剪应力对培养内皮细胞表面ATP浓度的调节

剪应力信号转导是目前细胞生物力学的研究热点之一。Ca^2＋作为一种第二信使在剪应力信号转导中扮演了重要角色，钙信号转导是通过胞内自由Ca^2＋浓度变化来实现的。胞内Ca^2＋浓度的大小不仅依赖于细胞承受剪应力的大小，同时依赖于细胞外ATP的浓度。本文采用剪应力诱发内皮细胞分泌ATP的时变模型，通过对平行平板流动腔中的ATP浓度场进行数值模拟，分析了剪应力对培养内皮细胞表面ATP浓度的影响。结果表明，剪应力诱发的ATP分泌明显影响细胞表面附近ATP的浓度；剪应力、对流和扩散效应、ATP的水解作用共同决定了细胞外表面附近ATP的浓度。这一结果提示，剪应力大小并非剪应力信号转导过程中的唯一决定因素；剪应力的作用、激动剂的浓度改变共同参与了剪应力信号转导。     

考虑微观结构特征长度演化的内变量黏塑性本构模型

在金属晶体材料高应变率大应变变形过程中,存在强烈的位错胞尺寸等微观结构特征长度细化现象,势必对材料加工硬化、宏观塑性流动应力产生重要影响。基于宏观塑性流动应力与位错胞尺寸成反比关系,提出了一种新型的BCJ本构模型。利用位错胞尺寸参数,修正了BCJ模型的流动法则、内变量演化方程,引入了考虑应变率和温度相关性的位错胞尺寸演化方程,建立了综合考虑微观结构特征长度演化、位错累积与湮灭的内变量黏塑性本构模型。应用本文模型,对OFHC铜应变率在10-4~103 s-1、温度在298~542 K、应变在0~1的实验应力-应变数据进行了预测。结果表明:在较宽应变率、温度和应变范围内,本文模型的预测数据与实验吻合很好;与BCJ模型相比,对不同加载条件下实验数据的预测精度均有较大程度的提高,最大平均相对误差从9.939%减小为5.525%。     

A modified wake model in bubble-induced three-phase inverse fluidized bed (BIFB)

A modified wake model was proposed for the newly developed bubble-induced three-phase inverse fluidized bed (BIFB), by combining the generalized wake model and the gas-perturbed liquid model. On the basis of the modified wake model, the solids and liquid holdups and the complete fluidization gas velocity in BIFB system have been successfully predicted with two established correlations. The predictions achieved very good agreements with the experimental data.     

A New Unsteady Three Dimensional Model for Macromolecular Transport and Water Filtration Across the Arterial Wall

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｔｈｅｒｏｇｅｎｅｓｉｓ,ｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｊｏｒｃａｕｓｅｓｆｏｒｔｈｅｄｅａｔｈｏｆｐｅｏｐｌｅｉｎｗｅｓｔｅｒｎｃｏｕｎｔｒｉｅｓ,ｈａｓｔｗｏｐｒｏｍｉｎｅｎｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ.Ｆｉｒｓｔ,ｉｔｕｓｕａｌｌｙｔａｋｅｓｐｌａｃｅａｔｔｈｅｂｒａｎｃｈｅｓｏｒｃｕｒｖａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｂｉｇａｒｔｅｒｉｅｓ,ｗｈｅｒｅｔｈｅｒｅｉｓａｎａｂｒｕｐｔｃｈａｎｇｅｏｆｂｌｏｏｄｆｌｏｗ .Ｓｅｃｏｎｄｌｙ ,ｔｈｅｒｅｉｓａｎａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｌｏｃａｌｆ…     

Prediction of thermal conductivity of composites with spherical fillers by successive embedding

In this study, a new model to predict the thermal conductivity of composites with spherical fillers is proposed. The original Eshelby model is extended to a finite filler volume fraction by successively embedding small filler volume fraction. The predicted results by the present model are compared with bounds such as parallel, series, and Hashin–Shtrikman models, results by modified Eshelby model, generalized self-consistent model, and effective medium theory, and the experimental results from the literature. It is found that the present model always lies between the bounds and shows better agreement with the experimental results than the other models for various filler volume fractions and thermal conductivity ratios.     

高速列车磁流变半主动悬挂控制策略研究

为了提高列车运行平稳性,在经典的天棚控制和加速度控制的基础上,提出了一种新型混合控制策略,对高速列车磁流变半主动悬挂控制系统进行了仿真和实验研究.首先,对磁流变阻尼器(MRD)的力学特性测试分析,引入具有电流饱和特性的修正函数,建立了MRD的修正扩展双曲正切模型.然后,设计了面向列车平稳性的新型混合控制策略,通过分析车体加速度传递特性,比较了不同控制策略在全频域内的控制效果.此外,从相频特性的角度阐释了新型混合控制策略在全频段的控制优势.将MRD修正模型应用于悬挂控制,利用UM和Simulink软件建立了整车磁流变半主动悬挂控制系统联合仿真模型,分析不同控制策略对车辆动力学性能的影响.最后,构建了基于MRD的整车悬挂系统硬件在环实验台,通过开展硬件在环实验分析不同控制策略下的车体响应.结果表明,相比传统的控制策略,新型混合控制策略能兼顾低频段和高频段的振动控制效果,不仅可以提高列车的运行平稳性,而且不会恶化列车的运行安全性.硬件在环实验证明了新型混合控制策略的有效性,以及高速列车应用半主动控制悬挂的可行性.     

内皮调节对小动脉管腔运动影响的模型分析1）

微循环是血液和组织之间发生物质交换的主要场所,它可以通过改变管径实现对血压、血流量的局部调节.血管内皮层对小动脉运动有重要的调节作用.本文基于连续介质假设,建立了内皮调节过程中主要活性物质在管壁中的扩散--反应动力学模型,并分析了非线性黏弹性血管的径向运动特性.利用该模型首先得到了内皮舒张因子一氧化氮（NO）、平滑肌细胞内钙离子（Ca²⁺）以及磷酸化肌球蛋白（actin-myosin complexes,AMC）在管壁内的的径向浓度分布;为分析内皮调节的动态过程,进一步对小动脉的被动舒张、血流量发生扰动时的管径响应分别进行了模拟.研究结果显示：当没有活性物质参与调节小动脉被动舒张时,管径无振荡发生;当血流量变化引起内皮调节时,内皮舒张因子NO浓度和管径均出现衰减振荡,振荡周期约60 s.分析认为内皮调节对壁面剪切力的反馈控制,可能是NO浓度和管径产生周期性振荡的原因.内皮调节过程呈现的频谱特征可以为血管内皮功能障碍的诊断提供帮助.     

Effects of axial preload of ball bearing on the nonlinear dynamic characteristics of a rotor-bearing system

This research studies the effects of axial preload on nonlinear dynamic characteristics of a flexible rotor supported by angular contact ball bearings. A dynamic model of ball bearings is improved for modeling a five-degree-of-freedom rotor bearing system. The predicted results are in good agreement with prior experimental data, thus validating the proposed model. With or without considering unbalanced forces, the Floquet theory is employed to investigate the bifurcation and stability of system periodic solution. With the aid of Poincarè maps and frequency response, the unstable motion of system is analyzed in detail. Results show that the effects of axial preload applied to ball bearings on system dynamic characteristics are significant. The unstable periodic solution of a balanced rotor bearing system can be avoided when the applied axial preload is sufficient. The bifurcation margins of an unbalanced rotor bearing system enhance markedly as the axial preload increases and relates to system resonance speed.     

The Chaboche hardening rule: A re-evaluation of calibration procedures and a modified rule with an evolving material parameter

This study first re-examines key existing calibration procedures for the Chaboche decomposed nonlinear kinematic hardening rule. Special attention has been paid to the extent to which the predictions of calibrated models represent the physics of phenomena observed in strain- and stress-controlled cyclic tests. It has been shown and discussed that newer methods suffer from some weaknesses and may yield nonphysical results. Second, with the aim of improving the accuracy of its ratcheting strain predictions in unsymmetric stress-controlled tests, a modified calibration procedure and a new Chaboche hardening rule with an evolving material parameter is introduced. The former improves the accuracy of predicted ratcheting strains at the initial cycles, while the latter is responsible for the better agreement of the results at the higher cycles. The new model assumes there exists a linear relationship between one of the coefficient of the model and its corresponding effective/equivalent backstress. Finally, the predictions of the new model and those of the original Chaboche rule are compared with the available experimental results from the literature. It has been shown that, regardless of the level of mean stress of unsymmetric stress-controlled test, the ratcheting rates of the higher cycles are satisfactorily predicted by the proposed modified model.     

给出不确定性激励下的动态响应边界——一种非随机振动分析方法

提出了一种非随机振动分析方法,可给出系统在不确定性激励下的动态响应边界,从而为实验信息相对缺乏的不确定性振动分析及未来的可靠性设计提供一种新的计算工具.采用非概率凸模型过程而非传统的随机过程描述不确定性动态激励,仅需知道激励在任意时刻点的边界信息而非精确概率分布,从而有效降低对大样本量的依赖性.针对单自由度和多自由度系统,建立了相应的非随机振动分析算法,以求解系统在不确定性动态激励下的响应区间;另外,也给出了蒙特卡罗仿真方法,为非随机振动提供一种最为一般的分析工具.最后,通过3个数值算例验证了本文方法的有效性.非随机振动分析方法可以作为传统随机振动理论的补充,在工程不确定性结构动力学分析及结构可靠性设计领域发挥作用.      

5083H111铝合金宽应变率拉伸动态本构模型

结合5083H111铝合金较宽应变率范围2×10-4 ~ 4×102s-1内的拉伸实验数据,揭示该铝合金的拉伸“V”型率效应特征,分析对数应变率敏感系数λ和切线模量Et的应变率和应变相关性,进而通过对Johnson-Cook模型的修正来建立合理描述5083H111铝合金较宽应变率范围内的动态拉伸本构模型。建立的动态本构模型中,流动应力包括应变率相关和应变相关两部分。该模型合理描述了5083H111铝合金的拉伸“V”型率效应特征,预测结果与实验结果较为一致。另外,结合破坏应变的对数应变率敏感系数β,得到了拉伸破坏应变预测方程,其预测结果也与实验结果基本一致。     

考虑动水压力和流固耦合的库水-坝体-地基系统建模与动力分析

结合动水压力模型和罚函数耦合算法，考虑地基和坝体结构的接触以及边界效应，构建动水压力和流固耦合作用下的库水-坝体-地基地震响应分析模型和方法。通过与试验结果及解析解和实测数据对比，验证了本文模型和方法能准确反映系统地震荷载和分析整体耦合系统的动力响应，引入罚函数处理流固耦合界面能提高计算收敛速度。进一步以某重力坝工程实际为背景，验证本文构建的模型和方法适用于库水-坝体-地基耦合系统动力分析的可行性，并分析了地震作用下地基变形对系统动力响应的影响。     

Constitutive modeling of temperature and strain rate dependent elastoplastic hardening materials using a corotational rate associated with the plastic deformation

In this paper, a constitutive model with a temperature and strain rate dependent flow stress (Bergstrom hardening rule) and modified Armstrong-Frederick kinematic evolution equation for elastoplastic hardening materials is introduced. Based on the multiplicative decomposition of the deformation gradient,new kinematic relations for the elastic and plastic left stretch tensors as well as the plastic deformation-dependent spin tensor are proposed. Also, a closed-form solution has been obtained for the elastic and plastic left stretch tensors for the simple shear problem.To evaluate model validity, results are compared with known experimental data for SUS 304 stainless steel, which shows a good agreement with the results of the proposed theoretical model.Finally, the stress-deformation curve, as predicted by the model, is plotted for the simple shear problem at room and elevated temperatures using the same material properties for AA5754-O aluminium alloy.     

航天器与运载火箭耦合分析相关技术研究进展

本文以载荷分析为主要内容, 概述航天飞行器结构动力学研究的一些进展. 首先介绍航箭(航天器/运载火箭简称为航箭) 耦合系统载荷分析基本思想. 然后介绍以下3 个方面的载荷分析方法: (1) 采用基础激励理论初始载荷分析的近似方法; (2) 考虑航箭耦合影响的航天器/运载耦合系统分支模态综合法. 导出采用约束模态质量界面加速度的航天器载荷计算方法; 当仅考虑静定约束特殊情况时, 退化的方程与Chen 采用有限元法导出的方程相同. 给出新航天器载荷瞬态分析技术, 即一个以前的航天器/运载耦合系统载荷结果可以用来获得相同运载火箭发射一个新航天器结构的必要的载荷信息. (3) 考虑航箭耦合影响的航天器/运载耦合系统模态综合法. 包括: 固定界面模态综合法, 以及航天器/运载耦合的界面综合动态响应计算新方法. 最后, 介绍验证载荷分析技术. 简要讨论验证技术的重要性, 提出了采用试验与理论相结合的结构动态试验仿真技术,该方法包括了一套修正数学模型的新技术, 称之为子结构试验建模综合技术. 该方法已应用于复杂的结构建模. 在进行CZ-2E 运载火箭实尺模态试验之前, 用建议的模态试验仿真技术给出CZ-2E 模态参数的预示结果, 并与随后获得的实际模态试验结果相比, 两个结果彼此之间高度一致. 这个结果证明了模态试验仿真技术已成功地预示了CZ-2E 运载火箭的模态参数, 验证了建议的模态试验仿真技术的可靠性. 讨论了振动台振动试验仿真技术. 介绍了振动台振动试验仿真的几个关键技术. 包括: 有限元模型修正技术, 40 t 振动台系统台面控制仿真方法和D 卫星振动台振动试验仿真.      

飞机全尺寸风挡抗鸟撞击实验研究

采用高速摄像系统和数据测量采集系统,详细研究了鸟撞某型号飞机全尺寸风挡的动态响应全过程,分析了风挡撞击后的破坏模式,得到了风挡抗鸟撞击的临界速度及结构关键点的位移、应变时程曲线等重要数据.通过分析高速摄影照片,提出了用于鸟撞风挡数值仿真分析的鸟体形状模型.所获结果可为建立合理的鸟撞风挡有限元模型提供实验依据及验证实例.     

血管输入阻抗的拟合方法与初值选取

研究了模拟动脉系统的集中参数模型的数据拟合问题,分析了用修正的Noordeergraaf五单元模型计算血管输入阻抗的有关问题,对参数拟合问题中被广泛运用的Newton迭代法与正交试验法作了评述,就其中至关重要的初值选取问题建议了一些简单实用的方法,讨论了参数选取的范围与参考值,并将数值计算结果与实测结果作了比较,所建议方法的有效性得到了证实。     

结构动力学模型中阻尼特性参数的修正

将结构分析计算的稳态位移响应和相应实测数据的差异映射为具有能量意义的误差范数，通过最小化该误差范数来修正与结构系统有关的阻尼特性参数．通过计算的或实测的频响函数获得稳态响应数据，使用的幅值在理论上完全包含了所有的复模态信息，参数值正过程采用迭代的方式．给出仿真算例，并对实验数据有噪声和无噪声两种情况进行了研究，结果表明方法合理且可行．     

模拟长纤维增强树脂层合板冲击损伤的数值方法

建立了一套模拟树脂层合板低速冲击下损伤过程的方法.该方法采用Mindlin板模型并考虑板的大变形,使用以前提出的一种修正的Newmark时间积分方案进行层板的动态分析,全面考虑了复合材料的脱层破坏、基体开裂和纤维断裂等破坏形式及其相互作用.还建立了一种适合于 Mindlin板的计算应变能释放率的方法;构造了一种连续的罚函数来动态加人弹簧约束以考虑脱层间的接触效应;证明了球板之间的冲击过程是刚性系统,应使用A（α）稳定的数值方法求解;实现了模拟过程中的自适应分析.使用所开发的软件NBHULI完成了长纤维增强碳/环氧复合材料层板在低速冲击下损伤过程的模拟,取得了一些重要的结果.     

Flow pattern and boiling heat transfer of CO2 in horizontal small-bore tubes

Increasing attention has been focused on carbon dioxide (CO₂) heat pump system where the temperature level is rather low, while the operating pressure is rather high. In this system, the density difference between vapor and liquid becomes rather small, which significantly affects flow patterns. Low surface tension and latent heat also have significant influence on two-phase flow patterns and heat transfer. This paper describes experimental and numerical investigation on flow patterns and heat transfer characteristics of boiling flow CO₂ at high pressure in horizontal small-bore tubes ranging from 1.0 mm to 3.0 mm I.D. Even though the density difference is rather small at high pressure, phase stratification takes place, which leads to the intermittent dryout at the upper wall. So far developed discrete bubble model by the authors for vertical flows is modified so as to include horizontal flow mechanisms. The predicted flow patterns with this new model agree on the whole with the experimental observation.     

连接结构接触界面非线性力学建模研究

连接界面上存在的跨尺度、多物理场和非线性行为是引起结构复杂非线性动力学的主要原因。由于连接界面力学行为的复杂性,以及对连接界面进行直接试验观测的困难,连接界面的力学建模一直是非常具有挑战性的科学问题。本文首先从分析结合面的跨尺度物理机理入手,将名义的光滑平面视作凹凸不平的粗糙面,考虑单个微凸体的黏滑摩擦行为,建立接触载荷与变形的非线性关系,然后采用GW(Greenwood和Williamson, GW)模型数理统计方法建立整个粗糙界面的跨尺度力学模型,并与公开文献中试验结果进行对比。然后考虑连接界面典型非线性特征,提出一种改进的Iwan唯象模型,利用精细有限元方法获得非线性特征结果,采用系统辨识理论建立连接结构的降阶力学模型,并利用有限元结果进行模型验证。结果表明,本文提出的粗糙界面跨尺度模型在法向载荷较小时与试验结果吻合较好,改进的Iwan模型能够较好描述连接界面非线性特征,并与有限元结果吻合较好。