华南理工大学学报(自然科学版)

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1. CVS 中基于多参考帧的最优多假设预测算法

杨春玲欧伟枫

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (1): 1-8. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.01.001

摘要（390）

PDF（pc）（484KB）（211）

现有的视频压缩感知( CVS) 多假设预测方法均以当前块在参考帧对应搜索范围内的所有搜索块为假设块，造成求解线性权值系数的计算复杂度过高和预测精度受限．针
对该问题，文中提出了一种基于多参考帧的最优多假设预测视频压缩感知重构算法．该算法首先从多个参考帧中选取出与当前块测量域绝对差值和( SAD) 最小的一部分搜索块作为当前块的最优假设块集，然后对假设块进行自适应线性加权，充分地挖掘视频帧间相关信息，提升了预测精度，同时降低了求解线性权值系数的计算复杂度; 最后对测量值进行帧间DPCM 量化，以提高视频压缩效率和率失真性能．仿真实验表明，与现有的视频压缩感知重构算法相比，文中算法具有更高的视频重构质量．

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2. 两轮自平衡代步车控制策略及动力学仿真

姜立标何家寿

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (1): 9-15. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.01.002

摘要（444）

PDF（pc）（488KB）（377）

针对两轮自平衡代步车自平衡控制和转向控制的问题，提出了基于自适应差分进化算法( ADE) 的自抗扰控制( ADRC) 策略和改进的比例－积分－微分( PID) 控制策略．首先应用拉格朗日公式法，基于广义坐标下非完整动力学Routh 方程，建立两轮自平衡代步车的非线性数学模型．然后为自平衡控制部分设计自抗扰控制策略，运用自适应差分进化算法进行参数整定，并为转向控制部分设计融合安排过渡过程( TD) 的PID 控制策略．最后应用虚拟样机技术，通过Adams 软件建立整车动力学模型，并结合Matlab /Simulink控制策略模型进行联合仿真．结果表明，文中所提出的控制策略能有效地实现姿态控制，调节速度快，控制精度高，并且具有较强的抗干扰能力．

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3. 基于局部软决策的分布式检测算法

郭黎利高飞孙志国

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (1): 16-21. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.01.003

摘要（288）

PDF（pc）（374KB）（197）

为在保证一定检测性能的前提下有效地降低所需传输的数据量，文中提出了一种基于局部软决策的分布式检测算法，推导并构造了基于局部软决策分布式检测的优化问题，求解得到使系统检测性能达到最优的局部软决策方案; 将文中方案与均匀量化方案、未量化方案进行对比，分析了在理想/非理想信道条件下检测性能的优劣．实验结果表明: 文中提出的算法性能优于基于均匀量化的分布式检测算法; 当量化深度为3 时，系统的检测性能十分接近未量化方案的检测性能．

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4. 基于十字型阵列的多频发射波束形成算法

刘雪松周凡周泓田翔蒋荣欣陈耀武

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (1): 22-29. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.01.004

摘要（481）

PDF（pc）（552KB）（233）

针对平面接收阵阵元数量庞大导致的水下三维声学成像系统硬件开销和计算量过大的问题，提出了一种基于十字型阵列的三维声学成像的多频发射波束形成算法．该算
法将发射波束方向划分为多个扇面，在每个扇面内依次向各波束方向发射不同频率的扇形波束信号，将发射次数从波束数减少到扇面数，从而缩短了扫描时间．仿真实验和计算量分析表明，文中算法能够获得与平面接收阵直接波束形成算法相同的波束性能，并且大幅降低了阵元数量和计算量．实际水下试验证明了该算法能够满足水下三维声学成像的实时性需求．

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5. 非对称双栅结构a-Si: H 薄膜晶体管沟道电势统一模型

秦剑姚若河

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (1): 30-36,43. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.01.005

摘要（332）

PDF（pc）（506KB）（286）

针对非对称双栅结构的非晶硅薄膜晶体管，根据高斯定理建立了表面势与背电势随栅压变化的隐含关联方程组，通过求解一维泊松方程推导了前、背栅压独立偏置条件下统一的沟道电势模型．该模型所需参数可由实验直接提取，数值拟合量少，在特定条件下可简化为对称双栅模型．在此基础上，文中利用数学变换及Lambert W 函数提出了表面势与栅压隐含方程的近似求解方法．数值模拟结果显示，该方法具有良好的数值收敛特性，可直接用于器件仿真软件的初值设定，有效提升了模型自洽解的运算效率．

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6. 抗干扰高线性射频前端设计

陈志坚蔡敏

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (1): 37-43. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.01.006

摘要（326）

PDF（pc）（515KB）（441）

为抑制干扰和提高电路的线性，采用0. 13 μm ＲF CMOS 工艺设计了一款无需声表滤波器的射频前端电路系统．该设计采用一种新的带干扰消除环路可变增益低噪声跨
导放大器、25%占空比本振信号的无源混频器和互阻放大器架构来实现抗干扰、低噪声、高线性的射频前端．流片和测试结果表明: 该电路抑制带外强干扰达20 dB 以上，在2. 4 GHz可实现44. 98 dB 增益和2. 03 dB 噪声系数，同时获得－ 7 dBm 的输入三阶互调截点和+ 72 dBm 的输入二阶互调截点，实现了无需声表滤波器和抗干扰特性; 整个射频前端供电电压为1. 2 V，功耗为36mA．

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7. 基于Ⅰ型缝隙谐振器的完全印刷无芯片标签

马中华杨建红

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (1): 44-49,57. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.01.007

摘要（308）

PDF（pc）（575KB）（350）

为降低射频识别( RFID) 系统中标签的成本，提出了基于I 型缝隙谐振器的印刷无芯片标签．通过在导电材料上增加或者缺失不同长度、不同宽度的I 型缝隙进行信息编码，得到各种编码的标签，然后利用标签的雷达散射截面( RCS) 提取标签信息．在37. 0mm × 20. 5mm 的F4BM-1 /2 基板上实现了12bit 的无芯片标签．仿真和实验测试结果表明: 标签上的每个谐振器对应频谱上的一个谐振频率，改变缝隙的长度可大范围地改变谐振频率，改变缝隙的宽度只轻微地改变谐振频率; 减小相邻缝隙之间的间距或缝隙的宽度可以提高编码容量．

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8. 基于GIS 的城市道路数字化照明系统的设计

董玉德张昌浩丁保勇刘蒙蒙权循华杜庆朋

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (1): 51-57. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.01.008

摘要（314）

PDF（pc）（660KB）（171）

为解决城市道路照明终端设备存在的耗电量巨大、管理困难、监控方式落后等问题，文中提出了基于地理信息系统( GIS) 的路灯监测和控制方案，设计了基于ZigBee 网络和GPRS 网络的照明终端设备通信架构，以实现照明设备运行参数的自动、实时获取以及照明设备的节能策略运行、可视化管理与层次化控制等功能，解决因GPRS 网络异常掉线和延时造成的数据丢失、地图界面加载海量标注缓慢等问题，提高数据传送效率和系统通信的可靠性．在合肥市某区的测试结果表明: 文中提出的方案和架构能够在万盏路灯的实际应用中流畅运行，控制响应时间大约为1 s，与传统的自由控制运行相比节约了21. 44%的电量．

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9. 基于IHS 变换和Curvelet 变换的卫星遥感图像融合方法

肖化超周诠郑小松

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (1): 58-64. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.01.009

摘要（352）

PDF（pc）（653KB）（433）

全色图像和多光谱图像融合是合成高分辨率彩色遥感图像的常用方法之一，高质量的彩色图像需要融合全色图像的高空间分辨率和保持多光谱图像的光谱特性．为提高融合图像的质量，文中提出了一种基于IHS 和Curvelet 变换的遥感图像融合方法，该方法首先将多光谱图像进行IHS 变换，然后将代表空间分辨率的I 分量与全色图像进行Curvelet 变换，并进行标准差融合，最后逆变换成高质量的彩色图像．实验测试结果表明:文中方法合成图像的信息熵、相对无量纲的全局误差和通用图像质量指标均优于其他方法合成的图像，文中方法融合图像的平均梯度和相关系数与小波变换、PCA 变换方法相当; 文中方法的融合效果要优于其他方法．

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10. 基于混沌序列稀疏化测量矩阵的ISAR成像

谭歆冯晓毅王保平程伟方阳

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (1): 65-70. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.01.010

摘要（275）

PDF（pc）（412KB）（383）

在压缩感知逆合成孔径雷达( ISAR) 成像中，构造测量矩阵是核心工作之一．混沌序列测量矩阵具有良好的伪随机性，能满足压缩测量的要求．针对混沌序列测量矩阵中非零随机元数目多而造成硬件实现困难的问题，文中提出了一种混沌序列稀疏化测量矩阵的构造方法．首先对混沌序列测量矩阵进行优化，然后沿矩阵对角方向进行置零稀疏化，最后将其应用于微波暗室进行ISAR成像实验．结果表明，与传统高斯随机矩阵成像方法相比，文中方法在降低计算复杂度、硬件实现难度基础上达到了ISAR成像的准确聚焦．

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11. 基于线纹尺的线结构光视觉传感器标定新方法

邝泳聪崔亮纯

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (1): 71-77. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.01.011

摘要（341）

PDF（pc）（491KB）（411）

为了实现传感器简单、快速、高精度的标定，提出了一种基于线纹尺的线结构光视觉传感器直接标定新方法，设计了平面靶标与特征点提取算法．即通过获取已知三维空间坐标特征点的图像坐标，直接建立亚像素物像索引表，实现了系统的直接标定．标定实验与测量实验结果表明: 文中标定新方法操作简单，易于实现，具有较高的标定精度，Z轴、X 轴方向的测量误差均值分别为0. 0045mm 和0. 0130mm，能够满足工业生产与测量的基本需求．

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12. 面向虚拟装配的层次化交互手势技术

熊巍王清辉李静蓉

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (1): 78-84. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.01.012

摘要（265）

PDF（pc）（477KB）（377）

针对目前虚拟装配系统存在的用户体验不足问题，文中将手势识别技术引入虚拟装配的人机交互中，提出了一种面向虚拟装配操作的层次化交互手势模型; 根据装配任务和交互模式的特点，提出了二级手势分类策略: 先对交互手势进行初步分类再利用情境感知技术判断手势的类型; 然后利用运动感知技术对手势的交互语义进行识别; 接着通过对用户作业空间的手功能区感知来实现不同交互模式的自然过渡，从而降低用户在交互过程中的认知负担; 最后通过自主开发的虚拟装配原型系统对文中提出的交互手势技术进行验证．实验结果表明，文中的层次化交互手势建模与识别方法能有效地增加虚拟装配环境中的人机交互效率和用户体验．

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13. NURBS 插补快速求值算法

孔祥洪李迪焦青松

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (1): 85-92. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.01.013

摘要（876）

PDF（pc）（557KB）（521）

当对非均匀有理B 样条( NURBS) 曲线进行高密度插值时，运用分段幂函数方法对基函数进行求值的效率远高于传统的de-Boor 算法．为此，文中从NUＲBS 插补计算的特点出发，结合de-Boor 递推计算规律，设计了NURBS 插补快速求值算法．首先采用该算法计算NURBS 在各节点区间的基函数显式方程，再运用显式方程进行NURBS 插补点求值，并设计相应的NUＲBS 曲线插补器．复杂NURBS 曲线的铣削加工实验结果表明，该算法能够有效地缩减NUＲBS 曲线插补求值的计算耗时，提高插补计算的实时性．

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14. 冗余驱动液压振动台内力耦合动态抑制策略

高长虹丛大成杨志东曲智勇

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (1): 93-99. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.01.014

摘要（266）

PDF（pc）（475KB）（217）

冗余振动台通常采用零位线性化方法进行自由度控制和内力耦合抑制．当系统运动范围较大时，这种近似方法会使得系统产生较大的运动误差，内力抑制效果变差．针对此问题，文中以具有两个冗余自由度和较大运动范围的冗余驱动液压振动台为研究对象，建立系统运动学和动力学模型，分析系统的内力空间构成，提出了一种基于内力空间基底实时求解的内力耦合动态抑制策略，通过实时获取冗余自由度空间上的力并对其进行动态抑制来达到减小内力的目的．仿真结果表明: 所提出的内力抑制策略能有效地降低冗余振动台耦合内力．

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15. 基于激光追踪仪的精密转台角度标定方法

白普俊薛娜刘松涛宋涛李金和

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (1): 100-107. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.01.015

摘要（339）

PDF（pc）（625KB）（278）

针对一类大直径精密转台不易采用传统方法实现高精度角度测量的问题，提出了一种基于激光追踪仪空间位置坐标测量的单自由度转台旋转角度的测量和补偿方法．首先依据“不共线的三点确定一个圆”的几何原理，建立了被测点空间位置坐标信息与转台角度之间的映射关系，并分析激光追踪仪的位置测量精度对转台角度测量精度的影响，据此提出了被测点半径长度和测量角度间隔的选取原则，以期充分利用激光追踪仪的位置测量精度实现转角误差的高精度测量; 然后利用多项式插值方法获得转台转角误差随转角位形的变化规律，并将误差拟合为补偿函数嵌入控制器中，采用修正光栅输出示数的方式来实现转角误差的实时补偿．将文中方法实施于1 台安装有圆光栅的精密转台的标定实验中，结果表明，文中方法可有效校正由圆光栅装配误差导致的角度定位误差，使其由标定前的40″降低至5″．

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16. 采煤机液压混合动力截割传动系统的设计

杨阳马鹏程秦大同崔维隆

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (1): 108-113,122. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.01.016

摘要（261）

PDF（pc）（479KB）（204）

基于差动行星齿轮调速原理，设计了一种截割转速可调的采煤机液压混合动力截割传动系统．根据系统组成，建立了关键元件的数学模型及控制方法．以AMESim 软件
为平台，分析了液压马达和滚筒的动态特性以及液压混合动力系统的缓冲性能．结果表明: 所设计的液压混合动力截割传动系统能够调节采煤机的截割转速，在复杂煤层下比传统恒速截割采煤机具有更好的截割性能; 液压马达及滚筒响应速度快且能够准确跟踪目标转速，液压系统可以缓和突变负载产生的冲击．

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17. 三维分形固定结合面法向接触刚度的研究

李小彭王雪运海萌高建卓

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (1): 114-122. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.01.017

摘要（323）

PDF（pc）（602KB）（289）

基于传统的M-B 模型，在考虑微凸体弹塑性变形的基础上，应用更能符合结合面实际表面形貌的修正的W-M 函数，建立了三维分形结合面法向刚度模型．通过建立的刚
度模型研究了分形尺度参数和分形维数对法向接触刚度的影响，并对出现的一些现象进行了分析．随着法向载荷与材料特性参数σy /E 的增加，结合面的法向刚度也增加; 但随着分形尺度参数的增加，结合面的法向刚度却减小; 随着分形维数的增加，当2. 1≤ D ≤2. 6 时，结合面法向刚度增加，而当2. 6≤ D ≤2. 9 时，结合面的法向刚度却减小; 在考虑弹塑性变形的情况下，三维分形结合面的法向刚度要小于二维分形结合面的法向刚度．

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18. 高速四点接触球轴承力学模型的数值求解算法

路春雨刘少军戴瑜

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (1): 123-130. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.01.018

摘要（241）

PDF（pc）（590KB）（190）

文中根据Hertz 弹性接触理论分别建立了零转速和高速工况下四点接触球的力学模型; 针对高速四点接触球轴承力学模型数值求解初值难以确定和不易收敛的问题，提出了一种基于Newton-Raphson 理论的高速四点接触球轴承力学模型的数值求解算法，并给出了迭代变量取值范围及收敛因子的选取原则．为了降低求解难度，文中通过对高速四点接触球轴承力学模型进行数学变形，使得未知量的个数减少了一半．为了解决求解规模较大非线性方程组时经常出现卡死现象的问题，文中通过优化算法解决卡死现象，并提高了计算效率．文中算法计算结果与Jones 程序结果的比较表明，调整收敛因子可控制文中算法的收敛性和收敛速度，从而验证了文中算法的正确性．

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19. 用于求解旅行商问题的多策略离散型和声搜索算法

王勇臻陈燕张金松

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (1): 131-138. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.01.019

摘要（332）

PDF（pc）（620KB）（223）

基于求解旅行商问题( TSP) ，提出了一种多策略离散型和声搜索算法．文中通过引入-opt 算法设计了一种离散型即兴创作过程，并结合3 种策略来提高全局寻优能力:采取教学优化策略给出了产生和声的新方式，以改善和声记忆库的质量; 采用精英扰动策略探索最优和声的邻域进行精细搜索，以提高算法的收敛精度; 通过排序选择更新策略保持和声记忆库的多样性，避免算法早熟收敛．实验结果分析表明，该算法能够有效求解TSP，具有可靠的全局收敛性和较快的收敛速度．

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20. 基于最大流最小割算法的事件检测方案

张瑞华程合友梁宇

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (1): 139-144. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.01.020

摘要（252）

PDF（pc）（471KB）（204）

文中把最大流最小割算法应用于无线传感网络的事件检测中，针对边沿陡峭的事件，设计事件区域检测算法( G-Cut) ．该算法首先将相邻节点的传感数据转化为权值，形成流网络; 利用最大流最小割算法切割流网络，获得事件边界; 再根据上传信息隐含的方向，确定事件区域．以野外火灾为例进行仿真实验，结果表明: 文中算法事件检测准确度高，节点计算量低; 针对多事件区域，在不增加节点计算量和通信量的情况下，仍可保证其检测准确度．

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21. 基于谐波小波和SVD 的可倾瓦滑动轴承工频干扰抑制

张晓涛李伟光

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (10): 1-7. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.001

摘要（257）

PDF（pc）（869KB）（307）

针对新型流体支撑可倾瓦滑动轴承的振动位移信号中的工频干扰问题，提出了基于谐波小波和奇异值分解( SVD) 的工频干扰抑制算法．首先基于谐波小波的严格盒型频谱和任意频段任意细分的特性，提取包含工频频谱的频段，然后在时域构建Hankel 矩阵并进行奇异值分解，将反映工频成分的特征值置零，从而抑制工频成分，最后将去除工频的子带频谱同原始频谱其他子带合并，得到去除工频干扰的有用信号用于后续分析．试验结果表明，此算法可有效抑制工频干扰，为后续的新型可倾瓦滑动轴承的振动特性研究奠定基础，具有一定的工程应用价值．

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22. 尺寸效应下的紫铜薄板力学性能试验研究

张赛军龚小龙李健强周驰袁宁

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (10): 8-14. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.002

摘要（302）

PDF（pc）（2804KB）（479）

通过对 0. 1、0. 2、0. 4、0. 6、0. 8 和 1. 0mm 厚的 T2 紫铜薄板在不同温度(450、650和 850℃)下的热处理，获得不同的晶粒尺寸的试样，并采用数字图像相关性(DIC)方法对单向拉伸试验中的变形进行了测量，获得了相关力学性能参数(屈服强度、抗拉强度、最大均匀应变和断裂应变)与晶粒尺寸和板料厚度之间的关系．实验结果表明:所考察的退火 T2 紫铜薄板的力学性能参数均表现出明显的尺寸效应，抗拉强度、最大均匀应变和断裂应变均随材料厚度的减小或晶粒尺寸的增大而减小，且与厚度晶粒尺寸比呈近似指数关系．

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23. 基于弹性铰链的仿人型肌电假手设计

王念峰劳锟沂张宪民

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (10): 15-21,29. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.003

摘要（237）

PDF（pc）（1112KB）（346）

截肢患者需要外形与人手相似、重量轻、体积小，并且具有人手大部分抓取功能和适当操作功能的假手，基于对人手骨骼结构和功能的分析，提出了一种仿人型肌电假手
设计．该假手具有 5 只手指和 4 个自由度，分别由 4 个独立的驱动器进行控制;手指的关节基于弹性铰链进行设计，相邻的指骨间通过螺旋弹簧连接;除拇指外，每只手指均为单自由度，关节之间的运动通过腱驱动耦合实现;驱动系统设计安装在手掌内，具有紧凑的结构，对各个手指的运动灵活控制．通过对手指的运动学分析以及对假手功能的模拟证实，该假手能够实现日常生活中大部分的手势和抓取功能．

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24. 基于并行策略的热固耦合多材料柔顺机构设计

张宪民胡凯王念峰郭浩

华南理工大学学报(自然科学版) 2016, 44 (10): 22-29. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.004

摘要（273）

PDF（pc）（731KB）（284）

热效应在结构设计领域受到广泛的重视，文中利用拓扑优化的方法，对热驱动柔顺机构设计进行了研究，提出了相应的基于并行策略的求解模型．该模型的核心是将一个复杂的多材料热固耦合问题离散成为单材料热固耦合子问题，然后对这些子问题并行求解，并根据整体目标的需要，对所有子问题的解进行调整以得到原始问题的解．对所有的单材料子问题，基于 SIMP(固体各向同性材料惩罚模型)材料插值模型，建立了热固耦合拓扑优化求解模型，然后利用顺序耦合方法进行热－结构多物理场耦合分析，独立并行求解．该模型在理论和实践上都比较简单，可以处理任意多种材料，并且可以避免零碎的拓扑结构，因而有利于制造．文中还通过数值算例说明了此方法的有效性．

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25. 轴向柱塞泵柱塞副偏心状态油膜特性分析

李晶陈昊訚耀保

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (10): 30-35,42. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.005

摘要（293）

PDF（pc）（1000KB）（445）

为了分析柱塞副偏心状态对油膜特性的影响，采用动压支承理论和数值模拟方法，研究在不同柱塞腔压力和缸体转速时柱塞副油膜形态及其变化规律，采用寿命试验台测试液压泵试验件并与理论结果进行对比验证．结果表明:柱塞偏心状态下，柱塞副油膜出现最小厚度值，油膜内部压力高于柱塞腔压力;压油区油膜厚度随压力增加而线性增加，随转速增加而减小，但转速越大，油膜厚度减少量越小，柱塞转过 90°时油膜厚度达到最小值;吸油区最小油膜厚度几乎不随转速变化，且吸油区最小油膜厚度小于压油区油膜厚度;柱塞副最小油膜厚度出现位置与斜盘摩擦力方向一致．

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26. 基于缸体腰形孔的柱塞腔抗空化结构的优化

孙泽刚肖世德许明恒魏巍

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (10): 36-42. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.006

摘要（375）

PDF（pc）（682KB）（284）

为从结构上找到抑制液压元件空化的方法，从理论上分析了轴向柱塞泵缸体腰形孔结构对柱塞腔自吸力的影响，并通过 Fluent 软件对柱塞腔空化进行仿真分析．在Kriging 插值原理基础上，建立了以缸体腰形孔结构参数为自变量及柱塞气体体积分数为目标函数值的代理模型，并通过杂交粒子群算法优化代理模型，得到缸体腰形孔优化结构，为解决柱塞泵结构参数的强耦合关系问题提供了新的方法．综合以上的分析，得到能最大限度抑制柱塞腔空化的柱塞泵缸体腰形孔及配流盘节流槽结构及其参数，通过仿真分析发现该结构具有很强的对柱塞腔空化的抑制性．

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27. 考虑重力影响的单层网壳冲击相似律及数值验证

姜正荣钟渝楷石开荣罗斌

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (10): 43-48,56. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.007

摘要（254）

PDF（pc）（445KB）（247）

考虑重力作用和材料的应变率效应，根据量纲分析，推导出单层网壳在顶点受冲击物冲击的相似律表达式，并在此基础上，提出可通过特别制备材料或添加配重的方法来满足相似条件．采用非线性有限元软件 LS-DYNA 建立与已有文献一致的模型，对比试验结果，验证数值方法的可靠性;建立凯威特－联方型单层网壳分析模型，以节点位移为考察量，分别对提出的两种方法进行验证．结果表明:文中提出的两种方法均能较好地预测原型的位移，相对误差绝对值分别小于 15%和 12%;均能准确预测网壳的倒塌模式，特别是工程关注的整体倒塌;添加配重的方法具有更高的精度和可操作性．

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28. 泡沫填充混凝土的准静态压缩本构模型

刘逸平伍土华刘泽佳蒋震宇汤立群

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (10): 49-56. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.008

摘要（303）

PDF（pc）（921KB）（609）

泡沫填充混凝土(FFC)有望成为工程材料拦阻系统(EMAS)的新型拦阻材料，针对其准静态压缩力学性能进行研究，制作了 6 种不同聚苯乙烯泡沫(EPS)掺量(以体积分数计)的 FFC 试件进行准静态压缩实验．通过对实验数据的分析，对材料的应力－应变曲线进行分段拟合，建立了拟合参数与 EPS 掺量的关系，进而建立了 FFC 材料的准静态压缩本构模型．结果表明:FFC 材料准静态压缩应力－应变曲线可分为 3 个阶段，即弹性段、塑性平台段和密实段;FFC 抗压强度随 EPS 掺量增大而降低;本构模型与实验结果吻合较好，能较为准确地描述不同 EPS 掺量 FFC 材料的压缩力学性能．

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29. 复合材料泡沫夹芯板低能量冲击响应试验研究

何艳斌姚小虎程世超龙舒畅张晓晴

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (10): 57-64,80. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.009

摘要（345）

PDF（pc）（1192KB）（422）

采用 ASTM D7766/D7766M—15 试验标准，对聚氨酯泡沫夹芯、T700/3234 碳纤维增强树脂面板试验件采用落锤冲击，分析了不同冲击能量、不同泡沫芯材、不同冲头作用下复合材料泡沫夹芯板的冲击响应，发现其可以分为 3 种破坏模型．随冲击能量增大，最大冲击力增大，达到峰值的时间缩短，上面板损伤开始较早，结构损伤增大，泡沫夹芯板压缩量增大;密度较大的泡沫夹芯结构上面板产生的冲击力的峰值大、位移小、吸收能量多，下面板的变形减小，结构抵抗变形能力强，应变小;直径小的冲头穿透性强，上面板应变较小，下面板应变增大．

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30. 静水压荷载下功能梯度圆环的弹性屈曲

黄怀纬张永强韩强

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (10): 65-69. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.010

摘要（316）

PDF（pc）（307KB）（431）

管道屈曲问题中，结构通常被考虑为平面应力圆环，但若存在轴向位移约束，其状态更接近平面应变圆环的状态．文中从理论上研究静水压作用下平面应力和平面应变
功能梯度材料圆环的弹性屈曲问题．假定材料沿厚度方向弹性物性按照幂律分布连续变化，结合一阶剪切变形理论和 Kárman 几何关系，应用虚位移原理，导出结构的基本平衡方程;采用本征值方法得到了屈曲控制方程和结构屈曲临界荷载的解析解．通过算例比较了平面应力和平面应变状态下结构理论屈曲性能，同时考察了结构径厚比和材料组分参数的影响．结果表明:平面应变功能梯度材料圆环屈曲临界荷载略高于平面应力的结果;当材料组分参数介于 0． 1 至 10 区间内时，两种圆环的屈曲临界荷载均下降得较为明显．

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31. 横观各向同性岩土材料应变局部化现象的有限元模拟

常江芳徐远杰楚锡华

华南理工大学学报(自然科学版) 2016, 44 (10): 70-80. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.011

摘要（257）

PDF（pc）（2116KB）（276）

岩土材料的各向异性性质与其微结构紧密相关，文中考虑到内摩擦角是应力状态、组构张量及材料主方向的函数，发展了适用于横观各向同性岩土材料的修正的 Druck-
er-Prager 屈服准则．基于 Cosserat 连续体理论，推导了该准则的一致性映射返回算法，形成了一致性切线模量矩阵，并利用有限元软件 Abaqus 的用户单元子程序(UEL)进行了数值实现．通过将积分点材料强度随材料主方向及各向异性程度的变化关系与理论结果进行比较，验证了程序开发的正确性．数值算例重点分析了材料主方向和各向异性参数对结构极限承载力及破坏模式的影响，且与经典连续体的结果进行了比较．结果表明，文中方法能够较好地模拟具有横观各向同性的岩土材料的应变局部化现象．

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32. 基于MEMsFEM 的功能梯度压电板力电耦合分析

孟广伟李霄琳周立明李锋王晖

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (10): 81-86. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.012

摘要（306）

PDF（pc）（750KB）（256）

功能梯度压电材料(FGPM)是一类材料特性连续变化的力电耦合材料．由于材料性能的不均匀性，相应的力学分析具有很大挑战．基于混合扩展多尺度有限元法(MEMs-
FEM)建立了 FGPM 力电耦合问题的分析模型．采用传统多尺度有限元法构造电势多尺度基函数，用扩展多尺度有限元法在不同坐标方向构造位移多尺度基函数，并通过引入耦合附加项考虑各坐标方向位移场间的耦合作用．多尺度基函数的构造可以有效捕捉材料的非均质性，由此可以在粗尺度上对问题进行求解，明显减少了计算量．最后通过数值算例验证了 MEMsFEM 的有效性和高效性．文中模型为功能梯度材料力学行为的数值模拟提供了有效途径．

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33. 风障表面的高速列车风致空气脉动压力研究

柳润东毛军赵萌郗艳红

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (10): 87-95. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.013

摘要（321）

PDF（pc）（1170KB）（302）

高速铁路挡风风障在保障高速列车运行安全的同时，本身亦承受着强烈的列车风致脉动压力荷载．基于 STAR-CCM + 软件，以 CRH3 型高速列车和挡风风障为研究对象，结合能够有效减少开孔薄板网格数量的多孔介质模型以及运动体滑移网格方法，对高速列车通过风障区域的整个过程中列车风致脉动压力的变化进行了数值模拟，分析了风障脉动压力随列车车速和离地高度等参量而改变的时程变化规律，给出了风障位置的脉动压力峰值与压力梯度，得到了列车风致脉动压力的频域特性．结果表明:高速列车通过风障区域时在风障各部位均形成了“正－负－负－正”的交变荷载，且其峰值按照头车正压、头车负压、尾车负压、尾车正压的顺序依次减小，脉动压力梯度随速度增加更加明显;风致脉动压力随高度增加而减小，最大压力出现在风障的底部区域;列车风致脉动压力的功率谱密度峰值集中在 25 Hz 以内，车速每增加 50 km/h，列车风冲击能量增大将近一倍．

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34. 广府木祠堂箍头榫节点力学性能试验研究

陈庆军邱凯祥汤序霖袁国财肖旻杨春

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (10): 96-103. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.014

摘要（274）

PDF（pc）（1016KB）（343）

以岭南地区具有代表性的广府木祠堂建筑为研究对象，分别进行了 1 榀菠萝格木构架缩尺模型的竖向加载与 1 榀木构架缩尺模型的水平低周反复加载试验，研究广府木祠堂箍头榫节点的力学性能．通过木构架的竖向荷载试验，获取箍头榫节点在竖向荷载作用下的破坏形式、受力特点和刚度特性;从木构架的水平低周反复荷载试验中，得到箍头榫节点在水平荷载作用下的破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化及能量耗散能力等性能．试验结果表明，木构架在梁跨中竖向荷载作用下为梁底部木纤维突然拉断而破坏;而木构架在水平低周反复荷载作用下为节点梁端外侧被挤压劈裂破坏，箍头榫节点呈现出典型的半刚性，其滞回曲线较为饱满，割线刚度曲线呈下凹型且趋于收敛，等效粘滞阻尼系数较大，试件表现出较好的抗震性能．

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35. 分级荷载下压力型土层锚杆承载特性试验研究

郝建斌门玉明汪班桥

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (10): 104-109. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.015

摘要（213）

PDF（pc）（618KB）（340）

通过室内模型试验，模拟了人工土质边坡中压力型锚杆在地面荷载作用下的工作状态，研究了分级荷载作用下各层锚杆的轴向应变特征及其随荷载作用时间的变化规律．结果表明:对于人工边坡，地面荷载作用的最危险阶段出现在荷载传递过程中，边坡的压实过程也会使锚杆承受额外荷载．小荷载作用时，处于被压实范围土体内的底层锚杆在压实作用下整体发生向下的位移，基本不受轴向力，处于压实范围外的上层和中层锚杆锚固段分担由于滑坡体发生向下相对位移而引起的较小拉力;中级荷载作用时，土体仍然处于被压实过程，各层锚杆的轴向应变沿长度分布变化不大;高荷载作用下，各层锚杆锚固段逐渐起到了加固边坡的作用，整个锚固系统共同承担坡体的下滑力，直至最后发生破坏．

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36. 基于时域显式法的非平稳随机地震响应灵敏度分析

李雪平李栋泓苏成魏鹏

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (10): 110-116,124. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.016

摘要（259）

PDF（pc）（3353KB）（278）

分别采用精细积分格式和 Newmark-β 积分格式推导了非平稳随机地震响应灵敏度的时域显式表达式．并分别将其应用于平面框架与平面桁架问题的灵敏度分析，研究了积分时间步长对两种积分格式的计算精度和效率的影响．发现:当结构主频处于地震主频范围内时，在同等精度条件下，基于精细积分的时域表达式效率更高;而在结构主频偏离地震荷载主频范围时，基于 Newmark-β 积分格式的时域表达式效率更高．该研究成果可以为在考虑非平稳随机振动的结构优化问题中的数值积分算法选择提供有效的参考和借鉴．

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37. 加气混凝土砌块组合墙加固震损框架抗震性能试验

郭猛刘志元黄炜王双娇袁泉

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (10): 117-124. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.017

摘要（323）

PDF（pc）（651KB）（309）

针对震损框架结构的整体抗震加固需求，提出一种将 RC(钢筋混凝土)-加气混凝土砌块组合墙嵌入震损框架内部实现抗震加固的方法，通过模型试验探讨该加固方法的可行性．首先进行 1∶ 2 比例混凝土框架试件的预损试验，试件加载至大震损坏状态，然后将组合墙嵌入震损框架内部实现加固，再次进行加固框架试件的抗震性能试验．根据试验结果，分析了原框架、震损加固框架的破坏过程和滞回曲线特点，对比研究了两者在承载力、刚度、变形能力等方面的相同及差异之处．结果表明:对于大震震损框架，组合墙加固后其整体承载力与原框架基本一致或略有提高，屈服及极限阶段的等效抗侧刚度、耗能能力大于原框架，破坏阶段其变形能力及耗能略差于原框架．试验初步证明了组合墙加固震损框架是一种可行的加固方法．

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38. 水溶性大豆多糖对啤酒酵母悬浊液的絮凝作用

高文宏林平舟钟碧疆曾新安

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (10): 125-131. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.018

摘要（262）

PDF（pc）（758KB）（242）

采用酒石酸、六偏磷酸钠和氢氧化钠浸提豆渣制得大豆多糖 SSPS P₁ 、SSPS P₂ 和SSPS P₃ ，分别考察金属阳离子(Al³⁺ 、Fe³⁺ 、Fe²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、K⁺、Na⁺)、多糖浓度、pH 值以及温度对 SSPS 絮凝啤酒酵母悬浊液的影响，并进行响应面试验设计，优化 SSPS P₁ 絮凝酵母悬浊液的条件，得到相应的数学回归模型．单因素研究结果表明:3 种水溶性大豆多糖中 SSPS P₁ 絮凝酵母悬浊液的效果最好;多数金属离子对于 3 种 SSPS 的絮凝性起促进作用，其中 Fe³⁺ 协同絮凝效果显著，Fe³⁺ 浓度在 0． 025 mmol/L 时效果最好;SSPS P₁浓度和温度也会影响絮凝啤酒酵母悬浊液的效果，SSPS P₁ 质量浓度和温度分别为 10 mg/L和30℃时效果较好;强碱性环境有利于 SSPS P₁ 絮凝酵母悬浊液．分析数学回归模型得到的絮凝最佳条件为 SSPS P₁ 质量浓度 11． 56mg/L、Fe³⁺ 浓度 0． 26mmoL/L、pH 值 9． 05、温度 30． 68℃，絮凝率的预测值与实验值非常接近，回归模型能够反映各因素对啤酒酵母悬浊液絮凝效果的影响．

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39. 脉冲电场对沙门氏菌细胞膜流动性的影响及其机理

曾新安欧贇王满生

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (10): 132-136. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.019

摘要（326）

PDF（pc）（355KB）（255）

研究了脉冲电场作用对鼠伤寒沙门氏菌 Salmonella Typhimurium 的杀菌效应及其膜通透性的影响，并结合拉曼光谱技术分析了不同脉冲处理时间对沙门氏菌磷脂构象的影响．结果表明:随着脉冲电场能量的不断输入，沙门氏菌的灭活对数不断增加，且细胞膜的通透性也随之增大;此外，随着脉冲处理时间的延长，沙门氏菌磷脂拉曼峰的峰值比I₁₁₃₉ /I₁₀₈₂ 呈现出先增大后减小的趋势，但是均比未经脉冲电场处理的峰值比要高(P ＜0．05)．这说明脉冲电场作用能够增加沙门氏菌磷脂的 C—C 全反式构象的数目，同时减少了C—C 扭曲构象数目;但是，随着脉冲处理时间的延长，峰值比 I₂₈₇₄ /I₂₈₆₂ 也随之增大(P ＜0．05)，这意味着脉冲电场作用能够有效增大沙门氏菌磷脂 C—H 的侧向堆积程度，从而导致了磷脂脂链的有序程度增加和细胞膜流动性的减弱．因此，脉冲电场作用能够增大细胞膜的通透性和降低细胞膜流动性，最终会引起细胞损伤或者死亡．这为脉冲电场作用下微生物的灭活机理研究提供了一定的理论依据．

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40. pH 对小麦HMW-GS 1Dx5 的N 端结构域分子特性的影响

胡松青张亚萍王敬敬刘光毅黄滟波李琳侯轶

华南理工大学学报（自然科学版） 2016, 44 (10): 137-142. DOI: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.10.020

摘要（296）

PDF（pc）（589KB）（273）

采用内源荧光光谱、总自由巯基定量、非还原和还原十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)以及原子力显微镜(AFM)等方法探究了 pH 值对高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)1Dx5 的 N 端结构域(1Dx5-N)聚集体形成的影响规律．结果显示:与酸性和碱性条件下相比，中性(pH =7． 0)条件下，1Dx5-N 的荧光最大发射波长发生了蓝移，表明中性条件下 1Dx5-N 聚集程度增加;与酸性和碱性处理条件相比，中性条件下 1Dx5-N的总自由巯基含量降低，且形成了更多的二聚体和高聚体，表明中性环境更有利于 1Dx5-N 的聚集，且分子间二硫键对聚集体的形成发挥了重要作用;中性条件下形成了颗粒直径相对较大的聚集体，进一步证明了中性条件更有利于 1Dx5-N 的聚集．从而从分子层面证明了中性条件下进行面制品加工的合理性．

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