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Journal of Zhejiang University SCIENCE A
ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly
2024 Vol.25 No.3 P.183-274
Review
Review: Recent progress in the development of dielectric elastomer materials and their multilayer actuators
Shengchao JIANG, Junbo PENG, Lvting WANG, Hanzhi MA, Ye SHI
DOI: 10.1631/jzus.A2300457 Downloaded: 992 Clicked: 1420 Cited: 0 Commented: 0(p.183-205) <Full Text><PPT> 417
1中南大学湘雅医院神经外科，国家卫生健康委肿瘤发生重点实验室，中国长沙市，410008
2中南大学湘雅医院国家老年疾病临床研究中心，中国长沙市，410008
3中南大学基础医学院肿瘤研究所，肿瘤发生与侵袭教育部重点实验室，中国长沙市，410078
4中国人民解放军总医院海南医院重症医学科，中国三亚市，572013
摘要：蛋白激酶B（Akt）通路可通过激活下游多个靶基因来调控肿瘤细胞和干细胞的生长、增殖和代谢等，从而影响一系列疾病的发生和治疗。硫酯酶超家族成员4（THEM4）作为硫酯酶超家族成员中的一员，也是Akt激酶的结合蛋白之一。癌症等疾病的机制研究发现THEM4可以与Akt结合从而调控Akt的磷酸化。最初，THEM4被认为是Akt的内源性抑制剂，在肺癌、胰腺癌和肝癌等疾病中抑制Akt的磷酸化。但随后的研究发现，THEM4在乳腺癌和鼻咽癌中通过正向调节Akt活性促进肿瘤细胞的增殖，这与之前的研究结果正好相反。面对这两种截然不同的观点，本文综述了THEM4在Akt通路中的重要作用，重点探讨了THEM4作为一种Akt结合蛋白，在各种疾病（尤其是癌症）中与Akt磷酸化的调控关系。这将有助于更好地了解THEM4联合Akt在疾病治疗中的作用。
关键词组：蛋白激酶B（Akt）；硫酯酶超家族成员4（THEM4）；肿瘤增殖；肿瘤转移
Research Articles
Junyuan ZHENG, Caiyou ZHAO, Duojia SHI, Ping WANG, Jian WANG, Bolong JIANG, Xi SHENG
DOI: 10.1631/jzus.A2300085 Downloaded: 1010 Clicked: 1279 Cited: 0 Commented: 0(p.206-222) <Full Text><PPT> 309
机构：1西南交通大学，高速铁路线路工程教育部重点实验室，中国成都，610031；2西南交通大学，土木工程学院，中国成都，610031；3青岛零一动测数据科技有限公司，中国青岛，266000；4中国铁路设计集团有限公司，城市轨道交通数字化建设与测评技术国家工程研究中心，中国天津，300308；5深圳大学，城市智慧交通与安全运维研究院，中国深圳，518060
目的：在列车往复动力作用和复杂环境因素耦合作用下，常出现诸如钢弹簧隔振器断裂、基底不均匀沉降诱发吊空等隔振器支承刚度失效的问题。本文提出一种钢弹簧浮置板轨道支承刚度失效的方法，能及时识别失效数量、失效程度、失效位置，以避免刚度失效引起的轨道结构劣化和行车安全威胁。
创新点：1.分析隔振器支承刚度失效对浮置板轨道系统各动力指标的影响，并构建一套浮置板轨道钢弹簧失效识别方法；2.结合具有噪声的基于密度的聚类方法（DBSCAN）算法和统计分析构建一套浮置板轨道支承刚度智能监测系统，并应用于中国南部某线路。
方法：1.通过动力响应敏感性分析，得出浮置板自振频率、动位移、转角对支承刚度失效的敏感性较高（图5和6）；2.通过分析多种刚度失效的情况，得出敏感性指标和支承刚度失效的关系（表3和4，图8）；3.基于上述成果，构建智能监测系统并应用到现场，验证方法的有效性（图13和15）。
结论：1.动力学模型的敏感性分析表明，列车荷载下的浮置板一阶垂向自振频率、最大垂向动位移、转角有效值易受刚度失效影响。2.浮置板的一阶垂向频率主要跟失效数量有关；浮置板最大垂向动位移与失效高度具有较好的线性关系；浮置板转角之间的大小关系对失效位置很敏感。3.以上述方法为理论基础构建浮置板轨道支承刚度智能监测系统，成功识别出钢弹簧失效。
关键词组：浮置板轨道；支承刚度；精细化模型；失效识别；监测系统
Wucheng XU, Xiaoqing ZHENG, Xuanhe ZHANG, Zhejie LAI, Yanbin SHEN
DOI: 10.1631/jzus.A2300143 Downloaded: 897 Clicked: 1106 Cited: 0 Commented: 0(p.223-237) <Full Text><PPT> 290
机构：1浙江大学，建筑工程学院，中国杭州，310058；2浙江大学，平衡建筑研究中心，中国杭州，310028；3浙江大学，长三角智慧绿洲创新中心，中国嘉兴，314100；4浙江大学，浙江省空间结构重点实验室,中国杭州，310058
目的：由于多环境因素的动态耦合作用，单层球面网壳的温度变化具有强时变性和显著的非均匀特征。然而，传统的设计观念将结构的温度变化等效为气温的均匀升降，这可能导致潜在的安全隐患。通过数值模拟、实验研究和理论推导，本文旨在分析单层球面网壳温度的时变规律和分布模式，研究非均匀热效应及其影响因素，并针对该类结构提供非均匀热荷载的设计方法。
创新点：1. 根据真实热边界条件，模拟单层球面网壳的长期温度变化并剖析其时变规律和分布模式；2. 基于理论推导、数值和实验验证，提出单层球面网壳非均匀热荷载的设计方法；3. 对比结构均匀与非均匀热效应，分析影响热效应的施工因素。
方法：1. 通过仿真计算，运用真实热边界条件模拟单层球面网壳的长期温度变化，分析温度场的时变规律与分布模式；2. 通过理论推导，构建单层球面网壳非均匀热荷载的设计方法，并通过现场试验和数值模拟验证方法的有效性；3. 通过应用热荷载设计方法，研究结构的热效应及其影响因素。
结论：1. 单层球面网壳温度场具有强时变性和非均匀性特征，不均匀程度取决于热边界条件，分布模式取决于太阳与结构之间的位置关系；2. 运用理论推导完成温度场的简化计算，实现非均匀热荷载的设计，并通过实验和模拟对方法的有效性进行验证；3. 单层球面网壳的非均匀热效应显著强于均匀热效应，施工合拢时间是决定结构热效应的关键因素，合理安排合拢时间可以有效降低结构的热应力和变形。
关键词组：非均匀温度场；非均匀热荷载；非均匀热效应；单层球面网壳；时变环境因素
Xiaohui HU, Jiawang CHEN, Hang ZHOU, Ziqiang REN
DOI: 10.1631/jzus.A2200621 Downloaded: 977 Clicked: 1457 Cited: 0 Commented: 0(p.238-250) <Full Text><PPT> 308
机构：1浙江大学，海洋学院，中国舟山，316000；2浙江大学海南研究院，中国三亚，572000；3教育部海洋传感技术与装备工程研究中心，中国舟山，316021
目的：1.以水下轻量化水下电动机械臂为研究对象，探索水下电动机械臂和自主水下航行器（AUV）的集成技术，设计一套全新的适用于500m以上水深的水下机械臂。2.提高AUV的现场操作干预能力和自主作业能力，为海底探测取样作业提供更加有效、经济、方便、快速的手段，在海洋资源探测中发挥更大的作用。
创新点：1.以水下轻量化水下电动机械臂为研究对象，探索水下电动机械臂和AUV的集成技术，设计了一款全新的适应AUV搭载的水下电动机械手。2.该水下电动机械手的密封方式借鉴了深海液压系统的工作原理，采用压力补偿的方式提升电动机械手本身的耐压性和防水性，提升了电动机械手的适用水深和水下工作的可靠性。
方法：1.基于机器人运动学与动力学理论，进行仿真验证，并搭建水下电动机械手实验平台。2.进行陆上和水下的实验，完成轨迹的跟踪实验，并对水上水下和仿真实验的数据进行对比分析，得到水下电动机械手的轨迹跟踪精度，以验证该机械手的运行精度。
结论：1.在匀加速/减速过程中，机械手关节的运行更加稳定；在从匀减速到停止的过渡阶段有微量的过冲；在匀速运动过程中，关节角度跟踪不稳定，从波动幅度来看，误差范围约为0.01 rad。2.通过进一步分析机械手致动器的运动轨迹误差可以得出，机械手在空气中的绝对跟踪误差峰值约为18 mm，而在水下约为14 mm；机械手在水下的末端运动精度比在水中高，匀速时产生的振动幅度也比在空气中小得多。3.要提高机械臂系统的性能，需要设计更精确的控制系统；进行流体力学分析，还需要搭载配备视觉系统的AUV，以便在水下环境和实际海洋环境中进行下一步的自主操作实验。
关键词组：水下电动操纵器；逆运动学；轨迹规划；轨迹跟踪精度
Churning loss characteristics of a wet three-phase high-speed reluctance motor
Zhenzhou ZHANG, Mingzhu DAI, Chenchen ZHANG, Yi CHEN, Bin MENG
DOI: 10.1631/jzus.A2300053 Downloaded: 974 Clicked: 1651 Cited: 0 Commented: 407(p.251-267) <Full Text><PPT> 304
机构：浙江工业大学，机械工程学院，中国杭州，310023
目的：传统干式电机在高速工况下存在动密封磨损和油液泄露等问题。1.本文通过电机湿式化提出一种湿式三相高速磁阻电机泵的新结构以去除动密封。2.简化电机泵结构并提高集成度，以通过油液的循环流动改善电机散热问题。3.集中研究电机湿式化后所引起的搅拌损失问题，为后续湿式电机搅油阻力矩的减阻优化提供一种较好的计算方法。
创新点：1.提出一种新型湿式三相高速磁阻电机泵，并通过O型密封圈来构成湿式耐高压结构，避免了高速工况下的动密封磨损、油液泄露和发热严重等问题；2.通过理论分析，推导出湿式电机搅油阻力矩的解析模型；3.基于计算流体力学（CFD）建立湿式电机搅油的仿真模型，并对其运行过程中所受到的阻力矩和内部流场状态进行分析；4.设计制造实验样机，搭建湿式电机搅油的实验台架，并测试不同转速和温度下的搅油阻力矩。
方法：1.通过理论分析，建立湿式电机搅油阻力矩的解析模型（公式(26)）；2.通过仿真模拟，对电机运行过程中内部流场状态（图9和10）与其受到的流体阻力矩（图11和12）进行分析，验证解析模型的有效性（图13和14）；3.通过湿式电机搅油样机和实验台架（图15和16）测试不同转速和温度下的搅油阻力矩，验证解析模型和仿真模拟的有效性（图19和20）。
结论：1.湿式三相高速磁阻电机泵的新结构能够去除传统动密封，使其无需克服动密封摩擦力；这大大简化了电机泵的结构，提高了集成度，使其可通过油液的循环流动改善电机散热问题。2.电机搅油阻力矩与内部流场参数之间存在映射关系，因此可通过建立解析模型实现关联表征；通过CFD对湿式电机搅油进行仿真模拟，能够验证解析模型的有效性，为电机流场求解提供一种较好的方法。3.实验结果验证了解析模型和仿真模拟的有效性；三者的搅油阻力矩在不同转速、不同温度下的曲线趋势吻合良好，为后续湿式电机搅油阻力矩的减阻优化提供了一种较好的计算方法。4.在高速运转过程中，电机的侧面搅油阻力矩占总搅油阻力矩的比重很大，所以如何优化电机结构参数以减小其侧面搅油阻力矩是该湿式电机能否得以成功应用的关键所在。
关键词组：电机泵；湿式电机；搅拌损失；解析模型；计算流体力学（CFD）
Jijie YE, Xuan XU, Chuande WU
DOI: 10.1631/jzus.A2300250 Downloaded: 793 Clicked: 1093 Cited: 0 Commented: 0(p.268-274) <Full Text><PPT> 298
机构：浙江大学，化学系，中国杭州，310058
目的：本文旨在研究Wells-Dawson三明治型杂多酸阴离子[Co4(H2O)2(P2W15O56)2]16-的配位能力、夹心金属离子的稳定性以及氧化还原性质，以拓展有机-无机杂化材料的种类。
创新点：1.首次以Wells-Dawson三明治型杂多酸阴离子[Co4(H2O)2(P2W15O56)2]16-制备了有机-无机杂化材料；2.首次实现在温和条件下取代Wells-Dawson三明治型杂多酸阴离子中的夹心金属离子。
方法：1.在温和条件下合成[Co8(H2O)34(pz)2{Co4(H2O)2P4W30O112}]·16H2O，[H3O]4[Co6(H2O)22(pz)2{Co4(H2O)2P4W30O112}]·21H2O和[H3O]4[Co6(H2O)22{Co4(H2O)2P4W30O112}]·29H2O三种杂多酸固态材料；2.利用X-射线单晶衍射、傅里叶红外谱图、X-射线粉末衍射、热重分析和循环伏安曲线等测试与表征方法对合成的三种杂多酸固态材料进行结构和性质分析。
结论：在温和条件下制备由Wells-Dawson三明治型{Co4P4W30}杂多酸构筑的三种固态配位材料，发现夹心环带中的金属阳离子能够影响杂化材料的骨架结构。此外，首次证明夹心环带中的金属阳离子在相对温和的条件下容易被环境中的过渡金属离子取代。本研究为合理设计和组装具有潜在应用前景的有机-无机杂化材料提供了有益参考。
关键词组：钴；晶体结构；循环伏安曲线；杂多酸