海藻酸-纳米羟基磷灰石构建可降解原位成型水凝胶

可注射原位成型水凝胶支架材料能填充任意形状的缺损, 并在很大程度上降低植入对机体组织的侵入性, 且方便与药物和活性物质复合. 采用原位释放法将海藻酸钠与纳米羟基磷灰石复合构建了可降解的原位成型水凝胶, 体系的凝胶化时间10~15 min, 材料具有多孔结构, 孔径20~300 µm, 孔内及孔壁上有大量羟基磷灰石晶体连续均匀分布. 体内植入试验证明该水凝胶材料可实现原位成型且具有良好的细胞相容性和组织相容性.     

胶原一羟基磷灰石复合骨组织引导再生膜的细胞相容性实验研究

结合胶原纤维凝胶的形成和羟基磷灰石的原位生长制备了胶原一羟基磷灰石（COL-HA）复合骨组织引导再生膜,采用体外细胞复合培养法用成骨细胞对复合膜的细胞相容性进行测试。结果表明,细胞在复合膜表面生长形态良好。与对照膜（纯胶原膜和共混膜）相比,细胞在复合膜中显示最快的增殖速度和最强的碱性磷酸酶活性。制备的胶原一羟基磷灰石复合膜具有好的细胞相容性。     

聚乳酸复合材料研究进展

生物降解材料聚乳酸受其本身的化学结构限制,具有较高的结晶性,从而限制了其广泛应用.而拓宽聚乳酸应用的最重要的途径是聚乳酸复合材料的制备.本文综述了聚乳酸复合改性研究进展,主要侧重于碳纳米管、环糊精、羟基磷灰石及其它物质与生物降解材料-聚乳酸的复合改性最新进展.聚乳酸基复合材料的结晶性、亲水性、生物相容性与纯聚乳酸材料对比,得到了明显的提高.最后对其发展进行了展望.     

用颗粒流方法研究裂隙对岩石力学性质的影响

岩石力学参数受其组成材料的细观力学性质和含有的裂隙控制。本文采用颗粒流方法,以校核试验参数的方法确定模型细观参数,进而建立不同高度和半径的圆柱模型,然后根据试样体积,在模型中添加不同数量的随机分布裂隙,研究裂隙对宏观力学性质的控制作用,发现:1)对于不含有裂隙的试样,圆柱试样的高度和半径对单轴抗压强度和弹性模量的影响较小,但试样半径对宏观力学性质的影响比高度明显;2)对于含有裂隙的试样,试样单轴抗压强度和弹性模量受试样半径和高度影响明显,表现为单轴抗压强度和弹性模量随高度或半径增加而呈现指数形式衰减;3)不同尺寸的裂隙试样应力-应变曲线在峰值轴向应力之前,曲线斜率与试样尺寸有较为明显的相关性。     

人工心脏瓣膜材料的抗凝血性能和使用安全性研究

心脏瓣膜病严重威胁人类健康. 植入人工心脏瓣膜是挽救此类病人生命的可靠途径. 全世界已超过200万例植入了热解碳人工心脏瓣膜. 但人工心脏瓣膜植入体内后的凝血问题是国际医学界的一大难题. 本文综述报道用离子束技术对人工心脏瓣膜材料进行表面处理以改善其血液相容性及使用安全性的研究结果.     

强冲击载荷下钢筋混凝土的本构关系、破坏机理与数值方法

钢筋混凝土不但在土木工程领域有着广泛的应用,而且其强动载荷下动态力学行为的研究在国家安全方面也具有十分重要的需求,其非均质、各向异性、多组分的特性亦给其动力学特性的研究带来诸多困难.本文针对强冲击载荷下钢筋混凝土的力学行为的研究进展进行了评述,具体包括:1)钢筋混凝土材料动态力学行为、破坏机理及动态本构模型;2)钢筋混凝土结构的侵彻及爆炸作用破坏机理;3)强冲击载荷下结构力学行为的数值模拟方法与软件.在此基础上,分析了针对强冲击载荷下钢筋混凝土的动态特性、侵彻机理和数值方法等方面的研究所存在的不足之处,并对需要进一步深入开展的研究工作进行了展望.     

骨修复材料的研究进展

本文综述了硬组织修复材料的类型,力学性能和生物相容性等方面的研究进展,指出理想的骨修复材料应具有生物活性,可降解,与自然骨的力学性能相匹配。     

材料动态性能对高速切削切屑形成的影响规律

高速切削作为一门先进制造技术已经在工业生产中得到日益广泛的应用,对高速切削过程切屑形成机理的研究有助于进一步发挥高速切削技术的优势和促进高速加工装备的发展,同时可指导优化切削参数、控制切屑形态以改善加工表面质量.高速切削切屑形态变化是工件材料在不同切削载荷下表现出的动态力学性能差异所致.弄清楚高应变率下材料动态力学性能有利于揭示高速切削切屑变形与失效机理,同时高速切削实验的合理设计与应用可以成为材料在高应变率下动态力学性能的新型测试手段.本文以高速切削过程工件材料动态性能变化对切屑形成的影响为主线,结合我们在高速切削切屑形成机理方面多年的研究成果,对高速切削过程中工件材料的强度、塑脆性和微观组织变化等方面进行了综述分析.阐明了高速切削条件下碎断切屑形成的力学条件,指出了传统切削理论在应力状态对切屑变形和失效的影响机理、切屑微观组织演化等方面研究存在的不足,最后对未来的超高速切削切屑形成机理研究进行了展望.     

非饱和土的非正交弹塑性本构模型

从应变增量大小和方向的角度出发,以有效饱和度和Bishop有效应力作为基本本构变量,呈现了一个非饱和土的非正交弹塑性本构模型建模框架.建模框架采用非正交的塑性流动法则,直接通过屈服函数确定塑性应变增量的方向,避免了构造塑性势函数的困难.基于所提建模框架,利用屈服函数、硬化参数和土水特征曲线的具体表达式,发展得出一个非饱和土的非正交弹塑性本构模型.所提模型通过材料参数μ可以描述具有不同刚度的非饱和土的力学与水力行为.模型所需材料参数均具有明确的物理意义,且可以通过室内试验确定.利用两种经典应力路径(即恒基质吸力的常规三轴剪切路径和恒净应力的吸湿路径)分析了具有不同刚度的非饱和土的力学与水力行为.模型预测结果与非饱和土试验数据的对比验证了所提模型的优越性.     

考虑结构非线性的铁路弹性车轮动态特性研究

为研究结构非线性(包括弹性车轮橡胶材料非线性和接触边界非线性)对弹性车轮力学行为的影响,设计静动态试验获得弹性车轮中橡胶材料非线性本构关系并探讨了橡胶黏弹性特性;推导弹性车轮系统中橡胶弹性模量与刚度的转换关系,并确定黏弹性橡胶材料的刚度特性;基于橡胶Yeoh本构模型,建立整体车轮、线弹性车轮、考虑材料非线性特性的弹性车轮(以下简称:非线性弹性车轮)以及同时考虑材料与接触非线性特性的弹性车轮(以下简称:接触弹性车轮)等四个动力学模型,研究四种车轮模型在轮轨垂向力激扰下车轮的动态规律,并探明橡胶材料参数对弹性车轮动态特性的影响.研究表明:弹性车轮能有效降低车轮垂向振动;线弹性车轮的端点和中点较之非线性弹性车轮分别最大增加10%和13%的变形量,且橡胶中点变形量小于端点变形量;线弹性车轮较之整体车轮最大能降低17%的垂向振动,非线性弹性车轮较整体车轮最大能降低22%的垂向振动,同时考虑橡胶材料非线性和接触非线性对弹性车轮的动态特性影响不显著;四种车轮振动主频均为3～5, 10以及22 Hz;弹性车轮的振动和变形量随材料硬度增加而增加.     

个性化三维打印仿生骨骼术前诊断模型

目前骨科临床手术利用CT数字图像诊断病案、规划手术方案及复位策略,不易在术前进行操作练习,所选取的内固定骨钉和骨板无法测定力学匹配,从而难以避免术后应力并发症.术中依赖手术医生的经验和工具反复测量以便准确选取内固定器械,从而延长了患者创面开放时间,增加术中静脉血栓甚至动脉血栓并发症几率.尤其对于血管和神经丰富的股骨头更是容易引起术中并发症,甚至致残致死.本文分析了骨骼解剖模型的结构,研究了骨骼的内部微细结构、术前诊断模型外形轮廓以及力学性能的仿生设计方法,在此基础上,通过控制三维打印工艺、粉体材料成分和材料参数,得到不同力学性能的骨支架,从而实现了个性化定制的全骨仿生术前诊断模型.利用该模型可有效反映病患骨折和骨缺损真实特点,并可增加观察视场,明确骨折和骨缺损的实际情况和病症分型,从而有助于制定固定骨钉和骨板实际操作方案和规划替代骨植入方案,为术前手术设计、复位模拟、内置物选择、三维数据测量等重要手术环节提供物理操作模型,可明显改善手术效果,有效缩短手术时间,减少术中和术后并发症几率.     

大尺寸关节支架的3D打印及应用

人工关节假体的置换与长期植入后的失效问题将造成关节组织不可恢复的损失,小块可降解骨软骨关节支架具有恢复病变关节的力学环境和诱导新生组织生长的能力,为大尺寸关节病变缺损修复提供了新的治疗策略.大面积深层病变软骨关节病变位置的生理结构与力学环境的分析,以及多材料复合关节支架的仿生制造与手术方案是治疗方案开发的难点.本文提出一种新型多材料关节支架的仿生设计与制造技术和植入方法.以诱导组织生长为导向,选择聚乙二醇凝胶(polyethyleneglyco,PEG)、β-磷酸三钙陶瓷(β-tricalcium phosphate,β-TCP)、聚乳酸(polylactide,PLA)等生物材料开发新型支架;以羊膝关节为研究对象,通过反求工程、有限元分析和3D打印技术,利用有限的影像学数据信息,建立膝关节模型和易病变软骨区域;基于支架生理结构特征与关节缺损区机械承载能力的映射关系,建立大块仿生骨软骨支架的结构与稳定性固定结构.实验证明该支架在置换初期较好地恢复了缺损关节的力学环境.所提出的方法和支架有望为大面积骨软骨缺损的修复提供一种新的治疗方案.     

高温作用下岩石力学性能的实验研究

采用电液伺服材料力学试验系统对常温~800℃高温作用下大理岩、石灰岩、砂岩的力学性能进行了研究. 考察了三种岩石的全应力-应变曲线, 给出了其峰值强度、峰值应变、弹性模量E随温度的变化特征. 研究结果表明: (1) 大理岩的峰值强度、弹性模量在常温~400℃内呈现起伏变化; 400℃后则呈平缓下降态势. (2) 石灰岩的峰值强度、弹性模量在常温~200℃内, 随温度升高呈下降趋势; 在200℃~600℃内变化不大; 当T>600℃后, 呈现出急剧下降现象. (3) 砂岩在常温~200℃内, 峰值强度呈下降趋势, 弹性模量变化不大; 在 200℃~600℃内, 峰值强度呈上升趋势, 弹性模量变化不大; 当 T>600℃后, 峰值强度、弹性模量均急剧下降. (4) 对于峰值应变, 石灰岩在常温~600℃变化不大, 当 T>600℃后, 峰值应变急剧上升; 大理岩、砂岩的峰值应变在常温~200℃之间随着温度升高在降低, 当 T>200℃后, 峰值应变迅速增长. 研究结果可为相关岩体工程设计与研究提供参考.     

土工合成材料加筋土挡墙运行期筋材拉力塑性力学分析方法

土工合成材料加筋土挡墙结构具备优越的力学性能,与此同时,该类支挡结构可大大降低水泥及钢筋用量,从而降低碳排放,对于“碳达峰”“碳中和”具有重要意义.相较于其他支挡结构,加筋土挡墙结构历史较短,现有设计规程中挡墙的设计以稳定校核为主,但加筋土挡墙为柔性结构,其运行期的服役性能非常关键.本文总结了本研究团队10多年来在加筋土挡墙筋材拉力分析方面的研究成果,建立了一套正常荷载作用下筋材拉力的塑性力学分析方法.该方法以加筋土潜在内部滑移面处的筋土协调变形为基础,充分考虑填土非线性应力应变关系、填土塑性变形、筋材长期刚度、主动区填土的力学平衡以及面层的力学平衡,可比较合理地估算直立及倾斜面板加筋土挡墙在运行期的筋材拉力.本文以文献中的加筋土挡墙筋材拉力实测结果和数值模拟分析的结果验证了筋材拉力塑性力学分析方法的有效性.     

混凝土材料非线性多轴动态强度准则

将广义非线性强度理论的4个材料参数转化为混凝土材料的基本强度参数,通过混凝土材料的基本强度特性,分析了4个材料参数的变化规律与取值范围.基于S准则建立了混凝土材料4个基本强度参数的率效应表达式,建立了混凝土材料的非线性多轴动态强度准则,分析了动态强度参数的率效应规律,结果表明,混凝土材料的强度特性随着应变率的提高,逐渐向金属材料的强度特性过渡,在应变率从-3~3,应变率对混凝土动态强度的影响较大,并且动强度不是随着应变率的提高无限增大的,而是存在动强度峰值.通过与3组双轴压-压和2组双轴拉-压动态加载时混凝土材料试验结果的比较,表明非线性多轴动态强度准则可较好地描述混凝土材料双轴动强度规律.在同一应变率下,可较好地描述强度的非线性特性;不同应变率下,动强度面互不相交,即应变率效应与多轴应力状态对强度规律不存在耦合影响.     

基于窗技术的多孔介质材料力学性质的数值均匀化方法

相比解析均匀化方法,数值均匀化可以精细模拟表征元模型的受载过程和复杂力学行为,从本质上识别材料的有效力学性质,然而,当模型边界单元存在孔隙时,易使边界不满足线性位移边界条件,导致求解过程收敛较困难.为此,受自洽解析均匀化方法的启发,本文提出了"窗技术"优化方法,即通过增加外围基质"窗体"优化随机表征元网格模型,借助采用的表征元模型重构方法和数值网格离散方式,建立了更易非线性求解的表征元网格模型,基质窗体的性质由自洽方法迭代获得,从而发展了多孔介质材料有效力学性质的数值均匀化方法.在此基础上,探讨了窗体基质宽度和实际有效力学性质的关系;并以砂浆力学性质试验数据为依据,验证了方法的可行性和有效性.结果表明,文中方法可以可靠地模拟多孔介质材料表征元模型的受载响应,获得其有效力学性质.     

冲击荷载作用下CRTSⅢ型板式轨道-路基系统动力特性研究

应用ABAQUS有限元软件建立CRTSⅢ型板式轨道-路基动力分析模型,计算了在落轴冲击荷载作用下CRTSⅢ型板式轨道-路基系统的动力响应,并将仿真计算结果与试验结果进行了对比,验证了模型的可靠性.在此基础上,研究了扣件刚度、路基基床弹性模量、自密实混凝土弹性模量以及长期服役状态下混凝土弹性模量的降低对轨道-路基系统动力特性的影响规律.结果表明:扣件刚度对各部件振动加速度影响较大,路基基床弹性模量对其影响较小;轨道结构在服役过程中混凝土弹性模量的降低会引起轨道板加速度有较大的增幅,应引起重视.     

组织工程骨膜修复兔大段骨缺损的可行性实验研究

目的探索组织工程骨膜体内成骨修复兔大段骨缺损的可行性。方法培养新西兰大白兔骨髓间充质干细胞(BMSCs),以成骨诱导剂诱导成骨分化后,与猪小肠粘膜下层(SIS)复合构建组织工程骨膜。扫描电镜(SEM)观察细胞与材料复合情况。选4月龄新西兰大白兔24只,制备单侧桡骨干4 cm缺损模型。随机选12只植入组织工程骨膜,作为实验组;另12只骨缺损旷置,作为对照组。术后6周后摄x线片观察,切取整段桡骨作为标本行HE及Masson染色观察。结果BMscs诱导14 d后可成骨分化。SEM显示构建的组织工程骨膜上黏附大量种子细胞。x线片观察:实验组骨缺损处有长柱状新生骨形成,并与截骨端骨性融合,密度与正常骨相近;对照组骨缺损处无成骨征象,密度同周围软组织影。组织学观察:实验组骨缺损处有新骨形成,新生骨组织中可见丰富的血管腔及不规则髓腔样结构;对照组骨缺损处仅为纤维结缔组织,无骨组织形成。结论以SIS和BMSCs构建的组织工程骨膜有修复兔大段骨缺损的可行性。组织工程骨膜有进一步深入研究、开发的价值和前景。     

基于SHPB试验的高速铁路CRTSⅡ型CA砂浆动态性能

采用分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)试验研究了高速铁路CRTS II型水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)的动态力学性能,并建立了CRTS II型CA砂浆的动态本构关系模型.结果表明:随着应变率的增大,CRTS II型CA砂浆峰值强度逐渐增加,但增加速率随应变率的增大而减小,当应变率从44.17增加至54.79 s-1和从54.79增加至108.47 s-1时,峰值强度分别增加了初始峰值强度的52.28%和7.5%,弹性模量随应变率的变化规律性较差;应变率越大,破坏时的贯通裂纹越多,碎裂程度越大;CRTS II型CA砂浆的比能量吸收随着应变率的增大而增大.所建立的动态本构模型拟合曲线与试验曲线具有较好的一致性.     

42CrMo钢的动态力学行为及高应变率效应的本构模型

为研究42CrMo钢的冲击动态力学性能及本构模型,进行了冲击动态压缩实验和金相观察.材料表现出强烈的应变率依赖性,同时还得到不同应变率下力学性能差异的主要原因在于冲击动态载荷下的绝热剪切行为.采用热激活理论,分别考虑热应力和非热应力来解释变形机理,得到了应变率效应的描述.基于此,本文提出含高应变率效应的动态本构模型,通...