摘要：进给伺服系统的性能对数控机床的跟踪及定位精度、加工质量等有着重要的作用。摩擦和间隙的非线性会导致系统的爬行、振荡等不稳定行为。针对闭环控制的直联式进给伺服系统,建立了考虑摩擦和间隙的综合力学模型和数学模型。研究了低速进给条件下摩擦和间隙非线性对工作台输出的影响,得出了工作台产生爬行现象的几种可能条件,并给出消除进给系统爬行现象的几种常见措施。所得结论为进给伺服系统的优化设计和性能预测提供了理论支持。

摘要：基于双稳态发电建立了在简谐激励下的非线性吸振器的动力学模型。从数值仿真的角度研究了在简谐激励下基于双稳态发电的非线性吸振器的动力学特性,分析了激励频率和激励幅值对吸振器发生大幅混沌运动的影响规律。研究了调谐频率比f、质量比μ、非线性强度β和吸振器的阻尼系数γ1对非线性吸振器和主系统动力学特性的影响,得到了主系统发生共振和非共振情况下非线性吸振器的最优参数配置,为非线性吸振器的优化设计提供理论基础。

摘要：关节软骨是关节表面具有弹性的承重组织,其结构复杂,由固体相和液体相组成.固体相包括胶原纤维、蛋白多糖等,属纤维增强型复合结构;液体相包括水、电解质等.关节软骨提供了一个低磨损和低摩擦的光滑界面,起缓冲振动和传递载荷等支撑作用.由于膝关节承受的运动量大、应力高,关节软骨损伤在临床上较为常见.但软骨内没有血管,代谢缓慢,其损伤后难以实现自我修复.组织工程从理论上建立了一种治疗软骨缺损的理想方法,但尚未成为临床上常规的治疗选择.如何获得结构和功能相匹配,同时适用于临床治疗的工程软骨,至今仍是亟需解决的问题.在体外构建功能化工程软骨,关键在于运用生物反应器对组织施加合适的力学载荷:首先保证工程软骨复合体内信号分子、营养和废物的有效运输;其次对支架内种子细胞产生特定的力学刺激;同时促进细胞外基质结构与功能的适应性发展.本文对力学载荷在软骨组织工程构建中的应用进展加以综述:按照作用于组织层面的力学载荷传递所需的介质属性,将其分为液体介导、固体介导和其他媒质介导三种类型,重点关注不同载荷对工程软骨功能化构建的作用和效果;分析讨论软骨组织工程构建中存在的关键生物力学问题;总结和展望软骨组织工程未来的发展趋势.软骨组织工程体外培养需要考虑力学载荷和生化刺激的耦合作用;在合适的生化条件下进行滚动、滑动和压缩复合加载,将有利于工程软骨的体外功能化构建.

摘要：芜湖市轨道交通是国内首次采用中运量跨座式单轨系统建设的轨道交通骨干线,建设实施的1号线、2号线一期工程共设有34座高架车站,其中28座设于路中。车站选型的合理性、平面布局的便捷性、建筑形态的美观性直接影响其运行效率和城市形象。随着社会的发展与进步,人们对交通建筑功能提升的需求、高架系统景观协调性的要求和对地域文化性表达提出了更高要求,因此,路中高架站的轻量化研究至关重要。通过对车站使用功能、站台利用率、区间景观效果、结构受力分析、与道路适应性、设备用房布设条件等多方面分析与研究,芜湖市轨道交通高架站选择侧式站台作为车站标准站型。提出了根据车站所处不同区位的具体属性特征,进行站点周边规划与景观融合的一体化规划设计;以标准站型为研究对象开展平面布局优化与空间高效利用技术的研究;针对工程穿越芜湖市老城区时,路中绿化带宽度仅为3 m,采用传统的钢筋混凝土结构型式难以满足实际设站条件的工程实际,研发了跨座式单轨新型结构体系成套关键技术。研究成果对芜湖市轨道交通工程路中高架车站的选型、平面布局、立面设计、空间利用、结构体系、抗震设计及节点设计进行了全面介绍,对一系列关键技术及创新进行了系统总结,独柱钢-混组合结构为道路条件受限的城市轨道交通路中高架车站探索了一条新的实践之路。

摘要：背景:载人航天器发射与返回、舰载机的起飞与降落,会使航天员、飞行员处在高加速度(超重)环境中,高加速度环境会对细胞、器官、动物体等产生重要影响。高加速度离心加载机是一种可以为动物个体及细胞提供高加速度力学环境的装置,在航空航天的力学生物学、组织工程研究中起基础平台作用,目前通常生物学实验室需要高加速度加载装置。目的:结合现有离心机,设计制作大鼠高加速度离心加载机,研究大鼠在高加速度力学环境下的力学生物学响应。方法:离心机设计制作流程:确定设计参数、选择动力源→设计离心机结构并验证→选择制作控制器→加工制作机器并调试。对大鼠进行水平和竖直放置方向的加载,每个方向设置了4 G组、8 G组、10 G组、20 G组4个小组和一个对照组,观察不同高加速度环境对大鼠身体和行走能力的影响。结果与结论:①经过结构设计加工、配件选型和安装调试研制出高加速度加载机,设备包括机械结构与控制系统两部分;该机运行平稳,噪声低,平稳实现0-40 G的高加速度加载,并且还可实现变加速度加载;②采用该机对大鼠进行不同高加速度环境加载后,表现出身体向一侧倾斜,不能直线行走的现象,并且伴随战栗、后肢充血等症状,高加速度值越大,大鼠所受的影响越大,经过一段时间休息,大鼠身体基本可以恢复;③实验结果验证了该离心加载机可以为动物实验提供相应的高加速度环境,可以用于研究高加速度环境下动物的力学生物学响应。

摘要：在对骑行人车系统动力学研究的基础上,分析在骑行周期内膝关节软骨的受力状态,以期获得关节软骨受力的规律,增加对骑行时膝关节生物力学特性的理解。基于有限元分析法,建立包括股骨、胫骨、腓骨、髌骨、关节软骨、半月板及韧带组织的人体全膝关节有限元模型。将骨组织刚体化,并对其施加屈曲位移边界条件,包括胫骨相对股骨的内旋、内收、前移和外移以及髌骨相对股骨的屈曲、内旋、内倾以及外移。通过显式动力学分析计算,获得膝关节屈曲60°、80°和100°相位,同时得到骑行状态上述屈曲位处膝关节软骨的应力分布。结果通过有限元分析,获得骑行姿态下膝关节相关相位的力学分布规律。结果表明,相同载荷下,最大von-Mises应力出现在屈曲100°位置,股骨软骨应力增幅达71.25%,髌骨软骨增大29.36%;随着骑行屈曲角度的增加,胫股关节高应力区逐渐向膝关节后部转移,髌股关节软骨受力逐渐上移。骑行时高应力发生在膝关节屈曲角度较大位置,胫骨平台软骨后侧、髌骨软骨上侧承受更大应力。

摘要：针对现有过渡车钩结构笨重、材料分布不合理的问题,对其进行轻量化结构设计。建立原始过渡车钩三维模型及列车运行纵向动力学模型,采用列车单质点模型和多质点模型相结合的方法分析计算列车纵向力,获得过渡车钩极限载荷。采用ANSYS有限元分析软件对原始过渡车钩进行静力学分析,然后结合变密度法对过渡车钩进行拓扑优化分析,确定轻量化过渡车钩结构方案,并对其进行强度、刚度分析及疲劳强度校核。由结果可知,轻量化后过渡车钩在满足正常使用的前提下较原始过渡车钩减重20.14%,轻量化效果显著。

摘要：目前研究力学因素对细胞行为的影响很大程度上依赖于离体实验,基于此本文研制了一种具有较大均匀应变区域的培养室,其中含有以直线电机为动力,频率高达20 Hz的细胞拉伸加载装置,可对细胞施加力学作用。本文以应变均匀为目标,基底厚度为变量,利用有限元技术对传统培养室的基板底部进行优化,最后构建了切面为“M”型结构的新型培养室三维模型,并采用三维数字图像相关法(3D-DIC)检测应变场和位移场的分布,以验证数值模拟结果。实验结果表明,新型细胞培养室增大了应变加载的准确性和均匀区域,较优化前提高了49.13%~52.45%。另外,利用该新型培养室初步研究了在同一应变、不同加载时间下舌鳞癌细胞的形态变化。综上,本文构建的新型细胞培养室结合了以往技术的优点,可传递均匀精准的应变,以便用于广泛的细胞机械生物学研究。

摘要：背景:膝关节是人体运动的主要承重组织,也是临床上疾病的好发部位。滚压负载对膝关节软骨组织的生理、病理有较大影响,但目前对此研究较少。目的:通过新的滚压装置在控制不同的滚压速率、压缩量,在滚压次数最大为150次的连续加载下研究完整与缺损软骨的力学性能。方法:首先制备完整与缺损猪关节软骨试样,通过滚压装置控制不同的载荷条件。以非接触数字相关技术进行图像采集,观察滚压条件下完整及缺损软骨不同层区的应变情况。结果与结论:滚压载荷下,不管是完整软骨还是缺损软骨,都是浅表层区应变最大,深层区最小,中间层位于二者之间。软骨缺损附近的各层应变较完整软骨更大。随着压缩量的增加,缺损软骨在连续滚压载荷下缺损附近的应变变化也较大。滚压速率越大,到达最大稳定的应变也越快。提示不同滚压速率、不同压缩量和缺损都会影响膝关节软骨组织的力学性能,也使得软骨不同层区的力学性能表现不同。软骨缺损导致滚压载荷下软骨组织的变形增大,这可能会进一步加重软骨的损伤。

摘要：在蛋白质设计领域,人工智能技术的应用已经催生了一些大模型。蛋白质的计算设计是指利用计算机技术辅助确定蛋白质的氨基酸序列,实现预设的结构和功能的过程。基于计算的蛋白质设计可进行改造设计或从头设计。特定功能的蛋白质快速生成,对生物医学研究、药物开发和生物工程等领域的发展具有重要意义。本文首先从传统计算方法、机器学习方法和深度学习方法对蛋白质的计算设计进行了梳理概述,然后介绍大语言模型的核心架构Transformer,重点分类介绍了蛋白质大语言模型的研究应用,最后对未来的研究重点进行了展望。