机械工程学报

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汤景辉, 秦嫚嫚, 唐乐, 魏华, 裘梁, 余军

2023, 1(5): 24-34. doi: 10.13381/j.cnki.cjm.00000-00

[摘要](227) [HTML全文] (207)

摘要:
目的

探讨植物乳杆菌ZDY04能否改善氧化三甲胺（TMAO）诱导的小鼠动脉粥样硬化及其机制研究。

方法

6~8周龄雌性载脂蛋白E基因敲除（apolipoprotein E-deficient mice，ApoE^-/-）小鼠被随机分成3组：正常饮食组（Chow组）、胆碱+溶剂组（Choline+PBS组）和Choline+ZDY04组，通过自由饮用1.3%高胆碱饮食构建小鼠动脉粥样硬化模型，灌胃含有15%甘油的无菌PBS或菌株，持续16周，检测血脂水平，uHPLC-MS/MS测定血浆TMAO和粪便三甲胺（TMA）的含量，油红“O”染色检测全长主动脉粥样硬化病变程度，苏木素-伊红、油红“O”以及Masson染色分别检测主动脉根部斑块面积、脂质占比以及胶原纤维含量，免疫荧光检测主动脉根部斑块中巨噬细胞以及平滑肌细胞数量，RT-qPCR和Western blotting检测小鼠肝脏胆固醇逆向转运相关基因及Fmo3基因的表达水平。

结果

与Choline+PBS组小鼠相比，Choline+ZDY04组小鼠主动脉脂质沉积区域显著减少，主动脉根部动脉粥样硬化斑块面积，脂滴及巨噬细胞阳性区域明显减少，胶原纤维和平滑肌细胞在斑块中占比没有明显变化。粪便TMA及血清TMAO含量显著降低。血清总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇含量具有下降趋势但差异无统计学意义，高密度脂蛋白胆固醇含量显著上升。胆固醇逆向转运相关基因Sr-b1、Abcg5和Cyp7a1等显著升高，Fmo3基因表达水平没有变化。

结论

植物乳杆菌ZDY04通过促进胆固醇的逆向转运和分解，抑制ApoE^-/-小鼠体内的动脉粥样硬化。

弹性薄壳动力学比拟的曲面论基础

薛纭, 陈立群

2023, 44(5): 489-498. doi: 10.21656/1000-0887.430222

[摘要](91)

摘要:
将Kirchhoff动力学比拟从弹性细杆推广到弹性薄壳，需要相应的经典曲面论新的表达形式，即用刚体动力学的概念和方法描述曲面的基本性质，形成广义Kirchhoff动力学比拟方法.从曲面非正交网格的两个刚性正交轴系出发，用其姿态坐标和Lamé系数表达曲面偏微分方程；用弯扭度和Lamé系数表达曲面的第一和第二基本二次型，得到了法曲率的表达式，由此计算了主曲率和主方向，验证了与经典曲面论的一致性；给出算例以说明该文方法的应用，这一方法可以用来表达曲面的Rodrigues方程、Weingarten公式和Gauss公式，以及曲面论的基本方程.分析表明了这一方法对表述曲面微分几何的可行性，具有推导简洁和直观的优点.这有助于为广义Kirchhoff比拟及其后续发展奠定数学基础.

刚-液耦合航天器系统的Hamilton结构及稳定性分析

易中贵, 岳宝增, 刘峰, 卢涛, 邓明乐

2023, 44(5): 499-512. doi: 10.21656/1000-0887.430379

[摘要](87)

摘要:
该文采用3D刚体摆来等效推进剂的非线性晃动行为.由此研究了该刚-液耦合航天器系统的Hamilton结构，介绍了系统的R³约化（对应系统的平移不变性或总线动量不变性）以及S_o(3)约化（对应系统的旋转不变性或总角动量不变性），并推导了系统在约化空间s^*_o(3)×s^*_o(3)×S_o(3)上的约化Poisson括号.接着研究了刚-液耦合航天器系统的自旋稳定性特征，先根据对称临界原理推导了刚-液耦合航天器系统的相对平衡态，由此根据能量-动量方法与分块对角化技术，推导了系统的自旋稳定性条件和Arnold形式的稳定性边界.最后根据具体模型参数，给出了以图形方式展现的自旋稳定域.

基于奇异摄动的柔性关节机械臂约束跟随控制研究

欧劲松, 李蓉, 尹辉, 王华建

2023, 44(5): 513-524. doi: 10.21656/1000-0887.430024

[摘要](64)

摘要:
针对二连杆柔性关节机械臂，提出了一种基于奇异摄动理论和UdwadiaKalaba(U-K)方法的控制方法.设计步骤主要分为两步：第一，基于奇异摄动法对系统进行降阶，把系统拆分为快、慢系统，不仅降低了求解系统的阶次，而且克服了系统柔性；第二，基于U-K方法设计了快、慢系统的状态反馈约束跟随控制律，能使快、慢系统约束跟随误差收敛到零，即使系统初始不满足约束条件，该方法不需要借助Lagrange乘子和伪广义速度等辅助变量，可以同时处理完整约束和非完整约束.将以上方法运用在二连杆柔性关节机械臂系统中，解决了二连杆柔性关节机械臂的柔性振荡和约束跟随的问题.使用MATLAB进行仿真，并且与传统PID控制进行了对比，验证了所提出的方法的有效性与优越性.

SAV/重心插值配点法求解Allen-Cahn方程

黄蓉, 邓杨芳, 翁智峰

2023, 44(5): 573-582. doi: 10.21656/1000-0887.430149

[摘要](60)

摘要:
采用标量辅助变量(scalar auxiliary variable, SAV)方法结合重心插值配点法求解二维Allen-Cahn方程.在时间方向上分别采用Crank-Nicolson格式、二阶向后差分格式离散，空间方向上采用重心Lagrange插值配点法离散，建立了两种无条件能量稳定SAV格式，并给出了重心插值配点格式的逼近性质.数值实验表明：两种SAV配点格式的时间收敛阶为二阶，并满足能量递减规律.与空间采用有限差分法离散对比，重心Lagrange 配点格式具有指数收敛的特性.

KdV-Burgers方程的一类新本性并行差分格式

潘悦悦, 杨晓忠

2023, 44(5): 583-594. doi: 10.21656/1000-0887.430128

[摘要](86)

摘要:
KdV-Burgers方程作为湍流规范方程，具有深刻的物理背景，其快速数值解法具有重要的实际应用价值.针对KdV-Burgers方程，提出了一种新型的并行差分格式.基于交替分段技术，结合经典Crank-Nicolson(C-N)格式、显格式和隐格式，构造了混合交替分段Crank-Nicolson(MASC-N)差分格式.理论分析表明MASC-N格式是唯一可解、线性绝对稳定和二阶收敛的.数值试验表明， MASC-N格式比C-N格式有更高的精度和效率.与ASE-I和ASC-N差分格式相比，MASC-N并行差分格式有最好的性能.表明该文的MASC-N并行差分方法能有效地求解KdV-Burgers方程.

曲率障碍下四阶变分不等式的交替方向乘子法

张霖森, 程兰, 张守贵

2023, 44(5): 595-604. doi: 10.21656/1000-0887.430243

[摘要](51)

摘要:
对于重调和算子和曲率障碍表示的变分不等式，提出了自适应交替方向乘子数值解法(SADMM).对问题引入一个辅助变量表示曲率函数的增广Lagrange函数，导出一个约束极小值问题，并且该问题等价于一个鞍点问题.然后采用交替方向乘子法(ADMM)求解这个鞍点问题.通过采用平衡原理和迭代函数，得到了自动调整罚参数的自适应法则，从而提高了计算效率.证明了该方法的收敛性，并给出了利用迭代函数近似罚参数的具体方法.最后，用数值计算结果验证了该方法的有效性.

异质分数阶非线性多智能体系统的预设时间一致性

龚平

2023, 44(5): 605-618. doi: 10.21656/1000-0887.430223

[摘要](62)

摘要:
该文研究了一类异质分数阶非线性多智能体系统的预设时间一致性问题.设计了一类基于时变函数的预设时间分数阶积分控制器, 将分数阶非线性多智能体系统转化为一阶非线性多智能体系统.然后综合利用整数阶Lyapunov函数法和预设时间控制技术, 分别实现了具有连通无向图和具有含生成树有向图的多智能体系统的精确预设时间一致性控制.该预设时间可以通过时变函数预先设定, 且不依赖于系统初始值和参数.最后, 用实例验证了理论结果的有效性.

基于液流和叶片水势测定的沙柳水分利用特征分析

杨睿智, 马景永, 梁椿烜, 田赟, 贾昕, 查天山

2023, 41(5): 87-94. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180241

[摘要](315) [HTML全文] (168)

摘要:
目的干旱半干旱区植物的水分传输过程依赖于一套有效的调控机制，研究典型沙生植物对土壤干旱的响应机制有助于预测未来气候条件下荒漠生态系统的结构和功能变化。方法采用包裹式茎流仪于2017年5—10月对毛乌素沙地沙柳液流进行长期连续观测，期间选择天气晴朗的19 d测得黎明前叶水势与正午叶水势，同步连续监测林冠上方太阳辐射、气温、空气相对湿度与土壤含水量。结果（1）短期内土壤水势与枝条液流具有较好的相关性（5—6月、7—9月），整个生长季内液流密度与土壤叶片水势差（Ψ_L－Ψ_S）呈正相关。（2）叶片水势（Ψ_L）、大气水汽压亏缺（VPD）均对叶片蒸腾速率（E_L）有调控作用，小于阈值呈正相关，大于阈值呈负相关。VPD对E_L调控阈值为1.9 kPa，Ψ_L对E_L调控阈值为−3.7 MPa。VPD对叶片导度（g_L）有显著调控作用，调控阈值为0.9 kPa，小于阈值呈正相关，大于阈值呈负相关。（3）沙柳木质部栓塞脆弱性曲线呈“r”形，引起枝条50%导水率损失的压力值（P₅₀）为0.73 MPa。（4）整体上看，正午木质部传导度（K_s）与正午叶片传导度（g_L）是正相关的。K_s与黎明前叶水势（Ψ_S）呈现正相关关系，而g_L受VPD影响较大导致其与Ψ_S相关性弱。g_L与K_s对于土壤干旱（Ψ_S降低）的相对敏感性（ϭ）为 1.035 。结论以上结果表明，随着水分胁迫加重，木质部在水势较高时便通过降低导水率来减少水分丧失，木质部栓塞到一定程度也不关闭气孔，而是能保持一定的气孔开度。这些适应策略在一定程度上反映了沙柳最大化蒸腾和同化速率的一种机制，对正确认识干旱地区沙柳的水分利用特征有明显的理论意义，为深入研究沙柳的水力限制补偿机理奠定基础。

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