摘要：分数阶导数模型是描述黏弹性材料本构关系的理想模型。进行了分数阶导数线性系统非平稳随机振动的灵敏度分析。建立分数阶导数系统动力响应的时域显式表达式;采用灵敏度分析的直接求导法或伴随变量法,推导系统动力响应灵敏度的时域显式表达式;提出分数阶导数系统响应统计矩灵敏度高效计算的时域显式方法。所提出的基于直接求导法和伴随变量法的时域显式方法,分别适用于少设计变量和多设计变量两种情况下的响应统计矩灵敏度分析。以非平稳地震激励下设置分数阶导数黏弹性阻尼器的层剪切结构为数值算例,验证了所提方法的计算精度和计算效率。

摘要：针对盾构隧道纵向刚度计算未考虑衬砌差异变形、接头特征及错缝拼装增强效应,定义考虑错缝拼装作用的横向刚度有效率,提出衬砌差异变形系数与接头等效刚度修正系数.推导盾构隧道纵向等效刚度计算式并结合数值法开展算例分析,探讨纵向等效刚度对不同修正系数的敏感性.研究表明:衬砌结构承载时,水平变形较竖向变形小15%,假定两方向变形相同存在不足;利用实际接头和等效螺栓环计算管片环缝张开量相差17.6%,接头等效为螺栓环存在不容忽视的误差;衬砌错缝拼装使横向刚度提高了17.5%,对隧道纵向刚度影响显著;盾构隧道纵向刚度计算中,考虑衬砌差异变形、接头特征及横向刚度与否对应的等效刚度相差14.3%,对隧道纵向结构特性产生了明显的影响;隧道纵向刚度随着衬砌差异变形的增大近似线性减小,且随接头等效刚度修正值和横向刚度同向线性变化.

摘要：针对重度尿失禁患者并发输尿管逆流问题,提出一种形状记忆合金(SMA)驱动的硅胶膜式膀胱配流阀,建立了驱动元件数学模型和配流阀有限元仿真模型,仿真分析并优化设计了配流阀的结构参数,搭建模拟实验平台实验研究了驱动元件温升特性、尿道尿流率特性、输尿管逆流率特性和配流阀交替启闭特性。结果表明,该阀尿液配流原理可行,启闭特性良好,尿流率特性和逆流率特性满足人体膀胱储排尿要求,结构紧凑,模型有效,可为优化设计适用于临床的膀胱配流阀提供指导,也可为其他人工括约肌的设计提供借鉴和参考。

摘要：针对现有尿道阀存在引发尿道组织血液循环不畅甚至坏死等问题,提出一种基于膀胱尿液容量反馈的形状记忆合金(SMA)驱动尿道阀,建立尿道阀数学模型和有限元模型,仿真分析了尿道阀的压闭、反馈和驱动机构参数对启闭特性的影响,搭建模拟实验平台,实验研究了尿道阀的反馈调节特性和尿流率特性。结果表明,尿道阀原理可行,通过增大阀芯初始角、减小阀芯与尿道接触面积和膀胱支撑膜面积,均可改善尿道阀的启闭特性,尿流率达14 ml/s,与人体尿动力学规律相符;该研究可为适用于临床的尿道阀的设计提供指导,也可为其它人工括约肌的设计提供借鉴和参考。

摘要：针对植入式膀胱尿液容量监测系统存在损伤膀胱组织、传感器易脱落及尿液容量预测模型精度低等问题,设计了一种基于多点位分布式力检测的植入式膀胱尿液容量监测系统,并提出了一种基于SVM-RBFNN的变姿态膀胱尿液容量预测模型。该系统通过体内装置多个微型力传感器和无线通讯模块实现膀胱压力信号的采集和传输;体外装置对压力信号进行接收、处理、显示和存储,并通过无线供能模块向体内装置供电。该模型通过结合支持向量机(SVM)和径向基函数神经网络(RBFNN)实现变姿态下的尿液容量预测。通过搭建模拟实验平台,对该系统和预测模型进行测试。测试结果表明:监测系统可稳定采集膀胱压力信号,传感器不易脱落。预测模型姿态识别正确率达93.75%。尿液容量预测平均精度达96%以上,最大误差绝对值和预测精度均优于BP神经网络。可为设计新型的膀胱尿液容量监测系统提供技术指导。

摘要：针对植入式膀胱尿液容量或压力监测装置体积大、损坏膀胱组织及与尿液接触引起感染等问题,设计了一种基于分布压力检测的植入式膀胱尿液容量监测系统。该系统由体内装置和体外装置构成,体内装置测量膀胱底部作用于压力传感器的压力信号,并通过无线传输模块发送至体外;体外装置通过磁谐振耦合无线供能向体内装置供电,并接收体内压力传感器采集的压力信号。模拟实验表明:该系统可稳定的采集膀胱压力信号并实现对膀胱尿液容量的监测,测量误差达到11.5%。系统不损坏膀胱组织、与尿液非接触、工作可靠,可为设计开发新型的便携式膀胱尿液容量监测装置提供技术指导。

摘要：文章借助计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)软件开展变截面管段浮运与沉放过程的绕流模拟,在模型试验验证的基础上,揭示管段浮运与沉放过程水流流场、压力场及涡动结构演化特征,并以此为基础,评价管段浮运和沉放方案的合理性。研究表明:CFD计算结果与模型试验结果吻合,数值模拟管段浮运可行且具备合理性;管段浮运与沉放阶段,迎水面均匀流绕流管段并加速减压,来流被挤向主流区,使水流与壁面边界层分离,在尾部形成回流区;管段表面局部出现紊流,并在壁面周围形成旋涡,涡动随流速的增加而逐渐增强。对数值计算结果进行分析,结果表明:管段沉放系泊采用的重力锚与地锚稳定性满足设计要求;管段浮运牵引及沉放系泊的钢缆拉力显著小于设计破断荷载,管段浮运与沉放钢缆方案满足强度要求。文中对管段浮运、沉放牵引钢缆方案进行了优化。

摘要：为了探索高内水压作用下盾构隧洞多层复合衬砌力学特征,文章以广州西江引水工程盾构隧洞为工程实例,分析多层复合衬砌承载及相互作用机制,建立复合衬砌盾构施工精细的计算模型,揭示复合衬砌力学特性及其影响因素,并以此为基础,评价复合衬砌防渗效果。研究表明:该实例多层复合衬砌可采用以压剪为主、局部抗压的相互作用模型;外管片在手孔处应力集中,局部出现了微裂缝,其他区域应力水平较低,复合衬砌能满足承载要求;外管片在内水压作用下接头张开,最大张开量小于接头极限变形值与张开量控制值,管片接头不会出现外水内渗;内衬自密实混凝土最大拉应变小于极限拉应变,也未形成贯通的塑性区,混凝土未出现裂缝,因而满足抗渗要求;内水压作用下内衬钢板产生的最大应力远小于屈服强度,这说明钢板仍然处于弹性承载阶段,其强度与刚度未被削弱;内衬钢板可有效地抑制内水压引起的衬砌外张,内衬混凝土应力随着钢板厚度的增加而减小;内衬轻质垫层的布置边界需避开外管片手孔、接头等部位,以减缓管片结构应力集中;不同内衬自密实混凝土厚度对衬砌应力影响较小,在隧洞净空允许的前提下宜取相对大的厚度。

摘要：以应用于车载辅助电源模块APM(auxiliary power module)的DC-DC变换器设计为研究对象,提出1种由三电平升压型TL-Boost(three-level Boost)拓扑和半桥LLC谐振拓扑构成的两级式DC-DC变换器拓扑结构,分析其工作原理。前级TL-Boost拓扑将宽范围的输入电压转换为稳定电压,保证了后级半桥LLC谐振拓扑的高效率运行。通过搭建实验平台并进行相关实验,结果验证了所提DC-DC变换器的可行性和正确性。

摘要：基于介电润湿(EWOD)效应的数字微流控(DMF)系统能实现微升级别的多个液滴移动、分裂、合成等操作。针对目前基于EWOD的DMF系统液滴生成和分裂精度不高、效率低、难以精准控制的问题,在传统的电极设计基础上,设计了一种可以实现液滴精准生成和分裂的混合型驱动电极的EWOD芯片,并且研制了能与设计芯片匹配的驱动控制系统。最终实现了一套具备液滴生成、分裂、定位以及反馈功能的数字微流控方案。实验结果表明提出的方案能够提高液滴生成和分裂的成功率和可靠性。与传统的正方形驱动电极的EWOD芯片相比,该EWOD芯片液滴生成的误差率降低了约7%,单个液滴生成的时间缩短了约240 ms。同时研制的基于嵌入式系统和机器视觉的驱动控制系统可以为其他研究EWOD器件的相关团队提供一个可靠的一体化实验验证平台。