兰州理工大学学报

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添加剂K₂ZrF₆和EDTA-Na与电压及其交互作用对镁合金微弧氧化膜耐蚀性的影响

汪浩, 马颖, 王占营, 安凌云, 刘云坡

2023 (2): 1-8.

摘要 ( 263 )

PDF(2644KB) ( 287 )

在磷酸盐电解液体系中于AZ91D镁合金表面制备微弧氧化膜层.基于正交实验研究添加剂K₂ZrF₆和EDTA-Na、电压及其交互作用对膜层的影响.通过TT260数字式涡流测厚仪、SEM和XRD检测膜层厚度、微观形貌及物相组成.采用HNO₃点滴实验评价膜层在酸性介质中的耐蚀性能.结果表明:K₂ZrF₆、EDTA-Na、电压及其交互作用对膜层厚度和耐蚀性影响不同.电压对膜层厚度和耐蚀性的影响非常显著,随电压升高,膜层厚度和耐蚀性均明显增加.K₂ZrF₆单独对膜层厚度没有显著影响,对耐蚀性存有一定的影响.EDTA-Na单独对膜层厚度和耐蚀性无显著影响.而K₂ZrF₆与电压间存在着显著的交互作用.最终使得在高浓度的K₂ZrF₆、高浓度的EDTA-Na和高电压搭配时,可获得综合性能更优异的膜层.

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FeCr相与AlCo相在AlCoCrCuFeNi高熵合金涂层摩擦过程中的作用分析

边春华, 杨伟杰, 张维, 李邱达, 文杰, 冯力

2023 (2): 9-16.

摘要 ( 156 )

PDF(4925KB) ( 247 )

采用冷喷涂辅助原位合成方法制备AlCoCrCuFeNi_x(x=0.5,1)高熵合金涂层,对涂层微观组织结构和摩擦磨损性能进行表征和测试.然后采用分子动力学的方法模拟了高熵合金涂层中AlCo相和FeCr相的摩擦过程,模拟分析了高熵合金涂层中AlCo相和FeCr相对高熵合金摩擦性能的影响.结果表明:在相同的摩擦条件下,AlCo相所受到的摩擦力大于FeCr相所受到的摩擦力,AlCo相的磨损量要大于FeCr相的磨损量.AlCo相在摩擦过程中产生了粘附与脱附原子,导致总摩擦力上升,而在FeCr相摩擦过程中,没有发现明显的粘附原子.AlCo相内部产生了明显的位错结构,位错总长度随摩擦距离的增加持续增加,并且在摩擦的最终阶段产生了两种混合位错结构,但是在FeCr相的内部并没有发现位错结构.说明FeCr相对AlCoCrCuFeNi高熵合金涂层的耐磨性能有更大的贡献.

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Zn-Al冷喷涂复合涂层耐3.5 wt.%NaCl溶液腐蚀行为

孙永江, 张金玲, 翟海民, 王海鹏, 李文生

2023 (2): 17-23.

摘要 ( 151 )

PDF(4883KB) ( 180 )

利用低压冷喷涂技术在Q235普通碳素钢基体表面沉积不同Al质量分数Zn-Al复合涂层,采用开路电位和极化曲线电化学测试方法,分析了Zn-Al复合涂层在3.5 wt.%NaCl溶液中浸泡的腐蚀电位,阻抗值以及腐蚀电流密度;利用附带能谱仪的扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了其在3.5 wt.%NaCl溶液浸泡1 440 h后的涂层组织形貌、特定区域元素分布以及物相变化.研究表明:在3.5 wt.%NaCl溶液中,随着Al质量分数的增加,涂层耐腐蚀性能提高,当Al质量分数大于35%时,涂层耐腐蚀性能更加优越.因为腐蚀过程中Zn元素优先发生腐蚀,易形成稳定性较好的氧化膜,且Al抑制了Zn的活性从而减缓了腐蚀速率,Al质量分数越高,抑制效果越好.Zn-Al复合涂层在3.5 wt.%NaCl溶液的腐蚀机制为均匀腐蚀、点蚀、局部点蚀以及腐蚀产物的自我封闭.

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富铁镍渣煤基氢冶金等温还原动力学研究

李彬, 孙明轩, 王明华, 雷鹏飞, 王晟, 杜雪岩

2023 (2): 24-29.

摘要 ( 106 )

PDF(2416KB) ( 230 )

采用煤基氢冶金工艺对富铁镍渣中的铁组元进行高效还原,研究了不同温度下镍渣球团等温还原过程金属化率变化规律,利用粒子模型和未反应核模型对镍渣球团的煤基氢还原动力学过程进行分析讨论,明确了各反应阶段的控制环节并建立了相应动力学方程.研究表明:以高挥发分煤为还原介质,掺煤镍渣球团在1 300 ℃还原焙烧20 min的金属化率可达90.2%;球团还原过程可分为反应初期、中期和后期3个阶段,其反应动力学分别受界面化学反应控制、反应-扩散混合控制和内扩散控制,反应表观活化能(E_a)分别为1 74.01、124.15、83.14 kJ/mol.

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管板接头残余应力的数值模拟计算及测试

殷翔, 马成燕, 周凯, 王新民, 王毅, 王晓军

2023 (2): 30-34.

摘要 ( 153 )

PDF(2483KB) ( 310 )

利用有限元软件ABAQUS进行换热器管板焊接接头残余应力数值模拟,获得了管板焊接接头径向和环向残余应力的计算数值.结果表明:最大径向残余应力出现在相邻角焊缝间的热影响区;环向残余应力最大值则位于焊缝根部焊趾,而实际使用中焊趾与换热介质直接接触,易造成换热管与管板连接处的应力腐蚀开裂.通过X射线衍射法测量了管板接头焊后、先焊后胀两种工艺热影响区的环向残余应力值,发现制造过程中采取先焊后胀的方法不但减小了换热管与管板的间隙,还使焊后残余应力值下降,甚至应力形成从拉应力转变为压应力,降低了管子与管板之间发生应力腐蚀的可能性.对比焊后环向残余应力的计算值与实测值,二者变化趋势一致.

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自吸式离心泵自吸过程的非稳态数值模拟

赵万勇, 曹李健, 王东伟, 胡嘉俊

2023 (2): 35-40.

摘要 ( 107 )

PDF(3657KB) ( 241 )

为研究自吸式离心泵的自吸过程,选取外混式自吸离心泵为研究对象,基于非稳态数值模拟方法,采用VOF多相流模型和标准k-ε模型,通过简化的边界条件,研究该自吸式离心泵的气液两相混合流动和分离过程,并且分析各监测点的含气率、速度、压力.结果表明:自吸过程中会产生气液分层现象,降低排气效率;在叶轮与蜗壳的间隙较小处,会产生高强度的含气率波动.

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太阳能增效两级压缩热泵系统的能量利㶲分析

史佳萌, 李风雷

2023 (2): 41-48.

摘要 ( 123 )

PDF(3300KB) ( 192 )

为了提高热泵系统的性能,提出了太阳能增效两级压缩热泵系统(SETHP).建立了该系统的热力学模型,对不同工况下系统性能进行了分析,并与传统两级压缩热泵系统(TSHP)进行了比较.结果表明:系统制热系数COP_h和㶲效率随中间温度的升高呈先增大后减小的变化趋势;随着冷凝温度的升高,COP_h减小,㶲效率升高;随着蒸发温度的升高和太阳辐照度的增加,COP_h和㶲效率均升高;与TSHP系统相比,SETHP系统性能显著提高.SETHP系统的研究可为太阳能热泵供暖技术在低温环境下的应用提供新思路和新方法.

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石墨烯增强功能梯度梁自由振动的解析解

张靖华, 司成龙, 马浩

2023 (2): 49-55.

摘要 ( 126 )

PDF(2252KB) ( 257 )

基于Euler-Bernoulli梁理论,研究了石墨烯片增强功能梯度复合材料梁的自由振动特性.研究中考虑石墨烯片方向随机且均匀地散布在每层基体中,其含量沿厚度按照3种不同方式梯度变化.首先根据Halpin-Tsai力学模型和混合率法则得到该复合材料的等效物性参数,然后由Hamilton原理推导出石墨烯增强功能梯度梁的动力学控制微分方程,对其自由振动方程进行精确解析求解获得固有频率和模态的解析表达式,同时给出该复合材料梁的固有频率与相同边界条件均匀梁的固有频率之间的解析表达式,并且通过参数研究分析了石墨烯片的质量分数、几何形状和分布模式等对梁自由振动固有频率的影响.

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基于材料损伤演化的钛合金螺旋铣孔切削力仿真模型

李伟, 周兰, 王林军, 安国升, 冯力, 冯照和

2023 (2): 56-64.

摘要 ( 108 )

PDF(5934KB) ( 262 )

切削力仿真是降低实验验证成本、优化工艺参数的有效途径,但是螺旋铣孔为偏心加工,切削力仿真时材料损伤过程难以描述且网格畸变严重,大大局限了仿真预测的应用.通过引入物理分离准则,将断裂能演化方式定义为指数演化方式,确定断裂能参数为44 350 N/m,结合加工周期内轴向和切向进给量取值范围,优化网格划分参数,最终通过ABAQUS软件实现了四齿立铣刀螺旋铣孔稳定加工阶段中单位公转周期的三维有限元模型构建.结果表明,断裂能的演化方式和网格划分参数的合理选取能够有效提高切削力仿真模型的准确性,螺旋铣孔轴向切削力和切向切削力的平均预测值为实验值的91.7%和92%,且最大误差不超过9%.模型在不同齿数(单齿、两齿、三齿、四齿)、相同几何结构立铣刀的螺旋铣孔切削力仿真中亦体现出较强的可扩展性.

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风力发电机塔筒法兰高强度螺栓疲劳强度分析

梁原, 王有良, 魏泰, 刘俭辉

2023 (2): 65-69.

摘要 ( 191 )

PDF(1391KB) ( 361 )

以风力发电机塔筒法兰高强度螺栓为研究对象,考虑外载对疲劳损伤的影响,建立风力发电机塔筒法兰高强度螺栓疲劳强度分析的方法.首先,以连接截面受力状况作为损伤参量,借助塔筒等效模型确定最大受载截面;其次,采用Schmidt-Neuper算法获得塔筒任意扇面所受外载,并基于有限元模型研究外载与高强度螺栓内应力的关系,建立高强度螺栓疲劳损伤分布模型;最后,考虑预紧力的影响,对比研究不同螺栓预紧力疲劳累积损伤值,确定最优螺栓预紧力.结果表明,整圈法兰螺栓疲劳累积损伤最大位置为－4.17°和175.87°,预紧力比例为70%时螺栓预紧力最为合适.

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滑坡碎屑流作用下埋地管道轴向应变特性

王辉, 胡海涛, 谢越, 麻宏强

2023 (2): 70-75.

摘要 ( 87 )

PDF(3101KB) ( 151 )

为了保证滑坡碎屑流灾害作用下管道的稳定运作,根据热-弹塑性理论,创建了滑坡碎屑纵向作用条件下埋地管道的应变分析模型,对不同滑坡碎屑流长度、宽度和厚度条件下埋地管道轴向应变分布特征进行研究.结果表明,滑坡碎屑流尺寸对管道轴向拉压应变的影响程度,从大到小依次为滑坡厚度、长度、宽度.通过分析径厚比、管壁减薄和管道埋深等结构参数对轴向拉伸应变的影响规律,发现管道轴向最大拉压应变随着坡度、埋土深度增加而明显减小;管道的壁厚减薄与管道轴向拉压应变呈正相关,管道埋深与之呈负相关;从管道结构参数对管道最大轴向拉压应变影响的影响程度来看,依次为管道埋深、管壁减薄、径厚比.适当增加滑坡碎屑流作用条件下的管道埋深可以减小滑坡碎屑流灾害作用风险.

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光伏发电系统对配电网三相电压不平衡度影响的计算方法

陈伟, 倪源宏, 纪青春, 王忠飞, 何峰

2023 (2): 76-82.

摘要 ( 252 )

PDF(1911KB) ( 339 )

针对传统确定性潮流计算在对分布式光伏电站接入配电网后导致的三相电压不平衡现象进行评估时的不足,提出了一种基于多点线性化的半不变量概率潮流和重要抽样对配电网不平衡度进行评估的方法.首先,针对Beta分布描述的局限性,以自适应非参数核密度估计法对光伏出力和负荷波动的随机过程进行表征,从而提高建模精度;然后,利用分段线性化半不变量法进行随机潮流分析以降低不确定性引起的误差,构建出混合Copula函数计算公共连接点的不平衡度;最后,采取抽样方法得到不平衡度均值进行评估.通过对IEEE33节点系统进行仿真分析,验证了此方法的有效性和可行性.

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继电保护设备剩余寿命预测的智能算法研究

谢楠, 马振国, 唐兵, 黄煜铭, 张柯琪, 曹丹怡

2023 (2): 83-87.

摘要 ( 107 )

PDF(1204KB) ( 279 )

阐述了剩余寿命预测不仅可以提高电力系统继电保护设备检修效率,同时能够丰富国网电力设备的全生命周期管理.针对JC市供电公司的继电保护设备及其数据特征,根据属性相关的变量安装日期、损坏日期、当前日期和设计寿命,定义设计生命历程和实际生命历程.利用支持向量回归、回归树和随机森林三种方法对无监测设备的剩余寿命进行预测.案例分析表明随机森林的预测方法效果最佳.

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Leader-following多自主体系统时变编队跟踪控制

韩娜妮, 赵莉

2023 (2): 88-95.

摘要 ( 100 )

PDF(1764KB) ( 95 )

考虑时变时延,研究了高阶leader-following多自主体系统的分布式时变编队跟踪控制问题.针对连续高阶多自主体系统,设计了基于观测器的时变编队跟踪控制协议,通过状态变换,将系统的时变编队跟踪控制问题,转变为误差系统的稳定性问题.然后利用图论及李雅普诺夫稳定定理,研究了系统实现时变编队跟踪控制的充分条件,并且指出时变编队参考函数与时变时延无关.最后,数据仿真结果证明了所设计的协议能使follower自主体实现时变编队,并且跟踪leader自主体的轨迹.

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基于多链路无线传感器网络的级联模型及算法

王勋, 王斐儒, 商国旭

2023 (2): 96-102.

摘要 ( 118 )

PDF(4936KB) ( 144 )

目前关于无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)级联失效的研究主要集中在单链路网络上,很少涉及多链路网络.基于此,提出一种基于多链路无线传感器网络的级联模型,并提出了模因算法(memetic algorithms,MAS)来优化多链路布局,以抵抗级联失效.在新的网络平衡度量“多向网络熵”基础上设计了局部搜索操作算子.仿真表明,所提出的级联模型能够表征多链路WSNs的级联过程,可有效提高系统稳定性能.与现有算法相比,所提的MAS可在短时间内获得更稳定的布局方案.

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一种基于CKKS同态加密与神经网络的安全人脸识别方案

苏昀暄, 涂正, 王绪安, 林川

2023 (2): 103-109.

摘要 ( 398 )

PDF(2072KB) ( 339 )

随着大数据技术的不断发展,人脸识别应用越来越广泛,但随之而来的是用户隐私数据泄露等安全问题.针对此,提出一种在云服务器下基于同态加密与神经网络的人脸识别方案.通过CKKS同态加密方案对人脸图像进行加密,在云服务器中通过ResNet50 Model与Arcface Loss函数对LFW数据集进行训练,计算加密图片之间的向量相关性,对密文结果解密并比较阈值判断是否为同一个人,实现人脸识别.实验结果表明,该方案在LFW数据集上,阈值大约为0.25时,密文中的识别准确率达到99.398%,证明本文方案具有较高的识别精度.

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考虑墙背倾角的挡土墙地震主动土压力研究

周勇, 都浩男, 王正振

2023 (2): 110-116.

摘要 ( 127 )

PDF(2584KB) ( 232 )

根据前人提出的土体内外摩擦角随土体位移逐渐发挥的理论,综合考虑绕墙趾转动的位移模式与地震力对土压力的影响,利用水平层分析法推导了挡土墙地震主动土压力沿墙高分布、合力及合力作用点高度的理论公式,分析了墙体位移量与地震加速度系数对土压力分布、最危险滑裂面倾角、合力作用点高度及主动侧土压力系数的影响.分析结果表明,土压力强度呈非线性分布,所得主动土压力合力经简化之后与Mononobe-Okabe理论相同,滑裂面倾角随地震系数增加而减小,合力随地震系数增大而减小,主动侧土压力系数随墙背倾角和地震系数的增大而增大.经有限元软件模拟验证,本文计算所得结果与模拟所得土压力分布曲线变化趋势基本吻合.

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面向人居环境的黄土高原乡村建设质量评价

刘奔腾, 张洁茹, 杨程, 董建红

2023 (2): 117-124.

摘要 ( 92 )

PDF(948KB) ( 94 )

乡村建设作为黄土高原乡村振兴工作的主线,对其进行质量评价研究具有重要的现实意义.首先,以人居环境理论为支撑,结合黄土高原地区的地域特点,从生产、生活、风貌、风俗和治理五个维度构建指标体系.其次,采用层次分析法和熵值法计算权重,运用模糊综合评价法建立评价模型.最后,以黄土高原典型的农业大县庄浪县为例进行了实证研究.研究表明:(1) 以庄浪县为代表的黄土高原地区乡村建设质量评价值处于良好等级.(2) 基于人居环境理论的乡村建设质量评价五维度权重中,风俗和治理维度得分较高,生产和生活维度的满意度有待提升.(3) 通过IPA象限图分析发现,各指标不同维度的重要度和满意度表现差异明显,其中粮食生产能力提高和住房条件改善是目前乡村建设水平提升的关键.总之,受自然环境和社会经济条件影响,黄土高原地区在乡村建设方面所取得的成就和存在的问题均带有明显的区域特征.

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石灰-粉煤灰-水泥稳定碎石的力学性能试验

贾亮, 连尚承

2023 (2): 125-129.

摘要 ( 151 )

PDF(3126KB) ( 222 )

石灰-粉煤灰-普通硅酸盐水泥稳定碎石是一种常用的路面基层材料,但其早期强度较低,用作路面的维修养护材料时不能快速开放交通.为提高稳定碎石的早期强度,将其中的普通硅酸盐水泥用等质量的硫铝酸盐水泥替换,通过无侧限抗压强度试验(UCT)和劈裂拉伸强度试验(STS)对比了两种不同水泥综合稳定碎石的无侧限抗压强度(UCS)和劈裂拉伸强度(STS),并对无机结合料掺量、水泥掺量及级配对稳定碎石强度的影响开展了试验研究.结果表明,稳定碎石的UCS和STS随水泥含量的增加、养护龄期的增长而增大;养护龄期1 d的石灰-粉煤灰-硫铝酸盐水泥稳定碎石的UCS可达2.28 MPa,达到了路面基层开放交通的规定,且后期强度没有出现降低.论文为路面基层的快速维修养护提供了一种新材料.

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基坑开挖卸荷下桩基抗拔承载力影响因素研究

饶凯, 刘彦辉, 王际凯, 黄展军, 罗如平, 石钰锋

2023 (2): 130-137.

摘要 ( 143 )

PDF(5932KB) ( 177 )

目前关于抗拔桩的研究多以桩侧摩阻力反映桩的承载性状,对于桩侧桩-土界面法向压力研究较少.鉴于此,采用Plaxis 3D有限元软件,研究基坑开挖后桩的极限抗拔承载力、桩侧摩阻力等的变化情况.结果表明:对桩承载力而言,桩周土体的粘聚力和摩擦角影响较大;开挖的范围对桩的承载力影响较小,粉质黏土中基坑开挖宽度大于37.5倍桩径时,较未开挖时承载力损失比值为10.82%~17.83%,而砂土中基坑开挖宽度大于40倍桩径时,较未开挖时承载力损失比值为15.37%~33.01%;对桩-土界面法向压力曲线进行线性拟合并与未开挖状态下的斜率进行归一化分析,得到开挖后斜率与未开挖状态下的斜率比值,粉质黏土为9.18,砂土为34.92~40.94.

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滨海沼泽区地铁车站深基坑开挖变形

任晓敏, 刘俊杰, 刘俊伟, 王晨

2023 (2): 138-143.

摘要 ( 95 )

PDF(3286KB) ( 201 )

滨海沼泽区狭长型地铁车站深基坑并不多,上部淤泥土和地下富水导致此类基坑开挖难度比较大.选取青岛地区此工况下的地铁车站深基坑开挖进行实时监测,并运用Midas GTS NX软件建立三维数值模型进行分析.分析表明:桩体深层水平位移-深度变形曲线呈现 “弓”形,最大围护桩水平位移出现在0.55H(H为基坑开挖深度);基坑周边地表沉降为小沉降量的抛物线形,最大沉降点距离基坑0.6H,沉降量约为0.058%H;围护桩最大水平位移δ_hmax与地表最大沉降量δ_vmax之间存在δ_vmax=0.88δ_hmax的关系.此外,与其他地区工况下的深基坑工程相比,沼泽区富水深基坑开挖变形呈现出相似的变化规律.

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混合d-元树上的模式避免问题

杨胜良, 姜美杨

2023 (2): 144-150.

摘要 ( 113 )

PDF(741KB) ( 130 )

研究了混合d-元树的集合中避免若干模式的计数问题,给出了相应的计算公式和发生函数,并且建立了避免一种模式的混合d-元树与d-Schröder路之间的双射.

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根箭图表示范畴中的Gorenstein平坦-余挠对象

吴德军, 李丹

2023 (2): 151-156.

摘要 ( 103 )

PDF(511KB) ( 165 )

设R是具有单位元的结合环,Q=(Q₀,Q₁,s,t)是箭图.给出根箭图表示范畴中的Gorenstein平坦-余挠对象的定义及等价刻画,并研究Gorenstein平坦-余挠对象的相关性质.

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具有环境传播和生理年龄结构的霍乱模型研究

亢跃男, 郭文丹, 聂麟飞

2023 (2): 157-164.

摘要 ( 132 )

PDF(1904KB) ( 182 )

基于霍乱在人群和环境之间的传播规律, 以及生物体间个体的差异性, 提出一类具有环境传播和生理年龄结构的霍乱模型, 并利用半群理论证明了模型全局正解的存在唯一性. 进一步, 通过线性近似方法推导出基本再生数R₀的表达式并得出结论: 当R₀<1时, 无病平衡态是全局渐近稳定的; 当R₀>1时, 无病平衡态是不稳定的, 模型存在唯一的地方病平衡态且在一定条件下是局部渐近稳定的. 通过数值模拟解释了主要的理论结果.

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树形分子内部亲疏水性对其与磷脂膜相互作用影响的动力学研究

解立强, 梁盛德, 朱开礼

2023 (2): 165-172.

摘要 ( 103 )

PDF(3354KB) ( 132 )

利用粗粒化分子动力学方法研究了两类具有不同亲疏水核心的树形分子与磷脂双层膜的相互作用.研究发现,聚酰胺胺型树形分子能够与双层膜形成包裹结构.具有强疏水核心的聚丙烯亚胺型树形分子粘附到膜表面的同时,能够穿过磷脂膜,与磷脂膜形成胶束结构.研究表明,静电吸引作用能够将树形分子锚定到膜表面,而疏水作用能够促进膜与树形分子之间的进一步作用.研究结果有助于揭示树形分子与生物膜相互作用的物理机制,对该类分子合成及医学应用具有重要指导意义.

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