算法的道路目标检测方法。首先，总结了YOLOv5算法的特征提取结构，分析出原网络结构的不足之处；其次，在原网络基础上增加小目标检测层，通过补充融合特征层及引入额外检测头，提高网络对远处目标的识别能力；再次，对原检测头进行解耦，通过将边框回归和目标分类过程改为两个分支进行，提升网络对目标特征的表达能力；然后，对先验框进行重聚类，通过K-means++算法调整先验框的高宽比例，增强网络对目标的定位能力；最后，以AP、mAP和FPS为评价指标进行消融、对比和可视化验证实验。结果表明：本文算法在BDD100K数据集上检测速度为95.2帧/s，平均精度达到55.6%，较YOLOv5算法提高6.7%。可见，改进YOLOv5算法在满足检测实时性要求的同时，具备较高的目标检测精度，适用于复杂交通环境下的道路目标检测任务，对提升自动驾驶汽车的视觉感知能力具有指导意义。

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基于链路质量优化的无线传感器网络数据传输算法

李建坡, 刘琨, 朱伟华

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2668-2675. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221436

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为提高无线传感器的网络传输速率，解决分簇路由过程的干扰、数据异常、冲突和拥塞问题，提出一种优化链路质量的数据传输算法。应用跨层设计，引入物理层信道信息，通过各簇的随机频率跳变，减弱数据收集时各簇间的干扰；定义了异常数据优先级，优化簇内时隙分配；在MAC层接入控制下，考虑影响簇间传输的因素，制订了簇间竞争方案，避免多节点接入簇头时的簇间冲突；对比接入簇头的数据队列和接收簇头的预留队列以检测拥塞，并通过路径转移解除拥塞。仿真结果表明：与LEACH、UCDTS、FPCRA算法相比，本文算法的数据传输量、网络生命周期等指标均有显著提升。

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面向不同驾驶行为模型的共享控制器设计

田彦涛, 庾文彦, 季言实, 谢波

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2676-2686. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221452

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针对驾驶员在驾驶车辆时存在差异性的问题，确保不同驾驶员驾驶车辆时均能保证整个系统的闭环稳定性，同时使车辆轨迹跟踪误差最小化，设计了H∞鲁棒控制器。建立了能够描述不同驾驶员行为的预瞄-操控模型，并将汽车动力学模型与轮胎模型结合在一起设计了整体系统模型，同时在人机共享控制双环结构的基础上设计了H∞鲁棒控制器。最后，在Simulink/CarSim联合仿真平台上验证了本文控制器能够改善汽车的跟踪性能和系统稳定性。

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基于模型预测控制的滑移率控制方法

李寿涛, 杨路, 屈如意, 孙鹏鹏, 于丁力

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2687-2696. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221401

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为了解决汽车控制中的安全问题，提高四轮轮毂电动汽车紧急制动时的纵向稳定性，本文提出一种基于模型预测控制的滑移率控制方法。首先，基于扩展卡尔曼滤波的车辆纵向速度估计器对车辆纵向速度进行准确估计，再利用基于限定记忆的递推最小二乘法辨识得到紧急制动工况下车辆的最佳滑移率。其次，上层模型预测控制器跟踪最佳滑移率，在满足安全约束条件下优化求解前后轮在不同路面附着条件下所需的制动力矩，下层转矩分配控制器在电机转矩和电池荷电状态约束条件下分配液压和再生制动力矩，提高能量回收效率。最后，在不同工况下进行仿真实验，实验结果表明本文控制系统能保证紧急制动过程中车辆的安全性和可靠性。

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玉米条带摆管式撒肥装置设计及试验

顿国强, 吴星澎, 纪欣鑫, 张福利, 纪文义, 朱礼贵

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2697-2707. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221420

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为提高玉米中耕施肥的肥料利用率及撒肥均匀性，设计一种基于无急回特性曲柄摇杆机构控制的摆管撒肥装置，通过理论分析分别确定了四杆机构尺寸及影响撒肥均匀性的主要参数。利用离散元软件EDEM模拟了摆管的摆动撒肥过程，并设计了二因素五水平二次通用旋转组合试验，分析摆管摆频、摆管倾角变化对横、纵撒肥均匀性变异系数的影响。对试验结果优化得出摆管摆频在1.21～1.5 Hz范围内，摆管倾角在36°～59°范围内时，横、纵向均匀性变异系数小于20%。在最优参数组合下进行样机试制及台架试验验证，台架试验与仿真试验的相对误差分别为1.44%、3.13%，试验结果与仿真结果一致，证明摆管撒肥装置可实现精控均匀撒肥，该研究可为摆管撒肥装置的设计提供理论参考。

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甘薯联合收获机二级输送分离装置的设计与试验

杨然兵, 张建, 尚书旗, 田光博, 翟宇鸣, 潘志国

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2708-2722. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221454

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针对甘薯两段式联合收获机作业过程中二级输送分离装置伤薯严重、土薯分离效果差等问题，设计了一种高低间隔式二级输送分离装置。通过结构参数及运动学分析，得出了影响二级输送分离装置作业效果的关键因素，同时确定了各影响因素的取值范围。基于二次正交旋转组合试验，得出了试验指标最佳的因素取值。田间收获试验表明：线速度为0.6 m/s、振动幅度为26.2 mm、振动频率为6.6 Hz时，伤薯率为0.797%、去土率为74.839%。研究结果可为甘薯两段式联合收获机的结构参数优化提供参考。

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果园多风管喷雾机风送系统流场仿真和试验

杨欣, 刘玉肖, 王阳, 陈春皓, 吕林硕

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2723-2732. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221431

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针对传统环形风送喷雾机气流分布不均匀、雾滴穿透性差的问题，设计了果园多风管喷雾机风送系统。通过对风道、转换接口、柔性风管和出风口构成的内流场进行仿真确定了最优结构参数，通过外流场仿真确定了风机转速及出风口总高度最佳参数。根据仿真结果得到最优参数组合如下：风道宽度为170 mm、转换接口夹角为40°、柔性风管直径为123 mm、出风口宽度为52 mm、风机转速为2 160 r/min、出风口总高度为1.9 m，此参数下风送系统内外流场分布均匀，气流速度大小满足作业要求。按优化参数组建喷雾机风送系统并设计气流速度试验，结果表明：仿真值与试验值符合程度高，出风口左右两侧气流速度误差小于10%。通过田间试验得到雾滴穿透性良好，冠层之间雾滴沉积密度偏差小于12%，雾滴在冠层垂直方向上分布均匀。

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推力杆球铰仿生表面改进及有限元分析

刘化民, 杨舒涵, 李义, 梁策, 韩奇钢

吉林大学学报(工学版). 2024, 54(09): 2733-2740. https://doi.org/10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221407

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将蝗虫足垫的仿生学增摩原理应用于商用车的推力杆球铰橡胶表面，在橡胶球铰表面构建仿生球冠状柔性凸起，增加球铰的刚度。改变仿生柔性凸起的高度、半径、间距，利用Abaqus软件进行有限元分析，对推力杆球铰的径向刚度、偏转刚度和扭转刚度进行研究。结果表明：凸起高度为1 mm，半径为4 mm，间距为10 mm时效果最佳。最后，综合分析了最优方案，并通过模拟和实验验证了该方案的可行性。

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刊出日期：2025-03-21

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