DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 随着数字多媒体技术的不断发展和广泛应用，版权保护已成为目前迫切需要解决的问题，数字水印技术的出现为图像认证、防篡改和版权保护提供了重要的手段，已成为信息安全和数字图像处理领域研究的热点。而到了二十世纪末及二十一世纪初的时候，网络技术取得了更大的发展发展，在网络技术的影响下，数字多媒体技术蓬勃发展，传统意义上的相片、音频、视频被数字相片、音频、视频这些数字多媒体所取代[ 1 ] 。近年来数字水印技术发展迅速，目前已有了大量不同的算法水印算法。按照水印嵌入的位置不同分为空间域和频率域两大类，空域水印算法的鲁棒性较差而变换域方法通常都具有很好的不可见性和鲁棒性，所以大部分数字水印算法主要集中在变换域 [ 2 ] 。目前的变换域数字水印技术大多数是基于离散余弦变换(DCT)、傅里叶变换(FFT)、小波变换(DWT)等。而现有的大多数变换域数字水印算法，对于普通的加噪，滤波，JPEG压缩等一些列攻击具有较好的鲁棒性，但对于旋转和尺度变换这样的攻击效果却不是很理想。本文解决的问题就是不但可以实现水印的盲检测和盲提取，而且对于普通的攻击和旋转、尺度变换等操作都具有很好的鲁棒性。 本文提出了一种新的基于Radon变换、离散小波变换(DWT)与分块奇异值分解(SVD)相结合的数字图像水印算法，在水印的检测与提取过程中不需要原始载体图像，更加利于实际中的应用。实验结果证明，该方法具有较好的不可见性，对常见的图像处理具有良好的鲁棒性。 1.1. Radon变换 1.1.1. Radon变换的定义 一个函数 的Radon变换是该函数沿包含该函数的平面内的一族直线的线积分 [ 2 ] ，如式(1)所示 (1) 式(1)中 代表沿着直线上的距离，可以表示为 ，沿着一系列平行线(投影线的积分)就组成了投影 ，所有的投影组成的集合 ，就是Radon变换或者称为X射线断层投影。 Radon变换的投影如图1所示。 1.1.2. Radon变换的性质 对于图像的几何变换如平移比例以及旋转变换时，Radon变换具有如下性质： 图1. 图像的Radon变换 1) 平移性质 原函数 产生平移因子为 的平移生成的新函数 的Radon变换是原函数 的Radon变换 沿 轴的平移，平移值为 ， 即 (2) 2) 旋转性质 原函数 围绕图像中心旋转 度产生的新函数的Radon变换是原函数 的Radon变换 沿 轴的循环平移，其平移的值为旋转角度 ， 即 (3) 3) 尺度变换性质 当 发生因子为 的尺度变换，表示为 ，其对应的Radon变换为 ， 即 (4) 1.2. 奇异值分解(SVD) 1.2.1. 从矩阵角度分析奇异值 从矩阵论的角度分析，一幅数字图像可以看作是一个非负矩阵。用 来表示一个图像矩阵。其中 实数域值。 经过奇异值分解后可以表示为 (5) 其中 和 均为正交矩阵， 是一个非对角线上的项都是0的矩阵，其对角线上的元素满足： (6) 其中 是 的秩，它等于非零奇异值的个数，于是有： 是 的奇异值，由该分解唯一确定的。它是 特征值的平方根。分解式 称为 的奇异值分解。因为 (7) (8) 所以 的列向量是 的特征向量； 的列向量是 的特征向量，并且它们所对应的特征值都是 的奇异值的平方。 1.2.2. 从图像处理的角度分析奇异值 从图像的角度看，奇异值分解有如下特性 [ 3 ] ： 1) 奇异值分解对所要进行变换的矩阵大小没什么限制，可以是方阵也可以是长矩阵。 2) 一幅图像的奇异值有很好的稳定性，这意味着当图像受到轻微扰动时，它的奇异值不会发生剧烈的改变。 3) 奇异值能够表现出图像的内在代数特性而不是视觉特性，反映的是图像矩阵元素之间的关系。所以可以利用奇异值的特性，提高水印的鲁棒性 [ 4 ] 。
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user: 2. 水印嵌入和提取 基于奇异值分解的数字水印算法，目前绝大多数采用的是根据 这一公式来对数字图像的奇异值进行修改，以此来嵌入水印图像。根据 公式来提取水印图像。但是这种算法在提 取和检测水印的时候需要用到原图像的奇异值，所以不能实现盲水印的检测。而本文提出的算法，是先将图像进行分块，然后对分块之后的图像进行奇异值分解，最后通过更改第一个奇异值来嵌入水印。这样，不但能利用Radon变换的平移不变性和旋转归一化以及可逆的特性，将图像在Radon变换域中进行处理。这样保证了图像受到平移、旋转这样的几何攻击也可以保证其很好的鲁棒性。而且采用分块技术，即不直接整体进行奇异值分解(SVD)，而是分块之后将所得的块进行变换，然后嵌入水印，以此来得到嵌入水印的图像。因为这种方法是对图像分块后进行SVD分解，所以没有计算整幅图像矩阵的奇异值，因此当水印进行嵌入以及提取检测时，就会缩短大量的时间。 2.1. 水印嵌入算法 下面以512 × 512的256级灰度Lena图像作为载体图像，32 × 32的图像作为水印图像来说明水印的嵌入过程。步骤如下： 1) 对大小为512 × 512的Lena图像进行Radon变化，得到变换之后的图像。 2) 对变换之后的图像进行一级离散小波分解得到四个子带：低频子带、水平细节子带、垂直细节子带、对角线细节子带。 3) 对高频子带HH1进行分块成4 × 4的块，然后对分成的1024块进行奇异值分解，得到1024个奇异矩阵 ，并且每一个 中的 会按照降序排列。 4) 取每个 矩阵的 ，按照如下方式进行更改： 令 如果 那么当 时， 当 时， 如果 那么当 时， 当 时， 5) 重复4)直到嵌入所有的水印信息，然后进行小波的逆变换和Radon反变换得到嵌入水印之后的图像，控制图像的大小与原图像相同。 2.2. 水印提取步算法 水印的提取步骤如下： 1) 对大小为512 × 512的嵌入水印之后的Lena图像进行Radon变化，得到变换之后的图像。 2) 对变换之后的图像进行一级离散小波分解得到四个子带：低频子带、水平细节子带、垂直细节子带、对角线细节子带。 3) 对高频子带HH1进行分块成4 × 4的块，然后对分成的1024块进行奇异值分解，得到1024个奇异矩阵 ，并且每一个 中的 会按照降序排列。 4) 如果 ，那么 否则 重复步骤4)，直到得到全部的水印信息。 2.3. 仿真实验过程 在这里，我们用大小为512 × 512的图像作为载体图像，用大小为32 × 32的图像作为水印图像。将水印嵌入到不同图像，所得到的嵌入之后的图像如图2所示。其中，(a) (b) (c)表示分别为Lena、Baboon、Peppers的原图像，(b) (d) (f)分别为嵌入水印之后的图像。 图2. 原图像与嵌入水印图像 根据仿真结果可以看出，对于嵌入水印之后的图像与原图像其清晰度并不是高度相似，这是由于对一幅图像进行Radon变换在进行反变换所的图像与原图像并不完全相同，通过实验进行仿真之后发现存在小的误差值。 载体图像的保真度是评价水印的一个重要指标，用峰值信噪比(PSNR)对嵌入水印前后图像的质量差异进行衡量 [ 5 ] (9) 由于提取出的水印可能与嵌入的水印不完全一样，这需要一个评价标准来衡量恢复的水印与原始水印的相似程度。采用归一化相似度来评判 [ 5 ] 。 (10) 为了测试算法的不可见性和鲁棒性，对于嵌入水印的载体图像进行一些常见的击，后通过盲检测出水印信息与Li的方法相比较。 用Matlab对该实验进行仿真，其仿真结果如图3所示。 本文中，用Matlab进行实验仿真，用PSNR和NC来评估水印的质量。 对图像进行小波变换之后会得到四个不同的子带，将水印图像嵌入到不同的子带区域，得到的水印效果并不相同，用实验的方法来对嵌入不同区域结果进行比较，结果如表1所示。 为了证明本方案的优越性，在这里对同一嵌入水印的图像进行椒盐噪声、斑点噪声、高斯噪声、尺度变换、旋转、中值滤波、高斯滤波、维纳滤波、锐化、直方图均衡化、JPEG压缩等一系列攻击，然后将经过攻击之后所提取出的水印信息与原水印信息相比较，来计算NC，结果如表2所示。 本文运用了Radon变换，所以对图像的旋转和尺度变换较其他算法有比较大的优越性，其部分仿真结果如表3和图4所示。 图5表示的是将水印嵌入到小波变换之后的不同子带区域，该算法对不同攻击的鲁棒性，实验结果表明，将水印嵌入到高频区域，整体效果最好。其中(a)代表椒盐噪声(感染密度0.3)；(b)代表斑点噪声(方差0.01)；(c)代表高斯噪声(均值0，方差0.5)；(d)代表尺度变换(放大倍数2)；(e)代表旋转(2度)；(f)代表中值滤波(3 × 3)；(g)代表高斯滤波(3 × 3)；(h)代表维纳滤波(3 × 3)；(i)代表锐化；(j)代表直方图均衡化；(k)代表JPEG压缩(Q = 10)。 根据仿真结果可以看出，尽管本算法对于嵌入水印之后图像有极小的影响，但总体来说对于水印图像的影响并不大。所以与Li [ 6 ] 和 [ 7 ] 的方案比较，本文方案对于旋转，缩放，平移以及普通的加噪，滤波，JPEG压缩攻击也具有很好的鲁棒性。
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user: 3. 结束语 本文提出了一种新的鲁棒性水印算法，首先对原图像进行Radon变换，然后将将得到的图像作小波分解然后对高频子带进行分块，对每一块进行奇异值分解后，通过改变每块奇异值的方法嵌入水印信息。其特点是：1) 根据Radon变换的性质，具有旋转不变性和尺度归一化的特性，提高了水印对旋转和尺度变换的鲁棒性。2) 将水印嵌入到经Radon变换、DWT-SVD变换后的数据块中，比嵌入单一变换域有更好的不可见性和鲁棒性。3) 检测水印无需原图像，实现了盲检测，可用于保护数字版权，具有一定的应用价值。 图3. 在不同攻击下的图像和提取出的水印 Table 1 The values of PSNR and NC for different image 图片名称 LL1 LH1、HL1 HH1 PSNR (dB) NC PSNR (dB) NC PSNR (dB) NC Baboon 45.2569 0.8467 48.5217 0.8575 54.2707 0.9872 Lena 46.8691 0.8549 49.2573 0.8827 55.8693 0.9939 Pepper 47.5982 0.8834 49.9684 0.8929 56.1158 0.9967 表1. 对不同图像该方法的PSNR值和NC Table 2 The NC compared between our scheme and Li’ schem 攻击名称 Li的方案 [ 2 ] 的方案 本文方案 椒盐噪声(感染密度0.3) 0.6967 0.9204 0.8516 斑点噪声(方差0.01) 0.9393 0.9091 0.9572 高斯噪声(均值0，方差0.5) 0.5949 0.8410 0.8617 尺度变换(放大倍数2) 0.5127 0.9046 0.9349 旋转(2˚) 0.7456 0.8057 0.9759 中值滤波(3 × 3) 0.7886 0.9029 0.9076 高斯滤波(3 ×3 ) 0.9374 0.9105 0.9065 维纳滤波(3 × 3) 0.8845 0.9004 0.9119 锐化 0.7984 0.8861 0.8747 直方图均衡化 0.8395 0.8219 0.8521 JPEG压缩(Q = 10) 0.8532 0.9256 0.9538 表2. 我们的方案的NC与Li的方案NC比较 Table 3 The ability of anti rotatio 旋转角度 Li的方法 [ 2 ] 的方法 本文方法 1˚ 0.7855 0.7881 0.9959 2˚ 0.7456 0.7843 0.9947 4˚ 0.7209 0.7741 0.9837 7˚ 0.7005 0.7606 0.9673 10˚ 0.6896 0.7517 0.9532 12˚ 0.6774 0.7428 0.9492 15˚ 0.6695 0.7240 0.9385 17˚ 0.6543 0.7065 0.9327 20˚ 0.6406 0.6589 0.9319 25˚ 0.6037 0.6410 0.9220 30˚ 0.5726 0.6278 0.9151 35˚ 0.5239 0.6019 0.9003 40˚ 0.5001 0.5874 0.8829 45˚ 0.4869 0.5423 0.8610 表3. 抗旋转的能力 图4. 尺度变换对不同方案水印的影响 图5. 嵌入不同区域的抗攻击能力 尽管本文提出的鲁棒性数字水印算法具有很好的鲁棒性，但是也存在着一些不足之处。对于Radon变换而言，分连续Radon变换和有限的Radon变换。连续Radon变换实际上在模拟实验过程中发现，原图像与经过连续Radon变换和反Radon变换得到的图像并不是完全一致的，这样就会对水印嵌入之后图像的质量有一定的影响。有限的Radon变换是完全可逆的，可以很好地解决这一问题，但因为有限的Radon变换研究非常少，可供参考的资料也寥寥无几，所以本文没有深入研究。本文可改进的方向也是向着有限的Radon变换代替连续Radon变换，来实现更好的效果。
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user: 摘 要 本文研究了两组复合腔体试件在轴心压力作用下的性能。利用万能试验机对该复合材料进行轴心压缩试验。研究发现：在试验过程中，两组复合腔体试件的破坏过程相似，均为外裹碳纤维首先出现拉断剥离现象，其后钢管屈服。但是由于加工工艺不同导致两组试验结果的屈服荷载以及破坏荷载不同。 关键词 :复合腔体，抗压性能，试验研究
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user: 1. 引言 本文研究的复合腔体材料是一种用于地铁隧道结构加固使用的矩形截面新型加固材料，其由空心钢管构成基本形状，内部灌注混凝土，钢管外部包裹碳纤维。近些年来纤维增强复合材料作为轻质、高比强度、高比模量材料在军事、航空、工业方面得到了广泛的运用[ 1 ] 。关于圆筒形碳纤维增强钢管混凝土的抗压试验以及抗弯等力学性能试验之前已有过一些研究[ 1 ] [ 2 ] ，目前国内还没有本文矩形试件结构材性的研究。由于近些年地铁隧道的快速发展出现的一些问题，本文对提供的两种不同碳纤维加固工艺和粘结胶水材料的复合腔体试件进行轴向抗压性能试验，比较两种不同加工工艺试件的抗压承载力。A、B两组试件所用的钢材及混凝土相同，所用的粘结胶水和碳纤维加工工艺不同。试验表明，复合腔体的抗压性能比单一种材料的抗压性能提高很多，其外层纤维材料的厚度及加工工艺对复合腔体的整体抗压性能影响较大。相比较而言，B组试件的碳纤维使用方式和粘结胶水比A组试件的轴压强度高。
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user: 2. 试验设计 2.1. 试件设计 复合腔体是由混凝土、钢管、碳纤维三种材料复合而成。其截面形式为4个40 mm × 40 mm × 2 mm (截面长 × 宽 × 厚度)的钢管焊接而成，钢管空腔内部灌注混凝土，钢管外部包裹碳纤维，厚度为t，截面尺寸如图1所示。试验采用的复合腔体试件尺寸为160 mm × 40 mm × 100 mm (截面长 × 宽 × 长度)。 2.2. 加载方案 本试验以加载力的大小控制速度，试验机最大试验力2000 kN，测量精度 ≤ ±1%；调试好试验设备后，进入正常加载状态，第一个试件加载时根据初步计算，第二个试件的加载方案根据第一个试件加载 图1. 试件截面尺寸 得到的极限值对加载方案做调整，采集加载过程中的荷载、位移、应变。加载临近最终破坏的极限承载力时以位移值控制，当试件轴向压缩位移达到变形率的35%~39%时认为轴压试件达到破坏状态，终止试验。 2.3. 测量内容及测点布置 试验测试内容包括轴向位移和轴向应变。具体的测点布置如图2所示。本试验由200 t万能试验机设备自动采集轴向位移。轴向应变采用应变采集仪采集。本试验共布置了四个应变测点，试件正反面每侧各两个，每侧位置为长度方向中线位置的三等分点。
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user: 4. 结论 通过对两种不同复合腔体试件的轴心抗压试验可以得到如下结论： 1) 复合腔体试件的这种材料结构相较于三种材料抗压强度直接组合得到的抗压强度提高很多。 2) 复合腔体试件在轴向压力作用下的失效模式主要体现在外层碳纤维剥离钢材表面，碳纤维被拉断，钢管被压鼓屈曲。 3) 通过两组复合腔体试件的轴心受压试验，可知复合腔体的A、B组试件承载力均比单一材料提高很多，而且都具有很好的延性。 4) B组试件的承载性能更好，B组试件的承载力比A组高30%左右。这主要是由于B组试件提供的粘结胶水和外层包裹碳纤维的加工工艺与A组不同。
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user: 摘 要 通过对6个混凝土柱的静力加载试验，本文研究了碳纤维布加固对不同截面混凝土柱的力学性能的影响，分析了碳纤维布粘贴层数及短柱截面类型对碳纤维布加固效果的具体影响。结果表明：碳纤维布可明显提高混凝土柱的刚度和极限承载力，减小柱的竖向位移，减小柱的横向应变和纵向应变；当碳纤维布粘贴层数为两层时，其影响程度比粘贴一层时更为显著，但其提高程度不与加固面积成正比；碳纤维布加固对混凝土圆柱极限承载力和刚度的提高优于对混凝土方柱的提高。 关键词 :碳纤维布，加固，承载力，力学性能
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user: 1. 引言 在我国的建筑工程中，使用最多的建筑结构形式仍然是混凝土结构。很多时候由于结构设计或者施工过程的不当导致混凝土柱抗压强度不足，从而降低混凝土柱的承载能力[ 1 ] 。出现这种情况就需要对混凝土柱进行加固。比较成熟的加固方式有截面增大法、钢外包法、预应力法以及CFRP (碳纤维布)加固法 [ 2 ] 。其中，碳纤维布自重轻、韧性好，具有极高的抗拉强度、高耐久性、抗高温的特性 [ 3 ] ，且这种加固方法施工简便，所以本次试验选择碳纤维布加固混凝土柱。在需要加固的混凝土柱表面粘贴CFRP材料，达到提高结构的承载力、减少结构的变形以及起到对混凝土裂缝扩展延缓的目的 [ 4 ] [ 5 ] 。这主要是利用CFRP优越的材料特性和力学性能 [ 6 ] [ 7 ] 。参考现有的文献发现，碳纤维布在加固两层的时候加固效果为最优，超过两层以后加固效果提高不明显[ 8 ] 。本文通过多组对比试验研究CFRP加固对不同截面形式的混凝土短柱的力学性能的影响。
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user: 2. 试验概况 2.1. 试件设计 本试验设计了6个混凝土短柱试件，研究碳纤维布加固对不同形式混凝土柱中部横向与竖向变形的影响。主要研究参数包括：混凝土短柱的类型，包括方柱和圆柱两种，圆柱直径100 mm，方柱边长100 mm，高均为400 mm；碳纤维布加固的层数，分别为1层和2层。选用混凝土的强度等级为C30，混凝土配合比：水：沙子：水泥：骨料 = 0.39:1.35:1:2.21。试验加固选用沈阳中恒复合材料有限公司生产的T300-12K-300单向编制纤维布，其基本材料性能如表1所示，试件编号及参数见表2。其中，YC表示混凝土圆柱试件，FC代表混凝土方柱试件，Nu为各试件的极限荷载。 2.2. 加固方案及测点布置 对混凝土柱的两种加固方式分别为粘贴1层或2层碳纤维布，碳纤维布搭接长度为100 mm。对混凝土柱的加固，首先对待粘贴纤维布的混凝土柱外表面进行打磨处理，并用水清洗干净，干燥后用丙酮试剂擦拭混凝土表面，风干后涂刷底胶，并将纤维布浸湿后粘贴于待加固部位，养护90天后进行试验。 在试件的四个侧面的形心位置布置横向应变片(型号：BX120-20AA)和纵向应变片以测得混凝土柱在轴心受压时柱中部的横向应变和纵向应变。试件竖向平均压应变由位移计量测。布置方式如图1所示。 Table 1 Basic material properties of CFR 厚度/mm 单位面积质量/(kg∙m 2 ) 抗拉强度/MPa 弹性模量/GPa 极限伸长率/% 0.329 314.34 2247 180.5 1.31 表1. CFRP基本材料性能 Table 2 Test result 试件 加固层数 极限荷载N u /KN 试件 加固层数 极限荷载N u /KN YC-0 0 180.2 FC-0 0 220.4 YC-1 1 375.1 FC-1 1 263.6 YC-2 2 547.4 FC-2 2 285.2 表2. 实验结果 图1. 加固试件加载 2.3. 加载方案 在四川大学结构工程实验室内的200T液压试验机上进行试件加载。加载方式为分级加载，每次加载为5 KN，加载速率为0.05 KN/s，每次加载后用应变箱测得在该荷载下的横向与纵向应变值，并记录在该载荷下位移计的读数，然后继续加载，直至试件发生破坏。具体的试件加载方式和加载后试件破坏见图1、图2。
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user: 3. 试验结果分析 3.1. 实验现象 对照短柱试件YC-0、FC-0在加载初期变形与荷载成线性关系，当加载到峰值荷载的40%左右时，在试块中间截面附近开始出现微小的竖向裂缝，随着荷载的继续增加，裂缝增大增多，当加载到极限承载力时，试件上发展了非常多的竖向裂缝，随后荷载开始逐渐下降，直至竖向裂缝发展到贯通试件两端，最后短柱两端混凝土被压碎，试验结束。 加固试件的破坏形式与未加固试件不同，加载初期没有明显变形；随着加载的继续，当达到素混凝土的抗压强度值的时候，碳纤维丝开始断裂，发出微弱的声响，但没有明显的破坏现象，由此可见混凝土柱的刚度得到提升；继续加载，达到试块的极限荷载后，碳纤维布局部发生断裂，与混凝土分离，试块发生脆性破坏。 图 2. 加固试件破坏形态 3.2. 承载力分析 所有试件的极限承载力见表2。由表2可以看出，混凝土柱经过碳纤维布加固后，其极限承载力得到较为显著的提高。在加载初期，由于此时混凝土的应力较小，在轴向荷载作用下横向变形可忽略不计，此阶段碳纤维布还未发挥作用，不受侧向力且对试件没有约束作用。随着继续加载，试件开始产生微小裂缝，此时应变的增长速度高于应力。到加载后期，混凝土柱开裂破碎，混凝土已经退出工作，只能依靠周围的侧向约束力予以承载。 当混凝土柱截面形式为圆柱时，与对照组相比，加固一层碳纤维布的混凝土柱承载力提高108.1%，加固两层碳纤维布的混凝土柱承载力提高203.8%；当混凝土柱截面形式为方柱时，与对照组相比，加固一层碳纤维布的混凝土柱承载力提高19.6%，加固两层碳纤维布的混凝土柱承载力提高29.4%。可见加固层数越多，对混凝土柱承载力提高程度越大，且碳纤维布加固对圆柱的加固效果远远高于对方柱的加固效果。 3.3. 荷载位移曲线分析 试件的荷载–位移曲线如图3所示，与未加固的对照试件相比，在相同荷载作用下所有加固试件的竖向位移普遍有所降低，说明碳纤维布加固方法可以有效的提高混凝土柱的刚度。在加载初期，碳纤维布应变较小，还没有发挥显著作用，随着荷载的增加，加固试件的竖向变形明显小于对照组试件的变形，说明纤维布在环向上产生了明显的约束作用。当达到极限承载力后，碳纤维布断裂，对混凝土的约束作用就突然消失，混凝土试件破坏。其中，经过碳纤维布加固的圆柱试件在碳纤维布发生作用时，碳纤维布的环向约束力均匀的分布在混凝土圆柱的侧壁，受力均匀不容易发生破坏，加固效果明显；而经过碳纤维布加固的方柱试件在碳纤维布发生作用时，由于其截面形式的不同，在两个侧壁之间的拐角处属于受力薄弱区，这个时候的环向约束力大部分作用在了这个拐角处，出现应力集中，使得这个区域的混凝土先发生破坏，从图2中可以看出，方柱试件混凝土破坏最先出现在短柱两端的拐角处。 由此可见，不同的柱截面形式对碳纤维布加固效果具有较大的影响。混凝土圆柱试件由于其圆形的截面形式，恰好适应碳纤维布的环向约束力，使混凝土柱外表和碳纤维布充分接触，并且不存在受力薄弱区；而混凝土方柱试件由于两侧面之间的拐角部位较为薄弱，对受力十分不利，故加固效果没有那么明显。除此之外，碳纤维布加固层数对混凝土短柱极限承载力提高较为明显，且加固效果随着加固层数的增加而增大，但加固效果的增大与层数不成正比。 3.4. 应变分析 由图4可看出，对混凝土柱进行加固后，在加载初期，所有试件的应力–应变曲线差别不大。随着荷载的增大，加固试件的环向应变明显低于未加固对照组试件，加固层数为两层的相比一层的环向应变降低的更为明显。说明CFRP加可以改善混凝土柱环向变形。 从图4可以看出，随着荷载的增大，经过碳纤维布加固后的混凝土柱竖向应变明显小于未加固试件的应变，且经过两层加固的试件应变减小程度高于经过一层加固的试件，但应变减小程度不与加固层数成正比，说明碳纤维加固对试件有环向约束的作用，进而减小混凝土短柱的环向变形和纵向变形，且两层加固对试件的约束作用大于一层加固。对比加固后的圆柱试件和方柱试件，发现在加固层数相同的情况下，加固后圆柱的应变小于加固后方柱的应变，说明碳纤维布加固对圆柱的约束作用更显著。 图3. 荷载–竖向变形曲线
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user: 4. 结论 本文对比研究了采用不同层数CFRP加固混凝土短圆柱和混凝土短方柱的轴压性能，对比分析了其极限承载力和荷载位移曲线，以及对柱中环向和竖向的应变进行了分析，得出以下结论： 1) 采用CFRP对混凝土短柱进行加固能够有效提高其极限承载力和刚度，且随着加固层数的增加，加固效果越明显； 2) 不同截面形式的混凝土短柱对CFRP加固的敏感度不同，碳纤维布对混凝土圆柱的加固效果远远大于对混凝土方柱的加固效果； 3) 混凝土柱经过CFRP加固后，刚度和极限承载力提高，但当荷载达到极限承载力时候，试件发生脆性破坏，即牺牲了试件的延性； 4) 从环向和轴向的应变可以看出，经过CFRP加固可以明显的提高混凝土柱的刚度，在弹性阶段和塑性阶段都得到了一定幅度的增强。
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user: 摘 要 本文结合东部过境高速公路连接线工程，应用简化权重成熟度预测粉煤灰混凝土早期抗压强度，研究表明，(预测值/实测值)均值1.00，变异系数6.5%，预测准确性高；在水胶比0.45和胶凝材料400 kg/m 3 固定的情况下，不同粉煤灰掺量的强度预测公式的斜率相同、截距不同，粉煤灰掺量每增加10%，截距减少5 MPa。 关键词 :简化权重成熟度法，早期抗压强度，预测，粉煤灰
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user: 1. 前言 简化权重成熟度法基于荷兰权重成熟度法，为推广方便，紧密结合国内的标准和设备，进行了简化和改进。在前期研究中，通过温度测量简化前后的数据对比和C值验证，已证明了该方法简化的合理性[ 1 ] ；通过该方法在无掺合料的水泥混凝土 早期抗压强度预测的应用，表明预测准确性高。但简化成熟度法预测粉煤灰混凝土强度准确性如何，粉煤灰掺量与预测公式截距、斜率的关系，如何影响预测准确性，有待分析研究。如果获知粉煤灰掺量与简化权重成熟度法预测公式的内在规律，可以通过某一基准公式，在固定胶凝材料用量和水胶比情况下，根据粉煤灰掺量的不同进行修正，无疑将大大减少建立强度预测公式的工作量，对工程的简化权重成熟度法大规模应用具有现实意义。本文将结合东部过境高速公路连接线工程，针对上述问题进行研究。
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user: 2. 简化权重成熟度法[ 2 ] 简化权重成熟度法结合国内现有的标准，采用100 mm立方体试块，体积比较小，成型工作量小；利用现有的设备，不用增加新投资；无需实测硬化温度，直接按国外资料确定胶凝材料C值，可利用现有的历史数据，如商品混凝土的质量控制数据、施工中的混凝土温度记录等，简单方便。 主要方法流程包括：1) 成型5组共15块100 mm立方体试块，记录加水时间、成型时间和温度，其中2组55℃湿热养护在72 h内的6个不同龄期进行抗压试验。另外3组20℃喷雾养护，分别在1 d、3 d、5 d、7 d、10 d、14 d、21 d进行抗压试验。试块中心点温度无需实际测量。2) 根据混凝土中的硅酸盐水泥P.I占总胶凝材料的质量百分数，确定水泥的C值；质量百分数大于65%时，C值为1.3；50%~64%时，C值为1.4；35%~49%时，C值为1.5；20%~34%时，C值为1.6。3) 确定C值后，根据不同龄期和养护温度计算权重成熟度，进行回归分析，建立混凝土强度预测公式。4) 强度预测公式建立后，根据其应用及混凝土标准差确定安全值，得到校正后的公式。只要实测现场结构混凝土的同条件养护温度，根据某龄期内的温度历史，计算权重成熟度，代入预测公式即可预测该龄期的混凝土抗压强度。
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user: 3. 原材料与配合比 结合深圳市交通公用设施建设中心科研项目“东部过境高速公路连接线工程(隧道混凝土结构耐久性关键技术的研究与应用)”，采用深圳常用的混凝土原材料，主要性能：1) 广州珠江“粤秀”P. II 42.5R水泥，28 d抗压强度58.5 MPa；2) 粉煤灰，妈湾F类II级，细度24.7%，需水量比103%，烧失量1.39%，三氧化硫0.62%；3) 碎石，5~31.5 mm连续粒级，花岗岩，表观密度2640 kg/m 3 ，松散堆积密度1410 kg/m 3 ，空隙率47%，含泥量0.5%；4) 砂，细度模数为2.5，III区中砂，表观密度为2600 kg/m 3 ，松散堆积密度1420 kg/m 3 ，空隙率45%，含泥量2.6%，泥块含量1.0%；5) 外加剂：江苏博特的PCA ® (I)羧酸高性能减水剂，减水率均在30%以上。 混凝土配合比的胶凝材料总量固定为400 kg/m 3 ，水胶比为0.45，粉煤灰掺量分别为0%、10%、20%、30%、40%，如表1所示。
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user: 4. 试验结果分析 根据原材料广州珠江“粤秀”牌P.II 42.5R硅酸盐水泥，其硅酸盐水泥P.I占水泥总质量百分数为95%，混凝土配合比的总胶凝材料中水泥和粉煤灰用量进行计算，得到混凝土的硅酸盐水泥P.I占总胶凝材料的质量百分数，确定TD-1~TD-4混凝土的C值为1.3，TD-5混凝土的C值为1.4。 按简化成熟度法，根据55℃湿热养护和20℃标准养护的抗压试验龄期计算权重成熟度，与对应的抗压强度进行回归分析，分别建立强度预测公式，如图1所示。 Table 1 Concrete mixtures (kg/m3 编号 水 水泥 粉煤灰 砂 石 外加剂 粉煤灰掺量 硅酸盐水泥P.I含量 TD-1 180 400 0 764 1056 3.2 0.0% 95.0% TD-2 180 360 40 783 1037 3.2 10.0% 85.5% TD-3 180 320 80 783 1037 2.4 20.0% 76.0% TD-4 180 280 120 783 1037 2.4 30.0% 66.5% TD-5 180 240 160 783 1037 2.4 40.0% 57.0% 表1. 混凝土配合比(kg/m 3 ) 图1. 混凝土的权重成熟度与抗压强度回归分析图 相同配合比的混凝土取样成型后，采用与施工现场条件完全相同的同条件养护，采用温度记录仪实测温度，温度和权重成熟度的对数随龄期的变化如图2~6所示。根据不同龄期内的温度记录计算的权重成熟度，代入强度预测公式计算强度预测值，并与相同龄期的实测抗压强度进行比较，如图7~11所示。TD-1混凝土的(预测值/实测值)平均值为1.04、变异系数5.4%；TD-2混凝土的(预测值/实测值)均值为1.02、变异系数8.4%；TD-3混凝土的(预测值/实测值)均值为1.01、变异系数2.7%；TD-4混凝土的(预测值/实测值)均值为1.01、变异系数4.9%；TD-5混凝土的(预测值/实测值)均值为0.94、变异系数6.8%。对TD-1~ TD-5混凝土的所有(预测值/实测值)进行统计，(预测值/实测值)均值1.00，变异系数6.5%，可见预测值与实测值相差很小，简化权重成熟度法预测粉煤灰混凝土准确性高。 图2. TD-1混凝土同条件养护的温度和权重成熟度变化图 图3. TD-2混凝土同条件养护的温度和权重成熟度变化图 图4. TD-3混凝土同条件养护的温度和权重成熟度变化图 图5. TD-4混凝土同条件养护的温度和权重成熟度变化图 图6. TD-5混凝土同条件养护的温度和权重成熟度变化图 图7. TD-1混凝土的同条件养护下实测值与预测值对比 图8. TD-2混凝土的同条件养护下实测值与预测值对比 图9. TD-3混凝土的同条件养护下实测值与预测值对比 图10. TD-4混凝土的同条件养护下实测值与预测值对比 图11. TD-5混凝土的同条件养护下实测值与预测值对比 由图1中分析，不同粉煤灰掺量的强度预测公式的斜率基本相同，只是截距不同。假设在水胶比0.45和胶凝材料400 kg/m 3 固定的情况下，不同粉煤灰掺量的强度预测公式的斜率相同、截距不同；粉煤灰掺量每增加10%，截距减少5 MPa。为证明该假设，对TD-1~TD-5的预测公式中的斜率求平均值，得到基准斜率26.944，并以粉煤灰掺量为0的截距−54.551为基准截距，即基准强度预测公式为f1 = 26.944 × lgM − 54.551。根据掺量修正截距，分别得到TD-1~TD-5的修正的强度预测公式(f2 = f1 − 5、f3 = f1 − 10、f4 = f1 − 15、f5 = f1 − 20)如图12所示。分别采用TD-1~TD-5同条件养护下的权重成熟度代入修正的强度预测公式，计算强度预测值，并与实测值进行比较，如表2所示。对表2所有5个混凝土配合比不分龄期的[预测值/实测值]进行计算，结果是均值为1.00、标准差为0.06、变异系数为6.4%，修正的强度预测公式的预测准确性高，证明了该假设成立；即在水胶比0.45和胶凝材料400 kg/m 3 固定的情况下，强度预测公式的斜率是固定值，与粉煤灰掺量无关，截距随粉煤灰掺量增加10%而减少5 MPa。
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user: 5. 结论 1) 简化权重成熟度法预测粉煤灰混凝土早期强度，(预测值/实测值)均值1.00，变异系数6.5%，准确性高。 图12. 按粉煤灰掺量修正截距的抗压强度预测公式 Table 2 The (predicted value)/(measured strength) of modified intercep 预测公式 龄期 TD-1 f1 = 26.944 × lgM − 54.551 TD-2 f2 = f1 − 5 TD-3 f3 = f1 − 10 TD-4 f4 = f1 − 15 TD-5 f5 = f1 − 20 3 d 0.92 0.91 0.99 0.92 0.80 5 d 1.05 1.02 0.96 1.01 0.92 7 d 1.01 1.03 0.97 1.00 0.96 10 d 1.06 1.04 1.02 0.98 1.09 14 d 1.06 1.09 1.01 0.95 0.98 21 d 1.07 1.07 0.95 1.05 0.97 28 d 1.08 1.07 0.98 1.08 1.01 均值 1.03 1.03 0.98 1.00 0.96 标准差 0.06 0.06 0.03 0.06 0.09 变异系数 5.3% 5.8% 2.6% 5.6% 9.3% 表2. 截距修正后的[预测值/实测值] 2) 在水胶比0.45和胶凝材料400 kg/m 3 固定的情况下，不同粉煤灰掺量的强度预测公式的斜率相同、截距不同；粉煤灰掺量每增加10%，截距减少5 MPa。
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user: 摘 要 论文首先阐述了诊断式教学法的内容和实施过程；然后以《微波技术与天线》课程教学为例给出了教学的实施效果；最后就教学中应把握的几个问题进行了说明。该教学法对于充分调动本科生的主观能动性，激发他们的创造性思维的潜能，提高学术和科研能力具有积极的推动作用。 关键词 :诊断式教学，教学改革
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user: 1. 诊断式教学法 教学方法是影响教学效果的一个重要因素，教育工作者对此一直进行着不断的研究[ 1 ] ，并提出了一些问题教学和专题教学等教学方法[ 2 ] [ 3 ] 。为进一步探索不同的教学方法，本文提出了一种诊断式教学法。其创意源于医学院的临床教学方法。在该教学法中，教师把课堂假设为一个“诊所”，它面对的是一个个不同的“病人”带来的不同的“病例”，教师的任务就是要引导和训练学生对这些“病例”进行分析、讨论、研究，并提出解决问题的方法，开出对症的“处方”。旨在充分调动学生的主观能动性，激发他们创造性思维的潜能，提高学生的创新能力。
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user: 2. 教学的实施 将教学内容仿照人体结构划分为“内科”、“外科”和“五官科”等几个不同的部分。对每个部分，教师要精心设计“病人”的“病情”，通过“病人”自述病情引出教学内容。然后，引导学生采取“望、闻、问、切”等手段对“病情”进行分析和综合，找到“病情”的病因，开出治病的“处方”，使学生理解和掌握教学的内容。最后对“病情”可能产生的各种后果进行预测，即对教学内容提出深入研究的方向。每个“病人”都要求学生做出诊断，提出自己的观点和见解。教师对学生的诊断进行引导和归纳，形成相对独立且典型的“病例”，在此基础上，指导学生撰写“病例”分析报告，即根据研究内容撰写相应的研究报告。 2.1. “病人”和“病例”的选取 诊断式教学的关键是选好“病人”和“病例”。首先教师要依课程教学内容，精心设计病人的病情。选用的“病例”应与教学内容有密切的联系，能起到举一反三，触类旁通的作用，同时还要有一定难度，使学生有思考的余地。其次，要作好提问的提纲，确定学生讨论和思考的范围及方向。最后，要将“病例”有关材料和相应提示在学生分析和讨论课前，以发放资料或多媒体展示的形式提供给学生，使学生有充分时间查阅相关资料和仔细思考。“病例”不能是一堆事例、数据的罗列。教师要摆脱乏味教科书的编写方式，尽其可能调动些文学手法。如采用场景描写、情节叙述、心理刻画、人物对白等，甚至可以加些议论，边议边叙，作用是加重气氛，提示细节。但这不能由议论而产生导引结论的效果。诊断式可随带附件，诸如有关报表、照片、曲线、资料、图纸等一些与诊断式分析有关的图文资料。当然这里所说的生动，是在客观真实基础上的，旨在引发学生兴趣的描写。应更多地体现在形象和细节的具体描写上。这与文学上的生动并非一回事，生动与具体要服从于教学的目的，舍此即为喧宾夺主了。 2.2. “望、闻、问、切”分析病情 学生针对出现的病情，采取“望、闻、问、切”等观察手段，认真对病情加以分析、讨论，提出自己的观点。教师要创造一个良好的自由讨论的气氛和环境，组织和引导学生参与讨论。在讨论中，教师不要直接表明自己的观点，以免学生产生依赖心理，不宜对学生的观点，过快作出肯定和否定，教师的独断造成紧张的课堂气氛。若学生观点不一致，可使其展开讨论；若学生分析判断有错误，可采取故意提问的方式，使学生意识到问题出在哪里，自觉加以修正，必要时，也可向学生直接阐述某些概念和基本原则。总之，每个病例所涉及的问题都应由学生自己进行分析和讨论，教师的任务是引导、有效地开发学生的思维。 2.3. 开出“处方” 这是给出解决方案的过程。上述“望、闻、问、切”分析的过程一定给出了许多值得思考的问题，这些问题都通向最终的解决方案。由于问题的复杂性，最终的解决方案并不一定是唯一的，而这恰好是培养学生创新能力的绝佳时机。教师在这个过程中应创设适当的情景，提供必要的素材，“呼之欲出”的结果最好由学生们“发自肺腑”地自己做出。如果学生们通过努力，解决了这个问题，给出了各自的解决方案，那就说明在这个过程中培养了他们的科研能力。 2.4. 撰写“病例”分析报告 病例讨论结束后，教师应及时给予总结，不是给出某个病例的标准答案，但可以带有倾向性的意见，指出本次讨论所运用的理论知识，讨论难点、重点，需要深入思考之处，指出本次讨论的不足之处与成功之处。对学生的表现也应加以评价，以激励学生下次更好地参与讨论。让学生自己进行思考和总结。这种总结可以是总结规律和经验，也可以是获取这种知识和经验的方式。在此基础上，根据学生讨论的情况，确定几个深入研究的内容，要求学生以书面的形式做出总结，写出“病例”分析报告，即撰写相应的报告。这样学生的体会会更深。
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user: 3. 实施效果 我们在本科生《微波技术与天线》课程中采用了诊断式教学法进行教学，该课程是电磁场与微波技术学科的一门主干课程，内容比较抽象，学生普遍感到难学，特别对于其中的场结构、匹配等概念难以掌握。例如，在讲授匹配的概念时，我们把失配作为一个病例引入，然后，引导学生采取“望、闻、问、切”等手段观察分析，得出病因是由于结构不连续性而产生的，进而启发学生如何消除这种不连续性，同学们都把自己当成一个个医生对这个问题进行把脉，开出了多个不同的处方(解决方案)，老师对这些处方引导大家展开讨论，学生从中又知道了各个处方的优劣所在。最后，以小组为单位撰写了病例分析报告(研究报告)。一个完整的诊断式教学过程，让学生不仅体验了诊断式教学的乐趣，更重要的是激发了他们的创造性思维，学生开出的处方中就有不少是别出心裁、构思巧妙的。 课后，我们对这种诊断式教学进行了调查，学生们普遍反映这种方法新颖别致，每个环节紧紧相扣，在课堂上能集中大家的注意力，大脑不会开小差。虽然开出的处方各式各样，但都是大家认真思考得到的，比老师直接告诉答案更有意义。
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user: 4. 教学中应把握的几个问题 4.1. 病例真实可信 诊断式是为教学目标服务的，因此它应该具有典型性，且应该与所对应的理论知识有直接的联系。它一定是经过深入调查研究，来源于实践，决不可由教师主观臆测，虚构而作。一旦被他们发现是假的，虚拟的，于是便以假对假，把角色扮演变成角色游戏，那时锻炼能力就无从谈起了。诊断式一定要注意真实的细节，让学生确有身临其境之感。这样学生才能认真地对待诊断式中的人和事，认真地分析各种数据和错综复杂的病情，才有可能搜寻知识、启迪智慧、训练能力。为此，教师一定要亲身经历，深入实践，采集真实“病例”。 4.2. 诊断式的多样化 诊断式教学应该只有情况没有结果，有激烈的矛盾冲突，但没有一个确定的处理办法和结论。后面未完成的部分，应该由学生去决策、去处理，而且不同的办法会产生不同的结果。假设一眼便可望穿，或只有一好一坏两种结局。这样的诊断式就不会引起争论，学生会失去兴趣。从这个意义上讲，诊断式的结果越复杂，越多样性，越有价值。 4.3. 课堂掌握 教学中尽量摒弃主观臆想的成分，教师要掌握会场，引导讨论方向，协助学生清理思路，使观点站得住脚；不要批评不同意见，当学生提问题时，教师不要隐藏自己的观点，注意把总结放在讨论的最后，在整个教学过程中要十分注意培养能力。
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user: 5. 结束语 在本科教学中采用诊断式教学法，与普通的问题引入、案例等教学方法有所不同，这种方法更适用于那些难以理解和掌握内容的教学。通过在《微波技术与天线》课程中的实践，我们认为该方法具有以下优点：1) 能够实现教学相长。教学中，教师不仅是教师而且也是学生。一方面，教师是整个教学的主导者，掌握着教学进程，引导学生思考、组织讨论研究，进行总结、归纳。另一方面，在教学中通过共同研讨，不但可以发现自己的弱点，而且可以从学生的分析讨论中进一步丰富“病例”。2) 能够调动学生学习的主动性。教学中，由于不断变换教学形式，学生大脑兴奋不断转移，注意力能够得到及时调节，有利于学生精神始终维持最佳状态。3) 生动具体、直观易学。诊断式教学的最大特点是它的真实性，由于教学内容是具体的实例，加之采用是形象、直观、生动的形式，给人以身临其境之感，易于学习和理解。4) 能够集思广益。教师在课堂上不是“独唱”，而是和大家一起讨论思考，学生在课堂上也不是忙于记笔记，而是共同探讨问题。由于调动集体的智慧和力量，容易开阔思路，收到良好的效果。
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user: 摘 要 以多巴胺在弱碱性条件下自聚合的特点为基础，制备得到聚多巴胺包覆的多壁碳纳米管(PDA-MWCNTs)。然后，利用预合成的聚多巴胺膜层作为纳米导向使得均匀的纳米银粒子沉积在PDA-MWCNTs表面。在该体系中，壳聚糖作为保护剂和稳定剂，利用聚多巴胺的还原及吸附作用，通过原位化学还原法制备得到聚多巴胺包覆碳纳米管/纳米银/壳聚糖复合材料(CS/PDA-MWCNTs/Ag)。通过透射电子显微镜和X射线衍射对复合材料的结构和性能进行表征，分析表明：原位化学还原法比液相还原法更有效的增加了纳米银的附着率。所制得的复合材料具有广谱抑菌性对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均有很好的抑菌性能，进一步证实了壳聚糖与纳米银的协同效应可增强复合材料的抑菌性能。 关键词 :多壁碳纳米管，壳聚糖，多巴胺，纳米复合材料，抑菌性能
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user: 1. 引言 纳米银(Ag nanoparticles， Ag NPs)是具有纳米尺寸的金属Ag颗粒，具有小尺寸效应、量子效应、大的比表面积等特点 [ 1 ] [ 2 ] 。作为一种新型的无机抗菌剂，具有持续杀菌时间长、广谱抗菌性、无耐药性等优点 [ 3 ] [ 4 ] 。但是纳米银在还原过程易造成团聚 [ 5 ] ，影响其抑菌性能。实验过程中一般加入分散剂或保护剂阻止纳米银的团聚 [ 6 ] ，常用的高分子类表面活性剂存在增加产物提纯的难度、增加实验成本等缺点。壳聚糖(CS)是一种可生物降解的多糖大分子，分子结构中含有游离氨基和羟基，这些基团有良好的化学反应特性，同时在一定的pH条件下对金属离子具有螯合作用[ 7 ] 。因此，壳聚糖可作为分散剂或保护剂加入以阻止纳米银的团聚[ 8 ] ，减小复合溶胶中杂质的引入，同时壳聚糖中活性基团的存在使其可作为一种模板参与配位反应。纳米银在实际应用中易流失导致抑菌性能丧失，因此常利用载体将纳米银固定以起到长效抑菌的作用。多壁碳纳米管(MWCNTs)除了具有独特中空管状结构外，还具有较大的比表面积[ 9 ] ，吸附能力很强且表面可修饰多种官能团[ 10 ] ，将其用做纳米银粒子的载体，有着重要的研究意义[ 11 ] 。不过，由于多壁碳纳米管表面活性位点较少，限制了纳米银粒子负载量，在实际应用中多通过酸化处理增加活性基团，但酸化处理会破坏碳纳米管的结构，使其物理性能降低。聚多巴胺(PDA)具有环境友好、强粘附性等特点，在吸附基体以后还能够作为吸附其它物质的载体，是一种很好的作为二次反应平台的物质[ 12 ] 。使用PDA改性MWCNTs，可以避免氧化改性过程中对碳管造成的损害，而且PDA还具有弱的还原性及吸附作用银氨离子的作用可以还原Ag NPs粒子并将其固定在基体表面[ 1 ] [ 13 ] 。 基于以上研究，本实验采用原位还原法制备聚多巴胺包覆碳纳米管/纳米银/壳聚糖复合溶胶(CS/PDA-MWCNTs/Ag)，其中，以AgNO 3 作银源，CS作为保护剂和稳定剂，PDA-MWCNTs作为模板材料，利用聚多巴胺膜层的还原性通过原位还原法制备得到CS/PDA-MWCNTs/Ag。所制备的复合材料可进一步作为抑菌涂料或其他材料的添加剂，在当今无锡、低毒的环境友好型防污剂发展趋势下，该类环境友好型防污材料在防污领域具有极大的应用前景。
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user: 2. 实验部分 2.1. 试剂和仪器 多壁碳纳米管(MWCNTs)：纯度 > 95%，平均直径11 nm (阿法埃莎天津化学有限公司)；壳聚糖(CS，Mr ≥ 5万和Mr ≥ 10万，脱乙酰度 > 90%)，阿拉丁化学试剂有限公司；盐酸多巴胺，阿法埃莎天津化学有限公司；冰醋酸、硝酸银及氯化钠均为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司。蛋白胨、牛肉浸膏及营养琼脂(北京双旋微生物培养基制品厂)，大肠杆菌、金黄色葡萄球菌(青岛日水生物技术有限公司)。 DF-101s集热式磁力加热搅拌器(金坛市医疗仪器厂)，PHS -25C pH-酸度计(上海宇隆仪器有限公司)，HDZX-30FBS立式压力蒸汽灭菌器(上海申安医疗器械厂)，Hitachi H-700透射电镜(日本电子公司)。Bruker D8 ADVANCE X射线衍射仪(德国布鲁克公司)。 2.2. 实验方法 2.2.1. PDA-MWCNTs复合材料的制备 称取30 mg多巴胺，加入Tris-HCl缓冲溶液50 mL，在避光条件下磁力搅拌30 min，称取10 mg的多壁碳纳米管置于上述溶液中，在25℃下水浴24 h，将产物抽滤，60℃真空干燥10 h后得到PDA-MWCNTs。 2.2.2. 壳聚糖基抑菌复合材料的制备 称取15 mg的PDA-MWCNTs充分分散于1 wt%的壳聚糖醋酸水溶液。加入5 mL硝酸银溶液( 10 mM )，搅拌30 min使Ag + 与CS充分交联、均匀分散，反应至溶液颜色不再加深，即得到CS/PDA- MWCNTs/Ag复合材料。 称取15 mg的MWCNTs充分分散于1 wt%的壳聚糖醋酸水溶液。加入5 mL硝酸银溶液( 10 mM )，搅拌30 min使Ag + 与CS充分交联、均匀分散，然后加入硼氢化钠作为还原剂(反应体系中n AgNO3 :n 还原剂 = 1:2，确保还原反应进行完全)，反应至溶液颜色不再加深，即得到CS/MWCNTs/Ag复合溶胶。 量取5 mL硝酸银溶液( 10 mM )，充分分散于1 wt%的壳聚糖醋酸水溶液，搅拌30 min使Ag + 与CS充分交联、均匀分散，然后加入硼氢化钠作为还原剂(反应体系中n AgNO3 :n 还原剂 = 1:2)，反应至溶液颜色不再加深，即得到CS/Ag复合溶胶。 2.2.3. CS/PDA-MWCNTs/Ag复合材料的抑菌测试 将待测菌种(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌)进行活化后，进行菌种转移至含有不同抑菌材料的液体培养基中，在恒温震荡培养箱中37℃、100 rpm培养24 h。经梯度稀释将培养后的待测样品液稀释10 6 倍，移取一定量稀释样液涂布到培养皿平板上，涂布均匀，培养24 h，对平板进行计数分析。 将活化培养后的菌液稀释梯度稀释10倍后，取一滴滴在血球计数板上，在显微镜下观察计数。 细菌个数/mL = 80个小方格细菌总数/80 × 400 × 10，000 × 稀释倍数 所有试验重复三次，以确保其准确度。
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 形貌观察 通过透射电子显微镜对样品进行了表面形貌观察，分析CS、PDA-MWCNTs及Ag NPs的复合情况，结果如图1所示。图1(b)是由未经聚多巴胺包覆的多壁碳纳米管通过液相还原法，以AgNO 3 作银源，CS作为保护剂和稳定剂，以硼氢化钠为还原剂制备得到的CS/MWCNTs/Ag复合材料，MWCNTs管壁上有少量Ag NPs颗粒附着，溶液中均匀分散着大量Ag NPs颗粒；由图1(c)中可看出，不同于原始碳纳米管 图1. MWCNTs (a)， CS/MWCNTs/Ag (b)， CS/PDA-MWCNTs/Ag (c)的透射电镜照片 管壁光滑且管端打开，图1(a)，体系中没有出现别的物相；CS/PDA-MWCNTs/Ag复合溶胶中碳纳米管管径增大，管壁外均匀包覆一层4 nm厚的PDA层，绝大多数Ag NPs颗粒都附着在PDA-MWCNTs的管壁外，溶胶中均匀分散着Ag NPs颗粒，没有发生团聚现象，Ag NPs的粒径约为8~9 nm，充分说明PDA层在反应中还原并固定了Ag NPs，同时，CS在整个体系中起到了分散剂和稳定剂的作用。TEM分析表明，利用PDA-MWCNTs管壁外聚多巴胺膜层还原性原位还原纳米银能有效增加碳纳米管上纳米银的负载量，分散剂CS能较好地避免纳米银的团簇现象，实验得到稳定的CS/PDA-MWCNTs/Ag复合溶胶。 3.2. 物相分析 通过XRD测试进一步证实CS/PDA-MWCNTs/Ag复合物中包覆在碳纳米管上的颗粒为AgNPs。分析图2可知，CS/PDA-MWCNTs/Ag的碳纳米管特征峰非常明显，位于2θ = 25.9˚以及42.9˚的衍射峰，与碳纳米管的(002)、(100)晶面逐一对应，PDA为非结晶聚合物，没有破坏MWCNTs的晶体结构。由于CS无明显的衍射峰，因而在CS/PDA-MWCNTs/Ag复合物的XRD谱图中，没有CS相应的衍射峰，但其整体趋势与CS的趋势相同[ 7 ] ，可以说明复合物中CS的存在。在38.0˚、44.2˚、64.4˚、77.5˚处的四个衍射峰分别对应了银的(111)、(200)、(220)、(311)晶面衍射峰 (JCPDS card No4-783)，充分说明所制备的CS/PDA-MWCNTs/Ag中，银以金属单质形式存在，与此同时AgNPs的峰形较不尖锐，表明了AgNPs的粒径比较小；同时，复合材料中也明显出现了碳纳米管的衍射峰，证明了AgNPs还原过程中复合材料中碳纳米管晶体结构未被破坏。采用Debye-Scherrer公式计算得到该反应条件制备的AgNPs的平均粒径约为9 nm，与透射电镜照片中观察结果相一致。 3.3. 抑菌性能研究 以不加任何抑菌材料的菌悬液为空白对照，添加不同抑菌材料，使其浓度为0.2 mg/mL，考察了不同材料对大肠杆菌抑菌性能。如图3，(a)为空白试样，从图中可以看出：固体培养基上有大量的菌落生长；加入MWCNTs (图b)，菌落数目稍有减少；加入CS (图c)，表现出明显的杀菌效果，与空白试样相对比菌落数减少近1/2；壳聚糖与纳米银复合后(图d)，CS/Ag的抑菌效果更加显著，其菌落数与空白试样相比降低为空白试样的1/5；加入CS/PDA-MWCNTs/Ag复合物 (图e)，细菌的生长被完全抑制，固体培养基表面无菌落生长，抑菌率达到100%。 为了更准确地比较不同材料的抑菌性能差异，又进一步进行计数法抑菌实验表征了MWCNTs、CS、CS/Ag及CS/PDA-MWCNTs/Ag对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌性能。以不加任何抑菌材料的菌悬液做空白对照，添加不同抑菌材料(0.2 mg/mL)，分别考察不同细菌培养14 h后菌悬液的细菌浓度情况。 如图4，其中，添加了碳纳米管的菌悬液细菌浓度比空白试样有所降低，表现了一定的抑菌性，碳基材料具有低毒性[ 14 ] ；添加了壳聚糖的菌悬液细菌浓度与空白试样相比显著降低，细菌数量减少了近一半；壳聚糖与Ag NPs复合后，由于Ag NPs的高效、广谱抑菌性，CS/Ag的抑菌效果更加显著，其菌悬液细菌浓度与空白试样相比降低为空白试样的1/6；由于MWCNTs的加入，为Ag NPs的复合制备提供了更多的活性位点，使得材料中Ag NPs的含量增加，因此CS/PDA-MWCNTs/Ag复合材料表现出了优异的抑菌性，其浓度为0.2 mg/mL时材料的抑菌率达到100%。总之，样品的抑菌性CS/PDA-MWCNTs/Ag > CS/Ag > CS > MWCNTs，与平板菌落抑菌实验的结果相一致。 图2. CS/PDA-MWCNTs/Ag的XRD谱图 图3. 不同抑菌材料对大肠杆菌的平板菌落法抑菌效果对比图 (a) 空白对照；(b) MWCNTs；(c) CS；(d) CS/Ag；(e) CS/PDA-MWCNTs/Ag 图4. 不同抑菌材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果对比图
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user: 4. 结论 以PDA-MWCNTs为基础模板物质，以AgNO 3 作银源，壳聚糖既作为保护剂和分散剂，又作为一种模板参与配位反应，PDA原位还原得到CS/PDA-MWCNTs/Ag复合抗菌剂。与CS/MWCNTs/Ag复合材料相比，无需添加额外的还原剂、分散剂，避免了引入杂质；同时由于PDA-MWCNTs的加入，为纳米银的复合制备提供了更多的活性位点，使得材料中纳米银的含量增加更加稳定，因此CS/PDA-MWCNTs/Ag复合抗菌剂表现出广谱、高效的抑菌性能。
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user: 摘 要 界面问题的研究具有重要的应用背景。本文从简单的模型出发，改进了浸入界面方法的构造格式.着重讨论界面及附加区域的求解。选取一维椭圆和热传导界面模型问题，采用改进的浸入界面方法求解。最后通过数值算例，利用MATLAB编程验证了格式的有效性和可行性。并且可以进一步推广应用到更复杂的界面问题模型。 关键词 :椭圆界面问题，泰勒展开式，一致网格剖分，热传导界面问题
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user: 1. 引言 流体力学研究在各种力的作用下流体本身的状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的相互作用的力学分支。不同流体之间流动时，总有界面的存在。因此界面问题一直是流体力学中常见备受关注的问题。提到界面问题计算方法的历史，我们首先追溯到20世纪70年代，Peskin 和McQueen使用浸入边界法模拟心脏瓣膜在心脏收缩和舒张过程中的开启与闭合，分析心脏内部血液的流动情况。他们成功模拟了心脏的周期运动，通过数值模拟分析在不同时刻心脏内外的速度场和压强场的变化情况，并对比了心脏内部为天然瓣膜和几种不同的人造瓣膜条件下心脏中的血液流动情况，这里心脏瓣膜可以视为一种不可渗透的材料界面，各个心脏房与心脏室之间的血液并不会通过界面渗透，而人体中的细胞膜是一种半渗透膜，细胞内外的物质会通过细胞膜选择性地渗透。此类弹性膜结构的内部与外部均为流体介质。这种膜结构相当于流场中的一个内边界。随后的相关方法研究者们致力于提高界面问题求解方法的精度。如1992年Beyer和Leveque分析了与时间无关的界面问题，通过选择合适的离散，可以将数值精度提高到二阶。1994年LeVeque和Zhilin Li [ 1 ] 在SIAM上发表了篇关于浸入界面方法的论文，引起个很多学者的重视，从而掀起了界面问题数值方法研究的大幕。 对界面问题的数值方法，分为两类不同的策略：1) 自适应方法；2) 一致网格方法，在界面附近修改计算格式。