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超声协同SDS-Na_(2)CO_(3)提取丝素蛋白及高强韧纳米纤维膜的制备与细胞相容性研究

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东华大学学报（自然科学版） 2024年第4期50卷 148-155页

作者：牛佳杰寿万刘雍天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室纺织科学与工程学院天津阿肯色大学费耶特维尔分校机械工程系阿肯色州美国

为解决提取过程中丝素蛋白极易受损的问题,提出以Na_(2)CO_(3)和表面活性剂SDS(十二烷基磺酸钠)的复合体系为脱胶剂,再结合超声处理的一体化天然蚕丝脱胶方案。采用该方案所得丝素蛋白纤维表面更加光洁平整,纤维损伤显著减少;相比传统的... 详细信息

为解决提取过程中丝素蛋白极易受损的问题,提出以Na_(2)CO_(3)和表面活性剂SDS(十二烷基磺酸钠)的复合体系为脱胶剂,再结合超声处理的一体化天然蚕丝脱胶方案。采用该方案所得丝素蛋白纤维表面更加光洁平整,纤维损伤显著减少;相比传统的100℃碱液脱胶(30min完全脱胶),该方案在75℃下仅用10min即完成脱胶。以该方案所得脱胶纤维为原料,通过静电纺丝技术制备丝素蛋白纳米纤维膜,所得纤维膜经乙醇处理后,β折叠链片晶含量增至49.58%,展现出高达5.27MPa的断裂应力和123.49%的断裂应变。在5d的细胞培养试验中,丝素蛋白纳米纤维膜支持细胞的黏附、铺展和增殖,表现出良好的细胞相容性。这些研究成果将为制备高性能丝素蛋白纳米纤维膜提供解决方案,并有望推动丝素蛋白材料在生物医用领域的进一步应用和发展。

关键词：丝素蛋白脱胶静电纺丝细胞相容性

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基于扩散模型的高阶拓扑绝缘体实时设计

力学学报 2024年第7期56卷 1840-1848页

作者：徐志昂骆嘉晨丁相贵杜宗亮郭旭大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室辽宁大连116024 波士顿大学机械工程系美国波士顿02215 大连理工大学宁波研究院浙江宁波315016

作为一种全新的波控工具,高阶拓扑绝缘体可以将能量鲁棒高效地局域化在低维空间,且对缺陷不敏感.在光子和声子系统中,高阶拓扑绝缘体的快速设计仍然是一项挑战.采用移动可变形孔洞法显式描述C4v对称的单胞构型,并结合能带理论和对称指... 详细信息

作为一种全新的波控工具,高阶拓扑绝缘体可以将能量鲁棒高效地局域化在低维空间,且对缺陷不敏感.在光子和声子系统中,高阶拓扑绝缘体的快速设计仍然是一项挑战.采用移动可变形孔洞法显式描述C4v对称的单胞构型,并结合能带理论和对称指标刻画其性能(拓扑性质和非平凡带隙宽度).在此基础上,构建了包含几何参数、无量纲化带隙宽度与拓扑性质指标的高阶拓扑绝缘体数据集,并提出了一种基于去噪扩散概率模型(denoising diffusion probabilistic model,DDPM)的实时设计框架.相比采用其他生成式模型的设计框架,DDPM有效避免了训练不稳定和生成保真度低等问题.该框架可以精准且快速地按目标需求或最大化带隙宽度逆向设计力学高阶拓扑绝缘体,在单机上生成所需设计的平均相对误差在3.5%以内,平均耗时仅需0.01 s,相比传统逆向设计方法效率提升6~7个数量级.通过使用Wasserstein距离度量逆向设计样本的多样性,该框架相较基于深度学习代理模型的优化设计结果,表现出更高的生成结果多样性.此外,所得设计具有显式描述的几何信息,可以直接与CAD/CAE软件结合,避免了隐式描述算法中的后处理步骤.这种基于DDPM的实时设计框架可扩展应用于多物理场拓扑材料和其他类型超材料的逆向设计,并为构建声子和光子拓扑材料的数据库提供了基础.

关键词：高阶拓扑绝缘体实时设计去噪扩散概率模型移动可变形孔洞法对称指标理论

可延展压电薄膜基底结构界面脱粘的预测与调控

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工程力学 2024年第4期41卷 247-256页

作者：周煜棠王博张博涵毕皓皓黄永安王烁道西北工业大学工程力学系西安710072 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116024 华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074 俄克拉荷马州立大学机械与宇航工程学院美国俄克拉荷马74078

调控薄膜基底结构的表面不稳定性已被成功应用于制备可延展的新型电子设备中。然而,该类电子器件在工作中需要承受外部载荷作用,致使薄膜-基底结构界面处残余应力集中,容易诱发薄膜电子器件与基底脱粘与分层。该文将从理论分析和数值仿... 详细信息

调控薄膜基底结构的表面不稳定性已被成功应用于制备可延展的新型电子设备中。然而,该类电子器件在工作中需要承受外部载荷作用,致使薄膜-基底结构界面处残余应力集中,容易诱发薄膜电子器件与基底脱粘与分层。该文将从理论分析和数值仿真角度,研究压电薄膜在柔性基底表面上的失稳特性。由于压电薄膜变形具有大位移小应变的特点,该文基于非线性Euler-Bernoulli梁理论与能量最小化原理,建立压电薄膜基底结构无屈曲、褶皱、局部屈曲及全脱层屈曲模式的理论分析模型;从能量角度定量分析了薄膜-基底结构4种模式相互演变的临界条件;通过数值仿真,验证了该文解析结的有效性,定量、定性的讨论了薄膜基底结构的材料、几何参数对4种模式演变的影响。研究结果表明:改变基底弹性模量、预应变、物理场强度和界面粘附系数能够调控压电薄膜基底结构的屈曲模式;通过调控温度变化量和电压的方式,能够实现对压电薄膜基底结构的失稳特性精细化调控。该文的研究结果将为提升薄膜基底型的电子器件的稳定性及优化设计提供理论支持。

关键词：压电薄膜-柔性基底结构脱粘分层表面失稳临界应变

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主持人语

工业工程设计 2024年第1期6卷 I0003-I0004页

作者：张黎清华大学美国加州大学伯克利分校广东工业大学广东工业大学艺术与设计学院广东工业大学设计伦理研究所

理论虽然是一种假说,仍然始终指向现实,是一种关于现实、旨在超越现实,从而再造新的现实的知识体系。设计理论,大致有四个顺次的重要目的,即描述、解释、预测、从而指导实践。好的设计理论,应是一种超出碎片化思考和个人观点之外的、能... 详细信息

理论虽然是一种假说,仍然始终指向现实,是一种关于现实、旨在超越现实,从而再造新的现实的知识体系。设计理论,大致有四个顺次的重要目的,即描述、解释、预测、从而指导实践。好的设计理论,应是一种超出碎片化思考和个人观点之外的、能够启发大众的“智性观看”。

关键词：主持人超越现实个人观点碎片化指导实践

基于个性化肌肉-骨骼-韧带模型研究高负荷运动下优势与非优势侧ACL应变

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医用生物力学 2024年第S1期 650-650页

作者：巩泽敖迪李庚李乐西北工业大学医学研究院美国莱斯大学机械工程系计算神经力学实验室

目的本研究旨在搭建个性化肌肉-骨骼-韧带模型,以研究高负荷复杂运动下优势与非优势侧ACL应变差异。方法首先,基于Open Sim及NMSbuilder,搭建包含下肢及躯干核心肌群与完整膝关节韧带结构的肌肉骨骼模型,能够可靠估测在膝关节多角度...

目的本研究旨在搭建个性化肌肉-骨骼-韧带模型,以研究高负荷复杂运动下优势与非优势侧ACL应变差异。方法首先,基于Open Sim及NMSbuilder,搭建包含下肢及躯干核心肌群与完整膝关节韧带结构的肌肉骨骼模型,能够可靠估测在膝关节多角度被动屈曲时,前后向力、内外翻力、内外旋力对ACL应变的影响。其次,招募18-35正常受试者,完成双侧下肢在侧切、单脚前跳、双/单脚着陆、双/单脚着陆垂直起跳、单脚着陆侧切等高负荷动作时运动学(Opti Track动捕系统)与动力学(Kistler力台)数据采集。另外,结合个性化模型,进行逆向运动学与动力学分析,计算运动中ACL最大应变。并使用SPSS配对t检验对比受试者优势与非优势侧ACL最大应变。结果新建肌骨模型在被动屈曲0～100°、多角度下100 N前后向力、10 N·m内外翻力矩、5 N·m内外旋转力矩等被动行为测试中,所有韧带应变0～15.67%,ACL应变4.10%～10.35%,与既往文献对比相符。招募12名受试者(6男,6女),优势侧肢体各项动作ACL最大应变2.14%～6.22%,非优势侧肢体各项动作ACL最大应变9.75%～12.72%,不同动作非优势侧ACL应变均显著高于优势侧(P<0.05)。结论研究结果表明,研究建立的肌骨韧带模型可以为ACL应变定量评估提供新思路。且发现高负荷运动中非优势侧韧带应变高于优势侧,揭示非优势侧ACL更易受损的潜在机制。

关键词：

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基于改进对抗蒸馏的轴承故障分类方法

中国农机化学报 2024年第6期45卷 178-183页

作者：李星逸付波范秀香权轶湖北工业大学电气与电子工程学院武汉市430068

针对工业现场条件下和农业机械设备故障数据典型样本不充足导致轴承故障诊断精度低的问题,提出一种基于改进对抗蒸馏的轴承故障分类方法。使用对抗蒸馏方法进行轴承故障分类,让学生网络通过对抗学习教师网络的软标签所提供的信息,同时... 详细信息

针对工业现场条件下和农业机械设备故障数据典型样本不充足导致轴承故障诊断精度低的问题,提出一种基于改进对抗蒸馏的轴承故障分类方法。使用对抗蒸馏方法进行轴承故障分类,让学生网络通过对抗学习教师网络的软标签所提供的信息,同时生成器输出与学生网络输出相似的样本提供给判别器后修改学生网络参数。提出退火改进对抗蒸馏方法,在对抗蒸馏中使用动态温度进行训练,增加生成器制作样本难度,使教师网络输出的信息被更好地利用,以提高学生网络泛化能力和鲁棒性。试验使用美国凯斯西储大学轴承故障数据集验证方法的有效性,利用所提出的方法训练出的学生网络在模拟现场轴承故障诊断分类任务中仅使用214602个参数参与计算,准确率可达91.85%,提高故障诊断精度并节省设备的计算资源。

关键词：轴承故障诊断知识蒸馏对抗学习模拟退火算法

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高性能聚氨酯弹性体胶膜的制备及应用研究

高性能聚氨酯弹性体胶膜的制备及应用研究

作者：刘红岩长春工业大学

学位级别：硕士

热塑性聚氨酯弹性体(TPU)材料是近年来新兴的一种工程塑料,它广泛应用于车衣膜、热熔胶体系,尤其在夹层玻璃领域也显示出独特的性能优势,TPU因其优异的光学、力学性能使其在夹层玻璃领域具有广阔的研究前景。但是国内企业生产的TPU胶膜... 详细信息

热塑性聚氨酯弹性体(TPU)材料是近年来新兴的一种工程塑料,它广泛应用于车衣膜、热熔胶体系,尤其在夹层玻璃领域也显示出独特的性能优势,TPU因其优异的光学、力学性能使其在夹层玻璃领域具有广阔的研究前景。但是国内企业生产的TPU胶膜都属于中低端产品,原料还主要依赖于进口。其中,美国路博润公司研发出高性能TPU胶膜用于夹层玻璃的生产,其价格十分昂贵,但至今仍垄断着全球的夹层玻璃市场。国内TPU胶膜落后的原因主要是其强度低,隔音性能差,因此限制了它的发展。本论文针对现状,拟通过引入改性无机填料,溶剂退火技术和调控交联度三种方式对聚氨酯膜进行改性,成功制备了高性能的脂肪族聚氨酯弹性体中间膜,阐述了氢键度、微相分离结构对聚氨酯胶膜的影响机理,为聚氨酯胶膜在建筑窗户、运输和隔音设备等领域的应用奠定了基础。具体实验内容和所得结论如下:1.成功制备了高阻尼隔音TPU/玻璃纤维复合胶膜。利用硅烷偶联剂(KH550)对小尺寸玻璃纤维进行改性处理,并调控改性玻璃纤维在聚氨酯体系内部的含量,制备了具有高透明度、高抗冲击性、高隔音性的聚氨酯复合胶膜,并通过热压工艺成功构建夹层玻璃。利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、动态力学分析(DMA)等测试,探讨了改性玻璃纤维在聚氨酯膜中的增强机制。结果如下:改性前后,聚氨酯胶膜的拉伸性能和粘结性分别提高31%和56%,冲击损失率降低0.21%,透过率达到75%;此外,该材料的隔音性能获得了提高,其高频段传输损耗增加5 d B,中低频段增加3.6 d B。2.利用溶剂退火工艺显著提高了TPU胶膜的强度和粘结性能。通过改变聚氨酯体系中扩链剂及异氰酸酯的种类,探究溶剂退火工艺对不同的聚氨酯体系内部的氢键化程度的影响,制备了具有优异的力学强度的脂肪族聚氨酯弹性体胶膜,并通过热压工艺成功构建夹层玻璃。利用FT-IR、X射线衍射(XRD)、DMA等测试分析了乙醇溶剂在聚氨酯胶膜中的作用机理,证实了溶剂退火工艺对聚氨酯弹性体胶膜的增强作用。结果如下:改性前后,聚氨酯胶膜的拉伸强度提高76.5%,粘结性能提高64.3%,冲击能量提高625%。3.详细探究了不同扩链剂对TPU胶膜性能的影响,显著提高了其抗冲击特性。采用在聚氨酯体系中引入交联结构的方式,改变交联型扩链剂和线型扩链剂的加入比例调控聚氨酯体系内部的交联程度,从而对聚氨酯胶膜的分子结构进行设计,成功地制备出具有优良机械性能和高抗冲击性能的聚氨酯夹层玻璃中间膜,并通过热压工艺成功构建夹层玻璃。通过FI-IR、DMA等测试阐述了交联结构在聚氨酯胶膜中的作用规律。结果如下:改性前后,该复合材料的最大机械强度和粘接强度分别提高301%和170%,透光率可达到80%,抗冲击能力可达到未改性聚氨酯的14倍。

关键词：聚氨酯弹性体夹层玻璃玻璃纤维溶剂退火交联度

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微尺度下氢氧预混合气催化燃烧的研究

机械工程学报 2011年第24期47卷 111-116页

作者：潘剑锋范宝伟吴庆瑞李晓春唐爱坤薛宏江苏大学能源与动力工程学院镇江212013 美国加州工业大学机械工程系

基于空间气相和表面催化的详细化学反应机理,应用计算流体动力学软件对亚毫米燃烧器内的氢氧预混合燃烧进行模拟,在对催化燃烧模型进行试验验证的基础上,讨论不同反应模型的燃烧特性以及壁面材料和进口流速等对催化燃烧反应的影响。模... 详细信息

基于空间气相和表面催化的详细化学反应机理,应用计算流体动力学软件对亚毫米燃烧器内的氢氧预混合燃烧进行模拟,在对催化燃烧模型进行试验验证的基础上,讨论不同反应模型的燃烧特性以及壁面材料和进口流速等对催化燃烧反应的影响。模拟结果显示,表面催化反应会使壁面相邻位置空间气体内的OH质量分数降低,对该催化壁面临近区域的气相反应有所抑制;壁面催化反应与空间气相反应耦合进行时,燃烧效率可达到最大值;进口速度对出口排气温度的影响要大于对外壁面最高温度的影响,进口速度过高会导致燃烧效率降低;燃烧器材料的选择也对催化燃烧有着重要的影响,采用热导率较小的材料时,燃烧器壁面存在较高的温度梯度,燃烧器外壁面温度也较高,而采用热导率较大的材料时,壁面对进口端的气体预热作用增强,高温燃烧区域向入口端移动。

关键词：催化燃烧亚毫米微尺度数值模拟

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微型火焰管中燃烧的研究

工程热物理学报 2004年第3期25卷 537-539页

作者：邓军李德桃潘剑锋唐维新杨文明薛宏江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013 新加坡国立大学机械工程系新加坡119260 美国加州工业大学机械工程系美国加州ca91768

提出了一种新型的微动力机电系统观念,即微型热光电 TPV(thermo photovoltaic)系统。微型燃烧室是微型TPV系统中最重要的部分之一。为了获得较高的能量转换效率,需要使燃烧器壁面四周处于较高且分布均匀的温度状态。尺寸效应对微型燃烧... 详细信息

提出了一种新型的微动力机电系统观念,即微型热光电 TPV(thermo photovoltaic)系统。微型燃烧室是微型TPV系统中最重要的部分之一。为了获得较高的能量转换效率,需要使燃烧器壁面四周处于较高且分布均匀的温度状态。尺寸效应对微型燃烧室中的持续燃烧带来了很大的影响。为了分析微型燃烧器中燃烧的可行性和有关影响因素,在不同工况下进行实验。结果表明,在一定的流量和混合比范围内,可以在微型火焰管内维持稳定的燃烧,高温能够在燃烧室四周均匀分布。

关键词：微型TPV系统火焰管燃烧