心肌3种应力的并联桥本构模型

为了深入研究心肌的力学性质,通过理论推导,提出了心肌的并联桥本构模型。该模型包含心肌的被动力、主动力和生长应力三种模型。被动力模型是一个各向异性的非线性弹性模型,其力学性质主要决定于心肌的纤维方向的力学性质;结合自由钙离子浓度演化方程和横桥动力学模型,发展了心肌的主动力模型,在周期化钙离子浓度场的基础上,得到随时间周期变化的主动应力;提出了生长应力的概念,建立基于生长因子表达变化的生长应力模型。研究结果表明,并联桥本构模型完备地反映了心肌的被动力、主动力和生长应力3种应力状态模型。     

心肌组织力学行为的测试系统

为方便与准确定量地研究心肌组织主动力与被动力的性质,在综合现代实验力学中的光测、电测和步进电机控制等技术的基础上开发了两套实验测试系统。这两个系统也可用于一般生物软组织性质的研究。论述了这两套测试系统各自的工作原理,介绍了硬件和软件的组成部分和功能,以及关键部位力传感器的设计和标定。介绍了心肌力学性质测试的一般方法,初步得到了心肌组织的被动力和主动力的基本性质,和现有的理论模型进行了拟合和比较,表明这两套系统可以完成心肌组织的生物力学性质的测试。     

考虑细观缺陷和静力本构的混凝土动力本构模型

混凝土的动力特性一直是研究人员关心的一个问题。经典的细观力学方法虽然可以较好地描述混凝土的性质,但计算比较复杂。该文提出了一种考虑细观缺陷的混凝土动力本构模型,该模型不需要进行繁琐的计算,直接在混凝土静力应力应变关系基础上,考虑混凝土断裂韧度和微裂纹应力强度因子在静动力荷载下的差异,推求动力荷载下的应力应变关系。与试验结果对比表明,本文提出的理论模型能较好地反映混凝土的动力特性。     

变分数阶微积分在描述材料力学性质演变方面的应用

材料在受力和变形过程中,力学性质是不断变化的,而现有的整数阶本构模型只能定性描述材料从弹性变为塑性,变为流体,不能定量地描述力学性质的演变．在常分数阶本构模型的基础上,提出一个新的变分数阶本构模型．从理论上讲,该模型可以通过阶数的变化来展示材料力学性质的变化．用该模型,对铜、铝合金以及低碳钢在等应变率拉伸过程中的力学性质进行分析,发现其变化过程均可分为3个阶段：第1阶段为线弹性阶段,第2阶段力学性质发生突变,第3阶段为线性变化阶段,而这与实验中所得现象是符合的,从而得出该模型可以描述力学性质演变．因为阶数的变化范围为0到1,所以该模型可用于其他粘弹性材料在具有时间效应的受力及变形过程中力学性质演变的分析,如岩土及高分子材料的应力松弛与蠕变,等应变率加载等．     

磁流变材料的粘塑性模型

在外加磁场作用下,磁流变材料的力学性质可迅速发展变化甚至发生相变固化,材料的性能依赖于外加磁场的强度,作者基于一个简单的机械模型,发展了磁流变体的粘塑性本构描述,预言了磁流变流体的力学行为随磁场强度的变化,较好地描述材料的不同磁场强度下应力随应变而变化,结果表明所提出的模型能描述MR材料的塑性变形,粘性变形等内在的力学响应特性。     

电流变流体的本构模型

电流变流体是由一种基液，加入非导电介质微粒和高分子表面活性剂混合而成的液体，因其独特的电流效应成为材料科学领域的研究热点。在外加电场作用下，电流变流体的力学性质可迅速发生变化甚至相变固化，流体的力学性能依赖于外加电场的强度、介质微粒的体积百分比浓度以及介质微粒的大小。文章基于一个类似Maxwell模型的简单机械系统，采用非连续介质力学的内蕴时本构理论，在仅考虑电场强度对电流变流体力学性能的影响下，发展了一种描述电流变流体的本构模型，预言了电流变流体的力学行为随电场强度的变化，描述了材料在不同电场强度下应力随应变的变化规律。     

三峡工程二期围堰堰体材料流变本构模型研究

三峡工程二期围堰堰体结构材料主要成分是风化砂和石碴料,通过采样和实验分别得到了这两种材料的力学特性和基本性质,总结了其变形规律.在实验成果和实测的基础上,分析研究了围堰填料的应力应变关系.提出了三参量堰体材料流变本构模型,该模型既可以描述材料的蠕变过程行为,又能描述材料应力松弛特性,符合大多数材料的粘弹性力学特性,能够很好的分析研究围堰堰体结构的应力应变.     

非饱和土的临界状态面模型

饱和土与非饱和土之间及非饱和土之间在力学性质上的差别主要是由于它们饱和度的不同而造成的．以饱和度作为参变量,以现有的比较成熟的土的本构理论作为基础,充分考虑饱和度的变化对土的工程性质的影响,根据塑性硬化理论和临界状态以及屈服面的概念,研究了非饱和土的流动法则和硬化规律,导出了非饱和土的应力应变增量公式,建立了一种较为简单的描述非饱和土应力应变特性的本构模型,为丰富和进一步完善非饱和土的本构理论作了有希的探讨．该模型具有广阔的工稃府用前景．     

X60管线钢的本构关系及失效判据

X60管线钢是石油、天然气输送用的主要钢种,在外界载荷作用下,易发生局部变形或应力集中,而导致屈曲甚至拉裂失效。对其进行力学研究,评价其力学安全性已成为管道风险管理的重要内容之一。其中,本构关系方程是力学研究的基础内容,失效判据则决定了管道生命的周期。通过对比X60管线钢的静力拉伸实验应力应变关系和Ramberg-Osgood本构关系,发现ε≤εP0.2时,Ramberg-Osgood本构方程能够比较准确地反映X60管线钢的拉伸应力应变关系;但当ε＞εP0.2时,基于Ramberg-Osgood模型所得理论本构曲线与实验结果有较大的误差。基于此,笔者根据X60管线钢静力拉伸弹性阶段和塑性阶段的不同力学特征,采用插值法对Ramberg-Osgood本构模型做出了修正,提出了X60管线钢在单向拉伸状态下的全局二段式应力应变关系式,该关系式更加准确地表达了X60管线钢的拉伸应力应变关系。考虑到焊缝及热影响区对管道强度和刚度的影响,结合塑性材料基于应力的失效判据和基于应变的失效判据,笔者提出了焊缝影响因子及X60管线钢的应变控制失效准则,建立了基于第四强度理论的管道失效时的临界应力计算方程。     

基于生物流变学的真实感人脸模型

该文给出了一种基于生物流变学的真实感人脸建模方法。该方法从决定人脸运动及表情的两方——受力方人脸及施力方人脸肌肉的运动动力学性质及生物流变学性质出发,用胡克体与牛顿体的串并联构建人脸各器官的粘弹性模型,建立应力—应变关系的本构方程;给出了人脸部三类肌肉的力学模型,并推导出人脸驱动模型。实验结果表明,本方法所得人脸模型能较逼真地模拟人脸的力学性质及运动特性。     

三维分层地应力模型与井眼岩石破裂准则

对油田开发分层地应力进行弹性力学分析 ,建立了分层地应力三维弹性力学计算模型 .分析模型综合考虑了垂向地应力与岩石特性对破裂压力的影响 ,给出考虑垂直应力影响的最小地应力计算公式 ,结果可用于油田开发设计 .另外 ,分别考虑地层垂向压力和岩石变形特性的影响 ,采用控制最小周向应变参数得到了井眼岩石破裂的准则 .     

基于热力学方法的甲烷水合物沉积物本构模型

甲烷水合物沉积物的力学特性研究尚处于起步阶段,较系统的试验数据仍然不够充分,能够描述甲烷水合物沉积物力学特性的本构模型也不多.基于热力学原理和临界状态的概念的本构模型,可以自动满足热力学定律,其流动法则和屈服函数都可以很自然地从耗散函数中导出.首先介绍了基于热力学方法的甲烷水合物沉积物本构模型,并利用已有的甲烷水合物沉积物的三轴试验数据对模型进行了验证,进一步地应用该模型分析应力间距比对甲烷水合物沉积物力学特性的影响,强调应力间距比和屈服面形状在模型构造中的重要性.模型参数分析表明,应力间距比对甲烷水合物沉积物排水和不排水应力-应变关系、有效应力路径以及剪胀关系都有明显的影响.     

深部逆断层圆弧形断面诱发煤岩动力灾害的力学分析

为了探索逆断层附近易于发生煤岩动力灾害的力学机制,构建了由构造应力为主导的圆弧形断层面简化力学模型,得到了构造应力以及由其引起附加垂直应力的分布规律,进而建立了断层上盘逆冲滑动临界角度的数学模型。研究表明:水平构造应力与附加垂直应力随着断层倾角的增大而增大,当断层倾角接近90°时,附加垂直应力突然增大且其值数倍高于水平构造应力;基于逆断层滑动的力学分析,理论计算了煤层沿断层逆冲滑动的临界角度,这将对煤岩动力灾害的危险性预测有一定的参考意义。     

基于H型钢残余应力主动控制的矫直工艺设计

针对H型钢辊式矫直过程残余应力的主动控制,基于工程弹塑性理论建立一种矫直过程应力演变的分析模型;采用离散解析实现对模型的快速数值求解;继而基于该分析模型建立一套能够实现残余应力主动控制的工艺参数主动设计方法;运用该方法对典型规格H型钢矫直工艺参数进行工艺设计.建立的分析模型运算结果与有限元结果吻合且计算成本得到有效控制,模型能够实现有限时间内整个矫直工艺参数域内残余应力演变结果的分析;工艺设计方法能够得到一定目标参数和约束条件下的残余应力主动控制工艺参数.     

钢筋混凝土界面问题分析模型

钢筋与混凝土主要通过界面黏结作用来共同承受荷载,在界面上的受力属于不连续介质的力学问题.应用解决不连续介质力学问题的界面应力元法建立交界面的分析模型,对拔出试验和拉伸试验进行了数值模拟,数值模拟计算结果与试验结果接近.     

Reverse engineering of the giant muscle protein titin

Through the study of single molecules it has become possible to explain the function of many of the complex molecular assemblies found in cells. The protein titin provides muscle with its passive elasticity. Each titin molecule extends over half a sarcomere, and its extensibility has been studied both in situ and at the level of single molecules. These studies suggested that titin is not a simple entropic spring but has a complex structure-dependent elasticity. Here we use protein engineering and single-molecule atomic force microscopy to examine the mechanical components that form the elastic region of human cardiac titin. We show that when these mechanical elements are combined, they explain the macroscopic behaviour of titin in intact muscle. Our studies show the functional reconstitution of a protein from the sum of its parts.     

Determination of Mechanical Properties of Micromembranes with Compressive Residual Stress

A novel model of a load-deflection method to determine the mechanical properties of micromembranes with compressive residual stress is described. Since thin film structures are frequently used in micro devices, characterisation of mechanical properties of thin films is desired by the design and fabrication of micromachines. In this paper, the mechanical properties of thin micromembranes under compressive stress are characterised, which are fabricated by bulk micromachining. The relation between the center deflection and the load pressure on a square membrane is deduced by modelling the membrane as an elastic plate having large deflection with clamped boundaries. According to the model, whether the membrane has initial deflection or not has no effect on the measurement result. The Young's modulus and residual stress are simultaneously determined. The mechanical properties of siliconoxide, silicon nitride membranes and composite membranes of polysilicon with silicon nitride are measured.     

润扬悬索桥扁平钢箱梁局部应力的测试与分析

为了计算钢箱梁的局部应力并与现场实测进行对比分析,基于子模型法提出了大跨悬索桥扁平钢箱梁应力分析的数值计算方法.以润扬悬索桥为例,建立全桥的整体结构尺度模型,并通过成桥试验验证了该模型的准确性.选取跨中钢箱梁建立局部构件尺度的精细模型.在局部模型的切割边界,应用子模型法衔接两尺度模型进行钢箱梁局部应力的数值计算,并与成桥静载试验的测试结果进行了对比分析.在此基础之上,系统地总结了大跨悬索桥钢箱梁结构在车辆荷载作用下的工作行为和受力性能.结果表明,钢箱梁顶板U形肋存在较大的应力变化幅值,应作为结构健康监测与疲劳状态评估的重点构件.