封面介绍
复杂曲面薄壁构件是火箭、飞机、汽车和高速列车等运载装备的关键结构。随着新一代运载装备对轻量化、长寿命、高可靠要求的大幅提升，传统的多块拼焊结构无法满足这些要求，迫切需要整体化的复杂曲面薄壁构件。面对整体薄壁构件制造的巨大挑战，发展出适用于管、板、壳类构件和轻合金构件的新一代流体压力成形技术。利用流体介质压力调控变形区应力状态的方法，可解决薄壁构件起皱、开裂与局部减薄的难题。在此基础上，发展出一系列复杂薄壁构件成形新工艺，包括管类构件低载荷液压成形、板类构件双向加压成形、椭球壳体无模液压成形和难变形材料双调热介质成形。新一代流体压力成形技术突破了传统技术的制造极限，大幅提升了新一代运载装备制造技术的水平。
气升式浆态床反应器是一种重要的气-液-固多相反应器，包括鼓泡塔反应器和环流反应器。这些反应器具有剪切应力低、混合程度好、传质/传热能力强、成本低等优点，已被广泛应用于许多工业过程，尤其是生物发酵和能源化工领域。为了进一步提高浆态床反应器的性能（即混合和传质/传热性能）和满足工业应用要求（如温度控制、减少返混和产品分离等），浆态床反应器的过程强化至关重要。首先，本文回顾了这两种反应器在强化混合和传质/传热方面的最新研究进展。然后，总结了浆态床反应器在连续生产时混合与分离的过程强化方法，其中，由于具有高效率和低成本的优点，推荐采用将环流反应器内的定向流动与水力旋流器的简单固-液分离相结合的过程强化技术。接着，系统地讨论了浆态床反应器所面临的问题和挑战，包括流型判别、气体分布器设计、固体颗粒影响及其他问题。本文还介绍了应用计算流体力学对浆态床反应器进行数值模拟的研究进展，讨论了建模的难点。最后，对工业浆态床反应器的设计进行总结和展望。
聚丙烯（polypropylene, PP）支架是目前最常用的生物医用支架，在外科手术使用中存在黏连、感染、异物反应等缺点。本文报道了一种简易一步法，用于制备新型三氯生聚多巴胺聚丙烯（TPP）复合支架，从而有效地提高了PP支架的生物相容性和持续抗菌性。通过一步法绿色制造，具有广谱抗菌效果的三氯生在聚多巴胺形成过程中，在PP支架表面可以有效地与多巴胺发生相互作用。三氯生可从具有生物相容性的聚多巴胺表面涂层持续释放。利用三氯生（浓度为8 mg∙mL−1，即TPP-8）制备的5 mm × 5 mm的支架具备持续抗菌性，对最大菌液量为2 mL的大肠杆菌（E. coli）和5 mL的金黄色葡萄球菌（S. aureus）的持续抗菌时间超过15 d。本研究为长效抗菌医用生物材料的绿色制备提供了一个新的方向。
结合热能储存（TES，以下简称储热）的太阳能光热发电（concentrated solar power, CSP）技术是未来可再生能源系统中最具应用前景的发电技术之一，其可高效利用资源丰富但具间歇性的太阳能，为人们提供稳定可调度且低成本的电力。为了大幅度降低现有商业光热电站的平准化发电成本（levelized cost of electricity, LCOE），人们正在开发具有更高运行温度和发电效率的新一代CSP技术。与目前商业熔融硝酸盐储热系统相比，下一代CSP电站中的储热系统通过使用新型储热材料可在更高的温度（> 565 ℃）下运行。本文首先介绍了下一代CSP技术及其储热技术的研发进展，之后重点介绍了基于熔融氯盐（如MgCl2/NaCl/KCl混合盐）的先进储热技术。MgCl2/NaCl/KCl具有与商业熔融硝酸盐相似的热物性、更高的热稳定性（> 800 ℃）和更低的材料成本（< 0.35 USD∙kg–1）。本文综述了熔融氯盐储热技术中混合氯盐的选择与优化、储热相关物性的测定，以及系统中使用的结构材料（如合金）的熔盐腐蚀控制等方面的最新研究进展。
现代混凝土组成日趋复杂、收缩加大、结构约束增强，导致收缩开裂问题突出，严重影响构筑物的服役性能和使用寿命。本文以胶凝材料体系水化程度作为材料与环境温湿度交互作用的基本状态变量，提出了复杂胶凝材料体系水化反应活化能的计算方法，建立了水化-温度-湿度-约束耦合作用模型，实现了多种收缩的耦合计算和开裂风险的量化评估；介绍了水化温升抑制、全过程补偿收缩和化学减缩三项关键技术的作用机理及效果，这些技术能够有针对性地降低混凝土的温降收缩、自收缩和干燥收缩；在此基础上，提出了高抗裂混凝土的设计方法，采用该方法后，全过程控制开裂风险系数小于阈值；最后介绍了典型的工程应用案例，结果表明，采用所提出的方法和技术能够显著抑制甚至避免实际工程中收缩裂缝的产生。
面向航空航天、汽车和高速列车等工业领域迫切需求的管、板和壳三类典型结构以及难变形材料构件，新一代流体压力成形技术得到迅速发展。本文系统介绍了管类构件低载荷液压成形、板类构件双向加压成形、椭球壳体无模液压成形和难变形材料双调热介质成形理论与工艺的最新研究进展，重点阐述了变形行为、应力调控、缺陷控制和典型应用。此外，本文还展望了流体压力成形技术的未来发展方向，包括超大尺度非均质构件超低载荷成形、金属间化合物和高熵合金构件精密成形、智能化流体压力成形工艺与装备，以及非均质强各向异性薄壳的精确有限元仿真。
肺部超声（lung ultrasound, LUS）在新冠病毒肺炎（简称新冠肺炎）病情严重程度评估中的价值不明确。本研究旨在探讨新冠肺炎的LUS影像学特征，并分析LUS征象与新冠肺炎疾病严重程度的关系。本研究为在同济医院进行的一项回顾性观察研究，连续入选48例新冠肺炎患者，并将其分为32例非危重患者和16例危重患者。出现症状后0~7 d、8~14 d和15~21 d进行LUS检查并记录ROX（respiratory rate oxygenation）指数、疾病严重程度和CURB-65评分。根据LUS检查方案，将肺部分为12个区域，计算LUS评分（0~36分）。出现症状后0~7 d评估胸部计算机断层扫描（computed tomography, CT）评分（0~20分）。观察LUS评分与CURB-65和ROX指数的相关性。通过LUS发现新冠肺炎患者38例。新冠肺炎的LUS征象包括B线（34/38, 89.5%）、实变（6/38,15.8%）和胸腔积液（2/38, 5.3%）。多发病变（32/38, 84.2%）和双肺病变（28/38, 73.7%）较多。与非危重患者相比，危重患者的LUS评分更高[12 (10~18) vs 2 (0~5), p < 0.001]。LUS评分与出现症状后0~7 d（r = −0.85, p < 0.001）、8~14 d（r = −0.71, p < 0.001）和15~21 d（r = −0.76, p < 0.001）的ROX指数负相关。LUS评分与CT评分为正相关（r = 0.82，p < 0.001）。从出现症状后0~7 d到17~21 d，通过LUS发现肺部病变的病例数从27例（81.8%）减少至20例（46.5%），LUS评分从4 (2~10)分明显降至0 (0~5) 分（p < 0.001）。因此，LUS在新冠肺炎患者中能简便、实时、安全地检测肺部病变，LUS有助于在危重患者中评估新冠肺炎的严重程度。
腹泻型肠易激综合征（irritable bowel syndrome with diarrhea, IBS-D）是一种伴有腹泻等复杂临床症状的慢性肠功能障碍，对患者的日常生活和精神状态具有极大影响。一些研究报道称，摄入益生菌可显著缓解多种肠道疾病。本研究的目的是探究一株具有多种保健作用的益生植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）CCFM8610对IBS-D的缓解作用。这项研究是一项为期12周的随机、双盲、安慰剂对照的先导性临床试验。75名患者被随机分配接受安慰剂、低聚糖或植物乳杆菌CCFM8610 [每天1 × 1010 CFU（菌落形成单位）]，进行为期两周的观察、8周的干预及两周的后续随访。采用IBS症状严重程度量表（IBS-SSS）及IBS生活质量量表（IBS-QOL）评定患者的临床症状和生活质量。在干预期结束时，测定肠道菌群组成和多样性的变化。结果表明，口服植物乳杆菌CCFM8610显著降低了IBS-SSS和IBS-QOL评分，减轻了IBS-D症状的严重程度，恢复了肠道菌群的多样性，降低了与腹胀相关的甲烷短杆菌属（Methanobrevibacter）的相对丰度，增加了厌氧棒状菌属（Anaerostipes）、双歧杆菌属（Bifidobacterium）、丁酸弧菌属（Butyricimonas）及臭杆菌属（Odoribacter）等丁酸生产种属的相对丰度。这些结果表明，摄入植物乳杆菌CCFM8610可以显著缓解IBS-D患者的临床症状及肠道菌群失调。植物乳杆菌CCFM8610对IBS-D的缓解作用可能与肠道中丁酸生产种属的相对丰度上升有关。
目前市场上大多数全膝关节置换（TKR）假体是根据高加索人的体型设计的。大量研究表明，不同种族之间的人体解剖结构不同，中国的TKR患者与现有进口假体并不匹配。本研究测量了52名中国男性和女性的膝关节计算机断层扫描（CT）图像。通过定义参数和几何尺寸，进行相关性分析。从测量结果中识别出关键参数。测量膝关节详细几何形状的坐标数据。基于与所标识的关键参数相关的解剖坐标系统，生成了可变形的三维（3D）膝关节模型。然后根据分析结果设计假体，进行表面匹配分析、切骨分析和尸体试验，并将其与商业假体产品进行比较以验证我们的设计。本研究设计的股骨组件与两种商业器械相比，具有更高的准确性[均方根比（RMS PS）为（1.08 ± 0.20） mm]，而切除的骨量最低（27 412 mm3）。这项研究为基于族群的患者特定的股骨假体设计提出了一种新方法。使用一个易于获取的尺寸[即上髁宽度（ECW）]作为输入，可以根据分析的测量数据设计特定患者的股骨假体，并通过增材制造（AM）方法进行制造。同时，在原始CT扫描数据中将重建的股骨表面与原股骨表面进行比较。在所有数据中，重建的股骨表面的平均RMS PS距离为（1.10 ± 0.18）mm，这与使用多个X射线照片作为输入数据的其他统计形状建模方法相当。目前市场上对基于中国族群人体测量的膝关节假体有很大需求。本研究基于中国族群人体测量学，设计出更适合中国患者的膝关节假体，并保留了更多的骨量，这是迈向个性化膝关节假体增材制造的重要一步。
锂离子动力电池外部短路（ESC）是电动汽车常见且严重的电气故障之一。为此，本文提出了一种新型电池热模型以准确刻画动力电池外部短路发生后的温度行为。主要工作如下：在不同电池荷电状态和环境温度下，设计并系统地开展了动力电池外部短路实验；为保证模型参数的物理意义和模型的精准性，利用集总参数热模型替换经典极限学习机中的激活函数，构建了基于极限学习机的电池热（ELMT）模型，实现了模型无需迭代调节参数和模型参数就可以具备物理属性的双重优势，极大提高了模型计算效率与准确度；为了评估模型改进的必要性，比较了极限学习机热模型与遗传算法参数化的多集总参数热（MLT）模型。结果表明，ELMT模型相比MLT模型具有更优异的计算效率以及拟合、预测精度。其中，ELMT模型拟合和预测电池温度的均方根误差分别为0.65 ℃和3.95 ℃，MLT模型拟合和预测电池温度的均方根误差分别为3.97 ℃和6.11 ℃。
单核苷酸多态性（SNP）芯片是一种强大的基因分型工具，用于遗传学研究和基因组选择（GS）育种。牙鲆是许多国家重要的经济养殖比目鱼品种。然而，高效基因分型工具的缺乏，严重阻碍了牙鲆基因组育种的进程。在本文中，我们研发了一款牙鲆50K“鱼芯1号”SNP芯片，并将其应用于抗病基因组选择。利用Affymetrix Axiom基因分型技术，我们从1099个个体的全基因组重测序数据中获得了超过4220万个SNP，从中选择了在基因组中均匀分布的48 697个SNP，研制成“鱼芯1号”SNP芯片。利用168个牙鲆个体对“鱼芯1号”芯片的分型效果进行了评价，结果表明，检出率（call rate, CR）高于98%的SNP位点占74.7%，多态性SNP位点具有较好的等位基因分离效果，并且85%以上的SNP与基于全基因组重测序数据获得的SNP一致。为了验证“鱼芯1号”芯片在基因组选择方面的应用效果，利用候选群体的27个个体和参考群体的931个个体的基因分型数据，计算了抗迟缓爱德华氏菌病性状的基因组估计育种值（GEBV）。与传统的基于系谱的最佳线性无偏预测（ABLUP）相比，加权基因组最佳线性无偏预测（wGBLUP）的预测准确性提高了21.2%，说明“鱼芯1号”芯片在基因组选择中的应用效果良好。综上所述，本文研制的牙鲆50K“鱼芯1号”芯片，为高质量的基因分型提供了一个有效的工具，推动了基于基因组选择的牙鲆抗病良种选育进程。