工程科學學報

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期刊信息

月刊，1955年創刊

ISSN 2095-9389

CN 10-1297/TF

主管單位：教育部

主辦單位：北京科技大學

編　　輯：《工程科學學報》編輯部

出　　版：科學出版社

主任委員：楊仁樹

副主任委員(主編)：吳愛祥

地　　址：北京市海淀區學院路30號

電　　話：(010)62333436

傳　　真：(010)62333436

郵發代碼：82-303

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2019年第41卷第10期

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深度神經網絡模型壓縮綜述

李江昀, 趙義凱, 薛卓爾, 蔡錚, 李擎

2019, 41(10): 1229-1239. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.27.002

[摘要](2767)

[HTML全文] (757)

[PDF 2417KB](648) [施引文獻] ()

摘要:
深度神經網絡近年在計算機視覺以及自然語言處理等任務上不斷刷新已有最好性能，已經成為最受關注的研究方向.深度網絡模型雖然性能顯著，但由于參數量巨大、存儲成本與計算成本過高，仍然難以部署到硬件受限的嵌入式或移動設備上.相關研究發現，基于卷積神經網絡的深度模型本身存在參數冗余，模型中存在對最終結果無用的參數，這為深度網絡模型壓縮提供了理論支持.因此，如何在保證模型精度條件下降低模型大小已經成為熱點問題.本文對國內外學者近幾年在模型壓縮方面所取得的成果與進展進行了分類歸納并對其優缺點進行評價，并探討了模型壓縮目前存在的問題以及未來的發展方向.

宏觀接觸熱阻研究綜述

汪獻偉, 王兆亮, 何慶, 李秀蓮

2019, 41(10): 1240-1248. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.05.001

[摘要](1098)

[HTML全文] (473)

[PDF 1776KB](89) [施引文獻] ()

摘要:
基于國內外學者在宏觀接觸熱阻領域的研究成果，闡述了宏觀接觸熱阻的理論研究和工程應用現狀，介紹了宏觀接觸熱阻的理論計算方法、實驗測量方法和數值模擬方法，明確了各種方法的優缺點.簡述了宏觀接觸熱阻的影響因素，基于中國聚變工程實驗堆(CFETR)低溫超導線圈的降溫實驗，創建界面接觸熱阻分析模型，詳細分析了熱流方向、溫度、壓力等因素對超導磁體不銹鋼鎧甲、介電絕緣材料、失超保護材料接觸熱阻的影響，并進一步探究了溫度、壓力等因素導致接觸熱阻發生變化的熱力學原因.最后，結合工程計算中對準確性和便捷性的要求，指出了接觸熱阻的未來研究方向.

高應變率下紅砂巖"凍傷效應"

楊陽, 楊仁樹

2019, 41(10): 1249-1257. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.14.002

[摘要](745)

[HTML全文] (379)

[PDF 9011KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
對低溫凍結紅砂巖進行動態沖擊實驗，研究高應變率下紅砂巖動態力學特性的溫度效應，運用損傷理論和能量理論，分析不同負溫對紅砂巖強度、損傷變量及能量耗散的影響，結合斷口形貌分析，探究紅砂巖在較低負溫下動態力學強度出現劣化的原因.研究表明：較低的負溫(-30℃后)會使紅砂巖出現"凍傷"，導致高應變率下巖石動態力學強度的急劇降低，宏觀上則容易出現動力擾動下的瞬時工程災變.根據斷口形貌分析，較低的負溫會導致紅砂巖內部組成物質間界面處生成大量裂紋，這些裂紋尖端塑性變形能力差，在高應變率加載下極易失穩擴展發生低應力脆性破壞，而膠結物由于組成礦物成分復雜更易受負溫影響，因此在動荷載和負溫雙重作用下往往是膠結物處先產生破壞，進而引起紅砂巖整體的破裂.

層理傾角對受載千枚巖能量演化及巖爆傾向性影響

楊建明, 喬蘭, 李遠, 李慶文, 李淼

2019, 41(10): 1258-1265. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.09.18.003

[摘要](837)

[HTML全文] (323)

[PDF 3670KB](20) [施引文獻] ()

摘要:
選擇5種不同層理傾角的千枚巖進行單軸一次加卸載試驗，探討層理傾角對千枚巖變形破壞過程中能量演化及巖爆傾向性影響.試驗結果如下：各巖樣應變能演化相似，在應力峰值前表現為能量積聚，峰值后為能量釋放和耗散.但隨著層理傾角的增大，其儲能極限、殘余彈性能和最大耗散能均呈U型變化，通過擬合在60°均取得最小值；隨層理傾角增大，在峰前巖樣的彈性能比例值呈倒U型變化，其中在60°取得最大值，表明峰前在60°處用于層理壓密做的功最少.而且在峰前最大彈性能比例隨層理傾角增加變化幅值較小，體現出峰前層理傾角對儲能效率影響較小.在峰后彈性能比例下降幅度大小為60° > 30° > 45° > 90° > 0°，說明含0°層理巖樣的峰后裂隙發育最不充分表現出的脆性最大；結合彈性變形能指數(W_et)和沖擊能量指數(W_cf)的優點建立新判據儲能性能和峰后繼續破壞耗散能的比例(W)，并計算各傾角巖樣的W值，其從小到大為60°→45°→30°→90°→0°.

考慮空間位形力作用的微米軟顆粒溶液微圓管流動規律

朱維耀, 王亞震, 岳明, 鄧慶軍

2019, 41(10): 1266-1273. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.31.002

[摘要](1027)

[HTML全文] (517)

[PDF 2780KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
針對微米級軟顆粒溶液在微小孔道流動不符合泊肅葉流動規律問題，考慮受固體管壁影響軟顆粒形變產生的空間位形力作用，基于Navier-Stokes理論，推導軟顆粒溶液在圓管中的流速分布及流量表達式，引入顆粒形變因子以表征空間位形力作用的影響；建立考慮空間位形力作用的圓管流動數學模型.由微尺度流動特征實驗，得到軟顆粒溶液微圓管流動規律，與泊肅葉流動對比，結果顯示當管徑小于顆粒直徑時，相同壓力梯度下考慮空間位形力作用的流速比泊肅葉流動擬合結果更接近于實驗數據.通過數值計算分析發現，與泊肅葉流動下的速度分布和平均流量相比，當微圓管尺寸減小時，空間位形力作用隨之增大，其更大程度上影響流體在微圓管內的流動規律；當顆粒呈非球形且最小投影面積相同時，偏離球形顆粒程度越大，空間位形力作用越大，因此空間位形力作用在微小孔道流動中不可忽略.

鉛離子對苯乙烯膦酸浮選錫石的活化作用

李艷軍, 劉暢, 劉杰, 宮貴臣

2019, 41(10): 1274-1279. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.09.04.003

[摘要](758)

[HTML全文] (343)

[PDF 2661KB](18) [施引文獻] ()

摘要:
通過單礦物浮選試驗揭示了Pb²⁺對苯乙烯膦酸（SPA）浮選錫石效果的影響規律，在此基礎上，利用接觸角測定、Zeta電位檢測、紅外光譜分析和浮選溶液化學研究了苯乙烯膦酸浮選錫石體系中Pb²⁺的活化作用機理.單礦物試驗結果表明：在礦漿pH為2.0~8.0的區間內Pb²⁺對錫石的浮選具有明顯的活化作用，礦漿pH為4.0時錫石的回收率最高，達到93.78%，與不存在Pb²⁺的情況相比提高了5.33%.Zeta電位檢測、紅外光譜分析和浮選溶液化學結果表明：苯乙烯膦酸主要化學吸附于錫石表面，使錫石表面的Zeta電位負移，Pb²⁺的作用促進了苯乙烯膦酸的吸附，進一步降低了錫石表面的Zeta電位；Pb²⁺可以與錫石表面的Sn⁴⁺發生置換，PbOH⁺能夠與錫石表面的Sn-OH發生相互作用形成以Sn-O-Pb⁺形式存在的絡合物，這些作用增加了錫石表面的活性位點數量，使得苯乙烯膦酸在錫石表面的吸附量增多，導致了錫石的活化.

鋼中液態夾雜物聚并行為的數學物理模擬

陳開來, 王德永, 屈天鵬, 田俊, 王慧華

2019, 41(10): 1280-1287. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.11.02.001

[摘要](1672)

[HTML全文] (353)

[PDF 6433KB](54) [施引文獻] ()

摘要:
基于相似原理，采用水模擬鋼液，用有機試劑模擬鋼液中液態非金屬夾雜物，同時采用數值仿真方法共同研究了夾雜物種類、兩相間界面張力及黏度對于液滴聚并過程的影響規律.結果表明，夾雜物液滴間的聚合趨勢與其自身的物理性質有緊密聯系，其中液滴相與連續相之間的界面張力會促進其相互聚并，而液滴相的黏度則正相反，在液滴聚并過程中起抑制作用.因此，通過改變液態夾雜物與高溫鋼液之間的界面參數以及黏度參數，有望達到聚合或分散的控制目標，進而實現夾雜物尺寸的靈活控制.

冶金熔渣混合制備微晶玻璃的組成及性能優化

李宇, 伊耀東, 陳奎元, 孟昕陽

2019, 41(10): 1288-1297. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.09.19.001

[摘要](1003)

[HTML全文] (277)

[PDF 4169KB](162) [施引文獻] ()

摘要:
以電爐鎳鐵渣和普通高爐渣為主要原料，采用Petrurgic一步法制備了微晶玻璃，并結合力學性能測試，對樣品進行了X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)等分析，討論了電爐鎳鐵渣和普通高爐渣配比、Mg²⁺含量以及晶核劑TiO₂對成品微觀結構及性能的影響規律.結果表明：將熔渣冷卻至900℃結晶和650℃退火，能夠制備出性能優良的微晶玻璃.當Mg²⁺含量增加且析出晶體為單一輝石族礦物時，微晶玻璃具有較高的力學性能.電爐鎳鐵渣或Mg²⁺含量增加，會導致其輝石族礦物含量增加，當兩種渣混合摻量達到90%(鎳鐵渣質量分數50%，高爐渣質量分數為40%)且外摻2% MgO時，所制備微晶玻璃結構致密，僅含有單一輝石族礦物，包括透輝石、普通輝石和斜頑輝石，從而具有最優的力學性能，其抗折強度達210 MPa，抗壓強度達1162 MPa.電爐鎳鐵渣或者MgO含量進一步增加，會導致鎂橄欖石析出，此時微晶玻璃的力學性能顯著下降.TiO₂含量的增加不改變微晶玻璃晶體種類，合適摻入TiO₂(本實驗為質量分數2%)能夠增強透輝石含量，提升性能；但過量摻入會抑制晶體生長，導致其性能下降.

Sc對7056鋁合金組織和性能的影響

田少鯤, 李靜媛, 張俊龍, 呂丹

2019, 41(10): 1298-1306. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.22.003

[摘要](1195)

[HTML全文] (407)

[PDF 6974KB](48) [施引文獻] ()

摘要:
對鑄態合金進行了均勻化處理、擠壓、固溶處理和時效處理，通過分析合金的化學成分，觀察合金在不同狀態的顯微組織及析出相透射電鏡(TEM)形貌，測試合金在熱處理后的硬度和拉伸性能，研究了向7056鋁合金中加入質量分數0.2%的Sc對合金組織和性能的影響.實驗結果表明，Sc元素的加入可以明顯細化組織晶粒，鑄態晶粒由100~500 μm下降到50 μm左右；Sc元素的加入對合金的塑性有大幅度提高，時效處理后，合金的斷后伸長率從10.82%增加到了13.60%；但屈服強度卻由668 MPa下降到657 MPa.通過綜合計算晶粒大小、析出相強化等因素，詳細分析了Sc元素加入引起7056鋁合金峰時效態屈服強度下降的原因.理論計算顯示，向合金中加入質量分數0.2%的Sc元素時，峰時效處理后，合金的強度值會下降12.005 MPa，與試驗值11 MPa接近.研究得到7056鋁合金最佳的單級時效制度為120℃+16 h，峰值硬度和強度為195.2 HV和714 MPa，此時合金中主要強化相為圓盤狀和短棒狀的MgZn₂相，大小約為4~6 nm，同時存在球狀的Al₃Zr相，大小約為20 nm.

具有微米纖維碳的硅/石墨/碳復合材料的制備及在鋰離子電池中的應用

安富強, 何冬林, 龐錚, 李平

2019, 41(10): 1307-1314. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.08.001

[摘要](1033)

[HTML全文] (478)

[PDF 7780KB](28) [施引文獻] ()

摘要:
以瀝青為軟碳原料，商業石墨的載體材料，通過高溫熱解法成功合成了硅/石墨/碳復合材料，同時原位生成了微米尺度的碳纖維.該硅/石墨/碳復合材料具有諸多優點，石墨片層堆疊之間的空隙為硅的體積膨脹提供了有效的空間，瀝青熱解碳材料的包覆能一定程度抑制硅基材料的體積效應和提高其電子電導率，同時微米級的碳纖維能提高材料的長程導電性和結構穩定性，從而極大的改善負極材料循環性能.通過電化學測試表明，硅/石墨/碳復合材料中硅/石墨/碳復合負極材料在200 mA·g^-1電流密度下具有650 mA·h·g^-1的可逆容量，在200 mA·g^-1電流密度下經過500圈循環后容量保持率為92.8%，每圈的容量衰減率僅為0.014%，展現了優異的循環性能.

鋁棒低銀鉛合金表面陶瓷化復合陽極的制備與性能

閆文凱, 陳步明, 冷和, 黃惠, 郭忠誠, 徐瑞東

2019, 41(10): 1315-1323. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.11.04.002

[摘要](1122)

[HTML全文] (408)

[PDF 9571KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
為獲得一種鋅電積用低成本、低析氧電位和高催化活性的陽極，在鋁棒表面通過擠壓復合技術包覆Pb-0.2% Ag合金得到Al棒Pb-0.2% Ag陽極.在含氟的硫酸溶液中，通過陽極氧化在Pb-0.2% Ag合金和Al棒Pb-0.2% Ag合金陽極表面形成具有高催化性能的膜層，采用顯微圖像分析儀和數顯顯微硬度計表征了膜層的厚度及硬度，并通過電子拉伸試驗對比了兩種陽極的極限抗拉強度.采用X射線衍射、掃描電子顯微鏡、循環伏安法、陽極極化和交流阻抗法等技術手段研究了Al棒Pb-0.2% Ag與Pb-0.2% Ag陽極表面氧化膜層的物相、形貌以及電化學性能.結果表明：Al棒Pb-0.2% Ag陽極相比Pb-0.2% Ag陽極表面易生成致密較厚的氧化膜層，且膜層硬度提升了41.64%，其氧化膜層主要物相均為電催化活性良好的β-PbO₂.新型陽極的極限抗拉強度是傳統陽極的1.3倍，大大改善了陽極材料的機械性能.陽極極化曲線數據顯示Al棒Pb-0.2% Ag/PbO₂陽極在電積鋅體系中具有較低的析氧電位(1.35 V vs MSE，500 A·m^-2)和較高的交換電流密度(7.079×10^-5 A·m^-2).循環伏安曲線和交流阻抗數據顯示Al棒Pb-0.2% Ag/PbO₂陽極具有較高的電催化活性、較大的表面粗糙度和較小的電荷傳質電阻.在電積鋅實驗中，柵欄型Al棒Pb-0.2% Ag/PbO₂陽極相比傳統Pb-0.2% Ag陽極平均槽電壓下降了75 mV，而且大大減少了陽極泥的產生.

FeSiAl電磁屏蔽涂層的腐蝕行為對吸波性能的影響

盧桃麗, 范書亭, 盧琳, 馬政, 陳恒

2019, 41(10): 1324-1331. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.04.01.003

[摘要](758)

[HTML全文] (309)

[PDF 6598KB](24) [施引文獻] ()

摘要:
以在Q235冷軋鋼板表面涂敷的FeSiAl電磁屏蔽涂層為研究對象，通過改變固化條件，探究了電磁屏蔽涂層的最優固化環境.同時，運用中性鹽霧試驗、電磁屏蔽性能測試和電化學阻抗試驗，研究了自然條件固化后涂層的吸波性能和耐蝕性能隨鹽霧周期不同的變化規律.結果表明，電磁場下固化會損害涂層的腐蝕屏蔽性.吸波劑含量的增加不利于提升涂層的吸波性能，同時也會損害涂層的腐蝕屏蔽性.長期鹽霧試驗后，涂層的吸波性能隨腐蝕屏蔽性的降低而下降.

基于增強學習算法的插電式燃料電池電動汽車能量管理控制策略

林歆悠, 夏玉田, 魏申申

2019, 41(10): 1332-1341. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.15.001

[摘要](1098)

[HTML全文] (401)

[PDF 9215KB](39) [施引文獻] ()

摘要:
以一款插電式燃料電池電動汽車(plug-in fuel cell electric vehicle，PFCEV)為研究對象，為改善燃料電池氫氣消耗和電池電量消耗之間的均衡，實現插電式燃料電池電動汽車的燃料電池與動力電池之間的最優能量分配，考慮燃料電池汽車實時能量分配的即時回報及未來累積折扣回報，以整車作為環境，整車控制作為智能體，提出了一種基于增強學習算法的插電式燃料電池電動汽車能量管理控制策略.通過Matlab/Simulink建立整車仿真模型對所提出的策略進行仿真驗證，相比于基于規則的策略，在不同行駛里程下，電池均可保持一定的電量，整車的綜合能耗得到明顯降低，在100、200和300 km行駛里程下整車百公里能耗分別降低8.84%、29.5%和38.6%；基于快速原型開發平臺進行硬件在環試驗驗證，城市行駛工況工況下整車綜合能耗降低20.8%，硬件在環試驗結果與仿真結果基本一致，表明了所制定能量管理策略的有效性和可行性.

基于改進鴿群優化和馬爾可夫鏈的多無人機協同搜索方法

王瑞, 肖冰松

2019, 41(10): 1342-1350. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.09.02.002

[摘要](1216)

[HTML全文] (451)

[PDF 5384KB](46) [施引文獻] ()

摘要:
針對多無人機在協同搜索過程中存在重復搜索、目標靜止、搜索效率低的問題，提出基于改進鴿群優化和馬爾可夫鏈的多無人機協同搜索方法.首先，建立類似傳感器探測范圍的蜂窩狀環境模型，降低對搜索區域的重復搜索；其次，建立滿足高斯分布的馬爾可夫鏈動態目標運動模型；然后，將柯西擾動引入基本鴿群優化算法的地圖和指南針算子，高斯擾動引入地標算子，同時利用模擬退火機制保留次優個體，進而有效緩減基本鴿群優化算法易陷入局部最優的問題.最后，通過仿真實驗將本文算法與其他群體智能算法進行比較，結果表明新型算法的合理性和有效性.

沖刷深度對海上風電塔地震動力響應的影響分析

宋波, 趙偉娜, 雙妙

2019, 41(10): 1351-1359. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.20.001

[摘要](761)

[HTML全文] (369)

[PDF 7421KB](31) [施引文獻] ()

摘要:
基于某海上風電塔進行現場監測、有限元模擬及室內振動臺試驗研究，考慮樁-土相互作用并對結構進行精細化數值模擬分析，研究了不同沖刷深度下結構自振周期的變化及不同沖刷深度對結構地震動作用下動力響應的影響規律.現場監測結果表明：6#風機結構受海水沖刷嚴重，與同時期建造的15#風機相比振動幅度明顯，說明沖刷深度對結構的影響不可忽略.數值模擬分析表明：沖刷深度主要影響結構高階振型，使結構自振周期變長，增幅最大達33%.由于沖刷致使土層對高柔性結構約束減弱，結構將產生大的振動進而導致風機停擺；在遭遇7度罕遇地震時，應立即停止發電工作.室內縮尺振動臺試驗與數值模擬所得結果的變化曲線較為均勻，趨勢上較吻合，充分驗證了數值模擬的準確性.