皮肤力学进展

本文概述了近年来皮肤力学的发展成果,介绍了皮肤离体和在体实验的装置、方法以及所用的力学模型.并讨论了皮肤的主要力学性质,对皮肤力学在医学临床上的应用作了简介。      

生物软组织力学活体测试技术进展

本文综述了近年来有关生物软组织如皮肤、粘膜、肌腱、肌肉、神经和血管等活体状态下进行力学测试的新技术和新的试验装置，讨论了离体和活体生物力学性质之间存在差别的可能因素，以及活体生物软组织力学试验方法在临床应用中的意义。     

基于压电双脉冲剪切波加载和光学相干断层扫描的生物组织弹性测试技术

生物组织力学性能的定量测试对疾病发生和发展的研究及诊治非常重要。本文集成压电堆栈振动加载和光学相干断层扫描(OCT)提出对生物组织弹性进行定量测量的剪切波光学相干弹性成像技术。压电堆栈携带探针在双脉冲激励下对生物组织或仿体产生约2μm振幅的振动,生成剪切波。在OCT探测区域,生物组织的变形会引起OCT的相位信号变化,由此提出检测剪切波的相位差法。再根据剪切波的传播速度,计算获得组织的弹性模量。通过比较该方法与拉伸实验对生物组织仿体弹性模量的测量结果,验证了技术的可行性。进而对人体手指指腹皮肤的弹性进行了在体测试,表明该方法有用于在体皮肤力学性能测试的潜力。压电堆栈双脉冲剪切波OCE为离体生物组织弹性测试提供了新的简单有效的手段,并且有潜力进一步发展为生物组织复杂力学性能的测试技术,以及应用于临床上皮肤等疾病的诊断。     

考虑粒子分布特征的复合材料细观力学方法

研究了颗粒增强复合材料中颗粒增强体粒径分布对复合材料力学性能的影响,利用分形思想将增强粒子的概率分布特征考虑进来,对已有的复合材料细观力学等效夹杂方法进行修正,建立了一个考虑粒子统计分布的细观等效力方法.以混凝土为例,分析了颗粒增强体体积含量、夹杂与基体的模量比和分形结构的分辨率对复合材料力学性能的影响.结果表明,这种新方法能够适用于分析颗粒增强复合材料的细观结构对力学性能的影响.     

皮肤组织压缩行为与热损伤的相关性

皮肤组织生物热力学是一门涉及生物传热、烧伤、生物力学和生理神经学等的高度交叉的新兴学科.皮肤组织的热力学性能表征对皮肤组织生物热力学的建立和完善以及许多医学应用领域都具有相当重要的作用.然而,目前对于皮肤组织力学性质和温度之间的量化关系却几乎没有开展研究,试图揭示高温引发的热损伤对皮肤组织力学性能影响的研究也相当少.该文重点描述了猪皮在各种热损伤度下的压缩行为,讨论了与热损伤与皮肤压缩行为的相关性及机理.结果表明:皮肤的刚度随热损伤度的提高而下降,并且具有不同损伤度下的应变速率敏感性,这些特性主要是由皮肤的水合作用变化所引起的.     

复合泡沫塑料力学行为的研究综述

复合泡沫塑料是一种重要的防护材料,它在国防工业和民用工业各部门均有许多重要的应用,对这类材料的力学行为进行研究具有重要的学术价值和应用前景.本文对复合泡沫塑料力学行为的研究文献进行了综述.首先,对复合泡沫塑料力学行为研究的早期工作进行了简介.然后,重点介绍了复合泡沫塑料力学行为研究的最新进展,其中也包括作者近期在该领域开展的一些工作;对复合泡沫塑料进行了静、动态压缩实验和细观加载实验,研究了材料的宏观变形规律和细观失效机制;在理论研究方面,探讨了复合泡沫塑料的能量吸收和缓冲特性,从宏、细观力学分析出发研究了复合泡沫塑料有关力学性能的理论预测问题;还利用计算机和通用软件对高密度复合泡沫塑料进行了有限元分析,研究了高密度复合泡沫塑料的失效行为.最后,给出对该领域研究工作的一些展望.      

实验数据反演识别分析方法与力学表征

本文给出了两类基于实验(实测)数据的反演识别方法,简述了其在界面力学性能及工程实测数据分析中的应用.在粘接界面力学性能的反演识别实验研究中,基于不同加载速率的实验曲线,结合参数化界面力学模型,通过反演识别给出粘接界面力学性能参数,并对识别结果的适定性进行独立的实验验证;在基于工程实测数据的反演识别与力学建模方面,在分析盾构装备载荷特点的基础上,对海量的实测数据统计分类,提出了力学量纲分析的建模方法,并应用于盾构掘进载荷的反演识别研究.     

FRP片材在土建修复加固工程中应用的力学问题

纤维增强复合材料(FRP)片材由于其优异的力学性能和施工的便捷性而备受国内外土木建筑领域的高度关注,并得到了迅速的推广应用.本文结合国内外的研究现状及本课题组的研究工作,对FRP片材(纤维布、纤维板和纤维薄板)在土木建筑修复加固工程中应用的主要力学问题-FRP片材加固钢筋混凝土(RC)构件的静力学性能、疲劳性能、界面的力学性能、以及构件的耐久性等进行综述和讨论,并试图指出今后有关FRP片材修复加固RC构件力学性能的研究方向.     

循环加载作用下皮肤应力软化的连续介质模型

皮肤组织作为富含纤维的非均匀材料,具有复杂的力学特性．皮肤组织在循环加载作用下,随着循环次数的增加,加载过程的应力响应逐渐降低,并最终达到不随循环次数增加而改变的稳定状态,这种现象被称为应力软化行为．本文对加载过程中纤维的延展机制对宏观力学响应的影响进行研究,认为在外界载荷较小时该机制主导了宏观层次上的应力软化行为,随着外界载荷的增大,拉伸过程中微观结构损伤的演化开始产生影响,而且此时内部微观结构的演化由两种机制共同影响,据此建立了连续介质模型,将宏观尺度上应力软化行为和微观结构的演化相关联．将所获得的应力响应理论结果与猪离体头部皮肤在循环加载作用下的实验结果进行对比分析,证明了该模型能够合理地描述皮肤组织在循环加载作用下的应力软化行为．     

水分对猪牙表面硬度和摩擦系数的影响

本文采用猪牙为研究对象,通过干燥和浸泡处理来控制猪牙釉质中的水分含量,利用维氏硬度仪和纳米压痕/划痕仪,研究了水分对离体生物硬组织力学性能和摩擦学特性的影响.结果表明:水含量能引起猪牙釉质表层硬度和摩擦系数的恢复性变化.猪牙表层硬度会随着水分的减少而升高,在水分再次增加后回落.猪牙表面摩擦系数随着水分的减少而降低,在水分再次增加后回升.     

ADVANCES IN EXPERIMENTAL APPROACHES FOR INVESTIGATING CELL AGGREGATE MECHANICS

Cells tend to form hierarchy structures in native tissues.Formation of cell aggregates in vitro such as cancer spheroids and embryonic bodies provides a unique means to study the mechanical properties and biological behaviors/functions of their counterparts in vivo.In this paper,we review state-of-the-art experimental approaches to assess the mechanical properties and mechanically-induced responses of cell aggregates in vitro.These approaches are classified into five categories according to loading modality,including micropipette aspiration,centrifugation,compression loading,substrate distention,and fluid shear loading.We discussed the advantages and disadvantages of each approach,and the potential biomedical applications.Understanding of the mechanical behavior of cell aggregates provides insights to physical interactions between cells and integrity of biological functions,which may enable mechanical intervention for diseases such as atheromatosis and cancer.     

迷彩服织物与人体肘部皮肤摩擦特性研究

在往复摩擦模式下模拟迷彩服穿着环境,研究了5种不同迷彩服织物的表面结构、亲疏水性、接触力值以及干湿状态对皮肤摩擦特性的影响.结果表明:在法向载荷为1 N时,湿态下的环境增强了织物与皮肤间的黏着力,织物与皮肤在湿态下的摩擦系数均高于干态;当法向载荷增加到5 N时,界面间的干湿状态对织物与皮肤的摩擦系数无明显影响.在干态时,不同迷彩服织物与皮肤的摩擦性能与织物的材质和针织结构有关,纯棉材质和斜纹结构的织物与皮肤的摩擦系数较小;在湿态时,不同迷彩服织物与皮肤的摩擦性能与织物的亲疏水性有关,疏水性强的织物由于增强了皮肤的水合作用以及界面间的粘附力,因此增加了织物与皮肤的摩擦系数.质地较硬的平纹结构织物易造成摩擦后的皮肤表面粗糙,造成皮肤不同程度的角质层分离及表皮撕裂,增加了皮肤表面损伤的风险.     

污染区对部分打开井井底压力响应的影响

钻井造成的污染区对部分打开井的影响不同于裸眼井. 为了分析污染区对部分打开井井底压力响应的影响,建立了一种部分打开井的二维轴对称渗流模型,模型考虑了真实的污染区以及储层渗透率各向异性特征.利用有限元数值方法对模型进行求解,获得了部分打开井的井底压力响应及储层压力分布. 根据压力响应及压力分布特征,将部分打开井的压力响应过程划分为5 个流动阶段,其中早期局部径向流动和椭球流动是该类井最典型的特征. 对污染区的影响分析表明:传统方法中的表皮系数S 并不等于污染区引起的机械表皮系数S_d;无量纲井筒储存系数不能与机械表皮系数组合. 修正了传统方法中部分打开井的井底压力公式,验证了部分打开井的总表皮计算公式,为该类井的井底压力响应解释及产能预测提供理论指导.      

确定在体皮肤能量耗散数的方法

本文描述了激励、检测在体皮肤谐振频率的方法。根据幅频曲线计算出皮肤的能量耗散数。获得了不同年龄的皮肤耗散数。对皮肤受乳膏和酒精处理后,利用该法对能量耗散数的影响也进行了评价。     

A NOVEL THEORY OF EFFECTIVE MECHANICAL PROPERTIES OF CLOSED-CELL FOAM MATERIALS

In this paper a new theory of effective mechanical properties of foam materials is proposed. A cell volume distribution coefficient is introduced to modify the original Gibson-Ashby equations of effective mechanical properties of foam materials. The constants that influence the effective modulus are replaced by the coeff~cient. Based on the modified distribution coefficient, the yield stress is also recalculated. Using X-ray microtomography, the internal structures of dif- ferent samples of polypropylene-nanoclay foam are obtained. The cell volume distributions of these samples are derived from the experiment by image analysis and the fitting curves are plot- ted. The distribution coefficient is acquired using the parameters from the theoretical model of the distribution curves. The results of the improved theory are compared with the experimental values and show good fitting quality. It was found that the precision of the improved theory is high and the cell volume distribution has an impact on the effective mechanical properties that would lead to the optimization of the synthesis procedure.     

人体手部皮肤的摩擦特性实验研究

采用微观摩擦磨损试验机对20名男女志愿者双手不同部位的摩擦系数进行测试.结果表明:男性手背皮肤的摩擦系数比女性偏低(女性为0.48～0.49,男性为0.38～0.39);男、女手掌的摩擦系数相差不大(女性为0.60～0.67,男性为0.62～0.70);男、女指纹的摩擦系数比较接近(女性为0.78～0.65,男性为0.77～0.68);男、女指甲的摩擦系数分别为女性0.25～0.21,男性0.23～0.21.在人体手部的手背、手掌、指纹和指甲4个部位中,摩擦系数的高低依次为指纹＞手掌＞手背＞指甲.     

便携式人体皮肤摩擦性能测试仪的研制

随着对人体皮肤摩擦学特性研究的展开,目前还没有适用的设备对脸颊?额头等不规则形状部位进行测试,本文研制了一种便携式的摩擦性能测试仪,并在不损害皮肤情况下进行人体皮肤摩擦性能测试,结果表明:该测试仪使用方便?性能可靠.在0.2 2N 的接触正压力和10 60nml/S 的滑行速度范围内,皮肤摩擦系数与施加的接触正压力及滑行速度无关.自然状态下,手背?手掌?前臂屈侧?前臂伸侧?前额部位皮肤摩擦系数在性别间的差距较小,但脸颊部位皮肤摩擦系数女性却远大于男性.护肤品处理后,各测试部位皮肤摩擦系数在性别间的差距都有所缩小.