2023年, 第42卷, 第06期　
刊出日期：2023-12-15

  

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  河水下悬挂饱水带及非饱水带水分布与运移特征试验研究

  高宗军, 丁子祺, 刘久潭, 王贞岩, 王姝, 刘文悦

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(06): 1-10. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.06.001

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  地球陆地表层非饱和带是自然界水循环的枢纽，研究其水分布与运移特征具有重要意义。本研究通过室内砂箱试验，开展不同河水深和地下水埋深的河水渗漏补给地下水模拟试验。结果表明：河水渗漏过程中，随地下水埋深的增加，河水下渗水流由饱水状态逐渐转化为非饱水状态，河水与地下水发生脱节。脱节后，河水下保留悬挂饱水带，悬挂饱水带与地下水饱水带之间为非饱水状态，具有负压，且负压值随着与饱水带距离的增大而增大。靠近饱水带的支持毛细水，可以在水头差驱动下形成连续水流流出。悬挂饱水带大小与河水深成正比，非饱水带流动水的空间分布不均，可传导水压，在重力及压力共同作用下运动，并发生弥散作用和横向运动。示踪试验显示，河水补给地下水时垂向水流速度大于横向。综上，脱节型河水下存在悬挂饱水带，大气降水或地表水可经由非饱水带形成持续的下渗水流补给地下水。该研究可以加深对降水、地表水与地下水相互作用的理解。
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  基于SW26010处理器的PANDAS众核并行优化方法及在地质变形分析中的应用

  王雪纯, 邢会林, 戴黎明, 郭志伟, 刘骏标

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(06): 11-18. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.06.002

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  有限元数值模拟是目前研究地质体变形分析的重要方法，方程组求解对模拟结果的时效性和精确度有重要影响。针对并行自适应非线性变形分析软件(PANDAS)模拟千万级大规模模型时方程组求解耗时长和收敛速度慢的问题，本研究基于SW26010处理器主从核异构架构和并行计算技术实现PANDAS众核并行优化。首先，通过区域分解实现大规模地质模型分解，降低单主核计算的数据量，然后利用矩阵压缩存储技术有效节省存储资源。最后，利用SW26010处理器的从核阵列优化迭代求解算法加速方程组求解过程。全地球模型的速度场模拟结果表明本研究提出的方法具有可行性，多孔介质模型压缩模拟的速度较CPU单核串行程序提升8.1倍，断层系统变形模拟的速度提升7.6倍。
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  多类型地震数据融合技术及软件应用

  张伟, 张剑, 白雪, 张旭

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(06): 19-29. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.06.003

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  近年来，有缆与节点或多种节点地震仪联合采集时，多种仪器地震数据独立生成，数据处理前需要进行不同格式地震数据的融合，以便将同一炮集数据合并成一个炮集数据体。为此，在SEG-Y与SEG-D不同版本地震数据解析的基础上，进行地震数据相位、振幅一致性分析以及野外对比试验，研究不同仪器地震数据的一致性校正及数据融合方法，研发多类型地震数据快速合并(融合)软件，以解决各种规则、不规则施工模式下多类型地震数据的融合问题。将该软件应用于我国西部准噶尔盆地D1J项目及东部济阳凹陷TEH项目实际生产中，取得较好效果，证明该软件可以推广应用到复杂地表条件下有缆与节点规则或不规则布设模式施工的项目。
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  粒子加速器准直中测站坐标系高精度恢复方法

  陈哲, 范百兴, 邹方星, 段童虎, 黄赫

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(06): 30-38. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.06.004

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  为满足在粒子加速器准直过程中元件高精度安装的需求，需要提高激光跟踪仪测站坐标系恢复精度。本研究根据控制点在全局及测站坐标系下的三维坐标及其统计性质，构建恢复测站坐标系的数学模型；针对加权整体最小二乘算法(WTLS)中存在公式推导复杂且没有顾及旋转矩阵正交约束条件等问题，提出一种函数模型线性化方法，在考虑旋转矩阵正交约束条件的基础上迭代计算；通过理论推导建立误差模型，定性分析影响解算精度的因素，并进行仿真及实测实验验证。仿真结果表明，相较于WTLS,本研究在3～8个公共点情况下，均方根误差平均减小18μm,验证了本研究方法的正确性；实测结果表明，在相同公共点情况下，本研究方法相较于WTLS,均方根误差平均减小54.5%,且将非公共点坐标转换至全局坐标系下，坐标分量差值平均减小3μm,在一定程度上提高了测站坐标系恢复精度。
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  三向地震荷载作用下地铁车站结构的动力响应特性

  高盟, 谢猛, 李佳文, 矫慧慧

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(06): 39-48. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.06.005

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  为确保地震发生时地铁车站结构的安全性，建立土体-地铁车站-轨道相互作用的三维精细化计算模型，分别输入水平单向地震波和三向地震波，探究地铁车站重要组成结构的应力、位移及加速度响应特性，对比分析两种地震形式下车站主体结构响应的异同。研究结果表明：两种工况下，柱结构应力值最大，三向地震工况下柱结构应力峰值响应较水平单向地震工况时显著增大，下层柱底部所受应力峰值最大；三向地震工况下中线处较早达到最大相对水平位移峰值，中线处相对水平位移大于其他位置相对水平位移，三向地震工况下相对水平位移大于水平单向地震工况下相对水平位移，且变化更为复杂；三向地震工况下各板的水平加速度峰值响应较水平单向地震工况时显著增大，顶板加速度放大系数最大，故各层板中顶板受地震影响最为严重。
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  地下空间增层开挖支护桩与基桩工作特性模型试验研究

  孔德森, 吴绍娟, 马顺顺, 王凯

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(06): 49-56. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.06.006

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  既有建筑物地下空间增层过程中，既有支护桩和基桩不足以抵抗二次开挖所引起的侧向土压力，需要增加新的支护桩以保证原有建筑物的稳定。形成的新体系中，各桩的受力特性有很大的不同。因此，采用室内模型试验方法，研究双排支护桩和基桩的桩顶水平位移及桩身受力随开挖深度的变化规律。结果表明：既有、新增支护桩的桩顶水平位移随二次开挖深度的增加而不断增大，但新增支护桩的桩顶位移增长速度比既有支护桩的缓慢，基桩的桩顶水平位移随开挖深度的增加基本保持不变。另外，在既有基坑二次开挖条件下，支护桩桩身的弯矩分布呈中间大、两边小的趋势，基桩桩身弯矩呈“S”型分布，基坑中部的新增支护桩弯矩大于既有支护桩弯矩，中心位置处的新增支护桩分担土压力的作用更强。在空间效应影响下，从中心桩到边角桩，支护体系的桩顶水平位移逐渐减小，随着开挖深度的增大，中心桩的桩顶位移和桩身弯矩增长速度均最快。
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  BN作用于MOF电解质界面的改性修饰

  李晨永, 许浩然, 董士花, 姚树玉

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(06): 57-65. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.06.007

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  固态电解质与锂电池正/负电极的界面相容性差是导致全固态电池性能不佳的关键问题之一。为了改善固态电解质的界面性能，制备了氮化硼（BN）表面修饰的金属有机框架（metal organic framework, MOF）复合固态电解质，组装扣式电池，进行组织和性能分析。研究结果表明，得到的BN-MOF复合固态电解质的表面形貌较为平整，颗粒分布均匀；在0.025 mA·cm^-2的电流密度下能稳定循环超过400 h,室温下表现出了1×10^-3 S·cm^-1的高离子电导率，较大的锂离子迁移数（0.59）,较高的电化学窗口（5.24 V）,Li|BN-MOF|LiFePO₄电池在0.2 C的倍率下循环60次后，仍能达到160 mA·h·g^-1的较高放电比容量。
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  市政污泥湿颗粒热干化动力学分析

  孙国震, 张伟, 叶佳璐, 梁文政, 常国璋, 李杰, 王翠苹

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(06): 66-74. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.06.008

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  将高湿污泥分别掺混木屑和核桃壳半焦调节湿度，掺混污泥造粒后进行湿颗粒热干化特性研究。分别通过热重分析仪与流化床进行层状干化和流化干化受热失水过程研究，分析了高湿污泥颗粒干化失水规律。结果表明，对于层状干化，3种颗粒干化过程均可分为4个阶段，其中污泥掺混半焦失重最大(61.8%),失重速率最快(9.0%/min),但吸收热量也最多，层状干化的失重速率在一定温度范围内与Z-L-T方程所描述的三维扩散吻合；流化干化的热源温度对于污泥颗粒干化有较大影响，160℃时纯污泥的干化失重最多，300℃时污泥掺混半焦与掺混木屑颗粒的干化失重相近，均优于纯污泥颗粒，流化干化过程的失水速率遵循Modified Page动力学模型；污泥颗粒入炉含湿量相近时，流化干化较层状干化具有明显的优势，各污泥颗粒均快速失水，含水率降至5%～10%。
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  基于逻辑Petri网的循环选择驱动循环结构过程模型修复方法

  刘伟, 薄玉娟, 杜玉越, 孙红伟

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(06): 75-84. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.06.009

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  模型修复是一种过程增强技术。现有模型修复方法较少考虑含间接依赖关系的过程模型，在表示结构间的间接依赖关系时存在不足，修复含循环选择驱动循环结构的模型时难以描述结构间的间接依赖关系。本研究基于逻辑Petri网，针对循环选择驱动循环结构，提出在修复循环选择驱动循环结构的同时可以表达结构间的间接依赖关系的方法。在从日志中获取循环序列和选择序列算法的基础上，通过定理确定模型与日志是否存在偏差并找到偏差位置；根据不同结构提出修复算法修复模型，并使用关联规则描述结构间的间接依赖关系；最后通过实验证明方法的可行性。
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  基于张量环分解的三维地震数据重建方法

  张杏莉, 刘作刚, 张亚萍, 赵卫东

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(06): 85-96. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.06.010

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  地震数据处理一直是地震学研究的热点，地震数据重建是地震数据处理中不可或缺的一环。本研究提出一种基于张量环分解的三维地震数据重建方法。通过张量环分解将大的三维数据转换成小的三维数据的乘积，利用张量环隐空间的低秩结构对张量环因子施加低秩约束，在使用交替方向乘子法和增广拉格朗日函数求解过程中对张量环因子进行核范数正则化和奇异值分解，通过循环多线性乘积将小的三维数据恢复为大的三维数据，最终获得三维地震数据重建结果。仿真数据和真实数据的实验结果表明，与正交矩阵追踪汉克尔重建方法和数据驱动紧致框架方法相比，本方法具有更好的重建效果和计算效率。
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  基于多尺度结合全局和局部注意力的肺结节良恶性分类网络

  李炳淑, 吕楠, 孙福振

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(06): 97-105. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.06.011

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  由于肺结节具有不同尺寸大小，基于固定感受野的网络结构无法充分捕获肺结节的多尺度特征。针对该问题，提出一种基于多尺度结合全局和局部注意力的肺结节良恶性分类网络，首先通过设计的多尺度层动态学习肺结节不同大小尺度特征，增强网络对于多尺度特征的学习能力，然后使用注意力机制对通道特征以及空间特征进行增强，提升网络对于全局以及局部特征的信息捕获，最后在公开数据集LIDC-IDRI上进行性能验证，并与其他先进方法进行对比。实验结果表明，本研究提出的肺结节良恶性分类网络可以取得较好的分类结果。
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  基于滑动四分位和可行搜索圆算法的风速-功率异常数据清洗方法

  白星振, 隋舒婷, 葛磊蛟, 朱爱莲, 赵康, 顾志成

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(06): 106-116. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.06.012

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  受气候条件、运行环境等因素影响，风电场SCADA系统所采集的原始风速和风电功率数据常存在大量奇异点，较难反映风电机组真实性能。本研究提出一种基于滑动四分位和可行搜索圆算法的风速-功率异常数据清洗方法。首先，分析了原始数据的时序特征和异常数据分布特点，将数据分为分散型异常数据和堆积型异常数据两类；然后，运用滑动四分位算法实现了分散型异常数据的识别，提出可行搜索圆(FSC)算法，剔除堆积型异常数据，获得符合风电机组出力特性的数据主带；最后，以我国北方某风电机组实际运行数据为例验证，表明本研究方法能较好地识别异常数据，与传统方法相比，本方法清洗效率高、效果好，具有一定的通用性。
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  基于深度自编码器网络的逆变器开关管开路故障诊断

  宋保业, 鲁朋, 许琳

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2023, 42(06): 117-128. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2023.06.013

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  逆变器开关管的开路故障是影响逆变器系统安全、可靠运行的关键问题，为此研究了基于深度自编码器网络的逆变器开关管开路故障诊断。首先，给出了逆变器开关管开路故障的模型分析和故障编码，并通过仿真实验平台采集了不同开路故障情况下的原始故障信号数据。为避免人工进行网络结构设计的繁冗工作，提出一种自编码器网络的规则化设计方法。该方法能够快速确定隐含层神经元的数量和网络深度，利用故障数据自动学习开关管的故障特征，实现端到端的智能故障诊断。对比实验表明，提出的自编码器网络能够自动挖掘故障信号中的关键特征信息，对不同类型的故障信号数据均能得到稳定的故障识别率，验证了所提方法的有效性和优越性。