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基于葫芦[8]脲主客体化学的双客体组分动态交联水凝胶的制备和性能研究

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高分子学报 2024年第1期55卷 79-90页

作者：张鹏亮张莹莹李新桐任家骏邹磊赵琢高偲嘉王亚斐张岩骆莹张拥军天津工业大学材料科学与工程学院天津300387 天津工业大学药学院天津300387 天津工业大学化学学院天津300387 天津市第三中心医院天津市肝胆疾病研究所天津市重症疾病体外生命支持重点实验室天津300170

基于超分子主客体作用的动态交联在构筑用于生物大分子和细胞载体的可注射水凝胶输送材料方面具备很多优势,但单一性质交联点的动态快慢程度固定,无法进行调节,难以实现水凝胶动态可调的性能.本研究利用葫芦[8]脲(CB[8])能够与它的客体... 详细信息

基于超分子主客体作用的动态交联在构筑用于生物大分子和细胞载体的可注射水凝胶输送材料方面具备很多优势,但单一性质交联点的动态快慢程度固定,无法进行调节,难以实现水凝胶动态可调的性能.本研究利用葫芦[8]脲(CB[8])能够与它的客体分子以摩尔比为1/2的比例形成同种三元复合物主客体的相互作用,设计了一种双组分超分子动态交联水凝胶系统.在水凝胶聚合物骨架的侧链上同时引入偶氮苯与苯基吡啶盐2种客体基团,其中偶氮苯客体与CB[8]的结合较弱,呈现较快的动态可逆性质;苯基吡啶盐客体与CB[8]的结合较强,呈现较慢的动态可逆性质.设计不同比例的2种动态交联,得到了系列网络结构相同,但交联点性质动态可调的水凝胶材料.水凝胶性能研究结果显示,得到的材料能够在流变学机械性能、自修复、剪切变稀、应力松弛、大分子药物释放等生物医用关键性质上随客体比例变化而进行调控,具备良好的应用前景.

关键词：葫芦脲水凝胶主客体化学动态交联

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3D机织预制体准纤维尺度建模方法

复合材料学报 2024年第3期41卷 1528-1538页

作者：朱琬清谢军波吴兰芳陈利杨林刘静妍天津工业大学复合材料研究院纺织复合材料教育部重点实验室天津300387 天津工业大学纺织科学与工程学院天津300387 中国运载火箭技术研究院物流中心北京100076

3D机织复合材料在航空航天领域有着广泛应用,作为复合材料的增强结构,纤维预制体的几何构造对复合材料的力学性能有着决定性影响。但预制体是一种柔性结构,在成型过程中容易发生显著的几何结构变异,包括纱线路径的变化和截面的挤压变形... 详细信息

3D机织复合材料在航空航天领域有着广泛应用,作为复合材料的增强结构,纤维预制体的几何构造对复合材料的力学性能有着决定性影响。但预制体是一种柔性结构,在成型过程中容易发生显著的几何结构变异,包括纱线路径的变化和截面的挤压变形。实现预制体的精细化、高保真度建模是对复合材料进行性能预测和结构设计的重要前提。针对碳纤维3D机织预制体的复杂纤维结构,基于虚拟纤维的概念提出了准纤维尺度建模方法,模拟了织造过程中纱线的运动和变形,实现了预制体的精确重构。利用Micro-CT技术表征了预制体样件的内部单胞结构,验证了模型的可靠性。

关键词： 3D机织预制体虚拟纤维机织复合材料 Micro-CT技术纤维结构建模

阵列式气囊床垫防压疮辅助翻身建模与舒适性分析

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生物医学工程学杂志 2024年第1期41卷 160-167页

作者：肖云轩刘腾孟垂舟焦子昂孟凡超郭士杰河北工业大学智能康复装置与检测技术教育部工程研究中心天津300401 河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300401 河北工业大学机械工程学院天津300401 河北工业大学电气工程学院天津300130

通过辅助长期卧床人员定时翻身,调整压力分布避免单一部位长时间受压是预防压疮的最有效措施。但被动辅助翻身与人体主动翻身相比,身体各部位受力存在明显差异,可能影响翻身舒适性,甚至对外伤及危重患者造成二次伤害。因此,探究被动翻... 详细信息

通过辅助长期卧床人员定时翻身,调整压力分布避免单一部位长时间受压是预防压疮的最有效措施。但被动辅助翻身与人体主动翻身相比,身体各部位受力存在明显差异,可能影响翻身舒适性,甚至对外伤及危重患者造成二次伤害。因此,探究被动翻身舒适性影响因素,确定最优翻身策略具有较大的实用价值。首先,本文研究被动翻身人体各关节承载特征,提出了一种楔形气囊构型,并将床垫楔形气囊对偶布局等效为弹簧-阻尼模型,并基于实验方法进行模型关键参数辨识。然后,通过调整施力位置、顺序,设计了不同辅助翻身策略,建立了基于刚性人体结构与柔性等效弹簧的人-垫力耦合仿真模型,获得了人体主要承压部位受力情况。最后,对15名受试者开展辅助翻身试验,通过分析仿真结果、实验数据及问卷评分,验证了辅助翻身与压力调整效果,阐明了被动翻身过程人体舒适性的力学影响因素,为后续床垫构型设计与辅助翻身策略优化提供了理论基础。

关键词：压疮预防气囊床垫辅助翻身人机耦合建模舒适性评价

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高性能镁合金增材制造技术研究进展

机械工程学报 2024年第7期60卷 385-400页

作者：郑洋赵梓昊刘伟余政哲牛伟雷贻文孙荣禄天津工业大学航空航天学院天津300387 天津市现代化机电装备技术重点实验室天津300387 中国民航科技产业化基地天津300308 天津工业大学机械工程学院天津300387 中国航发北京航空材料研究院3D打印研究与工程技术中心北京100095

镁合金在航空航天、轨道交通、新能源、生物医用等领域具有广阔应用前景,增材制造技术(Additivemanufacturing)的发展为成形复杂结构的高性能镁合金构件提供了可能。然而,镁合金熔沸点低、蒸气压高、氧化性强的特点易使增材制造构件内... 详细信息

镁合金在航空航天、轨道交通、新能源、生物医用等领域具有广阔应用前景,增材制造技术(Additivemanufacturing)的发展为成形复杂结构的高性能镁合金构件提供了可能。然而,镁合金熔沸点低、蒸气压高、氧化性强的特点易使增材制造构件内部形成孔隙、裂纹、夹杂物等缺陷,导致增材制造镁合金的应用水平远远落后于高温合金、铝合金、钛合金等材料,开发适用于镁合金的增材制造技术并通过材料改性与工艺优化减少冶金缺陷是突破增材制造镁合金应用瓶颈的关键。镁合金增材制造技术主要有激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)、电弧增材制造(Wire arc additive manufacturing,WAAM)以及搅拌摩擦增材制造(Friction stir additive manufacturing,FSAM)和搅拌摩擦沉积增材(Additive friction stir deposition,AFSD)。通过归纳梳理镁合金增材制造技术的研究现状与技术进展,总结了镁合金在不同增材制造技术成形过程中的数值模拟研究结果,对比分析了不同增材制造技术关键工艺参数对镁合金构件组织结构和力学性能的影响,并对镁合金增材制造技术未来的研究重点进行了展望。

关键词：增材制造镁合金数值模拟微观组织力学性能

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融合注意力机制与联合优化的表面缺陷检测

计算机辅助设计与图形学学报 2024年第1期36卷 102-111页

作者：董永峰孙松毅王振刘晶河北工业大学人工智能与数据科学学院天津300401 河北工业大学河北省数据驱动工业智能工程研究中心天津300401 河北工业大学河北省大数据计算重点实验室天津300401

两段式缺陷检测模型中分割和分类网络的优化目标不一致,导致二者耦合性较差,且分割模块误差的积累可能进一步弱化分类模块的性能.针对上述问题,提出一种基于注意力机制的缺陷检测联合优化算法.首先基于混合注意力特征融合模块的分割网... 详细信息

两段式缺陷检测模型中分割和分类网络的优化目标不一致,导致二者耦合性较差,且分割模块误差的积累可能进一步弱化分类模块的性能.针对上述问题,提出一种基于注意力机制的缺陷检测联合优化算法.首先基于混合注意力特征融合模块的分割网络融合浅层特征和深层特征,提取更全面的缺陷位置信息;然后基于多感受野空间注意力模块的分类网络挖掘更具判别性的缺陷类别特征;最后通过联合优化目标实现分割和分类网络的学习优化,提升整个算法的耦合性以及性能.基于PyTorch框架,在公开工业缺陷检测数据集DAGM 2007, MAGNETIC-TILE和KolektorSDD2数据集上进行实验,并引入分段式算法及类U-Net算法进行横向对比的结果表明,所提算法的准确率相比分段式算法最高提升28.02%,相比类U-Net算法最高提升8.3%,且精确率、召回率、F1值均优于同类算法,具有更好的检测性能.

关键词：深度学习特征融合缺陷检测注意力机制

2μm单纵模全固态脉冲激光技术研究进展(封面文章·特邀)

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红外与激光工程 2024年第2期53卷 1-16页

作者：颜秉政穆西魁安嘉硕齐瑶瑶丁洁白振旭王雨雷吕志伟河北工业大学先进激光技术研究中心天津300401 河北省先进激光技术与装备重点实验室天津300401

2μm激光属于人眼安全波段,具有高大气透过率和水吸收特性,能覆盖CO_(2)等温室气体的吸收峰,因此在大气环境监测、光通信、激光雷达、材料加工、医疗手术等领域有广泛应用。其中,单纵模运转的全固态2μm脉冲激光器以其高稳定性、窄线宽... 详细信息

2μm激光属于人眼安全波段,具有高大气透过率和水吸收特性,能覆盖CO_(2)等温室气体的吸收峰,因此在大气环境监测、光通信、激光雷达、材料加工、医疗手术等领域有广泛应用。其中,单纵模运转的全固态2μm脉冲激光器以其高稳定性、窄线宽和优良的光束质量等优势,可作为多普勒测风、相干差分吸收等激光雷达应用的优质光源,在工业、国防和科研等领域具有重要意义。目前,实现2μm激光输出的主要方法有光参量技术和直接泵浦法。相比光参量技术,直接泵浦法更具高效率、可调节性和集成性等优点,已成为2μm全固态激光的主流方式。文中总结了常用的2μm固体激光增益介质,分析了空间结构振荡器单纵模选择的原理和特点,综述了2μm单纵模全固态脉冲激光的研究进展,并对不同结构激光器的输出特性进行了比较,最后对2μm单纵模全固态脉冲激光的发展前景进行了展望。

关键词：全固态激光器 2μm 脉冲单纵模选模

飞秒相干反斯托克斯拉曼散射光谱测温研究进展

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光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 901-909页

作者：云胜章媛张盛张志斌邓岩岩田亮刘照虹刘硕张勇王雨雷吕志伟夏元钦河北工业大学先进激光技术研究中心天津300401 河北省先进激光与装备重点实验室天津300401 河北工业大学能源与环境工程学院天津300401 哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001

当今世界大约90%的能量供应都是由燃烧生成的。在燃烧场中,火焰的温度影响着场中各种组分链式反应的途径和浓度,获取燃烧场温度信息可以为提高燃料燃烧效率,改进燃烧装置的设计提供重要的支撑依据。随着我国在航空、航天和航海这类高端... 详细信息

当今世界大约90%的能量供应都是由燃烧生成的。在燃烧场中,火焰的温度影响着场中各种组分链式反应的途径和浓度,获取燃烧场温度信息可以为提高燃料燃烧效率,改进燃烧装置的设计提供重要的支撑依据。随着我国在航空、航天和航海这类高端制造业领域的不断发展,各种大型燃气轮机和超声速发动机的研发进入加速期,此类燃烧装置产生的火焰具有高温、高压、湍流超声速和持续时间短等特点。传统的接触式测温法难以对这类湍流燃烧场进行温度测量,近年以激光光谱法为代表的非接触式测温技术逐渐走向成熟,并获得了广泛地应用。与超短脉冲相结合的飞秒相干反斯托克斯拉曼散射光谱测温技术凭借可提供高时间分辨率(每秒可提供上千个测温数据)、高测温精度和高测温灵敏度等优势而被应用到各种高温、湍流等复杂燃烧场景温度诊断中。文章概述了飞秒相干反斯托克斯拉曼散射测温技术的基本原理,综述了该技术在稳态火焰、加热气体、模拟燃气轮机等燃烧环境中测温工作的研究进展,简要介绍了飞秒时间分辨相干反斯托克斯拉曼光谱的研究和应用,着重介绍了可以实现毫秒量级时间分辨率的飞秒啁啾探测脉冲相干反斯托克斯拉曼散射测温技术和混合飞秒/皮秒相干反斯托克斯拉曼散射测温技术的基本原理和应用进展。指出了三种测温技术的优缺点,并提出飞秒相干反斯托克斯拉曼散射测温技术目前需要关注并解决的技术问题,主要为在高温高压湍流燃烧等极端条件下实现高精度CARS光谱高保真反演出温度信息,以及高温高压湍流燃烧场极端条件下如何获得高信噪比CARS信号的问题。展望了今后的发展趋势:通过高时间分辨的测量,获得湍流火焰中温度的瞬时演化规律,并建立各种复杂火焰的温度演化信息数据库,为研究各种发动机机理提供支撑。

关键词：飞秒激光相干反斯托克斯拉曼散射光谱高温湍流燃烧场温度测量

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基于梯度掺杂晶体的激光器模式匹配研究

中国激光 2024年第5期51卷 1-11页

作者：满朝阳崔璨王雨雷刘福寒李银栋白振旭吕志伟河北工业大学先进激光技术研究中心天津300401 河北省先进激光技术与装备重点实验室天津300401

针对梯度掺杂晶体和均匀掺杂晶体,采用数值模拟的方式分析了泵浦光束腰半径、光束质量因子(M^(2))与束腰位置对模式匹配效率的影响,并通过实验验证了不同束腰位置对激光器输出功率的影响。由计算结果得到,在不同的泵浦光参数下,与均匀... 详细信息

针对梯度掺杂晶体和均匀掺杂晶体,采用数值模拟的方式分析了泵浦光束腰半径、光束质量因子(M^(2))与束腰位置对模式匹配效率的影响,并通过实验验证了不同束腰位置对激光器输出功率的影响。由计算结果得到,在不同的泵浦光参数下,与均匀掺杂晶体相比,梯度掺杂晶体均具有更稳定的模式匹配;当泵浦光M^(2)为10和50,束腰半径为0.5 mm时,对于任意位置的束腰,梯度掺杂晶体的模式匹配效率都高于均匀掺杂晶体。在实验上对比分析了泵浦光不同束腰位置的输出功率,结果表明,梯度掺杂晶体的模式匹配效率受泵浦光束腰位置的影响较小。当晶体位于谐振腔中心时,在高于70 W的泵浦条件下,梯度掺杂晶体的输出功率高于均匀掺杂晶体,最高输出功率为44.8 W,与均匀掺杂晶体相比,提高了4.67%;当晶体紧贴输入镜时,梯度掺杂晶体的最高输出功率为34.0 W,与均匀掺杂晶体相比,提高了11.84%。因此,梯度掺杂晶体更适用于高功率泵浦。

关键词：激光器梯度掺杂晶体模式匹配激光器理论端面泵浦高功率激光

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经纱路径对三维机织复合材料弯曲性能的影响

复合材料学报 2024年

作者：赵世波陈利高梓越王晶晶天津工业大学复合材料研究院纺织复合材料教育部重点实验室天津工业大学纺织科学与工程学院

设计了三种不同经纱路径的三维机织复合材料（3DWC），利用试验研究，有限元分析，SEM形貌分析相结合的方法，研究了3DWC弯曲性能，损伤机理，断裂形貌特征。研究表明，经纱路径对3DWC弯曲性能有显著影响，相对于衬经平纹机织复合材料（... 详细信息

设计了三种不同经纱路径的三维机织复合材料（3DWC），利用试验研究，有限元分析，SEM形貌分析相结合的方法，研究了3DWC弯曲性能，损伤机理，断裂形貌特征。研究表明，经纱路径对3DWC弯曲性能有显著影响，相对于衬经平纹机织复合材料（SPWC），随着经纱浮纱长度增加，衬经斜纹和衬经缎纹机织复合材料（STWC和SSWC）弯曲强度分别增加了54.64%和127.61%，弯曲模量分别增加了44.11%和47.11%。SPWC破坏模式为经纱和衬经纱断裂，STWC和SSWC失效模式以纱线断裂和界面脱粘为主。在弯曲载荷加载过程中衬经纱起主要的承载作用，而经纱路径的差异导致三种3DWC应力传递，裂纹扩展，弯曲性能和失效模式发生变化。

关键词：经纱路径弯曲性能多尺度模型三维机织复合材料失效模式