CRISP原理

CRISPR/Cas9 基因敲除技术

CRISPR/Cas9（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）是一种由RNA 指导的Cas9核酸酶对靶向基因进行编辑的技术。

CRISPR/Cas9是细菌和古细菌为应对病毒和质粒不断攻击而演化来的获得性免疫防御机制。目前，来自Streptococcus pyogenes 的CRISPR-Cas9 系统应用最为广泛。在这一系统中，crRNA（CRISPR-derived RNA）通过碱基配对与转录激活crRNA（trans-activating RNA，tracrRNA）退火结合形成双链RNA能特异性识别基因组序列，Cas9 蛋白（含有两个核酸酶结构域，可以分别切割DNA 两条单链。Cas9 首先与crRNA 及tracrRNA结合成复合物，然后通过PAM 序列结合并侵入DNA，形成RNA-DNA 复合结构，进而对目的DNA 双链进行切割，生成DNA 双链断裂（double-strand breaks, DSBs）。在基因组编辑过程中，tracrRNA 和crRNA可以融合成为1条RNA（sgRNA）表达同样可以起到靶向剪切的作用。

通过基因工程手段对crRNA 和tracrRNA进行改造，将其连接在一起得到sgRNA （singleguide RNA）。融合的RNA 具有与野生型RNA 类似的活力，但因为结构得到了简化更方便研究者使用。通过将表达sgRNA的原件与表达Cas9 的原件相连接，得到可以同时表达两者的质粒，将其转染细胞，便能够对目的基因进行操作。

由于PAM 序列结构简单（5’-NGG-3’），几乎可以在所有的基因中找到大量靶点，因此得到广泛的应用。

与锌指核酸酶（ZFNs）和转录激活样效应核酸酶（Transcription act ivator-like effector nucleases,TALEN）相比较，CRISPR-Cas系统介导的基因组靶向实验在真核细胞中具有相似甚至更高的效率。

CRISPR/Cas9 系统可广泛应用于基因组工程，如基因抑制，基因敲除，基因敲入，基因修复等。CRISPR-Cas9 体系的RNA-DNA 识别机制为基因组工程研究提供了一项简便而强大的工具。其最重要的优势是Cas9 蛋白可在多个不同的gRNA 的引导下同时靶向多个基因组位点，起到多靶点调控的作用。

起源：

1、2007年，来自丹尼斯克公司（一家总部位于丹麦哥本哈根的食品添加剂公司，目前被杜邦公司收购）的科学家找到了一种能增强细菌防御噬菌体能力的方法。

2、2013年，四个研究团队报告了这一被称为CRISPR的系统，自此CRISPR技术红红火火的发展了起来，许多科研团队利用它来删除、添加、激活或抑制人体、老鼠、斑马鱼、细菌、果蝇、酵母、线虫和农作物细胞中的目标基因。

3、2015年，蒙大拿州立大学的两位学者以―CRISPR-RNA-Guided Adaptive Immune Systems‖为题，介绍了CRISPR-Cas免疫应答系统。

其中Blake Wiedenheft就是当年加州大学伯克利分校Jennifer Doudna研究组成员，他们曾于2010年破解了Csy4核糖核酸内切酶原子水平的晶体结构模型——研究人员确定Csy4是一种存在于原核细胞的酶，它能够启动生成CRISPR衍生RNAs (crRNAs)，这种小RNA 分子能够靶向并沉默侵入的病毒和质粒。

CRISPR 与RNAi 的区别

目前已经广泛应用的RNAi 技术的靶标是mRNA，而CRISPR 通过RNA 识别DNA 序列然后再改变DNA 序列，是可以遗传的。由于编码mRNA 的DNA 序列只占总DNA 的极少部分，因此靶向DNA 序列的CRISPR 的靶标要比RNAi 广得多，更有可能筛选出针对某DNA 序列的特异CRISPR 靶标。

CRISPR/Cas9特点和缺点：

CRISPR/Cas9的优点是操作简单，对基因组的效率高。需要对某一个靶位点编辑的时候，只需要表达相应的sgRNA即可，不需要对Cas9核酸酶进行改造。它可对任何物种的基因组进行高效率的定向编辑。

1、操作简单，靶向精确性更高。

sgRNA靶向序列和基因组序列必须完全匹配，Cas9 才会对DNA 进行剪切。编码sgRNA的序列不超过100bp，因此比构建TALENs 和ZENs更简单方便，用于CRISPR 的sgRNA识别序列仅需20 个核苷酸。

2、CRISPR/Cas9 系统是由RNA 调控的对DNA 的修饰，其基因修饰可遗传。

3、基因修饰率高，基因调控方式多样，例如敲除、插入、抑制、激活等

4、可实现对靶基因多个位点同时敲除。

5、无物种限制。

6、实验周期短，最快仅需2个月，节省大量时间和成本。

基因组编辑技术的一个缺点是脱靶效应，可能在靶点以外的地方切断DNA，产生indel。

CRISPR-Cas系统三个主要阶段

细菌和古细菌进化出了复杂的CRISPR适应性免疫系统，这一系统可以分成I-III三个类型，至少有11种不同的亚型：从I-A到I-F，从II-A到II-C，以及III-A和III-B。其中Ⅰ类和Ⅲ类需要多种CRISPR 相关蛋白（Cas蛋白）共同发挥作用，而Ⅱ类系统只需要一种Cas蛋白即可，这为其能够广泛应用提供了便利条件。

不过尽管有这些不同，所有的CRISPR-Cas系统都通过三个主要阶段来完成功能：采集，CRISPR RNA(crRNA) 生物合成，靶向干扰。

阶段1：外源DNA采集

外源核苷酸是通过Cas蛋白来识别的，入侵的短片段DNA（30-50个碱基对）被称为protospacers，作为间隔序列插入宿主CRISPR位点中，由重复序列隔开。对于I型和II型系统来说，protospacers来自入侵DNA中两侧出现2-5个核酸结构（PAM，protospacer adjacent motif）的区域。一般protospacers连接在CRISPR 位点的一端，并且后者通过涉及Cas1、Cas2和游离3’-hydroxyls等元件的机制，牵引序列。Protospacer的整合过程中也出现了牵引末端重新序列复制，这可能涉及宿主聚合酶和DNA修复机制。

相关论文解析：Multiple mechanisms for CRISPR–Cas inhibition by anti-CRISPR proteins 研究人员确定了其中三种anti-CRISPR蛋白：AcrF1、AcrF2和AcrF3的功能机制。他们对这些蛋白进行了生物化学及体内研究，证实每一个anti-CRISPR蛋白都通过不同的机制来抑制了CRISPR–Cas的活性。有两个anti-CRISPR阻断了CRISPR–Cas复合物的DNA结合活性，但它们是通过与不同的蛋白质亚基互作，利用了空间或非空间抑制模式来做到这一点的。第三种anti-CRISPR蛋白通过结合Cas3解螺旋酶-核酸酶，阻止其招募到结合DNA 的CRISPR–Cas复合物上来起作用。在体内，这一anti-CRISPR可以将CRISPR–Cas系统转变为转录遏制物，首次证实了一种蛋白质相互作用蛋白可以调控CRISPR–Cas活性。作者们认为，这些anti-CRISPR蛋白质不同的序列及作用机制表明了独立的进化，并预示了还存在其他的方式—蛋白质借助于它们改变了CRISPR–Cas的功能。

新研究首次探讨了蛋白质抑制CRISPR–Cas系统的机制。这些多样且不同的机制反映了病毒-宿主军备竞赛深层的进化根源。这些已知和尚有待发现的Anti-CRISPR，将为认识和操控CRISPR–Cas系统提供大量有价值的工具。其中一个例子就是，新研究发现AcrF3通过阻止招募Cas3将CRISPR–Cas系统转变为了一个基因调控因子。由于除了破坏外源DNA，CRISPR–Cas系统来执行着各种功能，许多重要的功能有可能是由与CRISPR–Cas元件互作，

由此改变了这一系统活性的蛋白质来完成。

生物谷推荐的英文原文SnapShot：CRISPR-RNA-Guided Adaptive Immune Systems

阶段2：crRNA合成

CRISPR RNA生物合成在转录之后，生成初级转录产物：pre-crRNA，之后经过加工，又成为一组短小的CRISPR 衍生RNAs（crRNAs），这些crRNAs每一个都包含有对应于之前遇到的外源DNA的对应序列。

CrRNAs导向序列两端是相邻重复序列区域，在I型和II型系统中，这种CRISPR转录产物会被CRISPR特异性核酸内切酶（Cas6 或Cas5d）切割，切割位点位于重新序列。许多I型系统的重新序列会出现多次，因此Cas6也需要稳定连接在crRN A 3’端茎环上。对于III型系统来说，Cas6则是短暂连接，crRNA 3’端会进一步通过未知的酶处理。

II型系统中，CRISPR RNA加工过程则取决于反式作用crRNA (tracrRNA)，tracrRNA 包含一个重复序列的互补序列，这些双螺旋区域在Cas9出现时可以通过RNase III 进行处理。

相关论文解析：CRISPR-mediated adaptive immune systems in bacteria and archaea.

这篇发表在Annu. Rev. Biochem. 杂志上的文章十分重要，解析了crRNA合成过程，以及其后的靶向干扰中的几个重要步骤，此后也被多人引用。

Development and applications of CRISPR-Cas9 for Genome Engineering

张锋的这篇综述概述了CRISPR/Cas9作为一种平台技术的开发状况以及在基因组编辑方面的应用，也讨论了其存在的一些挑战，以及未来的创新之路。

阶段3：靶向干扰

成熟的crRNAs能指导Cas蛋白靶向互补靶标，靶标序列由专用Cas核酸酶降解，但其靶标降解的机制存在差异。I型和II型系统都可以靶向包含PAM和protospacer互补序列的dsDNA底物。III型系统则不依赖于PAM作为识别序列，而是通过导向序列延伸至crRNA 信号5'handle的核苷酸进行识别（CRISPR位点包含与导向序列，5'handle互补的序列），并阻止靶向切割。

相关论文解析：Co-transcriptional DNA and RNA Cleavage during Type III CRISPR-Cas Immunity

一些数据表明，当病毒入侵细菌细胞时，称作为III型CRISPR-Cas的这一机制会靶向病毒的DNA，阻止它利用细菌的机器来拷贝自身及感染更多的细菌。但另外的一些实验表明，III型CRISPR-Cas只能通过切割病毒RNA来让病毒丧失能力。

洛克菲勒大学的研究人员他们检测了III型CRISPR-Cas对DNA和RNA的切割，结果发现了从前其他人没有得到过的一个关键成分，并发现CRISPR-Cas确实切割了病毒DNA 生成的RNA，但它也切割了病毒的DNA。

这种双交叉系统有一些优势。许多的病毒整合到它们感染细胞的基因组中保持休眠状态，不会造成损伤。事实上，这些病毒对于细菌可能是有益的，例如它们携带的毒素帮助了细菌促进自身生存。举例说来，白喉毒素是由一种细菌所分泌，但编码这一毒素的基因却来自于一种病毒。只有在病毒开始将它们的DNA转录为RNA之时才会让它们丧失功能，通过设置这样的要求III型CRISPR-Cas不会损及休眠病毒，使得它们可以继续让宿主细菌受益。

循环关闭

I型系统中，监测复合物中靶向结合会导致Cas3介导的靶向降解（直接干扰）或最初采集，这其中涉及crRNA导向募集Cas3、Cas1 和Cas2到外源DNA处，引起新一轮的快

速采集。

II型系统中虽然未观察到最初采集，但Cas9 也是protospacer筛选的必要元件，这表明在靶向干扰与外源DNA采集之间存在一种功能性联系。近期还有研究发现了编码anti-CRISPRs 蛋白的不同病毒基因，指出了干扰以上不同阶段，能颠覆CRISPRs 系统。

Cas9 specifies functional viral targets during CRISPR-Cas adaptation.

一些证据表明，某些Cas酶（未包括Cas9）自身可以操控记忆形成过程。基于Cas9识别切割位点的方式，研究人员猜测Cas9在记忆形成中也发挥了作用。

除了匹配CRISPR引导序列和病毒DNA，Cas9需要在附近寻找第二信号：病毒DNA 中的前间区序列邻近基序( protospacer adjacent motif，PAM)序列。这是一个至关重要的步骤，因为PAM序列的存在阻止了Cas9攻击细菌自身包含记忆的DNA。

为了检验他们的假说，研究人员交换了化脓链球菌和嗜热链球菌免疫系统的Cas9酶，它们各自识别不同的PAM序列。结果，PAM序列跟随着在两种细菌之间发生了交换——表明在记忆形成中Cas9负责了PAM的识别。

Multiple mechanisms for CRISPR–Cas inhibition by anti-CRISPR proteins

实验操作

1、根据靶序列设计RNA 序列；

设计sgRNA，提供的序列经过blast，优选脱靶效应最低，此外，为进一步提高sgRNA的特异性和降低脱靶效应，提供双切口sgRNA对设计（Figure1）。

Figure 1.Schematic illustrating DNA double-strandedbreaks using a pair of sgRNAs guiding Cas9

D10Anickases (Cas9n).

2、sgRNA表达载体构建，或sgRNA体外转录合成

A、sgRNA表达载体构建（试剂盒Precut SgRNA Cloning kit &pSD-gRNA Plasmid）

质粒pSD-gRNA 专门用于在哺乳动物细胞中表达sgRNA，该质粒含CMV 启动子驱动的GFP 报告基因表达框，与Cas9表达质粒一起转染细胞即可以完成基因组编辑功能。此质粒含氨苄抗性用于阳性克隆筛选，试剂盒提供预剪切线性质粒，可以直接进行连接筛选阳性克隆，降低了酶切质粒不完全导致假阳性克隆的出现几率。

B、sgRNA体外合成。

sgRNA合成纯化试剂盒（T7 sgRNAMICscriptTMKIT&EzOmicsTMRNA QUICK clear KIT）体外转录的sgRNA与质粒表达的sgRNA相比，更简便快捷，省去了质粒构建的步骤，整个操作过程仅需20h（包括过夜孵育）。转录纯化后的sgRNA可直接进行转染及细胞显微注射。（1）sgRNA合成引物（反向引物设计为固定模式）

（2）PCR kit（e.g. pfu DNA polymerase）

（3）T7 sgRNAMICscriptTM KIT

（4）EzOmicsTM RNA QUICK clear KIT-------一步纯化RNA 转录产物

简单三步实现sgRNA轻松合成

3、全基因组sgRNA文库的构建（用于全基因范围的基因打靶，构建突变体库）

（1）根据物种信息，进行生物信息统计

（2）针对物种的全基因组进行RNA 序列设计

（3）根据设计结果合成RNA 或构建sgRNA表达载体库

（4）sgRNA表达质粒和合成的RNA 文库，质粒及RNA 质量分析报告。

4、CRISPR/Cas9 载体

有多种cas9 表达载体及其sgRNA共表达载体，三种不同的突变用于不同的应用，例如双切口敲除、单切口敲除、抑制转录、启动子激活等。

5、sgRNA活性检测

包括SSA luciferase 报告系统、Surveyor 法、Q-PCR、突变点基因测序等

（1）SSA 检测：根据要求检测sgRNA的活性及敲除效率，也可以选购BiomicsPrecutpSG-target Cloning kit 自行构建报告载体用于检测，提供阳性及阴性sgRNA及其SSA report target 质粒。

检测原理：SSA 报告质粒(pSG-target)中luciferase 基因被终止密码子提前终止，这种截短的luciferase 没有活性。为检测sgRNA的剪切活性，将Cas9/sgRNA的靶点序列插入到终止密码子之后。在Cas9 和sgRNA的作用下，靶点位置的序列被有效剪切形成DSB，细胞通过同源重组重新形成有活性的luciferase（Figure 2），通过检测luciferase 的活性升高就可以反应Cas9/sgRNA的剪切活性（Figure 3）。

Figure 2. Restore disrupted luciferase function via sgRNA-mediated homologous recombination

Figure 3.Increased FL/RL ratio in Cas9/sgRNA transfection cells.

（2）Surveyor 法及测序验证

CRISPR/Cas9 打靶基因后引入的突变的方式与ZFN、TALEN 基本一致，都是NHEJ 或是HR。因此在CRISPR/Cas9 的应用中，活性检测或是突变效率的检测可以参照ZFN 和TALEN 方法.主要包括有:靶位点直接PCR 后TA 克隆测序和基于可以识别错配双链的错配内切酶检测法（Surveyor 法）。

Surveyor 法即错配酶法：靶序列经CAS/sgRNA切割后由于缺乏修复模板，将主要以非同源重组的方式进行修复，或多或少会插入或删除一些碱基。因此将靶序列PCR 扩增后经变性、退火，将形成错配。错配酶（主要是CEL1 或T7E1 酶）将识别错配的杂合双链并剪切。产物跑电泳，比较切割条带与未切割条带的比例，即可反映出Cas/sgRNA的活性。

6、稳定表达Cas9 蛋白细胞株筛选（Stable CAS9 Protein expressing cell line screening）通过抗性基因的筛选，筛选出稳定表达的Cas9 细胞系。使用该细胞系筛选sgRNA时，不需要额外转染表达Cas9 的质粒，简化试验操作，提高试验的可重复性。

7、利用CRISPR 系统进行基因重组donor 质粒构建

该系统可用于sgRNA剪切效果的检测。与SSA 系统不同的是，需要额外转染donor 质粒进行同源重组，即可恢复mCherry的活性。同时，可根据客户的需要，将特定的基因通过donor 的方法敲入到指定位点，进行基因敲入（敲除）的服务。

新技术改善CRISPR/Cas9系统的准确率

在2013年6月，来自麻省总医院的研究人员发现使用CRISPR-Cas RNA引导性核酸酶的一个重要局限：会在预期靶点以外的位点上生成多余的DNA突变。另有研究直接说明了CRISPR/Cas9存在严重的脱靶性，即该技术可以发生非特异性切割，引起基因组非靶向位点的突变，这样会造成研究结果的不确定性以及研究工作的大量增加，这一问题严重地限制了Cas9 的应用。

1、ChIP-seq方法

在2014年6月，弗吉尼亚大学医学院的研究人员设计出一种方法，可检测风靡科学界的CRISPR/Cas9基因编辑系统中意想不到的副作用，相关研究结果发表在《Nature Biotechnology》。1个月后，中国医学科学院和北京生命科学研究所（NIBS）的研究人员，在《Cell Research》发表的一项研究中，利用一种公正的全基因组ChIP-seq方法，分析了人类基因组中CRISPR/Cas9的结合脱靶效应。新年伊始，美国希望之城贝克曼研究所和浙江大学第一附属医院的研究人员在《Nature Biotechnology》描述了一种新策略，有望帮助科学家检测基因组编辑技术中的脱靶效应。

2、Digenome-seq方法

2015年2月9日，来自韩国首尔大学、首尔基础科学研究所等机构的研究人员在Nature 旗下子刊《Nature Methods》发表一项研究，成功证实CRISPR-Cas9在人类细胞中有精确的打靶作用，他们开发出一种强大、敏感、无偏见和具有成本效益的方法——Digenome-seq，可在全基因组范围内检测人类细胞中的CRISPR/Cas9脱靶效应。

在这项研究中，虽然RNA引导的、通过CRISPR-Cas9系统的基因组编辑已经被广泛应用于生物医学研究，但是Cas9核酸酶的全基因组靶向特异性仍然是有争议的。为此，他们提出一种方法Digenome-seq，利用基因组测序查找CRISPR-Cas9可能突变产生的打靶和脱靶序列。他们用Cas9核酸酶在试管中消化人类基因组DNA，然后进行全基因组测序。这种体外消化可产生打靶和脱靶序列的独特模式，可以通过计算确定。此外，在sgRNA末端添加组成CRISPR-Cas9的鸟嘌呤核苷酸，研究人员成功地制备了这种高度发达的可编程核酸酶，在人类基因组中它没有可测量的脱靶效应。

Jin-Soo Kim表示：―如果CRISPR-Cas9可缩短脱靶的DNA序列，它就可能诱导多余的突变。因为我们成功证实了CRISPR-Cas9的精确度，我们认为，这将推动基因或细胞治疗的发展。‖

研究人员还表示，Cas9核酸酶可能是高度特异性的，从而诱导整个基因组中仅仅几个（而不是数千）位点的脱靶突变，而且Cas9脱靶效应可通过用改性sgRNAs替换―混杂‖单导RNAs（sgRNAs）而得以避免。总而言之，Digenome-seq是一种强大的、敏感的、无偏见的和具有成本效益的方法，可分析编程核酸酶（包括Cas9）的全基因组脱靶效应。

参考文献Digenome-seq: genome-wide profiling of CRISPR-Cas9 off-target effects in human cells

3、CRISPR/Cas9-pDBD

美国麻省大学医学院的科学家开发的新型CRISPR/Cas9技术可以足够精确地在几乎任何基因组的位点处对DNA进行切割，同时还可以避免潜在的在标准CRISPR基因编辑技术中发现的有害的脱靶性改变，近日，研究者通过将CRISPR/Cas9系统同可编程的DNA结合结构域（CRISPR/Cas9-pDBD）相结合，开发出了一种附加的校对步骤，其可以有效改善基因编辑系统的精确性，同时为开发潜在的基因疗法提供希望，相关研究刊登于国际杂志Nature Methods上。

研究者Scot Wolfe博士表示，标准的CRISPR/Cas9系统善于在体外利用单链引导的RNA 来对基因组进行切割，理想状况下这种技术可以应用于大部分的基因疗法中，包括对大量细胞进行编辑来尽可能减小对基因组的附带损伤；文章中研究人员给CRISPR/Cas9系统中添加了一种额外的校对步骤，通过将锌指DNA结合结构域融入到CRISPR/Cas9系统中就可以明显改善CRISPR/Cas9系统的精确性，大约可以改善大约100倍的精确性。

如今研究人员正在开发新型的核酸酶平台用于切除感染细胞中潜在的HIV原病毒，同时修饰引发慢性肉芽肿病的遗传突变。文章中科学家们利用人工引导的RNAs来对CRISPR/Cas9进行重编程从而清除哺乳细胞基因组中的特殊序列，也可以在细胞的遗传信息中插入新的片段，因此CRISPR/Cas9系统是一项革命性的医学进步，其可以很容易地对细胞中的基因进行失活的活化操作。

锌指结构域是一种特殊蛋白，其可以被工程化操作结合到基因组的特殊区域中，通过将DNA结合的锌指结构域同RNA引导的CRISPR/Cas9系统结合，研究者就可以开发出一种高效高准确率的新型系统；当前研究中研究小组表示，当将二者结合以后，和靶向作用两个不同基因组位点相关的脱靶切割事件大大降低了，而且脱靶切割事件下降将近10倍。因此研究者表示，将DNA结合结构域同CRISPR/Cas9进行结合或许可以开发出一种新型平台来减少基因疗法给患者所带来的潜在风险。研究者目前正在开发修饰化的Cas9来在造血干细胞中直接修复引发疾病的突变，用来治疗慢性肉芽肿病患者，他们的最终目的就是将正确的细胞再次插入到患者机体中帮助患者恢复机体免疫功能，从而达到疾病治愈的目的。

进展

在过去两年中，共有大约650篇关于CRISPR/Cas9技术的文章发表，这些论文涉及特殊特征的动物模型，基因编辑相关的疾病，还有基因敲入，可逆敲除，基因激活和表达等多方面领域。而且在如HIV，疟疾，癌症等人类疾病中也有应用。

Development and Applications of CRISPR-Cas9 for Genome Engineering

在生命科学研究中，一些可以删除、插入和修饰细胞或生物体DNA序列的技术，使得阐析特异基因和调控元件的功能成为可能。多重编辑可进一步实现在更大的规模上调查基因或是蛋白质网络。同样，操控转录调控或是特异位点的染色质状态可以揭示出细胞内遗传物质的组织和利用机制，阐明基因组结构与功能之间的关系。

在生物技术中，精确地操控遗传构件和调控机器还可以推动逆向操控或重建有用的生物系统，例如在工业相关的生物体中提高生物燃料生产信号通路或是构建出抗感染的作物。此外，基因组工程学正在推动新一代的药物研发和医药治疗。同时干扰多个基因可以模拟出作为复杂多基因疾病基础的累加效应，促成新的药物靶点，而基因组编辑则可以在人类基因治疗的背景下直接纠正有害突变。

真核生物基因组包含数以亿计的DNA碱基，因此难于对其进行操控。开发出借助同源重组（HR）的基因打靶技术是基因组操控取得的一个突破。通过操作具种系嵌合能力（germline competent）的干细胞，HR介导的基因打靶促进了生成敲进和敲除动物模型。然而，尽管HR介导的基因打靶可高度精确地改变遗传序列，但目的重组事件的效率却非常低下，给大规模应用基因打靶实验带来了巨大的挑战。

为了克服这些挑战，近年来开发出了一系列基于核酸酶的可编程基因组编辑技术，使得能够靶向性地、高效地改造多种真核生物，尤其是哺乳动物物种。在当前的基因组编辑技术中，发展最快的就是一类称作为Cas9的RNA引导核酸酶，其来自于细菌的适应性免疫系统CRISPR,借助于短RNA分子的引导Cas9可以轻易地靶向几乎所有的基因组选择位点。

CRISPR-Mediated Modular RNA-Guided Regulation of Transcription in Eukaryotes

研究人员指出CRISPR技术可以用于真核细胞转录调控研究，CRISPRi可以作为真核细胞基因表达精确调控的一种通用工具。

此前这一研究组发现当缺失核酸内切酶活性的Cas9与一种导向RNA共表达时候，会产生一种DNA识别复合物，这种复合物能特异性干扰转录延伸，RNA聚合酶结合，或转录因子结合。研究人员将这个系统称为CRISPR干扰（CRISPRi），指出这一系统能有效抑制大肠杆菌中靶向基因的表达，并且不会出现脱靶效应。而且利用CRISPRi，还可以同时抑制多个靶基因，这种作用也是可逆。

在这一基础上，研究人员进一步发现在不同的调控功能元件的效应位点，加入dCas9，能促进其稳定和有效转录的抑制或激活，这一点在人类和酵母细胞中都得到了证实。同时将dCas9耦合到转录抑制结构域还能极大的增强多个内源性基因的表达沉默。此外研究人员还利用RNA-seq分析表明，CRISPR干扰（CRISPRi）介导的转录抑制特异性很高。

这些研究数据均表明，研究人员建立的CRISPR系统可以作为一个模块化，灵活的DNA 结合平台，用于针对靶向DNA序列蛋白召集，这也表明CRISPRi可以作为真核细胞基因表达精确调控的一种通用工具。

One-Step Generation of Mice Carrying Reporter and Conditional Alleles by CRISPR/Cas-Mediated Genome Engineering

这项研究实现了一步操控小鼠基因组纳入了报告基因和条件性等位基因，现在生成包含如此复杂工程等位基因的动物只需数周而非数年的时间，并可利用这些动物来构建疾病模型及研究基因功能。

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差压变送器工作原理及常见故障分析

差压变送器工作原理及常见故障分析 差压变送器工作原理及常见故障分析 差压变送器在工业自动化生产中对压力、压差流量的测最应用愈见广泛，生产中遇到的问题也越来越多，故障的及时判定分析和处理，对正在进行的生产来说是至关重要的。本文介绍日常维护中的经验和故障判定分析方法，供参考。 一、差压变送器工作原理 来自双侧导压管的差压直接作用于变送器传感器双侧隔离膜片上，通过膜片内的密封液传导至洲量元件上，测最元件将测得的差压信号转换为与之对应的电信号传递给转换器，经过放大等处理变为标准电信号输出。差压变送器的几种应用测最方式： 1 ．与节流元件相结合，利用节流元件的前后产生的差压值测量液体流量． 2 ．利用液体自身重力产生的压力差，测是液体的高度。 3 ．直接测量不同管道、魄休液体的压力差值。 二、差压变送器故障诊断方法 除了回顾故障发生前的打火、冒烟、异味、供电变化、雷击、潮湿、误操作、误维修等情况；以及观察回路的外部损伤、导压管的泄漏，回路的过热，供电开关状态等现象外，还应通过检测来诊断故障。 1 ．断路检侧：将怀疑有故障的部分与其他部分分割开来，查看故障是否消失，如果消失，则可确定故障在此处。否则可进行下一步查找，如：智能差压变送器不能正常Ha 性远程通讯，可将电源从仪表本体中断开 用现场另加电源的方法为变送器通电进行通讯，以查看是否叠加有约Zk - HZ 的电磁信号而干扰通讯。 2 ．短接检测：在保证安全的情况下，将相关部分回路直接短接，如：差压变送器输出值偏小，可将导压管断开，从一次取压阀外将差压信号直接引到差压变送器双侧，观察变送器输出，以判断导压管路有无堵、漏及连通性。 3 ．替换检测：更换怀疑有故障的部分，判断故障部位。如：怀疑变送器电路板发生故障，可临时更换一块，以确定原因。 4 ．分部检侧：将测皿回路分割成几个部分（如：供电电源、信号输出、信号变送、信号检测），按各部分分别检查，由简至繁，由表及里，缩小范围，找出故障位置。 三、常见故障检修 1 ．输出过大的可能原因和解决方法： ( l ）导压管。检查导压管是否泄漏或堵塞；检查截止阀是否全开；检查气体导压管内是否有液体，液体导压管内是否有气休；检查变送器压力容室内有无沉积物. ( 2 ）变送器的电气连接。检查变送器的传感器组件连接情况．保证接插件接触处清洁；检查8 号插针是否可靠接表壳地. ． ( 3 ）变送器电路故障。用备用电路板代换检查、判断有故障的电路板及更换有故障的电路板. ( 4 ）检查电源的输出是否符合所需的电压值. 2 ．输出过小或无输出的可能原因和解决方法： ( 1 ）导压管。检查导压管是否泄漏或堵塞；检查液体导压管内是否有气体；检查变送器压力容室内有无沉积物；检查截止阀是否开全，平衡阀是否关严。 ( 2 ）变送器的电气连接。检查变送器传感器组件的引出线是否短接；保证接插件接触处清洁；检查各调节螺钉是否在控制范围内。

计算机组成原理实验报告

福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：计算机科学与技术专业：计算机科学与技术年级： 09级 姓名：张文绮学号： 091150022 实验课程：计算机组成原理 实验室号：___田405 实验设备号： 43 实验时间：2010.12.19 指导教师签字：成绩： 实验一算术逻辑运算实验 1．实验目的和要求 1. 熟悉简单运算器的数据传送通路； 2. 验证4位运算功能发生器功能(74LS181)的组合功能。 2．实验原理 实验中所用到的运算器数据通路如图1-1所示。其中运算器由两片74181

以并/串形式构成8位字长的ALU。运算器的输出经过一个三态门(74245)和数据总线相连，运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器(74373)锁存，锁存器的输入连接至数据总线，数据开关INPUT DEVICE用来给出参与运算的数据，并经过一个三态门(74245)和数据总线相连，数据显示灯“BUS UNIT”已和数据总线相连，用来显示数据总线内容。 图1-2中已将用户需要连接的控制信号用圆圈标明(其他实验相同，不再说明)，其中除T4为脉冲信号，其它均为电平信号。由于实验电路中的时序信号均已连至W/R UNIT的相应时序信号引出端，因此，在进行实验时，只需将W/R UNIT 的T4接至STATE UNIT的微动开关KK2的输出端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲，而S3，S2，S1，S0，Cn，LDDR1，LDDR2，ALU-B，SW-B各电平控制信号用SWITCH UNIT中的二进制数据开关来模拟，其中Cn，ALU-B，SW-B为低电平控制有效，LDDR1，LDDR2为高电平有效。 3．主要仪器设备（实验用的软硬件环境） ZYE1603B计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。 4．操作方法与实验步骤

压力变送器的工作原理

压力变送器的工作原理 压力变送器的工作原理 压力变送器主要由测压元件传感器（也称作压力传感器）、放大电路和支持结构件三类组成。它能将测压元件传感器测量到的气体、液体等物理压力参数变化转换成电信号(如4~20mA等)，以提供指示报警仪、记载仪、调理器等二次仪表进行显示、指示和调整。 压力变送器用于测量液体、气体或蒸汽的液位、密度和压力，然后转换为成4～20mA 信号输出。 压差变送器也称差压变送器，主要由测压元件传感器、模块电路、显示表头、表壳和过程连接件等组成。它能将接收的气体、液体等压力差信号转变成标准的电流电压信号，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。 差压变送器根据测压范围可分成一般压力变送器（0.001MPa～20MPA）和微差压变送器（0～30kPa）两种。 差压变送器的测量原理是：流程压力和参考压力分别作用于集成硅压力敏感元件的两端，其差压使硅片变形（位移很小，仅μm级），以使硅片上用半导体技术制成的全动态惠斯登电桥在外部电流源驱动下输出正比于压力的mV级电压信号。由于硅材料的强性极佳，所以输出信号的线性度及变差指标均很高。工作时，压力变送器将被测物理量转换成mV级的 电压信号，并送往放大倍数很高而又可以互相抵消温度漂移的差动式放大器。放大后的信号经电压电流转换变换成相应的电流信号，再经过非线性校正，最后产生与输入压力成线性对应关系的标准电流电压信号。 压力传感器工作原理 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用 1 、应变片压力传感器原理与应用 力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式

计算机组成原理实验报告

重庆理工大学 《计算机组成原理》 实验报告 学号 __11503080109____ 姓名 __张致远_________ 专业 __软件工程_______ 学院 _计算机科学与工程 二0一六年四月二十三实验一基本运算器实验报告

一、实验名称 基本运算器实验 二、完成学生：张致远班级115030801 学号11503080109 三、实验目的 1．了解运算器的组成结构。 2．掌握运算器的工作原理。 四、实验原理： 两片74LS181 芯片以并/串形式构成的8位字长的运算器。右方为低4位运算芯片，左方为高4位运算芯片。低位芯片的进位输出端Cn+4与高位芯片的进位输入端Cn相连，使低4位运算产生的进位送进高4位。低位芯片的进位输入端Cn可与外来进位相连，高位芯片的进位输出到外部。 两个芯片的控制端S0～S3 和M 各自相连，其控制电平按表2.6-1。为进行双操作数运算，运算器的两个数据输入端分别由两个数据暂存器DR1、DR2（用锁存器74LS273 实现）来锁存数据。要将内总线上的数据锁存到DR1 或DR2 中，则锁存器74LS273 的控制端LDDR1 或LDDR2 须为高电平。当T4 脉冲来到的时候，总线上的数据就被锁存进DR1 或DR2 中了。 为控制运算器向内总线上输出运算结果，在其输出端连接了一个三态门（用74LS245 实现）。若要将运算结果输出到总线上，则要将三态门74LS245 的控制端ALU-B 置低电平。否则输出高阻态。数据输入单元(实验板上印有INPUT DEVICE)用以给出参与运算的数据。其中，输入开关经过一个三态门（74LS245）和内总线相连，该三态门的控制信号为SW-B，取低电平时，开关上的数据则通过三态门而送入内总线中。 总线数据显示灯（在BUS UNIT 单元中）已与内总线相连，用来显示内总线上的数据。控制信号中除T4 为脉冲信号，其它均为电平信号。 由于实验电路中的时序信号均已连至“W/R UNIT”单元中的相应时序信号引出端，因此，需要将“W/R UNIT”单元中的T4 接至“STATE UNIT”单元中的微动开关KK2 的输出端。在进行实验时，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲。 S3、S2、 S1、S0 、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B 各电平控制信号则使用“SWITCHUNIT”单元中的二进制数据开关来模拟，其中Cn、ALU-B、SW-B 为低电平有效，LDDR1、LDDR2 为高电平有效。 对于单总线数据通路，作实验时就要分时控制总线，即当向DR1、DR2 工作暂存器打入数据时，数据开关三态门打开，这时应保证运算器输出三态门关闭；同样，当运算器输出结果至总线时也应保证数据输入三态门是在关闭状态。 运算结果表

弹性力学教学大纲

课程编号：05z8514 弹性力学Theory of Elasticity 学分学时：3/48 先修课程: 高等数学；线性代数；理论力学；材料力学 一、课程教学目标 《弹性力学》是航空、航天结构强度和力学专业的重要专业基础课程，是固体力学的一个分支。主要研究弹性体受外力作用或温度改变等原因而产生的应力、位移和变形。弹性力学的任务是分析各种结构或其构件在弹性阶段的应力和位移，校核它们是否具有所需的强度、刚度和稳定性，并寻求或改进它们的计算方法。本课程的主要研究对象为非杆状结构，如板、壳以及其它实体结构。通过本课程的学习可为进一步学习力学类和相关工程类的后续课程打下坚实的力学基础。 二、教学内容及基本要求 1. 绪论（2学时） 弹性力学的发展史；研究内容；基本假设；矢量、张量基本知识。 2. 应力理论（4学时） 内力和应力；斜面应力公式；应力分量转换公式；主应力、应力不变量；最大剪应力；应力偏量；平衡微分方程。 3. 应变理论（4学时） 位移和变形；几何方程；转动张量；主应变和应变不变量；变形协调方程；位移场的单值条件；由应变求位移。 4. 本构关系（2学时） 热力学定律与应变能；本构关系；具有弹性对称面的弹性材料的本构关系；各向同性弹性材料的弹性常数；各向同性弹性材料的应变能密度 5. 弹性理论的建立与一般原理（4学时） 弹性力学基本方程和边界条件；位移解法和拉梅方程；应力解法与变形协调方程；叠加原理；解的唯一性原理；圣维南原理。 6.柱形杆问题（4学时） 圣维南问题；柱形扭转问题的基本解法；反逆法与半逆法，扭转问题解例；薄膜比拟；*柱形杆的一般弯曲。 7.平面问题（12学时） 平面问题及其分类；平面问题的基本解法；应力函数的性质；直角坐标解例（矩形梁的纯弯曲、简支梁受均布载荷和任意分布载荷）；极坐标中的平面问题基本方程；轴对称问题（均匀圆筒或圆环、纯弯的曲梁、压力隧洞）；非轴对称问题（小圆孔应力集中、楔体问题）；关于解和解法的讨论。 8. 空间问题（2学时） 基本方程及求解方法；空间轴对称和球对称问题的基本方程；半空间体受重力及均布压力；半空间体在边界上受法向集中力；空心球受内压作用问题。 9．能量原理与变分法（6学时） 弹性体的变形比能与形变势能；变分法；位移变分方程；位移变分法；位移变分法应用于平面问题；应力变分方程与极小余能原理；应力变分法；应力变分法应用于平面问题；应力变分法应用于扭转问题。 10．复变函数解法或薄板弯曲（4学时）

游标卡尺原理与使用.

游标卡尺使用说明书 游标卡尺的结构 游标卡尺是工业上常用的测量长度的仪器,它由尺身及能在尺身上滑动的游标组成,如图2.3-1所示。若从背面看,游标是一个整体。游标与尺身之间有一弹簧片(图中未能画出,利用弹簧片的弹力使游标与尺身靠紧。游标上部有一紧固螺钉,可将游标固定在尺身上的任意位置。尺身和游标都有量爪,利用内测量爪可以测量槽的宽度和管的内径,利用外测量爪可以测量零件的厚度和管的外径。深度尺与游标尺连在一起,可以测槽和筒的深度。 尺身和游标尺上面都有刻度。以准确到0.1毫米的游标卡尺为例,尺身上的最小分度是1毫米,游标尺上有10个小的等分刻度,总长9毫米,每一分度为0.9毫米,比主尺上的最小分度相差0.1毫米。量爪并拢时尺身和游标的零刻度线对齐,它们的第一条刻度线相差0.1毫米,第二条刻度线相差0.2毫米,……,第10条刻度线相差1毫米,即游标的第10条刻度线恰好与主尺的9毫米刻度线对齐,如图2.3-2。

当量爪间所量物体的线度为0.1毫米时,游标尺向右应移动0.1毫米。这时它的第一条刻度线恰好与尺身的1毫米刻度线对齐。同样当游标的第五条刻度线跟尺身的5毫米刻度线对齐时,说明两量爪之间有0.5毫米的宽度,……,依此类推。 在测量大于1毫米的长度时,整的毫米数要从游标“0”线与尺身相对的刻度线读出。 游标卡尺的使用 用软布将量爪擦干净,使其并拢,查看游标和主尺身的零刻度线是否对齐。如果对齐就可以进行测量:如没有对齐则要记取零误差:游标的零刻度线在尺身零刻度线右侧的叫正零误差,在尺身零刻度线左侧的叫负零误差(这件规定方法与数轴的规定一致,原点以右为正,原点以左为负。 测量时,右手拿住尺身,大拇指移动游标,左手拿待测外径(或内径的物体,使待测物位于外测量爪之间,当与量爪紧紧相贴时,即可读数,如图2.3-3所示。 游标卡尺的读数 读数时首先以游标零刻度线为准在尺身上读取毫米整数,即以毫米为单位的整数部分。然后看游标上第几条刻度线与尺身的刻度线对齐,如第6条刻度线与尺身刻度线对齐,则小数部分即为0.6毫米(若没有正好对齐的线,则取最接近对齐的线进行读数。如有零误差,则一律用上述结果减去零误差(零误差为负,相当于加上相同大小的零误差,读数结果为:

压力变送器的原理安装和使用

压力变送器的原理安装和 使用 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

压力变送器的安装及使用 压力是重要的工业参数之一, 正确测量和控制压力对保证生产工艺过程的安全性和经济性有重要意义。压力及差压的测量还广泛地应用在流量和液位的测量中。压力变送器的任务是将检测出来的非电量（物理量）大小转换为相应的电信号，传输到显示仪表中进行监视和控制，将非电量转换为电量的方法有： 1电容式压力变送器 2扩散硅压阻变送器 3电感式变送器 4振弦式变送器 20世纪80年代中末期，国内开始引进国外生产的压力变送器，主要是非智能的，在选购变送器时，要根据生产工艺过程的不同压力检测点的压力，来选择不同压力变送器的量程，由于被测压力点数量多，订货时，所定压力变送器的规格多，同时，在备件上造成很大的资金积压。由于早期的压力变送器没有微处理器进行各种性能的补偿，容易受到环境的影响，造成仪表的漂移和测量不准确。 美国霍尼韦尔（HONEYWELL）公司于1983年独家率先向全世界推出智能化现场仪表ST3000 100系列全智能压力变送器，这是对传统现场仪表的一次深刻变革！它为工业自动化仪表及其系统应用，向更高层次的发展奠定了基础，全智能变送器的问世，开创了现场仪表的新纪元。 美国霍尼韦尔公司在92年4月向中国推出了ST3000/900系列全智能变送器，它具有数字式全智能变送器的全部优越性能，而价格接近传统模拟式常规变送器。97年底，霍尼韦尔公司又推出可测高温的压力变送器，现场环境温度最高可达150℃。通过使用专用的手操器，可以对运行中的变送器进行零点、量程、变送器的工作温度、使用单位等很多参

弹性力学学习心得

弹性力学学习心得 孙敬龙S4 大学时期就学过弹性力学，当时的课本是徐芝纶教授的简明版教程，书的内容很丰富但是只学了前四章，学的也是比较糊涂。研究生一年级又学了一次弹性力学（弹性理论），所有课本是秦飞教授编着的，可能是学过一次的原因吧，第二次学习感觉稍微轻松点了，但是能量原理那一章还是理解不深入。弹性力学是一门较为基础的力学学科，值得我们花大量的时间去深入解读。 弹性力学主要研究弹性体在外力作用或温度变化等外界因素下所产生的应力、应变和位移，从而解决结构或机械设计中所提出的强度和刚度问题。在研究对象上，弹性力学同材料力学和结构力学之间有一定的分工。材料力学基本上只研究杆状构件；结构力学主要是在材料力学的基础上研究杆状构件所组成的结构，即所谓杆件系统；而弹性力学研究包括杆状构件在内的各种形状的弹性体。弹性力学是固体力学的重要分支，它研究弹性物体在外力和其它外界因素作用下产生的变形和内力，也称为弹性理论。它是材料力学、结构力学、塑性力学和某些交叉学科的基础，广泛应用于建筑、机械、化工、航天等工程领域。弹性体是变形体的一种，它的特征为：在外力作用下物体变形，当外力不超过某一限度时，除去外力后物体即恢复原状。绝对弹性体是不存在的。物体在外力除去后的残余变形很小时，一般就把它当作弹性体处理。 弹性力学的发展大体分为四个时期。人类从很早时就已经知道利用物体的弹性性质了，比如古代弓箭就是利用物体弹性的例子。当时人们还是不自觉的运用弹性原理，而人们有系统、定量地研究弹性力学，是从17

世纪开始的。发展初期的工作是通过实践，探索弹性力学的基本规律。这个时期的主要成就是R.胡克于1678年发表的弹性体的变形与外力成正比的定律，后来被称为胡克定律。第二个时期是理论基础的建立时期。这个时期的主要成就是，从 1822～1828年间，在?柯西发表的一系列论文中明确地提出了应变、应变分量、应力和应力分量概念，建立了弹性力学的几何方程、平衡(运动)微分方程，各向同性和各向异性材料的广义胡克定律，从而为弹性力学奠定了理论基础。弹性力学的发展初期主要是通过实践，尤其是通过实验来探索弹性力学的基本规律。英国的胡克和法国的马略特于1680年分别独立地提出了弹性体的变形和所受外力成正比的定律，后被称为胡克定律。牛顿于1687年确立了力学三定律。同时，数学的发展，使得建立弹性力学数学理论的条件已大体具备，从而推动弹性力学进入第二个时期。在这个阶段除实验外，人们还用最粗糙的、不完备的理论来处理一些简单构件的力学问题。这些理论在后来都被指出有或多或少的缺点，有些甚至是完全错误的。在17世纪末第二个时期开始时，人们主要研究梁的理论。到19世纪20年代法国的纳维和柯西才基本上建立了弹性力学的数学理论。柯西在1822～1828年间发表的一系列论文中，明确地提出了应变、应变分量、应力和应力分量的概念，建立了弹性力学的几何方程、运动(平衡)方程、各向同性以及各向异性材料的广义胡克定律，从而奠定了弹性力学的理论基础，打开了弹性力学向纵深发展的突破口。第三个时期是线性各向同性弹性力学大发展的时期。这一时期的主要标志是弹性力学广泛应用于解决工程问题。同时在理论方面建立了许多重要的定理或原理，并提出了许多有效的计算方法。1855～1858年间法国的圣维南发表

游标卡尺构造原理附使用方法与读数

游标卡尺的构造、原理及使用方法和读数 一、构造 常用的游标卡尺外形如图l－1所示。 游标尺B套在主尺A上并能沿主尺滑动，C、D、E分别为外径测脚、内径测脚和藏在主尺背面的深度测脚。测量时使测脚与被测物的端面接触，如图l—2所示。测脚与被测物接触的表面叫工作面。两个外径测脚的工作面互相平行并且都垂直于主尺，用它们夹住圆柱体时，两工作面的距离等于圆柱直径D。两个内径测脚的工作面相互平行并且都垂直于主尺，用它们从内部撑住圆孔且张开最大时，两工作面的距离等于圆孔内径d。将主尺尾端抵住凹槽上口表面，深度测脚抵住槽底时，测脚伸出的长度等于槽深h。 二、测量原理

某一种游标卡尺的刻度状况如图1—3甲所示，主尺最小分度为1毫米，游标尺刻度总长度为9毫米，划成10等分。因此游标1分度的长度为0.9毫米，与主尺1毫米之差△L（叫做微差）为0.1毫米，它的第一条刻线与主尺上1毫米刻线重合，其余刻线都与主尺上刻线不重合。同样，游标尺向右移动0.2毫米，将只有它的第二条刻线与主尺上2毫米刻线重合。 设用外径测脚夹住一张铜片时游标尺位置如图l—3乙所示，游标的第七条刻线与主尺上某刻线重合（图中用▲指示），则可知游标尺从甲图位置向右移动的距离d = 0.7毫米，就等于该铜片的厚度。 这种精度的游标还有另一种刻制方法：游标尺刻度仍为10等分，但总长度等于19毫米，游标尺1分度与主尺上2毫米的微差也是0.1毫米，如图1—3丙所示。 三、使用方法 右手握住主尺，用拇指推动游标尺进退。先让测脚并拢检查零点，正常情况下游标零刻线应与主尺零刻线重合。若未能对正，应记下此时读数x0，叫做初读数或零点读数。它可能是正值也可能是负值，如图1一4所示的。x0 ＝－0.3毫米。

(完整版)弹性力学第十一章弹性力学的变分原理

第十一章弹性力学的变分原理知识点 静力可能的应力 弹性体的功能关系 功的互等定理 弹性体的总势能 虚应力 应变余能函数 应力变分方程 最小余能原理的近似解法扭转问题最小余能近似解有限元原理与变分原理有限元原理的基本概念有限元整体分析几何可能的位移 虚位移 虚功原理 最小势能原理 瑞利-里茨(Rayleigh-Ritz)法 伽辽金(Гапёркин）法 最小余能原理 平面问题最小余能近似解 基于最小势能原理的近似计算方法基于最小余能原理的近似计算方法有限元单元分析 一、内容介绍 由于偏微分方程边值问题的求解在数学上的困难，因此对于弹性力学问题，只能采用半逆解方法得到个别问题解答。一般问题的求解是十分困难的，甚至是不可能的。因此，开发弹性力学的数值或者近似解法就具有极为重要的作用。 变分原理就是一种最有成效的近似解法，就其本质而言，是把弹性力学的基本方程的定解问题，转换为求解泛函的极值或者驻值问题，这样就将基本方程由偏微分方程的边值问题转换为线性代数方程组。变分原理不仅是弹性力学近似解法的基础，而且也是数值计算方法，例如有限元方法等的理论基础。 本章将系统地介绍最小势能原理和最小余能原理，并且应用变分原理求解弹

性力学问题。最后，将介绍有限元方法的基本概念。 本章内容要求学习变分法数学基础知识，如果你没有学过上述课程，请学习附录3或者查阅参考资料。 二、重点 1、几何可能的位移和静力可能的应力； 2、弹性体的虚功原理； 3、 最小势能原理及其应用；4、最小余能原理及其应用；5、有限元原理 的基本概念。 §11.1 弹性变形体的功能原理 学习思路: 本节讨论弹性体的功能原理。能量原理为弹性力学开拓了新的求解思路，使得基本方程由数学上求解困难的偏微分方程边值问题转化为代数方程组。而功能关系是能量原理的基础。 首先建立静力可能的应力和几何可能的位移概念；静力可能的应力 和几何可能的位移可以是同一弹性体中的两种不同的受力状态和变形状态，二者彼此独立而且无任何关系。 建立弹性体的功能关系。功能关系可以描述为：对于弹性体，外力在任意一组几何可能的位移上所做的功，等于任意一组静力可能的应力在与上述几何可能的位移对应的应变分量上所做的功。 学习要点： 1、静力可能的应力； 2、几何可能的位移； 3、弹性体的功能关系； 4、真实应力和位移分量表达的功能关系。 1、静力可能的应力 假设弹性变形体的体积为V，包围此体积的表面积为S。表面积为S可以分为两部分所组成：一部分是表面积的位移给定，称为S u；另外一部分是表面积的面力给定，称为Sσ 。如图所示

计算机组成原理上机实验报告

《计算机组成原理实验》课程实验报告 实验题目组成原理上机实验 班级1237-小 姓名 学号 时间2014年5月 成绩

实验一基本运算器实验 1.实验目的 （1）了解运算器的组成原理 （2）掌握运算器的工作原理 2.实验内容 输入数据，根据运算器逻辑功能表1-1进行逻辑、移位、算术运算,将运算结果填入表1-2。 表 1-1运算器逻辑功能表 运算类 A B S3 S2 S1 S0 CN 结果 逻辑运算65 A7 0 0 0 0 X F=( 65 ) FC=( ) FZ=( ) 65 A7 0 0 0 1 X F=( A7 ) FC=( ) FZ=( ) 0 0 1 0 X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 0 0 1 1 X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 0 1 0 0 X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 移位运算0 1 0 1 X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 0 1 1 0 0 F=( ) FC=( ) FZ=( ) 1 F=( ) FC=( ) FZ=( ) 0 1 1 1 0 F=( ) FC=( ) FZ=( ) 1 F=( ) FC=( ) FZ=( ) 算术运算 1 0 0 0 X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 1 0 0 1 X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 1 0 1 0X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 1 0 1 0X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 1 0 1 1 X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 1 1 0 0 X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 1 1 0 1 X F=( ) FC=( ) FZ=( ) 表1-2运算结果表

对力学变分原理发展的一些回顾

对力学变分原理发展的一些回顾 ——严正驳斥何吉欢的造谣诽谤 刘高联 I）引言 从一月底开始，何吉欢匿名（不断变换着各种化名，如阿正、阿山、阿长江、东施等，有时也用本名）在互联网上对我、廖世俊、黄典贵等教授以及国家自然科学基金委和上海交大进行了大量的造谣诬蔑和人身攻击。只要是对他的学术错误、道德作风、申请奖励或基金等有过不同意见，你都会立即遭到他的恶意攻击，无一幸免，他完全是一套流氓势派。近5年来，何吉欢炮制了大量文章，其数量之滥、逻辑之混乱、错误之奇、手法之‘巧’，实在让我们大开眼界，不愧为造文章之圣手！就因为我最清楚他的品学底细，又不肯同他同流合污，因而就成了他欺世盗名、立地升天的唯一障碍，必欲去之而后快。于是竟搞起了恶人先告状的勾当，妄想通过互联网进行造谣诽谤宣传把我搞臭，他就可以自由飞升了。且慢，何吉欢自吹的‘伟大’发现（发现了Lagrange乘子的逻辑矛盾等）、践踏热力学第二定律、声称建立了国际上最好的变分原理等，都可以从他在国内外的‘巨著’白纸黑字中进行检验的，而他诬蔑我的剽窃也是有历史可查的，不是由他说了就算的。现在就让我们来看看事实。 II）连续介质力学变分原理简史 引入缩写：VP—变分原理；GVP—广义变分原理；SGVP—亚广义变分原理；GGVP—GVP的普遍形式；PDE—偏微分方程。

A）弹性力学： 1865、1873：Cotterill & Castigliano提出了弹性静力学最小势能、余能原理1914、1950：Hellinger & Reissner提出弹性静力学广义VP 1954、1955：胡-鹫（胡海昌-Washizu）广义VP 1979（1964）：钱伟长用拉氏乘子法首先将最小势（余）能VP推广到GVP（机械工程学报，1979年第2期） 1983：钱伟长，高阶拉氏乘子法（应用数学和力学，1983年第2期） B）流体力学 1882：Helmholtz粘性缓流最小耗散VP 1929：Bateman势流的VP 1955、1963：Herivel-Lin欧拉型GVP（林氏约束） 1979（1976）：刘高联，旋成面叶栅正命题VP与GVP（力学学报，1979年第4期）全国叶轮机气动热力学交流会（1976年5月，北京） 1980（1978）：刘高联，旋成面叶栅杂交命题GVP（Scientia Sinica, 1980, No. 10）1984：钱伟长，粘性VP（用权余法从PDE导VP）（应用数学和力学，1984年第3期） 1985：胡海昌，关于拉氏乘子及其它（力学学报，1985年第5期） III）建立与PDE对应的VP的方法： A）数学方法： 1）Vainberg定理：对N - f = 0 VP存在性要求N对称，即为有势算子（充分，但非必要）

计算机组成原理实验

实验一基础汇编语言程序设计 一、实验目的： 1、学习和了解TEC-XP16教学实验系统监控命令的用法。 2、学习和了解TEC-XP16教学实验系统的指令系统。 3、学习简单的TEC-XP16教学实验系统汇编程序设计。 二、预习要求： 1、学习TEC-XP16机监控命令的用法。 2、学习TEC-XP16机的指令系统、汇编程序设计及监控程序中子程序调用。 3、学习TEC-XP16机的使用，包括开关、指示灯、按键等。 4、了解实验内容、实验步骤和要求。 三、实验步骤： 在教学计算机硬件系统上建立与调试汇编程序有几种操作办法。 第一种办法，是使用监控程序的A命令，逐行输入并直接汇编单条的汇编语句，之后使用G命令运行这个程序。缺点是不支持汇编伪指令，修改已有程序源代码相对麻烦一些，适用于建立与运行短小的汇编程序。 第二种办法，是使用增强型的监控程序中的W命令建立完整的汇编程序，然后用M命令对建立起来的汇编程序执行汇编操作，接下来用G命令运行这个程序。适用于比较短小的程序。此时可以支持汇编伪指令，修改已经在内存中的汇编程序源代码的操作更方便一些。 第三种办法，是使用交叉汇编程序ASEC，首先在PC机上，用PC机的编辑程序建立完整的汇编程序，然后用ASEC对建立起来的汇编程序执行汇编操作，接下来把汇编操作产生的二进制的机器指令代码文件内容传送到教学机的内存中，就可以运行这个程序了。适用于规模任意大小的程序。

在这里我们只采用第一种方法。 在TEC-XP16机终端上调试汇编程序要经过以下几步： 1、使教学计算机处于正常运行状态（具体步骤见附录联机通讯指南）。 2、使用监控命令输入程序并调试。 ⑴用监控命令A输入汇编程序 >A 或>A 主存地址 如：在命令行提示符状态下输入： A 2000↙；表示该程序从2000H（内存RAM区的起始地址）地址开始 屏幕将显示： 2000： 输入如下形式的程序： 2000: MVRD R0，AAAA ；MVRD 与R0 之间有且只有一个空格，其他指令相同 2002: MVRD R1，5555 2004: ADD R0，R1 2005: AND R0，R1 2006: RET ；程序的最后一个语句，必须为RET 指令 2007:（直接敲回车键，结束A 命令输入程序的操作过程） 若输入有误，系统会给出提示并显示出错地址，用户只需在该地址重新输入正确的指令即可。 ⑵用监控命令U调出输入过的程序并显示在屏幕上 >U 或>U 主存地址

弹性力学的变分原理

第十一章弹性力学的变分原理 一.内容介绍 由于偏微分方程边值问题的求解在数学上的困难，因此对于弹性力学问题，只能采用半逆解方法得到个别问题解答。一般问题的求解是十分困难的，甚至是不可能的。因此，开发弹性力学的数值或者近似解法就具有极为重要的作用。 变分原理就是一种最有成效的近似解法，就其本质而言，是把弹性力学的基本方程的定解问题，转换为求解泛函的极值或者驻值问题，这样就将基本方程由偏微分方程的边值问题转换为线性代数方程组。变分原理不仅是弹性力学近似解法的基础，而且也是数值计算方法，例如有限元方法等的理论基础。 本章将系统地介绍最小势能原理和最小余能原理，并且应用变分原理求解弹性力学问题。最后，将介绍有限元方法的基本概念。 本章内容要求学习变分法数学基础知识，如果你没有学过上述课程，请学习附录3或者查阅参考资料。 二.重点 1. 几何可能的位移和静力可能的应力； 2. 弹性体的虚功原理； 3. 最小势能原理及其应用； 4. 最小余能原理及其应用； 5. 有限元原理的基本概念。 知识点 静力可能的应力 弹性体的功能关系 功的互等定理 弹性体的总势能 虚应力

应变余能函数 应力变分方程 最小余能原理的近似解法 扭转问题最小余能近似解 有限元原理与变分原理 有限元原理的基本概念 有限元整体分析 几何可能的位移 虚位移 虚功原理 最小势能原理 瑞利-里茨(Rayleigh-Ritz）法 伽辽金(Гапёркин）法 最小余能原理 平面问题最小余能近似解 基于最小势能原理的近似计算方法 基于最小余能原理的近似计算方法 有限元单元分析 附录3 变分原理 泛函是指某一个量，它的值依赖于其它一个或者几个函数。因此泛函也称为函数的函数。 变分法的基本问题是求解泛函的极值。

弹性力学第十一章弹性力学的变分原理

第十一章 弹性力学的变分原理 几何可能的位移 虚位移 虚功原理 最小势能原理 瑞利-里茨 (Rayleigh-Ritz) 法 伽辽金(Γa∏epκuH )法 最小余能原理 平面问题最小余能近似解 基于最小 势能原理的近似计算方法 基于最小余能原理的近似计算方法 有限元单元分析 一、内容介绍 由于偏微分方程边值问题的求解在数学上的困 难，因此对于弹性力学问题， 只能采用半逆解方法得到个别问题解答。 一般问题的求解是十分困难的， 甚至是 不可能的。因此，开发弹性力学的数值或者近似解法就具有极为重要的作用。 变分原理就是一种最有成效的近似解法，就其本质而言，是把弹性力学的基 本方程的定解问题， 转换为求解泛函的极值或者驻值问题， 这样就将基本方程由 偏微分方程的边值问题转换为线性代数方程组。 变分原理不仅是弹性力学近似解 法的基础，而且也是数值计算方法，例如有限元方法等的理论基础。 本章将系统地介绍最小势能原理和最小余能原理， 并且应用变分原理求解弹 性力学问题。最后，将介绍有限元方法的基本概念。 本章内容要求学习变分法数学基础知识，如果你没有学过上述课程，请学习 附录3或者查阅参考资料。 知识点 静力可能的应力 弹性体的功能关系 功的互等定理 弹性体的总势能 虚应力 应变余能函数 应力变分方 程 最小余能原理的近似解 法 扭转问题最小余能近似解 有限元原理与变分原理 有限元原理的基本概念 有 限元整体分析

、重点 1几何可能的位移和静力可能的应力；2、弹性体的虚功原理；3、最小势能原理及其应用；4、最小余能原理及其应用；5、有限元原理的基本概念。 §11.1弹性变形体的功能原理 学习思路： 本节讨论弹性体的功能原理。能量原理为弹性力学开拓了新的求解思路，使 得基本方程由数学上求解困难的偏微分方程边值问题转化为代数方程组。而功能关系是能量原理的基础。 (Tt UJ C 首先建立静力可能的应力「：，和几何可能的位移’概念；静力可能的应力 和几何可能的位移；可以是同一弹性体中的两种不同的受力状态和变形状态，二者彼此独立而且无任何关系。 建立弹性体的功能关系。功能关系可以描述为：对于弹性体，外力在任意一组几何可能的位移上所做的功，等于任意一组静力可能的应力在与上述几何可能的位移对应的应变分量上所做的功。 学习要点： 1、静力可能的应力； 2、几何可能的位移； 3、弹性体的功能关系； 4、真实应力和位移分量表达的功能关系。 1、静力可能的应力 假设弹性变形体的体积为V，包围此体积的表面积为S。表面积为S可以分为两部分所组成：一部分是表面积的位移给定，称为S u;另外一部分是表面积的面力给定，称为S O如图所示

弹性力学学习心得

弹性力学学习心得 孙敬龙S201201024 大学时期就学过弹性力学，当时的课本是徐芝纶教授的简明版教程，书的内容很丰富但是只学了前四章，学的也是比较糊涂。研究生一年级又学了一次弹性力学（弹性理论），所有课本是秦飞教授编著的，可能是学过一次的原因吧，第二次学习感觉稍微轻松点了，但是能量原理那一章还是理解不深入。弹性力学是一门较为基础的力学学科，值得我们花大量的时间去深入解读。 弹性力学主要研究弹性体在外力作用或温度变化等外界因素下所产生的应力、应变和位移，从而解决结构或机械设计中所提出的强度和刚度问题。在研究对象上，弹性力学同材料力学和结构力学之间有一定的分工。材料力学基本上只研究杆状构件；结构力学主要是在材料力学的基础上研究杆状构件所组成的结构，即所谓杆件系统；而弹性力学研究包括杆状构件在内的各种形状的弹性体。弹性力学是固体力学的重要分支，它研究弹性物体在外力和其它外界因素作用下产生的变形和内力，也称为弹性理论。它是材料力学、结构力学、塑性力学和某些交叉学科的基础，广泛应用于建筑、机械、化工、航天等工程领域。弹性体是变形体的一种，它的特征为：在外力作用下物体变形，当外力不超过某一限度时，除去外力后物体即恢复原状。绝对弹性体是不存在的。物体在外力除去后的残余变形很小时，一般就把它当作弹性体处理。 弹性力学的发展大体分为四个时期。人类从很早时就已经知道利用物体的弹性性质了，比如古代弓箭就是利用物体弹性的例子。当时人们还是不自觉的运用弹性原理，而人们有系统、定量地研究弹性力学，是从17世纪开始的。发展初期的工作是通过实践，探索弹性力学的基本规律。这个时期的主要成就是R.胡克于1678年发表的弹性体的变形与外力成正比的定律，后来被称为胡克定律。第二个时期是理论基础的建立时期。这个时期的主要成就是，从1822～1828年间，在A.L?柯西发表的一系列论文中明确地提出了应变、应变分量、应力和应力分量概念，建立了弹性力学的几何方程、平衡(运动)微分方程，各向同性和各向异性材料的广义胡克定律，从而为弹性力学奠定了理论基础。弹性力学的发展初期主要是通过实践，尤其是通过实验来探索弹性力学的基本规律。英国的胡克和法国的马略特于1680年分别独立地提出了弹性体的变形和所受外力成正比的定律，后被称为胡克定律。牛顿于1687年确立了力学三定律。同时，数学的发展，使得建立弹性力学数学理论的条件已大体具备，从而推动弹性力学进入第二个时期。在这个阶段除实验外，人们还用最粗糙的、不完备的理论来处理一些简单构件的力学问题。这些理论在后来都被指出有或多或少的缺点，有些甚至是完全错误的。在17世纪末第二个时期开始时，人们主要研究梁的理论。到19世纪20年代法国的纳维和柯西才基本上建立了弹性力学的数学理论。柯西在1822～1828年间发表的一系列论文中，明确地提出了应变、应变分量、应力和应力分量的概念，建立了弹性力学的几何方程、运动(平衡)方程、各向同性以及各向异性材料的广义胡克定律，从而奠定了弹性力学的理论基础，打开了弹性力学向纵深发展的突破口。第三个时期是线性各向同性弹性力学大发展的时期。这一时期的主要标志是弹性力学广泛应用于解决工程问题。同时在理论方面建立了许多重要的定理或原理，并提出了许多有效的计算方法。1855～1858年间法国的圣维南发表了关于柱体扭转和弯曲的论文，可以说是第三个时期的开始。在他的论文中，理论结果和实验结果密切吻合，为弹性力学的正确性提供了有力的证据；1881年德国的赫兹解出了两弹性体局部接触时弹性体内的应力分布；1898年德国的基尔施在计算圆孔附近的应力分布时，发现了应力集中。这些成就解释了过去无法解释的实验现象，在提高机械、结构等零件的设计水平方面起了重要作用，使弹性力学得到工程界的重视。在这个时期，弹性力学的一般理论也有很大的发展。一方面建立了各种关于能量的定理(原理)。另一方面发展了许多有效的近似计算、数值计算和其他计算方法，如著名的瑞利——里兹法，为直接求

压力和差压变送器详细详解使用说明书样本

压力和差压变送器详细使用说明 ( 一) 差压变送器原理与使用 本节根据实际使用中的差压变送器主要介绍电容式差压变送器。 1. 差压变送器原理 压力和差压变送器作为过程控制系统的检测变换部分, 将液体、气体或蒸汽的差压(压力)、流量、液位等工艺参数转换成统一的标准信号(如DC4mA～20mA 电流), 作为显示仪表、运算器和调节器的输入信号, 以实现生产过程的连续检测和自动控制。 差动电容式压力变送器由测量部分和转换放大电路组成, 如图1.1所示。 图1.1 测量转换电路

图1.2 差动电容结构差动电容式压力变送器的测量部分常采用差动电容结构, 如图 1.2所示。中心可动极板与两侧固定极板构成两个平面型电容 H C和L C。可动极板与两侧固定极板形成两个感压腔室, 介质压力是经过两个腔室中的填充液作用到中心可动极板。一般采用硅油等理想液体作为填充液, 被测介质大多为气体或液体。隔离膜片的作用既传递压力, 又避免电容极板受损。 当正负压力(差压)由正负压导压口加到膜盒两边的隔离膜片上时, 经过腔室内硅油液体传递到中心测量膜片上, 中心感压膜片产生位移, 使可动极板和左右两个极板之间的间距不相对, 形成差动电容, 若不考虑边缘电场影响, 该差动电容可看作平板电容。差动电容的相对变化值与被测压力成正比, 与填充液的介电常数无关, 从原理上消除了介电常数的变化给测量带来的误差。 2. 变送器的使用 ( 1) 表压压力变送器的方向 低压侧压力口( 大气压参考端) 位于表压压力变送器的脖颈处,

在电子外壳的后面。此压力口的通道位于外壳和压力传感器之间, 在变送器上360°环绕。保持通道的畅通, 包括但不限于由于安装变送器时产生的喷漆, 灰尘和润滑脂, 以至于保证过程通畅。图1.3为低压侧压力口。 图1.3 低压侧压力口 ( 2) 电气接线 ①拆下标记”FIELD TERMINALS”电子外壳。 ②将正极导线接到”PWR/COMN”接线端子上, 负极导线接 到”-”接线端子 上。注意不得将带电信号线与测试端子( test) 相连, 因通电将损坏测试线路中的测试二极管。应使用屏蔽的双绞线以获得最佳的测量效果, 为了保证正确通讯, 应使用24AWG或更高的电缆线。 ③用导管塞将变送器壳体上未使用的导管接口密封。 ④重新拧上表盖。 ( 3) 电子室旋转 电子室能够旋转以便数字显示位于最好的观察位置。旋转时, 先松开壳体旋转固定螺钉。

计算机组成原理实验完整版

河南农业大学 计算机组成原理实验报告 题目简单机模型实验 学院信息与管理科学学院 专业班级计算机科学与技术2010级1班 学生姓名张子坡（1010101029） 指导教师郭玉峰 撰写日期：二○一二年六月五日

一、实验目的： 1.在掌握各部件的功能基础上，组成一个简单的计算机系统模型机； 2．了解微程序控制器是如何控制模型机运行的，掌握整机动态工作过程； 3定义五条机器指令，编写相应微程序并具体上机调试。 二、实验要求： 1.复习计算机组成的基本原理； 2.预习本实验的相关知识和内容 三、实验设备： EL-JY-II型计算机组成原理试验系统一套，排线若干。 四、模型机结构及工作原理： 模型机结构框图见实验书56页图6-1. 输出设备由底板上上的四个LED数码管及其译码、驱动电路构成，当D-G和W/R均为低电平时将数据结构的数据送入数据管显示注：本系统的数据总线为16位，指令、地址和程序计数器均为8位。当数据总线上的数据打入指令寄存器、地址寄存器和程序寄存器时，只有低8位有效。 在本实验我们学习读、写机器指令和运行机器指令的完整过程。在机器指令的执行过程中，CPU从内存中取出一条机器指令到执行结束为一个指令周期，指令由微指令组成的序列来完成，一条机器指令对应一段微程序。另外，读、写机器指令分别由相应的微程序段来完成。

为了向RAM中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，必须设计三个控制操作微程序。 存储器读操作（MRD）：拨动清零开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码器输入CA1、CA2为“00”时，按“单步”键，可对RAM连续读操作。 存储器写操作（MWE）：拨动清零开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码器输入CA1、CA2为“10”时，按“单步”键，可对RAM连续写操作。 启动程序（RUN）：拨动开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码器输入CA1、CA2为“11”时，按“单步”键，即可转入第01号“取指”微指令，启动程序运行。 注：CA1、CA2由控制总线的E4、E5给出。键盘操作方式有监控程序直接对E4、E5赋值，无需接线。开关方式时可将E4、E5接至控制开关CA1、CA2，由开关控制。 五、实验内容、分析及参考代码： 生成的下一条微地址 UA5 UA0 MS5 MS0 微地址