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基于多源信息表征的深部巷道围岩结构灾变演化机理

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煤炭学报 2023年第1期48卷 163-176页

作者：靖洪文赵振龙吴疆宇中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 临沂大学土木工程与建筑学院山东临沂276000

深部煤炭资源开采的强度和深度不断增加,深部巷道围岩的结构性失稳灾变问题日趋严峻、复杂,严重制约深部煤炭安全高效开采。鉴于深部巷道围岩结构变形失稳的渐进演化过程中释放多物理场响应信息,采用自主研制的深部地下工程结构变形失... 详细信息

深部煤炭资源开采的强度和深度不断增加,深部巷道围岩的结构性失稳灾变问题日趋严峻、复杂,严重制约深部煤炭安全高效开采。鉴于深部巷道围岩结构变形失稳的渐进演化过程中释放多物理场响应信息,采用自主研制的深部地下工程结构变形失稳全过程模拟试验系统,配合声发射、并行电法、电磁辐射等监测系统,研究基于多源信息表征的深部巷道围岩结构灾变演化机理。开展了完整、层状和块状3种结构围岩的破坏性物理模型试验,利用声、电、磁多源信息演化规律对不同结构围岩的荷载-位移全过程进行了定量化评价和多源信息表征,从荷载-位移全程曲线、多源信息响应规律、围岩峰后损伤特性3个角度综合揭示了不同结构围岩的灾变演化及变形失稳机制。研究结果表明:(1)随着围岩完整性的降低,围岩由塑性破坏向脆性破坏转变,其变形破坏过程的波动性和渐进式破坏特征更加显著,层状和块状结构围岩的物理模型峰值承载能力相比于完整结构分别降低4.73%和20.73%;(2)与完整结构围岩的声、电、磁多源信息的连续性响应过程不同,层状和块状结构围岩呈现出阶段式响应规律且特征值更突出,尤其块状结构围岩的阶段跳跃性现象显著;(3)完整、层状和块状结构围岩的裂隙发育区面积依次为448.84、651.76和824.49 cm^(2),即随着围岩结构完整性的降低,裂隙发育区面积不断增大,在本研究中增大范围在1.5~1.9倍;(4)围岩的破坏失稳由完整结构的强度控制型向块状结构的结构控制型转变,而层状结构表现出强度-结构联合控制特征,围岩破坏失稳的结构效应越来越显著。

关键词：灾变演化围岩结构深部巷道多源信息荷载-位移全过程

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基于迭代最近点的三维眼底数据配准

基于迭代最近点的三维眼底数据配准

作者：赵振龙吉林大学

学位级别：硕士

近年来,随着科技的发展,计算机辅助诊断技术已成为临床医学领域的研究热点。计算机辅助诊断技术充分利用了计算机高性能计算及三维建模等能力,通过对医学图像的可视化与分析,并结合其他可能的医学手段来辅助临床医师对疾病进行检测与诊... 详细信息

近年来,随着科技的发展,计算机辅助诊断技术已成为临床医学领域的研究热点。计算机辅助诊断技术充分利用了计算机高性能计算及三维建模等能力,通过对医学图像的可视化与分析,并结合其他可能的医学手段来辅助临床医师对疾病进行检测与诊断,以此提高医师的工作效率。而随着计算机图形学等图形图像技术的成熟,现代医学成像技术也在不断进步,高端的医学图像设备接连问世,这也为计算机辅助诊断技术的广泛应用提供了良好的基础。光学相干性断层扫描技术(Optical Coherence Tomography,简称OCT)是近些年来出现的一种新的光学层析成像技术,经过OCT设备检查得到的OCT眼底图像能够展现视网膜信息与眼底结构,医学研究表明,视网膜神经纤维层的厚度变化可以成为黄斑病变、青光眼等神经变性眼科疾病发病的重要指标,OCT设备能够获得视网膜神经纤维层的厚度,帮助临床医师尽早做出青光眼疾病诊断。然而,OCT设备也存在着一些缺陷。首先,为了避免人眼不自主颤动对OCT图像精度的影响,当前主流OCT设备每次扫描的时间相对较短,得到的单块眼底体数据不足以给临床医师提供足够的信息。其次,未经处理的OCT图像往往带有一些噪声点,这会给临床医师的诊断和分析带来一定的影响。基于以上问题,本文介绍一种基于迭代最近点的三维眼底体数据配准方法,算法主要包括眼底图像点云数据的提取、初始配准和精确配准过程。论文首先采用Canny边缘检测方法对眼底图像进行去噪以及边缘特征提取。接着将这些特征按照点云数据的格式存储。然后采用最小包围盒算法将点云分配到不同的空间网格中,接着采取寻找边界空间网格的策略获得点云数据的边界特征点。最后利用奇异值分解算法完成初始配准。在精确配准阶段,结合眼底图像点云数据的特点,本文对传统迭代最近点算法进行了改进。本文对点云中的点赋予权重,以此减少参与配准的点云数量,并将M-估计引入到目标方程,重新定义了迭代最近点方法中计算最近距离点对的方法,实验结果表明,本文算法明显的提升了传统OCT体数据配准的精确度并降低了算法的时间复杂度。文章主体首先简要回顾了医学图像处理技术的发展历史,介绍医学图像配准技术的经典方法,以此为基础并结合眼底OCT图像的特点,阐述了本文算法的整体流程。最后,分别使用眼底图像和开源的点云数据进行了实验,并根据对比实验结果,分析了传统方法与本文算法对配准点云数据的优劣性,最后对本文未来工作进行了展望。

关键词：医学图像配准光学相干性断层扫描体数据眼底图像迭代最近点点云数据

带有主动恢复的拜占庭容错算法在区块链中的应用

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带有主动恢复的拜占庭容错算法在区块链中的应用

作者：赵振龙浙江大学

学位级别：硕士

区块链从中本聪设计的比特币中诞生,随着比特币在全球的风靡,支撑其运行的区块链技术也被各国政府、企业和创新社区广泛地关注与研究。区块链技术以其去中心化,数据不可篡改,分布式超级账本等功能特性,在金融交易、物流信息、能源管理... 详细信息

区块链从中本聪设计的比特币中诞生,随着比特币在全球的风靡,支撑其运行的区块链技术也被各国政府、企业和创新社区广泛地关注与研究。区块链技术以其去中心化,数据不可篡改,分布式超级账本等功能特性,在金融交易、物流信息、能源管理等领域受到广泛的关注。但是目前的区块链系统仍面临高性能、高可用性等技术挑战。在性能指标方面,以比特币为例,它使用工作量证明(PoW)来取得共识(concensus),是非常低频的,每秒交易约7笔,交易平均确认时间为12分钟,且这类算法耗能严重。而PAXOS、Raft等一致性算法则没有考虑到拜占庭容错。PBFT算法设计考虑了拜占庭容错问题,但由于其相对复杂的视图转换(view change)过程与较长的等待周期,系统面临不可用风险。本论文在系统研究以上共识算法的基础上,设计了主动恢复(recovery)机制,将其应用到PBFT中,提出了契合区块链应用场景的基于主动恢复的健壮拜占庭容错算法(Robust Byzantine Fault Tolerant,RBFT)。相对于 PBFT,RBFT 具有以下优势:适用于区块链的交易安全保障。对交易内容预先验证筛选,避免共识结果写入问题。失效检测机制。对缺少数据节点失效情况,快速检测并发现。主动恢复机制。主动高效恢复落后节点所需的区块数据,并恢复共识信息,使节点无缝接入当前共识过程,缩短节点不可用周期。我们运行配备RBFT共识机制的区块链平台,测试其性能,模拟节点失效的情形,实验结果表明,该算法交易吞吐量可以达到每秒3000笔,且在节点失效情况下,恢复时间比PBFT缩短60%,提高了区块链系统的可用性和鲁棒性。

关键词：区块链共识算法拜占庭容错RBFT

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轿车顶盖与侧围激光填丝焊接技术研究

轿车顶盖与侧围激光填丝焊接技术研究

作者：赵振龙吉林大学

学位级别：硕士

全球汽车制造企业之间的竞争越来越激烈，各汽车生产商在各自的汽车（车身）制造中，都积极引进和采用先进的加工技术来适应市场的需求。激光填丝钎焊是针对有镀层金属，特别是镀锌钢板的连接而开发出来的一种新的连接加工工艺，此项加... 详细信息

全球汽车制造企业之间的竞争越来越激烈，各汽车生产商在各自的汽车（车身）制造中，都积极引进和采用先进的加工技术来适应市场的需求。激光填丝钎焊是针对有镀层金属，特别是镀锌钢板的连接而开发出来的一种新的连接加工工艺，此项加工工艺最初由德国汽车厂商进行开发。激光填丝焊接加工制造技术作为新型的技术能有效提高加工质量和效率，得到了迅速应用。由于我国轿车合资企业的产品目前几乎与国外是同步生产制造阶段，激光填丝焊接加工技术得到了应用。但目前国内汽车（车身）加工制造中激光填丝焊接技术应用的还比较少，而且只是简单的应用激光填丝焊接技术，因此企业希望能够掌握数量的激光填丝焊接技术，熟知激光填丝焊接特性，这样便可更好的发挥激光填丝焊接的优点，也可提高中国的汽车生产质量，减少对外国的依赖性。随着此项技术应用范围的广泛扩展及实际生产中出现的问题，激光填丝钎焊技术研究仍有许多工作需要进行。如在生产实践中，激光填丝钎焊技术涉及到的影响因素较多，生产过程通常会出现焊缝质量问题。在出现问题后，因对激光填丝焊接系统只会简单的应用，而对激光填丝焊系统没有一个系统的理解，只能单纯根据平时的经验进行反复的调节，这样大大降低了生产效率，对生产计划也会产生很大影响，因此企业希望能够掌握数量的激光填丝焊接技术，熟知激光填丝焊接特性，这样便可更好的发挥激光填丝焊接的优点，也可提高中国的汽车生产质量，减少对外国的依赖性。所以开展激光填丝焊接技术的研究具有重要的理论意义与实际意义。首先本文对轿车顶盖侧围激光填丝钎焊机制和工艺进行了研究，本文采用低功率脉冲Nd:YAG激光器对轿车顶盖侧围进行激光填丝焊接，论述了激光填丝焊接使用的设备以及重点设备的功能，对影响激光填丝焊接质量的因素进行了分析，如：焊接形式、激光功率、焊接速度、送丝速度、离焦量，论述了各影响因素的变化对焊接质量造成的影响，并得到了上述部分参数的变化范围以及上述部分参数间的变化关系。然后本文对轿车顶盖侧围进行了三维建模，通过Ansys Workbench软件分别模拟分析了通过激光填丝焊接和点焊两种方式下的应力分布，通过对比进一步论述了激光填丝焊接相对传统焊接点焊工艺的优越性。本文对激光填丝焊接进行了热分析和热应力的模拟分析，获得了激光填丝焊接的温度场和应力应变分布，为后续的激光填丝焊接的热分析奠定了基础。最后本文对轿车顶盖侧围在激光填丝焊接实验中的监测方法进行了介绍，就激光填丝焊接后的质量检测进行了论述，列举了一般常见的焊接缺陷，分析了这些常见焊缝缺陷产生的原因，并结合实际加工生产过程论述了在激光填丝焊接中对较大的焊接质量缺陷的返修措施。

关键词：激光填丝焊接工艺温度场应力焊缝质量

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巷道锚杆锚固力学特性现场试验研究

中国矿业大学学报 2022年第1期51卷 16-23页

作者：靖洪文苏海健孟波赵振龙中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

为了检测煤矿巷道原位锚杆锚固力学性能,采用锚杆拉拔系统,在大同矿区不同岩性巷道开展锚杆破坏性拉拔试验,研究了锚固长度、岩体强度和锚杆直径等对锚杆锚固力学特性的影响规律.结果表明:当锚固长度小于极限锚固长度时,锚杆极限锚固力... 详细信息

为了检测煤矿巷道原位锚杆锚固力学性能,采用锚杆拉拔系统,在大同矿区不同岩性巷道开展锚杆破坏性拉拔试验,研究了锚固长度、岩体强度和锚杆直径等对锚杆锚固力学特性的影响规律.结果表明:当锚固长度小于极限锚固长度时,锚杆极限锚固力与锚固长度呈线性正相关关系,围岩及杆体强度越高,锚固力-锚固长度关系曲线的线性斜率越大,煤层及含砂质岩层中锚固力-锚固长度的线性斜率分别为1.63和2.96,玻璃钢锚杆在煤层中对应的斜率仅为0.41;在钻孔孔径和锚杆材质等均相同的条件下,锚杆极限拉拔力的端头位移在15~20 mm之间;锚杆的锚固性能与围岩破裂程度以及围岩原位黏聚力具有正相关性.

关键词：煤矿巷道锚杆支护锚固力锚固长度现场拉拔

加载速率影响下的类煤岩力学及损伤演化特性研究

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加载速率影响下的类煤岩力学及损伤演化特性研究

作者：赵振龙山东科技大学

学位级别：硕士

煤矿开采过程中,由于煤层赋存条件及开采技术条件的不同,受采动应力、构造应力、施工扰动等的影响,煤体或岩体常处于不同荷载速率的影响下。本文从宏观与细观联合分析的角度,通过自主研制的采动应力试验系统对500mm×150mm× 150mm尺寸... 详细信息

煤矿开采过程中,由于煤层赋存条件及开采技术条件的不同,受采动应力、构造应力、施工扰动等的影响,煤体或岩体常处于不同荷载速率的影响下。本文从宏观与细观联合分析的角度,通过自主研制的采动应力试验系统对500mm×150mm× 150mm尺寸的类煤岩试件进行了不同应力加载速率的应力转移试验,利用液压伺服刚性试验机进行了石膏材料和水泥砂浆材料(尺寸,100mm×100mm×200mm)的不同位移加载速率的单轴压缩试验,借助于颗粒离散元分析软件进行了单轴压缩模型的构建和不同加载速率的数值模拟试验,并利用声发射参数和损伤裂纹演化规律进行了损伤本构模型的构建,主要分析和研究了加载速率对煤岩体力学特性、声发射规律和损伤演化关系等的影响。研究结果表明:(1)单轴压缩过程中,煤岩体的声发射规律主要经历试件压密及弹性变形时期的声发射信号数少,到试件破裂失稳时期的声发射数突增,再到试件损伤残余时期的信号数骤减3个声发射主要变化时期;(2)在不同应力加载速率的采动应力转移试验中,应力以1kN/s、3kN/s、SkN/s不同的速度向试样内部转移的过程中,试样的破坏特征及声发射参数呈现明显的阶段性规律,随着应力转移速度的增大,各区域声发射振铃计数率和累积振铃计数明显减小的趋势,振铃计数增加的幅度越来越小但是,应力转移期间振铃计数增长率却随着应力转移速率的增大而增大;(3)比较不同位移加载速率下的石膏材料类煤岩试件的声发射率规律,加载速率对煤岩材料声发射信号的影响是显著的,随着加载速率的增大,声发射率明显升高,表现出声发射活动更为剧烈,主要是由于在低应变率下,试件内微小裂隙缓慢发育和扩展,而较快的加载速率使微小裂隙来不及发展,能量不断积聚,在应力峰值点附近导致突然释放,产生较大的瞬时声发射率;(4)比较不同位移加载速率下的水泥砂浆材料试件,加载速率越大,破坏越集中于某一宏观断裂面,破坏形态从多宏观断裂面向单一宏观断裂面转变,整体破碎度程度降低,加载速率为0.01mm/s时宏观断裂面:呈现“X”型,加载速率为0.02mm/s时宏观断裂面呈现“V”型,加载速率为0.05mm/s宏观断裂面呈现“Y”型的锥形破坏形态,加载速率为0.10mm/s时试件呈现出沿对角线破坏的剪切破坏特点;(5)煤岩试件的损伤演化过程可分为初始损伤阶段,损伤稳定发展阶段,损伤加速发展阶段3个阶段,加载速率对损伤发展的影响主要表现损伤稳定发展阶段,即加载速率越大,试件开始进入损伤稳定发展阶段的应变值越小,且应变范围越小。

关键词：采矿工程加载速率力学特性损伤演化声发射本构方程

羟乙基淀粉对兔自体移植肾组织病理学及肾功能的影响

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羟乙基淀粉对兔自体移植肾组织病理学及肾功能的影响

作者：赵振龙南方医科大学

学位级别：硕士

目的本研究对羟乙基淀粉在兔自体肾移植缺血再灌注模型肾组织沉积的情况及其对肾脏功能的影响进行观察，以证实羟乙基淀粉是否会对移植肾功能造成损伤，探讨新型羟乙基淀粉用于肾移植手术过程中液体治疗的可行性。材料与方法选择成... 详细信息

目的本研究对羟乙基淀粉在兔自体肾移植缺血再灌注模型肾组织沉积的情况及其对肾脏功能的影响进行观察，以证实羟乙基淀粉是否会对移植肾功能造成损伤，探讨新型羟乙基淀粉用于肾移植手术过程中液体治疗的可行性。材料与方法选择成年龄新西兰大白兔18只，雌雄不拘，体质量1.8～2.6千克。随机分为3组，万汶组(V组，n=6)、盈源组(Y组，n=6)和生理盐水对照组(S组，n=6)。按公斤体质量2mg·kg氯胺酮肌内注射麻醉动物，行右侧耳缘静脉穿刺置管并以3 mg·kg·h速度静脉输注氯胺酮维持麻醉。以8ml·kg·h速度输入乳酸林格氏液，补充生理需要量和体液损失量，行颈动脉切开，插入22G肝素化套管，即时监测动脉血压。兔自体原位肾移植缺血再灌注模型的建立：行腹部纵行切口，游离左侧肾，暴露腹主动脉，完全游离肾动脉、静脉至起始部。游离右侧肾至肾蒂，穿过1号丝线2根备用。采用无创伤动脉夹从左肾动脉起始部夹闭动脉，选用24G套管针于左肾动脉穿刺置管，同时夹闭肾静脉远端，根据肾静脉的直径和角度选用合适的套管针于左肾静脉穿刺置管以备引流灌注液，形成肾局部灌注循环通路。以10～15毫升0～4℃肝素化的HCA保护液恒压灌洗(压力为60～80mmHg，该过程中热缺血时间约为3min)，灌洗过程中自肾周向肾门轻轻抚摩肾脏，至色泽变白、肾静脉流出液清澈后停止灌洗，灌洗完毕后将肾脏置于0～4℃的低温水囊中保存。拔除左肾动静脉置入的导管，以7-0无损伤缝合线缝合穿刺针孔。左肾动脉阻断、灌注、低温保存60分钟后，先后松开左肾静脉及动脉的动脉夹，使左肾血流复灌。观察复灌肾脏血运良好后切除右侧肾脏，建立模型成功，缝合腹部切口。处理因素：自体移植缺血再灌注模型肾复灌后即刻开始进行如下处理：V组以20 ml·h的速度开始静脉输注剂量为10 ml·kg的6％羟乙基淀粉130／0.4氯化钠注射液(万汶)，Y组则以20 ml·h的速度输入10 ml·kg剂量的6％羟乙基淀粉200／0.5氯化钠注射液(盈源)，S组以20 ml·h的速度输入10 ml·kg剂量的生理盐水。输注完毕后停止静脉输注氯胺酮，复灌后2小时拔除颈动脉留置导管，结扎该侧颈动脉以止血，缝合颈部切口，待其苏醒后放饲养笼内饲养。采集数据、标本、检验、或标本处理：分别记录建立模型手术开始(T)、肾动脉阻断即刻(T)、肾动脉阻断后10min(T)、自体移植肾复灌即刻(T)、复灌后2h(T)等各个时点的收缩压(SBP)、舒张压(DBP)和脉率(P)。建立模型手术开始前(T)、肾复灌后2h(T)及24h(T)分别采集血标本2ml，待血标本凝固析出血清后离心，取血清检测尿素氮(BUN)、肌酐(Cr)、谷丙转氨酶(ALT)和谷草转氨酶(AST)。自体移植缺血再灌注模型。肾复灌后24h经兔耳缘静脉注入空气20ml，迅速处死实验兔，剖开腹部，切取肾脏，沿肾脏外侧缘纵切，将肾脏分成两半，在任一半下极切取一厚0.3～0.5cm包括皮质、髓质的扇型组织块，浸入4％多聚甲醛PBS缓冲固定液中固定。固定24小时后冲洗去除固定液，依次浸入乙醇脱水、二甲苯透明后浸蜡，浸蜡完全后把组织块转移至溶解的石蜡中包埋，将包埋好的组织块切为3～6μm的组织片，分别贴在普通载玻片和免疫组织化学防脱片上，37℃烤干，普通载玻片组织切片常规HE染色，观察组织结构，盲法阅片，采用Paller氏标准评分半定量评价肾小管病变程度。免疫组织化学防脱组织切片进行免疫组织化学实验。免疫组织化学实验：免疫组织化学防脱组织切片依次浸入两道二甲苯脱蜡，彻底脱蜡后依次水化、去除内源性过氧化物酶、抗原热修复，滴加正常山羊血清封闭液封闭20分钟，滴加新鲜配制的兔抗-羟乙基淀粉多克隆抗体工作液后湿盒置于37℃温箱中孵育1小时，滴加新鲜配制的辣根酶标记羊抗兔IgG工作液，湿盒置于37℃温箱中孵育40分钟，新配制DAB显色剂显色10～20分钟，在显微镜下掌握染色程度，蒸馏水洗终止染色，苏木素复染、盐酸乙醇分色，脱水、透明、封片、烤干、镜检。实验过程中设置阴性对照片以排除假阳性反应，即在实验过程中对照片不滴加新鲜配制的兔抗-羟乙基淀粉多克隆抗体工作液，而是以0.02M PBS缓冲液取代，进一步确定染色不是其它干扰因素所致。采用CoolSNAP-Pro成像系统拍照镜检图片，从Y组和V组每个标本切片所拍摄图片中随机抽取5张图片，使用Image-Pro Plus 5.0软件进行图像分析，计算DAB染色颗粒的面积。统计学处理：所有计量资料以均数±标准差((?)±s)表示，先行方差齐性检验，体质量、基础血压、心率、尿素氮、肌酐、Paller氏评分等指标采用单因素方差分析进行处理，各个时点的血压、心率、尿素氮、肌酐组内比较、组间比较、两两比较和多重比较采用重复测量数据的方差分析进行统计学处理，DA

关键词：自体肾移植缺血再灌注损伤羟乙基淀粉免疫组化组织病理学肾功能

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电子数据取证规范化研究

电子数据取证规范化研究

作者：赵振龙中国人民公安大学

学位级别：硕士

随着互联网计算机技术的发展,当前在刑事侦查等司法实践中电子证据正得到越来越多的应用。在电子数据取证过程中,如何进行规范化操作是公安机关需要重点研究的问题,近几年来司法机关多次对于电子数据的证据形式、取证要求进行了明确和更... 详细信息

随着互联网计算机技术的发展,当前在刑事侦查等司法实践中电子证据正得到越来越多的应用。在电子数据取证过程中,如何进行规范化操作是公安机关需要重点研究的问题,近几年来司法机关多次对于电子数据的证据形式、取证要求进行了明确和更新,但在公安机关进行侦查过程中,电子数据取证人员对于相关的法律规定界限以及具体程序还不太了解,也对于具体取证技术和相关规范缺少明确的理解。如何在立法和司法实践以及具体技术应用上提升取证过程的规范性是深化司法改革的重要内容和举措。本文以侦查中电子证据规范化作为主要研究内容,总结我国电子数据取证规范化的发展与现状,通过调查研究分析当前刑事电子侦查电子取证规范化的难点与问题,借鉴国外先进经验并提出优化路径对策与建议。本文具体完成的研究工作包括,首先通过查阅国内外研究现状对于电子数据取证规范化的相关概念、理论以及研究进展进行总结分析,对于电子数据取证规范化的必要性和可行性进行阐述,当前电子数据取证工作中取证范围不明确,忽视隐私权保障,影响了刑事诉讼效率,这些都使电子数据取证规范化工作迫在眉睫。本文对于我国电子数据取证规范化的立法沿革以及最新的法律修订进行了系统的总结,然后结合一定的调查分析,总结我国当前刑事侦查过程中电子数据规范化的主要问题与缺陷,对于我国当前取证规范化的主体、方法、程序等分别进行剖析剖析了存在的具体问题。在此基础上借鉴国外的实践经验,从取证主体、技术方法上分别提出了优化路径,要限定电子数据取证主体,加强主体队伍建设,并且建立技术标准体系,优化取证工具和方法,建立实验室完善鉴定工作。最后从立法、救济等方面提出了具体的保障措施,为我国进一步完善电子数据取证规范化提供了参考。

关键词：刑事侦查电子证据规范化取证主体

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卷到卷印刷薄膜收卷径向应力及屈曲特性研究

卷到卷印刷薄膜收卷径向应力及屈曲特性研究

作者：赵振龙西安理工大学

学位级别：硕士

柔性电子薄膜具有轻薄、可变形等特点,在航空航天、医疗、机械电子等领域得到了广泛的应用。卷到卷印刷制造是一种可实现柔性电子产品绿色环保和低成本的制造方式,在卷到卷印刷和涂布制造过程中收卷薄膜的径向应力对柔性电子产品的收卷... 详细信息

柔性电子薄膜具有轻薄、可变形等特点,在航空航天、医疗、机械电子等领域得到了广泛的应用。卷到卷印刷制造是一种可实现柔性电子产品绿色环保和低成本的制造方式,在卷到卷印刷和涂布制造过程中收卷薄膜的径向应力对柔性电子产品的收卷质量和性能有着重要的影响。本文根据弹性力学理论,建立薄膜收卷过程中径向应力模型,对薄膜收卷径向应力及屈曲特性进行研究,以减少收卷过程中薄膜的变形,为柔性印刷电子产品质量的提高提供理论依据。本文的主要研究内容如下:(1)卷到卷印刷薄膜的收卷径向应力的研究。计及收卷过程中薄膜所受张力,根据弹性力学理论,建立了收卷薄膜径向应力数学模型,根据由收卷张力引起的径向位移和周向位移,建立了几何方程和物理方程,得到了径向应力表达式,分析了径向应力的影响因素,得到了收卷过程中卷绕半径、薄膜的厚度、收卷张力以及薄膜材料的弹性模量对径向应力的影响规律。(2)不同条件下的薄膜收卷径向应力研究。计及收卷薄膜的重力对径向应力的影响,建立了薄膜收卷的径向应力数学模型,对比分析了重力作用下的薄膜收卷径向应力变化规律;确立了在恒线速度收卷的过程中薄膜张力和收卷角速度之间的关系;建立了卷绕过程中的力矩平衡方程,确定了在恒线速度收卷下,张力以及角速度随时间的变化关系;确定了在恒线速度下径向应力的平衡方程,分析了径向应力与时间、速度以及角速度之间的变化关系。(3)卷到卷印刷薄膜收卷的径向屈曲特性研究。基于小位移、小应变的弹性理论,运用Donnell弹性简化模型建立了屈曲变形的平衡方程,创建了屈曲变形后的应力应变关系方程;建立适应屈曲的挠度函数来确定傅里叶级数;最终求解获得临界屈曲压力表达式;进而确定临界屈曲径向应力表达式,对比分析了各因素对临界屈曲径向应力的影响,确定了最大临界屈曲压力。(4)薄膜收卷径向应力有限元仿真分析。建立了印刷薄膜的收卷仿真模型,分析了收卷张力、薄膜弹性模量和薄膜厚度对径向应力的影响,验证了上述数学模型及数值分析方法的正确性。通过分析可知,在相同的卷绕半径下,收卷张力、弹性模量越大收卷薄膜所受到的径向应力也越大,而薄膜的厚度越大,卷绕薄膜所受到的径向应力越小。

关键词：卷到卷径向应力屈曲有限元分析