Parametric study of control mechanism of cortical bone remodeling under mechanical stimulus

The control mechanism of mechanical bone remodeling at cellular level was investigated by means of an extensive parametric study on a theoretical model described in this paper. From a perspective of control mechanism, it was found that there are several control mechanisms working simultaneously in bone remodeling which is a complex process. Typically, an extensive parametric study was carried out for investigating model parameter space related to cell differentiation and apoptosis which can describe the fundamental cell lineage behaviors. After analyzing all the combinations of 728 permutations in six model parameters, we have identified a small number of parameter combinations that can lead to physiologically realistic responses which are similar to theoretically idealized physiological responses. The results presented in the work enhanced our understanding on mechanical bone remodeling and the identified control mechanisms can help researchers to develop combined pharmacological-mechanical therapies to treat bone loss diseases such as osteoporosis.     

应用于微电容超声换能器的信号处理电路设计*

针对微电容超声换能器的输出信号特征及检测要求,文中设计了换能器的微弱信号处理电路,包括基于跨阻的微弱电流信号检测和多重反馈带通滤波电路。通过搭建水下测试平台,对电路性能及功能进行实际测试,并进行水下测距实验。实验结果表明,该电路可对微电容超声换能器输出的400 k Hz信号进行检测放大与滤波;电路的线性度为0.18%,滤波电路中心频率为396 k Hz,带宽为55 k Hz。该电路可用于CMUT的接收信号处理并应用于超声测距及成像的前端信号处理。     

立方大腔体静高压装置中叶腊石的传压及密封性能研究

本文基于高压研究及超硬材料生产所用的静高压立方大腔体(六面顶)压机的需要,制备了源于南非叶腊石矿的两种(A和B)叶腊石粉压块,并与同工艺国产(北京门头沟)黄色叶腊石粉压块进行比较,以此建立评估叶腊石传压及密封性能的实验方法与物理判据.采用Bi,Tl,Ba等标压物质原位标定了以上3种叶腊石压腔中心位置及密封边处的压力;同时,采用银熔点法分别获得了3种叶腊石作传压密封材料时高温下腔体压力与系统加载的对应关系.结果表明,在相同加载油压下南非叶腊石B粉压块和国内叶腊石粉压块中心位置的压力差值不超过0.1 GPa,在升压和降压过程中叶腊石块中心位置与密封边位置的压力差值也更为相近.相比于南非叶蜡石A粉压块,B粉压块在高温传压和密封性能上更接近国产叶腊石粉压块.     

多重网络增强的层状光子晶体水凝胶及应力变色响应

基于PDGI/PAAm (PDGI/SN)层状光子晶体水凝胶,制备了多重网络PDGI/PAAm-PAMPS-PAAm(PDGI/TN)水凝胶,将水凝胶浸入6 : 4(V/V)乙醇水溶液中去溶胀,记为凝胶PDGI/TN-0.6。结果表明,引入多重网络之后,PDGI/TN凝胶的溶胀率从PDGI/SN的850% ± 45%提高到1070% ± 50%,颜色从蓝色(λ_max=450 nm)变为透明,去溶胀后Bragg衍射峰为670 nm,实现凝胶的Bragg衍射峰在450－670 nm间调控。拉伸和压缩实验说明,PDGI/TN-0.6力学性能优异,拉伸强度和压缩强度分别达到0.99和37.0 MPa。同时,PDGI/TN-0.6具有优异应力变色响应性,压缩应变(ε_c)从0增加到0.5,Bragg衍射峰发生蓝移,响应范围覆盖可见光;当撤去应力后,立即恢复初始状态,可重复多次。利用扫描电镜(SEM)进一步研究了层状光子晶体水凝胶层微观结构。     

低温法兰密封实验研究

低温真空密封法兰在航天、超导等行业中有着广泛的应用。如超导加速器中,为了达到真空密封要求,使用了大量的低温密封法兰,其密封性能的好坏直接影响了加速器是否能够正常运行。介绍了铝镁合金圈密封法兰、无氧铜圈CF刀口法兰、铟丝密封法兰真空密封关键影响因素,如扭矩、温度、螺栓种类,对真空密封性能影响研究结果。     

可变结构空间桁架机械臂的动力学建模

可变结构空间桁架机械臂由于具有高承载比和工作空间大等优点,有可能成为下一代空间机械臂的替代形式．本文对可变结构空间桁架机械臂的动力学问题进行建模研究,首先简要介绍了桁架机械臂系统的结构形式,然后采用笛卡尔坐标和变分原理建立系统的动力学模型,其中杆件的转动采用卡尔丹角进行描述,最后通过与ADAMS软件的计算结果对比验证本文所建模型的正确性．     

一种新的海洋浅层水合物开采法——机械-热联合法

天然气水合物是国家的战略能源之一.天然气水合物分解相变使其开采难度高于常规化石能源.国际天然气水合物试验性开采表明通过降压、注热等方法难以满足商业化开采的需求,尤其在水合物位于浅层、软土情况下,持续稳定且高效率的热量供给是其瓶颈.天然气水合物机械-热联合开采是一种新概念模式,即通过粉碎水合物沉积物通过管道输运并在内部分解,这样既增加了传热的表面积,又利用海水热量和对流传热提高了能量供给效率.分析表明:利用该方法开采时水温过高会导致水合物分解过快而产生不稳定流,温度过低又导致水合物二次生成或结冰;水流流速既要能使被粉碎的水合物沉积物颗粒悬浮和流动,又不能导致流动失稳.为了实现高效安全的机械-热水合物开采,经过初步分析提出原位水合物地层粉碎的颗粒直径设定在0.1~1.0 cm之间,控制水流速度为0.22~0.67m/s,温差保证在5K以上,混合物中水的体积分数大于0.85.      

一种高灵敏度石英微机械陀螺敏感器件

针对石英晶体各向异性的特点,设计了一种驱动梁为双"W"截面形状的石英音叉微机械陀螺,通过在驱动梁表面凹槽两端设置深凹槽,有效提高了凹槽侧壁的陡直性,进而提高了驱动梁内部电场的激励效率和陀螺灵敏度。采用有限元仿真的方法,分析了不同截面形状的驱动梁压电激励力的相对大小,优化设计了陀螺芯片结构参数。依据陀螺芯片的结构,设计了合理的工艺方案并在3英寸石英圆片上制作出了三种驱动梁截面形状的陀螺器件,测试结果表明,相对于矩形驱动梁截面的陀螺芯片,双"W"形驱动梁截面的陀螺芯片的灵敏度提高约60%。     

共价有机多孔聚合物合成新策略

共价有机多孔聚合物(COPs)是由有机结构单元通过共价键连接而形成的一类具有微孔或者介孔结构的新型高分子多孔材料, 在能源、物质吸附与分离、气体存储、光电器件、多相催化以及化学/生物传感等方面展现出巨大的应用潜能. 尽管其合成方法众多, 合成单体多样, 产物结构稳定, 但是传统方法合成的有机多孔材料大多是无定型的, 结构难以控制, 且通常不溶不熔, 很难再加工. 为了解决这些问题, 近年来很多新的合成方法和合成策略被开发出来, 为共价有机多孔聚合物的进一步发展指明了方向. 本文将对这些最新的研究进展做一简要的介绍.     

大尺寸KDP/DKDP晶体热膨胀系数研究

采用Perkin Elmer公司的Diamond TMA热机械分析仪对KDP/DKDP晶体在25～100℃范围内的平均线性热膨胀系数进行了研究.得到KDP/DKDP晶体x切向、z切向、Ⅰ类切向和Ⅱ类切向的平均线性热膨胀系数,分别为:KDP(2.454×10-5/℃、4.168×10-5/℃、3.465×10-5/℃和2.884×10-5/℃),DKDP(2.602×10-5/℃、4.284×10-5/℃、3.568×10-5/℃和3.052×10-5/℃).另外,实验结果表明大尺寸KDP/DKDP晶体不同部位热膨胀系数存在不均匀性.