摘要：【目的】设计了一种新型的Ni_(2)CoCr_(0.5)Si_(0.3)Al_(0.1)Ti_(0.1)中熵合金。【方法】在非等原子比Ni-Co-Cr基体的中熵合金中加入微量的Si、Al和Ti元素,并且通过不同温度的时效热处理进一步引入弥散的共格L12相沉淀。【结果】结果表明,700℃时效后的Ni_(2)CoCr_(0.5)Si_(0.3)Al_(0.1)Ti_(0.1)中熵合金具有最优异的力学性能,其屈服强度为783MPa,极限抗拉强度为1252MPa,伸长率为41.6%;相比退火处理样品,经过700℃时效处理使得合金的屈服强度提升了310MPa.分析合金在700℃时效样品的初始微观结构,可以确定合金中不仅存在共格的L12相结构,还有微量的金属间化合物Ni16Ti6Si7相。同时,由于高轧制量的冷轧变形和短时间的退火处理,在初始结构中发现微量的层错、纳米层错网格、Lomer-cottrell锁和位错钉扎现象的存在。其几何必需位错在拉伸过程中呈现出均匀分布,主要的变形模式以滑移为主,且具有层错结构,并没有发现变形孪晶。

摘要：通过模仿天然细胞外基质的成分和结构特性对材料表面形貌进行设计与调控,可获得新型仿生材料,并广泛应用于生物医学领域。其中,静电纺纳米纤维通过调控孔隙率、比表面积及微纳米结构等,可以模拟天然细胞外基质的结构,实现其生物功能。本文将提供不同表面形貌电纺纤维的概述。首先介绍静电纺丝的原理、设备和参数,然后讨论电纺纤维的4种表面形貌:纳米孔、串晶、沟槽和皱缩结构的制备原理、方法及在生物医学领域的应用,并对该领域相关研究和研究现状进行评价。

摘要：为解决结构动态冲击载荷拓扑优化计算过程复杂、计算效率低,而且难以收敛等问题,建立了一种在冲击载荷下结构的拓扑优化方法.将双向渐进结构拓扑优化方法和等效静力载荷优化方法相结合,同时将权值法和材料插值模型引入其中.采用内外双层循环的方式实现了冲击载荷下单相材料和双相复合材料/结构的拓扑优化.通过两个算例验证了方法的可行性与高效性,并且对优化后的结构进行动态响应分析,分析结果表明与传统方法相比,采用新方法优化得到的结构,在冲击载荷下承载能力更好,说明该方法适用于冲击载荷下结构的拓扑优化设计,且优化流程简洁,计算效率高,优化平稳高效.

摘要：非均质复合材料的宏观力学性能往往取决于细观组分的分布方式和力学性能,但是建立明确的关系表达式极其困难.为了应对这一挑战,以混凝土为研究对象,提出了一种基于深度学习的策略,能够高效、准确地通过细观模型图像信息获取应力-应变曲线.首先,使用基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的GoogLeNet模型进行图像信息识别和提取,并针对应力-应变曲线的复杂性特点,进行了数据预处理操作,并且设计了相应的多任务损失函数.数据集中的细观模型图像采用基于Monte-Carlo的随机骨料模型生成,并且使用数值模拟试验获取对应细观模型的单轴压缩应力-应变曲线.最后,通过对神经网络的训练和测试评估了所提出方法的可行性.结果表明,GoogLeNet模型训练效率和预测精度均优于AlexNet和ResNet模型,具有良好的泛化能力和鲁棒性.

摘要：点阵材料是一种轻质多功能周期性的开孔多胞材料,与传统材料相比,点阵材料具有高比刚度/强度、高抗爆抗冲击性能等优异力学性能,在高新技术领域中拥有广阔的应用前景,受到了国内外研究者的广泛关注.本文设计了一种变密度体心立方嵌套体心立方(Graded Body Centered Cubic nested Body Centered Cubic,GBCC-BCC)点阵材料,与常规体心立方(Body Centered Cubic,BCC)点阵材料相比,具有更为优异的比力学性能(比刚度、比强度和比吸能).利用3D打印技术制备了不同相对密度的GBCC-BCC点阵材料,采用实验与数值模拟相结合的方式,研究了新型点阵材料GBCC-BCC的力学性能,包括尺寸效应、变形模式、拉压不对称性以及不同相对密度下的比力学性能.实验数据和数值模拟结果均表明在单轴压缩工况下,相对密度大于0.3时,GBCC-BCC点阵材料Z方向的比刚度、比强度和比吸能优于多数基本构型点阵材料和拓扑组合构型点阵材料.

摘要：通过静态三点弯和动态三点弯实验,研究了基于海螺壳和珍珠贝壳层的仿生混合设计复合材料在不同应变率下海螺壳单元倾斜角度对试样断裂行为的影响。使用软相和硬相两种基体材料通过3D打印技术制备4组试样,基于准静态和动态三点弯冲击实验,得到了4组试样的载荷-位移曲线和起裂功等参数。结果表明:不同应变率下结构发生不同的裂纹偏转路径,在较低的应变率下,45°样品强度高,吸能效果好,30°样品断裂韧性较好;在较高应变率下,45°样品强度与韧性较好。最后,通过落锤实验,研究了不同冲击速度对混合设计结构板破坏的影响,得到了临界破坏速度及两种破坏模式。落锤实验表明,当冲击速度达到1.8 m/s时,继续增加冲击速度至2.0 m/s对仿海螺壳-珍珠贝壳结构的动态响应无明显影响。结构起裂前吸收的能量和起裂后吸收的能量在总吸能中的占比趋于稳定。

摘要：细胞培养液在微流控生物反应器中受到外界物理场(如压力梯度或者电场)作用流动而产生流体剪应力,并进一步刺激种子细胞调控其内部基因的表达,从而促进细胞的分化和生长,这个过程在自然生命组织内的微管中亦是如此.考虑到细胞培养微腔隙中液体流动行为很难实验量化测定,理论建模分析是目前可行的研究手段.因此建立了矩形截面的细胞微流控培养腔理论模型,将外部的物理驱动场(压力梯度与电场)与培养腔内液体的流速、切应力和流率联系起来,分别得到了压力梯度驱动(pressure gradient driven,PGD)、电场驱动(electric field driven,EFD)及力–电协同驱动(pressure-electricity synergic driven,P-ESD)三种驱动方式下的液体流动理论模型.结果表明该理论模型与现有的实验结果基本一致,即力–电协同作用下的解答为压力梯度驱动和电场驱动结果的叠加.细胞培养腔内的流体流速、剪应力及流率幅值均正比于外部物理场强幅值,但随着压力梯度驱动载荷频率的增大而减小,随着电场驱动频率的变化不明显.在压力梯度驱动作用下,细胞贴壁处的切应力随着腔高的增大而线性增大,流率则随着腔高的增大而非线性增大,而电场驱动下的结果不受腔高的影响.生理范围内的温度场变化对压力和电场驱动的结果影响不大.另外,在引起细胞响应的流体切应力水平,电场驱动能提供较大的切应力幅值而压力梯度驱动则能提供较大的流率幅值.该理论模型的建立为细胞微流控生物反应器实验系统的设计及参数优化提供理论参考,同时也为力–电刺激细胞生长、分化机理的研究的提供基础.

摘要：目的对一种使用新方法设计的新型人工膝关节假体进行有限元模拟分析,研究改变关节假体外髁关节面的扭转角度对改善人工膝关节假体力学环境的影响。方法依据志愿者提供的膝关节CT测量数据,建立3个膝关节假体模型,内侧股骨髁在冠状面保持圆曲线,外侧股骨髁根据冠状面轮廓曲线的扭转角度不同,分为0°、10°、20°(分别命名为模型1、2、3)。将假体模型导入有限元软件,输入自然人体膝关节的运动步态信息为加载工况,模拟步态过程中膝关节假体的运动状态,并将通过模拟得到的髁间应力同使用接触力学理论公式得到的应力计算结果进行对比。结果 3组模型的最大应力出现在步态13%处,此时关节轴向力最大(2.6 kN)。模型1内、外髁最大应力分别为35.5、30.6 MPa,模型2内、外髁最大应力分别为38.4、32.6 MPa,模型3内、外髁最大应力分别为38.3、43.1 MPa。模型2、3的应力曲线相比模型1变化较为平缓。模拟得到的应力曲线与理论计算曲线的趋势相同,但个别步态时刻处有差异。结论通过增大人工膝关节假体外髁曲面的扭转角度可以改善膝关节力学环境,经过改进的膝关节假体在步态过程中对胫骨衬垫的应力突变减少,可以延长假体的使用寿命。

摘要：矿用救生舱作为煤矿井下重要的逃生装备,舱体的抗爆炸冲击性能直接决定矿工的生命安全。为了评估某型移动式救生舱的动强度,建立舱体在瓦斯爆炸载荷作用下的全尺寸有限元模型,采用ABAQUS动态显式算法对舱体的整体和局部动态响应进行了分析,按照国家暂行规定获得了舱体正面和侧面承受最大峰值压力分别为0.72 MPa和0.36 MPa,研究结果为舱体的改进设计和安全使用提供科学依据。

摘要：模拟皮肤真皮胶原蛋白纤维多角度排列的结构−3D打印相邻两层纤维夹角分别为45°、60°和90°三种拓扑结构的海藻酸钠(SA)-明胶(GEL)复合支架,研究拓扑结构对水凝胶支架性能的影响。SEM表征支架的微观结构,测量各组支架的含水率、孔隙率、力学性能、溶胀率和体外降解率,FTIR测试SA、GEL和复合水凝胶的官能团,细胞计数试剂盒(CCK-8)和免疫荧光染色检测支架对成纤维细胞(HFb)的毒性与支架的生物相容性进行表征。结果表明:各组支架拓扑结构清晰;FTIR图谱中吸收峰的相对位置提供了支架材料的化学结构;三组支架含水率和孔隙率均大于80%;45°、60°和90°支架的压缩弹性模量分别为(3.57±0.14)kPa、(3.18±0.31)kPa和(2.03±0.29)kPa。CCK-8结果表明,三组支架上细胞活性均保持在无支架对照组的90%以上。微丝和核染色结果显示,HFb接种第1天时在45°支架上的铺展优于其他两组,随着时间增加,HFb在三组支架上明显增殖,表明支架具有良好的细胞相容性。本文设计与表征了不同拓扑结构SA-GEL支架的性能,并为后续组织工程真皮的构建及在三维基质上分析HFb集体迁移的研究提供了重要基础。