摘要：在冷喷涂(CS)的沉积过程中,颗粒间结合强度较弱,涂层内普遍存在孔隙和颗粒间边界等缺陷。为研究这些缺陷的形成机制,在不同载流温度下,制备了3种不同粒度分布的Ti金属涂层;根据试验参数,建立随机多颗粒沉积的Coupled Euler-Lagrange(CEL)模型,计算获得了颗粒沉积后的变形情况及涂层内部的孔隙分布规律。结果表明,数值模拟和试验结果吻合良好。碰撞作用导致颗粒的累积呈现方向性,随着速度提高,颗粒的变形增大且内层颗粒受速度影响比外层颗粒更大。在相同参数下,大粒径颗粒沉积获得孔隙尺寸更大,孔隙率更高。在低速情况下,涂层内部的孔隙会相互连通形成孔簇,而随着临界速度比增大,孔隙率降低。

摘要：人工心脏(血泵)应兼具优良的水力学性能和血液相容性,血泵性能的提升依赖于良好的优化设计方法。本文对近年离心式血泵优化设计相关的工作进行总结,首先回顾数值模拟方法的进展,高保真度的流场数值模拟是进行血泵优化设计的先决条件;接着主要从叶轮、蜗壳、间隙等方面概括优化设计的参数敏感性研究;总结优化设计常用的几种方法,包括参数敏感性研究、正交优化、机器学习/遗传算法、拓扑优化;最后提出血泵优化设计的展望及存在的挑战。研究结果可为未来的血泵优化设计工作提供有益的借鉴和参考。

摘要：背景:虽然神经导管为周围神经修复提供了潜在的治疗手段,但传统神经导管只能为修复过程提供机械通道支持,治疗效果仍有待提高。碳纳米材料具有良好的理化性质,在电化学及组织工程等领域有着广阔的应用前景。负载碳纳米材料的神经导管,在经过适宜的功能化修饰后,有望进一步提升神经修复质量。目的:对近年来负载碳纳米材料的神经导管/支架应用于周围神经修复的研究进展作一综述。方法:在PubMed、Web of Science、中国知网和万方数据库中检索在周围神经再生方面应用碳纳米材料导管的相关文献,英文检索词为“carbon nanomaterials,carbon-based nanomaterials,nerve conduit,nerve guidance conduit,scaffold,nerve regeneration,peripheral nerve repair,peripheral nerve injury”,中文检索词为“碳纳米材料,碳材料,石墨烯,碳纳米管,神经导管,神经支架,神经修复,神经再生,周围神经损伤”,最终纳入69篇文章进行综述。结果与结论:①碳纳米材料主要通过激活钙离子通道及诱导胞内钙活动发生的方式恢复受损神经生物电信号传导,不同神经导管设计策略的应用提高了神经修复的效果。②神经内血管化是修复周围神经损伤的前提,碳纳米材料生成的活性氧及活性氮触发了后续相关信号通路,促进神经内新生血管形成。③M1和M2型巨噬细胞的比例变化会影响周围神经损伤的修复,碳纳米材料在损伤早期通过促进巨噬细胞向M2型极化以发挥抗炎和促神经再生作用。④部分碳纳米材料在胞内诱导过量活性氧生成,可能具有不利于神经修复的细胞毒性,但合适的功能化修饰能够改善碳纳米材料产生的不良作用。⑤碳纳米材料虽然能够恢复周围神经损伤微环境,发挥促进周围神经再生的积极作用,但由于固有的细胞毒性及不明确的体内转归降解途径,碳纳米材料距离临床应用仍有距离。未来研究可以通过如功能化改性等方法提高碳纳米材料的生物相容性,而经过改良的碳纳米材料在神经组织工程领域有着较好的应用前景。

摘要：下肢外骨骼能够帮助截瘫患者、偏瘫患者重获行走能力,但由于生理原因和装配原因,外骨骼关节与人体关节的转轴无法重合,导致人机间出现不良的交互力,进而会影响人体的关节、软组织内力。传统下肢外骨骼的人机互连装置无法解决人机关节转轴不重合带来的问题,该文设计了一种基于滑块导轨机构、可自适应补偿人机关节转轴偏差的新型下肢外骨骼人机互连装置,并分别对人体穿戴配备有本装置和传统装置的下肢外骨骼行走时摆动一侧人体下肢进行了静力学分析。计算结果表明:相比传统装置,新型装置能使人体关节内力更为平稳,并且可减小人体髋关节的内力:当人机关节转轴在矢状面内出现竖直偏差时,内力平均可减少2.45%;当人机关节转轴在矢状面内出现水平偏差时,内力平均可减少11.23%。该装置也可影响人体膝关节的内力,当人机关节转轴在矢状面内出现竖直偏差时,内力平均可减少13.68%;当人机转轴在矢状面内出现水平偏差时,内力反而平均增大23.48%。本文初步验证了该装置的可行性,它对降低人体髋关节和膝关节软骨、软组织处的磨损均有积极意义,从而可以改善使用者的外骨骼穿戴体验。

摘要：外骨骼能够帮助截瘫患者行走和康复训练。动力助行外骨骼对患者自身的肌肉力量要求较低,但其驱动电机尺寸、重量较大;无动力储能助行外骨骼不需要电机,但对患者的肌力有一定要求,长时间行走容易导致患者疲劳。该文结合两者优势,设计了一种基于棘轮棘爪机构的离合式弹性驱动器,作为助行外骨骼机器人的髋关节驱动器。在支撑期,截瘫患者依靠自身肌力和拐杖转移重心,同时电机将能量储存在扭簧里;在摆动期,已充分储能的扭簧迅速释放能量帮助患者向前迈腿。该文建立了驱动器在支撑期(扭簧储能)和摆动期(扭簧释能)的动力学模型,并以峰值功率为优化目标,优化参数包括电机角加和减速度。仿真结果显示,对比直接用电机和减速器驱动患者髋关节,该驱动器可显著减小电机平均功率和峰值功率,因此可以通过离合式弹性驱动器特殊的设计,选用额定力矩和功率低的小电机,达到减小电机、关节驱动器乃至外骨骼整体结构的尺寸和重量的目的。

摘要：目的基于新型磁悬浮Taylor-Couette血液剪切装置研究血管性血友病因子(von Willebrand Factor,VWF)的损伤规律。方法设计磁悬浮Taylor-Couette血液剪切装置,并搭建血液剪切平台:使用猪血在稳定层流状态下进行1 h循环测试;通过免疫蛋白印迹法和酶联免疫反应分析样品,评估血液VWF损伤。结果随着暴露时间或剪切应力的增加,与初始样品相比,有大量高分子量VWF多聚体降解为低分子量VWF,减少率最高可达56.9%。当剪切应力从18 Pa增加到55 Pa时,VWF活性与VWF抗原比值从45.7%降低到32.8%。结论VWF损伤主要表现为高分子量VWF减少和VWF活性降低,VWF总含量并未产生明显变化。该新型磁悬浮Taylor-Couette血液剪切装置能够定量控制相关参数(暴露时间和剪切应力),用于体外血液损伤研究,从而为体外膜肺氧合器和血泵的设计与优化提供参考。

摘要：风机是传统行业的主要耗能原件。对风机进行优化设计,提升风机的静压效率对于节能环保具有重要的意义。迄今为止风机的优化设计更多聚焦叶轮结构,对于轮盖结构及间隙对风机性能影响的研究却很少。为提高一款工业离心式风机气动性能,通过实验和数值模拟的方法研究了轮盖结构与间隙以及前安装角对风机性能的影响,并对其进行了优化设计。首先,对风机进行测试,获得了风机的性能参数,研究了风机上盖板结构对风机性能的影响,发现平整上盖板能减少局部损失,提高效率。其次,通过数值模拟方法对风机进行参数敏感性试验,依据计算结果发现改变叶轮叶片前安装角以及叶轮与蜗壳之间的间隙对风机的气动性能均有不同影响,进而对风机进行结构改进。结果表明,改进后的风机气动性能明显改善,静压效率整体提高3%。可见,该离心风机蜗壳上盖板结构不够合理,改进蜗壳结构的风机能有效减少蜗壳不平带来的二次流损失,改进风机蜗壳与叶轮间隙可以有效缓解风机由于内泄露带来的能量损失,改进叶轮叶片前安装角可以减小因内泄露导致的叶轮底部流量增大、安装角与气流角的偏差。

摘要：为了探究叶轮与蜗壳的上盖板间隙、下盖板间隙改变对风机性能的影响,分析风机性能改善的内部流场机理,获得静压效率更高的风机,将正交试验设计方法、CFD技术和试验验证等相结合,发展了一种基于正交试验设计方法和CFD技术的离心风机优化方法,并将该方法应用于某工业离心风机的优化设计;将叶轮与蜗壳的上盖板间隙、下盖板间隙和叶片前安装角作为3个独立因素,以静压效率为优化目标,基于该优化方法,对原风机进行多因素多水平的正交试验优化设计。结果表明,优化后风机的静压效率为77.29%,对比原风机静压效率提高了2.54%;叶轮与蜗壳上间隙对风机静压效率影响较大,优化后风机的湍流强度明显降低,二次流损失减小,风机气动性提高。

摘要：目的现代离心血泵通常设计有二次流道,以此来避免流动死区并降低血栓形成的风险。由于二次流道的存在,高心血泵中二次流和淄流的强度一般都较高:传统的泵设计理论对带有二次流道的血泵将不再适用。对于这类血泵而言,通常不存在设计变量和主要水力学参数之间的经验关系。通过改变主要设计变量,优化带有二次流道的离心磁悬浮血液泵的水力学和溶血性能,重点是降低湍流和二次流动的强度。方法以前期课题组研发的离心式臌悬浮血泵为基础。

摘要：目的人工心脏(又称血泵)作为挽救患者生命的医疗装置,须尽可能地小和轻,不妨碍病人进行日常生活和运动。目前可穿戴式血泵系统往往关注生理控制、无线传能或远程监控等技术领域,而在血泵本身的结构设计过程中尚未考虑其可穿戴性.现有的体外血泵绝大部分为离心式血泵,进出口管道相互垂直,显著增加了管道的长度和占用空间,不利于穿戴。本研究的目的在于增强血泵的可穿戴性。方法在前期课题组研发的离心式做悬浮血泵基础上,设计一种便携式体外离心血泵。