摘要：仿生学通过模仿生物体结构,对功能材料和智能器件进行设计及优化,使人工器械具有仿生功能。环境响应水凝胶可以感知多种外界刺激并做出反应,兼具软、湿特性,与生物软组织在结构和组成上有诸多相似之处,且生物相容性良好,是制备仿生器件的理想材料。通过仿生器件结构的非对称设计,利用水凝胶对环境变化的响应实现灵活多变的智能反应。本文以非对称仿生结构设计为主线,依次介绍了环境响应水凝胶的单层和双层非对称结构器件及先进成型工艺,提出了非对称结构的功能性及设计组装的“模块”化概念,为水凝胶仿生智能器件高效、通用、灵活、多功能的产业化应用提供了新的思路。

摘要：针对单特征输入时,现有声场景分类方法分类准确率不高且泛化能力不强的问题,提出了一种基于多流卷积和数据增强的声场景分类方法.首先,介绍了卷积神经网络和混合数据增强的基本原理;其次,基于网络并行输入理论,设计了一种多流卷积神经网络模型以期实现多流特征融合,其由特征提取模块和特征融合模块组成;然后,为进一步提升模型的准确率并降低模型过拟合的概率,提出了一种多维混合数据增强方法以实现特征数据的平滑处理;最后,采用9种特征组合方案,基于Urbansound8K,ESC50和ESC10数据集分别开展了声场景分类实验.实验结果表明:模型的准确率分别为88.29%,77.75%和96.25%,验证了当使用该方法进行声场景分类研究时,模型具有较高的准确率和较强的泛化能力.

摘要：针对同时定位与建图(SLAM)算法精度不高且跟踪易失败的问题,提出了一种改进关键帧选择的ORB-SLAM2算法。通过ORB-SLAM2算法计算帧间相对位姿;在原有算法的基础上,增加旋转与平移量作为判定依据,决定是否创建新关键帧;针对移动机器人所安装的相机与机器人产生相对运动引发误拍摄,导致劣质关键帧生成的问题,设计了劣质关键帧剔除算法;基于RGB-D数据集与自主研发的移动机器人进行了实验验证。实验结果表明:改进的关键帧选择算法能够准确及时地选择关键帧,最优情况下定位误差约为原误差的51.9%,有效消除了相机与机器人之间相对运动产生的影响,直线误差仅为原误差的82.1%。改进算法能够有效提高定位精度,减少跟踪失败。

摘要：TC4ELI钛合金以其优异的力学和抗腐蚀性能广泛应用于深海耐压结构。在深海交变载荷作用下,钛合金结构的初始微缺陷易发生疲劳扩展,进而会导致灾难性破坏。因此,耐压结构逐渐采用损伤容限设计理念来保证安全。然而,传统的二维损伤容限设计理念过于保守,不利于三维深海耐压结构的轻量化设计。本文对TC4ELI钛合金的疲劳裂纹扩展进行了系统研究,发现在二维理论框架内材料的裂纹扩展速率依赖于试件厚度和应力比。而基于三维断裂理论,同种材料裂纹扩展速率与厚度和应力比无关。在此基础上,将得到的材料常数用于裂纹扩展模拟,实现了不同试件厚度和载荷下的疲劳寿命与裂纹尺寸的准确预测。

摘要：为提高Fe2+活化过硫酸钠(SPS)降解亚甲基蓝(MB)的效率,设计了一种声化学微反应器。首先研究了静置系统、磁力搅拌系统、毛细管微反应器系统和声化学微反应器系统中MB和硫酸亚铁(FeSO_(4))混合液pH值、FeSO_(4)浓度、SPS浓度对MB降解率的影响。其次,在声化学微反应器系统和毛细管微反应器系统中研究了流道结构和流速对MB降解率的影响。结果表明:在不同的MB和FeSO_(4)混合液pH值、FeSO_(4)浓度下,声化学微反应器系统中MB降解率均高于其他反应系统。随着SPS浓度的增加,MB降解率呈上升趋势,但在声化学微反应器系统中增加SPS浓度会影响MB降解。相比于直线形、三角波形和半圆波形流道结构,MB在矩形波形流道结构中降解效率更高。溶液在管道内停留时间相同时,增加流速更有利于氧化降解反应的进行。实验表明:当MB浓度为0.2 mmol·L^(-1),MB和FeSO_(4)混合液pH值为3、FeSO_(4)浓度为1.4 mmol·L^(-1)、SPS浓度为1.8 mmol·L^(-1),流道结构为矩形波形,流速为13.16 cm·s^(-1)时,声化学微反应系统中MB降解率达到85.45%。

摘要：为提高Fe^(2+)活化过硫酸钠(SPS)降解亚甲基蓝(MB)效率,设计了一种毛细管微反应器。以磁力搅拌和静置反应系统作为对比,研究了在毛细管微反应器中MB与硫酸亚铁(FeSO_(4))混合液pH值、FeSO_(4)浓度、SPS浓度、进料流量以及毛细管长度对MB降解率的影响。结果表明:随着MB与FeSO_(4)混合液的pH值的增大,MB降解率先升高后降低;随着FeSO_(4)浓度的增加,MB降解率先升高后降低;当SPS浓度从0.2 mmol·L^(-1)增加到1.8 mmol·L^(-1)时,MB降解率显著升高,继续增加SPS浓度,MB降解率缓慢上升。随着进料流量和水浴温度的增加,MB降解率升高;随着毛细管长度的增加和进料流量的减小,MB降解率升高。在相同反应条件下,毛细管微反应器氧化降解性能优于磁力搅拌和静置反应系统。当MB浓度为0.2 mmol·L^(-1),MB与FeSO_(4)混合液pH值为3、FeSO_(4)浓度为1.4 mmol·L^(-1)、SPS浓度为1.8 mmol·L^(-1)、进料流量为1 mL·min^(-1)、毛细管长度为6.32 m时MB降解率可达85.92%。

摘要：以邮局快递验视中的人物交互行为识别为应用背景,针对开箱验视过程中的复杂背景干扰和人与物的特定行为模式难以准确描述这两个痛点问题,引入基于深度学习的语义分割机制,提出了一种基于深度图和时空特征的人物交互行为识别方法。首先,使用UNet语义分割模型在复杂背景中准确提取前景目标(箱体和人手);然后,融合深度和时空信息对箱体和人手进行特征提取,利用深度图像序列中的箱体深度方差以及可见光图像序列中的人手运动轨迹构建特征描述子,对箱体形态变化和人手行为模式进行准确描述,确定人物交互关系;最后,基于SVM分类算法对开箱和未开箱行为进行判断识别。通过设计消融对比实验及干扰抑制实验,证明所提出的方法具有较高的准确性和鲁棒性,识别准确率可达到94.7%,实现了邮局场景下人物交互行为的精确识别。

摘要：环氧复合材料因其轻质、高强度等特性在航空航天、汽车等领域有极高的应用价值,但环氧树脂的脆性特征严重限制了其实际工程应用,如何协同提高环氧复合材料的强度和韧性仍是一个巨大的挑战。鉴于此,本文设计了一种由实心增强层与多孔增韧层逐层组装而成的环氧复合材料网格结构,并通过直写式3D打印工艺制备。采用旋转流变仪和光学显微镜对直写浆料和打印线条的物化性能进行了表征测试,通过电子万能力学试验机对不同结构参数的环氧复合材料网格结构进行了力学性能测试。测试结果表明:层状网格结构的引入使复合材料的比弯曲强度相较于实心环氧复合材料最高提升了95%,韧性最高提升了630%,断裂韧性最高提升了19.1%。从断面形貌分析和有限元模拟的分析结果可以得出结论,网格结构中的增强层保证了结构强度,而增韧层则有效耗散外部变形并阻止裂纹扩展。本文为纳米复合材料的细观结构设计提供了新思路,为高强高韧复合材料的制备和工程应用提供了理论依据。

摘要：为解决屋顶纸盒无菌灌装中包装材料灭菌工艺和灭菌效率问题,该研究进行工艺优化及提出微生物挑战测试方法。通过单因素试验研究过氧化氢溶液浓度、汽化过氧化氢蒸汽温度、汽化热空气压力和紫外线照射时间对灭菌效率的影响;并在此基础上,依据Box-Behnken原理设计响应面试验,建立包装材料灭菌效率二次多项式回归模型,获得灭菌工艺优化参数并对其进行试验验证。采用微生物挑战测试方法确定包装材料灭菌效率,将嗜热脂肪芽孢杆菌孢子作为挑战测试微生物定量均匀涂布接种于屋顶纸盒包装材料内表面,应用平板计数法与最可能数(the Most Probable Number,MPN)法统计灭菌后材料表面孢子残留量,灭菌效率以接种孢子对数减少值(Log Cycle Reduction,LCR)表征。结果表明:过氧化氢溶液浓度、过氧化氢蒸汽温度、紫外线照射时间变化对灭菌效率影响显著(P<0.05),汽化热空气压力变化对灭菌效率影响不显著。得到灭菌效率二次多项式回归模型,当包装材料灭菌要求LCR值为5时,优化工艺参数为过氧化氢溶液浓度8%、过氧化氢蒸汽温度230℃。研究结果为无菌灌装包装材料灭菌工艺提供技术依据。

摘要：针对现有的高级氧化除藻技术存在效率低、二次污染等问题,以小球藻为研究对象,采用自行设计的螺旋切割器制备高浓度臭氧水循环装置进行灭藻试验,探究臭氧水平衡浓度、反应时间、初始藻细胞光密度和初始反应温度对小球藻的灭活效果并进行动力学分析。结果表明:臭氧水平衡浓度9 mg·L^(-1)、初始藻细胞光密度0.4、初始反应温度25℃、反应时间12 min时,灭藻率可高达96.02%。通过对动力学拟合参数的比较,结果表明在臭氧水平衡浓度不低于11 mg·L^(-1)、初始藻细胞光密度不高于0.5、初始反应温度不低于20℃时,适宜使用一级动力学拟合;在臭氧水平衡浓度低于11 mg·L^(-1)、初始藻细胞光密度高于0.5、初始反应温度低于20℃时,更适用二级动力学拟合。