骨的力电性质

骨的力电性质包括两个来源,压电效应和动电现象。骨力电性质的研究是包含力学、物理学、化学、生物学和生理学等多学科的综合性课题。本文分别介绍了骨压电效应和动电现象的基本机理、产生原因、研究方法和研究结果。      

骨的力–电效应研究方法与进展

骨组织在受到应力作用(正常的生理活动)变形后在骨内产生电位的现象称为骨的力–电效应,它主要包括压电效应和动电效应.研究骨在动态过程中产生的电位幅值和分布特点,不仅是了解电刺激骨生长机理的必要步骤,也是实现骨治疗和重建的生理基础.它一方面是用数学方法来描述外力作用下其电位大小与应力、应变、应变率及加载速率的关系,另一方面是考察生理环境(pH值、离子浓度、温度、湿度等)对电位的影响.首先对力–电理论进行了简单的介绍,重点总结了其研究方法,包括理论模型和分离式霍普金生杆冲击、弯曲变形及缓冲液中的动态测试等实验方法.此外,对骨替代材料和牙本质领域的力–电效应研究也进行了一定的综述.     

非线性动力学在心脏电活动研究中的应用

本文介绍了非线性动力学在心脏电活动研究中的应用。主要内容包括非线性分析指标、心率变异非线性分析、异常心率（心室振颤）的非线性分析、心脏细胞动作电位模型中的搏动节律的分叉与混沌现象及机理、混沌控制在心脏电活动研究中的应用,并对今后发展方向提出了展望。非线性动力学分析方法是研究心脏电活动的良好工具,使得解决心脏电活动中的难题成为可能。     

湿骨内动态力—电电位的因素分析

本文通过实验测出了在动态压力作用下缓冲液自板形骨试件的不同表面流入时的动态力－电电位波形。修正了以前的结论，分析了瞬态和稳态时力－电电位产生的原因，证明无论瞬态还是稳态时的力－电电位主要产生于流动电位而并非压电效应。     

电雾化、电纺丝和带电射流稳定性研究

简述了电雾化和电纺丝的基本原理及其应用,总结了电雾化和电纺丝现象中几个基本的力学 机理,并重点对电雾化和电纺丝现象中的带电射流稳定性问题及其研究进展作了介绍.     

电流变学研究进展

电流变学是近年来新兴的一门学科。本文从电流变学的发展概况，电流变流体，电流变效应的机理和电流变体的应用等４个方面对电流变学的概貌做了阐述，力求能准确地反映国际上电流变学的发展现状。     

电磁流变效应微磨头抛光加工电磁协同作用机理

将磨料混入以Fe3O4为分散粒子的电磁流变液作为抛光液,在电磁场耦合作用下形成电磁流变效应微磨头对玻璃材料进行抛光加工试验,通过考察不同电磁场耦合条件下玻璃材料的去除量,揭示了电磁流变效应微磨头抛光规律,建立了分散粒子的力学模型,深入研究了电磁流变效应微磨头抛光的电磁协同作用机理.结果表明:励磁电压为5V、电场电压3kV时,电磁流变效应微磨头材料去除量达到电流变效应微磨头的1.74倍和磁流变效应微磨头的5.71倍,产生了显著的电磁流变协同效应;电磁流变液分散粒子所受的电场力、磁场力和洛伦兹力产生的自旋力偶的综合作用决定了电磁流变效应微磨头链串的稳定性及其加工性能,在适当的电场和磁场耦合状态下能获得良好的电磁流变协同效应.     

介电高弹聚合物力电行为研究与器件设计

相对于人们通常熟悉的金属、陶瓷、玻璃等“硬材料”,“软材料”是自然界、生命体系、日常生活和工程应用中广泛存在的物质体系,例如动植物组织结构、人造聚合物、液晶、胶体、泡沫、颗粒物质等.许多软材料在受外界激励后会发生变形或引发相应的功能响应,这种材料被称为功能软材料(soft active material,SAM).介电高弹聚合物属于典型的功能软材料,通过电压作用,介电高弹聚合物可产生超过100％的应变,并具有轻质量、快反应和高能量密度等优点,在智能仿生、航空航天、机械、新能源等领域有巨大的应用潜力.本学位论文主要研究介电高弹聚合物这一类功能软材料,研究了介电高弹聚合物的失拉、断裂、电击穿、粘弹性、失稳等力电失效和力电耗散现象,通过分析这些现象的产生机理和特性,得到克服或利用介电高弹聚合物特有的力电性能,实现换能器极大电致变形(1692％电致面积变形)、高效能量收集、主动调频振动等性能的理论方案.通过仿真模拟,进行换能器结构与介电高弹聚合物材料的优化设计,在试验上完成介电高弹聚合物换能器在不同工作模式下的高性能实现.     

基于燃料可燃界限研究建筑火灾中的回燃现象

为了研究回燃产生的临界条件和细水雾抑制回燃产生的可行性及其抑制机理 ,建立了一套小尺寸回燃实验装置 ,并进行了一系列的实验 ;实验结果表明腔体内未燃烧燃料的质量分数是回燃产生的决定性参数 ,而细水雾确实能抑制回燃的产生 ,并且其抑制机理是降低腔体内未燃烧燃料的质量分数。最后利用燃料可燃界限图进行了实验结果的定性验证及分析。     

在加载电流作用下Cr对Cu-Ag合金磨损性能的影响

通过电滑动磨损试验、扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析等方法,研究了在加载电流作用下微量Cr对4种不同成分Cu-Ag-Cr合金磨损性能的影响,探讨其电磨损机理.结果表明:Cu-Ag合金的磨损率随着Cr含量增加而减小;不同成分合金的磨损率均随着电流和滑动距离增大而逐渐增大;由于加入微量Cr在合金中形成弥散细小的析出相,在相同试验条件下,添加Cr的合金磨损性能明显优于Cu-Ag合金;合金的磨损机制主要为粘着磨损、磨粒磨损和电侵蚀磨损.     

力学学科的作用与力学知识的普及——《力学与现代生活》出版

力,在日常生活中无处不在。不管是有生命的人类和生物,还是无生命的结构和建筑,从宏观到微观,大自然都处在作用力与反作用力的统一体中。力是使物体发生形变或产生加速度的外因,它既可以造福于人类,也可以加祸于人类。有的生活、自然现象其机理一目了然,有的则较难理解。力学,就是研究力对物体的作用,它是研究机械运动普遍规律的科学,它是自然科学中运用定量分析工具——数学——最多最深的一门学科,也是一门最古老、最重要的学科。     

加载速率对骨的流动电位的影响

骨受力变形时所引起的压力驱动骨内哈佛氏管或骨小管内的液体流动,是骨内出现流动电位的外部原因.由于人体经常受动态载荷作用,研究骨在动态加载过程中流动电位的变化,更有助于了解骨细胞周围电环境的性质.为此,设计了流动电位测试系统,在骨试样两端施加梯形压力波.实验测量了在不同加载速率下流动电位的变化波形.结果显示,加载速率越高,流动电位有减小的趋势.分析认为这是由于微管中局部产生的湍流引起的.     

微动诱发的触点电接触间歇失效现象研究

金属触点是电气电子工程领域中导通电流、传递信号的关键,机械振动应力环境产生的微动将使系统的电接触性能逐步退化,并诱发触点间发生间歇失效现象.借助电动振动台设计了触点微动磨损测试分析系统,以铜镀金触点为研究对象,获得了接触电阻全寿命周期内的退化过程.结合接触电阻与SEM/EDX分析结果确定了微动频率、微动幅值对触点磨损发生间歇失效的条件及电接触间歇失效机理.     

骨生物力学中某些基本概念的历史

<正> 1.引言 一般认为,生物力学可以理解为力学规律对生物系统的应用,因此,我们目前关于骨生物力学的知识自然也在很大程度上依赖于力学的各个领域。但力学规律是通过模型与抽象而导出与表达的,而大多数模型与抽象并不那么容易转换到生物体情形。例如,刚体的力学概念,连同刚体的性质(体积,形状,惯性,惯性矩)很容易用来定量描述有生命或无生命物体      

一种力-电协同驱动的细胞微流控培养腔理论模型

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,具体地: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。      

F—5型爆炸磁通量压缩发生器

介绍了一种Ｆ－５型爆炸磁通量压缩发生器。用这种发生器进行电感性、电阻性实验及驱动虚阴有振荡器，它能在５μＨ电感性负荷中产生大于４０ＫＡ的脉冲电流和贮存４ＫＪ的电磁能；由于欧姆损耗，它的电阻性负载的输出性能明显低于电感性负载；它能驱动虚阴极振荡器产生１００ＭＷ功率的微波。     

悬臂梁挠曲电俘能器的力电耦合模型及性能分析

挠曲电效应指应变梯度在电介质中引起的电极化现象,是一种普遍存在的力电耦合行为。应变梯度与材料的尺寸成反比,因此挠曲电效应有望在纳米尺度主导材料的物理性质,尤其是力电耦合性能。本文建立了悬臂梁挠曲电俘能器的理论模型,基于哈密顿原理得到了悬臂梁挠曲电俘能器的控制方程和相应的边界条件;进一步,得到了悬臂梁挠曲电俘能器的输出电压频率响应和功率密度频率响应随悬臂梁的振动频率、外电路阻抗、挠曲电层厚度以及弹性层模量的变化规律。聚偏氟乙烯和环氧树脂层合挠曲电悬臂梁俘能器模型的数值结果表明输出电压频率响应和功率密度频率响应在共振频率点取得最大值,且随着各阶模态对应的共振频率的增加悬臂梁挠曲电俘能器的输出电压和功率密度均增加。此外,计算结果还表明悬臂梁俘能器存在最佳匹配阻抗,在匹配阻抗附近悬臂梁俘能器的输出功率密度随挠曲电层厚度的减小而增大,表现出明显的尺寸效应。本文工作提供了一种基于挠曲电效应的悬臂梁俘能器的理论模型,为悬臂梁俘能器的设计提供了理论依据。     

一种力–电协同驱动的细胞微流控培养腔理论模型

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.     

交变电场作用下骨表面温升的实验研究

骨具有力电性质,这一性质可促进骨组织生长。骨既是生理器官又是介电材料,在交变电场作用下,其表现行为可能有生理作用。为此,本文测量了骨悬臂梁试样在交变电场下的表面温升与顶端挠度。发现在电压70V,频率为10~70kHz的交流电场下,最大表面温升达到2~4℃,最大挠度变化为9.0~78.7μm;在频率10kHz,电压为70~175V的交流电场下,最大表面温升达到4~6℃,最大挠度变化为13.0~114.3μm。同时测量了两种经典介电材料有机玻璃和聚乙烯在交变电场下的温升与顶端挠度,最大温升低于0.5℃,但是挠度与骨试样相当,所以相对高温升是骨特有的性质。将交流电压有效值替换成相同幅值的直流电压时,最大温升也低于0.5℃,基本没有挠度变化,所以相对的高温升反映了骨的交流性质。分析后认为,骨在交变电场作用下的温升由胶原的介电损耗引起。实验数据显示,骨在交变电场下,表面温度变化与加载电压的平方成正比,且在实验加载的10~70kHz频段内,骨的介电常数随频率的变化明显。     

肌电测量技术和鲫鱼C形起动过程中肌电信号测量初探

鱼在水中游动时,骨骼肌在中枢神经系统的控制下进行主动收缩,将力和位移传递给鳍和皮肤等执行器官,再通过执行器官与水进行力的相互作用和能量的交换后推动鱼体自身运动.为研究鱼在不同运动过程中肌肉活动的方式与强度,本文引进肌电图测量术(EMG).将表面绝缘的不锈钢探针植入鲫鱼的红肌内,肌电信号通过自主设计制作的肌电放大器放大,由计算机记录,用以表征鲫鱼在C形起动过程中转弯一侧的红肌活动的持续时间及强度.本文着重阐述了肌电测量技术,肌电实验的手术操作过程,并通过对肌电信号的测量结果进行定量分析,得到了鲫鱼C形起动过程中转弯侧红肌基本同时开始活动,其活动时间大致相同,以及躯体前端红肌活动最为剧烈的结论.