高细对称结构正交耦合振动响应的试验研究

高细对称结构是指具有较大的高度／直径比,且横向和纵向完全对称的结构形式。由于其典型的对称电磁场特性,在星载天线上得到了一定的应用。有研究发现：高细对称工程结构在振动试验过程中往往表现出正交耦合响应较大的现象,这些现象相当于产品单方向振动激励时在两个互相正交方向同时进行了振动载荷,从而造成了产品的过试验问题。但是,工程实物模型相对较为复杂,无法通过仿真直观地揭示这种特殊现象的本质。本文针对在实践工程高细对称结构中发现的正交耦合振动响应现象,对这类工程结构进行了简化（将某一类星载天线简化为板梁弯曲结构）。在此基础上提出了试验验证模型,并完成了正弦激励载荷下的振动响应试验。通过分析试验数据对比了对称结构和非对称结构的振动耦合响应异同,剖析了各种产生正交耦合振动响应的原因;指出正交耦合振动响应是高细对称结构的一种固有特性,采用非对称设计可以减小正交耦合响应;最后提出了一种针对这种高细对称结构进行准确仿真计算的方法。     

碳纤维三向织物/环氧树脂复合材料的制备与力学性能

选择不同纱线间距[即二经(纬)纱之间的中心距]尺寸的碳纤维三向织物, 采用热压成型技术制备了碳纤维三向织物/环氧树脂复合材料. 研究了纱线间距及样品裁剪角度等对力学性能的影响, 并与碳纤维二向织物/环氧树脂复合材料的力学性能进行对比. 结果表明, 随着纱线间距尺寸从2 mm增加到6 mm, 0°方向断裂强度从221.7 MPa下降到148.1 MPa, 撕裂强力从1000 N下降到600 N; 90°方向断裂强度从50.0 MPa下降到22.1 MPa, 撕裂强力从330 N下降到100 N; 顶破强力从424 N下降到216 N. 这些力学性能的逐渐降低是单位面积的碳纤维增强体含量减少和织物的孔洞增大共同作用的结果. 纱线间距为2 mm的碳纤维三向织物复合材料在0°(以纬纱为基准), 30°, 45°, 60°和90°方向的断裂强度分别为221.7, 48.5, 44.3, 227.7和50.0 MPa, 即断裂强度在0°和60°方向大于在30°, 45°及90°方向. 由三向织物的编织原理可知, 0°与60°方向完全相同, 因此其断裂强度相似, 且样品中有一组纱线与外加载荷平行, 对形变破坏具有一定的约束作用, 而30°, 45°和90°方向样品中三组纱线所在的方向均和外加载荷存在一定的夹角, 有效分散外加载荷的能力减弱. 对比碳纤维三向织物/环氧树脂复合材料与碳纤维二向织物/环氧树脂复合材料的断裂强度、 撕裂强力和顶破强力发现, 前者的综合性能明显优于后者, 碳纤维三向织物/环氧树脂复合材料的断裂强度、 撕裂强力、 顶破强力分别为221.7 MPa, 1000 N和424 N, 三向织物的优势得到凸显, 为后续制备多种类型的碳纤维三向织物复合材料及应用奠定了基础.     

ANCF/CRBF平面梁闭锁问题及闭锁缓解研究

本文系统地研究了基于一致旋转场列式的绝对节点坐标 (ANCF consistentrotation-based formulation, ANCF/CRBF)平面梁单元的泊松闭锁问题及闭锁缓解技术.为了全面理解该类型单元的闭锁特性及明确单元的应用范围,文中首先开发了两种新的ANCF/CRBF刚性截面梁单元, 新单元在ANCF全参数梁的基础上,对梯度向量施加正交矩阵约束, 得到梯度与转角对时间导数之间的速度转换矩阵,从而引入转角参数. 新单元节点处完全消除了泊松闭锁和剪切效应,这是与传统ANCF/CRBF刚性截面梁单元的不同之处. 然后,对比分析了这三种ANCF/CRBF刚性截面梁单元泊松闭锁的特点.发现该类型单元对节点的横向梯度施加了运动学约束, 导致节点处截面不能变形,无法捕捉泊松效应, 但是单元内部能完全捕捉,这种不连续情况会加重单元整体的泊松闭锁问题. 并且发现对单元梯度约束的越多,闭锁问题越严重. 随后, 分别采用两种闭锁缓解技术, 弹性线方法和应变分解方法,进一步研究了单元的收敛性. 最终,通过多种静力学和动力学测试研究了泊松闭锁对ANCF/CRBF平面梁单元计算精度的影响及闭锁缓解技术在该类型单元上的缓解效果.      

无接触式索网张力测量方法

为了准确获取天线反射器上柔性索网结构的张力,提出了一种无接触式索网结构张力测量方法。该方法借助摄影测量仪一次即可测出所有绳索的位移变化量,再根据绳索载荷位移关系计算出全部绳索张力。理论分析表明：当摄影测量精度一定时,张力测量精度随绳长增加而提高;张力测量精度与载荷大小相关,随着载荷提高,绳子钢化,此时测量精度即对应绳子的刚度。通过简单验证试验表明该方法具有测量效率高、准确性高等特点,可用于测量索网系统的张力。     

细胞内源性分子辅助荧光信号放大策略及细胞成像

细胞内原位信号放大策略是检测低丰度内源性目标物的有效手段, 但多数信号放大策略依赖于外源性辅助物, 不可避免地改变细胞内微环境, 进而对机体造成一定干扰. 针对此问题, 可利用细胞内源性物质(如金属离子、 核酸、 蛋白酶等)实现原位荧光信号放大, 对不同生物标志物进行荧光成像, 此方法对低丰度靶分子检测及成像具有重要意义. 本文对内源性物质辅助信号放大及细胞内荧光成像相关研究进行了归纳整理, 介绍了内源性核酸、 酶、 蛋白质、 三磷酸腺苷(ATP)和金属离子辅助信号放大策略, 并探讨了其信号放大机理; 总结了内源性物质辅助信号放大探针在低丰度物质检测及成像方面的研究进展; 最后展望了该策略在细胞成像方面的优势及应用前景.     

Detecting dynamical complexity changes in time series using the base-scale entropy

Timely detection of dynamical complexity changes in natural and man-made systems has deep scientific and practical meanings. We introduce a complexity measure for time series： the base-scale entropy. The definition directly applies to arbitrary real-word data. We illustrate our method on a practical speech signal and in a theoretical chaotic system. The results show that the simple and easily calculated measure of base-scale entropy can be effectively used to detect qualitative and quantitative dynamical changes.     

基于有限穿越水平可视图的短时睡眠心率变异性研究

心率数据是最易于获取的人体生理数据之一,基于心率变异性的睡眠分析是近年来各种用于日常健康管理的可穿戴设备功能的一个重要发展方向,需要不断探索可以应用于标准睡眠分期时间窗(约30 s)的各类短时特征参数.利用近期报道的有限穿越水平可视图,并进一步提出一种加权有限穿越水平可视图,将不同睡眠状态下的短时心率变异序列映射为网络,进而提取平均集聚系数、特征路径长度、集聚系数熵、路径分布熵、加权集聚系数熵和加权路径分布熵等网络特征参数进行统计分析.结果表明,各网络参数值在醒觉、浅睡期、深睡期和快速眼动期的幅度水平具有显著差异,体现了所述方法在基于短时心率变异数据的睡眠分期中的有效性.同时,进一步研究了健康年轻人和中老年人在不同睡眠状态下的网络参数值,发现两者虽然存在整体的水平差异,但是在不同睡眠状态间的变化仍具有相同的趋势,反映出相对于正常的年龄老化,睡眠调制对心脏动力学系统具有更显著的影响,也说明所述方法可作为基于心率变异性的睡眠研究的一种新的辅助工具.