为了研究隧道围岩在静动应力耦合作用下的变形和损伤情况, 建立地应力与爆破荷载耦合作用的隧道模型。首先依据文笔山隧道现场监测数据和岩体波速反推围岩的JH2本构参数。根据围岩等级, 结合已知参数和波动方程, 给出简易的JH2本构参数确定方法, 并通过子程序嵌入ABAQUS中建立围岩的损伤模型; 为了使仿真模型更接近现实情况, 先进行地应力平衡, 将此时的土体状态作为爆破模拟的初始应力状态, 再采用等效爆破荷载法模拟隧道爆破, 以此在宏观上实现大型岩土工程在静动应力耦合作用下的爆破仿真。仿真模型不仅考虑爆破面的爆破效果, 还着重研究爆破对隧道围岩的影响情况。研究结果表明: 初始地应力在隧道爆破中对围岩的损伤和变形都有不可忽视的作用。初始地应力的存在诱导损伤扩展, 地应力越大, 损伤越大, 拱底在竖向发生2.2 m最大损伤深度; 在相同进尺, 地应力越小变形越大, 拱顶在靠近开挖面处产生11.7 mm最大变形。围岩上下的水平收敛变形不同: 上部背离隧道, 下部指向隧道, 围岩上下台阶分界处受剪切荷载。围岩的损伤与变形贴合实际工程, 研究结果丰富隧道爆破模拟, 对隧道爆破施工有现实指导意义。

近年来，基于明胶和微纳米生物活性玻璃(MNBG)的复合水凝胶被广泛用于组织再生领域，然而MNBG对水凝胶矿化和降解性能的调控规律尚不明确。通过制备不同MNBG含量的明胶基复合水凝胶，探究了MNBG含量对复合水凝胶体外矿化及降解性能的影响。结果表明：复合水凝胶体系不影响MNBG的生物活性离子释放，而表层高含量MNBG团聚体形成负曲率接触界面则是复合水凝胶发生体外矿化的必要条件；此外，提高MNBG的含量和快速矿化形成羟基磷灰石层均能够有效降低明胶基复合水凝胶的降解速率。

钙元素含量直接影响牛奶的品质, 牛奶作为人体摄入钙营养素的一种重要食品来源, 其钙含量分析样品量巨大, 传统基于消解、 灰化等复杂前处理的实验室方法分析效率较低, 因此迫切需要建立牛奶中钙含量的快速及现场分析方法。 近年来, 液体阴极辉光放电-原子发射光谱（SCGD-AES）因无需真空条件和燃气、 载气等附加气体而受到关注。 自主开发了一套采用CCD检测器的便携式液体阴极辉光放电-原子发射光谱仪, 采用牛奶样品直接稀释进样, 考察了该仪器对牛奶中钙含量分析的适用性, 建立了稀酸稀释进样-大气压液体阴极辉光放电-原子发射光谱法快速测定牛奶中钙含量的分析方法。 对该法测定牛奶中钙含量的主要工作条件与参数进行了优化, 结果表明: 酸度对钙元素测定灵敏度的影响显著, 采用1%（V/V）硝酸介质, 该方法对钙元素测定具有最佳的灵敏度和稳定性。 该方法将1%（V/V）硝酸作为牛奶样品的稀释液。 系统考察了稀释倍数对牛奶样品中钙含量测定的影响, 结果表明: 采用100倍以上1%（V/V）稀硝酸稀释, 牛奶中钙含量的测定准确度良好, 未发现显著的基体干扰。 将该方法应用于实际牛奶样品中钙含量的测定, 稀释倍数选取100倍时, 方法检出限为35 mg·L-1, 牛奶样品中钙含量能够准确测定的同时, 无需进一步稀释; 加标回收率在89.0%~109.7%之间; 对同一牛奶样品中钙含量6次重复测试的相对标准偏差低于5%, 且单一样品测试时间小于1 min。 结果表明: 该方法可以满足牛奶中钙含量的实验室快速测定和现场快速分析或筛查要求。

两步相移法是均衡栅线投影技术的高速与高精度的重要方法。但是目前的求解算法的精度较低或算法复杂度较高。提出一种基于变量分组优化的两步相移求解方法。该方法将原始迭代变量分组为线性组变量和非线性组变量,针对确定的非线性组变量,通过最小二乘法获得线性组变量显式的最优解。通过对非线性组进行参数优化,获得全局的最优解。利用数值模拟与实验对本文方法进行了验证。结果表明本文方法有效地降低了多元非线性优化的相位值陷入局部最优的可能性,且降低了算法的复杂度。

高通量单分散纳升 /皮升液滴的制备在数字 PCR、质谱分析、细胞筛选等生物医学领域至关重要, 而现有的技术制备速率只能达到 1 000/s。本文提出了一种离心力与微喷嘴阵列相结合的微流控芯片, 实现了超高通量液滴的制备。首先, 对离心液滴微流控芯片进行设计, 通过有限元仿真详细分析了微喷嘴尺寸、离心加速度和流量等参数对液滴尺寸的影响, 获得了纳升级液滴芯片的设计参数, 使用微纳加工方法制作离心式液滴生成芯片, 并进行了液滴的高通量生成实验。实验与仿真结果表明: 液滴尺寸与离心加速度成反向关系, 与微喷嘴尺寸成正向关系, 并在很大的流量范围内液滴尺寸基本不变, 表现出优异的鲁棒性。本液滴生成芯片在离心加速度 250g~500g下, 可制备液滴直径为 105~145 μm, 制备速率达 27 000个/s, 且直径一致性良好( CV<3%), 证明本液滴生成芯片具有超高通量的特点。

喷泉码作为一种信道编码是解决大气对自由空间光通信干扰的重要技术, 而度分布是影响喷泉码性能的关键因素。针对喷泉码的度分布, 首先从原理上分析了鲁棒谷子分布和固定度分布在性能上的不足, 之后改进了固定度分布函数, 提出了一种将滑动鲁棒谷子分布和改进的固定度分布这2种度分布相结合, 并通过一个比例系数进行连接的新型联合度分布设计方案。仿真结果表明, 提出的联合度分布的译码性能要远远高于鲁棒孤子分布和固定度分布。

散斑质量评价的关键在于构建能够描述散斑特征参数与数字图像相关方法测量误差关系的模型。现今缺少描述散斑图案与其功率谱之间关系的理论分析模型。基于此,从随机过程分析角度出发,先构建了二值化散斑的自相关函数与散斑占空比、散斑半径、灰度值等参数的关系。依据Wiener-Khintchine定理得出了二值化散斑功率谱的理论解析形式。利用数值实验的方式对理论分析结果进行了验证。结果表明:理论推导的结果在功率谱主瓣以及其附近的几个旁瓣上与数值实验结果较吻合,功率谱主瓣极值与实验结果契合程度高。该模型可以应用于后续的散斑误差分析工作。

基于数字微滴图像检测法的数字聚合酶链式反应(PCR)在检测时获取的荧光微滴图像呈密集分布、具有低亮度、低对比度等特点, 导致其识别正确率较低。为了实现对密集分布的荧光微滴的正确识别, 本文提出一种基于改进的分水岭分割算法的荧光微滴识别方法, 首先利用直方图均衡化和高斯滤波对图像进行预处理, 然后使用局部自适应阈值分割从背景中提取目标, 降低对图像灰度信息的依赖, 最后结合微滴形状类圆、尺寸较均匀的特点定义微滴黏连度函数, 降低了分水岭分割中的错误分割比例。对比实验表明, 与传统的基于距离变换分水岭分割法相比较, 本文算法的正确率为9734%, 高于对照方法的859%, 验证了本文算法的优越性。

含锂药剂在用于临床治疗精神疾病时需要对患者血清中锂元素浓度进行监测以在控制正常药效的同时防止锂中毒事故的发生。 目前临床医学检验血清中锂元素含量主要采用火焰原子吸收光谱和基于离子选择性电极的电化学技术。 但火焰原子吸收光谱技术需要使用乙炔钢瓶和空气压缩机, 存在仪器不能便携, 对实验室条件要求苛刻等缺点; 电化学方法存在电极处理与更换繁琐, 分析效率相对偏低等问题。 同时, 仪器可便携、 操作简单且对锂元素分析具有良好分析性能的液体阴极辉光放电-原子发射光谱技术尚未应用于医疗领域血清中锂含量的测定。 因此, 基于自制便携液体阴极辉光放电-原子发射光谱装置, 建立了血清中锂元素的高灵敏度分析方法。 系统考察了10～100倍血清样品稀释倍数对血清样品测试的干扰, 结果表明, 当血清样品稀释20倍以上时, 未发现显著的基体干扰, 可以较好地保证结果的可靠性。 对影响锂元素分析性能的分析谱线、 试液酸度等参数进行了系统优化, 结果表明671 nm为锂元素最佳测试谱线; 试液酸度对锂元素分析的灵敏度和稳定性影响显著, 采用1%硝酸（V/V）试液酸度可以保证良好的分析性能。 在优化的系统参数和实验条件下, 锂元素标准曲线的回归方程为: Ie=7 299ρLi+400; R2=0.998 3。 当血清样品稀释20倍时, 该方法对锂元素的检出限为0.2 mg·L-1。 对同一血清样品6次重复测试考察本方法的重复性, 相对标准偏差小于5%。 将本方法应用于血清标准样品（Trace Elements Serium L-2）中锂含量分析, 测定值与证书标称值一致。 表明该方法可以较好地应用于医疗检验领域实际血清样品中微量锂元素含量的测定。

数字PCR检测过程中, 确定微滴是否为阳性直接影响最终浓度, 也是影响仪器准确度的重要因素之一。目前的自动分类方法并未考虑到数字PCR技术中浓度对结果误差的影响, 导致在低浓度下自动设置的方法与实际结果偏差较大。本文设计了一种基于广义帕累托分布的荧光微滴分类方法, 讨论了不同浓度下误分类对结果可能的影响, 据此确定了分布模型参数, 并在自行研制的微滴式数字PCR仪上进行验证。实验结果显示：经本文方法分类后, 样品中目标拷贝数在5~5 000的范围内线性回归的r2=0.995 6, 这意味着广义帕累托分布较好地拟合了微滴荧光强度边界分布, 本文提出的荧光微滴自动分类方法在低浓度下取得了较好的效果。