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力学与实践 2024年第1期46卷 216-221页

作者：陈怡纯金梓谦姜楠田海平太原理工大学力学国家级实验教学示范中心太原030024 天津大学力学系天津300072

神秘“海底怪圈”是白斑窄额鲀为求偶、繁衍而在海底创作的异常精美的鱼类巢穴。文章介绍了“海底怪圈”的结构特点及形成过程,结合其他鱼类巢穴,对比探讨了其背后的流动奥秘,并进一步畅谈了该结构形貌可能的工程应用场景。

关键词：海底怪圈白斑窄额鲀巢穴流动特性

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流体力学教学中的创新与探索课程设计项目

力学与实践 2024年第2期46卷 420-426页

作者：贾永霞彭杰黄伟希清华大学航天航空学院工程力学系北京100084 清华大学力学国家级实验教学示范中心北京100084

流体力学课程是航空航天工程、机械工程、能源与动力工程、土木工程等众多工科专业的核心课程。除了学习基础理论,课程实践在流体力学教学中扮演着至关重要的角色,对于培养学生的工程实践能力和创新思维具有重要意义。本文旨在基于过去... 详细信息

流体力学课程是航空航天工程、机械工程、能源与动力工程、土木工程等众多工科专业的核心课程。除了学习基础理论,课程实践在流体力学教学中扮演着至关重要的角色,对于培养学生的工程实践能力和创新思维具有重要意义。本文旨在基于过去几年流体力学课程教学与实践中所积累的经验,探讨创新与探索课程设计项目在流体力学理论教学与课程实践中的重要性以及对学生能力提升的意义。

关键词：流体力学实践课程设计创新与探索

基于卷积神经网络和时空特征的烟幕视频检测和参数提取

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兵工学报 2024年第8期45卷 2478-2486页

作者：郭爱强李天鹏朱曦管智超李门董弘玙高欣宝陆军工程大学弹药保障与安全性评估国家级实验教学示范中心河北石家庄050003 陆军工程大学弹药保障与安全性评估重点实验室河北石家庄050003

为提高干扰弹在战场上作战效能,摸清干扰弹的作战效能底数和极限施放条件,并修正干扰弹烟幕扩散方程。针对现有干扰弹作用过程形成的烟幕,烟幕透明特性和纹理各不相同,通用性较差,为能精准提取烟幕的烟幕轮廓和运动特征,提出一种基于卷... 详细信息

为提高干扰弹在战场上作战效能,摸清干扰弹的作战效能底数和极限施放条件,并修正干扰弹烟幕扩散方程。针对现有干扰弹作用过程形成的烟幕,烟幕透明特性和纹理各不相同,通用性较差,为能精准提取烟幕的烟幕轮廓和运动特征,提出一种基于卷积神经网络、烟幕时空特征的混合方法。该方法主要分为5个阶段:对YUV色彩空间的对比度调整;应用了差帧法检测输入视频图像序列的运动区域,设计了卷积神经网络体系结构框架,将运动区域通过卷积神经网络识别烟幕候选区域;根据烟幕的时空特征,从每个候选区域进一步识别烟幕候选区域;采用了支持向量机分类器,利用提取的特征对真实烟幕区域与非烟幕区域进行分类;提取烟幕特征的参数。经试验验证,所建立的模型将烟幕识别准确度最低提高至99.94%,能有效满足修正干扰弹作用过程中的烟幕扩散方程,为干扰弹的定型试验和作战应用提供了有力支持。

关键词：干扰弹烟幕扩散方程卷积神经网络时空特征参数提取

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壁湍流摩阻时空信号无接触测量实验研究

实验流体力学 2024年第4期38卷 66-74页

作者：陈纪仲田海平丁俊飞马国祯陈怡纯太原理工大学航空航天学院太原030024 太原理工大学力学国家级实验教学示范中心太原030024

壁湍流摩擦阻力的产生机理与实验测量是壁湍流基础研究中的重要课题,关系到流动减阻发展和工程技术变革。在壁湍流复杂相干结构迁移演化过程中,会引起内外区强烈的动量交换,使黏性底层速度梯度呈现时空变化,即局部摩擦阻力与相干结构迁... 详细信息

壁湍流摩擦阻力的产生机理与实验测量是壁湍流基础研究中的重要课题,关系到流动减阻发展和工程技术变革。在壁湍流复杂相干结构迁移演化过程中,会引起内外区强烈的动量交换,使黏性底层速度梯度呈现时空变化,即局部摩擦阻力与相干结构迁移演化呈现时空关联特性。目前鲜有实验测量技术能同时对摩擦阻力时空信号及与其关联的湍流结构发展演化过程进行精准、同步的测量。作为一种无接触的流场测量方法,PIV在摩擦阻力测量方面不断被寄予厚望。本文基于高时空分辨率2D2C TRPIV时序流场的粒子图像数据,开发了一种可调时空分辨率互相关算法(Adjustable Spatio-Temporal Resolution Cross Correlation,ASTRCC)。利用该算法计算了具有高时空分辨率的壁面摩擦阻力,探究了摩擦阻力的空间波动性与时间延迟性,并从时空演化角度探索了壁湍流相干结构与局部流场摩擦阻力的时空关联特性,验证了该算法的正确性。

关键词：壁面摩擦阻力时空演化湍流相干结构粒子图像测速可调时空分辨率互相关算法

γ-谷维素对淀粉酯-磷脂纳米乳液氧化稳定性的影响机制

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食品与发酵工业 2024年第11期50卷 102-109页

作者：李静雯钟金锋刘敏李怡菲刘雄覃小丽西南大学食品科学学院重庆400715 食品科学与工程国家级实验教学示范中心(西南大学) 重庆400715

抗氧化剂的添加能有效提高纳米乳液氧化稳定性。该研究探索γ-谷维素(γ-oryzanol,GO)添加量对以辛烯基琥珀酸淀粉酯(octenyl succinic anhydride modified starch,OSAS)-磷脂(phosphatidylcholine,PC)为乳化剂的纳米乳液性质的影响。... 详细信息

抗氧化剂的添加能有效提高纳米乳液氧化稳定性。该研究探索γ-谷维素(γ-oryzanol,GO)添加量对以辛烯基琥珀酸淀粉酯(octenyl succinic anhydride modified starch,OSAS)-磷脂(phosphatidylcholine,PC)为乳化剂的纳米乳液性质的影响。结果表明,与未添加GO的纳米乳液(46.12 m V)相比,GO质量浓度为37.5 mg/L的纳米乳液ζ-电位绝对值增加至49.47 m V,所有乳液贮藏4周后未出现分层、絮凝等现象。在25℃贮藏4周的过程中,与未添加GO的纳米乳液相比,含GO的纳米乳液的过氧化值增长较慢,表现出较强的氧化稳定性。分子动力学模拟结果显示,PC-GO(-1.67×10^(5)k J/mol)和甘油三酯(triacylglycerol,TAG)-GO(-1.66×10^(5)k J/mol)的结合能显著低于OSAS-GO的结合能(-1.56×10^(5)k J/mol),表明GO倾向分布于水包油纳米乳液的分散相且靠近界面处。当GO数量由1增至3时,GO与TAG间的结合能由-1.66×10^(5)k J/mol减小至-4.94×10^(5)k J/mol,说明GO的数量影响着其与TAG的结合强度。该研究从实验和理论计算的角度阐明了GO对OSAS-PC纳米乳液的氧化稳定性有着重要影响,有望拓展GO等抗氧化剂提高纳米乳液稳定性方面的基础研究,为开发新式功能乳液产品提供借鉴。

关键词：谷维素纳米乳液分子动力学模拟相互作用

姜黄素和γ-谷维素提高麦醇溶蛋白乳液的理化稳定性

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食品与发酵工业 2024年第11期50卷 143-150页

作者：胡晓杨婷婷覃小丽刘雄钟金锋西南大学食品科学学院重庆400715 食品科学与工程国家级实验教学示范中心(西南大学) 重庆400715

为提高基于麦醇溶蛋白(gliadin,Gli)的O/W乳液的理化稳定性,以姜黄素(curcumin,Cur)和γ-谷维素(gamma oryzanol,GO)分别与Gli制备复合物,并采用实验和理论计算联合的方法探究Gli与Cur、Gli与GO之间的相互作用及其对乳液稳定性的影响。... 详细信息

为提高基于麦醇溶蛋白(gliadin,Gli)的O/W乳液的理化稳定性,以姜黄素(curcumin,Cur)和γ-谷维素(gamma oryzanol,GO)分别与Gli制备复合物,并采用实验和理论计算联合的方法探究Gli与Cur、Gli与GO之间的相互作用及其对乳液稳定性的影响。与Gli(接触角θ_(ow)为62.43°)相比,Gli-Cur复合物和Gli-GO复合物具有更好的表面润湿性(θ_(ow)分别为71.94°和89.45°),其稳定的乳液表面平均直径分别降低16.46%和29.22%,而弹性和黏度则有所提高。此外,Gli-Cur复合物和Gli-GO复合物稳定的乳液过氧化值比Gli稳定的乳液过氧化值分别低1.92、1.74 mmol/kg,表现出较高的氧化稳定性。红外光谱、分子对接和分子动力学模拟的结果表明,Gli与Cur、Gli与GO之间存在氢键、疏水相互作用和静电相互作用,其中静电相互作用主导了Gli-Cur和GliGO复合物的形成;Gli-Cur的结合能(-2.11×10^(5)k J/mol)低于Gli-GO的结合能(-1.89×10^(5)k J/mol),表明Gli和Cur的结合强度更大,这可能更利于增强Gli-Cur复合物乳液的凝胶网络结构强度。该研究从实验和理论计算角度阐明了Gli-Cur复合物和Gli-GO复合物对乳液稳定性的影响机制,为提高Gli基乳液稳定性提供一定参考。

关键词：麦醇溶蛋白姜黄素 γ-谷维素分子动力学模拟相互作用

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钢带嵌缝加固砌体结构抗剪性能试验研究

河北工程大学学报（自然科学版） 2024年第1期41卷 9-16页

作者：赵亚军吴昊许岩刘洋方宾彬河北工程大学土木工程学院河北邯郸056038 河北工程大学力学实验教学示范中心河北邯郸056038 河北省装配式结构技术创新中心河北邯郸056038 国机集团科学技术研究院有限公司北京100080

为提高砌体结构抗剪强度,同时保留原有风貌,采用“弓”字型钢带或钢筋对砌体试件进行嵌齿缝加固。利用数字图像相关方法对加固后的砌体结构进行沿通缝截面抗剪强度试验研究,并建立砌体抗剪试件有限元模型,分析钢带宽度对砌体抗剪强度的... 详细信息

为提高砌体结构抗剪强度,同时保留原有风貌,采用“弓”字型钢带或钢筋对砌体试件进行嵌齿缝加固。利用数字图像相关方法对加固后的砌体结构进行沿通缝截面抗剪强度试验研究,并建立砌体抗剪试件有限元模型,分析钢带宽度对砌体抗剪强度的影响。结果表明:嵌入钢筋或钢带,均能够有效限制层间分离,提高砌体完整性,破坏模式由单剪破坏转化为双剪破坏。承载能力大幅提高,单面钢带、双面钢带、双面钢筋加固的试件极限荷载分别提高了23.63%,61.18%,35.02%,极限荷载对应位移提高了16.38%,23.41%,16.95%。钢带或钢筋的拉结作用可以提高砌体结构的延性,改善砌体结构脆性破坏的特征。

关键词：砌体嵌缝加固钢带抗剪性能数字图像相关方法数值模拟

基于含铬革屑制备吸附-降解型胶原/ZnO复合材料

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高等学校化学学报 2024年第3期45卷 125-135页

作者：田振华高盼盼于若泓赵文杰陕西科技大学轻工科学与工程学院西安710021 陕西科技大学轻化工程国家级实验教学示范中心西安710021 兴业皮革科技股份有限公司泉州362000

危险废弃物含铬革屑的资源化利用是制革行业面临的一大难题.含铬革屑的主要成分胶原可作为吸附材料,但存在稳定性差、需解吸等问题,限制了其在水处理领域的应用.本文通过酸法从含铬革屑中提取胶原纤维并原位负载纳米氧化锌(ZnO)制备了吸... 详细信息

危险废弃物含铬革屑的资源化利用是制革行业面临的一大难题.含铬革屑的主要成分胶原可作为吸附材料,但存在稳定性差、需解吸等问题,限制了其在水处理领域的应用.本文通过酸法从含铬革屑中提取胶原纤维并原位负载纳米氧化锌(ZnO)制备了吸附-降解型胶原/ZnO复合材料.红外光谱及X射线衍射谱图显示,ZnO成功负载且呈片状,具有六角纤锌矿晶型,负载到胶原纤维上后并不会影响其自身的光响应范围,禁带宽度为3.20eV.当锌前驱体溶液浓度为0.12mol/L、胶原纤维分散液pH值为8、胶原海绵质量为60mg时,复合材料光催化性能最佳;在160min内对10mg/L亚甲基蓝(MB)的降解率达95.2%;循环5次后,降解率依然可达到87.5%.动力学模型拟合结果显示,复合材料对MB的吸附更符合拟二级吸附动力学模型,受化学吸附控制;MB的光催化降解过程符合一级降解动力学方程,降解速率最高为0.0172min^(-1).此外,ZnO的引入提高了复合材料的抗菌性和热稳定性.

关键词：胶原氧化锌亚甲基蓝吸附性能光催化降解

流体力学课程实践中的创新与探索课程设计项目

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力学与实践 2024年

作者：贾永霞彭杰黄伟希清华大学力学国家级实验教学示范中心清华大学航天航空学院工程力学系

流体力学课程是航空航天工程、机械工程、能源与动力工程、土木工程等众多工科专业的核心课程。除了学习基础理论，课程实践在流体力学教学中扮演着至关重要的角色，对于培养学生的工程实践能力和创新思维具有重要意义。本文旨在基于过... 详细信息

流体力学课程是航空航天工程、机械工程、能源与动力工程、土木工程等众多工科专业的核心课程。除了学习基础理论，课程实践在流体力学教学中扮演着至关重要的角色，对于培养学生的工程实践能力和创新思维具有重要意义。本文旨在基于过去几年流体力学课程教学与实践中所积累的经验，探讨创新性课程设计项目在流体力学理论教学与课程实践中的重要性以及对学生能力提升的意义。

关键词：流体力学实践课程设计创新与探索

腰部外骨骼机器人多刚-柔体动力学等效逆解方法研究及其性能优化综合

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机械工程学报 2024年第5期60卷 107-118页

作者：周祖意杨玉维齐文耀龚健超李照童天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 机电工程国家级实验教学示范中心(天津理工大学) 天津300384

针对减轻腰部运动负载对其疾病防治的重要性,提出一种具有人体生物力学特性的多自由度仿生腰部无动力外骨骼机器人研究原型,继而针对其计及人机共融性的运动承载仿生工作机理的有效实现,深入开展基于多刚-柔体动力学逆解的系统仿生综合... 详细信息

针对减轻腰部运动负载对其疾病防治的重要性,提出一种具有人体生物力学特性的多自由度仿生腰部无动力外骨骼机器人研究原型,继而针对其计及人机共融性的运动承载仿生工作机理的有效实现,深入开展基于多刚-柔体动力学逆解的系统仿生综合性能优化及其方法研究。首先,基于相关离体生物力学实验数据,构建人体腰椎仿生等效复合刚度力学模型,进而于人体矢状面内搭建人机穿戴并联系统多刚-柔体正动力学模型;其次,旨在腰部外骨骼机器人性能优化综合的有效实现,提出一种新型动力学综合性能评价指标——仿生承载舒适度;再次,相对于柔性逆动力学频域法求解的非因果复杂性,提出一种通过正动力学线性优化迭代逼近多刚-柔体动力学逆解的等效方法,以实现外骨骼机器人穿戴前后人体胸椎运动轨迹的一致性;最后,深入开展人机穿戴并联多刚-柔体系统仿生综合性能优化研究,进而得到外骨骼机器人最优设计参数组。仿真结果表明:外骨骼机器人穿戴前后,在保障人体胸椎在矢状面内弯曲角度轨迹误差极小(4.5×10^(-6)(^(o)))工况下,人体等效受力较穿戴前得到明显改善;优化后的外骨骼机器人穿戴舒适性指标明显提升,从而证明了腰部外骨骼机器人具有较好的动力学仿生综合性能,以及所采用研究方法的合理有效性。同时,优化后的系统设计参数对后续腰部外骨骼机器人物理样机的建造及相关实验的开展具有重要意义。

关键词：腰部无动力外骨骼机器人多刚-柔体正动力学等效逆动力学仿生承载舒适度综合性能优化