ISAF重构算法密度函数快速计算模型

球坐标系下的ISAF算法是一种新的20面体分子三维重构方法,该方法精度优于传统柱坐标系下的Fourier-Beseel算法,但其执行速度远低于Fourier-Bessel算法,严重制约了ISAF算法的实际应用.分析发现,在ISAF算法中密度函数计算是影响重构速度的主要瓶颈之一.针对上述问题,文中提出一种密度函数快速计算模型,该模型包括三个组成部分:球坐标系网格点密度函数快速计算方法、"球坐标系—直角坐标系"网格点密度函数转换方法、基于两阶段映射法的快速对称映射方法.该模型可以将密度函数计算阶段的时间复杂度由O[(LM)8]降低到O[(LM)7].采用Psv-F病毒数据进行实验,结果表明,在保证精度的前提下,该模型可以将密度函数的计算速度提高2个数量级,将三维重构整体速度提高30倍左右,并且随着数据规模的增大、重构精度的提高,该模型带来的加速比将进一步增大.     

携SiRNA的聚乳酸羟基乙酸微球对Bel-7402/5-Fu细胞MDR1基因沉默作用的研究

目的 探讨携SiRNA的聚乳酸羟基乙酸(PLGA)微球通过沉默肝癌耐药细胞多药耐药基因(MDR1)基因,实现肝癌耐药的逆转.方法 合成针对MDR1的RNA干扰小片段(SiRNA),通过超声复乳法制备携药微球,转染肝癌耐药细胞Bel-7402/5 -Fu.运用Real-time PCR与Western blot方法,通过检测其mRNA及P糖蛋白表达水平,评价RNA干扰对MDR1表达的影响.MTT法检测RNA干扰逆转Bel-7402/5 Fu细胞对药性的效果,通过实验组细胞和对照组细胞之间的半数抑制剂量(IC50),计算RNA干扰组细胞的耐药逆转倍数.结果 在肝癌耐药细胞Bel-7402/5-Fu中,RNA干扰明显抑制了MDR1 mRNA和蛋白产物P糖蛋白的表达水平,且出现了P糖蛋白的持续低表达.MTT法显示,相同药物浓度下,实验组细胞生长明显受到抑制,表明其耐药性明显下降,其对药逆转倍数为11.56.结论 携SiRNA的PLGA微球能够有效减少肝癌耐药细胞Bel-7402/5-Fu的MDR1mRNA及P糖蛋白的表达水平,降低其耐药性.     

乳化交联法在载药微球制备中的应用及研究进展

介绍了乳化交联法用于制备栽药微球的基本原理、种类和工艺过程;依据国内外的文献报道来分析了乳化交联法制备载药微球的影响因素,包括乳化速度、相比、分散相pH值和固化方法等;并阐述了乳化交联法在栽药微球制备中的应用现状及研究进展.     

表面镀金微球电动旋转操控

表面为良导体微球的电动旋转研究是一项对无标记生物传感器开发等领域具有重要意义的新技术,未见相关报道.采用化学镀金方法,分别在直径为15和25μm的聚苯乙烯微球表面包裹一层厚度约50 nm的金膜,并将此表面镀金微球作为研究对象,进行电动旋转实验研究.实验结果表明,低频段（100 Hz~100 kHz）表面镀金聚苯乙烯微球作与电场反向的电动旋转运动,且相同条件下,对应最大旋转速度高于表面未修饰聚苯乙烯微球.以行波交流电渗及诱导电渗理论为基础,对表面镀金聚苯乙烯微球的电动旋转现象进行定性分析,并通过纳米荧光粒子实验表征镀金微球周围的流体流动现象,验证了定性分析的合理性.推导了行波交流电渗导致的表面镀金聚苯乙烯微球的电动旋转速度公式,并与实验结果进行对比分析,二者具有较好的一致性.     

能量沉积计数的强迫碰撞随机游动方法

当计数区域相对它到粒子源的距离或相对整个系统甚小时, 要想用Monte Carlo方法实现对能量沉积计数十分困难. 给出了强迫碰撞随机游动方法, 解决了含权重随机游动情况下的能量沉积谱的计算问题, 从而克服了区域分裂-轮盘赌方法与DXTRAN球方法不能计算给出能量沉积谱的问题. 在MCNP-4C程序的平台上加入了强迫碰撞随机游动方法. 对一个理想化的工业CT模型进行了计算, 除上述3种方法外, 还选用了直接模拟方法. 实际计算结果表明, 强迫碰撞随机游动方法的计算效率(FOM因子)比DXTRAN球方法提高约一个量级, 比区域分裂-轮盘赌方法和直接模拟方法提高均约3个量级.     

三圈冻结法在淤泥质土深基坑工程的应用

以往的冻结法在淤泥质土及特殊工程土体中,由于所需的冻结温度低、冻结扩展速度慢、形成冻结壁的强度低等原因,在施工时容易出现片帮、底鼓、突水、涌砂等事故.轻则影响工程进度,重则造成严重的经济损失.针对此类问题,提出了用三圈冻结法优化淤泥质土深基坑开挖的方案,并应用大型数值模拟软件ADINA进行模拟分析.对普通冻结法、连续桩及三圈冻结法等围护结构的位移进行了对比,得出三圈冻结法围护结构不仅最大位移小,而且位移随深度变化平稳.     

高速刨煤法刨煤机工况参数的多目标优化

针对普遍应用的高速刨煤法,分析输送机出现多次装载的情况,为更加合理有效地计算输送机装载量不同时的装载断面积,提出一种计算平均装载断面积的方法。并在此基础上以刨煤机单位能耗最低、输送机装载断面积合理利用、刨煤机生产能力最大为目标,采用线性加权和法对刨煤机工况参数进行多目标优化,为刨煤机参数的合理选择和研发应用提供理论依据。     

均一体系下庚烷着火和熄火的分析

以计算着火延迟时间为目的, 依据热力学理论, 推导了庚烷在均一体系中连续流动的控制体内的组分和温度的控制方程, 并用稳定状态法对庚烷的基元反应进行了计算. 稳定状态法的依据是, 在燃烧的快速化学反应过程中, 许多化学组分和基元反应处于瞬时稳态或部分平衡, 按照稳态求解反应速度和温度的微分方程, 计算将大为简化. 用稳定状态法得出了在连续流动控制体下的3个着火温度边界以及“S曲线”. 利用从1011种庚烷基元反应中得出的4步庚烷缩减反应机理, 所计算的着火延迟时间与实验结果非常吻合. 稳定状态法在计算庚烷的着火和熄火中大大缩减了计算成本, 为进行柴油发动机湍流燃烧的计算提供了一种简便方法.     

多工况拓扑优化问题的一种新解法——导重法

将导重法引入两类多工况拓扑优化问题的求解.首先介绍了导重法及其拉格朗日乘子的求法,并用对偶方法对多约束优化问题的拉格朗日乘子求法进行了改进;然后推导了用导重法求解最小柔度拓扑问题和最小质量拓扑优化问题的迭代公式并计算了相应的算例.算例计算结果表明,采用导重法求解多工况拓扑优化问题具有迭代公式简单、收敛速度快、求解效果好的优点.通过与Ansys中采用的SCP方法的计算结果进行比较可以看出,导重法是求解拓扑优化问题的一个行之有效的方法,它为拓扑优化问题的求解提供了一条新的途径.     

基于变量变换Galerkin法的三维束传播法

提出了一种基于变量变换Galerkin法的三维束传播法, 用以模拟分析三维介质光波导的光波传输特性. 将三维笛卡尔坐标的横向分量x-y作正切函数变换, 无限x-y平面则映射成单位平面, 无限域问题由此转换成有限域问题, 消除了边界截断, 提高了计算精度. 选择正弦函数作为展开基, 适用于任意包层边界的光波导. Galerkin法将三维BPM基本方程归结为一组一阶常微分方程组, 可用成熟的Runge-Kutta方法求解, 计算程序简单. 另外, 该方法导出矩阵小, 有较高的计算效率. 考虑了传播方向上均匀及非均匀的三维计算实例以验证该方法的准确性及计算精度.     

层状单轴各向异性介质并矢Green函数的递推算法及精确计算

采用递推算法计算任意数目三维层状单轴各向异性介质的并矢Green函数．根据层界面处电场和磁场的连续性条件得到3个确定Sommerfeld积分待定系数的线性方程组，分别对应于垂向单位电偶极子产生的TM波、水平方向单位电偶极子产生的TE波和TM波，这些方程组均可通过递推算法求解．只需改变3个线性方程组中源项元素的位置，就可以方便地得到当源点和场点在任意层时的并矢Green函数．通过将积分路径在复平面变形，有效地解决了出现在Sommerfeld积分中的奇异点问题．所给出的并矢Green函数表达式形式简洁、易于编程，且计算时无溢出现象．理论分析和数值计算举例说明了该算法的准确性和有效性．     

振动方程的线性多步法数值求解

详细分析了工程中常用的振动问题数值解法Newmark及Wilson-θ法。并在此基础之上本文提出一种新的计算方法,即在计算t＋Δt时刻的状态时,不仅用到t时刻的各值,而且还将用到f-Δt,t-2Δt等各时刻的值。这样就可以提高数值积分时所用多项式的阶数,使得加速度在积分区间At内可以为时间的二次及三次函数;从而大大提高了解法的数值精度及解的稳定性,并且基本上不增加计算量。该法在数值计算上讲属于线性多步法。     

高混凝土坝空间变形预警指标研究

针对高混凝土坝空间变形预警能力的不足,提出了能度量高混凝土坝整体变形性态的合理表达式,在此基础上,拟定了空间场整体变形熵预警指标.首先,用概率法定义了各变形监测点的有序度和无序度.然后,用投影追踪法研究了各空间测点的权重分布.之后,根据空间场协同有序演变的特点,应用各测点的有序度序列值和权重分布值,构建了能描述混凝土坝整体有序性的空间场整体变形熵表达式.最后,根据计算得到的变形熵序列值,应用小概率法计算了变形熵预警指标.实例分析表明,大坝整体变形熵的变化规律与环境量及挠曲线变化规律相吻合,说明变形熵的表达式是合理的,同时,变形熵预警指标的拟定将有助于提高高混凝土坝的预警能力和安全管理水平.     

用κ-ε紊流模型计算跌坎水流数值方法探讨

采用一种欧拉-拉格朗日（Eulerian-Lagrangian）相结合的剖开算子方法,用三角形网络离散流场,由κ-ε紊流模型数值求解了二维过跌坎水流.用特征线法解对流算子,用有限元法解扩散算子和圧力波松方程.算例表明,主要计算成果和试验结果能较好吻合,该法能很好适应解强非线性对流算子的复杂紊流流场.文中还对模型的边界条件处理进行了探讨.     

横观各向同性磁电弹性体的基本解和边界积分方程

为了进行磁电弹性体的边界元法的计算, 需要相应的基本解. 为此从横观各向同性磁电弹性体的控制方程出发, 应用微分算子代数运算, 将相应于4个特征根互不相等情况下的通解用5个拟调和函数表达, 进而, 将用试凑法构造的拟调和函数代入通解, 推导得到了磁电弹性无限体的基本解. 利用这个基本解建立了横观各向同性磁电弹性体的边界积分方程, 并对两个算例进行了边界元法的计算, 与解析解作了比较, 吻合很好.     

湖泊富营养化组合评价的方差大小加权法

针对湖泊水体富营养化评价方法具有的不确定性问题,提出了湖泊富营养化组合评价的方差大小加权法.该法的建立步骤为:首先根据富营养化评价标准,随机生成1000组富营养化水质指标样本,分别用灰色关联法、打分统计法、经验频率法、贝叶斯方法、模糊评价法、向量评价法、综合营养指数法7种单项方法进行富营养化评价;然后统计1000组样本中各单项方法的评价值与真值的误差平方和,据此计算各单项评价方法在组合评价方法中所占的权重;最后利用权重值对7种单项评价值进行加权平均组合,从而得到方差大小加权法的组合评价结果.经全国30个湖泊水体实测水质资料验证,方差大小加权法能有效降低单项评价方法的不确定性.     

基于无掩模光刻的生物透镜阵列组装方法

在微纳光学领域,透明的介质微球和活体生物细胞都因具备光学成像能力,而受到研究者越来越多的关注.然而,由于其尺寸和生物活性限制,很难将它们直接集成到光学系统上.基于光镊、声镊等多物理场方法虽然可以操作微球和细胞用于成像,但是对成像样本往往有特殊的要求.为此,本文提出了基于无掩模光刻的微球/细胞透镜阵列模块制备方法.利用自然沉降原理,分别将SiO₂微球和MCF-7细胞组装在水凝胶微孔阵列模块上形成微透镜阵列.实验和仿真结果表明,嵌入在水凝胶中的SiO₂微球阵列仍然保持其超分辨成像能力, MCF-7细胞可实现图像的放大.由于是阵列化成像,因此能够获得比单个微球或细胞更大的观测视野.本文所提出的模块化成像方法,有望应用于生物光子器件及在体光学成像领域.     

磨削加工球齿轮数学模型建立与齿面接触特性分析

采用盘形砂轮范成法磨削加工球齿轮,由盘形砂轮数学模型得到球齿轮的数学模型,进而得到一对球齿轮的啮合模型,并对其进行了齿面接触分析,通过解非线性方程组,求解出两齿面瞬时接触点的位置.对球齿轮齿面的接触点轨迹进行了分析研究:球齿轮上每个齿的齿形都不相同,因此两球齿轮在空间啮合的接触轨迹是很复杂和多样的.结果对进一步研究球齿轮机构的传动理论和实际应用具有一定的指导意义.     

黄河溃堤过程数学模型及其模拟方法

溃堤和溃坝都属于非恒定含间断的浅水问题, 但两者既有类似又有不同之处. 溃坝计算侧重于出流过程, 溃堤计算则还需要考察口门水流特征和形态变化过程. 鉴于将现行溃坝计算方法用于溃堤计算时会遇到许多困难, 基于四叉树网格, 采用Godunov型有限体积方法, 联合浅水方程、泥沙输移方程、河床变形方程以及口门横向展宽计算方法, 建立了适用于溃堤过程模拟的数学模型, 并采用黄河典型河段的实际地形和水流、泥沙条件进行了应用研究, 得到了黄河溃堤过程中可能出现的口门水流特征和形态的典型变化过程.     

铈钛氧化物介孔毫米球的制备及其催化臭氧氧化特性与机理

开发兼具高催化活性和优良流体力学与传质性能的催化剂对发展高效水处理臭氧氧化技术具有重要意义.本研究开发了以廉价无机金属盐为原料的前驱体溶胶预混-海藻酸水凝胶球模板法,实现了Ce-Ti双金属氧化物介孔毫米球催化剂的经济制备.通过N_2吸附-脱附、XRD、XPS、SEM-EDS、TEM-SAED、拉曼光谱、NH_3-TPD等手段对制备的催化剂进行系统表征,考察Ce/Ti摩尔比和煅烧温度对催化剂结构和催化活性的影响,探究其催化臭氧氧化的特性与机理.结果表明无定形材料催化活性高于晶型材料,催化活性与表面酸性位点密度呈正相关,阐明了羟基自由基为该材料催化臭氧氧化的主要活性物种.优选的Ce_(0.5)Ti_(0.5)O_2介孔毫米球具有高比表面积(199 m~2g~(–1))、适宜的介孔结构(平均孔径3.59 nm),富含Ce–O–Ti键活性位点,催化臭氧氧化活性高,可在90 min内将100 mg L~(–1)草酸几乎完全矿化(99%),连续5轮重复实验后催化活性无明显降低,呈现出优异的催化稳定性.另外, Ce_(0.5)Ti_(0.5)O_2介孔毫米球催化臭氧氧化降解双氯芬酸等四种污染物的矿化率相比无催化剂臭氧氧化提高18.7%～54.0%,展现出优良的应用前景.