高强度聚焦超声辐照离体牛肝组织后回声与空化、沸腾的关系

目的 高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)辐照离体组织过程中焦域处空化、沸腾与回声强度的关系.方法 采用不同的声功率(50 W、100W、150 W、200 W、250W)辐照新鲜离体牛肝组织5s,辐照深度30 mm.在辐照过程中,使用热电偶组成的测温系统对焦域处的温升进行实时采集.5 MHz接收换能器和Labview软件组成的被动空化检测(passive cavitation detection,PCD)系统对焦域处空化信号进行采集,在Labview平台上对空化信号进行定性和定量分析,观察空化信号随时间的变化规律,并计算累积空化剂量.对比HIFU辐照前后的B超图像,计算焦域处的灰度差值.结果 声功率为50 W和100 W的HIFU辐照时,空化和沸腾均未发生,B超图像上未出现回声变化;声功率150W的HIFU辐照时,空化发生(1/2分谐波和宽带噪声)但无沸腾,累积空化剂量和靶区灰度差值增大,辐照后即刻出现弱回声;声功率200 W的HIFU辐照时,空化和沸腾均发生,累积空化剂量和靶区灰度差值继续增大,辐照后即刻观察到强回声出现;声功率250W的HIFU辐照时,空化和沸腾均发生,累积空化剂量和靶区灰度差值略有增大,观察到“明亮”的强回声出现.除声功率为50 W的HIFU辐照后未见凝固性坏死产生,其余各声功率组均产生了凝固性坏死.结论 空化在HIFU辐照后即刻回声的出现中有贡献,但强回声的出现来自于沸腾.     

基于Jones模型的弹体质量损失参数分析

弹体高速侵彻过程中,头部会受到不同程度的磨损,影响其侵彻性能.基于Jones模型,将引起弹体质量损失的切削与磨蚀作用统一考虑为单位面积切向作用力f,通过对侵彻实验数据的归纳分析,讨论了f的参数相关性,拟合得到了f与弹体材料屈服强度、靶体混凝土无侧限抗压强度、弹体及靶体骨料硬度的关系.进一步,利用Young公式在其适用范围内的计算结果,对f进行了与弹体尺寸相关的修正,从而得到了两种不同尺寸范围内弹体质量损失的预测公式.     

钝裂纹发射位错后的应力分布及有效应力强度因子

获得了狭椭圆孔周围刃位错及其像位错应力场的解析解，在此基础上计算了Ⅰ型钝裂纹（椭圆型）在恒载荷下发射位错达到平衡后的应力分布及有效应力强度因子。结果表明，位错发射达到平衡后会形成无位错区（DFZ），除了钝裂纹顶端存在一个应力峰值外，在DFZ内存在第2个应力峰值；随着外加应力强度因子（KⅠa)或材料磨擦力τf的增大，DFZX的尺寸变小，裂尖应力峰值不断下降，而DFZ内的应力峰值以及裂尖有效应力强度因子KⅠf却不断增大，当KⅠa或τf较小时，裂尖应力峰最高；当KⅠa或τf较高时，ＤＦＺ内的应力峰最高，由于位错的屏蔽作用，屏蔽比ＫⅠa／ＫⅠf随ＫⅠa的升高而增大，但它随τf 的增大而下降。     

基于时域方法的结构声辐射模态研究

针对平板结构声辐射，采用瑞利积分构造辐射算子，在时域里给出声辐射模态的计算公式及其物理意义；讨论了其与频域声辐射模态之间的关系，明确了声辐射模态为辐射体的固有性质，可通过不同方法获得．进一步研究表明这些辐射模态能独立的辐射声功率，因此可实现对某一阶辐射模态进行单独控制而不影响其它各阶；特别是结构辐射声功率主要由第一阶辐射模态的声功率所决定，这使得计算和控制结构辐射声功率大为简化，在此基础上运用时域声辐射模态进行振动结构辐射声功率的数值计算，并分别对影响计算精度的因素和计算结果进行了讨论和分析．     

用PVDF压电传感器对高强度聚焦超声声功率实时监测的实验研究

本实验研究旨在探索一种实时监测高强度聚焦超声(HIFU)声功率的方法.用PVDF压电膜制成传感器,安装在HIFU换能器声场中某一固定位置.换能器工作过程中用示波器检测PVDF压电传感器的电压输出信号.结果显示示波器可稳定检测出PVDF压电传感器的输出电压,该电压正比于换能器的驱动电压.这表明换能器的声功率输出与PVDF压电传感器的电压输出呈正相关关系,证明PVDF压电传感器可用于实时监测HIFU治疗过程中换能器的声功率输出,从而保证HIFU治疗的安全性和有效性.     

落锤冲击下钢筋混凝土梁响应及破坏的实验研究

钢筋混凝土结构在受到爆炸、冲击等荷载作用时的设计及安全性受到越来越多的关注.本文采用落锤三点弯曲实验方法对具有不同黏结强度的钢筋混凝土梁进行研究,探讨不同速度冲击下混凝土结构的破坏机理及钢筋黏结强度作用,实验结果显示:(1)钢筋混凝土梁的冲击力响应曲线峰值与钢筋黏结强度无关,为混凝土结构的响应,随速度提高而提高;(2)裂纹分布和发展模式与冲击速度相关,在较低速度冲击下,钢筋混凝土梁主要呈现弯曲破坏模式,随加载率提高向剪切破坏模式为主转变,更高速度下为冲切破坏控制;(3)钢筋黏结强度对破坏模式转变有影响,钢筋混凝土黏结强度低,越易产生剪切破坏,且易出现混凝土的块状破碎崩落,塑性铰破坏也会提前.     

OH-根对掺铒碲酸盐玻璃光谱性质的影响

制备了5种浓度下系列不同OH^-根含量的掺铒碲酸盐玻璃样品，测试了样品的红外吸收光谱，分析了在不同通氧除水时间下玻璃的红外吸收系数变化情况．测试了样品的吸收光谱，利用Judd-Ofelt理论计算了不同铒掺杂浓度和OH^-根含量样品的光谱参量Ωi（i=2，4，6）．根据McCumber理论计算了铒离子在1532nm处的吸收截面和Er^3＋：^4I13／2→^4I15/2跃迁峰值发射截面．测试了样品中Er^3＋：^4I13／2→^4I15/2跃迁对应的荧光光谱和^4I13／2能级荧光寿命，讨论了OH^-根对不同铒掺杂浓度下碲酸盐玻璃光谱性质的影响．研究结果表明，OH^-根仅对荧光寿命和荧光峰值强度存在影响，在Er2O3浓度小于1．0mol％时，OH^-根是发生荧光猝灭的主要影响因素，而高于这一浓度后Er^3＋离子本身的能量转移对荧光猝灭起主要作用．而OH^-根对其他光谱性质（荧光半高宽、吸收光谱、受激发射截面等）基本没有影响．     

渤海海冰孔隙率对单轴压缩强度影响的实验研究

针对2009～2010年冬季渤海出现的异常冰情,在辽东湾东岸某港区外潮沟采集海冰,加工成冰样;在控温精度0.1℃的条件下,对117个柱状冰冰样沿平行冰面方向加载,测试冰样的单轴压缩强度、密度、盐度.试验温度分别是？4℃,？7℃,？10℃,？13℃和？16℃,加载应变速率在10？6～10？2s？1,覆盖了冰的韧性破坏、韧脆过渡和脆性破坏区域.试验结果支持宽应变率范围内单轴压缩强度随孔隙率的变化曲面.由此得到冰力学行为转折点随孔隙率变化的定量表达;实现了描述单轴压缩强度在不同破坏行为下的统一数学表达式;此外,还推断出2009～2010年渤海异常冰情不会导致渤海海冰单轴压缩强度设计值的调整.     

Science China Technological Sciences 2023年66卷第12期中文摘要

<正>电催化材料的再功能化设计思考张丹彤,彭超,薛冬峰电催化材料是新能源经济发展中的关键瓶颈.拓扑材料、磁性材料和稀土材料是电催化领域的新兴材料,已经被广泛应用于氮气还原、二氧化碳还原和水分解等领域.拓扑材料具有特殊的能带结构和几何结构,表界面差异性电荷输运结构也可以衍生出拓扑绝缘体、拓扑超导体和狄拉克金属等材料.磁性材料具有特殊的电子自旋劈裂式构型,不同自旋强度对中间体平衡吸附能力产生不同影响,且在外加交变电场、热场和磁场下,催化性能表现出明显差异.稀土材料具有独特的f电子巡游特性、宽泛的原子半径和独特的f轨道构型,通常在氧还原反应中具有明显优势.这些新材料在电催化领域的再功能化有望成为下一代新兴能源材料的引领者.     

基于音乐基因的乐谱存储模型

本文提出一种基于音乐基因的乐谱存储模型S-MusicXML.将乐谱的存储和处理的基本单位由音阶提升到基因,有利于通过数据挖掘技术对音乐内涵的挖掘和存储.定义了旋律基因等概念,并通过实验进一步分析了挖掘音乐基因比挖掘音乐频繁模式更有优势.     

激励频率对等离子体合成射流的影响

通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程模拟了不同激励频率下等离子体合成射流诱导的流场,其中等离子体激励器采用体积力唯象模型模拟.计算结果表明,随着激励频率的增大,激励器诱导的相邻两个涡对的流向间距单调减小,涡对引起的速度波动范围变小,激励频率f=60Hz时,相邻两个周期内所形成的涡对很快融合在一起,下游的流场结构更接近于定常激励的情况.激励频率对等离子体合成射流平均流场几乎没有影响.等离子体激励频率较小时（f〈40Hz）,等离子体合成射流在近壁面区域内的动量随着激励频率的增大而增大,在距壁面较远位置以后,变化趋势相反.     

单轴压缩下Ti-6Al-4V空心点阵结构的力学行为

本文设计和制备了三组不同内部加强结构分布的Ti-6Al-4V空心点阵试样,开展了单轴压缩加载下空心点阵结构变形和破坏的实验和数值模拟研究,分析了加强结构分布及形状参数对空心点阵结构力学行为的影响规律.结果表明:相比于基本空心点阵结构(试样BS),当加强结构分布在试样节点(试样SN)时,其比弹性模量和比极限强度分别降低了...     

低温下混凝土单轴压缩破坏及尺寸效应细观有限元分析

考虑混凝土材料各相组分特征,建立了细观层次有限元分析方法,模拟了不同尺寸几何相似混凝土试块在室温及低温下的静态单轴压缩破坏响应,探讨了低温下混凝土单轴压缩名义强度退化行为及尺寸效应影响规律.研究结果表明,随着温度的下降,单轴压缩名义强度显著增强,混凝土脆性不断增大,尺寸效应行为更显著.当温度达到-120℃时,混凝土材料...     

混凝土材料非线性多轴动态强度准则

将广义非线性强度理论的4个材料参数转化为混凝土材料的基本强度参数,通过混凝土材料的基本强度特性,分析了4个材料参数的变化规律与取值范围.基于S准则建立了混凝土材料4个基本强度参数的率效应表达式,建立了混凝土材料的非线性多轴动态强度准则,分析了动态强度参数的率效应规律,结果表明,混凝土材料的强度特性随着应变率的提高,逐渐向金属材料的强度特性过渡,在应变率从-3~3,应变率对混凝土动态强度的影响较大,并且动强度不是随着应变率的提高无限增大的,而是存在动强度峰值.通过与3组双轴压-压和2组双轴拉-压动态加载时混凝土材料试验结果的比较,表明非线性多轴动态强度准则可较好地描述混凝土材料双轴动强度规律.在同一应变率下,可较好地描述强度的非线性特性;不同应变率下,动强度面互不相交,即应变率效应与多轴应力状态对强度规律不存在耦合影响.     

基于脉宽收缩和累积寄存器的片上时钟抖动测试电路

本文提出一种基于脉宽收缩和累积寄存器的片上时钟抖动测试电路,用于监测片上时钟信号的抖动,测量精度可达到亚门级.该测试电路是由脉宽收缩环路、累积寄存器、异或阵列、计数器和控制电路组成的.以环形方式连接脉宽收缩单元,可减小由于工艺波动带来的影响,节省面积开销.在监测模式下,累积寄存器同时记录多个时钟周期脉宽的测量结果,并以数字序列码的形式输出,能够直观地显示时钟的抖动.该电路是采用65 nm CMOS工艺设计的,仿真结果表明该电路可测量数GHz的时钟信号,测量精度为1 ps.     

一种新型的模块化多电平型固态变压器及其内模控制策略

针对现有固态变压器拓扑结构存在的局限性及控制方法的不足,本文提出了一种模块化多电平型固态变压器(MMC solid state transformer,MMC-SST),并相应介绍了一种内模控制(internal model control,IMC)实现方法.首先分析了MMC-SST系统拓扑与运行特性,建立了同步旋转坐标系下MMC-SST输入级和输出级的数学模型;然后根据内模控制的特性,将内模电流内环与PI电压外环相结合,构造出新的双闭环控制结构,实现对MMC-SST输入级和输出级的控制;最后,基于Matlab/Simulink建立了MMC-SST系统仿真模型,在网侧电压波动、负荷突变和网侧功率因数变化多种工况进行了性能测试,结果表明,本文提出的基于内模控制的MMC-SST能够按照给定的功率因数运行,并且具有电压、电流动态响应快、抗负载扰动能力强等特点.     

噪声依赖状态时的随机逼近

随机逼近 (SA)的目的是求未知函数f(·)的根或L(·)的极值 ,f(·)或L(·)的值可量测到 ,但量测带有噪声 .SA是处理系统控制中许多问题的重要工具 ,问题的解往往依赖于所用的SA算法的收敛性 .考察了当噪声依赖状态时SA算法的轨线收敛性 ,这里 ,状态指f(x)或L(x)的量测点x .和已有结果相比 ,加在量测噪声上的条件是最弱的 .当算法用来求f(·)的根时 ,所用条件的优点在于它可以直接验证 ,而不用顾及算法本身的行为 .当算法用来求L(·)的极值时 ,所用的条件允许量测噪声依赖状态 .加在f(·)及L(·)的条件相当一般 :求f(·)的根时 ,要求f(·)可测并局部有界 ,求L(·)的极值时 ,要求L(·)的梯度局部Lipschitz连续 .     

扫气式预燃室射流点火燃烧特性的实验研究

低碳燃烧概念的出现使得内燃机节能减排势在必行.废气再循环稀释燃烧作为一种提高热效率、降低排放的技术手段,有很大的应用价值.本文针对废气稀释下燃烧不稳定问题,提出一种扫气式TJI装置.基于可视化定容燃烧弹研究了火花塞点火SI、被动式TJI和扫气式TJI在不同CO2浓度下的射流及火焰发展过程.研究发现TJI能够形成较强的湍流燃烧,相较于SI有更快的燃烧速率.随着二氧化碳浓度的升高,火焰传播速度下降. TJI的射流出现时刻大幅推迟、射流强度逐渐降低,主燃室燃烧速率下降.通过对预燃室进行主动扫气可以改善预燃室内混合气状态,使得预燃室混合气在点火后燃烧速度加快,且射流强度不受二氧化碳浓度的影响,从而加快主燃室内的燃烧,拓展二氧化碳掺混极限.预燃室内当量比为1时射流强度最大.扫气模式下,二次扫气能更彻底地改善预燃室内混合气状态.相较于一次扫气更能提高射流强度,从而加快主燃室内燃烧.采用二次扫气策略可以提升主燃室稳定燃烧二氧化碳浓度极限至30%.     

钢筋混凝土组合梁的损伤诊断实验研究

为探寻不同状态下U形钢板-混凝土组合梁的动力性能及其在结构状态评估中的应用,本文对3根组合梁进行了分级均布静力加卸载试验,期间卸掉荷载后,进行脉冲锤击激励条件下的动力测试,采用模态分析软件Mescope对测试中记录的传递函数(TRF)进行计算得到模态参数,总结了组合梁的动力性能特点,舍去了振型在支座位置幅度较大的重复模态,选择相对稳定的模态参数作为评估依据,组合梁中钢和混凝土的粘结作用较强时,频率较高而阻尼系数较小,相反粘结作用较弱时,频率较低而阻尼系数较大.结果表明:模态参数有一定的离散性,频率和阻尼比随构件状态变化规律比较明显,可作为结构损伤指标,相对稳定的模态振型随构件状态的变化极其微小,对结构损伤指示作用不大,可用来判断真假模态.     

钢管混凝土柱压-扭破坏尺寸效应细观数值分析

地震作用下,钢管混凝土柱容易受到扭转作用而发生压-扭破坏,扭矩作用将导致钢管混凝土柱的破坏加剧.本文首先建立了能够同时考虑混凝土非均质特性和混凝土/钢管接触行为的钢管混凝土柱力学分析模型及其数值模拟方法,进而模拟研究了钢管混凝土柱在压-扭联合作用下的失效破坏行为和尺寸效应规律.主要分析了截面尺寸、轴压比、含钢率和截面形状对钢管混凝土柱破坏模式、名义抗扭强度及其尺寸效应行为的影响.结果表明:随轴压比的增大,钢管混凝土柱抗扭承载力呈现先增大后减小的趋势,且当轴压比在0.4左右时,抗扭承载力达到最大值;钢管混凝土柱在压-扭联合作用下存在一定程度的尺寸效应,且根据本文模拟工况,名义抗扭强度下降幅度可达24%;此外,随轴压比的增大,名义抗扭强度的尺寸效应行为呈现先削弱后增强的趋势.基于本文数值试验数据及作者前期研究工作,提出了考虑轴压比和含钢率影响的钢管混凝土柱名义抗扭强度尺寸效应公式.