温度和pH双敏性PVME/CMCS水凝胶辐射交联制备及其性能

以聚甲基乙烯基醚(PVME)和羧甲基壳聚糖(CMCS)为原料, 采用电子束辐照交联方法制备聚甲基乙烯基醚/羧甲基壳聚糖(PVME/CMCS)水凝胶, 研究了温度、pH值、CMCS含量等对PVME/CMCS水凝胶溶胀度的影响, 同时以5-氟尿嘧啶(5-Fu)作模型药物, 初步探讨了凝胶药物释放性能. 结果表明, 辐射剂量在20—40 kGy时, 凝胶分数随辐射剂量的增加而快速增加, 辐射40 kGy以后趋于平衡. 在相同辐射剂量下, 随着体系中CMCS含量的增加, 凝胶分数反而减少. 该水凝胶具有一定的温度和pH敏感性, 其低临界溶解温度(LCST)在35 ℃左右, 并且在相同时间内和25及37 ℃下的溶胀反复可逆, 表现出较快的响应性. pH<3.0和pH>5.0时, 溶胀度较大; pH值为3.0~5.0时, 凝胶网络由于静电力收缩, 溶胀度较小. CMCS含量的增加和辐射剂量的减小均可提高凝胶载药量. 药物释放时间可通过改变体系中CMCS的含量和辐射剂量来调节.     

冲击载荷作用下颗粒材料动态力学响应的近场动力学模拟

颗粒材料在冲击载荷作用下的动态力学行为是学术界关注的热点问题. 新近问世的近场动力学(peridynamics)理论将材料视为由大量有限体积和有限质量的物质点组成,基于非连续性和非局部作用假定建模,建立空间积分形式的运动方程,自然适应于颗粒材料动态力学行为的描述与分析. 发展了描述颗粒间接触作用的物质点尺度的排斥力模型,考虑近场动力学方法中非局部长程力特征,改进了近场动力学中的初始微观弹脆性(prototype microelastic brittle, PMB) 模型的本构力函数,并消除了原PMB 模型中存在的“边界效应” 问题. 计算分析了冲击载荷作用下碳化钨陶瓷颗粒体系的动态力学响应,得到了不同冲击速度下颗粒体系的冲击波速,PD计算结果与试验结果高度一致;通过颗粒物质点尺度作用描述单颗粒尺度的接触作用,很好地再现了颗粒的转动与平动、颗粒挤压变形以及颗粒破碎等现象;刚性冲击板附近同时存在严重的颗粒破碎与轻微的颗粒损伤,远离冲击板的部分颗粒出现破损,且颗粒破碎主要是由颗粒间挤压、碰撞以及相对滑动剪切作用造成的. 研究结果表明,所发展的计算模型和分析方法能很好地反映颗粒材料动态力学行为,具有广泛的应用价值.      

近场动力学与有限元的混合建模方法

综述了近场动力学与有限元混合建模方法的研究进展,阐明了各种混合建模方法的基本原理与特点,并重点介绍本课题组在近场动力学与有限元方法混合建模方面的研究工作。现有近场动力学与有限元混合建模方法包括位移协调约束、力耦合、混合函数方法以及子模型方法等,除子模型方法外,都可归结为并行式多尺度分析方法,其基本思想是将计算结构划分为近场动力学子域、有限元子域以及两者的交界区域(或重叠区域、或界面单元、或过渡区域)。子模型方法可归结为显-显分析方法,先采用显式有限元进行整体分析,后采用近场动力学方法对重点区域进行分析。混合建模方法需要着重提高交界区域的计算精度,并且消除虚假力和虚假应力波问题。提出了通过力耦合的近场动力学与有限元混合建模的隐式分析方法,该方法不再设置重叠区,通过杆单元连接近场动力学子域与有限元子域,其中界面上的有限元结点不仅与其所在单元的其他结点发生作用,还通过杆单元与以其为圆心、一定半径的圆域内的其他物质点相互作用。研究表明,本文提出的混合模型和求解方法既能有效解决裂纹扩展等不连续问题,又可提高计算效率,为工程结构破坏问题的计算分析提供一种有效方法。