最近，苏州大学材料与化学化工学部的汪胜研究团队在Advanced Materials和Biomaterials Science上分别发表了两篇论文。这些论文的主题集中在新型纳米材料在生物医学领域的应用。在Advanced Materials上发表的论文中，研究团队设计了一种基于层状双氧水钙钛矿纳米晶体的纳米药物载体。他们发现，这种载体可以有效地抑制癌细胞的增殖和扩散，并对正常细胞没有毒性。在Biomaterials Science上发表的论文中，研究团队探索了一种基于羟基磷灰石的生物活性材料，并将其应用于骨修复。他们发现，这种材料可以促进骨细胞的增殖和分化，从而加速骨的再生和修复。这些研究成果有望为生物医学领域提供新的治疗方法和技术，具有重要的应用价值。
最近，苏州大学材料与化学化工学部的汪胜教授发表了一篇题为“钯纳米粒子修饰纳米多孔碳作为高效的氢气传感器”的论文。在这项研究中，汪胜教授和他的团队使用钯纳米粒子修饰纳米多孔碳，并将其用于制造高效的氢气传感器。这种传感器可以快速且准确地检测到氢气，具有高灵敏度和较低的检测限值。与传统的氢气传感器相比，这种传感器具有更快的响应时间和更高的稳定性。据研究人员介绍，这种高效的氢气传感器具有广泛的潜在应用，例如工业生产中的氢气检测、水处理、化学反应等领域。此外，在环境保护和能源领域中，这种传感器也有很好的发展前景。汪胜教授的研究成果得到了国内外同行的高度评价，有望为氢气传感器的研发和应用提供重要的参考和指导。
Zhang Yu jun
（Research Institute of Areo-Geophysics,Center of Acro-Geophysics and Remote Sensing, Minjstry of Geology and Mineral Resouces,Beijing 100083,China）
This paperpresents a very specific method for restoration of images of airborne radiometric data.High-lights of this paper indude the advancement of the principles and theory, the establishment of the processing flow-diagram, the formulation of the means for reestablishment of the gridded data file, the evaluation of the restoration results and the errors involved.
Key words: Aeroradiometric data, Atmospheric background, Image processing, lmage restoration techniques.
1 INTRODUCTION
Since the adoption of prismatic NaI（T1）crystals in the early 70's, the sensitivity and effectiveness of airbome radiometric surveying have increased significantly.The demands on aerial radiometrics by geologists and geophysicists have also changed.
During the past 20 years, the atmospheric radon background（or atmospheric background for short）could never he accurately corrected.This has been the main problem affecting the successful application of the airborne-radiomctric method.This problem manifests itself through the presence of stripes on maps and this seriously affects the usefulness of these maps.The reason can be summarized[1]as follows: the radioac-tivity measured in the air comes from the earth and also from the airframe itself,from cosmtc radiation and from atmospheric radon and its products.The latter is referred to as the atmospheric background and is influ-enced by changes in the seasonal climate, in the wind-force and wind direction, in the temperature, in the time of the day, etc.The interference of atmospheric background has different levels from flight to flight.The uranium channel suffers the most, the potassium channel is next.Although the thorium channel and the total count channel are least effected, their errors should not be neglected（see Fig.3 and Fig.4 in color plate 7）.As a result of this type of interference, the geologic informationfrom the earth is often masked.Fig.3 a（in color.plate 7）shows the restored image composed of the three elements: K（red）, Th（green）, U（blue）in the Hamitudun survey region.Fig.3 b（colored plate 7）is the composite image of the raw data.Fig.4a（colored plate 7）shows the data taken in the morning and evening for use in the correction of the flight data.Fig.4b（colored plate 7）is the raw data image of thetotal count channel.The existence of the banding noise can be compared to a striped colored veil hanging against the image of useful in-formation.With the presence of this severe noisy disturbance, it is almost impossible to generate any accept able contour maps using the raw radiomctric data from this survey region.
Noise on radiometric maps is a“world-wide”problem[2].The removal of the atmospheric background has been discussed by a number of authors.For regions having many bodies of water, Darnley and Grasty[1]recommended background corrections based on counts collected during frequentflights over large lakes.Foote[3]used an upward-looking detector shielded from ground radiation and multiple flights to estimate the atmospheric radiation in the uranium channel.Later in 1986, Grasty[4]suggested using the average of the normal section of flight line, instead of the background, when no lakes are present in the survey region.
The method introduced here is entirely different from the methods used by others.This method is an image restoration technique for aerial radiometric data.According to digital image processing terminology, image restoration is commonly defined as the reconstruction or estimation of an image field to correct image degradation and to approximate as closely as possible an ideal degradation.freeimagefield by using priori knowledge of degradation.The procedure of restoration is to model the image degradation effects and then perform operations to“undo”the model, producing an image which has been restored to a certain degree.
Dr.Cannon[5]developed a pattern removal technique or image restoration technique with the capability of removing a fingerprint from a regular pattern（fabric）, improved defocusing, capable of overcoming severe detector-to-detector noise on Landsat MSS image, clarification of motion blurred image, and so on.A similar study has been reported by Srinivasan[6].Zhang Yu-jun etal.[7]studied the image restoration problem in photos of deep-sea manganese nodules from the angle of light degradation due to a nonhomogeneous light-source.
The image restoration technique for aerial radiometrie data is a new application of the digital image restoration technique in geology.The degradation of the image of aerial radiometric data is specific and different from the above mentioned instances.This method has been tested and verified in preliminary research for 6 survey regions.
2 PRINCIPLE AND THEORY OF IMAGE RESTORATION TECHNIQUE FOR AERIAL RADIOMETRIC DATA
A degraded image G（x,y）is obtained by aerial radiometric survey.It can be regarded as the sum of the degradation-free ideal image F（x,y）and an interfering imageη（x,y），The degradation process can be simplified and is shown in Fig.1.
Fig.1 Diagram for degradation of imago of aerial radiometric data.
The priori knowledge of degradation for aerial radiometric data image can be obtained by the analysis of an aerial radiometric survey and the raw data image.During the survey,the information originating from the geologic bodies is independent of time,but the interfering signal is essentially time dependent.On the image the interfering signal can be represented as a function of（x, y）asfollows:
but
so
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The change ofηcan be divided into two parts: the stepped change between flights and the gradual change within a flight, see Fig.4（in color plate 7）.The interfering signal can be considered as a constant on each flight line T, If x（the column on an image）expoesses the direction perpendicular to the flight line, the functionη（x,y）may be simplified into（x），thus
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The purpose of restoration of the aerial radiometric image is simply to find an approximateη（x）and to approxjmately obtain the F（x, y）.In this connection, convolution can be conducted several times along the flight line direction for the raw data image using a long narrow window with several lines and a single column,leading to:
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W is the plate of convolution, and it is a weighting matrix.Convolution is a type of linear operation, the operatorHis space-invariant.Since the operator is linear, the operation is additive.Thus, the response of the sum of two inputs equals the sam of the two respones
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Since it is assumed that thefunctionηonly correlates with x, and the convolution window is a singlecolumn one,
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The characteristics of function HF（x, y）will now be examined.Since a smooth average has been performed severaltimes along the y direction, the local anomalies are almost“drowned out”by the appar ent regional features which manifest themselves as a slow change along the flight line.If the local anomaly is expressed byf（x,y）and the apparent regional field byL（x,y），we have
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after thefollowing process
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It can be seen from equation（9）that the restored imagef（x,y）which is a result of the raw data image by the substraction of the noise image, closely approximates the ideal image from the point of view of the local anomalies.The error depends on the amplitude of change of the substracted“apparent regional background”along the flight line direction.
3 PROCEDURE FOR RESTORATION HANDLING OF AERIAL RADIOMETRIC DATA IMAGE
The study of the image restoration techniquefor aerial radiometric data is based on the theory of multivariate statistical analysis.It is accomplished by means of image processing.It demonstrates image processing as a directly visual and fast procedure.Its flow-chart is illustrated in Fig.2.
The method assumes that the noise background of aerial radiometric data is non-variable or only linear-ly variable, By a smooth averaging conducted several times along the flight line direction, the local anoma-lies will gradually disappear as they are“drowned out”by the noise background.The resultant noise image is linearly correlated with the noise background and subject to some edge compensation.After the substraction of noise, we conducted a median filtering and a Wallis transformation（space variant contrast stretch）.This finally led to the restoration effect.This restoration process is shown in the left-hand half of Fig.2.
The right-hand half of Fig.2 shows the reconstruction process of the gridded data file, which is indispensable in routine application.After classification and region separation we can get the mean-vectors for all classes before and after restoration.By a least-squares fitting we can obtain the element concentration values or the count-rates for the restored image.A gridded data file for contouring on the main-frame computer can finally be produced by the inverse transformation.
Fig.2Procedure for restoration of handljng of aerial radiometric data image.
In this investigation we have also tried to get the noise levels by averaging all datafor each flight line, but the results are not as ideal as those gained by the above described method.
4 RESULTS AND ERROR EVALUATION
4.1 ResuIts of the I mage Restoration for AeriaI Radiometric Data
（1）Improved direct visual effect on maps
The image restoration process bears a striking analogy to the drawing aside of a striped colored veil to disclose the original clean features of the gamma-spectrum data that are hidden behind and obscured by the veil（see Fig.3 in color plate 7）.The sawtooth-shaped events occurring on the boundaries of some geologic bodies as aresult of inaccurate positioning of flight lines,bothforward and backward, are also much ameliorated（see Fig.5 in color plate 7）.Fig.5（colored plate 7）displays the comparison imagefor the total count channel:Fig.5a shows the raw data, Fig.5b the noise image,Fig.5c the noise-removed image and Fig.5d illustrates the restored image.
（2）The upgraded contour maps after data restoration
The contour maps of K,Th and U channels from the Hamitudun survey could not be drawn at first on the main-flame computer because of the severe banding interferences in the raw data.Only stacked profiles were supplied for these elements.Although the contour map for the total count channel was drawn,the banding effect was still distinctly visible.
By applying the technique of image restoration and by reconstructing the gridded data files and feeding them back to the main-frame computer,good quality contour maps were produced for TC, K,Th and U.Fig.6（color plate 7）.shows the contour map for K channel after restoration.Its anomalies have a good correlation with the geologic bodies on the geological map.There is also a good agreement between the radioactivities of the anomalies and the lithology.All this proves the effectiveness of this technique.The quality of the contour maps has been significantly upgraded by the process.The accuracy of these maps is further confirmed by the classification map using restored data（see Fig.7 in color plate 7）.In the classification image of Fig.7 there are 9 classes:1.ultrabasic,2.basic,3.granite,4.diorite,5.metamorphic,6.migmatite,7.Quaternary sediments,8.Tertiary and Quaternary sediments and 9.Tertiary sediments.
（3）The enrichment of useful information
Multivariate statistica1analysis has been used in this studyfor the quantitative eva luation of the effectof image restorationfor aerial radiometric data.It is possible to evaluate this effect by the variation of useful information in some images.For this purpose it is necessary to calculate the mean variation,which is the average of the total variation for a single pixel.The symbols C,C´and G" express the mean variations for useful information in the primary image,for the interference information in the primary image andfor the useful information in the restored jmage,respectively.
In the statistics,G´（x,y）is approximately taken asη（x），while[G（x,y）－G´（x,y）]showsF（x,y）approximately,and P（x,y）represents thefinal restored image.It is assumed that there are no errors.
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The letters with a bar above them indicate the mean values.M,Nstandfor the numbers of lines and columns in an image.
Table 1 illustrates the statistical results for quantitative evaluation by using the above listedformula for the aerial radiometric data images of the Hamitudun survey region.
Table 1 demonstrates the remarkable increase of useful informationfor all the K,Th,U and TC restored images.Speaking about this survey region,the quality of primary images for TC and K channels is better than those for Th and U channels.
Table1Statistical results for quantitative evaluation of the aerial radiometric data images of the Hamitudun survey region
4.2The Evaluation of Accuracy and Error for the Restored I mages
The main error in a restored image comes from the“apparent regional background”L（x, y）formed by smooth averaging done several times.The following evaluationfor accuracy was found by the statistics of the profide data on the interfering images.
K±0.16%（absolute concentration）Th±2.1 ppm
U±0.15ppm TC±869.6counts
5 CONCLUSIONS
1.The method described here was suggested in China and overseas as a new specific technique of image restoration for aerial radiometric data.Its reliability and practicability were tested by data in several survey regions.
2.This technique can basically remove the banding noise on,radiometric data maps caused by the changing of atmospheric background and by unstable thresholds.It can basically restore the ideal image of the aerial radiometric data.It also provides preparation for further image processing（such as:enhancement, gradientation,classification,logic operation,etc.）.Therefore,it can be used as a quick method for data pretreatment.
3.This method can improve the sawtooth-shaped noise on the image at the boundaries of some geologic bodies as a result of inaccurate positioning.
4.The mean variation of useful information is suggested in this study as a measure for quantitative evaluation of restoration effects for the aerial radiometric data image.Also discussed in this study is the absolute error or accuracy of the method with which image restoration is used as a pre-treatment process.
ACKNOWLEDGEMENTS
Many people contributed to the success of this work.In particular,I would like to mention Lin Zhen-min for his valuable discussions,Shi Jian-wen for his taking part in the repeated tests,Zhang Zhi-min and Xie Xin who developed the programs for data transformation and least-squaresfitting, Shui En-hai who collected the correction data in the testing region,Lu Lin-sheng,who helped with English,and Li Wei-hua, who typed the text on a word processor.I am very grateful to all of them.
REFERENCES
[1]Grasty,R.L,Gamma ray spectrometric methods in uranium exploration-Theory and operational procedures,Geophysics and Geochemistry in the Search for Metallic Ores,GSC Ottawa,147-162,1977.
[2]Green,A.A.,Leveling airborne gamma-radiation data using between-channel correlation information,Geophysics,52,1557-1562,1987.
[3]Foote,R.S.,Improvement in airborne gamma-radiation data analysis by removal of environ-mental and pedologic radiation changes,in Sympos.on the Use of Nudear Techniques in Prospecting and Development of Mineral Resources: Internat.Atomic Energy Agency Mtg., Buenos Aires, 187-196,1968.
[4]Grasty,R.L.,Automated system for computing on-line atmospheric backgrounds,GSC paper, 1-52,1987.
[5]Cannon,M.,Lehar,A.and Preston,F.,Background pattern removal by power spectral filtering,Applied Optics,22,777-779,1983.
[6]Srinivasan,R.,Software image restoration techniques,Digital Design,16,4,29-34,1986.[7]Zhang Yu-jun and Shi Jian-wen,A study of image reconstruction and image processing techniques for photos of deep-sea polymetallic nodules,Geophysical and Geochemical Exploration（inChinese）13,435-441,1989.
原载《Chinese Journal of Geophysics》，1990,Vol.33,No.3.
场景几何的三维度量重建在刑侦现场勘查中的研究和应用 摘要三维重建属于Marr计算理论框架中的中级视觉部分，它是计算机视觉的主要研究内容。三维重建及可视化技术的研究在刑侦现场勘查、虚拟现实等方面具有重要的学术意义和应用价值。本文对三维重建进行深入的理论分析和研究，主要研究内容如下:l)对摄像机标定方法的分析和研究:摄像机标定方法是三维重建技术中的关键，本文在分析摄像机模型及成像原理的基础上，分析比较了各种摄像机标定方法，给出了各类方法的使用范围和应用条件。2)提出了一种可处理畸变因子和主点己知但其它内部参数发生变化的摄像机自定标方法。针对摄像机的位置改变需要重新标定的问题，本文提出了一种自标定方法。首先计算图像间的基本矩阵，在计算基本矩阵后得到射影重建的基础上，用线性方法恢复同形矩阵，再利用同形矩阵计算摄像机内部参数，实验结果验证了该方法的有效性。3)提出了一种仅须单幅图像的三维度量重建方法。针对图像序列的三维场景图像的层次化度量重建方法都首先进行射影重建的问题，本文提出了一种不必进行射影重建且只须单幅图像的三维度量重建方法。在平面型场景图像三维度量重建的基础上得到不同平面的度量重建，确定平面间的线段的长度比和相对方位，最后得到三维物体的度量重建，仿真实验证明了该方法的正确性。本项研究得到公安部B类部级重点项目“刑侦现场勘查可视化平台”(20036125301)的资助 ABSTRACT 3DreeonstruetionbelongstotheiniermediatevisionP献 intheframeworkof MarreomPutingtheoryandthePrimaryresearehingeontentineomPutervision. Researehon3Dreeonstruetionandvisualizationteehnologyhasin1Portantaeademie meaningsandapPlicationvaluesinerimeseeneinvestigation， virtualrealityandetc. Inthethesis， 3Dmetriereeonst几 etion15deePlyanalyzedandresearchedinitstheory andaPPlieation.Themainresearchingeontentsasfollow:First， theeameraealibrationteehniquesareanalyzedandresearched.Theeamera ealibrationmethodsPlayacriticalroleintheteehnologyof3Dreconstruetion.On thebasisofanalyZingeameramodelsandimagingPrineiPles， variouseamera ealibrationmethodsareanalyzedandeomPared.AlldusageseoPesandapPlieation eonditionsoftheealibrationmethodsareProvided.Seeond， anoveleameraself-ealibrationmethod15ProPosed， undertheeondition thattheeamera， 5distortedskewsandPrineiPalPointsarealready如own， andthe otherintrinsieParameterskeePvarying.Theeameramustreealibrateaftertheeamera， 5Position， 5adjustment.50theabovemethod15ProPosedinthethesis.That15， toealeulatethefundamentalmatrixbetweenimagestoobtainProjeetive reeonstructionatfirst， andonwhiehbasisthen， toregainthehomographymatrixby linearmethod， atlast， toobtainthecamera， 5intrinsieParametersusinghomograPhy matrix.ExPerimentresultsverifythevalidityofthemethod.Third，a多 Dmetriereeonstruetionmethodwithsingleview15ProPosed.The3D metriereeonstruetionofseeneimage15oftenaimedtotheimagesequenees， andthe Stratifiedmetriereeonstruetionmethod15toobtaintheProjectivereeonstruetionof imagesequeneesatfirst.A3Dmetriereeonstruetionmethodofsingleviewwhieh doesnotneedtoobtaintheProjectivereeonstruetion15ProPosed.First， the3Dmetrie reconstructionsofdifferentPlansareaequiredbasedonthe3Dmetriereeonstruetions ofPlanarseeneimages.ThenthelengthratiosandrelativeorientationsofPlansare eomPuted.The3Dmetriereeonstruetionof3Dobjeets15gained.ExPerimentresults showthevalidityofthemethod. Theresearehwork15fundedbytheMinistryofPublieSeeurityBlevelkeyProjeet‘ theVisualPlatformofCrimeSeene玩vestigation’ (N0.20036125301). 你好，我有相关论文资料（博士硕士论文、期刊论文等）可以对你提供相关帮助，需要的话请加我，761399457（QQ），谢谢。
1、不锈钢焊接工艺特点奥氏体型不锈钢以18%Cr-8%Ni钢为代表。原则上不须进行焊前预热和焊后热处理。一般具有良好的焊接性能。但其中镍、钼的含量高的高合金不锈钢进行焊接时易产生高温裂纹。另外还易发生б相脆化，在铁素体生成元素的作用下生成的铁素体引起低温脆化，以及耐蚀性下降和应力腐蚀裂纹等缺陷。经焊接后，焊接接头的力学性能一般良好，但当在热影响区中的晶界上有铬的碳化物时会极易生成贫铬层，而贫铬层和出现将在使用过程中易产生晶间腐蚀。为避免问题的发生，应采用低碳（C≤0.03%）的牌号或添加钛、铌的牌号。为防止焊接金属的高温裂纹，通常认为控制奥氏体中的δ铁素体肯定是有效的。一般提倡在室温下含5%以上的δ铁素体。对于以耐蚀性为主要用途的钢，应选用低碳和稳定的钢种，并进行适当的焊后热处理；而以结构强度为主要用途的钢，不应进行焊后热处理，以防止变形和由于析出碳化物和发生δ相脆化。 双相不锈钢的焊接裂纹敏感性较低。但在热影响区内铁素体含量的增加会使晶间腐蚀敏感性提高，因此可造成耐蚀性降低及低温韧性恶化等问题。 对于沉淀硬化型不锈钢有焊接热影响区发生软化等问题。 奥氏体不锈钢的焊条选用要点: 不锈钢主要用于耐腐蚀,但也用作耐热钢和低温钢。因此,在焊接不锈钢时,焊条的性能必须与不锈钢的用途相符。不锈钢焊条必须根据母材和工作条件(包括工作温度和接触介质等)来选用。 1、一般来说,焊条的选用可参照母材的材质,选用与母材成分相同或相近的焊条。如:A102对应0Cr19Ni9;A137对应1Cr18Ni9Ti。 2、由于碳含量对不锈钢的抗腐蚀性能有很大的影响,因此,一般选用熔敷金属含碳量不高于母材的不锈钢焊条。如316L必须选用A022焊条。 3、奥氏体不锈钢的焊缝金属应保证力学性能。可通过焊接工艺评定进行验证。 4、对于在高温工作的耐热不锈钢(奥氏体耐热钢),所选用的焊条主要应能满足焊缝金属的抗热裂性能和焊接接头的高温性能。 (1)对Cr/Ni≥1的奥氏体耐热钢,如1Cr18Ni9Ti等,一般均采用奥氏体-铁素体不锈钢焊条,以焊缝金属中含2-5%铁素体为宜。铁素体含量过低时,焊缝金属抗裂性差;若过高,则在高温长期使用或热处理时易形成σ脆化相,造成裂纹。如A002、A102、A137。 在某些特殊的应用场合,可能要求采用全奥氏体的焊缝金属时,可采用比如A402、A407焊条等。 (2)对Cr/Ni<1的稳定型奥氏体耐热钢,如Cr16Ni25Mo6等,一般应在保证焊缝金属具有与母材化学成分大致相近的同时,增加焊缝金属中Mo、W、Mn等元素的含量,使得在保证焊缝金属热强性的同时,提高焊缝的抗裂性。如采用A502、A507。 5、对于在各种腐蚀介质中工作的耐蚀不锈钢,则应按介质和工作温度来选择焊条,并保证其耐腐蚀性能(做焊接接头的腐蚀性能试验)。 (1)对于工作温度在300℃以上、有较强腐蚀性的介质,须采用含有Ti或Nb稳定化元素或超低碳不锈钢焊条。如A137或A002等。 (2)对于含有稀硫酸或盐酸的介质,常选用含Mo或含Mo和Cu的不锈钢焊条如:A032、A052等。 (3)工作,腐蚀性弱或仅为避免锈蚀污染的设备,方可采用不含Ti或Nb的不锈钢焊条。 为保证焊缝金属的耐应力腐蚀能力,采用超合金化的焊材,即焊缝金属中的耐蚀合金元素(Cr、Mo、Ni等)含量高于母材。如采用00Cr18Ni12Mo2类型的焊接材料(如A022)焊接00Cr19Ni10焊件。 6、对于在低温条件下工作的奥氏体不锈钢,应保证焊接接头在使用温度的低温冲击韧性,故采用纯奥氏体焊条。如A402、A407。 7、也可选用镍基合金焊条。如采用Mo达9%的镍基焊材焊接Mo6型超级奥氏体不锈钢。 8、焊条药皮类型的选择: (1)由于双相奥氏体钢焊缝金属本身含有一定量的铁素体,具有良好的塑性和韧性,从焊缝金属抗裂性角度进行比较,碱性药皮与钛钙型药皮焊条的差别不像碳钢焊条那样显著。因此在实际应用中,从焊接工艺性能方面着眼较多,大都采用药皮类型代号为17或16的焊条(如A102A、A102、A132等)。 (2)只有在结构刚性很大或焊缝金属抗裂性较差(如某些马氏体铬不锈钢、纯奥氏体组织的铬镍不锈钢等)时,才 考虑选用药皮代号为15的碱性药皮不锈钢焊条(如A107、A407等)。 综上所述,奥氏体不锈钢的焊接是有其独特特点的,奥氏体不锈钢的焊接时焊条选用尤其值得注意,只有这样才能达到针对不同材料实施不同的焊接方法和不同材料的焊条,不锈钢焊条必须根据母材和工作条件(包括工作温度和接触介质等)来选用。这样才有可能能达到所预期的焊接质量.。 奥氏体不锈钢的缺陷分析及防治措施（一）容易出现热裂纹奥氏体不锈钢在焊接时热裂纹是比较容易产生的缺陷，包括焊缝的纵向和横向裂纹、火口裂纹、打底焊的根部裂纹和多层焊的层间裂纹等，特别是含镍量较高的奥氏体不锈钢更容易产生。 1. 产生原因（1）奥氏体不锈钢的液、固相线的区间较大，结晶时间较长，且单相奥氏体结晶方向性强，所以杂质偏析比较严重。（2）导热系数小，线膨胀系数大，焊接时会产生较大的焊接内应力（一般是焊缝和热影响区受拉应力）。（3）奥氏体不锈钢中的成分如C、S、P、Ni等，会在熔池中形成低熔点共晶。例如， S与Ni形成的Ni3S2熔点为645℃,而Ni- Ni3S2共晶体的熔点只有625℃。2. 防止措施（1）采用双相组织的焊缝 尽量使焊缝金属呈奥氏体和铁素体双相组织,铁素体的含量控制在3～5%以下，可扰乱奥氏体柱状晶的方向，细化晶粒。并且铁素体可以比奥氏体溶解更多的杂质，从而减少了低熔点共晶物在奥氏体晶界的偏析。（2）焊接工艺措施 在焊接工艺上尽量选用碱性药皮的优质焊条、采用小线能量，小电流、快速不摆动焊,收尾时尽量填满弧坑及采用氩弧焊打底等，可减小焊接应力和弧坑裂。（3）控制化学成分 严格限制焊缝中 S、P等杂质含量，以减少低熔点共晶。（二）晶间腐蚀产生在晶粒之间的腐蚀，其导致晶粒间的结合力丧失，强度几乎完全消失，当受到应力作用时，即会沿晶界断裂。1．产生原因根据贫铬理论,焊缝和热影响区在加热到450～850℃敏化温度（危险温度区）时，由于 Cr原子半径较大，扩散速度较小，过饱和的碳向奥氏体晶粒边界扩散，并与晶界的铬化合物在晶界形成Cr23C6,造成贫铬的晶界,不足以抵抗腐蚀的程度。 2. 防止措施（1）控制含碳量 采用低碳或超低碳（W(C)≤0.03%）不锈钢焊接焊材。如A002等。（2）添加稳定剂 在钢材和焊接材料中加入Ti、Nb等与C亲和力比Cr强的元素，能够与C结合成稳定碳化物，从而避免在奥氏体晶界造成贫铬。常用的不锈钢材和焊接材料都含有Ti、Nb，如1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12MO2Ti钢材、E347-15焊条、H0Cr19Ni9Ti焊丝等。（3） 采用双向组织 由焊丝或焊条向焊缝中熔入一定量的铁素体形成元素,如 Cr、Si、AL、 MO等，以使焊缝形成为奥氏体+铁素体的双相组织，因为Cr在铁素体内扩散速度比在奥氏体中快，因此Cr在铁素体内较快的向晶界扩散，减轻了奥氏体晶界的贫铬现象。一般控制焊缝金属中铁素体含量为5%～10%，如铁素体过多，会使焊缝变脆。（4）快速冷却 因为奥氏体不锈钢不会产生淬硬现象，所以在焊接过程中，可以设法增加焊接接头的冷却速度，如焊件下面用铜垫板或直接浇水冷却。在焊接工艺上，可以采用小电流、大焊速、短弧、多道焊等措施，缩短焊接接头在危险温度区停留的时间，以免形成贫铬区。（5）进行固溶处理或均匀化热处理 焊后把焊接接头加热到1050～1100℃，使碳化物又重新溶解到奥氏体中，然后迅速冷却，形成稳定的单相奥氏体组织。另外，也可以进行850～900℃保温2h的均匀化热处理，此时奥氏体晶粒内部的Cr扩散到晶界，晶界处Cr量又重新达到了大于12%，这样就不会产生晶间腐蚀了。（三）应力腐蚀开裂金属在应力和腐蚀性介质共同作用下，发生的腐蚀破坏。根据不锈钢设备与制件的应力腐蚀断裂事例和试验研究，可以认为：在一定静拉伸应力和在一定温度条件下的特定电化学介质共同作用下，现有的不锈钢均有产生应力腐蚀的可能。应力腐蚀最大特点之一是腐蚀介质与材料的组合上有选择性。容易引起奥氏体不锈钢应力腐蚀主要是盐酸和氯化物含有氯离子的介质，还有硫酸、硝酸、氢氧化物（碱）、海水、水蒸气、H2S水溶液、浓NaHCO3+NH3+NaCl水溶液等介质等。1.产生原因 应力腐蚀开裂是焊接接头在特定腐蚀环境下受拉伸应力作用时所产生的延迟开裂现象。奥氏体不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂是焊接接头比较严重的失效形式,表现为无塑性变形的脆性破坏。 2.防止措施（1）合理制定成形加工和组装工艺 尽可能减小冷作变形度,避免强制组装,防止组装过程中造成各种伤痕(各种组装伤痕及电弧灼痕都会成为SCC的裂源,易造成腐蚀坑。 （2）合理选择焊材 焊缝与母材应有良好的匹配,不产生任何不良组织,如晶粒粗化及硬脆马氏体。（3）采取合适的焊接工艺 保证焊缝成形良好,不产生任何应力集中或点蚀的缺陷,如咬边等采取合理的焊接顺序,降低焊接残余应力水平。例如，避免十字交叉焊缝，Y形坡口改为X形坡口、适当减小坡口角度、采用短焊焊道、采用小线能量。(4)消除应力处理 焊后热处理,如焊后完全退火或退火;在难以实施热处理时采用焊后锤击或喷丸等。(5)生产管理措施 介质中杂质的控制,如液氨介质中的O2、N2、H2O等、液化石油气中的H2S、氯化物溶液中的O2、Fe3+、Cr6+等、防蚀处理:如涂层、衬里或阴极保护等、添加缓蚀剂。 （四）焊接接头的脆化 奥氏体不锈钢的焊缝在高温加热一段时间后，就会出现冲击韧度下降的现象，称为脆化。1.焊缝金属的低温脆化（475℃脆化）（1） 产生原因含有较多铁素体的相（超过15%～20%）的双相焊缝组织，经过350～500℃加热后，塑性和韧性会显著下降，由于475℃时脆化速度最快，故称为475℃脆化。对于奥氏体不锈钢焊接接头，耐蚀性或抗氧化性并不总是最为关键的性能，在低温使用时，焊缝金属的塑韧性就成为关键性能。为了满足低温韧性的要求，焊缝组织通常希望获得单一的奥氏体组织，避免δ铁素体的存在。δ铁素体的存在，总是恶化低温韧性，而且含量越多，这种脆化越严重。（2） 防治措施① 在保证焊缝金属抗裂性能和抗腐蚀性能的前提下，应将铁素体相控制在较低的水平，约5%左右。② 已产生475℃脆化的焊缝，可经900℃淬火消除。2.焊接接头的σ相脆化（1）产生原因奥氏体不锈钢焊接接头在375～875℃温度范围内长期使用，会产生一种FeCr间化合物，称为σ相。σ相硬而脆（HRC>68）。由于σ相析出的结果，使焊缝冲击韧度急剧下降，这种现象称为σ相脆化。σ相一般仅在双相组织焊缝内出现；当使用温度超过800～850℃时，在单相奥氏体焊缝中也会析出σ相。（2）防止措施①限制焊缝金属中的铁素体含量(小于15%);采用超合金化焊接材料,即高镍焊材,并严格控制Cr、Mo、Ti、Nb等元素的含量。②采用小规范,以减小焊缝金属在高温下的停留时间。③对已析出的σ相在条件允许时进行固溶处理,使σ相溶入奥氏体。④把焊接接头加热到1000～1050℃，然后快速冷却。σ相一般在1Cr18Ni9Ti钢中一般不产生。 3.熔合线脆断 （1）产生原因奥氏体不锈钢在高温下长期使用，在沿熔合线外几个晶粒的地方，会发生脆断现象。（2）防治措施在钢中加入 Mo能提高钢材抗高温脆断的能力。通过以上的分析，只有合理选择以上的焊接工艺措施或焊接材料都可以避免以上焊接缺陷的产生。奥氏体不锈钢具有优良的焊接性，几乎所有的焊接方法都可用于奥氏体不锈钢的焊接。在各种焊接方法中焊条电弧焊具有适应各种位置与不同板厚的优点、应用非常广泛。你可以根据以上的文章进行一下修改就可以了。
产能总体过剩疫情影响下需求疲软
2010-2013年期间，我国不锈钢产能年度增速维持10%以上增长。2013-2017年行业供应增速持续放缓，2018年之后，不锈钢产能重回增长势头。
2019年不锈钢粗钢产能增长7.5%至4275万吨，未来1-2年仍有450万吨左右不锈钢产能等待投产。近年来我国不锈钢产能利用率多维持在70%以内，产能总体过剩。
从产量上看，2001-2019年我国不锈钢产量增长较快，2006年达到530万吨，超过日本成为世界最大的不锈钢生产国。目前，我国不锈钢产量已占到世界不锈钢产量50%以上，确立了我国在世界不锈钢市场中的重要地位。
2019年，我国不锈钢产量为2940万吨，同比增长了10.09%，增速进一步提升。2020年1季度全国不锈钢粗钢产量为607.99万吨，与2019年1季度同比减少了60.42万吨，降低了9.04%。
2010-2019年我国不锈钢表观消费量总体呈增长趋势，2019年中国不锈钢表观消费量2405万吨，同比增长12.8%，占全球消费总量约一半。
受疫情影响，2020年第一季度我国不锈钢需求出现疲软态势，不锈钢表观消费量为490.29万吨，与2019年1季度同比减少80.61万吨，降低了14.12%。
产业集聚效应强 行业集中度高
多年来的发展加上行业性质原因，我国不锈钢产业集聚效应不断增强，目前依托产业集聚形成了四大产业集群，包括：福建、广东、广西和无锡。其中华东地区工业门类齐全，拥有众多不锈钢加工与制品产业群，不锈钢消费量与华南地区并驾齐驱。
目前我国不锈钢产能占全球产能50%以上，行业集中度较高，截至2019年底，不锈钢行业前十企业生产份额占比高达81.08%，总体竞争较为激烈，且随着未来新增炼钢产能的集中释放，中国不锈钢行业集中度也将进一步提高。
头部企业包括青山集团、太钢不锈等。青山控股集团公司是目前全球不锈钢龙头企业，产量约占全球产量的20%。太钢不锈是国内老牌的不锈钢企业，位居行业领军位置，产品多为高端不锈钢产品，但青山控股依托自身掌控的资源优势和一体化低成本冶炼方式，规模不断扩张，大有追赶之势。未来，不锈钢行业龙头之争将大概率在这两家企业之间展开。
疫情影响可控 新基建等因素助推行业维持高位需求
新基建主要包括5G网络、人工智能、工业互联网、物联网、特高压、新能源汽车充电桩及冷链物流等项目。总体来讲，比起传统的“铁公基”的直接拉动来讲，新基建对不锈钢的需求直接量来说是下降的，但从绝对需求量来说，新基建等因素将助推行业维持高位需求。
同时，老旧小区改造、智能制造、海洋工程、轨道交通、卫星等先进制造业的发展也将拉动不锈钢的需求。医疗设备比如手术工具，针头，医用辅助工具(推车)等受疫情影响也将迎来需求的增长，普通老百姓消费的厨电领域，抗菌不锈钢都提到了需求的日程。
受疫情等因素影响，2020年宏观经济虽有较大的下行压力，但幅度可控。由于政府陆续加大对基础设施的投资力度，并采取降低融资成本等措施确保宏观经济稳定在可控水平，2020-2025年间中国不锈钢的产量或将延续前几年的高位状态，不锈钢的需求也将在保持高位不变的情况下略有小幅波动，到2025年中国不锈钢产量和表观消费量分别达到4029万吨和3464万吨。
更多数据请参考前瞻产业研究院《中国不锈钢行业发展前景预测与转型升级分析报告》
不锈钢的真正的发明者是来自英国的科学家，他叫亨利布里尔利。
那时候亨利布里尔利受英国政府委托研究改进步枪，枪膛为什么易磨损而射击不准的缺点，对于这种任务，他的思路非常的清晰，在普通钢铁里加入另一种金属来增加钢的硬度，成为一种合金钢，他试着将铬深加入钢中冶炼，结果却不能如他想象的那样，冶炼到了合金，仍不耐磨，他很失望，他只能将这些丢弃。很多的实验都失败的合金就丢在那里那些废铁了，日晒雨淋时间一长呢，这都生锈了，连地上也留下了褐色的锈迹，大家就派人来清除垃圾，一边为还没有制出硬度较高的钢而苦恼不已，实属烦恼。
突然之间，布里尔利发现垃圾堆中有几块金属在发光，在锈铁中特别的耀眼，他仔细的一看就是那几块扔掉的合金，大家就赶忙的真仙恐后的过来看，就是说这就像普通的钢嘛，为什么就不一样呢？不离而依旧很奇怪呀，他就说为什么其他的金属都生锈了，而这几块就没有生锈了，他们的成分一定有什么特别的地方。他只好将这块金属进行仔细分析，结果呢就发现碳0.24%，铬占12.8%，其余的都是铁，难道这就是著名的不锈钢？就是这样，不锈钢就被布里尔利发明出来了，从此，布里尔利就被称为不锈钢之父。
1915年布里尔利就取得了美国的专利，生产出了世界上第一把不锈钢刀具，然后他又获得了英国的专利，就合办了一个生产不锈钢餐刀的工厂。
不锈钢在现今的使用都是很广泛的，现金的大部分钢材都用于建筑行业，不锈钢可以在高层和低层建筑中使用。不锈钢在卡车传输，火车，轨道，船舶，飞机起落架，喷气发动机部件等中都有使用。 不锈钢在能源领域已有所使用，例如说管道，电塔，风力发电机，输电塔，电磁器，电磁屏蔽等等都有使用。然后不锈钢在家电之中也有很多的使用存在，例如农用车辆和机械，储蓄罐，小工具等等。
对不锈钢的认识有没有加深呢
不锈钢点焊技术是是地铁车辆、城市轻轨车辆、甚至高速动车组的不锈钢车体结构大量金属板构件间的主要连接形式,这是我为大家整理的不锈钢点焊技术论文，仅供参考!
不锈钢车体点焊表面化学除黑工艺探讨
摘要：文章对不锈钢车体试制项目原有除黑工艺进行介绍，重点描述原工艺方法造成的缺陷;利用实验手段对原工艺方法造成的缺陷进行重现和分析，确定解决方案;对原有工艺进行改进，确定出一套完整的不锈钢车体点焊表面化学除黑工艺规程。
关键词：不锈钢点焊;除黑工艺;不锈钢车体点焊;表面化学
中图分类号：U271 文献标识码：A 文章编号：1009-2374(2014)09-0047-02
上世纪60年代初，为了车辆的轻量化与免维修，日本对车辆结构使用不锈钢问题进行了研究分析。同时，研究了以点焊方法进行不锈钢结构制造，于1962年完成了除底架的一部分(端底架)之外，其他结构或外板等均采用不锈钢制造的东急电铁7000系，这就是当今称为全不锈钢车的首辆车。
不锈钢车辆的特征有：免维修、轻量化与车体结构的无涂装，但是这就对车体外板的表面状态提出了要求。电阻点焊结束后会在不锈钢外板表面造成黑色或淡黄色的氧化皮，严重影响车体美观，同时由于氧化导致基材结构发生改变，焊点位置可能会发生电化学腐蚀，因此需要对不锈钢外板表面焊点位置进行除黑处理。
1 电化学除黑基本原理
焊点位置的氧化皮即过烧现象主要是由于焊接时间太长、焊后冷却时间过短造成的。过高的温度导致在焊钳电极与外墙板接触位置发生氧化反应，形成一层黑色或淡黄色的氧化皮。
电化学除黑主要是利用电解池原理分解氧化皮来达到除黑效果，同时在表面形成一层钝化膜，起到美观、提升防腐性能的作用。
2 原有工艺介绍
2.1 设备介绍
由于电解池反应需要在通电形成闭合回路且有电解液存在的条件下才可进行，所以在实际操作中需要通过设备来满足这一要求。
现使用设备为进口除黑机，该设备由除黑机主体、接地线、电源线、电极棒、棉布及可适用不同部位的电极头组成，同时操作过程中，需要配合专用的清洗液和中和液使用。
2.2 原有工艺介绍
根据设备厂家培训内容，以及验证性实验确定了最初的工艺方法。主要对设备使用方法与输出电流强度进行要求，其他方面没有具体规范，处理效果一般。
3 原有工艺不足之处及改进方法
3.1 原有工艺不足之处
在按照原有工艺对第一个端墙进行除黑之后，发现除黑效果很不理想主要表现在以下几点：(1)部分焊点位置出现与原氧化皮不同色泽的黑色印记，继续重复除黑操作也无法清除;(2)部分焊点经过除黑操作后出现过蚀现象，与周围焊点色差较大，极不美观;(3)焊点位置周围出现大面积水印，反复清洗也无法清除;(4)整体清洁后将端墙板挂起远观，墙板光泽度不佳。
3.2 缺陷分析及改进方法
(1)布料的影响。经过反复实验，发现部分焊点位置出现的与原氧化皮不同色泽的黑色印记是由于裹在电极头上的布料过脏导致的。重复除黑操作无法清除，由于现阶段缺少实验设备，无法确定该黑色印记的组成以及表层是否还有其他膜，对于该缺陷，目前最有效的处理手段为物理打磨，但不锈钢外墙板为机械拉丝板，整体纹路一致，打磨后影响外观效果，因此目前对于该缺陷，最好的处理手段为经常更换裹电极头的布料，杜绝此缺陷的出现。
原电池反应需要在电解液环境中进行。除黑操作中的棉布就是电解液的载体，电解液过少导致被清除下来的氧化皮没有被完全分解而直接粘附在棉布表面，造成布料污染，棉布的吸水量是一定的。因此在不影响除黑效果的前提下尝试多层布料充分蘸取清洗液，经过多次实验，最终确定双层布料既可以保存足够量的清洗液又不影响除黑效果，同时要求经常观察布料污染情况，布料表面完全变黑后进行更换。
实验证明，通过这种方式可以有效杜绝黑色印记的出现。
(2)电流的影响。按照设备厂家的建议，在输出电流为7的情况下进行除黑作业，颜色较深的焊点位置清除效果比较理想，但是颜色较浅的部位清除结束后出现由于过蚀导致的焊点位置发白的现象，与周围焊点色差较大，极不美观。同时原操作方法中对电极棒与墙板的接触时间没有做具体规定，这也是造成这一现象的原因之一。
在实验过程中，将电流的输出强度调节为5，同时控制电极棒与墙板的接触时间在2秒以内。
实验证明，降低后的电流强度对除黑效果没有影响，同时不再出现过蚀现象。
(3)清洗液使用方法的影响。在原操作过程中，发现起初几个点的除黑效果很不好，在电极棒与墙板接触5秒以上才可完全去除氧化皮颜色，但接触时间过长又会出现过蚀现象，因此在实验过程中对于清洗液的使用方法进行着重研究。
在除黑作业中，由于通电，在操作时间过长的情况下电极棒会发热，造成布料上蘸取的清洗液蒸发过快，严重影响除黑效果。因此在实验中尝试让电极棒充分蘸取清洗液，然后进行除黑，除黑效果显著，但是由于清洗液蘸取过多，在墙板上接触面积过大，造成除黑后焊点周围有明显水印，与周围墙板色差过大，极不美观。
因此，最终调整操作方法为：将裹好布料的电极棒放入盛有清洗液的烧杯中充分浸润棉布，然后在烧杯壁沥干至不再滴水;对于一次清洁不彻底的焊点可以在重新蘸取清洗液后进行二次操作。
(4)中和液使用方法的影响。中和液的作用是清除残留的清洗液。残留中和液清洁不彻底会严重影响墙板的光泽度，原操作中使用的中和液为原液，由于浓度过高，造成残留中和液清洁困难，因此需降低中和液
浓度。
为了在中和液的使用浓度和清洗效果上找到一个平衡点，经过多次实验，最终确定了中和液：水=1：4的稀释比例;同时为了便于对残留中和液进行清洁，在操作过程中，在使用清洗液清洗后立即用蘸取稀释后的中和液的无纺布清洁残留的清洗液，然后用蘸取清水的无纺布擦掉残留的中和液;在整个墙板除黑操作结束后再用清水整体清洁墙板。
4 结语
在通过实验方法对缺陷进行分析后，最终确定出一套完整的除黑工艺。新的工艺中对电流强度、棉布用法、清洗液以及中和液的用法进行了重新规定。
按照新版工艺方法处理后的墙板整体光泽度良好，焊点位置无过蚀、水印、无法去除的黑色印记等缺陷，满足对除黑效果的要求。
参考文献
[1] 赵明花，刘玉民.城市轨道车辆不锈钢车体的研发
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作者简介：韩鹏程，男，天津北车轨道装备有限公司助理工程师，研究方向：轨道车辆涂装体系与涂装
不锈钢点焊结构车体FEA建模方法
摘要:针对不锈钢车体点焊结构的“点传力”特性,提出了位移主-从约束关系建模思想,并通过数值试验验证了采用位移主-从约束关系来模拟焊核比现有其它的模拟 方法 具有更高的精度.以城市轻轨动车组不锈钢点焊车体为 应用 对象,基于位移主-从约束关系建立了该车车体的有限元模型, 计算 结果与试验测试结果基本一致,证明了模型的正确性,为今后该类车型的设计与开发打下了良好的技术基础.
关键词:FEA,位移耦合,点焊结构
点焊是地铁车辆、城市轻轨车辆、甚至高速动车组的不锈钢车体结构大量金属板构件间的主要连接形式,分布于车身各部位,数量达上万个.点焊结构主要特点是:结构紧凑、重量轻、强度高、耐腐蚀.同时,它的制造工艺比较复杂,技术要求高,因此,尽管点焊结构车辆在国外已经获得了广泛应用,在国内则刚刚开始研制[1-2].如何把握点焊结构的力学特性,建立高精度的车体FEA计算模型已成为不锈钢点焊车研制过程中计算人员极为关注的 问题 .
当前点焊结构常采用实体单元、梁单元、刚性单元和主-从关系(即位移耦合)来模拟焊核[3-4].从 理论 上说,点焊结构用适当高度的块体元模拟时,则可获得较高的精度,但对于大量均布、密集排列的焊点的不锈钢车体结构来说这将导致单元/结点数量急剧增加而不可行,因此,必须抓住不锈钢点焊车传力的主要特征创建FEA模型.
与车辆结构尺寸相比,点焊焊核自身的尺寸可以忽略不计,在有限元模型中,可以将它们视为仅是整体坐标系下的一个“点”,在外载荷作用下,结构依靠这些“点”传递内力,这类结构可称为“点传力结构”.基于位移主-从控制关系原理[5],本文认为对于不锈钢点焊车体这类典型的“点传力结构”,用位移的主-从约束关系来模拟焊核(即等价于在计算模型中被焊接连接的两点之间位移完全一致)是更为合理的,并通过数值试验证明了主-从约束关系比其它建模方法具有更高的精度.基于位移主-从约束关系建立了城市轻轨动车组不锈钢点焊车体的FEA模型,根据相关标准进行加载计算,通过与物理试验的比较,验证了计算模型的合理性和有效性.
1 主-从控制关系的正则方程
主-从关系(位移耦合),指的是当一个结点被定义为另一个结点的从结点后,该从结点就失去了位移的独立性,它的位移只能且必须从属于主结点.主结点上的位移处理为独立位移,从结点上的位移为相关位移.
在应用最小总势能原理求基于位移法的结构正则方程时,相关位移对总势能的贡献是通过与之有关的独立位移和指定位移表达的.结构的总势能为
2 各种方法对比 分析
本文提出用位移主—从约束关系描写不锈钢点焊车体的点焊传力,这意味着模型中的每一点焊的焊核均被凝聚成一点,那么,这种简化与其它建模方法相比精度到底多高?以下用实体单元、梁单元、刚性单元和主-从关系(即位移耦合)为点焊结构建模来讨论各种方法的精确性.
假设薄板A与B用点焊方式焊接,其厚度分别为t1与t2,t1薄板右端均匀作用有F吨拉力,t2薄板左端被约束住.焊核为三维椭球,其最大剖面的直径为d.在各方法的计算模型中,板的中心为焊点位置,也为坐标原点,梁单元的物理属性取决于板材,单元直径为d,单元长度为(t1+t2)/2;刚性单元,无物理属性,单元长度为(t1+t2)/2;实体单元物理属性取决于板材,单元尺寸取决于t1,t2;位移主-从约束不需要定义材料属性,只需指定六个自由度之间位移主-从约束关系.
以实体元计算结果为标准,t1薄板上载荷方向的应力误差比列入附表.表中方法1为采用梁单元;方法2为采用刚性单元;方法3为采用位移耦合.表中位置点1至点8依次为t1薄板上过原点与载荷方向一致的坐标轴上等距离的点;位置点9至点16依次为t1薄板上过原点与载荷方向垂直的坐标轴上等距离的点.表中应力误差比的定义为(σ-σ0)/σ0,其中σ0为实体元计算结果.由附表可以看出:位移主—从约束建模方法的误差较小,刚性单元和梁元的较大.
实体单元和位移耦合的两个模型沿外载荷方向的应力值比较如图1所示.结果表明:两种模型高应力区域一致;焊核附近,位移耦合模型的应力值要大于实体单元模型的,稍离开焊核,两种模型应力值几乎相同.
3 工程验证
城市轻轨动车组不锈钢点焊车体是典型的点传力结构,全部采用高强度车辆专用的冷弯或轧压工艺制造的不锈钢型材.除车顶、地板的波纹板之间的连接采用缝焊,其余板与梁、柱及部件与部件之间的连接均采用接触点焊.由于板薄,板与板、板与梁(柱)和柱与柱之间只能采用搭接接头,除2层、3层搭接外,最多还有5层板搭接.该不锈钢车体大约有4万个焊点,该车典型的焊接示意图如图2所示.
不锈钢点焊车体在承受外载后,载荷通过数万焊点将力传递到车体各部,并由此产生车体各处的变形与应力,这一特点,在建模时必须真实体现,否则, 计算 模型将会失真,并将导致计算结果失真.假定车体构件的每一“点对”之间,一旦形成点焊,尽管这一点焊事实上占有一很小的面积,但相对车体构件尺寸而言,有理由视这两点被“焊成一点”,因此,在变形的过程中,点焊可以用位移主—从关系来描述.
城市轻轨动车组不锈钢点焊车体有限元建模的关键 问题 是每一个焊点位置处必须要有结点生成.因此,在I-DEAS软件(10.0)中创建真实地反映不锈钢车体构件之间的相互关系的、用于划分有限元网格的三维几何时,根据点焊位置,要一一创建“锚点”[6],因为“锚点”一经生成,在随后的单元网格生成过程中,“锚点”将自动转化为单元的结点,这样就为点焊的“点对”准确位置的确定创造了条件.不锈钢点焊车体四分之一的局部放大网格如图3所示.四分之一模型的求解规模为:单元总数132309;节点总数134659;焊点数8824.
依据 文献 [7]进行加载计算,垂直总静载荷工况作用下车体和部件的Von.Mises应力云图如图4所示.该车FEA计算结果与强度试验测试结果[8]的对比如图5所示,由图5可以看出两者基本一致,因此,该计算模型质量很高.
事实上,正是由于该性能仿真模型的高可靠性,设计人员才有可能进行一次又一次的方案对比.而相对最优方案也正是在这种一次又一次对比中逐步形成的,其重要意义不言而喻.
5 结语
FEA的置信度关键在于计算模型的质量,而创建一个计算模型的必备条件是计算机、仿真软件和使用者.事实上,功能再好的仿真软件,速度再快的计算机,也只能辅助建模者提高建模的效率而不提供建模的原则与技巧,计算模型的质量主要还是取决于使用者的 理论 素养和建模经验.只有具有良好的理论素养和厚实的建模经验才能够很好地消化吸收仿真软件中的精髓,并将其融化在仿真模型的建立过程之中,使仿真模型合理和 科学 .
本文基于位移主-从约束关系(位移耦合)原理模拟不锈钢点焊车体的点焊,并利用I-DEAS仿真软件高级建模功能,建立了城市轻轨动车组不锈钢点焊车体的FEA模型.通过FEA计算结果与物理试验结果的对比,证明本文的建模思想 方法 是切实可行的.
参考 文献:
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本人学的是生物科学专业，写的综述可以吗？
植物细胞骨架的动态研究
摘要：植物细胞骨架由微管与植物的微丝和中间纤维共同组成，并参与众多的生命活动，如细胞形态建成、细胞器和囊泡运输、染色体迁移、细胞壁构建、细胞分裂与分化、信号转导等；并与其马达蛋白构成细胞内重要的动力系统，参与细胞内各种活动。本文主要从植物的微管骨架和微丝骨架两个方面，综述了植物细胞骨架的动态变化及功能特性。
关键词：植物细胞骨架 动态变化
1植物细胞骨架
细胞骨架(cytoskeleton，CSK)是位于细胞膜内侧面的蛋白质丝纤维网架系统。胞骨架由微管(microtubule)、微丝(mirofilament)和中间纤维(intermediate filament共同构成。微管是长而不分枝、直径在25nm左右的管状纤维。主要由a、p一微管蛋白(tubulin)和少量的微管结合蛋白(microtubule associated protein，MAP)构成。微管蛋白通过非共价结合形成异二聚体，异二聚体螺旋盘绕形成微管壁。微管结合蛋白是与微管特异结合并影响其结构与功能的一类微管辅助蛋白。它们可提高微管的稳定性，促使微管与其他细胞结构(如质膜、微丝、中间纤维等)交联，在细胞内沿微管转运囊泡和颗粒，通过与微管成核点的作用促进微管聚合。微丝是由肌动蛋白(actin)的亚单位组成的螺旋状结构，有极性。肌动蛋白以两种形态存在，聚合态纤维肌动蛋白(F-actin)及可溶性球状肌动蛋白(G-actin)，两种形态的肌动蛋白之间存在着动态平衡，但只有聚合态肌动蛋白才具有生物学作用。中间纤维是一种直径介于微丝与微管之间的纤维状蛋白，在细胞核膜下形成一层坚固的核纤层，在胞质中形成网架结构，连接核膜、质膜及其他细胞骨架。微管蛋白和肌动蛋白在真核细胞中普遍存在，但植物细胞中是否存在类似动物细胞的中间纤维目前还无定论。
2 微管骨架
2.1 微管的结构及动态组装特性
微管(microtubule，MT)是真核生物中普遍存在的蛋白纤微结构，1963年最早发现于侧柏和水螅的细胞中，并被命名为微管[1-2]。微管的基本组成单位是微管蛋白(tubulin)，包括α-微管蛋白、β-微管蛋白和r-微管蛋白。α-微管蛋白和β-微管蛋白通过非共价键头尾相连形成微管蛋白异二聚体，微管蛋白二聚体线性排列形成直径4~5nm、分子量约为100 kDa的原纤丝。原纤丝通过侧向连接形成微管壁。13条原纤丝平行排列构成中空管状的微管。
微管骨架具有不断解聚和聚合的动态特性，即单根微管在聚合态和解聚态之间随机转换。这一特性使得微管系统可以快速地重组以适应环境和生长发育的需要。动态的微管系统包括4种微管列阵，分别为间期周质微管列阵、早前期微管带、纺锤体、成膜体微管列阵。在植物活体细胞的各周期中，这些微管列阵都是高度动态的。动态微管与微管蛋白之间处于一个不断组装和去组装的转换中，微管的动态特性也称为微管解聚组装模型。目前微管的动态组装特性主要被描述为2种模型：踏车运动和动态不稳定模型。微管的动态和微管列阵的组织通常受微管结合蛋白(MAP)的调控。目前，微管骨架的动态特性越来越受到人们的关注。
2.2 微管参与植物细胞的形态建成及胞内物质转运
植物发育过程中，不同类型的细胞具有不同的细胞形态以适应不同的功能需要。这些细胞的形态建成与多种植物细胞骨架密切相关。微管在确定并保持细胞生长的方向性上发挥着重要作用，用微管特异性药剂处理植物叶片表皮铺板细胞，破坏微管列阵之后细胞形态出现异常[3]。Thitamadee等筛选出了微管蛋白α-tubulin的突变体left1和left2[4]，突变体植株细胞的微管处于不稳定状态导致生长出的植株的根、下胚轴、叶片等器官均表现为螺旋生长。微管特异性药物处理还可导致各向异性生长的细胞改变原来的极性生长方向[5]。Collings等发现，促进微丝解聚的药物可加剧微管解聚，直接影响微管二聚体的状态，说明在调节细胞向异性生长过程中微管和微丝的动态对话起着非常重要的作用[6]。
在胞内运输和定位中，微管骨架也起着重要作用。参与细胞内物质运输的细胞骨架和马达蛋白质依赖于微管的驱动蛋白和动力蛋白以及微丝的肌球蛋白。通常认为，胞内物质的长途运输沿微管进行，而微丝在短途运输中发挥着重要作用，即微管在许多马达蛋白的辅助下起着胞内物质运输的轨道作用，破坏微管可影响细胞内的物质运输。在真核细胞内，mRNA必须运送到细胞质的特定部位才能进行翻译，RNA蛋白复合体就是沿着微管或微丝的轨道移动的[7,8]。
2.3 微管骨架的信号功能
微管参与植物细胞信号传递的功能成为近年来的研究重点。微管是植物细胞的重要组分，具有高度保守的动态特性，同时可与细胞中许多因子结合发挥传递运输的作用。当细胞受到内部或外部刺激后，细胞质会发生快速的动态重组，这些变化大多需要微管骨架的介导。周希明等研究发现，在细胞内添加药物破坏微管解聚、聚合的正常动态可显著抑制保卫细胞全细胞内向钾电流，说明微管的正常动态变化具有参与调节保卫细胞质膜上K+通道的活性，从而参与调节气孔运动[9]。
2.4 微管响应生物与非生物胁迫的动态变化
植物细胞微管受到外界环境刺激时也始终保持着动态特性，并响应外界生物或非生物胁迫发生相应的动态重排。微管的这种动态转换可参与或协助防卫物质形成天然防御屏障，从而抵抗病原菌的进一步入侵[10,11]。
拟南芥与卵菌纲病害oomycete互作中，菌丝侵染位点可附着在胞下发生细胞质聚集，微丝在侵染位点发生动态重组，呈放射状聚集；微管在侵染位点直接解聚，不形成放射状聚集[12,13]。Yuan等研究发现，拟南芥悬浮细胞在响应大丽轮枝菌毒素胁迫反应中，微管比微丝更快发生动态变化[14]。Wang等研究发现，拟南芥受到盐胁迫时周质微管发生重组，因此认为微管重组是植物耐盐的一种主动防卫机制[15]。
3 微丝骨架
3.1 微丝骨架的结构及动态变化
微丝又称肌动蛋白纤维(filamentactin，F-actin)，是细胞骨架的主要成员，广泛存在于真核细胞中。肌动蛋白单体(global actin，G-actin)是构成微丝的基本单位，多个G-actin按照一定方式聚合形成微丝，二者处于聚合和解聚的动态平衡过程中。植物细胞内微丝骨架的功能是多种多样的，在胞质环流、花粉管萌发、气孔运动、物质运输、内吞和外分泌等过程中均起着重要作用。微丝骨架解聚和聚合的动态变化是实现这些功能的关键[16]。
在体外，肌动蛋白聚合成微丝的动力学过程可以分为3个阶段，即成核期(nucleation phase)、生长期(growth phase)及平衡期(equilibrium phase)。肌动蛋白在成核期开始聚合，该时期也是整个组装过程的关键时期。起始时，G-actin缓慢聚合形成一个较短的由3~4个亚基组成的寡聚体，以此作为微丝组装的“种子” 或“核心”(nucleus)，进入快速生长期[17]。生长期肌动蛋白聚合成微丝片段时，形如箭头，其一端被称为负端(pointed end)，另一端被称为正端(barded end)。微丝正端的聚合速度明显快于负端，因为微丝的生长延长主要受ATP的调节，一分子G-actin可结合一分子ATP，形成ATP-actin，它对微丝的正端有更高亲和力，使正端生长聚合速度快于负端。ATP-actin聚合到微丝纤维上，成为F-actin后，ATP随后水解为ADP，ADP-actin则容易发生脱落、解聚。最终，整个体系会达到一个稳定状态，即平衡期。此时，G-actin加到微丝上的聚合速率与微丝解聚速率相等，微丝的总长度维持相对稳定[18]。
肌动蛋白的解聚并不是简单的聚合的逆过程，这是因为肌动蛋白不能简单地由ADP-actin结合Pi转变成ATP-actin。取而代之的是，游离的ADP-actin在溶液中将结合的ADP迅速交换成ATP，而这个过程可以由肌动蛋白结合蛋白(actin binding proteins，ABPs) profilin加速其进行(Dos Remedios等2003)。很多ABPs对微丝的聚合和解聚过程有着重要的调节作用。此外，由于微丝的聚合需要在高于一定的G-actin浓度（临界浓度）条件下才能发生，因此，细胞中G-actin的浓度对于微丝骨架也有一定作用[19]。
3.2 植物微丝骨架与信号转导
植物微丝骨架与信号转导的研究还不深入，但也有许多实验推断微丝骨架与信号转导有关。1993年Sohesson A和Susanne Widell[20]用生化方法证明了微丝骨架与质膜紧密相连。他们以花椰菜为研究材料，用二相分配法提纯质膜囊泡，用免疫标记鉴定肌动蛋白，研究了膜连细胞骨架。当质膜囊泡内翻外时，肌动蛋白仍与膜紧密相连。用TritonX-100抽提质膜囊泡，产生一些不溶的颗粒沉淀，在不溶物中仍存在肌动蛋白和少量其它蛋白。这些结果说明微丝骨架与质膜共同被提纯，微丝骨架与质膜息息相关。这就暗示着微丝骨架可能参与信号转导过程。
近年来又有研究证明在植物细胞中存在细胞壁(CW)-质膜(PM)-细胞骨架(CTK)的连续体[21]。虽然这一连续体的结构组分与动物细胞有一定差异，但根据进化的保守性，人们认为在植物细胞间及细胞与外界环境的信息交换中它们类似于动物细胞中的ECM-PM-CTK连续体，有着同等的功能，并通过相似的机制起作用。植物细胞可以通过这一连续体成为紧密的线连结构，即细胞质骨架将细胞核、染色体、细胞溶质组分与细胞表面相连接，甚至通过细胞表面和细胞壁网络与相连细胞连接[22]。
动物细胞ECM-PM-CTK连续体中，存在层粘连蛋白(VN)、纤粘连蛋白(FN)。在植物的细胞壁中也发现了与VN、FN及整合素抗体起交叉反应的蛋白。显示植物分子与动物基质粘连分子有同源性的第一证据来自大豆种子一个多肽的研究，它与FN相似，多肽序列中包括Arg-Gly-Asp(RGD)花边序列(motif)。[20]这个短短的氨基酸序列在大部分基质粘连分子中出现，而且被整合素识别。已在西红柿的培养细胞壁中检测到了hVN和hFN免疫相关的蛋白，盐胁迫下类VN、FN蛋白含量更高。许多免疫学和功能研究的证据显示植物与动物系统粘连分子相似。
3.3 微丝骨架与细胞质流动的关系
对高等植物萌发花粉管的研究证明，花粉管中原生质的流动是肌动蛋白和肌球蛋白相互作用的结果，并且是花粉管生长的动力[23]。通过电镜观察、重酶解肌球蛋白的标记及肌动蛋白的分离等多方面的测试，发现绿豆、玉米及花椰菜等植物线粒体中确实存在肌动蛋白的微丝结构，揭示肌动蛋白和肌球蛋白的结合体系可能是线粒体膨胀与收缩运动的分子基础[24]。
4 展望
植物细胞骨架在细胞的生命活动中扮演着十分重要的角色。随着细胞生物学与生物物理、生物化学、遗传学、分子生物学、生物信息学等其他学科的交叉，细胞骨架的动态特性研究及微管功能将日益受到关注。微管蛋白与微管结合蛋白是微管骨架系统结构和功能的必需组分，与微管的组装、去组装动态特性密切相关。随着研究的不断深入，人们对植物微管的结构、组织、行为和相关蛋白的生化特性及蛋白或微管的调控等都将有更深的了解。人们对植物微丝的研究还落后于动物微丝的研究，但是对于植物细胞内的这一重要成分的了解已经越来越深刻。当今分子生物学的发展也为进一步从分子水平上揭示它的结构与功能起了极大的推动作用，因此很多问题最终会得到解决。
21世纪生命科学的研究进展和发展趋势 20世纪后半叶生命科学各领域所取得的巨大进展，特别是分子生物学的突破性成就，使生命科学在自然科学中的位置起了革命性的变化。很多科学家认为，在未来的自然科学中，生命科学将要成为带头学科，甚至预言21世纪是生物学世纪，虽然目前对这些论断还有不同看法，但勿庸置疑，在21世纪生命科学将继续蓬勃发展，生命科学对自然科学所起的巨大推动作用，决不亚于19世纪与20世纪上半叶的物理学。假如过去生命科学曾得益于引入物理学、化学和数学等学科的概念、方法与技术而得到长足的发展，那么，未来生命科学将以特有的方式向自然科学的其他学科进行积极的反馈与回报。当21世纪来临的时候，一些有远见的科学家、思想家与政治家将日益严重的诸多人类社会问题，如人口、地球环境、食物、资源与健康等重大问题的解决，莫不寄希望于生命科学与生物技术的进步。 2· 08·生命科学将成为21世纪自然科学的带头学科 20世纪50年代DNA双螺旋结构模型的发现，随后遗传信息传递“中心法则”的确立与DNA重组技术的建立使生命科学的面貌起了根本性的变化。分子生物学与遗传学的结合将用10一15年测定出人类基因组30亿个碱基对（遗传密码）的全序列，人体细胞约有10万个基因。人类基因组的“工作草图”迄今20％的测序已达99.99%的准确率和完成率，今后将要继续发现与阐明大量新的重要基因，诸如控制记忆与行为的基因，控制细胞衰老与程序性死亡的基因，新的癌基因与抑癌基因，以及与大量疾病有关的基因。将利用这些成果去为人类健康服务。 70年代后，分子生物学的发展，以基因工程为代表的生物工程的出现，生物技术通过对DNA链的精确切割与有目的地重组，使有目的地改良生物的性状与品质成为可能。迄今生物工程所取得的成就已在生产上显示出诱人的前景，尽管还存在有不少争议的问题，但很有可能成为21世纪的新兴产业。 发育生物学将要快速地兴起，它将要回答无数科学家100多年来孜孜以求而未解决的重大课题，一个受精卵通过细胞分裂与分化如何发育成为结构与功能无比复杂的个体，阐明在个体发育中时空上有条不紊的程序控制机理，从而为人类彻底控制动植物生长、发育创造条件。 RNA分子既有遗传信息功能又有酶功能的发现，为数十年踏步不前的难题“生命如何起源”的解决提供了新的契机。在21世纪，人们还要试图在实验室人工合成生命体。人们己有可能利用生物技术将保存在特殊环境中的古生物或冻干的尸体的DNA扩增，揭示其遗传密码，建立已绝灭生物的基因库，研究生物的进化与分类问题。 神经科学的崛起，预示着生命科学又一个高峰的来临。脑是含有1011细胞的无比复杂的高级结构体系，21世纪初从分子到行为水平的各个层次对脑功能的研究都将有重大突破，在阐明学习。记忆。思维。行为与感情机理等方面也将有重大进展。脑机能在理论上的进展将会促进新一代智能计算机的研制，这可能成为未来生命科学对自然科学与技术科学回报的最好例子。 生态学可能是最直接为人类生存环境服务并对国民经济持续与协调发展起重要作用的科学。生态学的理论与实践为中国三峡水库建设提供的决策依据就是一个例证。保护生物的多样性是当前生命科学最紧迫的任务之一。据可靠的数据说明每天约有100多种生物在地球上绝灭，很多生物在没有被人类认识以前就已消亡，这对人类无疑是一种灾难。生态学与生物多样性保护与利用的研究成果将指导人类遵循自然规律积极保护自己生存环境，否则人类的物质文明与精神文明都要受到灾难性影响。 顺应生命科学迅速发展的形势，发达国家政府及一些国际组织先后提出了《国际地圈及生物圈计划》、《人类基因组作图与测序计划》、《人类前沿科学计划》、《脑的十年》及《生物多样性利用与保护研究》等投资巨大的生命科学研究计划。其中仅《人类基因组作图与测序计划》，一项预算就高达30亿美元。 由于生命科学的发展，人才的需求量激增，近年除越来越多的物理学家，化学家与技术科学家被吸引到生物学研究领域外，以美国为例，近年统计48万博士学位获得者中从事生命科学的占51％。优秀青年科学家流向生命科学前沿，这是21世纪生命科学欣欣向荣的动力与源泉。 2． 08． 2 21世纪初生命科学的重大分支学科和发展趋势 80年代有远见的生物学家把分子生物学（包括分子遗传学）、细胞生物学、神经生物学与生态学列为当前生物科学的四大基础学科，无疑是正确地反映了现代生命科学的总趋势。遗传学（主要是分子遗传学）不仅当前是生物科学的带头学科，在今后多年还将保持其在生命科学中的核心作用。 有些科学家早就预测到，由于分子生物学、细胞生物学与遗传学的结合，必然促进发育生物学的蓬勃发展，从而提出发育生物学将成为21世纪生命科学的“新主人”，这种预测已逐渐变为现实。 分子生物学（包括分子遗传学）在生命科学中的主流地位，以及它在推动整个生命科学发展中所起的巨大作用是无可争辩的。细胞是生命活动基本的结构与功能单位，细胞生物学作为生物科学的基础学科地位必须给予重视。 很多生物科学家认为神经科学或脑科学的崛起将代表着生命科学发展的下一个高峰，然后将促进认知科学与行为科学的兴起。 生态学可能是最直接为人类生存环境服务，井对国民经济持续与协调发展起重要作用的学科。 A.分子生物学 分子生物学是在分子水平上研究生命现象本质与规律的学科。核酸与蛋白质（有人认为还有糖）是生命的最基本物质，因此核酸与蛋白质结构与功能的研究今后仍然是分子生物学研究的主要内容。蛋白质是生命活动的主要承担者，几乎一切生命活动都要依靠蛋白质（包括酶）来进行。蛋白质分子结构与功能的研究除了要阐明由氨基酸形成的并有一定顺序的肽链结构外，今后将特别重视肽链拆叠成的特定的三维空间结构，因为蛋白质生物功能与它的空间构型关系极为密切，核酸是遗传信息的携带者与传递者，遗传信息由DNA～RNA一蛋白质的传递过程，称为遗传信息传递的“中心法则”，是分子生物学（分子遗传学）研究的核心。其基本问题己比较清楚，当前研究的重点是： ①约经10一15年，人类基因组30亿个碱基对全序列（遗传密码）可以测出，这是具有里程碑意义的工作； ②真核生物基因表达过程在各层次上调节的研究仍然是今后相当长一段时间的任务。 分子生物学的概念、方法与技术和各学科的渗透，正在形成很多新的学科，诸如分子遗传学、细胞分子生物学、神经分子生物学、分子分类学、分子药理学与分子病理学等等。因此分子生物学在生命科学中的主导作用还将要持续下去。 B.遗传学 遗传学比分子生物学更具有自己独立的学科体系。但现代遗传学与分子生物学是不可分割、相互交叉的两个学科，且很难截然分开。 有些著名的遗传学家把遗传学概括称为基因学，因为现代遗传学主要是研究生物体遗传信息传递与表达的学科。基因携带的信息是由基因的结构所决定，信息的表达是由基因的功能实现的，因此遗传学研究的是基因的结构与功能。从遗传学的角度看，所有生命现象的机制，追根究底都会与基因的结构与功能相关。因此遗传学在今后较长时间仍然是生命科学的核心学科和推动力。 有人估计人体细胞内约有10万个基因，迄今弄清楚的不到5％，所以与重要生命活动有关与疾病有关的新基因的发现与阐明将是今后几十年的重要任务。 C.细胞生物学 著名生物学家威尔逊（Wilson）早在20世纪20年代就提出一句名言“一切生物学关键问题必须在细胞中找寻”，至今还有着很深的内涵。魏斯曼与摩尔根都曾先后试图在细胞研究的基础上建立遗传、发育与进化统一的理论，虽然当时没有找到具体解决的途径，但关于细胞的知识在生物科学中的重要性是显而易见的。细胞是一切生命活动结构与功能的基本单位，细胞生物学是研究细胞生命活动基本规律的科学，细胞的结构。细胞代谢、细胞遗传、细胞的增殖与分化，细胞信息的传递与细胞的通讯等是细胞生物学主要研究内容。虽然今后细胞生物学研究的内容是全方位的，但概括起来可能是两个基本点： 一是基因与基因产物如何控制细胞的重要生命活动，如生长、增殖、分化与衰老等，在此要涉及到一个全新的问题，细胞内外信号如何传递；二是基因产物一一蛋白质分子与其他生物分子如何构建与装配成细胞的结构，并行使细胞的有序的生命活动。 今后20多年，以下一些问题可望取得重要进展与突破： ①遗传信息的储存、复制与表达的主要执行者——染色体的结构与功能可能在不同的结构层次上得到阐明。 ②细胞骨架（包括核骨架与染色体骨架）的研究将得到全方位的进展。 ③细胞生物学与分子生物学、遗传学的结合，将在细胞分化机理研究方面有重要突破，为发育生物学快速发展奠定基础。 ④细胞衰老与细胞程序化死亡的机理将在更深层次上阐明。 ⑤以细胞分子生物学为骨干学科与其他学科结合，人工装配生命体的理想可能逐步 实现。 D．发育生物学 从一个受精卵通过细胞分裂与分化如何发育成为一个结构与功能复杂的个体，是至今未能解决的生命科学的重大课题，也是发育生物学的主课题。由于近几十年分子生物学、遗传学与细胞生物学所取得一一系歹（突破性成果与知识的积累，已为解决这一重大课题创造了条件，这也就是今后发育生物学应运而飞速发展的原因。 发育生物学当今要解决的基本问题是细胞的基因如何按一定的时空关系选择性地表达专一性的蛋白质，从而控制细胞的分化与个体发育。阐明基因在多层次水平上控制胚胎的发育就不仅是涉及到个别基因的问题，而是一系列调节基因在时空上的联系与配合，从而支配发育的程序。虽然这是难度极大的课题，但近年已初见端倪并有所突破。估计今后发育生物学将沿着这条道路深入下去，并可望取得丰硕的成果。 E．神经科学（或脑科学） 神经科学是研究人与动物神经系统（主要是脑）的结构与功能，在分子水平、神经网络水平、整体水平乃至行为水平阐明神经系统特别是脑的活动规律的学科群。脑的结构与功能是无比复杂的高级体系，含有10 11细胞。它是感觉、运动、学习、记忆、感情、行为与思维的活动基础。大脑细胞，口何指导人与动物的行为是未来生物学中最富潜力与最吸引人的领域；神经科学的崛起，预示着生命科学又有一个高峰的来临。神经科学或脑科学必然在下世纪促进认知科学与行为科学的兴起。因此各国政府投入巨资支持这一课题，包括美国总统签署的“命名1990年1月1日为脑的10年”不是没有道理的。 在今后几十年内可以预示到的神经科学突破性的进展可能包括： ①在分子到行为的各层次上阐明学习、记忆与认知等活动的基础； ②很快会发现与阐明一系列与记忆、行为有关的基因与基因产物； ③神经细胞的分化与神经系统的发育研究会有重大进展； ④脑机能在理论上的进展与突破（如模式识别、联想记忆、思维逻辑机理的阐明）会 促进新一代智能计算机与智能机器人的研制； ⑤一系列神经性疾病与精神病的病因可望在神经生物学研究中得到解释。 F．主态学（包括物种多样性保护研究） 生态学是研究有机体与周围环境——包括非生物环境与生物环境相互关系的科学。 由于生态学理论与应用是与世界环境保护。资源合理开发与保护，以至人类本身在地球上继续生存紧密相关的，尤其是地球环境日益恶化的情况下，生态学的重要性就变得十分突出。未来生态学的主要任务是协调人类活动与环境的关系。所以生态学经典学科的概念与研究内容必然要适应人类生存环境的保护与社会经济持续发展的要求而不断改变。 今后生态学研究的重点可能表现在以下方面： ①生态群落的多样性、稳定性与演变规律与人类活动的关系； ②全球气候变化对生态系统结构与功能的影响； ③生物多样性的保护和永续利用也是保护人类自身生存环境尤其是拯救濒临绝灭的 生物种类更加具有紧迫性； ④城市生态学与经济生态学将迅速发展； ⑤生态工程与生态技术将在国民经济建设中发挥作用。 G．空间生命科学 空间环境向生命科学提出了新的挑战，也为生命科学的发展提供了机遇。 21世纪人类的空间活动将要离开地球附近，探索月球及其他太阳系的大体。这就要求人在地球外各种环境中能长期地生活和工作，首先是在，长期空间飞行器中航行，月球站以及火星或火卫站等，空间医学必须有重大突破，解决长期在地外空间所遇到的宇航员骨质疏松，肌肉萎缩和兔疫功能变化等生理学难题，同时，与开拓大疆相关联的是受控生态系统，创造一个不需要外界补给，而使人们能在其中长期生活的环境。这些问题有希望在21世纪20一30年代解决，其中空间生理学问题有可能利用中医和中药的方法取得某些重大突破。 地球外层空间为研究重力生物学提供了理想的条件，重力条件对各种层次结构生物的影响仍然是21世纪重力生物学的主题，今后的研究重点将集中于细胞，绿色植物，一些微生物和小动物。特别是重力环境对哺乳动物细胞形态、结构、变异和基因表达的影响将是一个热点。重力生物学的学术意义在于揭示重力效应在生物进化过程中的作用，是自然科学的基本问题；另一方面，重力生物学的成果将是空间制药及空间生态系统等应用领域的基础，重力生物学的学术和应用都是下个世纪的重要课题，可望在21世纪20-30年代取得突破性的进展。 地外生物探索是生命起源的重大课题，其中地球以外的智能生物探索是一个长期的 课题。地球上的人类正在向外层空间发射电波和接收讯号。外星人与地球人之间可能存在的学术和技术差距不仅是一种危险，也是自然科学的重大前沿问题，将被持续地研究下去。 2． 08． 5 21世纪初生命科学最有可能突破的领域 ①人类基因组的全序列（遗传密码）将在10一15年测定完毕，为全部遗传信息的破译奠定基础。 ②与生命活动有关的重要基因与重要疾病有关的基因将被陆续发现，其中特别引人注目的是控制记忆与行为的基因、控制衰老与细胞程序性死亡的基因、控制细胞增殖的系列基因、胚胎发育多层次网络调节基因。新的癌基因与抑癌基因的发现与其生物学功能的释明将大大提高对生命本质的了解。 ③人与动物的高级生命活动：感知、思维、记忆、行为与感情的发生与活动机制在脑科学研究突破的基础上，有更深的认识。 ④癌症的治疗将有全面的突破，爱滋病的防治得到控制。 ⑤在阐明地球上原始生命起源的基础上，人类还可能在实验室合成生命体，这种生命体应具有原始细胞的基本特征。
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论文主要特色和创新点可以从资料创新、方法创新、观点创新三个方面去写。
对新情况新问题的解释原则、模式和视野的创新，即方法层次的创新，它对新的理论观点、理论原则、理论体系的形成，具有某种决定性的作用。
在深刻把握事物发展规律及人的思维规律、有效探索社会实践新领域的基础上，提出前所未有的新观点、新范畴，特别是形成新原理、新的科学体系。从发展着的社会实践出发，并以此为检验标准，对前人创立的基本原理，在充分肯定和继承的基础上作补充。
进行新的论证和发挥，对其中错误的成分加以纠正，陈旧的成分加以扬弃。根据实践的需要，对前人科学的思想资料和理论观点进行重新梳理，清除由于后人的错误理解而混杂其中的不正确的或随意附加的东西，重提或凸显前人提出的某些能够反映当今时代精神的理论原则和观点，并赋于其新的意义。
学术论文的简介：
学术论文是某一学术课题在实验性、理论性或观测性上具有新的科学研究成果或创新见解的知识和科学记录;或是某种已知原理应用于实际中取得新进展的科学总结，用以提供学术会议上宣读、交流或讨论;或在学术刊物上发表;或作其他用途的书面文件。
在社会科学领域，人们通常把表达科研成果的论文称为学术论文。学术论文的学术性，要求作者在立论上不得带有个人好恶的偏见，不得主观臆造，必须切实地从客观实际出发，从中引出符合实际的结论。
学术论文在形式上是属于议论文的，但它与一般议论文不同，它必须是有自己的理论系统的，不能只是材料的罗列，应对大量的事实、材料进行分析、研究，使感性认识上升到理性认识。科学研究是对新知识的探求。创造性是科学研究的生命。学术论文的创造性在于作者要有自己独到的见解，能提出新的观点、新的理论。
课题研究中的创新之处围绕以下几点写：
1、课题研究能够反映时代特点。
2、课题研究具有新内容。
3、课题研究具有新的角度。
4、课题研究采用新的方法，用不同的研究方法会得出不同的结论。
5、广泛收集资料，了解课题的研究状况，搞清已有的研究解决了哪些问题，还存在哪些不足，怎样加以改进，在此基础上，确定该课题的着眼点，避免选题的盲目性。
相关资料：
课题研究中创新点的几种形式:理论创新、方法创新、角度创新、过程创新、观点创新。
例子如下：
（1）理论创新，本文以某某理论为切入点，以某某理论作为论文的主要贯穿点，紧紧围绕该观点进行。
（2）研究框架创新，在借鉴国内外研究的基础上，大胆的采用新颖的框架模式，以实验为基准，在获取大量数据的基础上，突破以往理论研究的局限性。
（3）研究方法的创新，经过查阅大量资料发现，对于该课题的研究多以量研究为基础，本文更加注重量化与质化的结合，利用某研究方法，以期可以得出更加适合于实践应用的结果。
过去的生物学，对生命的认识仅仅是从个体水平上对生物进行形态描述和分析，以后随着科学技术的发展，才开始以实验为基础逐渐深入到生命本质的研究。今天，人类已经能够深入到细胞内部，对它的极其细微的结构和化学物质进行研究，取得了许多突破性的成就。1953年，对遗传物质DNA分子双螺旋结构的发现，是生物科学发展史上的一个里程碑，开创了现代生物学的全新时代，奠定了分子水平上研究生命现象的基础。分子生物学的诞生，有助于阐明生命活动的规律，揭示生命现象的本质。分子生物学的发展不可避免地影响到生命科学各个学科领域，改变了整个生物学的面貌；同时对医学和农业科学及其应用产生了巨大影响。在新的分支科学中，细胞生物学和神经生物学（或脑科学）的研究发展非常迅速。由此，它们和分子生物学（包括分子遗传学）一起成为了当代生命科学研究的三大热点。 分子生物学是在分子水平上研究生命活动及其规律的科学。它的主要研究内容是蛋白质、核酸和糖类等生物大分子的结构、功能及其相互组织和互相作用。目前发现，DNA分子结构具有多态性，是一种可塑的分子。它的功能不仅具有自我复制和指导蛋白质合成的作用，还有酶的活性，起某种催化作用。现在科学家的目光已由DNA转向RNA的研究。由于RNA结构的复杂性及其种类的多样性，决定了RNA具有多种生物学功能。它不仅在蛋白质合成上起重要作用，而且具有催化、调控基因表达、抑止转译、DNA和RNA剪接等重要功能。关于蛋白质的研究一直被科学家们所重视。目前人们除了要阐明肽链的一级结构以外，特别重视肽链如何折叠成为有功能作用的三维结构的蛋白质研究。除此以外，还发现蛋白质分子在一定程度上是处于运动之中，它们的功能与分子空间构型的运动性密切相关。关于蛋白质合成的研究，目前研究的热点己转到蛋白质合成后的分拣、运输到特定地点，以及蛋白质的修饰加工和降解。近年来，糖类的研究有许多新的研究成果，它们在细胞间不仅起黏附作用，而且能传递信息，是一类重要的信息分子。过去的分子生物学是在核酸和蛋白质水平上阐明生命现象，现在看来，显然是不够的。因为多细胞生物是由许多细胞集团组成的，它们以不同方式通过糖链分子相互黏附，彼此之间均有相互识别、相互作用和相互制约的关系，传递着各种不同的“生物信息”。因而不能忽视糖类物质的作用。由以上看出，进入21世纪，分子生物学对生物大分子结构与功能的前沿研究，已从单个大分子结构的研究转向生物大分子体系的研究；从晶体结构的研究转向溶液中天然构象及其动态变化的研究。由于分子生物学已深入到生命活动本质的探索，蛋白质、核酸及糖类等生物大分子的知识越来越多地在新闻媒体上广泛传播，几乎家喻户晓。在这种形势下，新课程标准和实验教材的教学内容应适当缩减有关形态学的知识，加强分子生物学的内容。原初中生物教学大纲和教材不敢涉及DNA等生物大分子的知识，现在看来应有所体现。因此，在新课程标准中加强了这方面的内容。 遗传学是专门研究基因的科学，其发展主流是认识基因，即从认识基因的存在、阐明基因的本质和研究基因的作用到分离基因、操作基因和改变基因，一直是20世纪生物科学研究的焦点之一，而且始终位于科学发展的前沿。通过对基因的研究发现，基因对生命的影响不是单一的，有必要扩展到基因组进行研究。因此，从20世纪90年代开始，研究基因组已成为国际生物学界最热门的研究对象。“基因组学”（genomics）在不到10年时间里，已从一门以测定基因组全序列为目标的方法学成为包括结构基因组学和功能基因组学的完整学科，开展这方面的研究是人所共知的“人类基因组计划”（GHP）。这项被誉为生物科学的“阿波罗计划”，自1990年启动以来，已基本完成了“人类基因组工作草图”的绘制工作。当然，这只是标志着人类认识自身新纪元的开始，完成人类基因组测序以后，还要认清上面的基因及其作用，因而又诞生了“后基因组计划”。这标志着遗传学已进入一个以序列信息为基础的新时期，改变了过去经典遗传学的从表型到基因型的研究方法，建立了反向遗传学，开拓了一个以序列为基础的生物学的新世纪。在研究基因作用过程中必然引伸到两个重大问题：一是基因表达的调控，这也是当今分子生物学研究的热点之一；另一是有关蛋白质的作用。目前发现，虽然对功能基因组研究有重大意义，但是由于蛋白质有其自身特有的活动规律，仅仅从基因的角度来认识生命活动是不够的。于是在1994年提出了蛋白质组（proteome）的概念，并诞生了从整体水平上研究细胞内蛋白质的组成及其活动规律的新兴学科——蛋白质组学（proteomics）。根据以上研究的进展，“基因”已成为人们所共知的名词术语，在课程内容标准和教材上不仅应提出基因的名词，而且要强调基因组的整体作用，介绍“人类基因组计划”的伟大意义。另外，在强调基因作用的同时，注意不要出现“基因决定一切论”的错误观点。 自20世纪80年代以来，由于分子生物学和分子遗传学研究的进展以及基因工程、反向遗传学方法的应用，在细胞学上取得了许多重大研究成果。在细胞结构上，由于生物膜系统的发现使细胞膜、细胞质和细胞核在形态上和功能上联成一个完整的统一体。细胞膜的作用不仅保持细胞和细胞器的完整性、相对独立性和稳定性；许多极为重要的生命活动，如能量转化和流动、物质的交换以及细胞内外、细胞间的信息传递都离不开膜的作用。因此，对细胞膜系统的研究是细胞生物学研究的热点之一。此外，近年来对细胞骨架（cytoske1eton）的发现是超微结构研究的一大进步，它对细胞器的空间分布、功能活动和细胞运动有着密切关系。关于细胞核骨架的研究，说明它与DNA复制、基因表达调控、RNA剪接、修饰和运输等都有重要作用。关于细胞功能的研究，虽然细胞中各种结构都有各自相对专一的功能，但它们是相互联系的，彼此协调一致，完成一个细胞的整体功能。综合地讲，在一个细胞里的生命活动主要体现3个方面：①物质的转化，即旧物质的分解，新物质的合成；②能量的转换和流动，包括从光能转换为化学能和能量的释放与利用；③信息的传递，其中有遗传信息的传递，即从DNA→RNA→蛋白质（基因的表达），也可以从DNA→DNA（基因的复制）；生长发育的传递，即从细胞外（第一信号）→细胞膜（受体）→细胞质（第二信号）→某一生化反应或→细胞核（相应的基因被调节）。这个信号系统包括细胞内外的通讯联系、细胞间通讯、细胞的化学信号转导和以受体为介导的信号传递。另外，神经传导也是一个信息传递过程，从接受信息（感官）→传递信息（神经）→贮存信息（脑）→利用信息（产生反应）。细胞的生命活动就是物质转化、能量流动和信息传递的统一体。关于细胞内调控系统的研究。目前研究较多的有：细胞周期和细胞生长发育的调控。生命活动最基本的问题是发育生物学。它已成为现代生物学研究的热点和焦点。这里涉及细胞的分化、形态的建成和细胞的调亡等重大问题。由于细胞调亡与癌变等问题，以及人类的健康和寿命非常密切，从而引起科学家们的关注。由于细胞是生物体结构与功能的基本单位，有关细胞生物学的知识非常重要。因此，在新课程内容标准及教材中，有必要加强细胞生物学的内容。例如，在细胞结构上为了说明能量的转换与流动，不仅要讲解叶绿体的基本知识，而且增加了有关线粒体的内容；在细胞分裂中增加了染色体变化的内容；在细胞功能方面，体现细胞是物质转化、能量转换和信息传递的统一体。 脑科学（思维科学或神经生物学）是生命科学研究的又一前沿领域。探索和揭示脑的奥秘具有高度复杂性，蕴含着深奥的哲理，以及对人类有特殊重要的意义，所以已成为当代自然科学面临的最大挑战之一。近10年来，脑科学的研究得到了飞速的发展，因而被誉为“脑的10年”。有关脑科学的研究进展，将在高中生物学课程标准和教材中适当介绍；在初中生物课程标准和教材中涉及不多。不过，在标准中设置了“动物的运动与行为”主题，为今后学习脑科学奠定基础。
细胞骨架 细胞骨架是指真核细胞中的蛋白纤维网架体系。广义的细胞骨架包括细胞核骨架(核内骨架及分裂期染色体骨架和核纤层)、细胞质骨架(微丝、微管、中间纤维和微梁)、细胞膜骨架、细胞外基质。狭义的细胞骨架仅指细胞质骨架。细胞骨架（cytoskeleton）真核细胞中主要分布于细胞质的一种纤维状结构系统，包括三种不同类型的纤维，即：微管、微丝和中间纤维。这些不同的纤维是由不同的蛋白质亚单位（骨架蛋白）以特定的方式聚合形成的。细胞骨架在细胞内形成支持网络系统，以维持细胞形态。各种细胞运动如肌肉收缩、鞭毛摆动、纤毛煽动、有丝分裂期的染色体移动及各种细胞运动均依赖于细胞骨架。细胞骨架的一个最大特征是它的动力学可变性。这种动力学变化是适应于细胞内部的结构与功能而发生的，如有丝分裂期由微管组成的纺锤丝的延长与缩短。体外培养的成纤维细胞移动时，由细胞核至前进方向的微管不断延伸，相反方向的则不断缩短。延伸的细胞伪足的皮质部含有丰富的微丝，这些微丝或缩短甚至消失或重新恢复又延长。这些变化是在短时间内进行的，这种动力学变化的基础在于骨架蛋白不断聚合使纤维延长，或不断解聚使纤维缩短，甚至消失。因此，细胞骨架在细胞内处于不断的重组状态。细胞骨架的另一重要特征是从细胞核到细胞膜包括某些细胞器与之发生联系，这种联系由于细胞骨架本身具有的动力学变化而呈可逆的，由于这种联系而形成的以细胞骨架系统为主体纤维网络，在其周围附着和包埋着各种其他细胞结构和一些生物大分子的细胞质基质，由于细胞骨架的动力学变化而赋予细胞质基质也呈动力学变化特征。这种基质可决定细胞器及一些生物大分子的定位及运动，因而对细胞器及一些生物大分子的移动、运输、分泌等许多重要细胞学功能甚至整个细胞的代谢活动的调节都有密切关系。细胞骨架的概念既老又新，早在1879年，弗莱明（W.Flemming）首先观察和描述了有丝分裂过程，并指出细胞质由纤维网络及网络中的非纤维物质组成。但长期以来，由于方法学的限制，未能真正观察到细胞骨架的形态和结构，更不知骨架纤维的组成成分。60年代由于电镜技术的改进，开始在电镜切片中看到骨架纤维。60年代末以来，相继分离提纯了各种骨架蛋白，并制备出相应的抗体。1974年，拉扎里季斯（E.Lazarides）和韦伯（K.Weber）首先应用间接免疫荧光技术研究了细胞骨架。间接免疫荧光技术的应用把细胞骨架的研究推进到一个新阶段，使细胞骨架在整个细胞中的分布才有可能观察到。此后10余年的研究对细胞骨架的结构与功能积累了大量资料，70年代中期以来细胞骨架研究的突破性进展，建立了细胞骨架的新概念，细胞骨架作为一种重要的细胞器得到了承认，细胞骨架的研究已成为细胞生物学中最大的分支学科之一。但无论是电镜技术或免疫荧光方法均是对固定后的细胞进行研究的。由于细胞骨架具有动力学变化的特征，对其在活细胞中的结构和功能的研究受到一定的限制。最近新发展的影像增强技术使在活细胞内对细胞骨架的观察有了可能，特别是这种方法结合荧光猝灭技术，对在分子水平上弄清细胞骨架的结构与功能将是个有力的推动。 编辑词条