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双声道超声波检测系统混凝土健康检测应用研究

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双声道超声波检测系统混凝土健康检测应用研究

作者：巴鹏晖中国计量大学

学位级别：硕士

混凝土是当代土木工程中重要的材料之一,以其原料丰富、强度高、制作简单等优点在土木工程领域得到了广泛的应用。然而,混凝土结构退化会缩短混凝土结构的使用寿命,进而影响整个建筑的安全性。超声波检测以其速度快、灵敏度高、对人体... 详细信息

混凝土是当代土木工程中重要的材料之一,以其原料丰富、强度高、制作简单等优点在土木工程领域得到了广泛的应用。然而,混凝土结构退化会缩短混凝土结构的使用寿命,进而影响整个建筑的安全性。超声波检测以其速度快、灵敏度高、对人体无害等优点,广泛应用于混凝土缺陷检测。但混凝土结构复杂多样使得超声波检测信号复杂多变,检测效率及准确度都有待进一步提高。为提高单声道超声波检测系统的检测效率和准确性,融合不同的超声波检测方法,本文设计了一套可调的双声道超声波检测系统,并对系统硬件进行了性能评估,再通过混凝土试块的检测应用,验证了系统的检测、预估缺陷大小、定位功能的可应用性。本文以FPGA为控制核心设计了主控制端,发射端,接收端。发射端包括隔离模块、降压模块、驱动模块、脉冲激励模块。接收端由放大模块、模拟开关模块、滤波模块组成。系统软件由verilog语言开发,完成双声道超声信号发射和双声道回波数据采集,实现了分时段发射两路超声波信号,且超声波信号频率与分时发射的间隔时间均可调。对系统的主要模块进行了输出测试实验,实验结果中皮尔逊相关系数与残差相似度均大于0.95,均方根误差均小于0.10,表明了系统各模块输出具有稳定性,且精度较高。系统在空气介质中的重复实验结果中皮尔逊相关系数普遍大于0.90,均方根误差均低于0.10以及幅度平方相关特性多数大于0.70,验证了系统的有效性和稳定性。将所设计双声道系统应用于两个不同混凝土试块的健康状况检测,验证本文所设计系统的可应用性。实验中,两声道分别采用对测、斜测两种检测方法,对两个混凝土试块进行声速等方法检测。通过声速阈值判定混凝土试块不同测点的健康状况,进一步,对测点处回波信号频谱分析,融合双声道的声速检测的结果提高了缺陷检测的准确率。对实验结果进行了误差分析:实验测得的缺陷大小与实际大小误差在8%以内,结合双声道的回波检测信息计算得到的缺陷具体位置。测试结果表明了所设计的双声道超声波检测系统对混凝土健康状况检测具有较高的可靠性,双声道超声波检测系统在混凝土缺陷定位及缺陷大小具有显著优势,该两项功能为混凝土后期的修复维护等节约了时间、劳动成本。

关键词：混凝土超声波检测双声道超声波检测系统模块测试缺陷定位

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承压水上开采底板突水损伤断裂力学机制研究

承压水上开采底板突水损伤断裂力学机制研究

作者：巴鹏宇安徽理工大学

学位级别：硕士

在广泛阅读国内外参考文献的基础上,较为系统地分析总结承压水上开采底板突水规律。底板突水是承压水上开采时,采动矿山压力和承压水压共同作用导致煤层底板岩体损伤断裂破坏,其破坏过程实际上是微裂纹的萌生、扩展、贯通,直到产生宏观... 详细信息

在广泛阅读国内外参考文献的基础上,较为系统地分析总结承压水上开采底板突水规律。底板突水是承压水上开采时,采动矿山压力和承压水压共同作用导致煤层底板岩体损伤断裂破坏,其破坏过程实际上是微裂纹的萌生、扩展、贯通,直到产生宏观裂纹,导致底板岩体失稳破坏,形成导水通道,造成大量承压水体涌入工作现场,严重威胁煤矿的安全生产,造成严重地人员伤亡及经济损失。在研究过程中发现,由于底板岩体自身的复杂性,其内部分布微裂纹,甚至有宏观的缺陷如断层,溶洞等地质构造,底板岩体的强度、变形和破坏的性能都与裂纹的扩展有关,因此本文运用损伤断裂力学理论分析底板裂隙发育规律及破坏深度。结合现场地质资料利用UDEC软件,模拟工作面推进过程中,不同岩性组合煤层底板的破坏特征,分析煤层底板岩层应力、位移和裂隙扩展规律。取得如下创新成果：(1)基于弹性力学和矿山压力理论,结合损伤断裂力学,主要研究底板损伤岩体在采动矿压及承压水压共同影响下,其内部裂隙的扩展规律及煤层底板的破坏深度。(2)根据普氏围岩分级法,结合孙疃煤矿的地质资料,将开采煤层底板岩层组合划分为“软硬软硬”模式,运用UDEC软件模拟底板岩层“三带”的变异特征及分析应力、位移、裂隙的分布规律。(3)沿采场倾向方向,分析单一工作面开采时,煤层底板岩层的破坏特征;工作面接替开采时,在相邻工作面采动应力场的相互影响下,分析开采工作面底板岩层的破坏特征,包括底板岩体应力、位移及裂隙的发育情况进行分析。(4)在煤层埋深和承压水压确定的情况下,将开采煤层底板岩层的岩性组合分为：①软硬软硬;②硬软硬软;③软软硬硬;④硬硬软软;⑤软硬硬软;⑥硬软软硬;对比分析六种情况下煤层底板岩层的破坏特征及阻水能力。

关键词：承压水煤层底板损伤断裂裂隙扩展突水机理数值模拟

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截止阀启闭时流动特征的动态数值模拟

振动与冲击 2010年第10期29卷 157-161页

作者：巴鹏邹长星陈卫丹沈阳理工大学机械工程学院沈阳210802

针对XYZ-125G型稀油站所广泛使用的J41H截止阀工作状态下流场特点,采用计算流体动力学(CFD)的方法对截止阀的流动情况进行动态数值计算。详细模拟出截止阀阀盘开启和闭合过程中阀体内部的速度、压力分布和压头损失。CFD模拟阀体压头损... 详细信息

针对XYZ-125G型稀油站所广泛使用的J41H截止阀工作状态下流场特点,采用计算流体动力学(CFD)的方法对截止阀的流动情况进行动态数值计算。详细模拟出截止阀阀盘开启和闭合过程中阀体内部的速度、压力分布和压头损失。CFD模拟阀体压头损失值和利用理论计算的阀体压头损失值吻合较好,阀门的开启或闭合,水泵的突然停车等原因,使流速发生突然变化,同时产生压强的大幅度波动现象。通过CFD技术在模拟截止阀启闭过程中动态流动状况的应用,能够确定流体通过阀道时所产生的漩涡、水锤和死水区等水流状况,为液压冲击的预测与防范及阀道结构优化提供理论依据。

关键词：稀油站截止阀计算流体动力学 CFD数值模拟液压冲击

人部分组织中neuritin表达检测及其过表达对细胞凋亡的影响

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人部分组织中neuritin表达检测及其过表达对细胞凋亡的影响

作者：巴鹏飞石河子大学

学位级别：硕士

目的:（1）检测部分肿瘤及相应正常组织中neuritin的表达情况;（2）观察neuritin过表达对细胞生物学特性的影响,探讨neuritin与肿瘤发生发展的相关性。方法:（1）运用免疫组织化学技术分别检测5例肺癌、食管癌、子宫内膜癌、... 详细信息

目的:（1）检测部分肿瘤及相应正常组织中neuritin的表达情况;（2）观察neuritin过表达对细胞生物学特性的影响,探讨neuritin与肿瘤发生发展的相关性。方法:（1）运用免疫组织化学技术分别检测5例肺癌、食管癌、子宫内膜癌、宫颈癌及相应正常组织中neuritin蛋白的表达情况。初步筛选出neuritin蛋白表达有差异的组织后,扩大其样本量利用免疫组化技术核实neuritin在肿瘤组织与正常组织的表达差异,并通过RT-PCR在新鲜组织中进一步验证免疫组织化学检测的结果。（2）利用稳定表达neuritin的BMSCs细胞,通过β-半乳糖苷酶检测观察neuritin对细胞衰老的影响;Annexin V-PI染色后,经通过流式细胞仪观察neuritin对细胞凋亡的影响。结果:（1）在上述组织中,免疫组化初步筛选结果显示,与相应正常组织相比,neuritin蛋白在子宫内膜癌、宫颈癌、食管癌组织中高表达;尤以肺癌与正常肺组织neuritin蛋白表达差异明显;进一步扩大肺癌及正常肺组织样本量,免疫组织化学结果显示,肺癌组织中neuritin蛋白表达高于正常肺组织,差异有统计学意义（p＜0.01）。RT-PCR结果显示,neuritin基因在肺癌组织有较高表达,而在正常肺组织中未检测到neuritin基因的表达。（2）β-半乳糖苷酶检测结果显示,neuritin稳定过表达的骨髓间充质干细胞（BMSc-neu）阳性染色率（19.33±1.53%）低于阴性对照组（BMSc-3.1）阳性染色率（47.67±3.05%）,差异有统计学意义（t=12.14,p＜0.05）;（3）Annexin V-PI染色结果显示;neuritin稳定过表达的骨髓间充质干细胞（BMSc-neu）早期凋亡率（25.11±1.17%）低于阴性对照组（BMSc-3.1）早期凋亡率（38.10±1.28%）,差异有统计学意义（t =9.22,p＜0.05）。结论:（1）neuritin在部分肿瘤组织的表达高于其相应的正常组织;（2）neuritin过表达能够延缓BMSCs细胞的衰老;（3）neuritin过表达能抑制BMSCs细胞凋亡。以上研究结果提示:neuritin作为抑制细胞凋亡的蛋白因子,可能与肿瘤的发生发展相关。

关键词： neuritin 基因过表达细胞凋亡组织表达分析

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相位调控型超表面自动化设计技术与研究

相位调控型超表面自动化设计技术与研究

作者：巴鹏飞长江大学

学位级别：硕士

超表面是由周期性亚波长尺寸的纳米结构构成新型的二维人工电磁材料,利用超表面调控电磁波相位、振幅和偏振成了近年来的研究热点。相比于传统透镜,超表面器件更加轻薄且相位调控灵活更加灵活,这使得各种光学元器件更加小型化和集成化... 详细信息

超表面是由周期性亚波长尺寸的纳米结构构成新型的二维人工电磁材料,利用超表面调控电磁波相位、振幅和偏振成了近年来的研究热点。相比于传统透镜,超表面器件更加轻薄且相位调控灵活更加灵活,这使得各种光学元器件更加小型化和集成化。虽然超表面拥有取代传统透镜的巨大潜力,但是其设计方法仍旧复杂和很耗费时间。传统算法中利用等效介质理论来求满足相位的8个超原子的等效折射率,再根据一阶等效折射率公式来计算纳米结构的尺寸参数,接着构造超表面结构。随着深度学习在纳米光子学上的应用,使得超表面设计逐渐偏向了人工智能化。通过仿真数据构建数据集,用神经网络构建其相位、透过率结果与纳米结构之间的映射关系,按照所需的相位、透过率来预测其纳米结构,最后构建超表面。研究人员只需要输入所需的超表面参数,或者输入相位、透过率参数,就可以自动设计出对应的超表面结构。这种方法不仅加快了仿真设计速度,也节省了计算的内存需求。因此我们将围绕传输相位型超表面的自动化设计技术展开相关研究,其主要内容如下:(1)利用MATLAB编写程序调用传统FDTD仿真,并且利用等效介质理论求圆柱型纳米结构的尺寸与相位关系,再对构造的超表面进行仿真。首先构建单个纳米结构单元,用FDTD仿真软件进行仿真,并利用等效介质理论进行验证。其次设计超表面,得到不同尺寸的纳米结构的相位、透过率等仿真结果。最后选择满足0-2π相位的8个纳米结构构造超表面阵列,通过MATLAB编写的仿真程序代码,直观的观察仿真结果图及功率分布图,以便判断超表面设计的聚焦效果以及其透过率。(2)通过构造全连接前向预测神经网络及逆向训练神经网络,来设计超表面并进行仿真。我们先使用纳米结构的结构参数、入射光波长和形貌参数(正六边形、正方形、圆形)作为输入特征,用神经网络对超表面的尺寸数据和仿真结果进行拟合,构建一个网络模型,并对其进行测试,输入测试用的超表面尺寸数据,通过模型计算就可以直接得到仿真结果。再进行逆向的神经网络训练,通过训练好的神经网络选择所需的相位、透过率来预测其纳米结构参数。研究发现,我们采用此方法所设计的传输相位型超表面的聚焦效率较好,其透过率接近90%,同时,大大减少了仿真时间和所需的计算内存。(3)基于前面的内容,将基于全连接前向预测神经网络的超表面设计代码嵌入到超透镜设计软件界面中,进行可调参数的工程化处理,最终完善超表面设计软件。测试超表面设计软件的可行性,将测试的参数直接输入到软件对应参数框中,按照软件操作流程,在软件界面中直接输出传输相位型超表面的仿真结果,并且比较方便直接观察其聚焦效率,这种方法不依赖于预设的物理模型,就可以完成仿真过程,节省了FDTD的仿真时间,并且对非专业人员友善,不用经过专业培训和了解理论知识。

关键词：超表面设计软件仿真设计自动化设计等效介质理论