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2018, 39(6):477-486. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx06001
摘要:介绍了水润滑陶瓷主轴的概念和特点,概述了水润滑陶瓷主轴在国内外的发展趋势和工业应用,对水润滑陶瓷主轴的关键技术和急需解决的问题从4个方面进行了评述,主要包括:1)材料摩擦学方面,需加强对低成本、高性能水基润滑添加剂、高韧性硅基陶瓷材料、长寿命陶瓷涂层的研究;2)轴承润滑建模与分析方面,需综合考虑陶瓷零件加工精度、水基润滑剂非牛顿效应、高速湍流效应、温黏效应等因素,实现精确建模与分析;3)高速主轴轴承-转子系统非线性动力学方面,需借助降阶分析理论的最新成果,实现系统非线性行为的精准预测与调控;4)表面织构在水润滑陶瓷主轴上的应用方面,需加强对表面织构和宏观结构的协同效应、表面织构的设计与优化,以及陶瓷表面织构的低成本高效加工方法的研究。
2018, 39(6):487-493. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx06002
摘要:为了探讨不同尺度和形貌的硅纳米锥阵列结构表面的光学特性,采用基于纳米粒子自组装薄膜掩蔽的亚微米干法刻蚀工艺,在硅基材表面制备了纳米锥阵列结构,并对纳米锥阵列结构进行了形貌表征及光学测试。结果表明,采用SF6和C4F8混合气体,其体积流量分别为12 sccm和27 sccm,功率750 W,偏压25 V时,可以获得光学减反射性能优异的纳米锥阵列结构。通过调节刻蚀时长获得形貌相似而尺寸不同的硅纳米锥阵列结构。200 nm和400 nm周期硅纳米锥阵列结构表面具有2%~3%的反射率,而800 nm周期硅纳米锥阵列结构表面则接近于硅基材背面的反射率并高于10%,说明亚波长结构的减反射特性更加显著。从实验上揭示了尺寸形貌对硅纳米锥阵列结构反射特性的影响规律,为进一步研究光学器件方面的应用提供了参考。
2018, 39(6):494-501. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx06003
摘要:针对工程中广泛存在的二维干摩擦问题,通过引入斜弹簧建立一种可考虑x,y两个方向耦合的振子模型。定义摩擦力方位角来描述动、静摩擦力矢量分量,并考虑振子振动过程中可能出现黏滞,提出了一种分析二维耦合干摩擦振子黏滑运动的方法,给出了二维耦合干摩擦振子黏滑运动的复杂边界条件。基于指数型动态摩擦模型对二维耦合干摩擦振子的黏滑运动进行了数值仿真,给出了x方向和y方向相同激振频率相同相位角、相同激振频率不同相位角、不同激振频率不同相位角3种工况下的仿真结果及系统解随激振频率和相位角的变化规律。仿真结果表明,二维耦合摩擦振子运动中可能出现黏滑状态转换;当 x方向和y方向的激励频率和相位角均不相等时,与前两种工况相比,质量块的运动轨迹、系统相图均为更加复杂的平面曲线,同时一个周期内系统可出现多次黏滑转换;两个方向激振频率相同时,改变激振频率和激励相位角,系统的解均没有出现次谐波,振子为周期运动。所提出的方法可为进一步研究二维耦合干摩擦振子的动力学特性及运动稳定性提供参考。
赵 倩 , 张 凯 , 张荣华 , 曹佃国 , 赵丽娜 , 尹武良
2018, 39(6):502-510. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx06004
摘要:碳纤维增强塑料(carbon fiber reinforced plastic,CFRP)作为一种新型无机非金属基复合材料,具有优良的机械性能和力学性能,在工业和国防领域均得到广泛关注,特别是在汽车行业和大飞机生产过程。作为重要性能参数之一,电导率的研究对于CFRP的无损探伤、预防雷击、电磁屏蔽等具有重要意义。在深入分析CFRP的导电原理的基础上,综合考虑其不均匀性和各向异性,分别从实验方法、解析方法和数值仿真等方面对目前流行的CFRP电导率检测技术进行总结和对比,提出了更简单实时的实验方案,更精确有效的仿真模型和解析是下一步CFRP电导率研究的方向和目标。
2018, 39(6):511-517. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx06005
摘要:为了研究控制弓形虫病传播的临界值,对疾病进行有效预防,并进行相关的理论分析与研究,针对弓形虫的生活史以及传播途径建立数学模型,分析得到了决定疾病是否继续存在以及传播的基本再生数,当基本再生数小于1时,疾病将逐渐消亡,最终灭绝,当基本再生数大于1时,模型存在唯一的地方病平衡点,此时疾病将一直持续下去,形成地方病。通过建立合适的Lyapunov函数等方法,给出了无病平衡点和地方病平衡点全局渐近稳定的充分条件,同时对建立的数学模型进行了系统、完整的定性和稳定性研究。研究结果对后续弓形虫病的研究及其数学模型的建立有一定的借鉴意义。
2018, 39(6):518-526. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx06006
摘要:为了更有效求解一类大规模无约束优化问题,克服其他算法普遍存在的算法较为复杂,存储量大和计算机编程难等不足,在传统三项PRP共轭梯度法的基础上,结合近年来关于三项共轭梯度法和新型线搜索的研究成果,定义了一种新的搜索方向,并采用一种新型的线搜索构建了算法,证明了其具有自动充分下降和信赖域的性质,并在适当的条件下证明了其全局收敛性。数值试验结果表明,在求解一类大规模无约束优化问题上新算法比传统三项PRP共轭梯度法更具有竞争性。具有良好收敛性质的新算法为解决一类求解大规模无约束优化问题提供了更高效的算法依据。
2018, 39(6):527-531. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx06007
摘要:为了研究剩余类环上对称矩阵模的保行列式的加法映射,首先说明这类加法映射其实都是线性的,然后通过合同变换,利用数论知识和行列式运算并借助于整数的标准素分解进行分类讨论,以确定主要基底的像,再利用映射的线性性质确定所有矩阵的像,并讨论了本质上属于同一类映射的映射形式之间的关系。结果表明,剩余类环上二阶对称矩阵模上保行列式的加法映射都是规范的。研究方法解决了一般环上非零元未必有逆的本质带来的困难,将基础集扩展到剩余类环上,此结果可以看作是保行列式问题向环靠近的一小步,改进了线性保持问题的已有结果,对剩余类环上的其他保持问题的研究也具有参考价值。
2018, 39(6):532-539. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx06008
摘要:为了改善姜黄素长循环脂质体(Cur-LCL)的稳定性,延长药物在体内的循环时间,对现有姜黄素脂质体(Cur-Lips)和姜黄素长循环脂质体的制备方法进行了优化。使用乙醇注入法制备Cur-Lips,用后插法将DSPE-PEG2000插入Cur-Lips中制成Cur-LCL。结果表明:Cur-LCL外观为圆形囊泡状球体,平均包封率为(88.91±0.94)%,4 ℃存放15 d包封率没有明显变化,平均渗漏率为2.4%,具有较好的稳定性;Cur-LCL平均粒径为(118.4±3.2)nm(n=3),呈单峰分布,平均电位为(-12.9±0.32)mV(n=3);以溶解度为标准对溶出介质进行筛选,选择以1% Tween 80的生理盐水为体外释放试验的溶出介质,Cur原料药12 h基本释放完全,Cur-Lips在36 h基本释放完全,累计释放率为92.67%,Cur-LCL在72 h基本释放完全,累计释放率为91.36%。Cur-LCL具有明显的缓释性,可以延长药物在血液中的循环时间,达到长循环的效果。
2018, 39(6):540-545. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx06009
摘要:针对适用于果蔬保鲜的蓄冷剂种类少、相变潜热小于300 J/g及过冷现象等问题,对相变蓄冷剂的性能进行了研究。首先,利用差示扫描量热法,选择含合适温度调节剂的溶液,获得具有-6~-4 ℃相变温度且相变潜热较高的主储能剂;随后,通过添加不同种类的成核剂,抑制主储能剂的过冷问题;最后,对较佳配方的蓄冷剂进行了性能研究,首次得到了以苯甲酸钠为主的温度调节剂与水溶液组成的2种主储能剂BL-1和BL-2。研究表明,通过添加硅藻土成核剂,可得到相变温度在-6~-4 ℃、相变潜热均在300 J/g以上且无过冷现象的2种低成本蓄冷剂,适用于冷藏温度在0~4 ℃的果蔬及其他温度敏感性产品的温控包装。所研制的相变蓄冷剂符合食品安全和绿色环保要求,可以有效地满足人们对果蔬及其他温度敏感性产品的蓄冷需求。
2018, 39(6):546-551. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx06010
摘要:在丙酸杆菌(Propionibacterium freudenreichii)厌氧发酵生产脱氧腺苷钴胺素(deoxyadenosylcobalamin,简称ADO)的过程中,中间体腺苷钴啉醇酰胺(adenosylcobinamide,简称CBI)和5,6-二甲基苯并咪唑(DMB)结合后生成产物ADO。目前维生素B12脱氧腺苷钴胺素发酵过程中的实时在线检测方法相对匮乏,为了解决该问题,提高维生素B12的发酵单位,以CBI为目标,运用代谢调控方法改善DMB的加入时间,研究不同时间加入DMB对丙酸杆菌生长以及ADO合成的影响。在分批次发酵情况下,实时检测了菌体发酵过程中具体的CBI合成量、ADO产量,并进一步绘制了菌体的生长曲线。结果表明,DMB对丙酸杆菌生长的抑制作用并不明显,但是可以抑制单位菌体产量,发酵周期为120 h,最佳添加时间为90~100 h,相比60 h添加DMB可提高发酵单位59.08%。方法简便、快捷、高效,对维生素B12的发酵调控研究具有一定的参考价值。
2018, 39(6):552-558. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx06011
摘要:为了验证水下电能传输的可行性和研究影响传输效率的因素,采用电场耦合原理进行了简单的无线充电电路设计,对电场耦合式无线电能传输的系统结构和基本工作原理进行介绍,分析了其相比于磁场耦合方式的特点,以及由此带来的相应优势,通过多物理场仿真模拟极板间电场分布,设计了一种LC双边的CPT系统,采用单片机组成脉宽调制控制电路并用功率放大电路模块组成发射端和接收端。结果表明了运用电场耦合原理进行无线充电的可行性,在研究中发现极板间的传输距离是影响水下无线充电效率的一个因素,而且两个电极之间的杂散电容也会影响极板间的功率,所以由于极板间隙的存在极板间的功率损耗较大。所提出的LC双边CPT系统,不仅实现了水下无线电能传输, 还保证了在一定距离和频率下传输效率的稳定。
2018, 39(6):559-566. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx06012
摘要:为了对微环境监测平台上的传感器所捕获的异构、大量、连续的数据流进行语义注释,从而及时地根据语义上下文推理出新的或隐含的知识,以实现微环境监测平台的实时监测,对SASML映射语言和SDRM算法进行了研究和改进,设计了S-SASML映射语言和SDS2R算法,用于将传感器原始数据流转换为符合SOSA/SSN本体的RDF数据流;并利用线程池技术实现方法的高并发处理,提高了方法的实时性能。改进后的映射语言和算法实现了微环境监测平台对连续、大量的数据流的实时语义注释,不仅解决了动态传感器数据流语义注释的问题,而且避免了高频数据流导致的系统过载现象,具有稳定高效的处理能力,基本满足了微环境监测平台的需求,具有一定的应用价值。
2018, 39(6):567-576. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx06013
摘要:以经典间断伽辽金有限元法求解弹性力学界面问题,存在着由于稳定系数取值不当引起的数值不稳定问题,而加权Nitsche间断伽辽金有限元法可以缓解这种问题,但仅应用于常量单元离散的情况。为解决上述问题,基于加权Nitsche间断伽辽金有限元法,针对平面弹性力学问题,推导了四节点四边形单元离散情况下的加权系数和稳定参数的计算公式,建立了权重与稳定参数间的定性依赖关系。通过建立和求解广义特征值问题,实现了加权系数和稳定参数的自动计算,使得高阶单元的使用成为可能。通过数值试验检验了方法的收敛性和稳定性。结果表明:在求解均匀或材料分区不均匀介质问题时,加权Nitsche间断伽辽金有限元法均表现出良好的稳定性,且计算结果具有较高的精度。所提出的方法在一定程度上无须人工干预,具有高效率、高精度和良好的稳定性,可以应用于复杂界面问题。