儿童发育性髋关节脱位的磁共振形态学定量

发育性髋关节脱位（developmental dysplasia of the hip,DDH）作为一类常见的、严重威胁儿童健康成长的髋关节疾病会严重影响到儿童的肢体发育和生活质量,其早诊断、早治疗非常重要.磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）技术可提供丰富的有关髋关节发育情况的形态学信息.目前,基于磁共振图像的DDH临床诊断主要凭借医生的肉眼观测,对医生要求甚高,而且无法定量判断DDH病情.本文提出了一种针对儿童DDH磁共振图像的形态学定量评估方法,通过对DDH病理改变密切相关的形态学参数的自动测定,完成形态学参数的定量评估,为临床提供辅助的量化参考.该方法包括磁共振图像预处理、股骨及盆骨分割、髋关节三维模型重建,以及结合了厚度搜索、三维霍夫变换和最小二乘拟合等算法实现的中心边缘角（center-edge angle,CEA）、髋臼角（acetabular index,AI）和股骨颈前倾角（femoral neck anteversion,FNA）等重要指标的自动测量.儿童DDH形态学定量评估方法的建立对儿童DDH的筛查、诊断和确诊患儿手术方案的制定,以及术后的动态随访,都具有重要参考价值.     

基于贝叶斯优化的高能质子空间传输精确控制

综合考虑地磁场、高能质子的相对论效应以及同步辐射的影响,建立了质子在空间传输的单粒子运动模型。基于该模型,提出利用贝叶斯优化方法,实现给定质子能量下,质子从空间初始点传输到目标点的精确控制方法,获得了出射方向随出射位置的变化规律,当位置径向角取0°和180°时,位置轴向角的取值不会改变粒子的最优出射方向。研究结果为质子束在空间环境中的长程传输提供理论支撑。     

带电粒子在地磁场中的运动及Mathematica数值模拟

基于单粒子轨道模型和地磁场偶极子模型,考虑相对论效应,对近地球区域磁场中运动的带电粒子轨迹使用Mathematica软件中六阶龙格—库塔算法进行数值计算和模拟,并对极光现象的产生进行了解释,同时讨论了带电粒子在地磁场中运动的引导中心近似.结果表明：1)从地球北极方向观察,被地球磁场捕获的质子沿顺时针方向漂移,电子沿逆时针方向漂移;2)粒子各个分运动的运动周期数值模拟结果与文献中理论值非常吻合;3)从(4R_e,0,0)入射的粒子投掷角小于7.38°时,带电粒子将会与地球表面大气层碰撞而沉降,存在产生极光现象的可能.大于7.38°时,粒子将会被束缚在地磁场中,形成辐射带;4)其他条件相同时,带电粒子投掷点距离地球越远,其漂移速度越大;投掷角越大,其漂移速度也越大;5)对于能量较低的粒子,一阶近似下引导中心轨迹能很好地代表粒子实际运动轨迹.     

单壁碳纳米管在石墨基底上运动的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究单壁碳纳米管在石墨基底上的运动.首先碳纳米管在基底弛豫至平衡状态，然后对其施加一固定外力，撤去外力后，碳纳米管在基底上逐渐减速至停止.为了研究管径、手性角对运动方式的影响，本文选择了C(10,10)，C(10,9)，C(10,8)，C(10,5)，C(10,0)，C(8,8)六种单壁碳纳米管进行模拟.结果表明，碳纳米管在石墨基底上的运动方式由手性角决定，与管径无关.手性角等于30°时，碳纳米管与石墨基底之间为公度结构，碳纳米管的运动出现周期性的滑动和翻滚现象；手性角大于28.3°小于30°时，碳纳米管一边向前滑动一边滚动；手性角小于26.3°时，碳纳米管在基底上滑动.碳纳米管的手性角决定了它与石墨基底接触界面的微观构型，从而决定了碳纳米管的运动方式. 关键词： 分子动力学模拟 碳纳米管 动能 结构公度性     

紧聚焦线偏振强激光场中横向初始位置对电子辐射特性的影响

为了探究紧聚焦线偏振激光场中高能电子辐射与电子横向初始位置的关系,在拉格朗日方程的基础上,构建了单个高能电子与激光脉冲相互作用散射的模型,并且借助MATLAB数值模拟获得了电子运动与电子辐射相关数据。初始状态静止的高能电子与紧聚焦线偏振强激光相互作用后,其在xOz平面内先作振荡运动,再沿z轴正方向作直线运动,横向速度随振荡逐渐转化为纵向速度。观察其有趣的运动轨迹、频谱调制结构与空间辐射分布,发现电子横向初始位置对于电子运动、辐射强度与辐射分布均有较大影响。随着横向初始位置正向增大,电子运动方向迅速偏移z轴,横纵速度失去对称性。最大频谱幅值和最大辐射强度随着横向初始位置增大存在一个极大值,对应辐射方向方位角保持不变,同时极角渐大。结果表明,激光脉冲正中心并不是获得最大强度电子辐射的最佳位置,在x=0.085λ0时可以取到最大辐射强度,对应极角大约为17°,方位角为0°。     

动能杆侵彻目标靶毁伤效果研究

针对动能杆侵彻目标靶的毁伤评估问题,从有限元角度出发,在数值模拟的基础上,提出了单根动能杆的毁伤指数计算模型;以不同杆体角(从-60°到90°以30°递增)和速度角(从0°到75°以15°递增)对靶板进行侵彻仿真,得到了多种情况下动能杆的毁伤指数和分布规律。一般情况下,毁伤指数随速度角的增加而增大,但当速度角为30°或60°时,速度角和杆体角一致时毁伤指数最大,并针对此种情况进行了分析。将动能杆垂直侵彻靶板的仿真结果与经验公式的计算结果进行了对比,二者相差4.06%,证实该仿真方法是可行的。     

高超声速三角翼上横流不稳定性的实验研究

本文研究了三角翼迎风面边界层中的非定常横流不稳定性.实验在马赫6低噪声风洞中进行,模型为平板构型,攻角为5°和10°.通过温敏漆技术,观察到在远离头部的区域,边界层转捩阵面光滑且平行于前缘,通过Kulite高频脉动压力传感器得到的功率谱密度曲线中有明显的f≈10 kHz的扰动波信号峰值.利用基于纳米示踪的平面激光散射技术,在平行前缘方向对此区域进行流场可视化,观察到规则的向下游卷起的涡结构,形态与数值模拟中的横流涡形态一致,且涡结构的位置不是固定的,因此该10 kHz的信号为非定常横流波信号.只有在边界层为层流时,才能够观察到明显的10 kHz左右的非定常横流波信号峰值,边界层转捩中或转捩后,脉动压力的功率谱密度曲线为低频成分占主导的宽频分布.提高单位雷诺数,同一压力测点位置得到的横流波幅值先增长至饱和而后衰减.增大攻角时,横流行波幅值增长更加迅速,在较低的雷诺数下就可以增长至饱和.另外,还利用Kulite传感器阵列测量了横流波的相速度和传播角度,文中所测状态下,相速度分布在0.24—0.32倍来流速度之间,传播角度与来流方向夹角在40°—60°之间.并且,增大攻角时,横流波的相速度变大,传播角减小.     

变曲率弯路车辆换道虚拟轨迹模型

研究自动化公路系统车辆换道虚拟轨迹规划方法,建立基于奇次多项式的变曲率弯路换道轨迹模型.假设车辆起始车道和目标车道具有相同的瞬时中心,把车辆在弯曲路段换道时的运动分解为向道路瞬心的直线运动和绕道路瞬心的圆周转动.假设向心运动位移和转动角位移满足奇次多项式约束,由换道时间、位置要求以及车辆在换道开始时刻和结束时刻的期望状态确定两种运动满足的边界条件,利用边界条件确定多项式系数.根据向心运动位移和转动角位移多项式模型,建立换道虚拟轨迹数学模型.与现有弯路换道轨迹规划方法相比,取消道路曲率为常数的假定,得到的换道轨迹模型更具一般性.仿真结果验证了文中提出的变曲率弯路换到轨迹规划方法的可行性.     

水下光学监控系统照明方式的研究

提出了一种确定水下光学监控系统中照明光源方向角和安装位置的方法.利用光在水中的传输特性,分析了传输距离、体积散射函数、散射角和小体积元的影响,以及照明光源不同方向角产生的不同照明效果.据此提出了光源方向角的确定原则,即在满足监控区域要求的前提下,照明光源的方向角应该选取散射角最大的方向.在视场角为45°时,光源方向角应...     

激光诱导等离子体光谱空间分布特性

激光波长和激光入射角是影响激光诱导等离子体空间分布和光谱强度空间分布特性的重要因素.基于流体动力学和SAHA方程,仿真了激光诱导等离子体的二维空间演化过程,研究了激发等离子体的辐射光谱空间分布特性及激光波长、入射角度等参数对等离子体特征谱线空间分布特性的影响.研究结果表明:波长为1064 nm的激光在不同延时条件下,最佳激光入射角度均为0°.当入射角度为0°时,所激发的等离子体辐射在不同的探测角度处均有较强的光谱信号,且在100,500,1000 ns延时条件下,最佳探测角分别为±41°、±11°和±12°.对于不同的波长,当延时分别为100 ns和500 ns且激光以0°入射时,长波长激光所激发的等离子体光谱在不同探测角处的强度均强于短波长激光.当延时为100 ns时,1064 nm波长激光所激发的光谱在最佳探测角位置的强度约为532 nm和266 nm波长激光所激发的光谱在各自最佳探测角位置强度的2倍.随着探测角绝对值的减小,等离子体辐射光谱强度先增大,到达最佳探测角后强度再减小.入射波长分别为532 nm和1064 nm的激光诱导击穿光谱实验结果验证了仿真结果.     

用MAEAM法计算Ag/Ni的界面能

采用改进分析型嵌入原子法计算了Ag(111)//Ni(001)和Ag(001)//Ni(111)扭转界面的能量，结果表明：对Ag(111)//Ni(001)界面，当扭转角等于0°（或30°）时界面能最小，这一择优扭转角取向和Gao等人的实验结果一致；同样，对Ag(001)//Ni（111）界面，当扭转角等于0°（或30°）时界面能最小；从界面能最小化考虑，Ag(001)//Ni(111)扭转界面的择优扭转角也为0°（或30°）. 关键词： Ag/Ni界面 界面能 计算 改进分析型嵌入原子法 近重合位置点阵     

利用智能手机磁传感器研究单摆运动

本文基于Phyphox手机App,利用智能手机中的磁传感器(电子罗盘)研究磁性单摆运动.结果表明,不同最大摆角测量出来的磁感应强度随时间变化规律不同.只有最大摆角小于1°时,单摆才可看作简谐振动.不同最大摆角的磁感应强度随时间变化曲线可以用磁偶极子模型结合大角度单摆公式来描述.利用磁传感器测量的当地重力加速度为9.868m/s 2,由于磁性摆空气阻尼较小,测得的实验误差仅为0.8%.     

双基地多输入多输出虚拟阵列的稳健低旁瓣波束优化技术

双基地多输入多输出(MIMO)系统需要对目标的波达角和波离角进行二维估计,针对高分辨算法中阵列协方差矩阵处理运算量大以及估计性能对阵列流形失配敏感的缺陷,提出了一种基于二阶锥规划的抗阵列流形失配的双基地MIMO虚拟阵列波束优化算法.该方法利用MIMO的波形分集技术与双基地的目标定位解算,通过波达角和波离角在双基地定位椭圆上的对应关系,将双基地MIMO的二维合成方向矢量转化为一维的虚拟阵列流形,并证明了双基地MIMO虚拟阵列的波束图等效为发射波束图在接收阵角度域上的响应和接收波束图的合成.在优化波束图旁瓣的同时,该算法兼顾了固定方向上的相干干扰抑制,并提高了双基地MIMO虚拟阵列波束优化抗阵列流形失配的能力.通过波束图和方位谱优化的仿真分析和水池试验,验证了算法的有效性.     

含湿天然气超音速凝结研究

在气液无滑移假设下建立了天然气超音速凝结数理模型,研究了天然气中水蒸气的超音速凝结过程,并分析了Laval喷管扩张段半扩张角对凝结的影响.结果表明凝结模型是合理的,液滴成核只发生在喷管喉部后非常狭窄的区域,此后水滴的生长变得非常缓慢,直至喷管出口不再发生显著的增加;喷管半扩张角的大小对液滴的成核、生长有显著影响,成核位置随半扩张角的增加略向上游移动;喷管扩张段0.16°半扩张角在总压损失、出口马赫数、出口液滴尺寸等方面具有最佳的综合效果.     

天基平台激光清除小尺度空间碎片降轨特性研究

通过建立空间碎片自旋与非自旋模型,分析了天基激光作用下碎片速度的变化规律,在此基础上研究了激光辐照作用下空间碎片的变轨模型。通过仿真分析空间碎片的近地点与远地点高度的变化量在碎片运行轨道不同位置与高能脉冲激光作用的变化规律,对比分析激光在不同辐照角度下与碎片作用时的降轨清理效果。研究结果表明:天基激光清除空间碎片存在最佳作用区域,降轨清理的最佳位置在初始真近角f=120°和f=240°位置附近;激光作用碎片的辐照角度对碎片的降轨清理效果有较大影响,激光在不同辐照角度与碎片作用时的降轨清理效果相对碎片轨道椭圆主轴具有对称性。     

基于POD方法的高超声速边界层转捩判定方法

高超声速边界层转捩是高超声速飞行器设计的关键基础问题之一.为了研究高超声速边界层转捩, 在风洞中, 对平板模型进行了M=5的实验, 在模型中心沿流动方向使用PCB脉动压力传感器对脉动压力时间序列进行采集.文章将本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)方法引入高超声速脉动压力数据处理中, 发展了单点POD分析方法.经验证, 使用该方法重构数据的均方根(root mean square, RMS)峰值位置可表征转捩位置, 实用性强.      

角位置敏感探测器及其有限元分析

介绍了一种基于半导体横向光电效应的角位置敏感探测器的结构设计,采用有限元方法对该角位置敏感探测器的输出特性:线性度、角度精度及响应灵敏度,进行了模拟计算,在较大的角度范围内(如90°)进行测量,得到了很高的线性精度(小于0.04%)和角度测量精度(约20″)。分析讨论了材料电学参量及模型结构参量等因素对其测角精度的影响,通过优化选取材料及结构参量,可以使线性度(小于0.01%)及精度(小于1″)更高,能够用于高精度的角度测量。     

Ritchey角精度对平面镜检测的影响的分析与验证

为进一步提高Ritchey-Common法的检测精度,分析了实验中Ritchey角精度对整体检测结果的影响。通过仿真模拟,分析并确定出最佳Ritchey角测试范围在20°～50°之间,此时面形误差检测结果精度可达0.01λ(λ=0.6328μm)。仿真过程中模拟Ritchey角存在误差时对检测结果的影响,当Ritchey角误差控制在±1°时,拟合结果与原始面形的残差降至0.0007λ,能够满足测试要求。针对Ritchey角测量存在误差的问题,利用测得系统光瞳面的图像压缩比例来计算Ritchey角大小,此方法的计算误差可控制在0.2°以内。实验中选择3个角度来检测,在数据处理时将测得数据两两组合进行解算。29.6°&47.8°组合拟合结果与Zygo干涉仪直接检测结果的残差的峰谷(PV)值为0.068λ、均方根(RMS)值为0.0105λ,证明Ritchey角的选择及其计算精度对检测整体精度具有一定影响。     

表面粗糙度对黑云斜长片麻岩不同探测角偏振度波谱影响研究

以黑云斜长片麻岩为例,探讨了表面粗糙度因子在350～2 500nm波段对岩石不同天顶角及方位角偏振度探测的影响,并在特征波段进行了定量分析。表明不同粗糙度的岩石表面,入射天顶角一定时,在镜面反射方位,偏振度随探测天顶角先是上升,到达最高值后又开始下降。(520±10)nm波段的偏振度在探测天顶角方向达到的最大峰值与表面粗糙度进行相关分析,发现他们呈幂函数关系。回归方程为:y=0.604x-0.297,可决系数R2为0.985 4。峰值所在天顶角度与表面粗糙度相关模型为,y=3.419 4x+51.584,y<90°,模型可决系数R2为0.817 7。偏振度随探测方位角变化的规律为以180°方位时偏振度最大,向两侧随探测方位离180°越远逐渐越低,并趋于0。(520±10)nm波段的偏振度在探测方位角180°方向达到的最大峰值与表面粗糙度进行相关分析,发现他们呈幂函数关系。回归方程为:y=0.582 2x-0.333,可决系数R2为0.984 3。对以上回归模型进行F检验,发现偏振度峰值及所对应角度与粗糙度之间存在显著的相关关系。     

平顶光束通过像散透镜的传输和光束参量的变化

对平顶光束通过像散透镜的传输和光束参量(包括束宽、束腰宽度和位置、远场发散角和M2因子)的变化做了研究.结果表明,像散使平顶光束在x方向的束腰宽度增加,远场发散角减小,实际焦点的位置远离透镜,而在y方向正相反.平顶光束的M2因子与像散无关.x、y方向束宽和远场发散角的相对误差随光束阶数,瑞利长度,像散系数和透镜焦距变化.当x、y方向的光束阶数和初始束宽相等时,几何焦面上两方向束宽的相对误差相等,但在实际焦面上不同.