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华中科技大学学报：自然科学版

华中科技大学学报：自然科学版

北大核心

CSCD

《华中科技大学学报(自然科学版)》是由华中科技大学主办、教育部主管的综合性科学技术类学术刊物，创刊于1973年，国内外公开发行。主要刊登机械科学与工程、电子与信息工程、材料科学与工程、计算机科学与技术、电子科学与技术、能源与动力工程、船舶与海洋工程、控制科学与工程、电力工程、土木工程、环境科学、生命科学等学科的最新科研成果。
  • 发文量：9649
  • 被引量：40430
  • H指数：44
  • 开始收录时间：-
  • CNKI综合因子：-
  • 维普期刊影响因子： 1.08
  • 万方期刊影响因子：-
  • 创刊时间：-
  • 国内刊号/CN：42-1658/N
    国际刊号/ISSN：1671-4512
  • 发行周期：月刊
    邮发代号：38-9
  • 主管单位：中华人民共和国教育部
    主办单位：华中科技大学
华中科技大学学报：自然科学版-联系信息
  • 主编：李元元
  • 电话：027-87543916 87544294
  • 邮箱：hgxbs@mail.hust.edu.cn
  • 地址：武汉市洪山区珞喻路1037号
  • 邮编：430074
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华中科技大学学报：自然科学版 >2024年第1期

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共4384条结果
  • 摘要：为了研究柔性蠕动式管道机器人处于弯管处的驱动能力,从受力分析、几何约束出发,针对机器人在弯管处的驱动能力与管道曲率及机器人跨距之间的关系进行了研究.分析了机器人在弯管处的受力特征及机器人软轴失稳状态对受力特征的影响,建立了机器人通过弯管时驱动能力与管道曲率及跨距关系模型,并对模型进行了仿真和实验研究.结果表明:仿真和实验结果与理论分析基本一致,证实了所建模型的正确性和有效性,为对柔性蠕动式管道机器人软轴跨度的选取以及机器人通过弯道时步距控制提供了方法和理论基础.
  • 摘要：分析了传统的有限体积法求解扩散问题中,当扩散系数在有限控制体界面两侧差异较大时,扩散通量在界面附近出现的数值振荡现象.根据界面两侧扩散通量相等和有限控制体内变量线性变化假设,推导了改进的有限体积法扩散项离散格式.数值算例表明:由2种扩散项离散格式计算得到的变量及其梯度分布很接近,而改进的扩散项离散格式消除了扩散通量的振荡问题,计算结果更加准确,能应用于扩散系数剧烈变化时的扩散问题求解.
  • 摘要：针对矩形空心-双薄壁组合桥墩纵向刚度的设计方法尚不完善的问题,提出一种基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论的矩形空心-双薄壁组合桥墩纵向刚度确定方法.首先,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论建立考虑桥轨关系和轮轨关系的列车-轨道-桥梁动力相互作用模型,在此基础上完善钢轨多种附加应力的计算方法;然后,考虑桥墩刚度对扣件上拔力和墩顶纵向位移的影响,以重庆地铁实际工程为例,确定轨道桥矩形空心-双薄壁组合桥墩纵向刚度.研究表明:提出的组合桥墩纵向刚度研究方法可有效用于求解钢轨应力及确定桥墩合理纵向刚度;钢轨底部边缘动弯曲应力和温度应力未随桥墩纵向刚度而变化,而钢轨伸缩应力对桥墩刚度变化最为敏感;桥墩纵向刚度对扣件上拔力以及墩顶纵向位移均有明显影响;对于所研究的矩形空心-双薄壁组合桥墩,其墩底尺寸建议不小于7.4 m,此时刚构桥墩的合成线刚度为61.4 MN/m.
  • 摘要：为了对对转桨的脉动压力场指向性进行计算,采用面元法计算了对转桨的空间脉动压力及其指向性.采用诱导速度考虑对转桨前桨和后桨之间的相互扰动以及螺旋桨与流场内给定实体球面之间的相互扰动.采用傅里叶变换将螺旋桨在非均匀流内旋转一周诱导的空间脉动压力从时域变换到频域内进行分析.通过对轴向指向性进行计算分析可知:和单桨相比,对转桨产生相对较弱的脉动压力场,可有效地改善船尾振动.
  • 摘要：基于结构动力学和复合材料振动力学,考虑了钢丝束和HDPE复合材料对吊杆频率的影响,推导出考虑抗弯刚度、转动惯量、剪切变形及转动惯量和剪切变形耦合影响下索力计算公式,在此基础上提出了考虑高强钢丝和HDPE复合材料刚柔耦合振动的吊杆力适用公式.通过室内不同张拉力试验,测试出有HDPE复合材料的4m,6m和8m三种长度索对应的频率,采用解联立方程组和数理统计的方法得出适用公式修正系数的取值,试验发现:有HDPE复合材料的吊杆频率比无HDPE复合材料的吊杆频率平均低1.552 7 Hz.通过室内和现场对不同长度及不同张拉力索力进行了试验,结果表明:实际张拉力与本文索力适用公式计算的理论张拉力最大误差为5.3%,表明推导出的公式可满足精度要求,有较强的实用性.
  • 摘要：建立了布里渊光纤陀螺环形腔中泵浦光及布里渊激光的偏振传输模型,推导出了2本征态的本征值,分析了环境因素波动引起的偏振误差.研究结果表明:采用保偏光纤构建光纤环形腔并旋转熔接点偏振主轴90°能使泵浦光及布里渊激光2本征偏振态在激光器中保持稳定的谐振间距,从而消除偏振串扰给陀螺带来的误差;采用单偏振单模光纤构建布里渊光纤陀螺环形腔能消除偏振串扰.针对2种消除偏振串扰的方法进行了实验,实验结果与理论分析相符.
  • 摘要：研制了一款环介导等温扩增芯片,开发了相应的检测控制系统,并在此芯片上进行了金葡菌环介导等温扩增反应最佳扩增条件的研究.实现了在聚碳酸酯芯片上进行环介导等温扩增实验,与传统管式聚合酶链式反应相比,它需要的样品和试剂量更少.通过在不同温度下进行实验,获得了在芯片微体系条件下,进行环介导等温扩增反应检测金葡菌的最佳温度条件为61℃,提高了环介导等温扩增芯片的检测速度,缩短了核酸分析时间.
  • 摘要：针对目前基于周期性分簇的同步协议需时间同步、不适应于事件驱动下的传感器网络的问题,提出了一种事件驱动下支持服务质量(QoS)的异步分簇协议,其核心是事件产生时能够保证实时可靠传输,网络分簇按照某一分簇概率异步进行,该概率由簇头的数据传输速率和剩余能量共同决定;无需时间同步,且采用混合式的簇构造算法来选举新簇头.仿真实验结果表明:该协议保证了敏感数据的实时传输,降低了丢包率,并有效地均衡了节点的能量消耗,延长了网络存活期.
  • 摘要：针对不同混凝土保护层厚度,分别进行了12个拔出试验和18个推出试验,并对试验结果进行了对比与分析.结果表明:当保护层厚度较小时,无论是拔出试件还是推出试件,均发生劈裂破坏;当保护层厚度较大时,推出试件钢筋被缓缓推出,混凝土没有开裂;增加混凝土保护层厚度既可以提高钢筋的受拉粘结强度,也可以提高钢筋的受压粘结强度;混凝土保护层厚度在一定限值范围内对钢筋受拉粘结强度影响较大.
  • 摘要：针对眼在手上视觉伺服提出了一种保持目标物体特征点始终位于视场内的算法.当投影点接近视场边缘时,求解投影点的移动速度,然后在此基础上设计相机的补偿速度,阻止投影点离开视场.基于Matlab,比较了一般的视觉伺服与速度补偿后的视觉伺服的控制效果.仿真结果表明这种方法可以有效地防止目标脱离视野,并且对机器人的约束较小,给优化留下了较大的空间.
  • 摘要：为提升无损检测设备的检测精度,量化相对湿度对沥青混合料介电特性的影响,通过理论推导建立了基于相对湿度的沥青混合料介电模型,在4种频率、6种相对湿度条件下分别测试沥青混合料的介电常数来验证模型的准确性和可靠性.试验结果表明:频率是影响沥青混合料的介电常数的重要因素,在1 kHz~1 MHz频率范围内,沥青混合料的介电常数会随着频率的增大而减小,减小速率随相对湿度的增大而增大;相对湿度会对沥青混合料的介电常数造成影响,在50%~100%相对湿度范围内,沥青混合料的介电常数会随着相对湿度的增加而增大,减小速率随频率的增大而减小;基于相对湿度的沥青混合料介电模型具有较好的可靠性,多组试验结果的拟合优度均在0.95以上.该模型可用于量化相对湿度对沥青混合料介电特性的影响,提升无损检测设备的检测精度.
  • 摘要：基于人类视觉系统(HVS)对模糊图像恢复的有效性,提出一种基于视觉灵敏度的图像盲去模糊先验(VSP).首先,通过统计实验和数学证明,模糊处理后的清晰图像的VSP值会减小,因此最大化VSP值有助于恢复更清晰的图像.然后,为了在模型迭代求解过程中保留图像的显著内容,对正则项施加自适应权重,在显著性强的地方使用小的惩罚系数,而在显著性弱的地方使用大的惩罚系数.最后,由于约束VSP的正则化项很难直接求解,因此采用基于半二次分裂的优化方案.研究结果表明:与现有的算法相比,本文模型在基准数据集和自然图像上都取得了较好的效果.
  • 摘要：借助于CFD软件,在螺旋桨参数未知的情况下,用均匀分布的体积力模拟螺旋桨力场,对潜艇自航因子进行了预报,并与潜艇带桨自航试验数值模拟的结果进行了对比.发现:若体积力参数仅考虑螺旋桨轴向力,则潜艇阻力的计算误差可达7%,在引入螺旋桨旋转的影响后,这一误差值可降低至2%以内,同时,推力减额分数和平均轴向伴流分数的计算误差可控制在5%以内,而潜艇快速性的预报误差可控制在2%以内.用均布体积力模拟螺旋桨力场的方法,能够有效地预报潜艇伴流和推力减额分数,为螺旋桨的设计提供可靠的输入参数,也可以用于潜艇线型优化设计和快速性预报.
  • 摘要：针对传统的热压成形工艺不适合成形具有变截面复杂型线、大尺寸的空心叶片的问题,提出了一种适用于大尺寸、变截面复杂型线空心叶片的热拉延成形工艺.该工艺采用＂上模-压边圈-下模＂的结构形式,当叶片成形时压边圈与上模对加热的板料有力的作用,有效限制了叶片在成形过程中的自由流动,使材料得到较好变形,减少由于材料自由流动导致的回弹和扭曲.通过数值模拟分析了热拉延成形后叶片的成形质量和回弹量规律,确定了一组优化的成形工艺参数.根据得到的工艺参数进行了零件试制,通过回弹补偿最终得到满足产品质量要求、成形状态良好、尺寸精度较高的叶片背弧及内弧.
  • 摘要：竖轴水轮机在瞬态启动过程中旋转角速度随时间不断变化,为了解决常规的定转速数值方法不能模拟上述过程的问题,利用开源软件OpenFOAM中SixDoFRigidBodyMotion模块的耦合算法实现了竖轴水轮机的瞬态启动过程.通过CFD(计算流体力学)方法着重分析水轮机转动惯量和阻尼值对启动过程的影响,发现两叶片竖轴水轮机的最佳启动位置角约为110°.通过对比须设置阻尼值的耦合模拟方法和定转速模拟方法,发现两者均可得出水轮机功率系数随转速变化的规律,而前者更接近水轮机的真实运转工况.
  • 摘要：为了解决可穿戴脉搏血氧检测芯片滤波器面积大、功耗高的问题,改进设计了一个三阶巴特沃斯G_mC低通滤波器.线性跨导器采用源极负反馈结构来增大线性范围,并且输入管工作在亚阈值区降低了功耗,然后通过密勒效应放大电容来减小面积;同时,该滤波器通过开关电容调谐电路调制滤波器的截止频率,降低工艺偏差.仿真结果表明:在SMIC 0.18μm CMOS工艺,1.8V电源电压供电下,该低通滤波器的截止频率为7.9Hz,面积为0.14mm^2,功耗为6.7μW,相比其他的设计方案,在功耗和面积上都有大幅优化.
  • 摘要：针对传统仿真系统静态构建技术中存在的资源重用性低、部署难度高等问题,提出了一种在云仿真运行环境下基于遗传算法来求解仿真模型与虚拟机之间最优映射的算法.该算法充分考虑云仿真环境下大规模资源调度的应用背景,保持适当的染色体编码长度,优化了种群的适应度函数,提高了GA算法收敛速度和所得解的可信度.实验结果表明:本文算法相比于传统遗传算法能有效避免局部收敛,达到更好的资源负载均衡效果.
  • 摘要：对反硝化除磷-诱导结晶磷回收工艺中硝化污泥和除磷污泥进行富集驯化试验,并通过化学分析、荧光原位杂交分析和电镜扫描考察污泥富集驯化效果以及富集驯化前后微生物种群结构和形态的变化.研究结果表明:经过55d的先厌氧/好氧(30d)、后厌氧/缺氧(25d)模式富集驯化后,磷去除率稳定在95%以上,且表现出明显的厌氧释磷和缺氧过量吸磷能力,其单位释磷量和吸磷量分别为8.47和11.13mg P/g MLSS;在好氧条件下,对接种污泥进行25d的强化富集驯化后,其氨氮去除率由78.5%提高到96.5%,明显增强了其硝化能力;污泥富集驯化前后聚磷菌和硝化细菌(AOB+NOB)质量分数分别由接种污泥的9.3%和45.3%增加到68.9%和74.7%,且AOB数量要多于NOB的分别占46.2%和28.5%;聚磷菌多呈杆状,而硝化细菌则以尺寸较小的球菌和杆菌组成,且以团聚体的形式存在.研究表明:该工艺可有效地克服传统单污泥脱氮除磷系统的不足,具有明显的经济效益和环境效益.
  • 摘要：采用Bootstrap和Jackknife两种统计学方法,用于评估贝叶斯重力平差算法的参数估计稳定性问题.以四川和云南实际重力测网的观测系统为例,模拟观测数据和误差分布,给出了贝叶斯重力平差方法用于实际重力平差的稳定性评估方案.研究结果表明:贝叶斯平差方法在观测样本足够的情况下,可以较好地估计相对重力仪的非线性漂移和格值系数;部分段差样本丢失时仍可以稳定地估计模型参数.通过使用统计学方法和检验流程,并结合特定的重力观测系统进行测试,所得结论有助于优化陆地重力观测系统设计,评估贝叶斯重力平差结果的可靠性.
  • 摘要：根据单脉冲雷达等幅面阵方位和俯仰维方向图相互独立的特点,利用俯仰维差信号、方位维差信号及双差信号经加权处理分别对消主瓣干扰信号.理论推导了主瓣干扰对消原理并进行仿真验证,结果表明:所提方法在对消干扰信号的过程中没有引起单脉冲曲线变形.最后,根据干扰角度无法先验获知的实际情况,提出了通过迭代处理实现对目标角位置估计的方法.
  • 摘要：为了研究离心泵仿生叶片的减阻降噪特性,获得叶片壁面剪应力与减阻率、效率和噪声变化情况的关系,提取出了鲨鱼皮肤的表面特征,建立了具有Ⅴ型槽表面叶片的离心泵模型.通过剪切应力传输(SST)k-ω湍流模型对离心泵内部流场进行数值模拟,基于Proudman方法和声类比方程对泵内部声场进行了预测计算.研究结果表明:仿生表面能够有效控制叶片近壁面边界层的流体流动,在出口处的壁面剪应力梯度变小,工作面叶片的平均剪应力最大降幅达29%;仿生表面可以降低的最大减阻率为3.1%,离心泵的水力效率最大提高2.06%;仿生叶片沟槽表面能够改变叶轮流道内的涡结构,降低离心泵叶轮内部的湍动程度,减小流道内的声功率;与光滑叶片相比,仿生叶片的总声压级的降幅最大为2.68%;随着流量的增大,壁面平均剪应力的变化率、效率、总声压级及减阻率等都随之增大.
  • 摘要：以Morpho Rhetenor蝴蝶鳞翅为研究对象,采用光学显微镜和电子显微镜对其蝶翅表面结构进行分析,提出一种易于操作、成本低的仿蝶翅微纳结构制备方法.以Morpho Rhetenor鳞片为生物模板,采用磁控溅射技术,借助烧结成型工艺,制备出仿蝶翅结构的Al2O3和ZnO反结构产物.再采用Rsoft软件对蝶翅结构及蝶翅样本的Al2O3和ZnO遗态结构进行光学仿真模拟,与实测的蝶翅样本反射谱进行比较.研究表明:仿真结果与所制备出的仿蝶翅微纳结构颜色及用低温原子层沉积工艺、溶胶凝胶等方法得到的结果较为近似,从而印证了该工艺的可行性,也为仿生微纳结构的制备及其应用提供了一条具有参考性的途径.
  • 摘要：利用人工神经网络具有从大量不完整数据中逐步获取知识并进行复杂目标优化的能力,提出一种基于改进的BP神经网络预测功耗可管理器件空闲时间长度的自适应动态电源管理模型(AMBA).该模型根据空闲时间长度预测值选择最佳低功耗模式,并且通过预测性能评估结果动态调整神经网络的网络权值,从而能够自适应功耗可管理器件负载特性的变化.仿真结果表明了该模型的有效性,预测正确率可以达到80%左右,平均功耗比指数平均预测方法降低了30%,比Timeout策略降低了37%.
  • 摘要：针对多小区MIMO干扰广播信道(IBC),基于特征向量拆分,首先提出一种闭式求解干扰对齐(IA)算法,该算法通过特征向量拆分将干扰信道(ICI)对齐到特定低维子空间内,进而发射端利用迫零技术以消除ICI和用户间干扰;然后,综合特征向量拆分与最大化信干噪比准则,形成混合IA算法.相比已有研究成果,两种IA算法对发射天线数配置要求明显降低,数值仿真表明两种算法均可获得比经典正交复用方式更高的自由度.
  • 摘要：为减少污泥干化过程中所释放臭气对环境的影响,对比研究了不同碱性添加剂对污泥干化臭气释放的抑制效果,以及不同吸附剂对污泥干化臭气的吸附效果.研究结果表明:污泥在干化前添加碱可以有效抑制含硫臭气的释放,尤其是酸性气体H_2S和SO_2的释放,并且所添加碱的碱性越强、抑制效果越好,在250℃下释放的气态硫化物总量不到样品中总硫含量的1%.在污泥直接干化尾气条件下进行吸附试验,发现分子筛与菌液对含硫、含氮气体吸收效果优于水和Na_2CO_3溶液,不再与气体的酸碱性相关,对于多数气体的脱除率都能达到90%以上.相比添加碱抑制臭气释放的方法,臭气产生后利用不同介质吸附对臭气排放的控制效果更好.
  • 摘要：为了研究制动器接合过程的转速、转矩特性,将接合过程分为消除间隙、齿顶滑摩、钢齿啮合和碰撞四个阶段,建立了接合过程动力学模型,分析了制动带的受力情况和制动鼓的转速变化,并运用Matlab进行制动器接合过程仿真,确定了成功接合所允许的制动鼓初始角速度的范围以及不同初始转速下的转矩冲击.研究表明：制动器成功接合初始角速度随电磁缸拉力增大而增大,随制动带径向刚度增大而减小.此外,台架试验验证了齿形换挡带式制动器转矩冲击模型,制动器在仅提供较小电磁拉力下能克服转矩冲击,实现制动.
  • 摘要：为研究岸桥结构在地震作用下的倒塌易损性,以两台典型岸桥为研究对象,分别建立岸桥在工作和非工作两种工况下的有限元分析模型.采用增量动力分析(IDA)方法,以门框构件失效和结构有限元计算失稳作为倒塌能力的判定准则,分析得到岸桥结构地震倒塌易损性曲线.结果表明:两种工况均适合以谱加速度作为地震动强度参数进行岸桥结构易损性分析;两台岸桥实例在不同工况下的结构倒塌易损性具有较明显的差异,建议将岸桥结构分为工作和非工作工况进行抗震性能研究,以提高分析的准确性.
  • 摘要：针对在物联网设备中使用的电阻电容(RC)张弛振荡器低功耗低温漂的需求,通过将RC张弛振荡器中的参考电压产生电路和自偏置电流产生电路复合使用,简化电路结构,减小供电电压和偏置电流,降低电路的功耗.采用水平级联的共栅共源结构、反相器链及时钟电压自举结构,减少温度变化对延时及振荡频率的影响.采用串并联电阻网络减少因电阻工艺偏差导致的影响,并将该电阻网络配置成正温度特性,以平衡RC时间常数和比较器延时的温度依赖性,提高振荡频率的温度稳定性.仿真结果表明:本文RC张弛振荡器的振荡频率为1.2 kHz,功耗和温漂系数分别为1.351 nW和139×10^(-6)/℃,与典型RC张弛振荡器相比,其功耗和温漂性能均有显著的提升.

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