面向综合设计能力培养的机械类课程改革探索与实践

面对“中国制造2025”战略计划和国家经济产业结构优化对机械类人才综合设计能力培养的要求,南京工业大学以课程改革为突破口,依托学校两个机械类国家一流专业建设点,重组课程模块,形成学生综合设计能力培养的递进式课程体系;促进科教融合和产教融合,实施包含构想创意、初始方案、设计理论、设计过程和创新结果的全链式教学方式;实施分阶段评价,采用全程式评价方法,最终建立了面向学生综合设计能力培养的机械类课程体系,以期提升学生的工程素养、研究能力、设计能力和创新能力。

混合流动控制对风机叶片气动特性的影响

针对风力机叶片失速会降低风力机输出功率的问题,文章首先基于Fluent软件建立了NREL Phase Ⅵ风力机气动特性分析模型,计算风速为13 m/s时风力机叶片截面压力系数及功率特性,并与风洞实验数据进行对比,验证风力机气动特性分析模型的准确性;然后,将主动射流和涡流发生器(VGs)耦合到风力机叶片上,发现随射流孔宽度和涡流发生器高度的增加,风力机功率均呈先增后减趋势;最后,建立混合流动控制的风力机气动分析模型,研究射流与VGs弦向间距及后缘VGs高度对风力机气动特性的影响。研究表明:当间距为0.3C(C为翼型弦长)时,风力机输出功率达到最高,相比于射流单一控制,增幅为6.61%;当后缘VGs高度为15 mm时,混合式流动控制的效果最佳,风机功率最高。

风力机涡流发生器斜向布局多目标优化

基于最优拉丁超立方试验设计法确定涡流发生器斜向布局参数和试验方案,耦合计算流体力学方法(CFD)和滑移网格技术计算风力机的推力和扭矩,并耦合反向传播(BP)神经网络与遗传算法,建立风力机涡流发生器斜向布局气动性能模型。通过5组测试算例,建立遗传算法优化BP神经网络的风力机涡流发生器斜向布局气动性能模型,气动性能模型预测值和模拟仿真值的误差与均方根均较小,表明气动模型的准确性较高。耦合多目标遗传算法,构建风力机涡流发生器斜向布局多目标优化方法,开展风力机涡流发生器优化。结果表明:相比原涡流发生器方案,优化后的涡流发生器诱导涡的最大涡量增大10.47%,风力机叶片截面流动分离得到有效抑制,风力机功率提升9.963%,而推力仅增大1.864%,风力机气动性能得到进一步提升。

大学生网络成瘾问题现状及对策

[目的]分析大学生网络成瘾的现况及影响因素,并据此提出干预对策。[方法]采用自制问卷、抑郁症筛查量表(PHQ-9)、广泛焦虑障碍量表(GAD-7)和网络成瘾自评量表(IADQ)对3092名某医科大学在读大学生进行调查。单因素分析采用卡方检验,多因素分析采用多元logistic回归分析筛选影响网络成瘾的相关因素。[结果]单因素分析显示,父母文化程度、家庭关系、家庭经济情况、抑郁情况和焦虑情况对大学生网络成瘾的影响有统计学意义;多元logistic回归分析显示,以未诊断为网瘾的学生为参考,抑郁情况和焦虑情况对大学生诊断为网瘾高风险者和诊断为网瘾的概率有统计学意义;家庭经济情况、父母文化程度对大学生诊断为网瘾的概率有统计学意义。[结论]大学生网络成瘾与父母文化程度、家庭关系、家庭经济情况以及自身心理状况相关。

基于DEM的直升机沙盲加速计算方法

直升机沙盲数值模拟是研究沙盲演化特性的重要手段,而沙盲由众多动力学特性复杂的沙粒构成,这导致沙盲数值模拟复杂且计算量庞大。基于离散单元法(DEM)和沙粒动力学方程,将沙粒映射至背景网格实现加速计算,并将背景网格分裂为多子区再次加速计算,构建背景网格映射-分裂加速计算模型,且耦合沙粒接触碰撞模型、沙粒-流场耦合模型、旋翼/地面气动干扰模型,提出基于DEM的直升机沙盲加速计算方法。通过与美国陆军EH-60L着陆-起飞沙盲测试结果对比表明:所提方法能准确捕捉着陆-起飞状态的直升机沙盲,且相比于沙盲直接模拟方法,所提方法计算量显著减小。直接模拟方法的计算量随沙粒数量抛物线增加,而所提方法计算量随沙粒数量线性增加。当沙粒数量大于1×10^(7)时,相比于仅背景网格映射模型加速方法,所提方法计算量减小70.29%。

直升机“沙盲”现象研究进展

直升机近地飞行时,旋翼近地面干扰诱发非定常流动,推动地面沙尘扬起,形成“沙盲”现象,严重威胁直升机飞行安全,针对“沙盲”现象开展气动基础问题研究非常重要。本文从直升机“沙盲”计算方法、试验方法、形成机理、抑制方法等4个角度介绍直升机“沙盲”现象相关研究进展。综合相关研究成果可以发现:耦合涡方法(或CFD方法)和拉格朗日沙粒跟踪方法能够实现沙云轮廓和“沙盲”现象模拟,但尚需进一步体现复杂沙床表面、脉动湍流及沙粒迁移、聚集、起跳和扬起等关键因素;基于高速PIV和相机搭建的“沙盲”试验系统能够获得沙云形态数据,但仍需进一步研究沙云两相流测试技术和沙云空间浓度测试技术,深入探索沙粒驱动机制和“沙盲”演化机理,以及能够有效抑制“沙盲”现象的方法和技术途径。

基于反向传播神经网络的风力机涡流发生器优化

采用最优拉丁超立方试验设计法细化涡流发生器参数,确定试验方案,仿真计算风力机的推力和转矩,获得试验数据.基于反向传播(BP)神经网络,构建遗传算法优化BP神经网络的风力机涡流发生器气动性能模型,通过计算气动性能模型预测值与仿真值的误差与均方根,验证气动性能模型的可靠性;耦合鱼群算法和风力机涡流发生器气动性能模型,建立风力机涡流发生器优化方法,对涡流发生器高度、长度和安装角度进行迭代求解,实现涡流发生器优化.结果表明:相比原涡流发生器方案,涡流发生器优化后的风力机叶片截面流动分离得到有效抑制和延迟,表面流体分离现象得到改善,风力机功率提升1.711%,推力下降0.875%.

三维连续丘陵对NREL风力机功率特性的影响分析

为掌握连续丘陵地形对风力发电机功率特性的影响,基于CATIA软件和三维计算流体力学CFD软件(Fluent)建立NREL PhaseⅥ风力机气动模型,并耦合三维连续丘陵地形模型和风切变模型,得到连续丘陵条件下的风力机气动特性分析方法。通过与NREL PhaseⅥ风力机大气边界层(ABL)风洞中的实验数据对比,验证本文风力机气动特性分析方法的准确性。随后,分析风力发电机在平坦地面和丘陵地形的风力机功率,并改变风力机相对于丘陵位置以及丘陵的形状,研究连续丘陵对风力机的转矩、推力及功率的影响规律,获得连续山体模型最佳的风力机摆放位置。研究表明,位于第2座山体顶部的风力机功率最高,当风力机置于丘陵下游地区需尽量避免失速区,且位于山体侧边风力机功率高于位于山体前后的风力机。

风轮间距与相位角对双风轮风力机功率特性的影响

采用雷诺平均N-S方程和滑移网格建立双风轮风力机气动特性分析模型,将风力机叶片压力分布和功率特性计算值与实验值进行对比,并分析双风轮间距和相位角对风力机功率特性的影响规律。结果表明:前风轮的输出功率基本不受风轮间距的影响,后风轮的输出功率随风轮间距的增大而减小,且降幅逐渐增大;随着风轮相位角的增大,前风轮的输出功率先减小后增大,后风轮的输出功率先增大后减小;当风轮相位角为30°和75°时,双风轮风力机总输出功率分别达到最大值和最小值。

叶片旋转方向对NREL Phase Ⅵ风力机功率特性的影响分析

风力机叶片旋转方向影响风力机流场特性,并改变风力机之间的气动干扰,从而影响风力机功率特性。为掌握风力机叶片旋转方向对风力机功率特性的影响规律,基于CATIA软件建立NREL PhaseⅥ风力机模型,并基于三维计算流体力学(CFD)软件(Fluent)建立风力机气动特性分析模型。通过计算各风速下的风力机叶片表面压力分布和功率特性,并与美国国家能源部可再生能源实验室的NREL PhaseⅥ风洞实验数据对比,验证本文风力机分析模型准确性。随后,计算分析2台相同叶片旋转方向的NREL PhaseⅥ风力机功率特性随风力机间距的变化。分析表明,在不同风力机间距下,上游风力机输出功率基本保持不变,而下游风力机输出功率随风力机间距增大而增大;当两风力机间距为12倍直径时,下游风力机输出功率恢复至正常水平的92.1%。最后,计算分析2台相反叶片旋转方向的NREL PhaseⅥ风力机功率特性随风力机间距的变化。相比于相同的叶片旋转方向,叶片旋转反向将增加下游风力机输出功率,且功率增幅随着间距增大而逐渐减小;风力机间距为4倍直径时,功率增幅达到最大值,约为4.4%。

地西他滨联合CAG治疗TET2阳性老年急性髓细胞白血病的疗效观察

目的:研究地西他滨联合CAG(盐酸阿柔比星+阿糖胞苷+粒细胞集落刺激因子)治疗TET2阳性老年急性髓细胞白血病(acute myelocytic leukemia,AML)的效果。方法:选取2013年1月-2020年9月本院收治的46例TET2阳性老年AML患者,其中2013年1月-2018年1月TET2阳性老年AML患者23例为对照组实行CAG方案,2018年6月-2020年9月TET2阳性老年AML患者23例为观察组实行地西他滨+CAG方案,比较两组疗效。结果:用药后,两组CD3^(+)、CD4^(+)及CD4^(+)/CD8^(+)指标均降低,且观察组均低于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。观察组总有效率较对照组更高,差异有统计学意义(P<0.05)。两组白细胞恢复时间、血小板输注量比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。两组各项不良反应率比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。结论:地西他滨联合CAG方案治疗TET2阳性老年AML患者能提高疗效,不会增加不良反应,值得推广。

胎羊体外循环术后心脏和胎盘的代谢组学变化

目的探讨体外循环对胎羊心脏和胎盘组织代谢的影响,研究代谢改变与器官功能变化之间的关系。方法10只孕羊(孕90~120 d)随机分为两组,对照组胎羊仅开胸不建立体外循环(ECC),转流组胎羊开胸ECC转流1 h。实验期间监测胎羊血气和心肌酶,超声测量左右心室Tei指数、每搏输出量、脐动脉搏动指数和阻力指数。转流结束后,取胎羊的心脏和胎盘组织,进行非靶代谢组学检测,比较两组间的代谢组学差异。结果转流过程中转流组胎羊左右心室的Tei指数明显增加,心率和搏出量下降,脐动脉搏动指数和阻力指数无明显变化。转流组心脏代谢变化主要表现为脂肪酸代谢和氨基酸分解增强;胎盘代谢变化较小,转流组代谢组学结果与对照组无明显差异。结论胎羊ECC影响心脏功能,心脏组织分解代谢为主。短时间转流对胎盘功能影响较小,组织代谢改变不明显。

3D打印个体化补偿物在肛管癌放疗中的研究

目的为肛管癌放疗患者提供一种3D打印个体化定制组织补偿物的方法,并进行剂量学和精度研究。方法利用3D打印技术,打印出与患者皮肤贴合度好的组织补偿物,并设计多种放疗方案进行剂量学比较和验证,然后利用仿真人体模型进行胶片剂量验证,得出浅表肿瘤部位的剂量学准确性。结果四组放疗方案的正常组织受量均能满足临床要求;靶区覆盖度D_(98)分别为(64.8±1.6)、(64.5±1.67)、(64.6±1.3)、(64.7±1.4)Gy,靶区覆盖度均能满足临床要求且没有统计学差异;靶区最高剂量D_(max)分别为(73.7±2.1)、(69.7±1.3)、(68.9±2.3)、(68.6±1.6)Gy,Plan A的靶区最高剂量最大,且有统计学差异。胶片剂量验证结果显示,没有加补偿物的放疗计划以及采用常规补偿物的放疗计划,肿瘤浅表部位的计划剂量与实际测量剂量平均偏差较大,分别为37.1%和12.6%,3D打印个体化补偿物的剂量平均偏差最小,为6.9%。结论3D打印个体化组织补偿物满足肛管癌俯卧位放疗的要求,空气间隙小,与患者皮肤贴合度好,能真正提高肛管癌浅表肿瘤的组织受量。

连续山丘地形上风力发电机功率输出特性数值分析

风力发电机在连续山丘上的位置对功率输出影响较大,为研究双风机与山丘的复杂气动干扰,建立了基于三维计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)软件数值分析方法。该方法中,建立新的三维丘陵模型以体现丘陵黏性效应,通过对数函数构建风切变模型,并嵌入“FLUENT”软件。随后将本方法应用于NREL Phase VI风力机,并与大气边界层(Atmospheric boundary layer,ABL)风洞实验数据对比,验证本文风力机气动特性分析方法的准确性。随后,分析风力发电机在平坦地面和丘陵地形的风力机功率,并改变风力机相对于丘陵位置以及第一个丘陵的形状。结果表明,位于第二座山体顶部的风力机功率最高,当风力机置于丘陵下游地区需尽量避免失速区,且位于山体侧边风力机功率高于位于山体前后的风力机。

风轮尺寸与旋向对双风轮风力机功率特性的影响分析

为掌握双风轮风力机风轮尺寸与旋向对其功率特性的影响规律,文章建立了双风轮风力机气动特性分析模型,并与美国国家能源部可再生能源实验室的实验结果进行了对比,计算分析了双风轮尺寸和旋向对风力机功率特性的影响规律。结果表明:当风速为10 m/s时,设计的双风轮风力机比单风轮双叶片风力机输出功率提升了84.9%;随着风轮半径增大,双风轮风力机输出总功率逐渐增加;当前、后两风轮反向旋转时,双风轮风力机前风轮大后风轮小的布局可获得更高的输出功率,且增幅随着后风轮半径增大先减小后增大,最大增幅为5.3%;除前、后两风轮半径相同的情形之外,双风轮风力机前、后两风轮同向旋转时输出总功率更大。

小鼠骨髓浆细胞样与髓样树突状细胞的体外培养及对比研究

目的:建立小鼠骨髓浆细胞样与髓样树突状细胞亚群的体外培养、分离及鉴定的方法,探讨小鼠骨髓树突状细胞亚群间生物学功能的差异。方法:获取C57BL/6小鼠骨髓细胞,利用重组小鼠fms样酪氨酸激酶受体3配体(rmFlt3-L)诱导其向pDC及mDC亚群分化,并利用流式细胞仪及磁珠抗体对小鼠骨髓DC亚群进行分离与鉴定,计算不同时间点细胞数量及mDC与pDC的占比,确定最佳分选时间,然后将Lewis肺癌细胞裂解物分别刺激mDC及pDC,观察DC细胞形态、利用流式细胞仪检测各组免疫表型分子的变化、ELISA法检测细胞因子的分泌情况及CCK-8法检测淋巴细胞的增殖情况。结果:小鼠骨髓细胞经rmFlt3-L体外诱导培养8~9d,可获得表型为CD11c+CD11b-B220+pDC与CD11c+CD11b+B220-mDC。功能方面,在负载Lewis肺癌细胞裂解物条件下,mDC组分泌的IL-12及TNF-α均高于pDC组(P<0.05);mDC组刺激淋巴细胞增殖的能力均高于pDC组(P<0.05)。形态上,mDC体积较大,细胞核不规则,且细胞周边见较多的“突起”;而pDC体积较小,呈类圆形,大部分细胞表面无“突起”。免疫表型方面,负载Lewis肺癌细胞裂解物的mDC组细胞表面CD80、CD86、CD40及MHC-Ⅱ类分子平均荧光强度值高于pDC组。结论:小鼠骨髓细胞在rmFlt3-L的刺激诱导下分化成pDC与mDC亚群,负载肿瘤细胞裂解物的mDC的生物学功能强于pDC,可能与mDC的形态成熟与共刺激分子表达上调相关。

重视物理实验教学,提高物理教学实效

实验是物理学的基础,实验为探索自然界的物理规律提供了有力的支持;实验对物理理论猜想的正确性进行了有效的验证;实验能够开拓物理应用的新领域,促进科学的蓬勃发展,推动人类文明的进程。本文重点从实验在物理教学中的重要性出发,分析论证实验与物理教学二者的关系,就当前农村中学物理实验教学中存在的诸多问题进行剖析,并以此对如何有效开展物理实验教学提出自己的建议。

辐照室穿墙布线孔洞位置设计的初步探讨

目的探究在辐照室穿墙布线并符合辐射防护三原则的方法。方法选定一个后装治疗机及机房,辐照室与操作室之间的墙面预留一个直径为8.3 cm的布线孔洞,测量并比较辐射剂量仪位于操作室内孔洞旁不同位置和放射源位于辐照室内孔洞旁不同位置的最高辐射剂量率。结果放射源距离孔洞延长线越远,辐射到室外的放射线越小;放射源固定时,在辐照室外距离孔洞延长线越远,受到的辐射越小,在孔洞延长线上受到的辐射远大于其他情况。结论根据辐射防护的三原则,由测量结果可以得出,在辐照室内,放射源可能经过的位置不得位于孔洞延长线上,应尽量远离孔洞延长线;在操作室内,工作人员和公众居留因子高的位置应尽量远离孔洞延长线;孔洞面积应尽可能的小。

基于放射组学的盆腔肿瘤不同调强放疗技术γ通过率的预测研究

目的采用基于放射组学的机器学习方法,探索盆腔肿瘤不同调强放疗技术下γ通过率(GPR)分类预测模型的可行性,并比较了4种集成树模型的分类性能。方法回顾性收集了409例使用不同调强放疗技术的计划,采用基于模体测量方式的三维剂量验证结果,γ通过率标准为3%/2 mm、10%剂量阈值。提取基于剂量文件的放射组学特征构建预测模型。分别采用随机森林、自适应增强、极端梯度提升树和轻量级梯度提升机4种机器学习算法,并且通过计算灵敏度、特异度、F1分数及曲线下面积(AUC)值来评估它们的分类性能。结果随机森林、自适应增强、极端梯度提升树、轻量级梯度提升机模型的灵敏度和特异度分别为0.96、0.82、0.93、0.89和0.38、0.54、0.62、0.62,F1分数和AUC值分别为0.86、0.81、0.88、0.86和0.81、0.77、0.85、0.83。其中极端梯度提升树模型的灵敏度达到0.93,特异度、F1分数和AUC值均为最高,要优于其他3种模型。结论针对采用不同调强放疗技术的盆腔肿瘤调强计划,使用基于放射组学的机器学习方法来构建伽马通过率分类预测模型具有一定的可行性,能够为将来GPR预测的多机构合作研究提供基础。

基于SHAP值特征选择的γ通过率分类预测及解释

目的:探索SHAP值结合极端梯度提升树(XGBoost)算法的特征选择技术来构建调强放疗γ通过率预测模型的可行性和有效性,并给出相应的模型解释。方法:回顾性分析2020年11月至2021年11月在湖南省肿瘤医院接受盆腔固定野调强放射治疗的196例肿瘤患者采用基于模体测量方式的调强放疗计划的剂量验证结果,γ通过率标准为3%/2 mm、10%剂量阈值。提取基于剂量文件的影像组学特征并使用SHAP值结合XGBoost算法进行特征筛选后构建预测模型。分别选取特征数量为50、80、110、140个,构建四种机器学习分类模型,计算曲线下面积(AUC)值、召回率及F1分数评估预测模型的分类性能。结果:基于SHAP值特征选择的110个特征构建的预测模型AUC值为0.81,召回率达到0.93,F1分数为0.82,均优于其他三个模型。结论:针对盆腔肿瘤调强放疗计划,可以采用SHAP值与XGBoost算法结合以选择用于预测的最佳影像组学特征子集来构建γ通过率的预测模型,并能通过SHAP值给出模型输出解释,可能在理解依赖机器学习模型所做的预测方面提供价值。