超高性能混凝土劈拉损伤破坏的声光联合表征

为研究超高性能混凝土(UHPC)的劈拉破坏特征,采用3种不同的加载速率(0.1、0.01、0.001 mm/s)进行劈拉加载,在加载过程中采用数字图像相关(DIC)方法非接触观测裂缝演化,同时结合声发射(AE)技术对UHPC的破坏全过程进行动态监测,并基于DIC应变云图、AE参量分析试件的破坏特征。结果表明,钢纤维的掺入改善了混凝土的脆性,UHPC峰后荷载-位移曲线下降更平缓,没有出现急剧下降的情况;加载速率越高,UHPC测出劈拉强度越高,符合混凝土速率效应规律,加载速率由0.001 mm/s提升到0.01 mm/s和由0.01 mm/s提升到0.1 mm/s,劈拉峰值荷载分别提高了27.9%和28.5%。采用DIC法进行UHPC劈拉试验的变形测量可获得连续的变形数据,能完整地捕捉裂缝的开展过程,证明DIC能很好地反映试件表面裂缝开展演化过程。基于RA-AF值分析可以快捷、有效地判断混凝土中裂缝的开展类型。根据分析结果,UHPC劈拉试验的裂缝类型绝大多数为拉伸裂缝,且随着加载速率的提高,拉伸裂缝占总裂缝的比例提高。

经颅磁声电刺激强度对小鼠前额叶皮质网络可塑性的影响

背景:经颅磁声电刺激是一种新型无创的神经调控技术,利用超声波与静磁场耦合作用产生的感应电场调节神经系统的放电活动,但其影响大脑突触可塑性的作用机制研究尚浅。目的:探讨经颅磁声电刺激强度对小鼠前额叶皮质神经网络突触可塑性的影响。方法:①动物实验:将24只C57小鼠平均且随机分为4组,对照组(接受伪刺激)、刺激6.35 W/cm^(2)组(接受0.3 T、6.35 W/cm^(2)的耦合刺激)、刺激17.36 W/cm^(2)组(接受0.3 T、17.36 W/cm^(2)组的耦合刺激)和刺激56.25 W/cm^(2)组(接受0.3 T、56.25 W/cm2的耦合刺激),记录小鼠执行T迷宫过程中局部场电位信号和行为学正确率。②建模仿真实验:构建经颅磁声电刺激小鼠前额叶皮质神经网络模型,分别比较不同刺激强度下神经网络结构连接特性。结果与结论:①经颅磁声电刺激能够有效缩短小鼠行为学习时间,工作记忆能力得到改善(P<0.05),且习得行为后继续刺激小鼠前额叶,各组小鼠T迷宫行为学实验准确度没有明显差异(P>0.1)。分析小鼠前额叶局部场电位信号发现经颅磁声电刺激促进了β节律与γ节律能量增强;而随刺激强度升高,β节律与γ节律出现了非同步性下降;通过β-γ相位幅值耦合发现,刺激增强了神经网络适应新的信息和任务要求的能力变化。②建模仿真发现,刺激使得神经网络放电水平增强,长时程突触权重水平提高而短时程突触权重仅在刺激强度较高时降低。③研究结果表明,不同的刺激强度与神经网络功能结构的影响存在复杂的非线性关系;这种神经调控技术为治疗突触功能障碍和神经网络异常等相关神经疾病方面提供新的可能。

金属卤素钙钛矿CsPbBr3的电声耦合输运特性研究

金属卤素钙钛矿CsPbBr_(3)在发光方面(Light emitter)的优良表现吸引了许多人把它作为下一代发光、显示与量子信息的可选材料,但其关键的漂移迁移率会受到声子限制.本文将以第一性原理计算得到CsPbBr_(3)的包括极性光学声子(Polar optical phonon)在内的电声耦合特性,然后使用线性玻尔兹曼方程给出在电场下的解,从而得出漂移迁移率.在论文详述中会给出CsPbBr_(3)的各向异性载流子输运特性的研究,为金属卤素钙钛矿的应用提供一些必要信息.

碳纳米管混凝土三点弯曲梁的声发射及损伤演化特征

为研究碳纳米管掺量对混凝土梁损伤演化过程及裂纹扩展规律的影响,制备了质量分数分别为0、0.1%、0.3%、0.5%的碳纳米管混凝土三点弯曲梁试件。采用搭载声发射测试系统的YNS300电液伺服万能试验机开展三点弯曲试验,得到了声发射能量、振铃计数和幅值等声学信息,并基于声发射参数对裂纹类型、损伤演化过程进行分析。结果表明:碳纳米管混凝土三点弯曲梁破坏时产生的声发射能量明显高于素混凝土梁,但随着碳纳米管掺量的增加,其破坏时产生的声发射能量逐渐减小;碳纳米管的掺入可以提高混凝土三点弯曲梁的承载能力,但超过某一界限后,其承载能力随着碳纳米管掺量的增加而降低;碳纳米管的掺入使得混凝土三点弯曲梁第一次声发射幅值突变的时间提前,试样破坏前,振铃计数及累计振铃计数增长缓慢,近似直线,试样断裂瞬间,两者均急剧上升;声发射信号源隶属于拉伸裂纹,碳纳米管混凝土三点弯曲梁断裂属于Ⅰ型断裂,拉伸裂纹和剪切裂纹占比与碳纳米管掺量之间没有明显关系,但声发射平均频率、上升角度信号源数量与碳纳米管掺量之间具有显著的相关性。不同碳纳米管掺量下,混凝土三点弯曲梁试样的损伤演化规律基本保持一致,试验前期损伤曲线基本为水平直线,破坏阶段损伤变量首先处于快速增长阶段,而后呈陡增式增长。

双模态成像仿生纳米粒对甲状腺髓样癌的声动力治疗

背景:声动力疗法作为一种新型抗肿瘤治疗手段具有非侵入性和时空可控性的特点,在甲状腺髓样癌无创性治疗中具有广阔的应用前景。目的:制备具有双模态成像能力的仿生癌细胞膜涂层脂质纳米粒,检测纳米粒的理化性质、靶向能力、成像效果、细胞毒性和抗迁移能力。方法:以二棕榈酰磷脂酰胆碱、二棕榈酰磷脂酰甘油、二硬脂酰磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇2000、胆固醇、血卟啉单甲醚、全氟己烷为原料,通过薄膜水合-超声振荡法制备脂质纳米粒HP@LNP,其中血卟啉单甲醚装载于脂质纳米结构的疏水层,全氟己烷装载于脂质纳米结构的亲水核心层内;将甲状腺髓样癌细胞膜包覆于脂质纳米粒HP@LNP表面,构建具有主动靶向甲状腺髓样癌细胞能力的仿生脂质纳米粒MHP@LNP。表征纳米粒MHP@LNP的理化性质、靶向能力、免疫逃逸能力、成像效果、细胞毒性和抗迁移能力。结果与结论:①脂质纳米粒MHP@LNP呈现典型的核壳结构,粒径为131.06 nm,平均电位为-30.59 mV,凝胶电泳结果显示脂质纳米粒MHP@LNP与癌细胞膜蛋白图谱相符合,荧光共定位结果显示脂质纳米粒MHP@LNP与癌细胞膜的荧光信号显著重合。脂质纳米粒MHP@LNP纳米粒内血卟啉单甲醚的包封率为87.8%,载药率为14.6%。在低强度聚焦超声刺激下,脂质纳米粒MHP@LNP可发生相变产生微泡,在4 min时超声信号强度达到最大值。在激光照射下,脂质纳米粒MHP@LNP的光声信号强度与其质量浓度呈现线性相关。脂质纳米粒MHP@LNP具有同源细胞靶向能力和免疫逃逸能力。未经低强度聚焦超声照射前的脂质纳米粒MHP@LNP具有良好的生物相容性,而经低强度聚焦超声照射后产生具有细胞毒性的活性氧,有效杀伤甲状腺髓样癌细胞,并抑制甲状腺髓样癌细胞的迁移能力。②结果表明,脂质纳米粒MHP@LNP能够在超声和光声双模态成像引导下实现声动力治疗,用于治疗甲状腺髓样癌。

理论探索二维X_(2)UO_(4)(X=K,Rb,Cs)的力学特征、电子结构和声子输运特征

本文用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了三种建议的二维材料X_(2)UO_(4)(X=K,Rb,Cs)的稳定性、弹性、电子结构和声子振动特性.计算结果显示,三种材料同时具备较好的热力学、动力学和机械稳定性.电子结构表明,三种材料属于宽禁带间接半导体,其计算能隙分别是3.90、3.79和3.42 eV,并且在300 K时有着71.31-174.23 cm^(2)/Vs的电子迁移率.声子输运特性表明,三种材料的声子色散均没有虚频出现,声学模和低频光学模呈现强烈耦合,且有着低频率low-lying声子,这使得材料具备很强的声子非谐效应、低声子群速度和强声子散射率,从而表现出很低晶格热导率,在300 K温度下时仅为0.16-0.19 W/mK.这些特性表明,二维X_(2)UO_(4)(X=K,Rb,Cs)在纳米电子和热电器件领域具备应用潜力.

声发射技术在关节外科中的应用及价值

背景:声发射技术是无损检测中最可靠和完善的技术之一,被广泛用于机械、土木和水下声学等多个领域的损伤检测。近年来,声发射技术获得较大发展,在医学工程领域得到初步应用,特别是在人体关节的摩擦评估以及植入物监测方面具有优势。目的:总结声发射技术在关节外科中的应用现状、存在问题及未来的发展方向。方法:检索1989年1月至2024年3月PubMed数据库、Web of Science数据库、中国知网、万方数据库发表的相关文献,中文检索词为“声学,髋关节置换术,髋关节假体,假体失效,膝关节骨关节炎,膝关节,监测,人工关节”;英文检索词为“acoustics,hip replacement arthroplasties,hip prosthesis,prosthesis failure,knee osteoarthritides,knee joint,monitoring,artificial joint”。初检得到文章2991篇,根据纳排标准,最终纳入80篇文章进行综述分析。结果与结论:①在关节外科领域中,声发射技术主要用于关节疾病早期的发现与诊断,以及关节置换术中骨裂和术后假体下沉、植入物磨损、无菌性松动、骨裂等的检测;②声发射技术的优势可以弥补传统检测方法的不足,提早发现关节炎,降低术中的损伤风险,监测并减少术后并发症,提高手术安全性和临床效果。

声呐图像水下目标识别综述与展望

随着海洋资源开发和水下作业的增加,声呐图像水下目标识别已成为热门研究领域。该文全面回顾了该领域的现状和未来趋势。首先,强调了声呐图像水下目标识别的背景和重要性,指出水下环境复杂和样本稀缺增加了任务难度。其次,深入探讨了典型的成像声呐技术,包括前视声呐、侧扫声呐、合成孔径声呐、多波束测深仪、干涉合成孔径声呐和前视三维声呐等。接下来,系统地审视了二维和三维声呐图像水下目标识别方法,比较了不同算法的优劣,还讨论了声呐图像序列的关联识别方法。最后,总结了当前领域的主要挑战,展望了未来研究方向,旨在促进水下声呐目标识别领域的发展。

不同粗糙度煤岩界面超低摩擦效应与声发射特征试验研究

为了揭示动载扰动作用下煤岩界面粗糙度对超低摩擦型冲击地压影响机制,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以沈阳红阳三矿1082 m采深煤岩体为研究对象,通过改变煤块与砂岩块体表面粗糙度来模拟煤岩界面不同粗糙特性,以粗糙度系数表征煤岩界面粗糙程度,工作块体水平位移表征冲击过程中超低摩擦效应强度,声发射能量为工作块体摩擦滑动过程中的信号参数,进行应力波扰动下不同粗糙度煤岩界面超低摩擦试验.研究结果表明:(1)超低摩擦滑动过程中,工作块体水平位移、声发射能量计数以及累计能量曲线呈现出孕育阶段、激发阶段、稳定阶段变化特征;(2)煤岩界面粗糙度越小,工作块体水平位移和声发射能量峰值越大,煤岩界面越易发生超低摩擦效应;(3)不同煤岩界面粗糙度下,相比于其他扰动频率, 2 Hz时更易发生超低摩擦效应;(4)给出了声发射能量峰值与煤岩界面粗糙度系数对应关系.声发射能量峰值可以有效表征超低摩擦效应强度,可以用声发射能量峰值预测超低摩擦效应强度.

基于声发射的钢桥面板焊接气孔缺陷在线识别

为实现正交异性钢桥面板机器人智能化焊接过程中缺陷的在线监测,提出了一种基于快速傅里叶变换和支持向量机的气孔缺陷声发射识别方法.通过开展机器人焊接实验,揭示了钢桥面板焊接及缺陷产生过程的声发射特征.无损伤与气孔缺陷2种工况信号的幅值、振铃计数、峰值频率和中心频率等参数重叠交叉严重、相关性不显著,而气孔缺陷信号的傅里叶频谱存在更多高频能量分布,因此以频谱为输入建立2种工况的径向基核支持向量机模型.实验结果表明,与朴素贝叶斯、随机森林和线性核支持向量机模型相比,径向基核支持向量机模型拥有更高的正确率(95.4%)和召回率(94.3%),能够用于焊接过程气孔缺陷的在线识别,具有较强的鲁棒性和实用性.

基于卷积神经网络的移动机器人声源定位方法综述

听觉系统是机器人感知周围环境信息的重要途径之一,精准有效地进行声源定位,可极大提高移动机器人的感知与决策能力。将声源定位应用于危险环境救援与巡检具有重要工程意义。随着深度学习的广泛应用,引入卷积神经网络(convolutional neural networks, CNNs)的声源定位效果显著改善。将移动机器人声源定位研究从网络架构与改进、声音特征类型、数据仿真与增强,以及多模态信息融合四个角度进行综合对比及分析,并对技术的应用提出思考与展望。

基于声黑洞设计理论的径向夹心式径-弯复合换能器

基于弯曲波在声黑洞(acoustic black hole,ABH)结构中振幅不断增大的特性,提出了一种新型径向夹心式径-弯复合换能器,该换能器由径向夹心式圆环换能器与外围的环形ABH结构组成.ABH结构的存在实现了换能器径向振动与弯曲振动之间的转换,提高了换能器的声辐射性能.利用几何声学的方法建立了ABH结构弯曲振动的解析模型,给出了其弯曲振动的本征频率,并结合有限元方法讨论了换能器机电转换性能随尺寸变化的关系.通过有限元方法给出了该换能器在空气中的辐射声压场、辐射声强以及辐射指向性,仿真结果表明,ABH结构的存在能够改善换能器弯曲振动的机电转换性能,提高换能器的声辐射性能,使换能器呈现出一定的辐射指向性.最后通过实验对换能器样机的电阻抗特性以及振动模态进行测量,实验结果与仿真相符合.

矸石基混凝土轴心受压声发射特性与损伤本构模型

为研究不同水泥取代率、不同水胶比下矸石基混凝土轴心受压时的力学性能,及推广应用矸石基混凝土这一绿色建筑材料,通过轴心受压试验和声发射试验,研究了轴心受压时不同煤矸石粉掺量、不同水胶比下矸石基混凝土的应力-应变曲线、声发射振铃计数和声发射累积能量随煤矸石粉掺量和水胶比的变化规律,提出了矸石基混凝土轴心受压时的本构关系。结果表明:相比普通混凝土,矸石基混凝土的力学性能有一定程度的改善,主要表现为其峰值应力和峰值应变增加;矸石基混凝土轴心受压应力-应变全曲线与普通混凝土基本一致,煤矸石粉掺量为20%时峰值应力达到最大值;声发射振铃计数可以有效描述矸石基混凝土的损伤演化规律,随着煤矸石粉取代率的增大,振铃计数先减少后增加。考虑煤矸石粉和水胶比对矸石基混凝土轴心受压时的影响,提出了具有较高精度的矸石基混凝土轴心受压本构关系,这为矸石基混凝土力学性能的进一步研究提供了参考,也对推广应用的结构计算有一定参考价值。

金刚石砂轮与金刚石滚轮磨削接触的声发射监测

为了实现金刚石砂轮磨削加工金刚石滚轮过程的自动化,需要对磨削接触状态进行准确识别。由于磨削过程中材料去除率较小导致声发射信号幅值变化不显著,仅用有效值对磨削接触状态识别的准确性受噪声影响很大。针对此问题,通过模态分解和相关性分析相结合的方法对采集的声发射信号进行处理,再计算各分量的有效值和方差值完成特征提取,最后利用支持向量机对磨削接触状态进行识别。实际应用发现:该方法对滚轮的磨削接触状识别准确率达到了98.3%,准确实现了对磨削接触状态的识别。

声刺激联合认知行为治疗慢性耳鸣的初步探讨

目的 探讨声刺激联合认知行为治疗(CBT)对慢性耳鸣的临床疗效。方法 本研究将49例慢性耳鸣患者按照随机数字表法分为干预组(25例)和对照组(24例),所有患者均行声音刺激1个月。干预组患者同时接受持续1个月的个体化的CBT,对照组患者不接受个体化CBT。所有患者在治疗前和治疗后30 d均需填写问卷,包括耳鸣残疾评估量表(THI)、焦虑自评量表(SAS)及匹兹堡睡眠质量指数(PSQI)。结果 两组患者均完成临床试验。治疗1个月后观察,对照组患者THI、SAS、PSQI的平均值分别下降15.58、15.46、4.96,干预组患者THI、SAS、PSQI的平均值分别下降40.52、41.76、7.72,差异具有统计学意义(P<0.05);且干预组患者THI、SAS、PSQI的得分均明显低于对照组。结论 声音刺激和CBT可以预测治疗效果,声音刺激联合CBT的治疗效果优于单独的声音刺激。性别、年龄和听力障碍是耳鸣最相关的危险因素。

耳蜗神经交替声束治疗联合基于互联网的认知行为治疗对慢性特发性耳鸣的疗效研究

目的评估运用耳蜗神经交替声束治疗(CeAABT)联合基于互联网的认知行为疗法(iCBT)对慢性特发性耳鸣的有效性。方法选取诊断为慢性特发性耳鸣的患者112例随机分为2组,iCBT(56例)采取iCBT治疗,CeAABT联合iCBT组(56例)在iCBT的基础上给予CeAABT,连续治疗12周,观察2组治疗前后耳鸣残疾量表(THI)、视觉模拟量表(VAS)和耳鸣响度评分的变化情况。结果治疗后,2组患者的THI、VAS、耳鸣响度评分都出现了明显的降低,与同组治疗前比较差异均有统计学意义(P均<0.05),且CeAABT联合iCBT组THI评分(35.34±7.51)分、VAS评分(3.38±1.34)分、耳鸣响度评分(34.53±5.77)分比iCBT组[(40.13±10.95)(3.91±1.38)(39.39±6.92)分]更低,2组比较差异均有统计学意义(P均<0.05)。结论CeAABT联合iCBT可以有效地降低患者的耳鸣响度和由耳鸣带来的负面情绪,能提高慢性耳鸣患者的生活质量,是一种简便安全的耳鸣治疗方法,值得进一步研究和推广。

水下声学超表面异常折射方向调控研究

针对波束调控的问题,本文提出了一种控制波前相位的声学超表面。本文依据广义斯奈尔定律,利用不同声速的均匀介质构建了水中多频声学超表面模型,给出声学超表面产生异常声折射的基本原理,验证了声学超表面在多个频点下可以实现异常声折射现象,揭示了频率以及声波入射角对声学超表面异常折射现象的影响规律,制备了声学超表面实物在水箱中对理论结果进行验证。结果表明:在入射波频率为基频的整数倍时,超表面模型可以实现折射角相同的异常折射现象,并且入射角在一定范围内可以实现负折射现象。实验测量了水中钢板和超表面的折射情况,相较于均匀介质,在不同入射角度下设计的超表面均可以实现异常折射,并且测量值与理论值吻合较好。

基于声景偏好的运河文化带声景质量优化研究——以里运河文化长廊为例

声景观对遗产地、生态环境、公共游憩空间均有重要作用,运河文化带是涉及文化遗产、生态保护、游憩利用的多重复合空间,因此研究运河文化带的声景观实属必要。本文以里运河文化长廊为案例进行问卷调查,探索人们对于运河声景观的偏好模式,并结合P-F模型分析,提出声景质量改善建议。研究结果显示:人们对于运河声景观的偏好呈现出特殊模式,最喜爱运河特征声,其次是运河生活声,最厌恶扰民声;对体现运河文化、具体河段地方特色的特征性声音的偏好程度高于对非特征性声音的偏好;对反映历史怀旧声音的偏好程度高于对反映当下生活声音的偏好;特殊偏好模式的形成源于人们对情感需求的满足和对运河记忆的建构;年龄、是否当地居民、游览频率也会对运河声景观的偏好产生不同程度的显著影响。因此,相关管理者应深挖和再现运河特征声,改善运河生活声,并对具体声音元素进行正向或负向设计。

经颅磁声电刺激对健康与帕金森病大鼠神经回路中beta振荡的影响

背景:经颅磁声电刺激是一种基于磁声耦合电效应的无创、高精度脑神经聚焦刺激方法,可调节神经节律振荡活动,从而影响大脑的运动、认知等功能。目的:探究经颅磁声电刺激对健康与帕金森病大鼠神经回路中beta振荡的影响。方法:①动物实验:采用随机数字表法将24只Wistar大鼠随机分为4组,每组6只:正常对照组不进行任何干预;正常刺激组大脑前额叶皮质接受经颅磁声电刺激(空间峰值脉冲平均强度为13.33 W/cm^(2),基波频率为0.4 MHz,基波周期数为1000,脉冲重复频率为200 Hz);模型对照组、模型刺激组通过腹腔注射1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶建立帕金森病模型,造模成功后,模型对照组大脑前额叶皮质接受经颅磁声电假刺激,模型刺激组大脑前额叶皮质接受经颅磁声电刺激,每天刺激时长2.0 min,刺激结束停留8-10 min后,采集大鼠执行T迷宫过程中局部场电位信号并同时记录行为学正确率,对比分析各组局部场电位信号能量的时频分布情况和行为差异,当大鼠正确率连续3 d高于80%后停止刺激实验和T迷宫实验。②建模仿真实验:构建经颅磁声电刺激下皮质-基底神经节回路模型,分别改变超声发射周期(5,10,20 ms)、超声发射占空比(30%,50%,90%)和感应电流密度(20,50,100μA/cm^(2)),比较不同刺激参数下健康与帕金森病大鼠beta振荡的功率谱密度值。结果与结论:①动物实验:正常对照组大鼠的空间学习能力强于模型对照组(P<0.001),正常刺激组大鼠的空间学习能力强于正常对照组(P<0.05),模型刺激组大鼠的空间学习能力强于模型对照组(P<0.01);正常对照组beta振荡能量分布较为集中,正常刺激组较正常对照组beta振荡信号能量有所降低,模型对照组与模型刺激组beta振荡能量广泛分布且能量值显著高于正常对照组、正常刺激组,并且模型刺激组beta振荡信号能量明显低于模型对照组;②建模仿真实验:不加刺激时,健康大鼠beta频段功率谱密度峰值(30 dB)显著低于帕金森病大鼠(55 dB);施加经颅磁声电刺激后,两组大鼠beta频段功率谱密度值普遍降低;beta频段功率谱密度峰值与超声发射周期呈正相关、与感应电流密度呈负相关,当超声发射占空比为50%时功率谱密度峰值最低;③结果表明:经颅磁声电刺激可抑制健康与帕金森病大鼠的beta振荡,进而改善大鼠的运动功能与决策认知功能。