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关键词： 自旋转射流钻头   径向钻井   流场结构   破岩  

摘要： 水力喷射径向水平钻井技术是开采煤层气、治理瓦斯灾害最经济有效的手段之一,作为其关键部件的自进式水射流钻头,具有破岩扩孔和反喷自进的双重作用,其性能直接影响破岩效率和成孔质量。自旋转射流钻头作为其中较为常用的一种自进式水射流钻头,能够有效的提高破岩和钻孔能力,提高钻头的自进速度,使成孔更加圆整。但由于转向器和钻孔尺寸的限制,其内部结构和密封设计较难。本文提出了一种适用于径向钻井技术的壳体自旋转射流钻头,通过仿真模拟、结构参数设计和破岩试验等方面的研究,以期提高射流钻头的破岩钻孔效率,为煤矿井下径向水平钻井技术提供技术支持。本文通过理论分析、数值模拟和破岩实验等方法,对自旋转射流钻头的结构设计、结构优化、流场特性分析和破煤岩实验分析进行研究,得出的研究成果主要有:(1)在理论上,首先对射流冲击煤岩体作用力分析,简述水射流破岩成孔机理,对组合射流冲击特性进行分析,通过在组合射流的固定冲击靶体模型的基础上加入移动速度,建立自旋转射流移动冲击靶体模型,对自旋转射流破碎煤岩过程进行研究,讨论了自旋转射流破岩成孔机理。通过对自旋转射流的工作原理和运动进行分析,初步设计自旋转射流钻头结构,并对其关键部位—喷嘴直径进行设计,确定前喷嘴当量直径为1.8mm,将前喷嘴分为5个大小相同、位置不同的喷嘴,每个直径为0.8mm,再对自旋转射流钻头旋转间隙密封进行理论计算分析。(2)使用Solidworks软件建立自旋转射流钻头内外流场模型,将其导入FLUENT仿真软件进行仿真模拟,设计出自旋转射流钻头选型:中部喷嘴中心距2mm、2.5 mm和3 mm,边喷嘴中心距5mm、6mm和7mm,中部喷嘴张角0°、10°和15°,中部喷嘴偏角15°、20°和25°,边喷嘴张角10°、15°和20°,通过对不同钻头结构参数进行仿真模拟,对比分析自旋转射流速度云图和速度流场变化曲线,初步确定不同结构参数的最优值为中部喷嘴中心距2.5mm,边喷嘴中心距6mm,中部喷嘴张角10°,中部喷嘴偏角20°,边喷嘴张角15°和边喷嘴偏角20°。(3)通过破煤岩实验对仿真得出的最优结构参数进行验证,将仿真得出的部分自旋转射流钻头选型进行加工,根据仿真结构选择最优的钻头结构参数在不同靶距下进行冲蚀实验,得出最佳靶距为5mm,在5mm靶距下对仿真得出的不同参数钻头进行冲蚀实验,实验对象为煤岩试件,通过测量冲蚀孔的直径、深度和冲孔破碎体积,将不同结构参数的冲蚀孔直径沿深度变化规律绘制成点线图,冲孔破碎体积单独绘制点线图,对比分析不同结构参数下冲蚀孔的形状特性和点线图规律,得到钻头最优结构参数:中部喷嘴中心距2.5mm,中部喷嘴张角10°,边喷嘴张角15°,与仿真结果一致,验证了仿真结果的准确性。本论文研究成果为水射流径向钻井技术提供了一定的理论指导,丰富了其流场特性、破岩机理等方面的研究,具有一定意义。图 [45] 表 [3] 参 [73]

关键词： 石墨烯纳米带   自旋极化输运性质   拓扑材料   第一性原理计算  

摘要： 自巨磁电阻效应发现以来,自旋电子学的研究已在科学技术和国民经济领域都取得了巨大的成功。当前自旋电子学的核心功能结构主要是“准三维”的磁性多层膜,随着科学技术对信息存储密度的要求进一步提高,自旋电子学的结构单元必然要向更低维度发展。石墨烯纳米带(graphene nanoribbon,GNR)具有较长的自旋扩散长度,同时也是一类新颖的拓扑量子材料平台,在准一维自旋电子学器件中具有广阔的应用前景。最近的实验证明,一对替代硼原子(Boron,B)掺入7个原子宽的扶手椅石墨烯纳米带(N=7,armchair graphene nanoribbon,7AGNR)中具有本征磁性,性质稳定,为自旋电子学提供了准一维的磁性材料平台。另一方面,理论证明GNR是一类新型的一维拓扑材料,其拓扑相可由Z或Z不变量表征,这为未来基于石墨烯纳米带的器件设计提供了新的思路。本论文通过第一性原理计算研究了一类石墨烯纳米带的磁性、拓扑及自旋输运性质,主要内容如下:1.证明了B-7AGNR中磁性由π电子贡献,且调控B的掺杂浓度可调节其磁性。通过构建横向石墨烯纳米带异质结,研究了单、双硼对掺杂7AGNR(B-7AGNR和2B-7AGNR)的自旋极化输运性质。对于B-7AGNR,体系具有高度自旋极化的电流(94.4%～99.6%)与显著的负微分电阻效应。对于2B-7AGNR,当两个自旋中心的磁矩从反铁磁耦合翻转到铁磁耦合时,体系产生超过15 000%的磁阻效应。2.研究了宽度为3、9(3p类),7、13(3p+1类),5、11(3p+2类)的有限长AGNR的拓扑性质与端态电子结构。结果表明拓扑理论预测的局域端态显示出本征磁性,并且当纳米带两端的磁矩反铁磁排列时体系处于磁基态。另外,纵向拉伸使5AGNR的能隙“闭合再打开”。能隙在晶格长度a=4.38(?)时闭合,随着晶格长度从4.38(?)继续增大或减小,体系分别向拓扑平庸相(Z=0)或拓扑非平庸相(Z=1)发展。

关键词： 自旋电子学   巨磁阻效应   Heusler化合物   界面物理  

摘要： 介观尺度下,对自旋电子学研究而言,界面对器件的性能有着至关重要的影响。作为巨磁阻效应研究的器件模型,自旋阀是一个非磁性的金属间隔层材料隔开两个磁性电极而构成的三明治式的多层结构,因此电极与间隔层材料之间形成两个界面。界面处的原子无序和缺陷会显著破坏自旋阀的磁阻性能,为了尽可能地克服界面处的缺陷对器件性能的影响,我们设计了一种方案来构造自旋阀,即以半金属铁磁性质的Heusler化合物作为电极,根据Slater-Pauling规则,替换其Y-位点上的原子得到相应的非磁间隔层。这样就自然地保证了电极与间隔层之间晶格和能带上的匹配。我们以Co2Fe Al作为电极、Co2Sc Al作为相应的间隔层构造了Co2Fe Al/Co2Sc Al/Co2Fe Al(001)自旋阀。从第一性原理的层面,我们通过形成能和声子谱确认出当Co2Sc Al生长在电极Co2Fe Al的Fe Al-表面时具有最稳定的Fe Al/Co Co-界面。接着将界面处原子的投影态密度与体材料Co2Fe Al相应原子的态密度做对比,我们发现仅有Al原子的自旋向上的态密度在界面处从0.17states/atom/e V下降到0.06 states/atom/e V,界面处继承了体材料的半金属性。因而自旋输运计算展示出了显著地数值为10%的巨大磁阻率,这一数值结果要远高于之前文献报道的全Heusler器件的最佳理论值10%。作为一个对比,我们还探索了Fe3Al/Fe2VAl、Mn3Al/Cu3Al两组Heusler化合物分别构成的自旋阀中的磁阻性能,进一步验证了我们器件方案的可行性。基于在磁阻器件中对异质结构界面性质的关注,我们用拓扑非平庸与拓扑平庸材料构建异质结来探索界面磁性的可能。同时在宽带隙半导体Li3Sb[001]和[111]两个晶向上Li(X-位)作为薄膜表面时观察到表面磁性,并且这种表面磁性对外界各种扰动表现出强鲁棒性。

关键词： 动脉自旋标记   脑血流量   动脉通过时间   磁共振成像   颅内动脉粥样硬化性狭窄   血流动力学   超声波检查  

摘要： 第一部分 磁共振增强型动脉自旋标记技术对正常中、老年人脑血流灌注分析目的:利用磁共振增强型动脉自旋标记(Enhanced arterial spin labeling,eASL)技术测量正常中、老年人不同脑区平均脑血流量(Meancerebral blood flow,mCBF)、动脉通过时间(Arterial transit time,ATT)和动脉脑血容量(Artery cerebral blood vol ume,aCBV),并探讨ATT时间及年龄变化和CBF的关系。方法:于2021年1月至2021年12月在中日友好医院招募50名45～80岁中、老年健康志愿者,其中男26名,女24名,年龄62.8±9.4岁。所有受试者均行磁共振扫描,包括轴位T1WI、T2WI、DWI、MRA、eASL序列。应用CereFlow软件对eASL数据进行后处理,获得全脑mCBF、ATT及aCBV脑灌注参数图。采用配对样本t检验分析比较受试者双侧额叶、顶叶、颞叶、枕叶及小脑血流灌注参数的差异。分别以年龄、侧别、解剖部位和ATT为独立因素,应用多元线性回归分析其对mCBF的影响。结果:50名中老年健康志愿者,左侧与右侧额叶、顶叶的mCBF组间比较差异具有统计学意义(P<0.05);左侧与右侧各脑区ATT值的组间比较均无统计学差异(P>0.05);除了小脑,左侧额叶、顶叶、颞叶及枕叶aCBV值均大于右侧,差异具有统计学意义(P<0.05)。多元线性回归分析显示,左侧额叶、顶叶及左侧颞叶ATT分别与左侧额叶、顶叶及左侧颞叶mCBF具有相关性(P<0.05)。左侧顶叶及左侧颞叶mCBF与年龄具有相关性(P<0.05)。结论:正常中、老年人的左、右侧部分脑区脑血流脑灌存在差异。对于右利手人群,左侧大脑半球具有更为敏感的脑血流量调节现象。第二部分 准连续式动脉自旋标记与增强型动脉自旋标记技术在颅内动脉粥样硬化患者中的对比研究目的:比较磁共振三维准连续式动脉自旋标记(3D-pCASL)与增强型动脉自旋标记(eASL)技术在颅内动脉粥样硬化患者所致动脉中、重度狭窄或闭塞时对于脑血流灌注的评价差异。方法:前瞻性收集2021年1月至2021年12月在中日友好医院放射科26例颅内动脉中、重度狭窄或闭塞患者,其中男18名,女8名,年龄67.3±10.3岁。所有受试者均行磁共振MRA、3D-pCASL和eASL序列扫描并对原始数据后处理。通过在测量部位(双侧额叶、顶叶、颞叶、枕叶、小脑及基底节区)人工手动绘制感兴趣区(Region of interest,ROI),获得相应ROI在不同PLD时间ASL测量值,包括CBF1525ms值、CBF2025ms值、CBF2525ms值、ATT 值及基于 ATT 的校正 CBF 值(CBFTransit-corrected)等灌注参数。使用方差分析比较 CBF1525ms、CBF2025ms、CBF2525ms及CBF Transit-corrected组间的CBF值差异,并应用Bland-Altman图分别分析它们之间的一致性。分别对不同PLD的CBF值与ATT行Pearson相关性分析,以及不同PLD(1525ms,2025ms,2525ms)的 CBF 与 CBFTransit-corrected 间的差值与 ATT 的 Pearson 相关性分析。经影像学评估动脉病变后,将最大狭窄率≧50%以上的供血动脉记录为病变血管。采用独立样本t检验比较CBFTransit-corrected组正常脑区和病变血管区域ROI的CBF值之间的差异。应用二元Logistic回归分析血管病变与其供血区域内CBF的相互关系。结果:26名患者中,共68处ROI位于最大狭窄率≧50%以上病变血管区域。CBF2525ms组平均CBF值最高,CBFTransit-corrected组平均CBF值最低,不同PLD时间CBF值差异具有统计学意义(F=134.788,P<0.05),Bland-Altman分析证明CBF1525m、CBF2025ms、CBF2525ms与 CBFTransit-corrected 良好的一致性。不同 PLD 间的CBF与ATT以及不同PLD的CBF和ATT校正后的CBF(CBFTransit-corrected)之间的差值与ATT之间存在显著相关性(P<0.05)。血管病变区域的CBFTransit-corrected值低于非血管病变脑区(t=7.215,P<0.001)。二元Logistic回归结果显示CBFTransit-corrected和ATT是预测血管中度以上狭窄的危险因素(P<0.05)。结论:颅内动脉中、重度狭窄或闭塞患者中3D-pCASL与eASL的CBF测量值之间有良好的一致性,不同PLD时间CBF值与AT

关键词： 石墨烯卟啉基分子器件   自旋逻辑门   自旋过滤效应   密度泛函理论   非平衡格林函数方法  

摘要： 基于集成电路的不断发展,以分子为单元来建构各种电子器件已成为元件不断小型化的有效手段之一。随着理论方法和实验工艺的提高和创新,利用电子的电荷和自旋双重属性设计制备分子自旋电子器件成为可能。与传统的硅基电子器件相比,分子自旋电子器件具有能耗低、响应速度快、集成度高等优势,使得其在信息化的新时代受到研究人员的广泛关注。在分子自旋电子器件发展过程中,石墨烯因其优异的导电和光学等性能成为理想的电极材料之一,同时,具有稳定平面结构的卟啉基分子因其优异的光电性能以及易于结合过渡金属展现出丰富的自旋特性深受人们青睐。因此以石墨烯电极和卟啉基分子构建的分子自旋器件成为了目前的研究热点。对于分子尺度上的自旋输运性质及其影响因素的理解是提高分子自旋器件性能和设计制备出多功能分子自旋器件的必要前提,也是推动分子自旋电子学发展必须探究的主要问题之一。本论文基于密度泛函理论和非平衡格林函数方法研究了分子与电极接触、初始自旋构型等因素对石墨烯卟啉基分子器件的自旋输运特性的影响,在此基础上设计出具备多种功能的分子自旋电子器件。本论文的主要研究内容和结果概括如下:1.基于石墨烯铬卟啉配合物的多功能分子自旋器件对于纳米器件而言,量子干涉效应（Quantum Interference Effect,QIE）发挥着至关重要的作用。金属卟啉配合物在平面内能够自由地旋转,所以可以与石墨烯电极接触形成不同接触界面的分子器件。因此,我们将金属铬卟啉分子通过类似于环戊烷或苯环的接触构型桥接到扶手椅形石墨烯纳米片电极之间,研究分子与电极不同接触方式和QIE对分子器件自旋输运性质的影响。计算结果表明,两器件在平衡态下的透射谱中出现法诺共振和反共振峰。分析发现法诺共振是由能量相近的铬卟啉分子局域分子轨道与电极连续态之间的量子干涉所致,反共振峰的产生与相邻分子轨道电子空间分布的宇称失配相关。在费米能级附近,两分子结不仅都实现了理想的自旋过滤效应,而且通过接触界面的转换实现了自旋向上与自旋向下电子反共振峰的转换,从而实现了自旋过滤翻转。此外,接触界面的改变实现了p型、n型两种载流子的切换。因此,该工作对构建多功能器件以及提高器件的性能方面具有重要意义。2.基于石墨烯锰卟啉配合物的分子自旋逻辑门由一个或多个分子组成的自旋逻辑门非常有潜力成为应用于集成电路的基本模块。直接在单个分子上实现逻辑运算可以节约成本、减小占据空间,提高集成度。我们选用经六碳原子链连接的双锰卟啉分子为功能分子,在其两侧通过四碳原子链对称地连接到扶手椅形的石墨烯纳米带电极上构建分子器件。根据该分子结结构和自旋排序对称性的特点,研究了其中7种典型初始自旋构型的自旋输运性质。计算结果表明,自旋极化电流随电压的变化曲线依赖于过渡金属锰原子和电极与分子接触的锯齿形边缘碳原子的初始自旋构型。进一步分析得到不同的自旋构型影响左右两个锰卟啉分子的电子态分布以及它们之间的相互作用,从而产生不同的自旋极化电流-电压特性。详细地组合不同的自旋输入信号以及其自旋极化输出电流在合适的工作偏压区间,设计出了同时具备“是”、“非”、“或”、“或非”以及“异或”等多种逻辑功能的分子自旋器件。论文内容主要分为五部分:第一章对分子自旋电子学发展史、部分分子自旋电子器件、石墨烯性质与应用以及卟啉分子的相关内容进行简要介绍;第二章介绍了研究分子器件电输运性质的理论方法,并采用该方法研究了石墨烯作为电极在分子器件中的电输运性质。为后续石墨烯电极在自旋极化输运性质的研究提供理论支持;第三章研究了铬卟啉分子与石墨烯电极不同接触方式对其自旋极化输运性质的影响,研究其在自旋过滤以及载流子种类转换中的应用;第四章同时调节分子与电极的自旋态,研究不同的初始自旋组合对器件输运性质的影响;第五章对所做工作进行总结和展望。

关键词： 空间表象   工作记忆   几何问题解决   周长比较任务  

摘要： 周长比较任务是小学阶段常见的几何题目,以往研究发现学生完成不一致相反任务的正确率显著高于不一致相等,且反应时间更快。本研究聚焦于两类不一致周长比较任务,选取小学四年级学生作为被试,采用实验法,通过两个研究,考察学生的空间表象、视空工作记忆和言语工作记忆对其解决两类周长比较任务表现有差异的影响,并探究空间表象的作用机制。为提高小学数学教学效果和针对性培养学生能力提供多角度、较为全面的理论依据和实证支持。研究一(N=116)采用四因素混合实验设计,旨在揭示空间表象、视空工作记忆和言语工作记忆以及三者的交互作用对于学生在两类不一致周长比较任务中表现产生差异的影响。研究结果显示:(1)学生完成不一致相等任务的正确率显著低于不一致相反,但完成两类任务的反应时差异不显著。(2)空间表象影响学生在两类任务中的正确率差异。空间表象能力高的学生在两类任务中的正确率差异不显著,空间表象能力低的学生在两类任务中的差异显著,具体来说,低表象学生在不一致相等任务中的正确率显著低于不一致相反任务。(3)视空工作记忆、言语工作记忆以及三者的交互作用均不能解释学生完成两类任务的正确率差异。基于研究一的结果,研究二(N=83)重点关注学生的空间表象,通过对周长比较任务的材料进行修改,使其分别需要平移不同的线段数量和距离,采用三因素混合实验设计,探究空间表象在周长比较任务中的作用机制。研究结果显示:(1)平移数量影响学生完成任务的正确率,高平移数量任务的正确率显著低于低平移数量。(2)平移距离影响学生完成任务的正确率,高平移距离任务的正确率显著低于低平移距离。(3)空间表象和平移数量的交互作用显著,在低平移数量任务上,高和低空间表象学生的正确率差异不显著;在高平移数量任务上,高空间表象学生的正确率显著高于低空间表象学生。(4)空间表象和平移距离不存在交互作用。(5)空间表象和平移数量、平移距离之间不存在交互作用。综上所述,本研究揭示了空间表象、视空工作记忆和言语工作记忆对学生在两类不一致周长比较任务中正确率和反应时产生差异的影响,并进一步探究了空间表象是否由于周长比较任务需要平移的线段数量和距离不同而对正确率产生影响。本研究的结果表明:空间表象会影响学生在两类不一致周长比较任务中的正确率,并且这一影响是通过材料需要平移线段的数量不同而起作用的。

关键词： 光腔   F=1旋量BEC   自旋向列压缩   截断维格纳近似  

摘要： 旋量玻色-爱因斯坦凝聚体（Bose-Einstein condensate,BEC）的自旋向列压缩是量子光学领域的热点研究内容,同时在精密测量领域也有广泛应用。通过压缩态,测量中的标准量子极限可以被超越,这对于提升量子干涉仪的精度有重要意义。特别是在F=1旋量BEC中,自旋向列球上存在转动区和振动区的分界线。随着时间演化,位于鞍点的极化态会沿着分界线压缩,并且具有良好的压缩效果。根据这一性质,众多研究小组提出了产生和加强自旋向列压缩的方案。但是以上研究都基于极化态,而我们的工作重点则是研究通过自旋相干态获得自旋向列压缩加强的新方案。我们将F=1反铁磁旋量BEC放入被相干激光场驱动的光腔中来增强压缩。鞍点和分界线位置用腔-泵浦失谐量、二阶塞曼能移以及光与原子耦合强度来调制。在这种情况下,鞍点对应自旋相干态,而不是极化态。并且,鞍点、分界线以及附近区域的自旋相干态都几乎沿着分界线压缩,展现出良好的压缩效果和清晰的压缩动力学。通过改变失谐量和二阶塞曼能移,压缩效果较差的初态可以被调节到分界线附近的区域,从而实现了压缩增强的目标。本研究将对基于F=1旋量玻色-爱因斯坦凝聚体的精密测量领域具有重要的研究价值。

关键词： 量子计算   量子光学   腔量子电动力学   量子点   量子逻辑门  

摘要： 基于量子力学的基本原理和量子态的特殊性质,信息科技的发展进入了新的阶段,安全、高速的量子信息处理成为国内外研究的热点。而量子信息处理的物理实现在可扩展性、操作复杂度、噪声抑制能力和集成化水平等方面存在的挑战是实现大规模通用量子计算和量子信息网络的核心瓶颈。量子逻辑门对量子态进行操作和变换,是量子信息处理的核心元件。单量子比特逻辑门和双量子比特受控非门的组合可以实现任意量子比特的量子计算,量子受控非门的构建因而受到了最广泛的关注。此外,发展更为直接有效的方法构造其他多量子比特逻辑门,能够降低量子线路复杂度,同样受到了广泛的关注。因此,构建高保真、高效率的双量子比特及多量子比特通用量子逻辑门,对于实现大规模量子信息处理具有重要意义。本论文基于量子点自旋与腔量子电动力学,进行量子逻辑门的构建与量子信息处理的理论研究,取得了一些有意义的成果:一、利用单边光学微腔与量子点自旋的耦合系统,基于耦合系统对入射光子的理想巨圆双折射效应,构建了两光子的通用三比特量子逻辑门,即两光子三比特量子Toffoli门和两光子三比特量子Fredkin门。在两光子三比特Toffoli门中,两个控制比特分别编码在控制光子的偏振和空间模式两个自由度上,目标比特编码在目标光子的偏振模上;在两光子三比特Fredkin门中,控制比特编码在控制光子的偏振模上,两个目标比特分别编码在目标光子的偏振和空间模式两个自由度上。本方案同时利用光子的两个不同自由度进行量子信息的编码,能有效节约量子资源,方便量子信息的后续存储,对环境噪声引起的光子损耗和退相干具有更高的鲁棒性。二、发展了微腔辅助光子散射的平衡条件理论,利用平衡条件下微腔辅助光子-量子点自旋相互作用,设计了针对量子点电子自旋的两比特量子受控非门(CNOT门)和三比特量子Toffoli门,可实现高保真、可扩展的固态量子计算。同时,针对光子-自旋杂化系统,设计了高保真两比特量子CNOT门、三比特量子Toffoli门和三比特量子Fredkin门,具有保真度高和可扩展性强的优点,更适用于量子网络。平衡条件的应用,能有效的抑制耦合与非耦合两种情况下量子点-微腔系统对散射光子引入的非平衡噪声,从而将量子逻辑门的保真度在理论上提升到100%。此外,平衡条件的实现不要求量子点-微腔系统工作在严格的强耦合区,使得理论方案具有更好的实验可行性。三、借助量子点自旋-单边光学微腔系统和线性光学元件,构造了宣布式拒错量子线路单元,不仅可以预报量子操作成功与否,还能将耦合强度弱、频率失谐、不理想的光子散射等引入的错误转化为宣布式的光子丢失,避免对量子操作保真度的不利影响。对宣布式拒错量子线路单元进行模块化设计,使线路更加简洁,具有良好的灵活性和可扩展性。利用这种线路单元,提出了两光子系统的五种超并行量子CNOT门方案,涵盖了光子系统偏振和空间模式两个自由度同时参与演化的全部五种情况。此外,设计了两个远程量子网络节点之间的非局域量子CNOT门的并行传送方案。宣布式拒错线路单元的使用,使得这些量子门的保真度在理论上都达到了 100%;方案对腔量子电动力学的参数要求较为宽松,降低了实验难度。另外,非局域CNOT门方案利用超纠缠建立量子信道,两个CNOT门的并行传输提高了计算速度,有望用于实现高信道容量的量子网络。计算结果表明,以上方案在当前的实验条件下有良好的性能表现,能有效抵抗噪声带来的影响,具有较高的保真度,且都是资源节约型的方案,降低了实验复杂度,其潜在的实用性和可扩展性强,可应用于大规模量子信息处理和量子网络的构建。其中电子自旋量子门可用于固态可扩展量子计算,超并行量子CNOT门可进一步提高并行运算速度,杂化量子门和非局域量子门可用于构建量子信息网络,进一步提升量子信息传输和处理的能力。

关键词： 奇性微分方程   周期正解   格林函数   不动点定理   Friedmann方程   广义Lazer-Solimini方程  

摘要： 奇性微分方程在许多科学领域中有着广泛的应用,如应用数学、应用物理学和控制论等,许多物理现象都可以转化成奇性微分方程模型进行研究,因而奇性微分方程周期正解的存在性在许多现实问题中具有不可或缺的作用,为生活中的数学模型提供了框架,对预测未来事物的发展具有重要意义.近些年来,奇性微分方程周期正解的问题吸引了国内外许多学者的目光,涌现了大量关于奇性微分方程周期正解存在性的课题.这些课题主要是关于排斥型奇性微分方程和吸引型奇性微分方程周期正解的研究.然而,对于排斥-吸引型奇性微分方程、不定奇性微分方程、高阶奇性微分方程和中立型奇性微分方程周期正解的研究有待进一步解决.本文分别对吸引-排斥型奇性微分方程,Friedmann方程和具有不定加权的广义Lazer-Solimini方程进行了深入的研究,利用不同的方法,得到了其周期正解的存在性.第一章,首先介绍了奇性微分方程周期正解存在性研究的国内外动态,并提出本文的主要研究内容.第二章,给出一些定义和引理等.第三章,研究了一类吸引-排斥型奇性微分方程的周期正解的存在性.本章主要利用锥中不动点定理,并结合格林函数的正则性,讨论了一类具有吸引-排斥型奇性微分方程的周期正解的存在性.第四章,研究Friedmann方程周期正解的存在性.本章主要利用Krasnoselski?i’sGuo不动点定理、Schauder不动点定理和Man′asevich-Mawhin连续性定理,给出Friedmann方程至少存在一个周期正解的充分条件.第五章,研究一类具有不定加权的广义Lazer-Solimini方程周期正解的存在性.本部分证明基于Man′asevich-Mawhin连续性定理,所得的结果也适用于强弱奇性.第六章,对本文进行了总结和展望.

关键词： 滚动轴承   双树复小波包变换   经验小波变换   RBF神经网络   故障诊断  

摘要： 滚动轴承的运行好坏直接关联着设备运行的平稳性与安全性,精准确定故障类型并及时加以维护是保证旋转机械运转的重要条件。因此,研究旋转机械中滚动轴承的故障诊断,对于保障整机的平稳运行、减少事故的发生具有重要意义。本文以滚动轴承为研究对象,从故障振动信号分析角度着手,为了有效获取有用故障信息,并准确识别滚动轴承的故障类型,提出了基于双树复小波包变换、经验小波变换和径向基神经网络相结合的智能故障诊断方法,具体研究内容如下:针对双树复小波包变换在分解振动信号过程中,对分解层数及最佳分量的选取,研究了平均排列熵值自适应对双树复小波包变换分解层数的选定,并通过相关峭度值计算确定出最佳分量。算例分析表明基于双树复小波包变换的故障振动信号诊断,有效提取了故障特征频率。双树复小波包变换过程中的分解与选定的滤波器有关,也与信号采样频率及分解层数有关,不可避免会产生一定的频带错位及重叠现象。相比经验小波变换对故障振动信号的分解,该模态分解方法利用振动信号的傅里叶频谱局部极大值所对应的频率对频带进行划分,继而提取含有故障特征成分的频带,具有较强的自适应性。但往往受噪声干扰,频带分割存在一定的误差,为解决此类问题提出了改进经验小波变换方法。首先对含噪故障振动信号频谱进行三次样条插值法包络获得包络谱,减弱噪声的干扰;其次对获取的包络谱进行频谱分割;最后选取最佳频带有效获取故障特征。为避免因专家经验及振动信号处理技术判断故障类型而产生的误差,并同时提高故障识别的准确性和自动化程度,本文引入了人工智能技术,即基于径向基神经网络对轴承故障类型进行智能识别。基于双树复小波包变换、经验小波变换分别对各故障类型振动信号分解,求取各类型故障分量的能量特征值,构建出能量特征样本作为径向基神经网络的输入。通过径向基神经网络对特征值的故障类型分类识别,从而确定出轴承的故障类型。实验表明,基于双树复小波包变换、经验小波变换与径向基神经网络的智能故障诊断方法,可有效识别轴承的不同故障类型。且改进的经验小波变换分解相比于双树复小波包变换提取故障特征频率的效果较好,而双树复小波包变换提取故障特征信息较经验小波变换的计算时长更短,实现了不同智能故障诊断方法可适用于不同故障诊断环境下的需求。