血管支架随机均匀性扩展问题的模型和应用

从力学上提出了随机失稳结构串联扩展的均匀性问题,建立了描述该问题的数学模型,提出了均匀性指标概念和该指标的概率计算公式和方法. 针对两个扩展单元构成的串联结构,详细考察了筋厚度发生随机时对于扩展均匀性指标的影响,得到均匀性指标概率与筋厚度随机范围、载荷和强化系数等的变化关系. 研究发现当总扩展位移一定的情况下,强化系数的改变对于均匀性有重大影响.关键字:血管支架 均匀性 随机 失稳 串联      

4D打印负泊松比聚乳酸心脏支架的体外性能研究

冠心病等心血管疾病的发病率逐年提高,血管支架使用率大幅提升．聚乳酸等形状记忆聚合物生物相容性较好、具有一定生物降解特性,可以用于制备新型心脏支架．心脏支架需要收缩时体积尽可能小,且膨胀时足以撑开堵塞的血管,因此需要具有负泊松比特性.本文基于聚乳酸的力学和形状记忆性能,设计了不同截面胞数的凹六边形负泊松比心脏支架模型,使用4D打印熔融沉积成型技术对其制备,并对血管支架模型的力学性能、形状记忆性能及血管支撑性能等进行测试,分析了支架的不同构型对支架体外性能的影响．同时,进行了有限元数值模拟,弹性模量和泊松比计算结果与实验相吻合．本文提出的模型对于通过4D打印的方式构建在临床上可用的新型血管支架具有重要参考价值．     

OPTIMIZATION DESIGN OF DEGRADABLE POLYMER VASCULAR STENT STRUCTURE

聚合物血管支架由于材料刚度较低导致其径向支撑能力相对于金属血管支架较弱,通常采用增大支架筋宽和厚度的方式来提高其径向支撑能力,但这不仅会降低支架的柔顺性能,减小血管管腔获得面积,还会增大表面覆盖率,从而增大支架内再狭窄的风险.为了设计出具有较小筋宽和厚度的聚合物血管支架,提高其径向支撑能力,本文采用一种将Kriging代理模型和有限元方法相结合的优化方法来优化支架的结构.采用Kriging代理模型建立设计目标和设计变量之间近似的函数关系,采用优化拉丁超立方抽样方法选取初始样本点,采用EI函数平衡局部和全局搜索,以便获得全局最优解.选取ART18Z聚合物支架作为算例,首先将支架的筋宽和厚度各减小0.02 mm,然后采用优化方法优化ART18Z支架的几何结构参数.数值结果表明,优化后ART18Z支架的综合服役性能得到改善,文中提出的优化方法能有效地应用于聚合物血管支架的优化设计.     

可降解聚合物血管支架结构优化设计

聚合物血管支架由于材料刚度较低导致其径向支撑能力相对于金属血管支架较弱,通常采用增大支架筋宽和厚度的方式来提高其径向支撑能力,但这不仅会降低支架的柔顺性能,减小血管管腔获得面积,还会增大表面覆盖率,从而增大支架内再狭窄的风险.为了设计出具有较小筋宽和厚度的聚合物血管支架,提高其径向支撑能力,本文采用一种将Kriging代理模型和有限元方法相结合的优化方法来优化支架的结构.采用Kriging代理模型建立设计目标和设计变量之间近似的函数关系,采用优化拉丁超立方抽样方法选取初始样本点,采用EI函数平衡局部和全局搜索,以便获得全局最优解.选取ART18Z聚合物支架作为算例,首先将支架的筋宽和厚度各减小0.02 mm,然后采用优化方法优化ART18Z支架的几何结构参数.数值结果表明,优化后ART18Z支架的综合服役性能得到改善,文中提出的优化方法能有效地应用于聚合物血管支架的优化设计.     

加筋土地基模型试验边界效应与承载性能分析

为进一步探讨边界效应对加筋土地基的影响,基于室内方形基础下加筋土地基大模型试验,采用ABAQUS有限元软件建立加筋土地基数值模型,主要分析了模型宽度L和加载板宽度B对加筋土地基承载性能、地基内部土体应力应变及筋材变形的影响。结果表明:无筋地基与加筋土地基极限承载力均随L/B的减小而增大,当L/B>5时,可忽略边界效应对加筋土地基的影响;当L/B<2.67时,边界效应对加筋土地基的影响最大;当L/B>4时,边界效应对无筋地基的影响可忽略不计;加筋能够显著改善地基土体的不均匀沉降和减小基础两侧土体隆起高度;竖向应力分布区域随着B的增大而增大,加筋土地基受竖向荷载的影响宽度为5B,影响深度为2.57B~4B;当L/B>5时,不同L/B工况下土体变形、应力分布及格栅变形曲线基本重合,此时加筋土地基受边界效应的影响可忽略不计。     

复合材料正交加筋板在横向载荷下挠度计算的半解析法

本文采用一种新的半解析法,即独特利用Heaviside函数建立与加筋板等效的变刚度模型来开展复合材料双向正交加筋板在横向载荷下的弯曲挠度分析．此模型可以准确地描述筋条在板面上的分布,以及由于筋条的存在而导致的板面刚度不均匀分布．使用Galerkin加权残值法求解该模型的控制方程,得到不同边界条件和载荷情况下的级数解．对于双向正交加筋板,将此半解析法的结果与传统均匀化方法和使用商业有限元软件ABAQUS建立的有限元模型所得到的弯曲挠度结果比较,验证了此方法的准确性和优越性．不同于传统均匀化方法,本双向正交加筋板的弯曲挠度半解析法可精确、有效地获取加筋间的局部弯曲挠度,可以促进复合材料结构的设计分析与优化的研究进展．     

混凝土受拉性能多尺度均匀化数值模拟研究

为研究混凝土的细观结构对其受拉性能的影响,本文首先采用蒙特卡罗方法生成了多组混凝土随机骨料模型;然后划分有限元网格并映射到所建立的混凝土随机骨料数值模型上,采用复合材料均匀化方法建立了混凝土多尺度均匀化数值模型。考虑骨料随机分布和骨料形状,通过数值分析得到了在单轴拉伸情况下混凝土损伤分布特性及宏观应力-应变关系,在考虑随机性与非均质性的同时得到了较为理想的结果。运用多尺度均匀化的建模方法不仅能反应混凝土细观结构的影响,而且等效化模型的模拟计算时间大大减少,节约计算资源,提高了计算效率,具有优越性。     

混凝土材料宏观力学特性分析的细观单元等效化模型

提出了一种混凝土材料宏观力学特性分析的新方法—细观单元等效化模型。该方法从描述混凝土材料的细观尺度入手,采用Monte Carlo法生成由骨料颗粒及砂浆基质组成的混凝土试件的随机骨料模型;然后,依据混凝土材料特征单元尺度来剖分有限元网格并投影到建立的随机骨料模型上,各细观单元的有效力学特性则采用复合材料等效化方法来确定。本文方法体现了材料非线性宏观力学特性源于其内在的不均匀性这一认识,而对不均匀性的描述则是以网格剖分是否影响其宏观力学特性为准则。因此,本文方法较其他细观力学方法最大的优点在于极大地减小了体系自由度数目（特别是对于三维问题）,从而提高了计算效率。算例分析初步验证了本文方法的高效性。     

块体金属玻璃压缩变形和破坏特性的有限元模拟研究

论文通过LS-DYNA软件的用户自定义材料子程序(UMAT),将考虑自由体积、热以及静水应力影响的三维热力耦合本构模型编写入有限元软件中.同时考虑金属玻璃材料内部结构的不均匀性,建立了包含随机分布剪切带弱区的有限元模型.在此基础上开展了针对块体金属玻璃在准静态压缩和弯曲条件下的有限元模拟研究,具体分析材料的非均匀变形和破坏特性,并特别研究了相应的剪切带行为,包括剪切带的形核、传播以及剪切带诱导的断裂等.     

激光驱动液滴迁移的机理研究

液滴热毛细迁移是微重力流体科学中的典型科学问题, 微重力液滴动力学研究不仅具有流体力学的理论意义, 而且具有重要的实际应用价值. 建立了二维轴对称激光驱动液滴迁移模型, 通过仿真计算研究微重力环境下激光驱动液滴迁移的过程, 研究了液滴直径、母液参数等对液滴迁移速度及行为的影响. 首先研究了母液和液滴对激光系数均较小, 液滴初始位置不同时液滴的迁移行为; 然后研究了母液对激光吸收系数较小, 液滴对激光吸收系数较大时, 不同液滴直径与母液宽度比条件下液滴的迁移行为. 仿真结果表明: 当母液和液滴对激光的吸收系数都很小时, 液滴迁移的方向主要受到液滴初始位置的影响; 当母液对激光的吸收系数较小, 液滴对激光的吸收系数较大时, 液滴会朝激光方向迁移, 液滴初始位置对迁移方向影响较小, 但液滴直径与母液宽度之比会影响液滴迁移行为. 将模拟结果与YGB理论对比, 仿真结果与理论结果趋势一致. 研究激光驱动液滴迁移的物理机制, 探索界面张力作用机理, 得到激光驱动液滴迁移的规律, 探索对液滴的驱动控制方法.      

三组结构面状态下不同产状结构面的力学效应研究

本文分析了三组结构面产状模型力学实验结果, 揭示了这种组合条件岩体中产生压剪区、张剪区及结构面、结构体的多种变形成分, 也揭示了压剪区和张剪区形成机理、及三组结构面组合下结构面产状的力学效应。     

混凝土疲劳分析方法综述

从探究物理机制的视角对混凝土疲劳研究进行了逻辑上的梳理,表明既有研究可分为3 类主要模型:基于疲劳试验分析的现象学模型、基于断裂力学的疲劳裂纹扩展模型和基于损伤力学的疲劳损伤演化模型. 通过解析具有典型性的研究,论述了不同类型研究的特点. 进而,从还原论的角度出发,阐明了速率过程理论可以作为解释混凝土材料疲劳损伤演化的物理基础. 注意到疲劳试验结果所表现出的显著随机性,阐述了应以物理随机系统思想研究混凝土疲劳问题的观点.     

热弹性通解完备性的一个新证明

关于线性各向同性热弹性问题,M.A.Biot提供了一个通解表达式,A.Verruijt证明了这个通解式的完备性。但是此证明十分冗长.本文提供一个完备性证明,这个证明比[2]的证明要简明得多.     

CHARACTERIZATION OF POWDER FLOWABILITY USING MEASUREMENT OF ANGLE OF REPOSE

In response to the need in industry for a quick and reproducible method of measuring the flowability of powders in processes involving transport and storage, the apparently simple idea of measuring angle of repose has been revived. The simple tester first used has evolved over a number of years into the present version which is shown to be capable of handling quite small samples of powders that are even slightly cohesive. Experimental data are presented and results shown to compare consistently with the better known Hausner ratio.     

一类二自由度系统振动的黄金分割率

作为数学史上一个重要的比例关系,黄金分割理论已在美学、建筑学甚至工程学中发挥了一定的作用.为了研究一类二自由度系统振动的黄金分割效应,首先介绍了黄金分割的基本理论,然后分别分析了该类二自由度体系的自由振动特征,以及简谐载荷作用下受迫振动的共振机制.结果表明,结构圆频率与层刚度和质量之比、两结构质点振幅之比都符合黄金分割率,结构在振动中具有和谐之美.     

浮体平衡稳定性的研究和应用

本文研究了几种简单的浮体和船体模型的稳定性,并对船体模型能承受的最大外力矩作了分析和计算,然后将这些分析和计算方法推广到任意形状的实际船体。这对船舶设计提供了一定的参考。本文对浮体稳定平衡的6种判据作了比较,指出各自的优点和局限性,以及相互关系。这对澄清有关的基本概念,改进该领域的教学和研究,会有所助益。     

CHARACTERIZATION OF POWDER FLOWABILITY USING MEASUREMENT OF ANGLE OF REPOSE

In response to the need in industry for a quick and reproducible method of measuring the flowability of powders in processes involving transport and storage, the apparently simple idea of measuring angle of repose has been revived. The simple tester first used has evolved over a number of years into the present version which is shown to be capable of handling quite small samples of powders that are even slightly cohesive. Experimental data are presented and results shown to compare consistently with the better known Hausner ratio.     

数学规划加权残值法在非线性微分方程中的应用

本文研究数学规划加权残值法在非线性微分方程求解中的应用,利用数学规划加权残值法和ＬＰ模理论,把非线性微分方程边值问题转化为一个可微分的无约束非线性优化问题,从而运用成熟稳定的寻优方法求得问题的解。文中数字计算例子表明本文方法可以快速有效地求解非线性微分方程。