摘要：已有颈部康复设备负载精度差且负载调节时间长,为此基于抗阻康复训练治疗理论设计新的颈部康复机器人系统.设计机械结构,使电机输出的拉力转换成颈部的抗阻负载.将控制系统分为控制模块与算法模块,提高系统的流畅性和稳定性.利用磁场定向控制算法实现电机力矩的精准控制,为颈部康复训练提供稳定可控的拉力.设置拉力传感器和姿态陀螺仪传感器,防止使用者头颈部姿态错误或未知事故.统计10名受试者使用所设计系统进行颈部康复训练的评估参数,并对统计结果进行分析.仿真测试显示,磁场定向控制算法能够提高负载精度并缩短调节时间;负载测试与仿真测试结果的一致性验证了控制方案的可行性.系统性能测试表明,所设计的颈部康复机器人的拉力控制误差不超过0.59 N,响应速度为0.53 s,达到临床使用标准.

摘要：针对航天复杂薄壁零件加工工艺数据结构化程度低、难以重用等问题,将知识图谱引入工艺设计领域,提出了一种典型的复杂薄壁零件加工工艺知识图谱构建方法。首先,自顶向下定义工艺知识层次结构,利用本体建模构建了模式层;其次,利用知识抽取、知识融合及本体关系建立的方法自底向上构建了数据层,通过Neo4j图数据库完成了模式层与数据层的映射,并实现了工艺知识的可视化表征和快速检索;然后,在构建完成的工艺知识图谱基础上,结合零件属性和特征拓扑关系的相似度实现了工艺路线推荐;最后,搭建了复杂薄壁零件加工工艺知识图谱可视化系统,并以框段类零件为例展示了工艺知识检索与工艺路线推荐功能。研究结果表明:对基于知识图谱和相似度计算的工艺路线推荐模型进行了500次测试,有94.7%的推荐列表中存在与目标零件相符的工艺路线。这证明了该工艺知识图谱的构建方法是可行的,并且其对工艺设计工作起到辅助决策作用,可以有效提高工艺查询和设计的效率。

摘要：混合澄清槽是重要的萃取分离设备,采用计算流体力学(CFD)方法研究了一种新型轴流泵式混合澄清槽内流体流动与剪切力,确定了搅拌桨型对混合室内的平均剪切速率、剪切速率空间分布、剪切速率概率分布的影响,结果表明:与传统泵轮式混合室相比,轴流泵式混合室内锥形泵及双桨叶的搭配可以大幅提高混合室的抽吸力与剪切力,搭配六叶半闭式涡轮桨后抽吸力可提升87%,混合室平均剪切速率提升90%,同时轴流泵式混合室内剪切力的分布更加均匀。

摘要：摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator,TENG)作为一种新兴的发电技术在高熵能源收集、可穿戴电子器件以及自驱动传感系统中取得了重要的发展。但是由于TENG固有的高阻抗特性,高开路电压(kV)和低短路电流(μA)使得TENG的输出表征和信号采集高度依赖昂贵的仪器/设备,与此同时较高的信号处理复杂度限制了TENG在物联网中的实际应用。提出了一种简单有效的将TENG信号用于智能监测的信号采集和处理方法,并基于此设计制作了非接触式智能手势密码锁。以单电极式TENG为信号触发端,通过基于金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)的唤醒电路设计实现TENG触发状态的识别,然后利用微控制器(Microcontroller unit,MCU)读取MOSFET的通断状态并处理,接着将MCU与上位机程序建立通信,最后利用上位机中的信号处理程序实现非接触智能密码锁的效果演示。该工作为TENG用于智能监测提供了实践借鉴,推动了TENG在物联网、人工智能等领域的商业化应用。

摘要：格栅式反推力装置通过改变格栅导向叶片来控制反推气流的流量和方向。反推出流模式描述了反推气流方向沿短舱周向的分布,需要满足反推效率、重吸入特性、有效出流面积等要求。文章开展典型翼吊布局民用飞机反推出流模式设计与验证。通过全机反推流动CFD数值模拟,分析反推气流行进轨迹以及作用因素,揭示反推气流重吸入流动机制,优化反推出流模式设计方案。通过风洞试验,验证反推出流模式设计方案在65 kn滑跑速度时无重吸入,同时确认CFD数值模拟方法能够准确预测反推重吸入速度边界以及进气道畸变位置,可用于全机反推出流模式设计与验证。

摘要：目的构建双层含骨基质骨器官芯片并用于体外模拟成骨细胞和破骨细胞分化,为抗骨质疏松药物开发提供新平台。方法使用WorkSoild软件制作双层双通道骨器官芯片设计图,利用光刻技术制备浇注母版。以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为原料,通过模具浇注制备芯片主体。以牛皮质骨片为间隔,分隔培养室4个通道进出口采用储液柱封闭。芯片验证实验分为成骨、破骨诱导组和成骨、破骨对照组,成骨、破骨诱导组将小鼠胚胎成骨细胞前体细胞MC3T3-E1和小鼠巨噬细胞RAW264.7分别接种于芯片上,成骨诱导14 d,破骨诱导7 d。成骨、破骨对照组为不进行诱导的MC3T3-E1细胞和RAW264.7细胞。观察指标包括:(1)芯片外观及密封性:芯片制备完成后拍照观察外观并通过密封实验观察密封性能。(2)生物相容性:MC3T3-E1细胞和RAW264.7细胞接种于芯片培养3 d及培养1、3、5 d后,分别采用钙黄绿素乙酰氧基甲酯/碘化丙啶(AM/PI)染色和细胞增殖及毒性检测试剂盒(CCK-8)实验观察细胞存活情况。(3)成骨分化情况:对成骨诱导组细胞进行碱性磷酸酶(ALP)染色、茜素红染色观察成骨细胞诱导情况。收集成骨诱导组和成骨对照组细胞RNA,qPCR检测成骨细胞标志基因Runt相关转录因子2(RUNX2)、骨钙素(OCN)、Ⅰ型胶原(COL1A1)表达情况,观察成骨细胞分化程度和成骨能力。(4)破骨分化情况:对破骨诱导组细胞进行抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色观察破骨细胞分化情况。提取破骨诱导组和破骨对照组细胞RNA进行破骨分化基因qPCR,检测破骨细胞标志基因TRAP、组织蛋白酶K(CTSK)和树突状细胞特异性跨膜蛋白(DC-STAMP)表达水平。结果双层含骨基质骨器官芯片大小为3 cm×3 cm,整体透光,芯片系统结构对接紧凑,无渗液。钙黄绿素AM/PI染色结果显示,MC3T3-E1细胞和RAW264.7细胞培养3 d后,呈红色荧光死细胞极少。CCK-8实验结果显示,MC3T3-E1细胞和RAW264.7细胞培养5 d内,细胞活力均在90%以上,表明芯片生物相容性好,细胞可以正常存活并增殖。ALP染色和茜素红染色结果显示,成骨诱导14 d,成骨诱导组MC3T3-E1细胞成功分化为成骨细胞并产生钙化结节。qPCR结果显示,成骨诱导组MC3T3-E1细胞的RUNX2相对表达量为4.98±0.74,显著高于对照组的0.99±0.03(P<0.01);MC3T3-E1细胞的OCN相对表达量为7.98±0.76,显著高于对照组的1.00±0.06(P<0.01);MC3T3-E1细胞的COL1A1相对表达量为7.07±0.56,显著高于对照组的0.97±0.03(P<0.01)。TRAP染色结果显示,破骨诱导7 d,破骨诱导组RAW264.7细胞形成巨大的多核破骨细胞,破骨细胞表达大量TRAP蛋白。qPCR检测结果显示,破骨诱导组RAW264.7细胞的TRAP相对表达量为3.35±0.37,显著高于对照组的1.01±0.06(P<0.01);RAW264.7细胞的CTSK相对表达量为3.46±0.79,显著高于对照组的1.01±0.05(P<0.01);RAW264.7细胞的DC-STAMP相对表达量为1.92±0.12,显著高于对照组的0.98±0.08(P<0.01)。结论双层含骨基质骨器官芯片结构紧凑,可长期体外培养,生物相容性好,可进行成骨和破骨细胞分化诱导,有望为骨质疏松机制探究和药物筛选提供新的研究平台。

摘要：目的构建微流控器官芯片,并评估其在模拟骨关节炎进程中软骨下骨骨重塑的能力。方法基于微流控技术和细胞共培养技术设计芯片主体,MC3T3-E1细胞贴壁培养在细胞接种小室的内部,在细胞接种小室的底部以0.5 ml/min的流速灌流培养基。评价指标:(1)微流控器官芯片的评价:灌流生长培养基,采用模拟仿真实验测试不同时间点细胞接种小室内部和底部液体的浓度差和平衡时间;活死染色观察细胞在设定流速下连续培养3、7 d的生物相容性,分为3 d组和7 d组。(2)微流控器官芯片的促成骨作用:灌流成骨诱导培养基,通过碱性磷酸酶(ALP)染色和PCR比较细胞在静态和灌流条件下3、7 d的黑色ALP阳性细胞数量和成骨相关标志基因成骨特异性转录因子2(RUNX2)、Ⅰ型胶原(COL1A1)、骨形态发生蛋白-2(BMP-2)、骨钙素(OCN)的表达情况,分为静态未诱导组、静态诱导组和灌流诱导组。(3)三种成骨细胞亚型外泌体(EVs)的形态和大小表征及生物相容性:获取三种不同细胞亚型[内皮型成骨细胞(EnOB)-EVs、基质型成骨细胞(StOB)-EVs和矿化型成骨细胞(MinOB)-EVs],通过透射电镜和粒径分析获取形态和大小;灌流含有三种不同细胞亚型EVs的生长培养基,通过细胞增殖/凋亡检测实验比较添加不同EVs浓度(1、1.25、2.5、5μg/ml)24 h的生物相容性,分为EnOB-EVs组、StOB-EVs组、MinOB-EVs组。(4)三种成骨细胞亚型EVs的促成骨作用:灌流含有三种不同细胞亚型EVs的成骨诱导培养基3 d,通过ALP染色和PCR比较黑色ALP阳性细胞数量和成骨相关标志基因RUNX2、COL1A1、BMP-2、OCN的表达情况,分为无EVs组、EnOB-EVs组、StOB-EVs组和MinOB-EVs组。结果(1)微流控器官芯片的评价:模拟仿真结果显示,在持续灌流12 h后,上室最上层浓度达到下室浓度的95%以上,最下层为下室浓度的96.5%左右,上下室的浓度差达到平衡状态。活死染色结果表明,芯片在0.5 ml/min的流速下,生物相容性好,灌流3、7 d细胞存活率分别为(99.48±0.12)%、(97.07±1.05)%(P0.05);静态未诱导组COL1A1、BMP-2、OCN表达水平分别为1.00±0.03、1.00±0.13、1.00±0.09,静态诱导组分别为9.38±0.25、14.27±4.35、84.01±4.02,灌流诱导组分别为2.39±0.08、133.64±8.87、86.64±8.36(P<0.01)。3、7 d时静态未诱导组、静态诱导组和灌流诱导组相互比较,均为灌流诱导组的促成骨能力最强。(3)三种成骨细胞亚型EVs的形态和大小表征及生物相容性:透射电镜下EnOB-EVs、StOB-EVs、MinOB-EVs均为典型的茶托状形态。粒径分析结果显示,EnOB-EVs、StOB-EVs、MinOB-EVs的大小分别为(91.3±14.7)nm、(106.0±16.0)nm、(68.1±10.7)nm。细胞增殖/凋亡检测结果显示,EnOB-EVs、StOB-EVs、MinOB-EVs的最佳给药浓度均为1.25μg/ml。(4)微流控器官芯片对于三种EVs促成骨功能验证:ALP染色结果显示,无EVs组黑色ALP阳性细胞最少,添加EnOB-EVs组其次,StOB-EVs组再者,MinOB-EVs组最多。PCR结果显示,无EVs组RUNX2、COL1A1、BMP-2、OCN表达水平分别为1.00±0.01、1.00±0.03、1.00±0.02、1.00±0.02,EnOB-EVs组分别为1.95±0.11、6.78±2.04、7.99±0.57、6.93±3.83,StOB-EVs组分别为0.79±0.12、5.68±1.53、12.59±3.15、25.59±0.95,MinOB-EVs组分别为0.68±0.

摘要：井口吸力桩表层建井技术在天然气水合物开采、边际油田开发、军事航道区水下开发等领域具有良好应用前景,但在井口吸力桩安装过程中存在贯入不到位导致水下井口出泥过高引发钻井工况复杂载荷下水下井口失稳难题,有必要开展极限贯入深度研究。基于井口吸力桩贯入阶段力学模型,考虑沉贯阻力和极限吸力,建立了井口吸力桩极限贯入深度模型。结合南海西部X井位工程实例,开展了井口吸力桩表层建井设计,计算了直径为6 m的井口吸力桩贯入过程中的阻力,给出了井口吸力桩极限吸力设计参数。计算结果表明:在南海西部X井位安装井口吸力桩,其极限吸力的主要限制因素为临界吸力和水泵吸力;极限贯入深度主要受土质类型和强度、临界吸力的影响,强度高和渗透性好的土体会导致极限贯入深度减小;X井位井口吸力桩极限贯入深度为26.75 m。本文极限贯入深度的计算分析可为井口吸力桩的设计和现场施工提供技术参考。

摘要：【目的】绿氨作为氢能的优质载体,生产工艺无碳化的优势使其成为实现碳中和目标的备选能源之一,因此绿氨终端站的布局与建设对促进氢能产业链的快速发展具有重要作用,有利于推动社会能源结构的绿色转型。【方法】概述了氨的性质:氨作为高效的储能与储氢介质,具有高能量密度、易储运、终端站无碳排放、安全性高等特点,能够显著降低储氢、运氢、用氢的成本,并可提高能源安全性。分析了氨用于储氢与储能介质具有的能量密度高、安全、长时储能等优势,调研了全球多国的氨氢项目发展与贸易情况,论述了全球快速增长的绿氨产能及需求,总结了目前氨能的贸易现状与终端站建设情况;对比目前成熟的LNG接收站相关工艺技术,详细介绍了绿氨终端站的关键工艺及技术,包括终端站绿氨存储工艺系统、液氨蒸发气处理工艺系统、终端站加注及卸载工艺系统。【结果】提出绿氨终端站的安全性问题,深入剖析了终端站液氨泄漏导致的毒性、燃烧爆炸性等危害,并给出了预防及防护措施。【结论】从化肥行业到能源领域,绿氨终端站技术的研究与发展对促进绿色能源氢能的利用具有重要意义,未来绿氨终端站的数量与规模将持续增加以适应新时代的需求,同时可以考虑改造LNG接收站等大宗能源及化工品储运设施以降低成本。(图5,表3,参59)

摘要：气液固流化床是一类重要的多相反应器,在化工及相关过程工业中有着广泛的应用。然而,由于对该类反应器内复杂的多相流动结构的定量描述十分有限,目前其设计和放大仍主要依赖经验,致使放大成功率低,反应结果达不到预期效果。因此,建立和完善气液固流化床内的三相流动机理模型,是实现该类反应器科学设计和放大的关键环节。对气液固流化床内的三相流动机理模型的研究进展进行了分析,着重总结了三相流动介尺度机理模型研究的新进展,并指出了存在的问题和进一步研究的方向,希望为该类反应器的基础研究和工业应用提供参考。