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关键词： 高速转向架   参数影响度   参数域   蛇行频率   稳定性控制策略   平稳性控制策略  

摘要： 近半个世纪高速铁路理论、技术和经验的累积,不断创造着高速轮轨交通奇迹。世界高速列车发展循序渐进,具有较强技术继承性和延续性,因服役需求、环境和技术体系的差异形成了多派系车型技术。以高速转向架设计为例,不同速度等级结构特点不同,速度级越高,结构越简洁,各部件功能分工越明确,模块化设计越体现；结构决定功能,同速度级下转向架设计理念／方法具有共性,速度越高,转向架设计共识越多。结构选型越来越趋同的转向架,其性能进一步提升则必须依赖于参数,参数决定性能,悬挂系统刚度与阻尼的搭配和结构属性参数的确定,决定着转向架、车体以及列车振动特性。车辆设计性能的充分保证,除了设计值优选,还涉及服役中参数性能退化的控制,其中部件状态监控、部件功能维修是有效有段。参数范围决定着性能的变化范围,掌握参数影响特性和服役变化特性,并加以利用,是控制车辆动力学性能域的根本。 围绕国家重点基础研究发展计划(973计划)——高速列车安全服役关键基础问题研究(2007CB714700)的子课题“高速轮轨系统的动态行为与性能演变规律”和“十 五”国家科技支撑计划课题——中国高速列车关键技术研究及装备研制(2009BAG12A00)的子课题“高速列车共性基础及系统集成技术”和“高速转向架技术’等项目而开展研究,主要开展的研究工作如下： (1)对世界高速列车、高速转向架发展概况分别以不同国别和不同速度等级划分进行了描述,提取了高速转向架的设计共识；结合国内外高速列车运营维护、维修等现状,明确了车辆参数完备的设计特性和服役特性研究的意义。基于国内外控制车辆横、垂、纵三向运动的动力学参数的研究现状以及车辆服役过程中的参数偏差研究现状,确定了本文研究的基本框架、方向及内容。 (2)基于多体动力学理论,建立了车轮、车辆和列车模型,明确了三大动力学性能和车辆振动频率的评价指标；将参数分类为结构参数和悬挂参数,利用正交试验设计法和全面试验法研究其对车辆直线和曲线动力学性能的影响。 (3)利用敏感性分析、影响曲线拟合以及基于影响度的参数域确定方法,进行参数灵敏度对比。对于车辆稳定性,首先进行单个结构和悬挂参数的影响度分析,并结合部件的极端故障变化影响特性,提取对非线性临界速度的显著影响因子,如簧上质量Mc、等效锥度λ、抗蛇行阻尼Csx、横减阻尼Csy和一系纵向定位刚度Kpx；再对显著影响参数进行两结构参数(Mc-λe)、三悬挂参数(Cc-Csy-Kpx)、结构和悬挂参数组合(Mc-Csx-Kpx和λe-Kpx-Kpy)同时变化的影响度分析。并发现,多参数影响与单参数影响存在一定差别,既可加强稳定性,亦有减弱的趋势。利用二维曲线图表、三维域度分析方法,以车辆安全域为目标,直观地提出参数域选择以及进一步改进的方向。 (4)将参数对稳定性的影响度研究思路,应用于参数对车辆安全性、平稳性以及振动频率特性的影响度分析中。车辆安全性和平稳性结合车辆直线和曲线通过性能共同描述,并研究了两个速度等级300km/h和350km/h的参数影响。簧下质量Mw,与Mc、Csx和k一并对减载率、脱轨系数和轮轴横向力等安全性指标的影响显著；Mc、Csc和Kpx是影响车辆横向平稳性的重要参数,而对垂向平稳性而言,空簧垂向刚度和阻尼是重要因子。结构和悬挂参数间交互作用的影响亦不容忽视。性能评价指标不再单一,这为参数域的确定增添了更多的约束条件。 (5)对比分析了五种轨道不平顺下车辆位移和加速度的响应特性,提出对线路服役状态控制的必要性。车辆振动频率主要针对蛇行频率、悬挂自振频率而展开,将速度参数亦引为主要分析对象,特别对蛇行频率特性进行了仿真和台架试验研究。 (6)研究了车辆参数设计域、服役域和维修域变化特性,调研了国内高速转向架检修特点和服役故障分布特点,结合参数对车辆性能的影响度研究结论,对车辆结构和悬挂参数的状态及其对应的车辆状态进行了讨论。 (7)基于结构和悬挂参数对稳定性的影响度研究,提出了车辆稳定性的“开环”控制思路,清晰地描述了车辆稳定性的设计理念；再结合车辆的服役特性,引入“闭环”控制理念,添加了对服役失稳现象的快速调整策略。国内CRH系列不同速度级车型的升级设计实例充分验证了稳定性控制策略的正确性和工程意义。 (8)基于结构和悬挂参数对平稳性的影响度研究,提出了车辆平稳性的“开环”控制思路,从“输入信号”开始控制,并对“系统特征”传递路径(中间过程)进行控制,以此保证最后优良的“输出结果”。平稳性控制思路同样亦在CRH系列不同速度级车型的升级设计实例中得到验证。

关键词： 建模   四旋翼   参数辨识   辅助变量   MATLAB  

摘要： 现代直升机广泛采用飞行控制系统提高飞行品质，高精度的飞行动力学模型是设计飞行控制系统的基础。由于直升机的气动环境复杂、操纵耦合效应强，完全通过理论分析建立的直升机飞行动力学模型适用范围较窄。随着系统辨识理论的不断完善，采用参数辨识的方法建立直升机飞行动力学模型已成为一个重要的研究方向，并极大地促进了无人直升机技术的发展。 本文对直升机飞行动力学参数辨识建模方法进行了研究。首先建立了一四旋翼直升机的全量运动方程，推导了在悬停状态下旋翼和机身的气动力计算公式，考虑动力系统的延时特性，建立了悬停状态下各姿态通道的参数化模型，在MATLAB/simulink仿真平台中进行了悬停配平计算；然后在最小二乘法中引入考虑有色噪声的辅助变量，对四旋翼直升机进行参数辨识建模。以一四旋翼航模直升机为实验平台，设计了数据采集模块和试验方案，分别对直升机俯仰、滚转、航向三个通道施加随机激励，采集直升机的响应信号，建立四旋翼直升机飞行动力学模型，并对辨识得到的模型进行了实验验证。在此基础上，进行了该四旋翼航模直升机控制律设计，制作了飞行控制器，并对此控制器进行了稳定性测试，初步验证了本文提出的辨识方法和模型的有效性。

关键词： 近红外光谱法（NIRS   脑组织   血液动力学参数检测   运算任务  

摘要： 近红外光谱法已逐渐成为近年来生物医学领域研究的热点课题之一。借助于近红外光谱技术可以将大脑神经活动中产生的血流或代谢方面的变化转换为相应信号，并且以更直观方式将脑组织血液动力学参数的变化情况表现出来。作为一种无损、时空分辨率较高的脑功能检测技术，近红外光谱法更具潜力，更有希望在神经领域研究及神经系统疾病的临床诊断方面取得更大的进展。本课题主要基于近红外光谱法进行血氧检测理论基础，设计并实现了一套多通道双波长脑组织血液动力学参数检测系统，以C8051F020作为中央处理器，并以集成化特定波长贴片式发光二极管作为光源，选择合适的光电传感器以及LED电路驱动芯片，多功能阵列式探头可根据实际需要调节时序改变工作面积与间距，适用性更为广泛；本系统还设计并实现了配套的软件系统，以实现数据采集和光电压、血容量的实时变化显示。选用Lab Windows/CVI作为程序开发平台，界面友好，兼容性、实时性好，软硬件的接口衔接性良好，方便使用。时间分辨率可达100ms，能够反映脑组织血液动力学参数的瞬态响应。 在系统实验环节，首先通过进行在体Valsalva运动实验监测动作诱导脑组织血液动力学参数氧合及还原血红蛋白浓度的变化过程，证明了系统应用于无创检测前额皮层血流动态调节的可行性。再通过开展数学逻辑运算任务的实验对脑血液动力学参数变化情况进行监测，证明了本系统检测到的氧合与还原血红蛋白浓度变化量的增减趋势与理论推测的变化趋势基本一致。

关键词： 冠状动脉   血管内超声   血流动力学   应力   应变   计算流体力学（CFD   ANSYS  

摘要： 动脉粥样硬化与心血管系统的血流动力学特性密切相关，其病灶部位的局部血流动力学因素在动脉粥样硬化的发生、发展过程中起决定性作用。同时，动脉血管弹性是反映心血管系统好坏的重要指标，且弹性是以一定力作用下血管壁产生的应变来衡量，因此精确计算动脉血管壁的应力应变成为判定血管弹性的关键。血管内超声成像是目前临床广泛采用的诊治血管病变的介入影像手段，它不仅可提供血管壁、管腔以及粥样硬化斑块的形态结构信息，而且还可以对管壁的功能状态进行分析。根据冠状动脉IVUS图像序列，研究定量测量血流动力学参数的方法，对于识别易损斑块、判断血管病变程度、制定最佳诊疗方案和评价介入治疗效果等具有重要意义。 本文以冠状动脉血管内超声图像序列作为数据源，分别采用两种方法计算由血流引入的血管壁应力应变的分布。方法一是首先从IVUS灰度图像序列中获取血管壁组织随血流施压变化产生的运动场，然后根据力学理论得到血管壁的应变和应力，并采用伪彩编码技术显示计算结果。方法二是在从IVUS图像序列中三维重建出血管和血液几何模型的基础上，采用有限元分析软件ANSYS，利用计算流体力学（CFD）数值模拟技术对三维血液及血管壁几何模型进行单向流固耦合计算，得到血管壁的应力应变分布。采用临床采集的图像数据对上述方法的可行性进行验证，并通过分析实验结果对两种方法的优缺点进行对比和讨论。

关键词： 客货混运线路   CRTSⅠ型板式无砟轨道   动力学性能评价   参数分析  

摘要： 我国现在大多数铁路运输都是采用客货混运模式，国外也有客货混运的铁路，也有高速铁路运行货车的例子。随着车辆轴重和车速的增加，轮轨间相互作用力会不断加强，车辆对轨道结构的破坏会大幅加剧，如不采取合理措施，这将使日常维护工作量加大，缩短轨道使用寿命。有必要对无砟轨道的动力响应进行分析，只有通过科学合理的结构设计，才能改善轮轨动态相互作用从而确保运输安全、高效的运行。 本文利用大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立了车辆-CRTSⅠ型板式无砟轨道耦合动力学模型。建模过程中，对模型各部结构进行合理简化，外部激励采用德国高干扰谱的高低不平顺。基于该模型，研究了客车、货车车辆与CRTSⅠ型板式无砟轨道系统的动力响应，对车辆-轨道耦合系统进行动力学性能评价，并对各部分轨道结构进行参数分析，得到以下结论。 1.在客车、货车两种工况下，轨道结构均随着车轮的接近和远离呈现振荡变化。货车相比于客车，各个参数的幅值较大，其增幅在60%90%左右，但其变化的频率比客车小。引起这种情况的主要原因是：货车轴重比客车大，但车辆定距小于客车。 2.通过数据的分析，客车与货车的动力学性能指标均符合我国规范规定。但相较来说，货车工况是线路的最不利情况，轮轨力、车体振动加速度、减载率等指标均大大超过客车工况。 3.通过对模型的参数分析，得到了不同情况下的CRTSⅠ型板式无砟轨道的动力响应。分析结构的动力响应变化规律，得出不同参数对轨道结构的影响程度，并对四个参数的合理取值范围提出建议：扣件刚度取65～85kN/mm；轨道板弹性模量取35000～45000MPa； CA砂浆层的弹性模量取200～300MPa；底座板弹性模量取32500～37500MPa。 通过本文分析研究，本文认为CRTSⅠ型板式无砟轨道可基本满足客货混运的使用需求。但是在客货混运线路上，由于货车相较于客车，产生的动力响应更大，是线路的最不利工况。客车、货车分线运行是未来的发展方向，会提高铁路运输效率，极大地缓解铁路运输的矛盾。

关键词： 过氧化氢分解   动力学参数   Guggenheim法  

摘要： 在经典实验的基础上,以猪肝中提取的酶作为催化剂,与传统的催化剂相比,酶受外在因素影响更为敏感。实验过程中选取3个因素(温度、浸取时间、pH)作为变量,进行初步定量分析,并以此设计正交实验,为动力学参数的测定提供良好的依据。在动力学参数的处理上,采用的是Guggenheim法处理过氧化氢催化分解反应动力学数据,此法不用测量V∞,可减小误差。当浸取时间为8小时,温度为37℃,pH为6.8时,酶催化过氧化氢分解效率达到最高;在3个考察因素中,pH对酶催化效率影响最大。酶催化双氧水分解的动力学数据表明,其反应速率常数变化不规律,受环境影响较大。

关键词： 跖痛症   动态三维个体化足垫   步态周期   最大压力   最大压强   冲量   VAS疼痛评分  

摘要： 目的： 综合评价动态三维个体化足垫治疗跖痛症的临床疗效,为临床中治疗跖痛症提供依据。 方法： 本文以回顾性研究的方法,将符合纳入标准的26例病人(51足)应用动态三维个体化足垫治疗跖痛症1疗程,疗程跨度为14-20周,平均16周,检测治疗前后的步态周期中疼痛部位、中足及后足的最大压力、最大压强、冲量,疼痛评分及胼胝体面积,采用SPSS17.0对相关资料进行统计分析,将治疗前后进行自身对照,分析研究对象的VAS疼痛评分、胼胝体面积及步态周期中疼痛部位、中足及后足的最大压力、最大压强、冲量的改变情况。 结果： 所有纳入患者在使用动态三维个体化足垫治疗跖痛症1疗程后,VAS疼痛评分由治疗前的(6.35±0.11)分降低到治疗1疗程后的(3.46±0.19)分,差异具有统计学意义(P<0.05)；所有疼痛部位的最大压力治疗前为(140.88±91.08)N,治疗1疗程后为(124.66±71.63)N,最大压强治疗前为(21.61±11.39)P/cm2,治疗1疗程后为(19.42±9.58)P/cm2,冲量治疗前为(55.00±3.13)Ns,治疗1疗程后为(46.33±2.52)Ns、差异均具有统计学意义(P<0.05)；患足中足的最大压力治疗前为(171.51±14.90)N、治疗1疗程后为(195.62±17.18)N,其冲量治疗前为(65.17±7.07)Ns,治疗1疗程后为(79.53±9.93)Ns,差异均具有统计学意义(P<0.05)；患足中足的最大压强治疗前为(4.27±0.35)P/cm2,治疗1疗程后为(4.81±0.37)P/cm2,差异不具有统计学意义(P>0.05)；患足后足的最大压力治疗前为(392.87±147.92)N,治疗1疗程后为(383.71±142.27)N,最大压强治疗前为(23.59±9.39)P/cm2,治疗1疗程后为(24.35±10.56)P/cm2,冲量治疗前为(128.20±10.37)Ns,治疗1疗程后为(126.13±9.72)Ns,差异均不具有统计学意义(P>0.05)。 结论： 动态三维个体化足垫能够缓解跖痛症患者的疼痛症状,在一定程度上可以减轻疼痛部位的最大压力、最大压强及最大冲量,有效控制跖痛症胼胝体的发展,具有一定的临床治疗效果。

关键词： 自主质疑   中学物理教学   学习特征   学科特征  

摘要： 离开质疑,物理学将无从发展,中学物理教学中,"自主质疑"教学方法的应用,有助于中学物理教育发展和培养学生的思维品质。本文就"自主质疑"在中学物理教学中的可行性和意义进行分析,旨在推动中学物理教学的发展,使之变得更科学合理,为社会培养需要的人才。

关键词： 行星齿轮   动力学   非线性   Lyapunov指数   动载荷   冲击   混沌  

摘要： 齿轮传动是一种应用最广泛的机械传动。由于齿侧间隙、时变啮合刚度、综合啮合误差和阻尼等因素的存在，从而导致齿轮传动系统动力学行为具有丰富的非线性特性。行星齿轮传动相比于普通的齿轮传动，拥有更高的功重比和更多的传动比，但因其结构复杂，也有着更多振动和噪声的问题。 本文以二级齿轮传动系统和拉威娜式复合行星齿轮传动系统为对象，综合考虑影响齿轮系统传动的主要因素，分别建立了二级齿轮传动系统和拉威娜式复合行星齿轮传动系统的非线性动力学模型，并对其进行了数值仿真，得到了系统模型的分岔图、最大Lyapunov指数图、最大动载荷图、冲击状态图、相图、时间响应图、动载荷响应图和FFT图等。 基于数值仿真结果，结合非线性理论方法，分别研究了各参数下系统的分岔特性以及系统在时域和频域内的振动特性，分析了各参数对系统振动特性的影响及关联关系，给出各参数选择依据及优选区间。研究结果表明：随着激励频率的变化系统会展现出丰富的动力学行为，由于齿侧间隙等非线性因素的存在，系统还出现了“跳跃”和“激变”等非线性系统所特有的动力学行为，而且“跳跃”和“激变”还是引起齿轮副间动载荷变化的主要因素，有些时候还会导致冲击状态的变化。外载荷逐渐增大时，系统会趋向周期运动，从混沌控制的角度来说，适当的增大外载荷可以有效的控制混沌运动的发生。时变啮合刚度和阻尼也是影响系统的主要的非线性因素，在一定参数范围内刚度越大、阻尼越小，系统越容易产生混沌运动，而混沌运动在实际机械系统中是有害的，因此在齿轮系统的动态设计时要避开混沌运动区域。综合啮合误差为齿轮在制造和安装时不可避免的产生实际位置和理想位置的偏差，这种偏差对齿轮系统是有害的应尽量避免。综合考虑系统的周期运动状态、最大动载荷和齿轮副间的冲击状态，本文得出了在一定参数下系统的理论最佳工作范围，并给出了啮合刚度、阻尼以及齿侧间隙的最优选取方案和区间，为齿轮的动态设计提供了理论基础。

关键词： 良性前列腺增生   尿动力学检查   经尿道前列腺电切术  

摘要： 研究背景 良性前列腺增生(benign prostate hyperplasia, BPH)是中老年男性最常见的慢性病之一,也是最容易导致男性排尿障碍的疾病。随着人均寿命的延长和诊断技术的提高,BPH患病率近年来呈明显上升趋势。国内外的流行病学调查资料显示,BPH最初通常发生在40岁以后,50岁-59岁组患病率约为20%-30%,60岁～69岁组患病率大于50%,而80岁以上则超过80%。吴楠等统计了国内城市医院老年科就诊情况,发现BPH占就诊疾病的构成比已高达47.0%。 经尿道前列腺电切术(TURP)属于微创手术,在治疗BPH方面的应用已有70多年,目前己成为BPH治疗的金标准。尿动力学检查在BPH患者的术前诊断、疾病鉴别、并发症分析、手术方式选择、术后疗效判定等方面都发挥着重要作用。国际前列腺增生咨询委员会明确推荐,在BPH术前应行尿动力学检查主要目的在于明确膀胱出口有无梗阻,并确定梗阻的部位和程度。尿动力学检查是区分下尿路梗阻是逼尿肌活动低下还是B00所致的惟一指标,被认为是诊断B00的金标准。尿动力学检查也可对逼尿肌过度活动、逼尿肌收缩乏力和神经源性功能异常引起的尿频、排尿困难、夜尿次数增多等提供鉴别诊断依据。另外,通过分析尿动力学参数,还可指导判断预后情况：术前检查有高压性或低压性慢性尿潴留、及膀胱无力的患者,术后尿管应多留置一段时间,可促进膀胱功能的恢复；而术前检查有严重的不稳定膀胱者,术后很可能长时间存在尿频现象,部分患者会出现尿失禁。 研究目的 本课题研究BPH合并逼尿肌不稳定患者行经尿道前列腺电切术后,行尿动力学检查,通过多参数比较,观察逼尿肌不稳定改善状况,为临床治疗提供参考依据。 研究方法 2012年1月至2013年6月在济南市第五人民医院收集BPH患者作为研究对象,共计72例。以上患者均无下列病史：糖尿病史、神经系统病史；诊断为神经源性膀胱；伴有尿道狭窄、反复的尿路感染者或膀胱结石；在尿动力学检查前2周内服用过5-a还原酶抑制剂、a受体阻滞剂或其他影响膀胱功能的药；术前血清PSA检测值>4ng/ml(排除前列腺癌的可能)。研究对象的年龄53-87岁,平均年龄(69.37±7.12)岁。所有研究对象在术前均开展完整的尿动力学检查,术后4-6个月复查尿动力学参数,平均随访时间5.2个月。 结果 1.对BPH合并逼尿肌不稳定患者实行经尿道前列腺电切术后,IPSS评分由术前的重度症状(评分为26.92±5.13)降到术后的轻度症状(评分为7.95±4.27),QOL评分由术前的(5.76±1.22)分降至术后的(1.54±0.97)分。两者差异均具有统计学意义(P<0.01),表明实行经尿道前列腺电切术后,BPH合并逼尿肌不稳定患者的下尿路主观症状有较大改善。 2.尿道前列腺电切术可显著改善患者的B00+症状(P<0.001)。在逼尿肌功能方面,术前有28例患者的逼尿肌收缩能力不足(W及以下),5例收缩能力亢进(ST)；术后有9例患者收缩能力不足,其余患者收缩能力正常(N-或N+)。Fisher确切概率法检验证实两者的差异具有统计学意义,表明患者术后逼尿肌功能恢复较好。而膀胱功能检查发现,术前低顺应膀胱31例、高顺应性膀胱7例；术后低顺应膀胱5例、高顺应性膀胱2例,两者的差异具有统计学意义,术后患者的膀胱功能有了明显改善。 3.通过在术前和术后4～6个月分别开展尿动力学检查,观察BPH合并逼尿肌不稳定患者的残余尿量、最大尿流率、初始尿意容积、最大尿意容积、最大尿流率时逼尿肌压、膀胱顺应性、逼尿肌不稳定发生率等指标,除最大尿意容积外,其余各项参数在治疗前后的差异均具有统计学意义(P<0.05)。 结论 1、经尿道前列腺电切术是治疗BPH合并逼尿肌不稳定的有效方法。 2、尿动力学检查在准确判断膀胱功能、合理选择手术时机和手术方式、科学预测可能的手术效果等方面都具有很高的临床价值 3、残余尿量、最大尿流率、初始尿意容积、最大尿意容积、最大尿流率时逼尿肌压、膀胱顺应性、逼尿肌不稳定发生率等尿动力学参数是评价BPH患者治疗效果的良好指标。 4、本研究存在样本数少、观察时间短等不足之处,深入的结论有待于更大规模的研究证实。