轴对称薄壁结构自由振动的边界元分析

采用双互易法分析薄壁轴对称结构自由振动的特征频率以及特征模态.首先,采用径向基函数插值域积分里的位移,利用双互易法将域积分转化为子午面边界的积分.然后,将边界物理量、基本解和特解展开为傅里叶级数,沿环向积分后得到的边界积分方程可用于轴对称结构带体积力问题和受非对称载荷的动力学分析,其积分域为轴对称结构子午面边界上的线积分,进一步降低了问题的维度和离散的难度.文章详细探讨了源点处于对称轴的特殊情况,根据基本解和特解的退化形式,针对无体积力和有体积力分别给出了处理奇异矩阵的方案.对于薄壁结构,采用双曲正弦变换处理近奇异积分有效提高积分精度.最后将双互易法和双曲正弦变化应用于薄壁轴对称结构带体积力的静力学和自由振动分析.数值结果表明,文章提出的处理奇异矩阵的方法能够有效处理源点处于对称轴的情况;当圆筒厚高比为$10^{-3}$,边界元计算的特征频率的相对误差为$10^{-3}$,且优于有限元的结果.      

亲水性两性离子聚合物刷的构象与结构

本文应用分子场理论,研究暴露于水蒸气中的亲水性两性离子聚合物(HP)刷的构象与结构.理论模型考虑HP-水(P-W)氢键和水-水(W-W)氢键效应,以及HP单体之间的偶极-偶极相互作用.研究发现,P-W与W-W氢键决定着HP的水合性,P-W氢键形成,会诱导HP刷溶胀.我们通过考察HP单体间的偶极-偶极相互作用发现,随着偶极-偶极相互作用增强,HP链在垂直培基表面沿着链方向,形成了结节状结构.这是由于HP单体之间的偶极-偶极静电吸引作用导致单体间汇聚结节,这种结节在刷内产生了较强的排斥体积作用,因此,这种HP刷具有抗污性能.在较高的接枝密度环境下,由于HP链间单体之间的偶极-偶极静电吸引作用,会形成链间单体-单体的结节,在刷内形成结节网络状凝胶结构,这种结构的出现,会使得HP刷呈现极强的抗污性.另外,当体系中水蒸气浓度增加、水合相互作用增强时,增加的P-W氢键将平衡HP单体之间的偶极-偶极相互作用,使得结节解开,聚合物链伸展.我们的理论结果符合实验观测,由此表明,P-W氢键效应,以及HP单体之间的偶极-偶极相互作用决定着HP刷的构象转变和结构特性,刷内出现的两性离子聚合物链内单体间的结节和链间单体结节状凝胶结构,是两性离子聚合物刷呈现较强抗污性的本质特性.     

轴对称薄壁结构自由振动的边界元分析

采用双互易法分析薄壁轴对称结构自由振动的特征频率以及特征模态.首先,采用径向基函数插值域积分里的位移,利用双互易法将域积分转化为子午面边界的积分.然后,将边界物理量、基本解和特解展开为傅里叶级数,沿环向积分后得到的边界积分方程可用于轴对称结构带体积力问题和受非对称载荷的动力学分析,其积分域为轴对称结构子午面边界上的线积分,进一步降低了问题的维度和离散的难度.文章详细探讨了源点处于对称轴的特殊情况,根据基本解和特解的退化形式,针对无体积力和有体积力分别给出了处理奇异矩阵的方案.对于薄壁结构,采用双曲正弦变换处理近奇异积分有效提高积分精度.最后将双互易法和双曲正弦变化应用于薄壁轴对称结构带体积力的静力学和自由振动分析.数值结果表明,文章提出的处理奇异矩阵的方法能够有效处理源点处于对称轴的情况;当圆筒厚高比为10~(-3),边界元计算的特征频率的相对误差为10~(-3),且优于有限元的结果.     

跨膜浓度梯度对渗透压囊泡循环活性的调控

本文通过分析囊泡在膨胀状态与孔隙状态的动力学行为,揭示调控膨胀拉伸能与孔隙势能的内在物理参量.建立递推微分方程的分析模型,该模型提供了膨胀-破裂循环特征量膨胀系数在各个循环中初始跨膜浓度梯度依赖性的定量信息.研究得出,通过增加初始跨膜浓度梯度,可加快膨胀系数增长速率(循环数为1时,初始跨膜浓度梯度增加3倍,膨胀系数增长速率增加2.65倍);随着循环数的增多,膨胀系数的增长由线性转变为非线性.此外,初始跨膜浓度梯度与循环次数密切相关,我们的模型计算预测增加初始跨膜浓度梯度可实现循环次数的增多.研究结果为靶组织以可编程方式释放活性生物治疗剂的发展提供了具有实际意义的理论依据.     

长江三角洲地区污水厂污泥中全氟有机酸污染特征

对长江三角洲地区污泥的分析结果表明：脱水剩余污泥中总全氟有机酸（PFAs）的浓度范围为122-1098ng／g,其中三氟乙酸（TFA）和五氟丙酸（PFPrA,除S13未检出外）一般是污染水平最高的两种PFAs,分别为107-562ng／g和4．41-395ng／g,占总PFAs的12％-93％和0．7％-61％,这充分说明在以后的监测中需要将超短链PFAs纳入检测范围．尽管全氟辛酸（PFOA）和全氟辛磺酸（PFOS）的浓度一般低于超短链的TFA和PFPrA,甚至在某些情况下还会低于部分中长链PFCAs,但在绝大多数情况下它们依然是两种主要的PPAs类污染物,浓度分别为2．78-66．9ng／g和1．27-80．4ng／g,占总PFAs的0．7％-8．8％和1％-20％．一般而言,全氟羧酸（PFCAs）的检出率较高,可达92．3％-100％,但是对全氟烷基磺酸（PFSAs）而言,除PFOS的检出率为100％外,全氟丁磺酸（eFBS）和全氟己磺酸（PFHxS）的检出率较低,仅分别为15．4％和7．8％．此外,不同的污水处理工艺可能会严重影响污水处理过程中PFAs污染水平和归趋,造成这种现象的原因可能是不同工艺条件下污泥的吸附性能不同,也可能是不同处理工艺对其前体物的降解转换率不同．     

基于四元数卡尔曼滤波的捷联惯导初始对准算法

针对晃动基座捷联惯导初始对准问题,研究了一种具有干扰抑制能力的初始对准算法。根据重力矢量在惯性空间投影构成一包含地球北向信息的旋转锥面的现象,利用坐标系惯性凝固假设将重力量测矢量和参考矢量分别投影到载体惯性坐标系和导航惯性坐标系,将晃动基座条件下的初始对准转化为基于重力量测矢量确定对准起始时刻的姿态问题。借鉴四元数线性伪量测方程的概念,利用重力投影矢量与初始姿态四元数的线性量测关系实现初始姿态四元数的直接滤波估计。初始姿态四元数在对准过程中为常值,以其作为待估计的状态可避免系统模型误差和初始误差的影响。利用转台模拟不同的摇摆对准环境,导航级惯导系统可在10 min内完成初始对准且方位误差小于3’。     

光纤陀螺热致漂移误差的模糊补偿(英文)

针对光纤陀螺启动过程中的热致漂移误差问题,研究了一种模糊模型补偿方案。依据Shupe非互易性理论和Mohr加热模型试验的结论,以光纤环内侧温度和温度变化率为输入,以陀螺漂移为输出,建立了二输入一输出模糊模型。利用全温范围(-25℃～45℃)内光纤陀螺的恒温静态试验数据,基于自适应神经网络模糊推理系统的自学习功能,辨识出模糊规则库。通过实时施行模糊推理可实现光纤陀螺温度漂移的在线自动补偿。室温验证试验表明,陀螺的零偏稳定性由补偿前的0.037(°)/h提高到0.017(°)/h,陀螺启动时间由补偿前的30 min减少为2 min。     

Helmholtz边界积分方程中奇异积分间接求解方法

提出了间接求解传统Helmholtz边界积分方程CBIE的强奇异积分和自由项系数,以及Burton-Miller边界积分方程BMBIE中的超强奇异积分的特解法。对于声场的内域问题,给出了满足Helmholtz控制方程的特解,间接求出了CBIE中的强奇异积分和自由项系数。对于声场外域对应的BMBIE中的超强奇异积分,按Guiggiani方法计算其柯西主值积分需要进行泰勒级数展开的高阶近似,公式繁复,实施困难。本文给出了满足Helmholtz控制方程和Sommerfeld散射条件的特解,提出了间接求出超强奇异积分的方法。推导了轴对称结构外场问题的强奇异积分中的柯西主值积分表达式,并通过轴对称问题算例证明了本文方法的高效性。数值结果表明,对于内域问题,采用本文特解法的计算结果优于直接求解强奇异积分和自由项系数的结果,且本文的特解法可避免针对具体几何信息计算自由项系数,因而具有更好的适用性。对于外域问题,两者精度相当,但本文的特解法可避免对核函数进行高阶泰勒级数展开,更易于数值实施。     

Regulation of the intermittent release of giant unilamellar vesicles under osmotic pressure

Osmotic pressure can break the fluid balance between intracellular and extracellular solutions. In hypo-osmotic solution, water molecules, which transfer into the cell and burst, are driven by the concentration difference of solute across the semi-permeable membrane. The complicated dynamic processes of intermittent bursts have been previously observed. However, the underlying physical mechanism has yet to be thoroughly explored and analyzed. Here, the intermittent release of inclusion in giant unilamellar vesicles was investigated quantitatively, applying the combination of experimental and theoretical methods in the hypo-osmotic medium. Experimentally, we adopted a highly sensitive electron multiplying charge-coupled device to acquire intermittent dynamic images. Notably, the component of the vesicle phospholipids affected the stretch velocity, and the prepared solution of vesicles adjusted the release time. Theoretically, we chose equations and numerical simulations to quantify the dynamic process in phases and explored the influences of physical parameters such as bilayer permeability and solution viscosity on the process. It was concluded that the time taken to achieve the balance of giant unilamellar vesicles was highly dependent on the molecular structure of the lipid. The pore lifetime was strongly related to the internal solution environment of giant unilamellar vesicles. The vesicles prepared in viscous solution were able to visualize long-lived pores. Furthermore, the line tension was measured quantitatively by the release velocity of inclusion, which was of the same order of magnitude as the theoretical simulation. In all, the experimental values well matched the theoretical values. Our investigation clarified the physical regulatory mechanism of intermittent pore formation and inclusion release, which provides an important reference for the development of novel technologies such as gene therapy based on transmembrane transport as well as controlled drug delivery based on liposomes.     

吡咯烷二硫代氨基甲酸铵自组装膜对铜的缓蚀作用

吡咯烷二硫代氨基甲酸铵(APDTC)是一种环境友好型金属缓蚀剂, 以其在铜表面制备了自组装单分子膜(SAMs), 用电化学方法研究在0.5 mol·L-1 HCl介质中APDTC SAMs对铜的缓蚀作用及其吸附行为. 结果表明, APDTC分子易在铜表面形成稳定的APDTC SAMs, 改变了电极表面的双电层结构, SAMs同时抑制了铜的阳极氧化过程和阴极还原过程, 铜电极的电荷转移电阻明显提高, 双电层电容明显降低. 电化学阻抗和极化曲线测试结果显示, 在0.5 mol·L-1 HCl介质中, 铜表面APDTC SAMs表现出良好的缓蚀效果. 研究结果还表明, APDTC的吸附行为符合Langmuir吸附等温式, 吸附机理是介于化学吸附和物理吸附之间的一种吸附.