当期目录

2018年 第24卷 第2期    刊出日期：2018-04-30

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三值光学计算机

内存推移理论及其实验

李凯凯, 金翊, 欧阳山, 周时强

2018, 24(2):  151-165.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1899

摘要 ( 951 )   HTML ( 163)   PDF (22925KB) ( 185 )  

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双空间存储器是 2013 年发明的新型存储系统, 其核心是内存空间在巨大的双空间存储器上的映射理论—内存推移理论. 介绍了所构建的第一个双空间存储器实物系统, 并在该系统上首次实施了内存推移理论. 完成了对双空间存储器和推移锁存器组的实物设计及实现, 并在实物实验系统上成功实施了内存推移操作, 从而证实了将内存空间在双空间存储器上推移的理论的正确性, 成功解决了内存空间与巨大的双空间存储器随机访问空间的对接问题, 奠定了构造双空间存储器和实施内存推移理论的实践基础. 所构造的实物系统包含一块 TQ2440 Core 2.0 核心板、1 GB 双空间存储器和由 8 个 12 位推移锁存器组成的推移锁存器组. 将该核心板对其 2 MB 内存空间的随机访问自动落实为对 1 GB 双空间存储器字空间上指定位置的随机访问, 并利用推移指令在双空间存储器的字空间上实现了窗框移动操作.

三值光学计算机解码器的通信系统

杨加龙, 金翊, 欧阳山, 周时强

2018, 24(2):  166-180.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1898

摘要 ( 794 )   HTML ( 15)   PDF (8370KB) ( 120 )  

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研究了在三值光学计算机(ternary optical computer, TOC)的解码结果发送和接收部件之间建立通信子系统的问题. 建立了数据重发机制和通信系统重启机制, 并利用这两个机制来分别提高对通信系统本身以及对周边 器件的偶发瞬态故障的容忍能力, 还利用附加的标示信息实现了对数据线路发生永久性故障的判定能力. 将这些技术结合内部集成电路(inter-integrated circuit, IIC)通信方式, 实现了一个用于 TOC 解码器的实用通信系统, 并对这个系统的整体性能进行了详细测试. 讨论了对所 完成系统的实验研究, 包括实验内容的选取、实验软件的设计、测试用例的设置和实验过程等. 大量的实验结果证明了该通信子系统的科学性和可靠性.

三值光学计算机的初始 SZG 文件生成软件

李双, 金翊, 刘跃军, 周时强

2018, 24(2):  181-191.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1979

摘要 ( 1140 )   HTML ( 16)   PDF (8972KB) ( 182 )  

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SZG 文件是用户在高级语言程序中使用三值光学计算机 (ternary optical computer, TOC) 的编程平台, 其功能相似于在 OpenACC 程序中使用的 GPU 和 MIC 等加速器, 但与 OpenACC 的编程思想和实现方法完全不同. 更重要的是, SZG文件是目前程序员表达对处理器位数资源分配要求和对处 理器硬件计算功能重构要求的唯一方法, 也很容易被程序员理解和使用. 给出了生成初始 SZG 文件的理论和算法, 介绍了相应的生成软件. 该软件实现了对初始 SZG 文件的暂存和对操作数的追加, 并通过设置一个操作数定时器, 实现了对已输入操作数的定时存储. 在使用这个软件的过程中, 用户不必了解文件格式及其被 TOC 处理的过程, 就能生成正确的 SZG 文件, 进而在应用程序中通过该 SZG 文件使用 TOC 对大批量原始数据进行快速的并行计算. 通过对该软件进行测试, 并以生成包含两种简单运算类型的初始 SZG 文件为例, 对使用该软件的具体过程进行了简要说明. 测试结果证实了该软件的有效性及正确性.

精准与转化医学

芪苈强心减轻阿霉素诱导的小鼠心脏损伤

武晓栋, 姜惠敏, 姚文明, 高蓉蓉, 李新立

2018, 24(2):  192-197.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2015

摘要 ( 1142 )   HTML ( 14)   PDF (2259KB) ( 148 )  

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探讨了芪苈强心(Qiliqiangxin, QLQX)对阿霉素(doxorubicin, DOX)诱导的小鼠心功能下降的治疗作用. 选取 7~9 周雄性小鼠为实验对象, 将其随机分组, 通过每周腹腔注射一次阿霉素(4 mg/kg)构建小鼠心脏损伤模型, 治疗组同时口饲芪苈强心(0.5 g/(kg$\cdot$d)). 实验终点进行心脏超声检查. 实验结果表明, 芪苈强心可以减轻阿霉素诱导的心脏损伤, 保护小鼠心功能. 这提示芪苈强心有可能作为一种缓解阿霉素所致心脏损伤的药物.

运动训练对中老年冠心病患者 PCI 术后运动能力、心肺功能和认知功能的作用

赵梦飞, 毛立伟, 季鹏, 胡树罡, 高苗, 王磊

2018, 24(2):  198-206.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.2001

摘要 ( 802 )   HTML ( 16)   PDF (1425KB) ( 101 )  

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为了明确以运动训练为核心的心脏康复在中老年冠心病(coronary heart disease, CHD)患者经皮冠状动脉介入术(percutaneous coronary intervention, PCI)治疗后的运动能力、心肺功能及认知功能方面的综合作用, 通过对 7 名 PCI 术后患者进行 12 周的运动训练, 观察运动前后 PCI 术后患者的功能变化. 结果发现, 经运动训练后, PCI 术后患者的运动能力、心肺功能及认知功能均有明显改善, 表明以运动训练为核心的心脏康复治疗具有提高患者生活质量、 降低患者发病率和致死率的综合作用, 在很大程度上能够提高中老年冠心病 PCI 术后患者的康复效果.

研究论文

局域表面等离子体增强锗的光电响应特性

齐功民, 狄增峰, 任伟

2018, 24(2):  207-216.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1816

摘要 ( 980 )   HTML ( 16)   PDF (11096KB) ( 137 )  

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局域表面等离子体共振 (local surface plasmon resonance, LSPR) 因其对光独特的响应特性而在纳米光电子领域成 为研究的重点. 作为重要的微电子材料, 锗在近红外波段的光电响应较弱, 而把局域表面等离子体应用在锗材料中, 必然会改善 锗的光电响应特性. 利用时域有限差分 (finite difference time domain, FDTD) 法, 详细研究了 1, 2, 3 个银纳米颗粒嵌入锗中的消光光谱. 结果发现, 在可见光以及近红外比较宽的波长范围内, 这种复合结构可以有效增强锗的光电响应特性, 且多个孤立的银纳米颗粒会表现出与 1 个银纳米颗粒不一样的光电响应特性. 同时, LSPR 导致的光响应特性与光源的偏振、 颗粒尺寸、颗粒个数以及颗粒之间的距离有依赖关系. 这一结果不仅对锗在光电子领域的应用有重要意义, 也可以拓宽局域表面等离子体在纳米光电子领域的应用范围.

双出口教室的人群疏散建模和模拟

董力耘, 蓝冬恺, 段晓茵

2018, 24(2):  217-224.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1796

摘要 ( 1062 )   HTML ( 25)   PDF (5150KB) ( 352 )  

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采用动态背景场元胞自动机模型研究了双出口教室的人群疏散. 该模型将静态的障碍物分为不可穿越和可穿越两种, 行人被当作移动的障碍物, 因此背景场随人群的运动而变化. 行人通过比较两个出口在其当前所在位置产生的背景场值来选择目标出口. 通过数值模拟研究了不同出口宽度和桌椅排列下双出口教室的人群疏散过程, 得到了不同位置处的疏散时间分布以及平均和最大疏散时间的变化曲线. 模拟结果表明, 距离因素是学生选择出口的主要因素. 疏散开始时, 学生倾向于进入就近的过道. 疏散过程中, 少数中间的学生会由于目标出口的拥堵而选择另一出口. 当学生到达目标出口附近时, 通常不会再选择其他出口. 模拟结果与日常经验一致. 该模型可以用于具有复杂内部结构、多出口房间的人群疏散模拟.

基于磷钼酸和纳米氧化钼的复合空穴传输层材料及其在有机太阳能电池中的应用

王宜玲, 伊金垛, 骆群, 谢中明, 李艳青, 马昌期, 罗立强

2018, 24(2):  225-235.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1804

摘要 ( 1049 )   HTML ( 12)   PDF (11123KB) ( 529 )  

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围绕着开发可溶液法加工非聚(3,4-乙烯二氧噻吩单体):聚苯乙烯磺酸钠(poly (3,4-ethylendioxythiophene):poly (sodium-p-styrenesulfonate), PEDOT:PSS) 电极界面修饰材料的核心目的, 研究了基于磷钼酸(phosphomolybdic acid, PMA)和纳米氧化钼(MoO$_{3}$) 复合物的新型空穴传输材料. 通过将 PMA 溶液和 MoO$_{3}$ 纳米粒子溶液进行混合, 制备了复合墨水(PMA:MoO$_{3}$). 该复合墨水在有机活性层表面具有很好的浸润性和成膜性. 利用 PMA:MoO$_{3}$复合空穴传输层(hole transport layer, HTL)制备的倒置 P3HT:PC$_{61}$BM 光伏器件的开 路电压和填充因子(fill factor, FF)均比基于单一 PMA 或 MoO$_{3}$ 制备的器件有所提升. 进一步优化了 PMA:MoO$_{3}$ 复合墨水中两个组分间的比例, 发现当复合墨水中 MoO$_{3}$的含量为 66${\%}$ 时, 器件性能达到最优, 其光电转换效率(power conversion efficiency, PCE)为 3.71${\%}$. 成功验证了利用金属氧化物与多金属氧簇(polyoxometalate, POM)复合物作为电极界面缓冲层 制备有机太阳能电池的可行性, 为开发新型电极界面修饰材料提供了一个新的研究思路.

缝隙引流叶轮离心泵的压力脉动及振动特性

张文著, 魏群, 陈红勋, 马峥, 王岱峰

2018, 24(2):  236-248.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1827

摘要 ( 1207 )   HTML ( 17)   PDF (36474KB) ( 269 )  

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缝隙引流叶轮是基于流动控制思想设计的新型叶轮, 可改善低比转速离心泵的水力性能和空化性能. 测试结果表明: 随着流量的增加, 缝隙引流叶轮离心泵蜗室及出口处的压力脉动和振动都呈先减小后增大的趋势; 在大流量下, 缝隙引流叶轮离心泵的压力脉动和振动明显小于常规叶轮离心泵. 对比分析两种叶轮的内部流动后发现, 缝隙引流叶轮出口处更均匀的速度分布, 及其内部较弱的二次流输运, 均是缝隙引流叶轮离心泵压力脉动小于常规叶轮离心泵的根本原因. 常规叶轮离心泵压力脉动频谱图中的叶频 (blade passing frequency, BPF) 幅值较突出, 而缝隙引流叶轮离心泵的 2 倍叶频幅值较突出. 两种叶轮离心泵的振动频谱分析结果表明, 二者在水平和竖直方向上的振动主频都为 2 倍叶频. 在对压力脉动与振动特性的互相关结果分析中发现, 叶频及倍频的幅值较高, 说明压力脉动和振动密切相关, 同时受到叶轮旋转产生的激励的影响.

高频调幅交变电磁场中金属液滴悬浮振荡特性的数值模拟分析

朱宏达, 雷作胜, 郭加宏

2018, 24(2):  249-256.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1815

摘要 ( 727 )   HTML ( 14)   PDF (2804KB) ( 205 )  

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根据高频调幅交变电磁场中金属液滴悬浮振荡的实验结果, 构建了二维数值计算模型, 采用任意拉格朗日-欧拉 (arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE) 方法数值模拟了液滴自由表面的振荡. 模拟结果获得了高频调幅电磁场中悬浮振荡液滴的内部磁场、流场和自由表面形状. 对液滴自由表面特征点的位移随时间的变化过程进行了傅里叶分析, 获得了液滴在不同调制频率的交变电磁场中振荡的频谱, 发现了高频调幅电磁场中金属液滴悬浮振荡的频谱特性. 数值结果与实验和理论分析结果定性吻合.

Heisenberg 群上加幂权 Hardy 算子的精确估计

陈国霁, 董建锋

2018, 24(2):  257-264.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1817

摘要 ( 810 )   HTML ( 9)   PDF (484KB) ( 228 )  

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研究了 Hardy 算子在 $L^{p}({H}^{n},|x|_{h}^{\alpha}{ d}x)$ 函数空间的有界性问题, 其中 Heisenberg 群记为 ${H}^{n}$. 证明了 Hardy 算子是 $(p,p)$ 型 $(1< p\leqslant \infty)$ 和弱 $(1,1)$ 型, 并得到了 $(p,p)$ 型的最佳常数和弱 $(1,1)$ 型的最佳常数的上下界.

一种亚氨基二乙酸衍生物的多核铜配合物的固液性质

梁绮娴, 宫腾, 赵永梅, 朱守荣

2018, 24(2):  265-271.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1776

摘要 ( 849 )   HTML ( 13)   PDF (4512KB) ( 496 )  

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利用芳香柔性多元酸 N,N,N',N'-对苯二甲基二胺四乙酸 (H$_{4}$L) 与 Cu(NO$_{3})_{2}$ 反应构筑了一种多核铜配合物. 对该配合物的单晶进行了 X-射线晶体结构分析, 表明该配合物属于正交晶系, 空间群为 Pmn21. 该配合物呈现出了空间三维框架结构, 其中长方形孔道大小为 1.105 6 nm$\times $0.696 4 nm. 电喷雾质谱 (electro spray ionization-mass spectrometry, ESI-MS) 及电位滴定结果显示, 该多核铜配合物在溶液中可以双核铜单体配离子的形式存在. 对该多核铜配合物的固体及溶液配位行为的研究可为该类物质在 磁性材料、催化及金属酶的结构及功能模拟方面提 供理论依据.

模压工艺参数对聚酰亚胺树脂压缩强度的影响及其数学模型的建立

方琳, BURYA A I, 俞鸣明, 任慕苏, KALINICHENKO C B, EREMINA E A

2018, 24(2):  272-277.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1823

摘要 ( 1120 )   HTML ( 17)   PDF (760KB) ( 311 )  

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研究了模压温度、保温时间对聚酰亚胺树脂强度的影响, 并建立了这些工艺参数与树脂强度的数学模型. 研究结果表明, 热压成型过程中的成型工艺会显著影响聚酰亚胺树脂的强度. 当成型温度为 653 K、无压力时的保温时间为 25 min 时, 聚酰亚胺树脂的压缩强度达到最大值. 通过正交中心复合设计, 拟合得到的多元二次方程式可以在研究范围内充分描述聚酰亚胺树脂的压缩强度特性.

初始含水率和掺砂量对吹填土沉降的影响

武亚军, 魏星, 唐晶

2018, 24(2):  278-286.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1798

摘要 ( 1116 )   HTML ( 16)   PDF (5098KB) ( 134 )  

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吹填土的沉降是非线性的变速过程, 初始含水率和掺砂量对其有直接影响. 通过沉降柱试验研究了吹填泥浆的自重沉降特性, 发现沉降过程分为 3 个阶段. 通过量筒试验进行了不同初始含水率和掺砂比吹填泥浆的静水自重沉降试验, 分别对其沉降量、沉降速率、孔隙比、沉积物含水率变化进行分析, 并研究了初始含水率和掺砂比对沉降的影响. 分析结果表明: 初始含水率较高的吹填泥浆沉降更快, 沉降量拐点出现较早, 在拐点之后沉降量变化较小; 初始含水率较低的吹填泥浆在开始阶段即存在自重固结现象, 沉降较慢, 沉降量拐点出现较晚, 较小的沉降模型甚至没有明显的拐点. 掺砂量对前期沉降量影响不大, 对自重固结阶段沉降量影响较大, 但其对初始含水率较高的吹填泥浆的沉降影响不明显.

基于强度折减法的土工格室加筋路堤稳定性分析

刘蓓蓓, 张孟喜, 王东

2018, 24(2):  287-295.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1801

摘要 ( 1036 )   HTML ( 12)   PDF (10712KB) ( 176 )  

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由于加筋复合路堤分析中难以直观看到筋材的参数改变对整个工程的稳定性贡献, 为了更加深入了解土工格室加筋的效果, 设计用有限元分析软件结合强度折减法 (strength reduction method, SRM) 对一个二级公路路堤进行数值计算. 首先, 对三维建模的不加筋路堤进行 SRM 计算, 再用极限平衡方法验证, 两种方法得到的结论吻合. 这表明更接近实际情况的三维路堤边坡建模分析方法适合在复杂的加筋工况中使用. 然后, 用此方法分析了铺设土工格室后的路堤稳定性, 通过改变土工格室的焊距、埋深、高度、铺设层数来探究材料参数因素与边坡安全系数之间的规律. 结果表明, 土工格室材料可以起到提高路堤整体稳定性的作用, 其中焊距较小、高度较高的土工格室的加筋效果较明显; 多层加筋的路堤被破坏时会形成多弧段的破裂面.

基于模型试验的桩周土压力

张宇超, 陆烨

2018, 24(2):  296-303.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1777

摘要 ( 794 )   HTML ( 8)   PDF (10284KB) ( 190 )  

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通过模型试验研究了锤击沉桩过程中挤土桩的径向土压力. 通过与静压沉桩的研究结果进行比较, 发现这两种沉桩方式引起的径向土压力规律相似: 当桩尖向下刺入接近测点时, 径向土压力急剧增长; 当桩尖尚未刺入测点深度时, 测点处的径向土压力就已提前达到峰值; 当桩尖继续下沉到测点以下时, 测点处的径向土压力又急剧减小; 两种沉桩行为引起的径向土压力峰值随深度变化均呈近似线性增长. 锤击沉桩和静压沉桩的不同之处在于锤击沉桩的桩周土压力受锤击荷载扰动较大, 所以径向土压力曲线相比静压沉桩曲线有较大波动. 在砂土密实度相似的情况下, 位于同一测点处的静压沉桩的桩周土压力数值明显高于锤击沉桩.

建立表层嵌贴 FRP 板条-混凝土界面黏结-滑移模型的方法

张智梅, 张振凯, 熊浩, 王卓, 陈刚

2018, 24(2):  304-313.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1775

摘要 ( 776 )   HTML ( 13)   PDF (4118KB) ( 190 )  

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提出一种建立表层嵌贴纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer, FRP)板条-混凝土界面黏结-滑移模型的高精度数值分析方法. 通过该方法, 仅利用相关试验中施加的各级荷载值, 及其对应的 FRP 板条加载端与自由端的滑移值, 即可确定黏结-滑移模型中的各待定参数. 通过 MATLAB 编程实现了该数值分析方法, 并通过一系列拉拔弯曲黏结节点试验数据验证了该方法的可靠性, 进而分析了混凝土强度、FRP 板条黏结长度等因素对黏结-滑移模型的影响. 最后利用得到的界面黏结-滑移模型, 探讨了表层嵌贴FRP板条加固混凝土梁的裂缝计算问题.

基于混合梯度最小化的铅笔画生成

王权, 胡越黎, 燕明, 胡云生, 陈朋

2018, 24(2):  314-321.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1780

摘要 ( 808 )   HTML ( 13)   PDF (17091KB) ( 225 )  

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利用计算机模拟铅笔画生成的算法主要存在两个问题: 其一是画面细节易丢失, 边缘重点线条不够突出; 二是笔画单一不能很好地展示原画中的层次信息. 针对以上问题, 提出了一种基于混合梯度最小化的铅笔画生成算法, 通过结合 $L_{0}$ 梯度最小化和 $L_{1}$ 范数约束, 既突出显示了图像边缘和重点线条, 又不影响图像的整体锐度, 同时可与原图像结构保持高度一致, 充分展现了图像的层次性和丰富的细节信息. 实验结果表明, 本算法能够生成质量更高、真实感更强的的铅笔画效果, 相比于已有的其他算法具有一定的优越性.

Micro-Tom番茄转基因植株再生体系的优化

邱实, 张文举, 许馥慧, 邓志瑞

2018, 24(2):  322-330.  doi:10.12066/j.issn.1007-2861.1773

摘要 ( 1532 )   HTML ( 26)   PDF (5970KB) ( 304 )  

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转基因植株的再生频率较低一直是植物基因工程研究的瓶颈之一. 以番茄的 Micro-Tom 突变体为材料, 探索了外植体植物激素配比、预培养时间、共培养时间、筛选剂对愈伤组织发生和不定芽生长的影响. 结果表明: 子叶比下胚轴更适合作为愈伤组织和不定芽诱导的外植体; 当玉米素 (zeatin, ZT) 质量浓度为 0.5 mg/L, 吲哚乙酸 (indole acetic acid, IAA) 质量浓度为 1.0 mg/L 时最有利于不定芽诱导; 外植体预培养的适宜时间为 3 d, 农杆菌和外植体共培养的适宜时间为 2 d; 外植体对卡那霉素的耐受上限为 40 mg/L, 替门汀的适宜质量浓度为 150 mg/L. 实验所建立的转基因再生体系为 Micro-Tom 番茄的遗传工程应用奠定了基础.