下伏软弱层黄土边坡变形机制分析及治理对策研究

本文研究了陕北某电厂夹断层破碎带上覆黄土的泥岩、砂岩互层反倾边坡的变形机制,并研究治理对策及其治理效果。通过边坡工程地质条件及变形破坏特征分析,建立FLAC3D地质模型,采用数值模拟方法研究了边坡变形破坏机制,在此基础上提出削方减载、锚筋桩、锚杆及坡面防护的综合治理措施。研究结果表明,边坡的变形受开挖坡形的影响,坡体浅表层特别是断层带及坡顶黄土部位出现大范围拉应力集中,断层带出现向坡外的挤出变形,带动上部黄土的牵引式变形,引起沿黄土和基岩基覆界面的剪切变形,在黄土中出现大量拉裂缝,在一定条件下潜在滑移面逐渐贯通,坡体将产生整体失稳。边坡的治理应通过削方减载改善坡体应力环境,并重点控制断层带及黄土与基岩基覆界面的变形,数值模拟结果表明,治理后边坡稳定性较好,满足设计要求。     

含纳米添加剂的润滑体系在摩擦过程中的接触电阻研究

采用UMT-2型微摩擦磨损试验机考察了4种纳米颗粒LaF3、Ag、SiO2 及Al2O3作为润滑油添加剂在摩擦过程中的接触电阻随时间变化的情况,并由此监测摩擦副表面的成膜状况;采用X射线光电子能谱仪分析4种纳米添加剂润滑下磨损表面典型元素的化学状态,并结合接触电阻测试结果分析纳米油润滑添加剂的润滑机理.结果表明:接触电阻测试能够适时监测添加剂在摩擦副表面的成膜过程,4种纳米润滑油添加剂在边界润滑条件下均能够在磨损表面沉积成膜,其在试验过程中的化学状态没有发生变化,但4种纳米润滑油添加剂在摩擦过程中的成膜性能不同,Ag和LaF3在摩擦过程中的沉积速率、沉积膜厚度及其在摩擦副表面的结合强度优于SiO2和Al2O3.     

锌电极放电过程及失效机制数值分析

锌-空气电池是一种高能量的电池体系.实验表明, 在大功率工作条件下, 锌电极的材料利用率随电流密度的增加而急剧下降. 为探索其在大功率工作条件下的放电机理, 本文针对这一过程建立了一维数学模型, 通过数值求解模拟多个物理量如离子浓度、传递电流密度、电极孔隙度、固体氧化锌等在电极内部的分布变化情况, 在此基础上分析电极的性能. 数值结果分析表明, 固体氧化锌对电极内质量传输过程的限制是导致电极失效的根本原因. 其析出时间及在电极内部的集中分布位置对电极性能有显著影响; 而仅当其体积分数超过30%-35%的范围后才开始显著限制传质过程. 讨论了电极的优化措施, 模拟表明更高的溶液电导率,更大的电极孔隙度有利于增加大功率工作条件下电极的材料利用率. 但最重要的是保持电极内部氢氧根离子的浓度在一个较高的值,对于封闭式电极可以通过补液实现, 理想情况为设计一个电解液循环式的锌电极.     

模型多肽Trp-Cage折叠形成机制的研究进展

蛋白质折叠是目前结构生物学领域的核心问题之一, 理解蛋白质结构折叠机制及其与生物功能之间的相互关系一直是生命科学家非常重要的研究内容, 并且该研究受到越来越多不同学科领域研究工作者的高度重视. 蛋白质大多数在数十毫秒、微秒或几秒内完成自我折叠过程, 但其折叠过程中所发生的分子结构精细转变却在纳秒甚至更短时间尺度内完成. 由于其折叠时间分辨率的限制, 目前无论是从常规实验还是理论计算角度对其研究都存在一定的难度. 本文首先概述了蛋白质折叠研究在实验和理论模拟方面存在的一些问题,然后以结构典型且可快速折叠的人工设计多肽Trp-cage为例,主要对其折叠过渡温度、折叠形成模型及其肽链上关键氨基酸残基在折叠过程中的作用三个方面进行了详细讨论, 综述了模型多肽Trp-cage的折叠动力学行为分别在实验和理论模拟方面的研究进展. 最后就如何有效化解蛋白质残基间相互作用网络进而降低其折叠机制的复杂性提出了一些新的建议, 不仅有助于阐明该迷你蛋白Trp-cage快速折叠、稳定形成的驱动力成因, 而且也能为蛋白质折叠机制研究和多肽设计提供有益参考.     

低场核磁共振短死时间射频线圈与射频开关的设计

本文以核磁共振（NMR）射频线圈振铃信号产生原理为对象进行分析研究,提出了一种适用于低场环境下由环状间隙腔线圈与螺线管线圈构成的收发分离式短死时间射频线圈设计方案,采用优化调谐匹配网络提高发射效率;根据射频线圈方案需求设计了快速切换的射频开关及驱动．在此基础上依据仿真结果制作了短死时间射频线圈,并应用于自主研制的低场9.51 MHz便携式NMR谱仪系统,进行NMR实验,结果显示可将收发切换时间缩短至10 μs以内,验证了该设计方案的可行性．     

双极性固态直线变压器驱动器的研制

在针对脉冲电磁场肿瘤消融的应用场合,双极性脉冲比单极性脉冲效果更均匀,而要产生ns级前沿的双极性高压纳秒或亚微秒脉冲难度大,电磁干扰强,控制要求更高。设计了一台双极性全固态直线型变压器驱动源(SSLTD),双极性SSLTD由结构完全相同的LTD模块经过副边绕组反向串联构成,在负载上实现双极性窄脉冲。双极性SSLTD输出波形稳定的脉冲的关键在于磁芯复位,通过电阻负载实验,重点对比分析了复位电流的形式对复位效果的影响,以及采用直流复位时幅值、脉宽、正负脉冲时间间隔、单级模块中开关管并联数量、复位电流大小对双极性SSLTD输出的影响。实验结果表明,所设计的双极性SSLTD能够在500 Ω负载上稳定产生重频双极性纳秒脉冲,输出电压0～±5 kV可调,脉宽200～400 ns可调,正负脉冲时间间隔0～1 ms可调,上升沿和下降沿20～50 ns;反向串联的直流复位电路结构简单、复位效果好。该脉冲源使用模块化设计,结构紧凑,电气绝缘要求较低,可灵活输出双极性、正极性与负极性高压亚微秒脉冲。     

不同翅片单元外颗粒流换热特性的数值研究

由于成本低,运行稳定,重力驱动移动床在高温固体散料余热回收领域应用潜力较大。然而,相关强化传热技术目前仍待完善。本文基于离散单元法,对颗粒流外掠翅片单元的流动换热特性进行了数值研究。研究表明:通过翅片增加换热面,可以显著提高传热量,但不同翅片单元外颗粒流传热特性不同。颗粒流与不同表面的换热,由颗粒更新、颗粒接触、颗粒竞争掺混以及表面面积共同决定。总体来说,在迎流区,倾斜平表面能扩大面积并确保颗粒更新,更有利于换热增强。而对于背流区,竞争掺混与颗粒接触的影响更大,采用圆弧表面更有优势。     

驱动马达定向运动的随机动力学模型

本文在非对称周期势中考虑驱动马达的机械化学耦合,基于布朗马达的工作原理,利用MATLAB数值模拟驱动马达在一定实验条件下的运动特征.我们首先模拟了单个驱动马达的位移和速度随时间变化的图像,然后分别计算了多个驱动马达运动的平均速度,最后计算了不同负载力条件下马达运动速度的系综平均值.模拟结果表明驱动马达在定向运动中存在等待态和行走态,行走步长约为8.2nm,且马达运动具有一定的随机性.通过与实验比较,发现模型计算结果与实验吻合.     

基于机制转换模型的碳排放权期权定价

机制转换模型可以将外部环境的变化迅速反映到对模型参数的调整中,故运用马氏链刻画外部机制建立机制转换模型,基于此进行碳排放权期权定价。为实现其价值函数的数值计算,首次设计并证明了一套倒向递归算法,该算法依据马氏链跳跃的划分实现递归,从而克服了马氏链带来的运算高复杂度,其数值结果展示了完整的波动率微笑和期限结构。最后通过与前人提出的算法以及蒙特卡洛模拟比较表明,倒向递归算法可获得更高的准确性和运算效率。     

两空间耦合下齿轮传动系统多稳态特性研究

通过将系统参数定义为参数变量, 构成参数空间,研究齿轮传动系统在参数空间和状态空间耦合下的非线性全局动力学特性,以及多参数、多初值和多稳态行为之间的关联特性.首先设计了一个两空间耦合下非线性系统多稳态行为的计算和辨识方法.其次,基于该方法并结合相图、Poincaré映射图、分岔图、最大Lyapunov指数、吸引域等,研究齿轮传动系统在不同参数平面上多稳态行为的存在区域和分布特性,以及多稳态行为在状态平面上的分布特性,揭示了参数平面和状态平面上系统可能隐藏的多稳态行为和分岔,并分析了多稳态行为的形成机理. 结果发现,两空间耦合下系统在参数平面上存在大量多稳态行为并呈"带状"分布, 状态平面上多稳态行为出现两种不同的侵蚀现象, 即内部侵蚀和边界侵蚀.分岔点或分岔曲线对初值的敏感性导致多稳态行为的出现.当齿侧间隙和误差波动在较小的范围内变化时,系统全局动力学特性受间隙和误差扰动的影响较小,受啮合频率的影响较大.两空间耦合下系统全局动力学特性变得丰富和复杂.