目的:基于物理学基本原理解释神经元电活动过程中存在的物理效应,解释突触生物功能活化过程的物理机制,以及分析神经元建模中的电磁场效应(图1). 探讨神经元建模、胶质细胞调控、突触可塑性和神经元群体电活动的网络效应.
创新点:1. 论证荷控和磁控忆阻器非线性函数在物理神经元模型构建中的作用. 2. 提出神经元突触耦合的物理机制就是电场和磁场耦合(图3). 3. 研究神经元电路混合突触耦合的物理实现(图2)以及能量存储与泵浦.
方法:依据物理学电磁感应定律和赫姆霍兹定理论证神经元电活动过程产生的电磁感应效应以及能量输运过程. 基于忆阻器物理特性和量纲一致原理来构建物理神经元模型,从物理角度解释突触功能实现过程的物理机制.
结论:在神经元电活动过程中需考虑电磁感应效应; 场耦合可以调控神经元突触耦合作用; 在神经元网络中信号传递需考虑物理场耦合过程.

关键词组：神经元; 神经网络; 自突触; 哈密顿能量; 电磁感应

目的:通过在苎麻纤维表面接枝纳米二氧化硅颗粒,改善苎麻纤维与环氧树脂的界面粘结性能,从而提升苎麻纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能.
创新点:将纳米二氧化硅颗粒接枝到苎麻纤维表面,从而大幅提升苎麻纤维与环氧树脂的界面粘结性能与复合材料的力学性能.
方法:利用十二烷基硫酸钠均匀分散二氧化硅纳米粒子,并在硅烷偶联剂作用下,将二氧化硅纳米粒子接枝到苎麻纤维表面.
结论:纳米二氧化硅接枝到苎麻纤维表面大幅提升了纤维表面粗糙度,降低了纤维亲水性能,升高了纤维与环氧树脂的界面粘度,从而改善了复合材料的力学性能.

关键词组：纳米二氧化硅; 十二烷基硫酸; 硅烷偶联剂; 苎麻纤维; 力学性能; 界面性能

目的:研究3D打印仿碳纳米管加筋结构对混凝土单轴受压力学性能的加固机制.
创新点:提出一种采用仿碳纳米管加筋结构对混凝土进行加固的方法.
方法:1. 以韧性树脂为材料,采用光固化3D打印技术分别制作疏密度为每层10个单元、12个单元和14个单元的仿碳纳米管加筋结构和传统纵横加筋结构. 2. 将配制的M2.5水泥砂浆作为填充材料,制备直径为100 mm、高为200 mm的圆柱型单轴压缩试件. 3. 以相同尺寸内部无加筋的素混凝土试件作为参考进行抗压试验.
结论:1. 与素混凝土相比,当试件采用每层10个单元、12个单元和14个单元的仿碳纳米管加筋结构时,混凝土试件抗压强度分别提高59.77%、85.94%和108.98%. 2. 当试件采用每层10个单元、12个单元和14个单元的传统纵横加筋结构时,混凝土试件抗压强度分别提高24.22%、46.88%和68.75%. 3. 仿碳纳米管加筋结构对混凝土的加固效果明显优于传统纵横加筋结构. 4. 仿碳纳米管加筋后试件的破坏形式随着加筋密度的增加由整体破坏转变为局部破坏.

关键词组：3D打印; 仿碳纳米管加筋; 纵横加筋; 混凝土加固

目的:采用响应面方法研究特级道砟休止角的离散元参数仿真试验,建立多次回归模型并对其进行优化,以及对道砟接触参数进行优选. 通过多参数的响应面法为碎石道床离散元参数的快速标定提供有效途径.
创新点:1. 基于响应面法对离散元道砟接触参数进行统计分析,提出道砟最优参数的回归方程及回归曲面. 2. 以道砟堆积体在多个正交平面的均值为道砟休止角,构建基于一致线性描述方式的道砟休止角实测试验与离散元仿真试验. 3. 提出道砟参数的动态标定思想.
方法:1. 通过道砟休止角的室内试验,测量出道砟休止角度的有效均值. 2. 以实测结果为目标,采用响应面法对道砟离散元仿真参数进行优选. 3. 验证所提方法的可行性和有效性.
结论:1. 通过采用休止角的4个正交面取均值的方法对中国特级道砟休止角进行实测所得到的平均值为(39.78±1.27)°. 2. 以实测结果为目标,采用响应面方法对特级道砟离散元仿真参数进行优选,由方差分析可得2个显著的一次项参数(静摩擦系数和滚动摩擦系数)以及多个显著的多次项参数组合; 最优参数组合为:泊松比为0.24,密度为2600 kg/m³,杨氏模量为5.45×10¹⁰ Pa,碰撞恢复系数为0.72,静摩擦系数为0.56,滚动摩擦系数为0.27. 3. 利用特级道砟离散元最优参数建立了离散元轨排模型,并进行了轨枕横向阻力试验; 仿真结果与室内试验实测阻力曲线趋势基本一致,表明响应面法获得的接触参数取值可用于碎石道床相关的离散元仿真.

关键词组：有砟轨道; 道砟; 离散元; 参数; 标定; 响应面法

目的:燃料和氧化剂的快速掺混是发展超燃冲压发动机的关键技术. 本文使用等离子体合成射流对超声速混合层进行增强混合,采用实验的方法获得等离子体合成射流扰动后超声速混合层的精细结构,并研究在超声速混合层中等离子体合成射流增强混合的特性.
创新点:1. 使用纳米平面激光散射技术(NPLS)获取在超声速混合层中由等离子体合成射流诱导的大尺度涡结构; 2. 分析由等离子体合成射流诱导的大尺度涡结构的演化过程.
方法:1. 使用信号源发生器实现纳米平面激光散射/粒子图像测速(NPLS/PIV)和脉冲电源的时序控制,从而实现NPLS对等离子体合成射流诱导的大尺度涡结构的捕捉,以及得到PIV获取流场的速度分布; 2. 获得不同位置截面和不同延时时刻的流场精细结构,并分析等离子体合成射流增强混合的特性; 3. 对NPLS结果提取湍流边界,计算湍流的混合层的厚度和分形维数.
结论: 1. 等离子体合成射流可以对超声速混合层产生较大的扰动,展向方向扰动范围超过8D; 2. 等离子体合成射流可以增加混合层的厚度; 3. 等离子体合成射流的扰动无法进一步提高充分发展的超声速混合层的分形维数.

关键词组：超声速剪切层; 超声速混合层; 等离子体合成射流; 混合增强

目的:对聚合物微球(PM)在碳酸盐岩基质岩心与裂缝型岩心中封堵效果和油/水选择性进行综合评价.
创新点:1. 制作裂缝型碳酸盐岩模型并进行等效缝宽度计算. 2. 显微评价PM的水化膨胀特性. 3. 进行聚合物微球深层封堵性能评价. 4. 进行聚合物微球油/水选择性封堵评估.
方法:采用纳米级聚合物微球溶液,并以哈萨克斯坦北特鲁瓦裂缝型碳酸盐岩油藏储层温度(54 °C)和碳酸盐岩天然裂缝尺寸(0.02~0.03 mm)为实验条件. 通过碳酸盐岩裂缝型岩心模型制作、PM基本性能测试、岩心流动实验以及扫描式电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)等微观手段,对PM在碳酸盐岩基质岩心与裂缝型岩心中封堵效果和油/水选择性进行综合评价.
结论:1. PM在水中具有良好的分散性和溶胀能力,3 d溶胀率高达300%以上,且对高矿化度盐水具有较强的耐受性. 2. PM在基质岩心和裂缝型岩心均具有较好的深部封堵效果. 30 cm长岩心模型封堵实验表明,封堵后的分段压降均匀分布,岩心基质和裂缝型岩心封堵后的残余阻力系数介于3.29~5.88,封堵率介于69.58%~83.01%,且残余阻力系数越大,封堵率越高. PM在岩心中水化膨胀后可形成有效封堵,且平均封堵率高达70%以上. 3. PM封堵的油/水选择系数R_w/o均小于1.0且接近于0,说明PM具有较强的油/水选择性封堵效果. 这主要是因为油/水与PM作用机理不同. PM遇水后溶胀且表面粘性增加而粘连在碳酸盐岩壁面,并且不同微球之间相互团聚形成较大体积的颗粒,因此增加了对注入水的封堵效果. PM在煤油中则性能稳定,不产生溶胀和粘连效果,因此对反向注入煤油具有较低的封堵效果. 4. SEM成像结果分析认为,PM在岩心喉道或天然微裂缝中的封堵机理主要包括三个方面:(1)PM单体在岩石颗粒表面吸附,降低喉道的尺寸,同时多个单颗粒小球增大了层内比表面积、降低了层内渗透率. (2)PM溶胀后在小尺寸孔道形成了机械捕集. (3)多个PM单体颗粒团聚成网状结构堵塞了大孔道. EDS元素分析技术进一步验证了其作用机理.

关键词组：纳米聚合物微球. 裂缝型岩心. 封堵率. 油/水选择性. 封堵机理