2023年, 第37卷, 第5期　刊出日期：2023-10-31

  

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机电与信息工程
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  多种刀具高速脆性切削纯铁切削性能研究

  刘永龙, 苏国胜, 赵猛, 刘义

  齐鲁工业大学学报. 2023, 37(5): 1-11. https://doi.org/10.16442/j.cnki.qlgydxxb.2023.05.001

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  在工件材料塑性应力波波速阶段脆性切削工件,可以避免材料因软黏性大而产生的难断屑、应变硬化、黏刀等问题。选用硬质合金刀具、陶瓷刀具和立方氮化硼(PCBN)刀具高速(线速度高达8 000 m/min)脆性切削纯铁,观察各类刀具切削后刀具的磨损情况、切削力和已加工表面质量。结果表明:3种刀具中,硬质合金刀具磨损最为严重,其次是PCBN刀具,陶瓷刀具磨损最小。硬质合金刀具后刀面发生剧烈的磨粒磨损,PCBN前刀面出现月牙洼磨损,在月牙洼内充满高温熔化物和脆性断裂碎片,陶瓷刀具无明显磨损特征,但前、后刀面上有大量的工件黏附。相比于硬质合金和PCBN刀具,陶瓷刀具加工的加工表面缺陷较少,有极少的侧向流动,粗糙度和硬化层最小,是高速切削纯铁比较理想的刀具材料。
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  基于改进Mask R-CNN网络模型的水面物体检测算法

  佟剑峰, 于雨, 韩少彬

  齐鲁工业大学学报. 2023, 37(5): 12-18. https://doi.org/10.16442/j.cnki.qlgydxxb.2023.05.002

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  随着深度学习的发展,利用深度学习相关知识实现水面物体检测的信息化以及智能化具有重要的意义。受到水平面复杂环境的影响,水面物体的实例分割依然是如今的难点之一。以水面物体实例分割为研究对象,提出了一种改进的Mask R-CNN网络模型。在数据集的构建阶段,使用labelme标注工具对图像进行标注并且通过添加高斯噪声、随机亮度等方法实现图像的增强。对于Mask R-CNN网络模型的改进部分,采用ResNeXt50作为骨干网络,并且在FPN网络中引入注意力机制SENet模块。实验结果表明,在IOU=0.5的判别方式中,改进后的网络模型相较于原始的Mask R-CNN网络模型,检测以及分割的平均精度分别提高到89.3%、88.5%。因此,改进后的Mask R-CNN网络模型相较于原始的Mask R-CNN网络模型更适合于水面物体的实例分割。
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  一种用于连续推力航天器燃料最优轨迹优化的协状态初始化方法

  诸葛运成, 任飞, 李安庆, 王叶

  齐鲁工业大学学报. 2023, 37(5): 19-27. https://doi.org/10.16442/j.cnki.qlgydxxb.2023.05.003

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  研究了连续推力航天器轨道转移燃料最优轨迹优化问题。考虑到实际工程需求,将3个方向的推力控制分开进行独立优化。使用间接优化方法,利用同伦法将能量最优解过渡至燃料最优解,以克服bang-bang控制造成的不平滑积分问题。针对间接法的初值敏感问题,基于简化的动力学模型提出一种初始化方法,可以快速生成高质量的协状态初始猜测值,提高收敛性。数值仿真结果表明,利用此初始化方法生成的初始猜测值可以求得收敛且可行的能量最优解和燃料最优解,验证了此初始化方法的可行性与高效性。
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  基于神经网络辅助卡尔曼滤波算法的水质数据处理系统

  李凯林, 孟繁朴, 任万龙, 郝宗睿

  齐鲁工业大学学报. 2023, 37(5): 28-33. https://doi.org/10.16442/j.cnki.qlgydxxb.2023.05.004

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  在水产养殖当中,水质数据的实时性和精确性对养殖活动具有重要作用。除从物理层面提高水质监测系统准确性外,对所获水质数据使用算法优化处理,可大幅提高数据的精确性。运用神经网络辅助卡尔曼滤波算法对水质监测数据进行处理,能够将溶解氧的平均绝对误差降低27%以上,均方误差降低39%以上,均方根误差降低22%以上,对pH的平均绝对误差也可以降低20%以上。精确的水质数据为养殖户的科学水产养殖提供了数据支撑。
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  信号插值对归一化变步长FxLMS算法的影响研究

  郭畅, 孙凯, 宋路昊, 王希彦, 王中林

  齐鲁工业大学学报. 2023, 37(5): 34-40. https://doi.org/10.16442/j.cnki.qlgydxxb.2023.05.005

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  自适应滤波算法是主动控制系统的核心部分,为进一步优化归一化变步长滤波x-最小均方(NVSS-FxLMS)算法,本研究引入信号插值概念,构建结合信号插值与归一化变步长理念的INVSS-FxLMS算法,以进一步改善控制效果及算法收敛速度,并探究了信号插值数量对算法性能的影响。仿真结果表明,信号插值可改善NVSS-FxLMS算法的控制效果及收敛速度,且插值数量存在最佳范围,当插值数量为10左右时,控制效果及收敛速度较好,总声压级/加速度级降低率达18%,而计算时间仅增加约9.6%,为NVSS-FxLMS算法的发展提供了新思路,并为主动控制系统的改进奠定基础。
食品与生物工程
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  新型青枯雷尔氏菌来源双核含铜酪氨酸氧化酶的异源表达及生化性质鉴定

  崔鹏鹏, 单瑞达, 王怡淑, 李霞, 孙登岳, 曾志雄

  齐鲁工业大学学报. 2023, 37(5): 41-50. https://doi.org/10.16442/j.cnki.qlgydxxb.2023.05.006

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  左旋多巴(Levodopa,L-DOPA)能有效治疗帕金森病(Parkinson's Disease,PD),寻找能够专一性催化酪氨酸合成L-DOPA的新型酪氨酸酶(tyrosinase,TYR)具有重要意义。研究将来源于青枯雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)的酪氨酸氧化酶(RsTYR)基因构建到重组质粒中化转至大肠杆菌中进行异源表达并对表达条件进行了优化。结果表明,在BL21(DE3)大肠杆菌中,当诱导温度达到25 ℃,诱导剂异丙基β-D-1-硫代半乳糖苷(IPTG)的浓度为0.5 mmol/L,诱导时间设置为12 h时,RsTYR蛋白能够获得较高表达量(0.4 mg/mL)。随后,通过Ni树脂亲和层析、离子交换层析和凝胶过滤层析等方法对RsTYR蛋白进行纯化,获得高纯度的重组蛋白。随后利用精制的RsTYR蛋白,对其进行了产物鉴定和酶学性质表征研究,结果表明RsTYR能特异性的将L-酪氨酸合成L-DOPA。该酶的最适反应温度为45 ℃,最适反应pH为6.5。在pH为7.0时RsTYR催化性质最稳定,最适缓冲液为PBS缓冲液,在 pH 6.0~7.5间,酶分子仍具有50%以上的残余活性,且K⁺能够提高RsTYR的活性。同时测定了RsTYR的酶动力学参数,其K_m和k_cat值分别为0.63 μmol/L和9.61 s^-1。同源序列分析结果表明RsTYR属于Tyrosinase Superfamily,并且通过同源建模及序列对比分析预测了该酶的保守催化活性位点His81、His93、His102、His227、His231、His253。本研究为生物合成L-DOPA提供了一种新酶选择,为L-DOPA的生物催化合成提供了一定的理论基础。
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  海带多糖中重金属脱除工艺研究

  盖雪蕾, 李静, 张绵松, 陈伟峰, 刘雪, 崔婷婷, 刘昌衡, 贾爱荣

  齐鲁工业大学学报. 2023, 37(5): 51-59. https://doi.org/10.16442/j.cnki.qlgydxxb.2023.05.007

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  为降低海带多糖中重金属铅、镉、铬的含量,选用改性硅胶作为吸附剂,以3种重金属的脱除率、多糖保留率为评价指标,以pH、硅胶用量、温度和时间为因素进行了单因素试验;在此基础上通过正交试验设计和综合评价指标优化了海带多糖中重金属脱除工艺条件。结果表明,海带多糖中重金属脱除的最佳工艺条件为pH 8、温度50 ℃、时间3.5 h,对铅、镉、铬的脱除率分别可达到93.33%、97.27%、69.27%,此时的多糖保留率为83.28%。脱除后,海带多糖中重金属含量均低于国家标准的限值,且最大程度地保留了多糖,提高了再加工原料品质,为海带多糖在食品、保健食品和特医食品中的应用提供了高品质原料。
数理与统计科学
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  几类度量聚合函数的研究

  孙利军, 赵晨, 李钢

  齐鲁工业大学学报. 2023, 37(5): 60-66. https://doi.org/10.16442/j.cnki.qlgydxxb.2023.05.008

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  广义度量在分类、识别、图像处理等人工智能领域有着广泛的应用。聚焦于广义度量的聚合问题,分别讨论了广义度量的3种特殊情形:度量、伪度量、拟度量聚合(保留)函数的刻画及彼此间的联系,最后通过例子及结构图进行解释说明和直观呈现。
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  基于不同放牧策略对锡林郭勒草原土壤化学性质影响研究

  赵琳琳, 张楠, 张瀚青, 胡双霞, 王岩, 李金红

  齐鲁工业大学学报. 2023, 37(5): 67-74. https://doi.org/10.16442/j.cnki.qlgydxxb.2023.05.009

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  土壤有机碳(SOC)、土壤无机碳(SIC)和土壤碳氮比(C/N)是土壤的重要化学性质,研究不同放牧策略对土壤化学性质的影响,对于维持草原生态系统可持续发展有重要意义。以锡林郭勒草原为例,分析不同放牧策略对土壤化学性质的影响,取锡林郭勒草原某指定区域不同放牧策略下的土壤化学性质数据,利用主成分分析中的因子分析法判断土壤各化学性质对环境影响的响应,得出土壤有机碳、土壤无机碳和土壤碳氮比受环境影响较大的结论。采用时间序列方法中的ARIMA模型(整合移动平均自回归模型),预测放牧区的有机碳、无机碳、全氮含量,给出相应的预测模型,不同放牧策略对土壤有机碳含量影响的预测模型为ARIMA(2,0,0),对土壤无机碳含量影响的预测模型为ARIMA(2,1,1),对土壤碳氮比影响的预测模型为ARIMA(3,0,0)。
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  基于互惠食饵捕食模型的草原放牧稳定性的研究

  胡双霞, 张楠, 张瀚清, 赵琳琳, 王岩, 李金红

  齐鲁工业大学学报. 2023, 37(5): 75-80. https://doi.org/10.16442/j.cnki.qlgydxxb.2023.05.010

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  对草原放牧稳定性进行了研究,主要采用食饵捕食模型研究最佳的放牧数量。在一般食饵捕食模型、互惠食饵捕食模型和将牧草分类分析建立的优化模型中分别求得平衡点,分别对3种模型求出的平衡点运用微分方程稳定性研究理论和MATLAB数值模拟考察平衡点稳定性,确定了牧草和放牧数量的最佳值,最后给出分类划片放牧和按季节轮牧的建议。