2020年, 第48卷, 第3期　刊出日期：2020-05-10

  

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新型冠状病毒肺炎研究专题
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  缓疫策略执行力与依从性对COVID-19后期疫情及复工影响的模型研究

  李倩,唐彪,WU Jianhong,肖燕妮,唐三一

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2020, 48(3): 1-6.

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  新型冠状病毒肺炎（coronavirus disease 2019，COVID-19）疫情形势随着围堵与缓疫策略的强化实施出现积极向好的趋势，但是复工复产、其他国家日趋严重的疫情形势对我国内防扩散、外防输入，确保疫情防控阻击战取得全面胜利的策略带来了严峻挑战。因此，缓疫策略执行力与依从性必将成为影响后期COVID-19疫情发展的关键因素。本文通过构建能够刻画防疫部门执行力与社区或个体依从性的数学模型并融合多源数据，分析执行力和依从性对有效再生数和累积确诊病例的影响，提高人们对缓疫策略决策力和依从性重要作用的认识，服务地区复工复产和疫情防控决策。
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  新型冠状病毒肺炎潜在药物和疗法的作用机制及治疗现状

  东静玉,宋佳静,孙燕,李治

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2020, 48(3): 7-17.

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  为了尽快解决新型冠状病毒肺炎(COVID-19)临床无特效药物的现状，“老药新用”成为国内外相关研究机构采取的主要抗疫策略之一。本文在比较COVID-19病原体SARS-CoV-2与SARS-CoV及其他相关RNA病毒的异同点、分析其特点及侵染机制的基础上，对当前已报道的有望治疗COVID-19的潜在药物和治疗方法进行归纳总结，主要包括以病毒为靶点的药物（阿比朵尔、格瑞弗森、利巴韦林、瑞德西韦、法匹拉韦、达芦那韦、克力芝、双硫仑）、以宿主为靶点的药物（干扰素、恢复期血浆制品、氯喹/磷酸氯喹）、机制复杂的中草药以及干细胞疗法和RNAi疗法，重点阐释相关药物及疗法的具体作用机制及其应用于COVID-19的治疗现状，以期为COVID-19有效药物的研发和治疗提供一定的参考。
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  深圳市新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情时空演化与防控对策

  金安楠, 李钢, 王皎贝, 徐婷婷, 于悦, 胡志恒, 杨佳辰

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2020, 48(3): 18-32.

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  开展个体人群水平的新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情时空扩散研究，有助于疫情防控和资源配置。以距离中国疫情始发地武汉较远但疫情高发的深圳市为研究区，基于官方公布的确诊病例数据、人工判读采集的病例详情及城市内部相关POI数据等，综合运用文本分析、数理统计、空间分析等方法，解析深圳市COVID-19确诊病例的流行病学特征和疫情的时空演化过程，综合探索疫情防控对策。结果表明：（1）确诊病例总体覆盖全年龄段，主要集中于青壮年，多源于外地感染和2代感染，以家庭集聚型传播居多，以跨省市的“线形”迁移扩散模式为主。（2）疫情时间演变经历“低发期—增长期—减缓期—尾声期”4个发展阶段；治愈病例数呈现“由缓增到快增”的演变过程；确诊病例自发病至入院时间间隔多为0～2 d，入院至确诊时间间隔集中为1～3 d。（3）空间分布上，确诊病例主要表现为“由湖北直达”与“经湖北停留”的空间迁移类型，出行目的以春节探亲为主；疫情小区空间布局呈“东北-西南”走向，主要围绕“两核”集聚于西南片区。（4）市域风险总体呈现“两核三片”分布，高风险地区位于南山区南部和福田区中心。最后结合疫情所处阶段特点、复工复产需要和境外输入等新风险，提出了基于“实时、日常、常态”“社区、片区、市域”“个体、家庭、社会”的“时-空-人”互馈协同精准防控对策体系。
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  基于改进SIR模型的新型冠状病毒肺炎疫情预测及防控对疫情发展的影响

  朱仁杰, 唐仕浩, 刘彤彤, 郭燕, 董珊珊, 成瀛, 杨铁林

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2020, 48(3): 33-38.

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  基于约翰·霍普金斯大学系统科学与工程中心获取的2020年3月4日至4月4日期间意大利、韩国、英国、美国、法国、西班牙、德国等7个疫情比较严重国家的新型冠状病毒肺炎（COVID-19）确诊、死亡、治愈病例数据，以SIR模型为基础，通过添加新的参数表征感染系数随时间的变化，并利用回归分析进行参数估计，对7个国家疫情的发展情况进行模拟和预测，并分析各国控制接触率等防治措施对于疫情发展的影响。结果表明:改进的SIR模型对COVID-19疫情发展趋势的分析基本可靠；除英国和美国以外，其他5个国家的疫情现阶段已经得到初步控制，而英国和美国还需要加强防控，以减少疫情带来的损失。研究结果证实了在COVID-19疫情防控中，采取减少集会、避免接触、集中收治等降低人群接触率措施的重要性，以期为后续疫情防控提供参考。
声学换能器与声空化专题
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  群振动气泡的非线性声响应及空化分析

  莫润阳,胡静,王成会,陈时

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2020, 48(3): 39-47.

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  在多泡系统中考虑了气泡间次级声辐射和群振动引起的边界振动，进而得到群振动气泡动力学方程。 通过逐级近似法对群振动气泡动力学方程进行了非线性分析，得到了二分频和三分频分振动幅值随频率和基频振动幅值变化关系。并基于分频振动产生条件进行了数值分析，发现稳态空化阈值相对较低，且三分频振动只存在于大于三倍气泡共振频率的区间内。 利用空化气泡崩溃辐射声强表征空化强度，分析了群振动气泡相关的惯性空化特征，数值分析结果表明：对初始半径相同的气泡，惯性空化气泡能量转换能力要高3个数量级以上，气泡初始半径在 3~10 μm区域声响应和能量转换能力较强；低频区声波作用下空化气泡的惯性空化阈值约为1 atm(1 atm=101 325 Pa)；对空化气泡分布区内的气泡，初始半径越大，惯性空化阈值越低。 在一定的声作用环境下，调控驱动声波频率和强度可实现空化区域内空化强度的有效调控。
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  超声作用下双模态造影剂微泡的声空化和热效应

  屠娟,杨东昕,顾宇旸,郭各朴,郭霞生,章东

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2020, 48(3): 48-54.

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  为将多模态造影剂微泡更好地应用于精准诊疗领域，研究了磁性双模态造影剂微泡的动态特性。将亲水性超顺磁四氧化三铁磁性纳米颗粒（SPIO）挂载到超声造影剂白蛋白包膜上，构建出超声/核磁共振（US/MRI）双模态造影剂微泡。基于被动空化探测实验和热电偶数据采集实验，系统性地研究了SPIO浓度对双模态造影剂微泡声空化效应和热效应的影响。结果显示：当SPIO浓度保持恒定时，SPIO-albumin 微泡的瞬态空化（IC）阈值随着驱动超声脉冲宽度的增加或驱动超声频率更接近微泡共振频率而降低；双模态造影剂微泡产生的瞬态空化剂量（ICD）将随着SPIO颗粒浓度的增加而增大；当驱动声压相同时，与PBS和SPIO溶液相比，包膜材料中含有多SPIO纳米颗粒的SPIO-albumin微泡具有更快的升温速率和更高的峰值温度，这将有利于实现更好的超声热疗效果。
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  夹心式压电超声焊接换能器的优化设计

  许龙,陈一博,吴光未,张海岛,李凤鸣

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2020, 48(3): 55-59.

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  基于等效电路法和有限元法对夹心式压电超声焊接换能器的结构尺寸进行了优化设计。探讨了换能器前后盖的纵向尺寸对机电转换性能和振幅的影响，加工制作了相应的夹心式压电超声焊接换能器，并对其机电转换效率进行了实验测试。结果表明，通过对换能器前后盖尺寸的优化，换能器具有最佳的机电转换效率和最大的振速比，研究结果可为该类换能器的优化设计提供理论指导。
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  径向振动压电超声换能器的发展及应用

  刘世清,麻磊磊

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2020, 48(3): 60-66.

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  径向振动压电换能器具有辐射面积大、指向性均匀、接收灵敏度高及性能稳定等优点，在水声领域应用广泛。随着功率超声应用技术的发展，近几十年来大功率复合型径向振动超声换能器逐步发展起来，并在声化学反应、污水处理等超声液体处理领域应用越来越广。本文回顾了径向振动压电超声换能器的发展历程并对其应用进行了概述，重点分析了圆管型压电陶瓷换能器、复合型圆管压电换能器、径向复合压电超声换能器的技术原理和存在的问题，并展望了大功率径向振动换能器的设计思路和不同应用场景中的设计方法。
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  基于被动空化检测的兔腹主动脉空蚀损伤评价

  周迪,黄继秀,宗瑜瑾,万明习

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2020, 48(3): 67-73.

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  超声空蚀内皮损伤诱导的局部可控兔腹主动脉粥样硬化斑块模型可克服现有斑块动物模型建模方法存在的斑块大小、位置不可控等问题，同时需要对建模过程中兔腹主动脉的空化损伤程度进行有效的评价。本文使用相变纳米液滴作为人工空化核对兔腹主动脉进行聚焦超声空化损伤，并利用被动声学检测的方法分析血管内皮损伤过程中的被动空化信号，计算惯性空化剂量，同时与实际血管壁损伤程度的病理观察结果进行对比，结果表明：惯性空化剂量与血管内皮损伤程度相关，可用作建模过程中间接评价内皮损伤情况的参数。
声空化理论及应用专题
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  单气泡和多气泡的声空化效应研究进展

  安宇,袁月,苗博雅

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2020, 48(3): 74-82.

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  分别从单气泡和多气泡两个方面对声空化效应的研究进展进行综述。在单气泡方面，明确了单气泡声致发光的机理实际是高温高压气体发光。但如果按已有理论计算，气泡内气体的电离度不足以达到实验观察到的发光强度，计算与实验定量差距比较大，电离过程还有待进一步研究。在多气泡方面，介绍了多气泡空化现象研究进展，特别是给出了气泡排成线和气泡群形成小的球形团状结构时计算气泡间相互作用的简化公式，并给出利用平均场理论计算声空化声场的方法。最后分析最近在声空化云中观察到的声频谱禁带现象，利用声空化平均场理论计算可以再现这种效应，并利用线性分析方法揭示此现象出现的原因。
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  声场与磁场作用下磁流体中气泡的动力学特性

  沈壮志

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2020, 48(3): 83-88.

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  以磁性液体为工作介质，利用无量纲化气泡的RP控制方程，模拟分析了无量纲化的磁场强度和无量纲化的声波频率、声压幅值的变化对气泡运动特性的影响。结果表明：磁场的存在影响声波作用下气泡的运动特性，低磁场强度有利于提高声空化处理效果；并且在气泡压缩阶段施加磁场时，磁场越强越有利于空化发生，本文结果对于提高和改进空化降解有机污染物的技术具有指导意义。
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  超声结合TiO2纳米颗粒对罗丹明B的降解效率

  郝长春,宋寿健,张庆,张香港,孙润广

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2020, 48(3): 89-95.

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  通过溶胶-凝胶法与热处理相结合合成了纳米TiO2颗粒，利用能量色散X射线光谱（EDS）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对纳米固体颗粒进行了表征，研究了纳米颗粒与超声-机械搅拌相结合的方法对罗丹明B的降解效率。结果表明：纳米颗粒为反应提供了更多的空化气泡的成核位置，搅拌使降解过程更加剧烈，纳米颗粒与超声-机械搅拌均对降解效率有着显著影响。最终优化的反应条件：转速为500 r/min、频率为40 kHz、功率为300 W、pH值为7、罗丹明B的初始浓度为20 mg/L和TiO2的添加量为500 mg/L。在最佳条件下，罗丹明B的最大降解率为98.6%。
声场计算和超声工程专题
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  声场计算中的常用方法

  贺西平,汪彦军

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2020, 48(3): 96-106.

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  对复杂声场进行计算与仿真模拟，既是国内外学者研究的热点，也是近代声学理论与应用中的重要内容。结合作者的研究工作，本文简要介绍了求解稳态声场的几种典型的、基本的方法，如点源叠加法、角谱法、数值计算方法、解析-数值计算联合方法、射线法、统计声学等方法，并给出了相应的计算实例。分析了这些计算方法的特点，指出了使用相应方法时应该注意的问题，并展望了声场计算领域未来的发展方向。 本文只限于已知声源特征和信息的条件下，根据声场的控制方程求解其产生的声场特性，不涉及逆问题，即由声场反推、求解声源的特征和信息。
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  变截面径向变幅器的耦合振动研究

  王晓宇,林书玉

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2020, 48(3): 107-111.

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  为增大辐射面积、提高辐射效率，提出了一种径向变截面径向变幅器。基于表观弹性法，对变幅器的耦合振动进行分析，推导了等效径向及纵向频率方程，进而研究了共振频率与厚度变化常数之间的关系，将COMSOL仿真结果与理论计算所得的共振频率进行对比，二者结果相吻合。基于数值法，得到了不同尺寸变幅器振动的模态振型及相对位移分布。结果表明：当纵向尺寸与径向尺寸可比拟时，变幅器的振动是一种耦合振动；保持径向尺寸不变，厚度变化常数增大，等效纵向共振频率减小。
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  基于EMD分解和广义相位排列熵的相近金属材料分类

  马明明,张小凤,贺升平,贺西平

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2020, 48(3): 112-118.

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  为辨识性质相近且种类不同的金属材料，提出了一种基于EMD分解和广义相位排列熵的算法。该算法首先利用经验模态分解方法对原始信号从高频到低频进行分解，之后计算分解后信号的广义相位排列熵,根据信号不同分量的广义相位排列熵值，选取差异显著的信号分量的广义相位排列熵作为特征量，采用KSVM（KNN-SVM）算法，实现对金属材料的分类。通过实验采集性质相近的40个金属材料的超声回波信号，利用提出的算法提取回波信号特征，结合KSVM分类器进行分类。结果表明：金属材料IMF1分量的广义相位排列熵差异最显著，以此作为对40个金属材料超声回波信号的特征进行分类，分类效果稳定且准确率高于96.3%。
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  压电超声换能器风冷散热的数值仿真

  潘岳,姚晔,刘世清

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2020, 48(3): 119-124.

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  对不同对流散热条件下换能器的温度场进行三维数值模拟，对比分析了吹风方向、来流速度对换能器散热效果的影响。数值仿真结果表明：采用侧向吹风散热方式效果最佳；提高风速可有效降低压电片的温度，但当风速超过一定值时，其对换能器散热效果降低。进一步对换能器结构进行改造，通过在位移节面处加装散热法兰和翅片，可显著增强散热效果。数值计算表明，加装散热翅片可使换能器压电陶瓷的平均温度降低约42%。