兰州理工大学学报

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形变热处理调控AlCoCrFeNi_2.1高熵合金组织及性能

王鹏辉, 张晓波

2024 (4): 1-5.

摘要 ( 159 )

PDF(2366KB) ( 186 )

高熵合金因兼具高强度、高韧性、高温力学性能、抗氧化、耐腐蚀等性能,近年来成为材料领域的研究热点.共晶高熵合金结合共晶合金及高熵合金的优点,使得铸造大尺寸构件成为可能.通过冷轧及退火来调控合金的力学性能,采用XRD、SEM、EDS及拉伸试验研究了共晶高熵合金经不同温度退火后组织及力学性能的变化.结果表明:合金经冷轧30%后,抗拉强度得到异常提升,但延伸率骤降.冷轧30%后在800、900、1 000 ℃退火,组织由部分再结晶逐渐转变为完全再结晶,且晶粒略微长大.800 ℃退火后存在变形的大晶粒和再结晶的小晶粒,多种强化机制协调作用,使得抗拉强度和延伸率分别为1 272 MPa、12.39%.

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FeCrMnAl_xCu_(2－x)高熵合金的组织与性能

李大鹏, 邓国辉, 吴志国, 宣蕊

2024 (4): 6-11.

摘要 ( 83 )

PDF(4967KB) ( 49 )

采用真空电弧熔炼技术制备了FeCrMnAl_xCu_(2－x)(x=1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7)高熵合金,研究了Al、Cu含量对FeCrMnAl_xCu_(2－x)高熵合金组织结构、力学性能和摩擦学性能的影响.结果表明:FeCrMnAl_xCu_(2－x)高熵合金为BCC结构单相固溶体.组织均由树枝晶组成,随x的增加,屈服强度逐渐上升,在x=1.5时,达到最大值1 092.31 MPa.抗压强度和变形率均随x的增加呈下降趋势,且在x=1.3时达到最大值,分别为1 517.84 MPa和43.36%.FeCrMnAl_1.7Cu_0.3高熵合金显微硬度达到最大值559.9 HV.磨损率最小为4.70×10^－6 mm³ N^－1 m^－1.随x的增大,合金磨损机制主要以磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损为主.

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共掺La³⁺和过量Sr²⁺对荧光粉Sr_1.96Eu_0.04SiO₄发光性质的影响

王伟, 朱红波, 吴梅

2024 (4): 12-16.

摘要 ( 56 )

PDF(2577KB) ( 43 )

采用高温固相法制备了荧光粉Sr_1.96－xEu_0.04SiO₄∶xLa³⁺(x=0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05)和Sr_1.94+yEu_0.04La_0.02SiO₄∶ySr²⁺(y=0、0.05、0.10、0.20、0.30) .使用X射线粉末衍射仪、荧光分光光度计表征了荧光粉的物质结构和发光性质.结果表明:荧光粉的XRD均与Sr₂SiO₄标准卡片PDF 39-1256对应,没有杂质相产生.荧光粉Sr_1.96Eu_0.04SiO₄中掺入La³⁺能增强其发光强度,且发射峰的位置不变.当La³⁺掺杂量为2% (摩尔分数) 时,荧光粉Sr_1.94Eu_0.04La_0.02SiO₄的发光强度最强.在Sr_1.94Eu_0.04La_0.02SiO₄中掺入一系列过量浓度Sr²⁺,能增强其发光强度,且不改变发射峰的位置和形状.当Sr²⁺过量10%时,荧光粉的发光强度最强.荧光粉的宽带发射光谱可以拟合为2个独立的发射峰,对应Eu²⁺的4f⁶5d¹→4f⁷跃迁,2个发射峰的强度随着通气量的增大有规律变化,使得荧光粉的发光颜色从绿光区过渡到黄光区.

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酚醛树脂基二级多孔泡沫碳的制备及其力学性能

贾建刚, 祁旺谦端智, 王明, 尤欣雅, 刘第强, 臧树俊

2024 (4): 17-22.

摘要 ( 63 )

PDF(5476KB) ( 68 )

以酚醛树脂为碳源前驱体,以NaCl粉末和自制盐球为造孔剂,用模板法制备高强度多级孔泡沫碳.通过盐球粒径和NaCl粉末对泡沫碳孔结构进行调控,研究造孔剂盐球粒径对泡沫碳孔结构和力学性能的影响.结果表明:当盐球体积分数相同时(盐球占泡沫碳胚体体积的60 %),随着盐球粒径增大,多级孔泡沫碳中盐球孔的均匀性降低,其韧带随着盐球粒径增大逐渐变粗;且盐球孔内部及韧带上存在大量NaCl粉末孔和气泡孔,孔与孔之间相互连通,形成了开孔结构.引入不同粒径的盐球后,多级孔泡沫碳的密度变化不明显,约为0.2 g/cm³,但压缩强度随盐球粒径增大逐渐降低.其中加入盐球粒径为14~35目的泡沫碳,压缩强度和比压缩强度最大分别为4.4 MPa和22 MPa·cm³/g.

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硅烷偶联剂改性的玄武岩纤维及其对混凝土力学性能的影响

石旭东, 汪金满, 柴旭晖, 杨强斌

2024 (4): 23-28.

摘要 ( 67 )

PDF(2545KB) ( 71 )

为了能够改善玄武岩纤维混凝土复合材料的力学性能,采用价格较为低廉的硅烷偶联剂正硅酸乙酯,对玄武岩纤维进行表面改性,然后作为增强相引入混凝土中,以提高混凝土材料的力学性能.通过扫描电子显微镜研究纤维和混凝土的微观结构,研究玄武岩纤维对混凝土拌合物流变性的影响,并对混凝土的力学强度采用抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度3个力学强度指标进行研究.结果表明:玄武岩纤维的添加使得拌合物流变性降低.玄武岩纤维经过改性后引入混凝土中,玄武岩纤维与混凝土胶凝材料形成更紧密的界面结合,在最佳添加量4 kg/m³下,混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度分别提高了6.83%、21.46%、12.7%.

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渐开线变齿厚齿轮啮合冲击分析

刘永平, 任忠涛, 董长斌, 魏永峭, 魏帅

2024 (4): 29-35.

摘要 ( 55 )

PDF(5402KB) ( 57 )

基于弹性接触动力学理论和齿轮传动物理模型,对渐开线变齿厚齿轮啮合冲击问题进行了分析,建立了变齿厚齿轮全齿啮合接触冲击模型.通过模拟轮齿啮合接触状态,对轮齿啮合区域展开了讨论,利用LS-DYNA软件进行接触碰撞分析,分别研究了冲击合力和冲击应力随转速和冲击位置的变化规律.结果表明:转速和冲击位置对冲击合力和冲击应力影响显著,且冲击最大应力主要集中在齿顶和轮齿的大小端附近;转速越大,轮齿受载面与非受载面之间的冲击应力相差越大.

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基于OVMD-RF方法的风力发电机滚动轴承故障诊断

郑玉巧, 李浩, 魏泰

2024 (4): 36-42.

摘要 ( 51 )

PDF(1225KB) ( 31 )

风电机组运行时轴承受到交变应力和冲击载荷,振动信号非线性、不平稳且具有噪声,特征提取不充分.针对风力发电机轴承故障信号处理和特征提取的固有缺陷,提出了基于优化变分模态分解与随机森林算法结合的故障诊断方法.首先,利用乌燕鸥优化算法对变分模态分解的参数进行搜索寻优;然后,利用优化参数的变分模态分解对滚动轴承振动信号进行分解,获得模态分量;最后,以峰值、峭度和包络熵构建融合特征训练集,并输入至随机森林分类器进行模型训练,实现故障识别.实例分析的结果表明,该方法识别风力发电机轴承故障的准确率高达100%,可实现故障的准确判别.

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基于应力梯度和附加强化的多轴疲劳寿命建模

刘俭辉, 王杰, 华飞龙, 赵贺

2024 (4): 43-49.

摘要 ( 36 )

PDF(2671KB) ( 32 )

鉴于Manson-Coffin方程未考虑应力梯度和附加强化的影响,以及缺口附近非均匀应力场和非比例附加强化对疲劳损伤演化过程的影响,建立了适用于多轴缺口件的疲劳寿命预测模型.首先,考虑裂纹萌生和扩展的物理机制,借助坐标变换原理和临界面理论,以最大剪切应变幅为损伤参量确定临界面位置;其次,分别对临界面的正应力和剪应力进行归一化处理,提出了考虑多轴应力集中系数和应力梯度影响指数的等效应力梯度因子;同时,考虑相位差、路径非比例和材料非比例对疲劳寿命的影响,提出了新的非比例附加强化因子;最后,结合Manson-Coffin方程建立了考虑应力梯度和非比例附加强化的多轴疲劳寿命预测模型,并将该模型、Manson-Coffin方程、LV模型和FS模型的预测寿命与实验寿命进行对比,结果表明该模型的预测精度优于其它3种模型的.

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区间参数鼓式制动器制动稳定性分析

何宁, 张德龙, 张庆华

2024 (4): 50-54.

摘要 ( 34 )

PDF(1516KB) ( 10 )

针对鼓式制动器在制动过程中出现的噪声抑制问题,引入区间理论,提出了含区间参数的鼓式制动器稳定性分析方法.该方法采用区间参数描述鼓式制动系统的制动不确定性,将摩擦片、制动鼓和制动蹄的杨氏模量作为设计变量.通过修正后的加权不稳定系数衡量系统的稳定性,结合响应面法与复特征值技术,构造了含区间参数的鼓式制动系统加权不稳定系数响应面代理模型,实现了鼓式制动系统有限元模型的参数化.结合区间可靠性理论,对某型轿车鼓式制动系统制动稳定性进行研究,分析了基于各部件杨氏模量不确定条件下鼓式制动系统稳定性的变化规律.结果表明,在参数不确定条件下,考虑且加大控制制动蹄和摩擦片的杨氏模量,能够有效改善制动系统的稳定性,该方法对噪声抑制具有一定的工程指导意义.

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塔式起重机起吊全过程力学特性研究

张堆学

2024 (4): 55-59.

摘要 ( 38 )

PDF(1051KB) ( 20 )

针对塔式起重机起吊过程中稳定性问题,以某型号平头塔式起重机为研究对象,对起吊全过程的静力学和瞬时动力学展开了研究.利用有限元静力学,探究了在静风工况和正常工况下塔式起重机不同起吊位置和不同起吊重量与位移响应的关系.结果表明,静力学分析时塔式起重机在静风工况和正常工况下具有相近的变化幅值和趋势,且风载荷对塔式起重机的位移响应影响显著.同时,在惯性力作用下,基于瞬态动力学分析了起吊加速度不同时塔式起重机的位移响应.结果表明:在60 m幅度处与30 m幅度处起吊时最大位移响应相差71.8 mm,平均位移响应相差63.4、63.6、64和64.1 mm,二者具有相近的波动幅值和变化趋势,说明缓慢起吊时位移响应对起吊位置不敏感;此外,二者位移响应均呈现起伏趋势,说明在起吊过程中明显存在塔机晃动现象.

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基于PCA-BPNN模型的埋地管道腐蚀速率预测研究

于扬, 孙东亮

2024 (4): 60-68.

摘要 ( 48 )

PDF(1741KB) ( 23 )

为了更加准确可靠地预测埋地管道的腐蚀速率,融合PCA分析法和多隐层BP人工神经网络模拟方法进行研究.选取陕西省某油气公司的埋地输油管道,构建8维度外腐蚀指标体系,在PCA-多隐层BPNN模型中模拟训练得到结果.通过PCA预处理将外腐蚀指标体系降为3维,以便减少多元素信息带来的耦合影响,模拟得到隐藏层参数最优的BPNN模型,预测腐蚀速率,求出预测值精确度,统计得到改进后方法精确度大于95%的个数是单一BP方法的2.5倍.为了检验PCA-多隐层BPNN方法的鲁棒性,另取20组数据代入验证,再次证实了PCA-多隐层BPNN模型所得的误差更小,更能满足实际工程需要.

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多四旋翼无人机编队自适应容错控制

王君, 李昂

2024 (4): 69-76.

摘要 ( 65 )

PDF(2629KB) ( 69 )

针对四旋翼无人机在编队控制时受到执行器故障的影响,引起无人机之间跟踪误差的问题,而传统PID控制的固定参数无法适用于四旋翼无人机面临复杂的环境,因此设计了模糊自适应PID容错控制器以及多无人机的滑模协同控制器.首先,针对执行器故障无人机进行系统建模,给定领导无人机的参考轨迹,通过设计的模糊自适应PID控制器使得执行器故障的无人机跟踪给定轨迹.其次,基于滑模控制理论,设计编队协同控制器,控制Follower无人机与Leader无人机之间的距离误差趋近于零,实现期望的编队队形.最后,通过仿真实验对比结果表明,所设计方法超调量小,鲁棒性强,对四旋翼无人机有较好的控制效果.

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黑色素瘤图像分割和边缘细化研究

赵宏, 王奡隆, 张陈鹏

2024 (4): 77-85.

摘要 ( 53 )

PDF(4121KB) ( 28 )

黑色素瘤图像分割在皮肤病的诊断与治疗中具有重要的临床价值.但由于数据集缺乏标注、类别严重不均衡等原因,使得图像分割的精度低,边缘粗糙.因此,提出一种黑色素瘤分割和边缘细化方法,分三个阶段实现.第一阶段,对黑色素瘤数据集进行分类后,使用弱监督方法提取多个层级类激活图并处理;第二阶段,搭建UNet网络模型对黑色素瘤数据集中的恶性样本进行分割;第三阶段,使用第一阶段增强、叠加得到的类激活图边缘对第二阶段的结果进行边缘细化.在ISIC黑色素瘤数据集上的实验结果表明,经过三个阶段的处理,得到的分割图边缘更加细致,平均交并比(mIoU)为86.04％,戴斯相似性系数(Dice)为0.937,杰卡德系数(Jaccard)为0.885.

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基于网络节点极大团的社团检测算法

卢鹏丽, 杨亚磊

2024 (4): 86-93.

摘要 ( 41 )

PDF(3561KB) ( 21 )

社团结构检测有助于揭示复杂网络的结构-功能特性,目前已有的社团检测算法在其研究过程中存在着分辨率限制、节点不确定性以及需要先验参数等问题.为了解决此类问题,提出了一种基于网络节点极大团的社团检测算法(BMC).BMC算法将网络中的节点极大团设为初始节点群组,依据提出的极大团局部相似度和局部团组关系对节点群组进行分级聚类合并,以此挖掘出网络中的社团结构.针对在社团结构挖掘过程中出现的节点不确定性问题,通过模块度矩阵提出了模块隶属度对网络中的单邻居节点和重叠节点进行优化.为了验证BMC算法对网络社团结构挖掘的准确性,在5个真实网络数据集上与5种算法进行实验对比.通过3种衡量指标得到的实验结果表明,BMC算法能够准确地检测出网络中的社团结构.

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一种低串扰近零超平坦色散七芯光子晶体光纤的设计

范世卓, 侯尚林, 雷景丽

2024 (4): 94-102.

摘要 ( 33 )

PDF(4094KB) ( 19 )

设计了一种七芯低串扰近零超平坦色散液体填充光子晶体光纤,利用有限元法模拟计算了色散、芯间串扰和弯曲损耗等性能.数值模拟结果表明,该多芯光纤在实现近零宽带超平坦色散的同时,显著抑制了芯间串扰和弯曲损耗.在波长为1.38~1.74 μm时,色散值介于0±0.5 ps/(km·nm)之间,且色散斜率介于0±0.02 ps/(km·nm²)之间.芯间串扰在C+L波段的最大值低于－84.09 dB/100 km,并且弯曲损耗值满足ITU-T建议的G.654光纤在125 μm包层直径中对七芯光子晶体光纤的要求.

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近断层地震动下多跨简支梁桥地震响应及减震研究

李旺平, 杨雄, 焦应乾, 裴银海, 石岩

2024 (4): 103-111.

摘要 ( 48 )

PDF(6521KB) ( 22 )

为研究近断层地震动下多跨简支梁桥的地震响应及其减震措施,以1座4跨简支梁桥为研究对象,选取3组分别考虑滑冲效应、向前方向性效应及无脉冲效应的近断层地震动和1组远断层地震动作为输入,分析主梁、桥墩和支座等的响应和损伤.发现速度脉冲型近断层地震动对桥梁纵横向的位移均有放大作用,既会增加桥墩和支座的损伤程度,也会增加梁间纵向碰撞次数和碰撞力峰值.为此提出“防屈曲支撑(BRB)+粘滞阻尼器”的组合减震系统,并对粘滞阻尼器的布置形式和参数对减震效果的影响进行了分析.结果表明:该减震方案可有效降低桥墩和支座的损伤、减小主梁纵向位移;且阻尼器布置在主梁与桥台间更有利于减震控制;建议粘滞阻尼系数C梁间取3 000 kN·s/m,台梁间取4 000 kN·s/m,速度相关系数α取0.4.

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考虑冠梁的桩锚支护边坡试验与数值模拟

陈长流, 杜江涛, 叶帅华, 陶晖

2024 (4): 112-120.

摘要 ( 40 )

PDF(5842KB) ( 15 )

以兰州港务区桩锚支护边坡实例为依托,通过无线自动化监测与有限元软件数值模拟相结合的方式,研究桩锚支护在未设冠梁(填土过程)阶段和设置冠梁(运营期间)阶段的支护结构内力与边坡稳定性的变化规律.结果表明:在未设冠梁阶段,随着填土高度的增加,桩身弯矩、锚杆轴力和边坡位移逐渐增大;冠梁设置后,可有效地减小桩身弯矩和锚杆轴力并且对桩顶附近土体有较强的约束作用,对边坡顶部位移的约束效果最为显著,边坡位移的影响从坡顶至坡底逐渐减小,也明显地提高了边坡的稳定性;随着运营期内支护结构与边坡土体应力的相互调整,两者的内力与位移趋于平稳变化.该试验可为西北黄土地区桩锚支护边坡的设计、施工和监测分析提供有益的参考.

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基于ABAQUS的咬合桩支护深基坑数值分析

董和平, 董建华, 吴晓磊

2024 (4): 121-128.

摘要 ( 71 )

PDF(3197KB) ( 38 )

基于ABAQUS数值分析软件,利用刚度等效原则对咬合桩支护深基坑进行等效.对基坑开挖卸荷过程中坑底隆起变形、支护结构位移及支撑轴力变化进行分析,并与实际监测数据进行对比验证.研究结果表明:采用刚度等效原则进行咬合桩支护分析能够反映基坑的变形特征,数值分析得出的支护结构和周围环境的变形结果与实际监测值具有良好的一致性,可作为基坑实际施工的指导.

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某超深圆形基坑围护结构优化分析

赵一行, 詹刚毅, 李敏, 梁新欢, 陈昭阳, 石钰锋

2024 (4): 129-134.

摘要 ( 34 )

PDF(2035KB) ( 9 )

针对佛山市某超深圆形工作井围护结构设计问题,结合地层特点采用数值模拟及现场实测手段对原设计方案进行分析.对围护结构厚度及嵌固深度进行优化分析,探讨相同条件下基坑稳定性随着围护结构厚度及嵌固深度的变化规律.结果表明:开挖面入岩的超深圆形基坑自稳性好,从经济角度考虑,围护结构嵌岩不宜深;足够刚度的内衬墙基础上,较薄的地连墙嵌固很浅也可检算通过,且有较大安全富余,可为相关工程提供参考.

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FRP筋与水泥浆界面粘结滑移特性数值模拟研究

王正振, 梁锦添, 戴国亮, 周勇, 靳高明, 王金科

2024 (4): 135-141.

摘要 ( 43 )

PDF(3656KB) ( 17 )

基于试验和数值模拟方法研究FRP筋与水泥浆的粘结特性与不同因素对其粘结行为的影响.以有限元软件中的Cohesive单元模拟FRP筋与水泥浆之间的界面粘结滑移,以混凝土塑性损伤模型模拟水泥浆体的损伤与破坏行为.按试验工况及加载条件建立FRP筋-水泥浆界面粘结滑移模型.通过控制变量法研究了FRP筋类型、直径、长度等因素对界面粘结行为、粘结应力分布和破坏机制的影响。结果表明:不同纤维材料的粘结性能差异较大;增大粘结长度、筋材直径能够提高极限承载力;在加载过程中,FRP筋体轴力主要分布在加载端,随着荷载增加,靠近加载端的筋体轴力增幅大于粘结段末端;拉拔荷载达到峰值时,界面粘结单元开始破坏、界面粘结单元发生损伤,粘结强度不断下降;随着粘结-滑移曲线进入下降段,界面粘结作用逐渐失效,构件完全破坏.

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方钢管混凝土桁架结构优化的拟满内力遗传算法

谢军, 郭飞, 郭卫彤, 阎杰, 王贺贺, 杨永竹

2024 (4): 142-146.

摘要 ( 46 )

PDF(613KB) ( 18 )

为解决离散变量方钢管混凝土桁架的结构优化问题,以桁架杆件最低总造价为目标函数,采用拟满内力遗传算法对杆件截面进行结构尺寸优化.拟满内力遗传算法引入拟满内力算法作为遗传算子,并将部分初始种群由拟满内力算法产生以增加种群多样性.对传统遗传算法罚函数进行改进,以增强算法的寻优效率.通过两个算例的对比分析,结果表明运用拟满内力遗传算法进行方钢管混凝土桁架结构优化,相对于拟满内力算法和传统遗传算法其造价分别降低了15%、15%、45%、53%.拟满内力遗传算法进行方钢管混凝土桁架结构优化的是有效、可行的.

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分数阶薛定谔方程反演左边界的拟边界正则化方法

高银霞, 杨帆, 张成

2024 (4): 147-152.

摘要 ( 49 )

PDF(574KB) ( 35 )

研究无界区域上时间分数阶薛定谔方程的反演左边界反问题,这是一个不适定问题,即问题的解不连续依赖于测量数据.利用拟边界正则化方法求解此反问题,给出拟边界正则解.在先验和后验正则化参数选取规则之下给出正则解和精确解的误差估计.

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一类微生物连续发酵过程的GMA系统及其参数辨识

赵雅芝, 徐恭贤

2024 (4): 153-158.

摘要 ( 58 )

PDF(545KB) ( 32 )

研究了一类微生物连续发酵过程的数学建模与参数辨识问题. 提出了微生物连续发酵过程的GMA系统数学模型,并论述了该系统的数学性质. 以状态变量的稳态实验数据与计算数据的误差平方和最小为性能指标构建了参数辨识模型. 基于等价对数变换和SQP算法提出了一种参数辨识模型的求解方法,通过计算获得了最优参数值. 与已有文献误差结果相比,取得了更小的浓度误差值.

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模型化益生菌对治疗前列腺癌的潜在影响

康霞霞, 贺艳

2024 (4): 159-167.

摘要 ( 41 )

PDF(2392KB) ( 26 )

根据益生菌与前列腺癌细胞之间的相互作用机制,构建了由益生菌、雄性激素依赖性前列腺癌细胞和雄性激素非依赖性前列腺癌细胞组成的三维随机癌动力学模型.通过构建V函数,获得了前列腺癌细胞持续、灭绝的充分条件.模拟预测了益生菌辅助雄性激素剥夺疗法治疗前列腺癌的效果.研究表明:益生菌对前列腺癌细胞的抑制作用和噪声强度在前列腺癌细胞持续和灭绝中扮演了重要作用;增强噪声强度或改进有益菌对癌细胞的抑制作用不仅可以有效根除癌细胞而且可以有效防止耐药现象的发生.

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一类带有不定位势Kirchhoff方程多重解的存在性

陈林松, 胡天群, 周鉴

2024 (4): 168-172.

摘要 ( 44 )

PDF(539KB) ( 39 )

研究R^N中一类带有不定位势的Kirchhoff方程,其中位势函数是可变号的.利用Morse理论和变分学原理,得到方程多重解的存在性.

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