在体轴向伸长比条件下血管壁的周向应力分布

本文通过检测在体轴向伸长比条件下血管段的压力－容积数据,利用应变能密度函数,求得血管壁周向应力沿壁厚的分布。文章的正常大鼠腹主动脉为例进行计算,结果发现,在生理压力作用下（例如ｐ＝１３．３ｋＰａ）,不考虑残余应力确实出现在血管内壁处的周向应力集中,血管内、外壁处的应力值之比可达１５左右,而存在于实际动脉管中的残余应力会使血管壁中的周向应力沿壁厚的分布明显趋于均匀,血管处的周向应力之比差不多只有２左     

动脉压对静脉血管壁周向应力分布的影响

自体静脉是病变动脉管段常用的替代物。移植后因承受压力急剧升高引起的静脉管壁应力改变是影响移植手术的主要因素之一。为了比较移植前(静脉压作用下)和移植后(动脉压作用下)静脉管壁的周向应力分布，本文通过检测一定轴向伸长比条件下静脉管的p(压力)——V(容积)试验数据，利用3参数的应变能密度函数对实验数据进行拟合，进而求得静脉管壁的残余应力和沿血管壁的周向应力分布。对狗的股静脉和颈静脉的分析结果表明，在动脉压作用下静脉管壁周向应力将急剧增大。与处于静脉压环境相比，处于动脉压环境中的颈静脉管周向应力将增大差不多2个数量级。计算结果还显示，静脉管壁残余应力的数值虽然比动脉管壁的相应值小很多，但是与动脉管相同，血管壁残余应力依然对静脉管壁上的周向应力分布影响显著，残余应力的存在将大大削弱在静脉管内壁处的周向应力集中，使周向应力沿静脉管壁厚的变化梯度明显减小。     

血管残余应力的一种确定方法

动脉无载荷状态下存在残余应力,分析血管壁在载荷状态下的应力分布必须计及血管壁的残余应力。本文通过检测动脉不同轴向伸长比条件下的压力—容积(p—V)数据,根据其p—V实验曲线的“S”型特征,提出了一种用反正切函数关系对试验数据点进行拟合,进而导得动脉管壁周向残余应力沿壁厚分布的方法。文章对10只正常大鼠颈动脉的分析结果表明,大鼠颈动脉周向残余应力沿血管壁厚呈单调上升趋势。残余应力在内壁处为负呈压缩状态,在外壁处为正呈拉伸状态,并且内外壁处应力绝对值大小基本相等,大约在2．5kPa左右。文章结果对进一步分析动脉管壁在载荷作用下的应力分布提供必要的信息。     

脉劝流条件下血管壁的应力分布

为了分析血液-血管耦合运动所产生血液脉动压力载荷对血管壁应力分布的影响,利用线性化的血液-血管耦合运动方程的Womersley解,导得血液脉动压力载荷下的血管壁Green应变,同时利用Fung的血管壁应变能密度函数,导得相应血管壁应力分布的一般表达式.数值结果表明,在脉动流条件下,当考虑血液-血管耦合运动时,血管壁中周向应力最大,轴向应力居中,径向应力最小;血管壁的残余应力将明显减小血管内壁的应力集中;脉动压力载荷将导致血管壁周向应力在一个心动周期中随时间的脉动,而且随着Womersley数α和血管轴向约束参数K～＊的增大,血管壁周向应力的脉动将明显加剧,提示在分析动脉重建时必须计及血液-血管耦合运动对血管壁应力分布的影响.     

脉动流条件下血管壁的应力分布

为了分析血液-血管耦合运动所产生血液脉动压力载荷对血管壁应力分布的影响,利用线性化的血液-血管耦合运动方程的Womersley解,导得血液脉动压力载荷下的血管壁Green应变,同时利用Fung的血管壁应变能密度函数,导得相应血管壁应力分布的一般表达式.数值结果表明,在脉动流条件下,当考虑血液-血管耦合运动时,血管壁中周向应力最大,轴向应力居中,径向应力最小;血管壁的残余应力将明显减小血管内壁的应力集中;脉动压力载荷将导致血管壁周向应力在一个心动周期中随时间的脉动,而且随着Womersley数α和血管轴向约束参数K*的增大,血管壁周向应力的脉动将明显加剧,提示在分析动脉重建时必须计及血液-血管耦合运动对血管壁应力分布的影响.     

脉动血压对在体轴向极限强约束血管壁应力分布的影响

本文详细分析正弦脉动压力载荷对动脉管壁应力分布的影响。结果表明,对某确定时刻,包含在运动方程中的惯性项对血管壁应力的影响很小,可忽略不计;在体轴向极限强约束下,血管壁周向应力随时间的变化曲线与压力曲线同相位和同周期,而且振幅不随频率的快慢而改变。一个心动周期内,血管内、外壁处周向应力随时间变化的平均值只与脉动压力载荷的平均值有关,而振幅主要与脉压有关,在内壁处随平均压的改变有一定变化,但在外壁处受平均压的影响很小。     

拉压性能不同材料全量型本构关系及厚壁筒的应力分析

将经典全量理论作了推广，考虑了应力状态及塑性体积变形对拉压性能不同材料的塑性行为的影响。应用该本构模型分别计算了厚壁筒在内压和外压作用下的应力分布。给出了径向应力、环向应力和轴向应力沿壁厚的分布图。将本文的计算解与拉压性能相同(不考虑体积变形、强化曲线唯一)的幂函数强化材料的厚壁筒的理论解进行了比较。结果表明，材料的拉压性能不同对厚壁筒的环向应力和轴向应力影响较大。因此，对于拉压性能不同材料，考虑到其对应力状态及塑性体积变形敏感时，是不能将其简化成拉压性能相同、体积不可压缩、强化曲线唯一的理想材料。     

埋地冲洗管线强度计算及影响因素规律分析

研究了冲洗管线在自重、内压、温差和土壤力综合作用下的强度分析方法,给出埋地冲洗管线应力计算公式。采用有限单元法对某冲洗管线重点部位进行力学特性分析,得到其真实应力分布状态,对比了理论计算结果与数值结果误差,证实轴向应力理论计算结果偏保守。对不同壁厚、不同环境温度和不同压力下的管线力学特性进行讨论,结果表明,管道的环向应力起主导作用,且埋深0m~0.75m内管线的环向应力变化明显,因此,当考虑温差及波动内压作用时,该段管线力学特性应引起足够重视;受环境温度影响,管线最大等效应力与总位移规律近似相反,即等效应力最小,总位移近似最大;考虑到等效应力随压力变化规律,不同季节宜采用不同的冲洗压力以满足安全运行要求。     

生长对超弹性球壳变形和稳定性的影响

应用连续介质力学有限变形理论建立受内压作用不可压超弹性球壳大变形问题的力学模型, 且运用基于变形梯度张量极分解的弹性体积生长理论分析生长对不可压超弹性球壳变形和稳定性的影响. 通过对球壳变形与内压关系式的数值计算得到不同生长条件下球壳的变形曲线和应力分布曲线及由生长引起的残余变形和残余应力分布. 计算结果表明生长对球壳变形特性有明显的影响, 生长影响球壳可产生不稳定变形的临界壁厚和临界内压, 且在某些情况下可改变球壳的稳定性. 生长在球壳中可产生一定的残余变形和残余应力, 对球壳中的应力分布有一定的影响. 另外当生长的程度足够大时, 即便没有外力作用,球壳仅在生长引起的残余应力作用下也可产生不稳定变形.      

自紧球形容器内残余应力的弹塑性研究

根据材料的不可压缩性假设,研究了线性强化材料球形容器的弹塑性加卸载过程.通过把材料的包辛格系数考虑为等效塑性应变的函数,建立起了等向硬化、随动硬化和混合硬化模型下的自紧厚壁球壳的残余应力公式.算例分析表明包辛格效应对自紧残余应力有较大的影响,最后还通过计算研究了球形容器内残余应力在不同自紧度下的分布情况.     

动脉壁静态非线性力学性质的实验和理论研究

在动脉血管壁力学实验及已有的拟弹性理论研究基础上,提出了一个理论模型来分析具有残余应力动脉壁的非线性力学性质． 在动脉壁被模拟为均质、正交各向异性、不可压缩和具有初应力材料的前提下,建立了一个表达有残余应力动脉壁静态三维非线性拟弹性性质的ｅ指数型本构方程． 动脉壁本构方程中的十个拟弹性参数是用我们的动脉实验数据及所发展的多曲线联合逼近算法数据拟合来确定．     

15×10~4m~3超大型油罐应力测试与数值模拟分析

兰州原油末站大型油罐群,是我国首次在饱和黄土地基修建的大型储油设施。依托其中一座15×104 m3超大型非锚固油罐,开展了现场充水测试罐壁静态应力的试验研究。通过粘贴在油罐罐壁的应变计,测试充水过程中罐壁应力的变化规律,并采用有限元对15×104 m3超大型油罐进行应力分析。测试结果表明:罐壁的环向应力随充水水位的增加基本呈线性关系。数值模拟计算表明,罐壁环向应力最大值发生在第二圈罐壁和第三圈罐壁相连接的位置。由于罐壁上部设置了抗风圈和加强圈,有效地控制了罐壁的径向位移,使罐壁环向应力和竖向轴向应力在加强圈和抗风圈附近发生波动。将有限元数值模拟计算的罐壁环向应力分布情况与实测应力进行比较,两者总体吻合较好。上述研究结果可为超大型储罐在黄土地基的设计和建造提供技术依据和设计参数验证。     

Measurement of residual stress in the weld overlay piping components

In general industry, especially in the nuclear industry, welding overlay repair is an important repair method mainly used to rebuild piping systems suffering from intergranular stress-corrosion cracking (IGSCC).The pipe surface is mechanically ground to obtain a smooth surface after the welding overlay repair. A better understanding of the effect of repair and grinding processes on the residual stresses at the surface of weld overlay is required. To obtain this understanding, it is necessary to measure directly the distribution of residual stresses on the specimen. It is expected that compressive residual stress should be induced at the inner wall surface of the pipe for prevention of IGSCC.The performance evaluation of welding overlay repair relies on whether or not the level and characteristic of the residual stress can be measured accurately. In this study, the hole-drilling strain-gage method, using the incremental drilling technique, was adopted to estimate the residual stresses on the inner and outer walls of the weld overlay pipe. The experimental results indicate that the residual stress at the pipe inner surface is compressive while that of the outer surface is tensile. Also, it is found that the depth affected by grinding is about 1.016 mm.     

A novel scheme for the approximation of residual stresses in arterial walls

In this contribution, a novel approach for the modeling of residual stresses in human arteries is proposed. The starting point in a variety of contributions is the opening angle of the section of an artery as a consequence of a longitudinal cut. In contrast to this, we focus directly on the current stress state within the arterial wall. To be more precise, we analyze the gradients of suitable invariant stress measures in thickness direction of the arterial wall. As an underlying optimization criterion, we assume that these gradients have to be smoothed between their inner and outer margins of the individual layers in an appropriate way. In order to do this, we define suitable radial sections for the media and adventitia, where this condition has to be enforced independently. The efficiency of the proposed model is demonstrated by means of a patient-specific cross section of a diseased artery in a two-dimensional simulation.     

刚性圆管中血液周期振荡流的切应力分布

本文通过求解圆管内血液振荡流的基本方程，求得圆管内血液流的压力梯度与切应力之间的关系式。在此基础上，详细讲座了圆管中轴向流速和切变率谐波的变化规律，指出流速谐波和切变率谐波的幅值都将随着谐波次数的增大而逐渐减小。为了使所得结果便于应用。文章通过管轴向中心线流速与压力梯度之间的关系式，进一步给出一种利用管轴向中心线流速计算管内切应力分布的简便方法。该方法用于检测活体血管内血液振荡流的切应力分布，具有操作简单，精度较高的优点。最后，以人体颈动脉为例，讨论血液周期振荡流的切应力的分布特性。发现在任意时刻，除了邻近管壁处切应力急剧增大到一定数值之外，沿管截面切应力分布相当均匀且接近于零，呈现出与定常流不同的切应力分布特征。     

A Model of Arterial Adaptation to Alterations in Blood Flow

Mechanisms of arterial adaptation to changes in blood flow rates were tested by comparing the predictions of a proposed theoretical model with available experimental data. The artery was modeled as an elastic membrane made of a nonlinear, incompressible, elastic material. Stimulation of the vascular smooth muscle was modeled through the generation of an active component of circumferential stress. The muscular tone was modulated by flow-induced shear stress sensed by the arterial endothelium, and is responsible for the vasomotor adjustment of the deformed arterial diameter in response to changes in blood flow. This study addresses the hypothesis that the synthetic and proliferative activity of smooth muscle cells, leading to a change in arterial dimensions, is shear stress dependent and is associated with changes in the contractile state of the smooth muscle cells and changes in the circumferential wall stress. Remodeling to a step change in flow was formulated as an initial-value problem for a system of first order autonomous differential equations for the evolution of muscular tone and evolution of arterial geometry. The governing equations were solved numerically for model parameters identified from experimental data available in the literature. The model predictions for the time variation of the geometrical dimensions and their asymptotic values were found to be in qualitative agreement with available experimental data. Experiments for validating the introduced hypotheses and further generalizations of the model were discussed. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.